经皮椎体成形术中骨水泥量的应用研究进展▲

韦 武 杨 渊 黄巍峰 谢 琦 莫 凡 宁金沛 梁柱德

(1 广西医科大学附属埌东医院骨科，广西南宁市 530028；2 梧州市工人医院骨科，广西梧州市 543001；3 梧州市红十字会医院骨科，广西梧州市 543002)

【提要】 随着我国逐步迈入老龄化社会，骨质疏松性压缩骨折的发病率不断升高，导致患者的生活质量急剧下降，严重者会致残、致死。经皮椎体成形术(PVP)能够使骨折的椎体的稳定作用增强，同时抗压能力显著增强，有着十分良好的止痛作用。但在PVP中，椎体内注入骨水泥量的多少仍然存在争议。本文就PVP中的骨水泥注入量对临床疗效和对椎体刚度、强度恢复的影响，以及对相邻椎体的影响进行阐述。

经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，PVP)通过微创穿刺的方法，将骨水泥注射到病变椎体内，通过其弥散性，使椎体刚度与强度基本恢复正常，同时达到临床止痛效果。PVP在临床上广泛应用，但是相应的并发症也不少，椎体的骨水泥量注入过多会导致渗出而引起压迫；注入过少，则不能使椎体刚度与强度恢复正常，达不到临床止痛的效果，同时远期容易出现椎体塌陷。在临床上，骨水泥在椎体应用中的个体化注入量是一个研究方向。

1 骨水泥量对PVP疗效的影响

有学者[1-3]认为疼痛缓解与骨水泥注入量无关，注入少量的骨水泥就可以达到良好的临床效果。还有一些学者[4-6]认为 PVP 是通过恢复骨折后椎体的稳定性，同时通过热反应及毒性反应破坏椎体内的神经末梢，降低疼痛的敏感性来缓解疼痛。徐磊等[7]研究了22例患者，注入骨水泥的量为1～5 mL，发现注入骨水泥量与疼痛目测类比评分无相关性。李勇等[8]对46例患者注入骨水泥1～3 mL，平均注入2.7 mL就可以取得良好的临床效果。他们认为骨水泥注入椎体内的位置、注入量与止痛效果无相关性，过量填充并不能获得最佳的生物力学效果。刘展亮等[9]以骨水泥的注射量(mL)除以病变体积(cm3)计算填充比例，将患者按照填充比例(<25%为Ⅰ级、≥25%及<50%为Ⅱ级、≥50%为Ⅲ级)分为三组，结果发现各组之间的疼痛缓解程度差异无统计学意义(P>0.05)，填充比例小于25%的Ⅰ级就能达到理想的临床效果。Jin等[10]认为低于恢复机械性能所需的骨水泥体积分数就足以使疼痛缓解，骨水泥体积分数比单纯的骨水泥体积能更好地评估临床效果，为了避免相邻椎体骨折，可以使用更小的骨水泥体积。

虽然部分研究认为疼痛的缓解和骨水泥的注入量没有相关性，但笔者认为骨水泥的量仍需要达到一定水平，才能获得理想的疼痛缓解，同时可避免骨折椎体高度进一步丢失。Sun等[11]通过分析130例PVP手术，认为在单胸腰椎水平骨质疏松性椎体压缩性骨折中，骨折程度为轻度或中度的，最佳的骨水泥椎体体积比为19.78%，椎体内骨水泥体积4～6 mL即可迅速缓解疼痛。随着骨水泥椎体体积比的增加，水泥渗漏的发生率也随之增加。Nieuwenhuijse等[12]研究了160例患者的193个椎体，认为24%的骨水泥椎体体积比是最理想的，这个比例可以使得93%～100%的患者疼痛得到缓解，且不容易引起新的相邻椎体骨折和骨水泥渗漏,其研究中有29例患者术后效果不佳，发现骨水泥椎体体积比小于24%。黄宝良等[13]也认为当患者的骨水泥椎体体积比达到24% 或者更高时，能够有效缓解患者的疼痛，但是很容易发生骨水泥渗漏或者新发骨折。笔者的前期研究[14]根据椎体刚度恢复所需要的骨水泥体积分别设置两组患者，一组椎体注入椎体体积10%的骨水泥量，一组椎体注入椎体体积20%的骨水泥量。结果经皮注入椎体约10%的骨水泥完全可以达到比较理想的术后止痛效果，同时出现骨水泥渗漏的情况大大减少。

