经皮椎体强化术中影响骨水泥分布相关因素的研究进展

黄汇宇 综述，谭 伦 审校

随着人口老龄化的加剧，骨质疏松所导致的骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCF)已成为困扰老年人健康及生活质量的突出问题之一[1-2]。抗骨质疏松药物虽然可以降低骨折的发生率，但对已经骨折患者的治疗效果并不理想。近年来，随着微创技术的发展，经皮椎体强化术(PVA)因微创、安全和有效等优势已迅速成为治疗OVCF的主要手段之一[3-4]，主要包括经皮椎体成形术(PVP)和经皮椎体后凸成形术(PKP)两种术式。研究[5-6]发现，部分OVCF患者在PVA术后近、远期仍有不同程度的残余疼痛，甚至发生局部后凸畸形、伤椎再骨折或高度丢失、邻椎骨折等相关并发症。学者们[7-11]认为，OVCF患者PVA术后近、远期疗效与术后骨水泥伤椎内的弥散分布有一定的相关性。本文就近年来影响PVA术中骨水泥弥散分布相关因素的研究进展进行综述。

1 骨水泥对称弥散分布的临床意义

采用PVA治疗OVCF时，骨水泥的弥散分布一直是学者们关注的焦点，虽然目前对骨水泥良好分布的评价方法尚不统一，但只要骨水泥在伤椎内呈对称弥散分布，均可获得较好的快速止痛效果，并降低远期并发症的发生率[9-10,12]。伤椎内骨水泥分布不均是术后发生远期并发症的一个重要危险因素[13]，通过长期随访[14-15]发现，伤椎再骨折、塌陷和邻椎骨折与骨水泥在伤椎内呈不对称分布有关，原因是伤椎被单侧强化后导致椎体受力或硬度不均，同时也发现骨水泥呈对称弥散分布更接近椎体的弹性模量，可获得更好的临床效果。学者们[16]发现，骨水泥在伤椎骨折线的充分弥散可快速使伤椎获得稳定及产生止痛效果，而骨水泥在伤椎骨折线内弥散欠佳时，伤椎未能完全强化，继而骨折局部会发生微动，造成近期止痛效果欠佳、残余腰痛及远期伤椎塌陷增加、再骨折等情况发生。Tan et al[17]认为，无论骨水泥与伤椎上下终板是否充分接触均可获得即刻的镇痛效果，但充分接触可获得更好的伤椎恢复强度，进而保持更好的伤椎高度，能降低伤椎再压缩的风险，远期疗效更好。因此，为了获得更好的近、远期临床疗效，提高OVCF患者长期生活质量，骨水泥在伤椎内的良好分布是必要的，具有重要的临床意义。

2 不同强化术式对骨水泥分布的影响

PVP和PKP因具有创伤小、患者恢复快及疗效好等优点，已成为治疗OVCF较常用的术式。球囊扩张复位是PKP区别于PVP的操作之一，在扩张后的腔隙内注入骨水泥可达到缓解疼痛、恢复椎体高度及刚度的目的[18-20]。Dai et al[21]在PVP和PKP的对比研究中发现，两种术式在穿刺针过伤椎中线和将靶点设置在伤椎的中前1/3处时，骨水泥均可有效分布在伤椎的中前部，但骨水泥渗漏率PVP较PKP更高，而PKP手术时间更长、手术费用更高。Kim et al(2006年)对尸体标本进行生物力学测试时发现，PKP术中扩张的球囊会将松质骨向周围挤压形成空腔，注入的骨水泥被周边紧密的骨小梁所阻不能充分弥散，只能局限于空腔内，反复遭受应力作用后，骨水泥块与上下终板之间未被强化的骨小梁容易发生塌陷，导致伤椎高度丢失。而PVP可使骨水泥在椎体内充分弥散，更易与椎体结合。Kim et al(2010年)对80例OVCF患者行PKP治疗后发现，24例伤椎内有真空裂隙的患者中10例发生再塌陷，其认为真空裂隙是伤椎术后继发塌陷的高危因素，原因是PKP术中球囊在真空裂隙中极易扩张，裂隙周边松质骨并未被夯实，而是被球囊推向上方和下方，此时注射的骨水泥剂量有限，不能向周边骨组织充分弥散，伤椎强度无法得到很好恢复，容易发生未填充区域塌陷。总之，在穿刺针过中线和将靶点设置于椎体中前1/3时，PVP和PKP均可获得骨水泥在椎体中前部的弥散，但PVP弥散更加充分，可有效降低远期并发症发生率。

