椎体后凸成形术中球囊不同扩张方式的对比性实验研究

郝润松， 李娟， 刘训伟， 左金良， 邱思强

【关健词】 骨质疏松； 椎体压缩性骨折； 球囊； 椎体后凸成形术; 血管造影术，数字减影

骨质疏松椎体压缩性骨折(osteoporosis vertebral compression fractures，OVCF)是导致老年人死亡和生活质量下降的一个重要原因[1]。过去多采用卧床制动等方法保守治疗，但其并发症多，伤残率及病死率高。球囊椎体后凸成形术(percutaneous kyphonplasty，PKP)是一种较好的治疗OVCF的微创介入方法[2]。常规PKP的操作方法需要双侧穿刺和置入球囊，并在椎体内协调扩张，使得手术时间较长，手术费用昂贵。近年来，单球囊双侧扩张椎体后凸成形术的应用，降低了手术费用，但仍未解决手术和放射暴露时间较长的问题。孙钢等[3]尝试在椎体后凸成形术中应用一侧椎弓穿刺单球囊跨中线扩张的技术，以期降低手术费用，减少手术和放射暴露时间。为比较以上三种方法椎体高度的恢复、生物力学性质的改善、X射线曝光时间、骨水泥外渗等情况的差异，本文进行了球囊双侧交替扩张、跨中线扩张和双侧同时扩张的经皮椎体后凸成形术对比研究，旨在为椎体后凸成形术的临床应用提供一定的理论支持。

材料与方法

1.标本的选择与分组

5具胸腰段脊柱T10-L3标本(取自福尔马林浸泡后的老年尸体)，摄DR片，排除外伤性及病理性改变。采用骨密度测量仪测试每具标本的骨密度(bone mineral density,BMD)，验证为骨质疏松椎体(BMD<0.72g/cm2)[4]。每具标本取T10～L36个椎体，制成30个单椎体标本。将连续的两个椎体标本(T10～T11，T12～L1，L2～L3)交叉分配到双侧同时扩张组、双侧交替扩张组和跨中线扩张组，使三组间标本均衡可比，然后分别用生理盐水纱布包裹后编号，用塑料袋密封后备用。

2.实验方法

游标卡尺测量椎体各边缘高度，计算各椎体初始高度平均值。采用义齿基托树脂(Ⅱ型)处理椎体上下终板成为相互平行的平面。电脑万能试验机压缩处理后的各椎体标本，使其成为压缩性骨折椎体，记录压缩后椎体最大负荷，并根据负荷-位移曲线，计算椎体刚度。再次测量各椎体边缘高度，计算并记录残余高度平均值。

在数字化血管造影系统的监视下，采用201型球囊扩张椎体后凸成形术器械(山东冠龙医疗用品有限公司生产)按照临床球囊扩张椎体后凸成形术技术操作规程操作。跨中线扩张组与人体矢状面成15°～25°角，自椎弓根投影外上缘约10点位经椎弓根穿刺靶椎体，穿刺针抵达椎体后1/3处时，应用精细骨钻，建立工作通道，钻头抵达椎体前1/4处时，正位透视应显示钻头跨过椎体中线，取出精细钻，沿工作通道放入球囊，连接注射装置并扩张球囊。双侧同时扩张组采用双侧建立工作通道并置入球囊，在椎体内同时协调扩张；双侧交替扩张组采用单球囊分别经两侧工作通道在椎体内交替扩张。当椎体终板已经复位或球囊压力达到300psi时，应立即停止扩张，保持15～30 s，撤出球囊，经工作套管推入调配好处于面团期的骨水泥(天津市合成材料工业研究所制备的聚甲基丙烯酸甲脂骨水泥Ⅱ型，此骨水泥含有硫酸钡，透视下显影清晰)，记录注入骨水泥量及X射线曝光时间，观察骨水泥是否外渗[5](图1～6)。再次测量椎体各边缘高度，计算术后椎体高度平均值及高度恢复率，椎体高度恢复率按公式(1)计算：

(1)

术后椎体行生物力学性质测试，记录椎体最大负荷，根据负荷-位移曲线，计算术后椎体刚度。

3.统计学分析

表1 骨水泥注入前、后三组椎体压缩负荷和刚度比较

表2 三组椎体压缩前、后及骨水泥注入后椎体高度及高度恢复率

表3 三组椎体压缩前、后及注入骨水泥后的椎体高度比较

结 果

1.椎体的生物力学测定结果

双侧同时扩张组、双侧交替扩张组和跨中线扩张组原始椎体最大负荷及刚度差异无统计学意义。三组注入骨水泥后椎体最大负荷均明显高于压缩前(图1～6)，差异有统计学意义(P<0.01)；注入骨水泥后椎体刚度低于注入骨水泥前，但差异无统计学意义(P>0.05，表1)。

2.三组椎体高度测量结果

双侧交替扩张组、跨中线扩张组和双侧同时扩张组椎体压缩前、后及注入骨水泥后与椎体压缩后椎体高度差异均有统计学意义(P<0.01)。注入骨水泥后椎体高度有明显恢复，但仍低于压缩前的椎体高度，三组注入骨水泥后的椎体高度与压缩前差异均无统计学意义(P>0.05，表2、3)。