2 骨水泥量对椎体强度和刚度的影响

PVP后椎体强度明显高于PVP前，椎体刚度恢复正常，表明PVP可以提高椎体的强度和刚度[15-16]。赵玉波等[17]在研究中选择48个脊椎标本作为样本，分别将注入骨水泥量控制在了3 mL、5 mL和7 mL。结果发现均能够促进椎体强度与刚度的恢复，且随着注入量的增加，椎体强度与刚度明显提高。Liebschner等[18]研究椎体刚度的恢复与骨水泥注入量的关系，发现注入1 mL骨水泥(填充率4%) 恢复损伤椎体的初始刚度小于15%，注入3.5 mL骨水泥 (填充率14%)即可恢复损伤椎体的初始刚度，注入7 mL骨水泥(填充率28%)能超过原始刚度50%。李军科等[19]研究发现，椎体骨折后刚度降低为骨折前的56%，5%骨水泥注入后刚度恢复到70%，10%骨水泥注入后恢复到89%，15%骨水泥注入后恢复到91%。恢复骨折椎体刚度理想的骨水泥注入量为骨折椎体体积的10%～15%。陈柏龄等[20]研究结果亦表明，骨水泥填充量在椎体体积10%～20%的范围内，患者椎体刚度可显著恢复。同时也指出当骨水泥的注射量固定时，其集中分布于椎体中央更有利于提高椎体的整体刚度。Belkoff等[21]从12具女性尸体中获得骨质疏松性椎体，测定初始强度和刚度后，再压缩椎体，注入骨水泥后测量椎体强度和刚度，于双椎弓根分别注射2 mL、4 mL、6 mL、8 mL水泥，结果发现当注入2 mL时，所有区域的强度都恢复了。但是恢复胸腰椎的刚度需要4 mL，注入6 mL和8 mL后压缩椎体的强度和刚度均超过了初始强度和刚度。根据这些研究我们可以认为，当注入骨水泥的量为椎体的15%左右，椎体的强度和刚度就恢复得比较理想；当注入量不足时，骨折的椎体有可能会进一步塌陷[22]；而注入量过多，则有可能会出现骨水泥渗漏，同时增加相邻椎体的压力。

3 骨水泥量对相邻椎体的影响

随着椎体成形术的推广，临床发现邻近节段骨折发生率为7.9%～19.5%[23-24]，其他节段仅为6.7%。随着骨水泥注入量的增加，在骨折椎体刚度增加的同时将给邻近椎体带来巨大的压力。包拥政等[25]研究发现，椎体成形术后骨折椎体及邻近椎体应力均较术前明显增加，骨折椎体及邻近椎体应力随骨水泥注入量的增加也随之加大，注入骨水泥的各组间(1 mL、2 mL、4 mL、6 mL组)差异存在统计学意义(均P<0.05)。说明随着椎体骨水泥量的增加，相邻椎体发生骨折的风险越大。Uppin等[26]对177例PVP术后患者进行了2年以上的随访，12.4%的患者出现新骨折，其中67%的患者发生在强化椎体的邻近节段。孙标等[27]回顾性分析106例单节段骨质疏松性椎体压缩骨折并且行单侧椎体经皮后凸成形术后的患者，根据椎体新发骨折分为相邻骨折组和非相邻骨折组，研究结果表明，两组患者骨水泥体积分数存在显著的差异，提示随着骨水泥体积分数的增加，相邻椎体新发骨折的风险也会随着增加。临床上应视患者病情而个体化地使用骨水泥，可降低并发症发生率，提高治疗安全性。Aquarius等[28]研究认为，椎体填充与临床相当量(2.8～4.1 mL， 平均为 3.6 mL)的骨水泥并不会形成终板下的应力峰值，椎体成形术本身并不会对相邻椎体产生破坏性载荷，当然如果更大量的骨水泥注入，是会引起终板下压力增大的，有可能引起新的椎体骨折。

4 骨水泥量的个体化、数字化研究

综合国内外诸多研究，骨水泥填充量占椎体体积的15%～20%时椎体刚度的恢复较为理想，不会增加邻近椎体的压力，同时临床止痛效果也比较理想。因此，如果术前计算出伤椎椎体体积，进而算出需要注入的最佳骨水泥量，实现了注入骨水泥量的个体化，既能达到椎体机械性能的恢复，又可达到良好的临床效果。

近年来数字医学的发展，国内外的很多学者开始使用数字技术进行椎体成形术的研究[29-33]，并利用数字技术建立三维有限元模型分析骨质疏松性压缩性骨折。用 Mimics软件精确计算出椎体的体积，同时利用虚拟手术的三维模型对椎体成形进行生物力学分析。 江晓兵等[34]利用Mimics软件精确计算椎体的体积，并计算注入椎体的骨水泥量，提出使用“骨水泥/椎体体积比”来计算最佳的注入骨水泥量。郝定均等[35-36]应用有限元数字化建模分析法探讨经皮穿刺椎体成形术治疗老年骨质疏松性椎体压缩性骨折时病椎注射骨水泥后应力分布的变化。Yan等[37]通过三维有限元分析发现椎体成形术后注入的骨水泥会导致上下终板的应力变化。费琦等[38]也通过三维有限元分析发现如骨水泥渗漏到椎间盘可导致其应力增加，从而引起胸腰椎邻近节段发生骨质疏松椎体压缩性骨折。Liebschner等[18]建立了椎体有限元模型，对每个单元的损伤进行了模拟，在损伤模型上虚拟椎体成形术来计算不同填充材料空间分布及不同加载条件下椎体的压缩刚度。笔者根据椎体刚度恢复所需要的骨水泥体积分别设置两组患者，利用Amira 5.4.3及Mimics 15.0等3D数字化建模软件来设计术前骨水泥的注入量，并取得良好的治疗效果[14]，为术前精准评估注入骨水泥的量起到一定的指导作用。

PVP是治疗骨质疏松性椎体骨折安全、有效的方法，术后近期及远期效果都令人满意。与椎体相关的生物力学因素会影响到骨水泥注射量，不同的骨水泥注射量也会影响椎体的生物力学。使用最佳的骨水泥体积比，术前使用数字技术设计好注入的骨水泥量，选择理想的穿刺位置，既能满足临床需要，又能减少并发症的发生。随着数字骨科的发展，个体化的椎体成形术应该是未来发展的一个方向。