3.骨水泥注入量

双侧交替扩张组、双侧同时扩张组和跨中线扩张组骨水泥注入量分别为(5.85±0.20)mL、(5.64±0.35)mL和(3.52±0.31)mL，双侧交替扩张组与双侧同时扩张组的骨水泥注入量差异无统计学意义(P>0.05)；双侧交替扩张组、双侧同时扩张组与跨中线扩张组差异有统计学意义(P<0.01)。

4.骨水泥渗漏情况

三组中仅有跨中线扩张组发现一个椎体骨水泥自椎体后缘少量溢出。

5.曝光时间

双侧同时扩张组、双侧交替扩张组、跨中线扩张组手术曝光时间分别为(60.47±3.77)s、(65.53±3.63)s、(40.55±2.11)s，双侧交替扩张组与双侧同时扩张组差异无统计学意义(P>0.05)；双侧交替扩张组、双侧同时扩张组与跨中线扩张组差异有统计学意义(P<0.01)。

讨 论

椎体压缩性骨折是骨质疏松症患者的常见并发症[6]。最大负荷和刚度是椎体生物力学性质的重要指标，经皮椎体成形术和PKP为椎体压缩性骨折提供了一种新的微创疗法。PKP的优势在于不仅患者能迅速减轻疼痛症状，而且可以通过扩张球囊，不同程度恢复椎体高度，使脊柱的后凸畸形有效矫正[7]。目前已有临床研究表明经双球囊椎体后凸成形术可以增加骨质疏松性压缩骨折椎体的负荷和恢复刚度。关于球囊不同扩张方式的椎体后凸成形术的体外生物力学的研究尚无报道。本研究结果表明，球囊双侧交替扩张、跨中线扩张和双侧同时扩张术后均能明显恢复压缩椎体的刚度及高度，增加压缩椎体负荷。在治疗方法上，双侧同时扩张组采用双球囊双侧同时扩张，将两枚球囊经双侧椎弓根导入椎体，同时协调加压扩张；双侧交替扩张组采用单球囊双侧交替扩张，将一枚球囊先经一侧椎弓根导入椎体，加压扩张完成后，再扩张另一侧；跨中线扩张组采用单球囊经单侧椎弓根跨中线扩张[8]。三组技术均是通过加压扩张球囊，使压缩椎体终板抬升，恢复椎体高度，同时在压缩椎体内形成一个四周相对密闭的骨性空腔，将团状期的骨水泥注入空腔内，骨水泥凝固后和压缩椎体成为一体，即形成以密闭空腔为模具的骨水泥铸件[9]，使压缩椎体能够有效承受脊柱的轴向负荷。

图1 球囊双侧同时扩张轴位像，显示在DSA引导下经椎弓根双侧穿刺双球囊在椎体内同时扩张图像。 图2 球囊双侧同时扩张注入骨水泥后正位像，显示双侧同时扩张组灌注后撤出穿刺针的骨水泥分布情况。图3 球囊双侧交替扩张轴位像，显示在DSA引导下经椎弓根双侧穿刺单球囊在椎体内交替扩张图像。图4 球囊双侧交替扩张注入骨水泥图像，显示双侧交替扩张组灌注后撤出穿刺针后的骨水泥分布情况。图5 球囊跨中线扩张轴位像，显示在DSA引导下经椎弓根单侧穿刺单球囊在椎体内跨中线扩张图像。图6 球囊跨中线扩张注入骨水泥后图像，显示跨中线扩张组灌注后撤出穿刺针后的骨水泥分布情况。

PKP通过球囊扩张注入骨水泥使压缩椎体恢复高度，矫正脊柱后凸畸形[10]。Lieberman等[11]对30例患者70个压缩性骨折椎体行球囊椎体后凸成形术，术后椎体高度恢复率为30%～70% ，平均47%。孙钢等[12]的临床研究的术后椎体高度恢复率平均值为70.6%。总结国内外球囊椎体后凸成形术治疗OVCF的临床效果，椎体高度恢复率明显低于Belkoff和本组体外研究结果。笔者认为两者结果差异的原因在于，活体压缩椎体邻近韧带、软组织及上下椎体的束缚和压迫作用，使压缩椎体难以恢复原有高度，另外临床患者实施手术时椎体骨折已有不同程度的愈合，限制了椎体终板的复位抬升。一般来讲，椎体后凸成形术中球囊双侧同时扩张的操作方式可使压缩椎体的上下终板受力均匀而得到较好的复位效果，但本研究结果表明，三种不同技术的球囊椎体后凸成形术，均能完全或部分恢复椎体高度及刚度，增加椎体的抗负荷能力。单球囊双侧交替扩张及单球囊跨中线扩张并没有引起椎体上下终板抬升高度不均。Belkoff等[13]的体外实验结果表明注入少量的骨水泥(2mL)即可恢复椎体强度，而刚度的恢复因部位不同灌注量各异。Berlemann等[14]的体外实验发现，注入骨水泥后椎体上方相邻椎体的屈服应力降低，并与骨水泥灌注量呈负相关。本研究结果表明，采用椎弓根入路单球囊跨中线扩张，减少了骨水泥的填充量，从理论上讲即可重建椎体的强度与刚度，又相对减少了强化后邻近脊椎的屈服应力。另外，椎弓根入路单球囊跨中线扩张单侧穿刺即完成了骨水泥在椎体内跨越中线的分布，防止了远期椎体侧方出现塌陷的可能，同时减少了手术时间和放射暴露[15]。

综上所述，单球囊跨中线扩张在获得相同或相似疗效的同时，可减少手术时间和放射暴露，减少医疗成本和患者负担，值得临床推广应用。