3 单侧或双侧穿刺对骨水泥分布的影响

PVA可经单侧或双侧椎弓根入路注入骨水泥，以双侧穿刺为经典入路。生物力学研究[22]表明，单侧或双侧椎弓根入路均可快速获得良好的止痛效果，双侧入路由于骨水泥在伤椎两侧分布更加均匀，从而能建立有效的生物力学平衡，更符合人体正常的力学传导；单侧入路常难以实现椎体两侧骨水泥的对称分布，生物力学较弱的一侧容易出现塌陷及高度丢失。Chen et al[23]通过分析单侧穿刺多平面骨水泥的分布特点发现，在伤椎内骨水泥通过流动逐渐分散并进入骨折碎片的松质骨空间，骨水泥的连续性可使骨折碎片之间重建稳定性和强度，同时发现单侧穿刺中骨水泥多呈“勺状”的规律性分布。Zhang et al[24]认为，通过单侧穿刺达到双侧穿刺的骨水泥分布效果往往需要穿刺点外移、增大内倾角度、将穿刺靶点设置在伤椎中前1/3处及过中线(见图1)，但与此同时也增加了穿破椎弓根内壁及进入的椎管的风险。Yan et al[25]认为，单侧、双侧穿刺均为治疗OVCF的有效穿刺方式，双侧穿刺会增加医患放射线曝露量、手术时间及费用等，单侧穿刺骨水泥主要分布在伤椎中、前部，术后椎体高度恢复较好、畸形矫正程度更高及并发症发生更少。总之，在保证穿刺入路安全的情况下，单侧穿刺同样可达到双侧穿刺骨水泥分布效果，获得较好的临床疗效。

图1 文献[24]中实验组患者，男，67岁，L1椎体压缩性骨折，穿刺靶点设置在伤椎中前1/3处及过中线 A.术前X线片；B.术后2 d X线片；C. 术后1年X线片

4 骨水泥参数对骨水泥分布的影响

临床上最常用的骨水泥材料是聚甲基丙烯酸甲酯，其具有良好的生物强度及刚度，且价格低廉。随后也相继出现了硫酸钙骨水泥和磷酸钙骨水泥。硫酸钙骨水泥虽具有良好的生物相容性、可降解吸收性以及骨传导性，但在单独使用时材料性质较为脆弱；磷酸钙骨水泥拥有良好的成骨活性及生物相容性，但也存在机械强度不足及拉伸能力差等缺陷。研究[26-28]表明，无论使用何种材料的骨水泥都可获得较好的临床疗效。

4.1 骨水泥注入剂量的影响PVA中骨水泥注入剂量与分布形态一直是临床医师关注的焦点。骨水泥注入过少将无法恢复椎体刚度及强度，且弥散分布不足会导致术后疼痛症状缓解不明显，甚至发生再次骨折；骨水泥注入过多虽可使骨水泥在松质骨缝隙内弥散更加广泛，减少了骨水泥的非支撑区域，但也相应地增加了骨水泥渗漏风险。Molloy et al(2003年)建议骨水泥注入量胸椎骨折不少于2 ml，胸腰段骨折不少于4 ml，腰椎骨折不少于6 ml。但由于椎体体积的个体化差异，骨水泥填充率至少需要达到16%才能得到较好的临床效果。Sun et al[29]通过前瞻性队列研究发现，在胸腰段椎体压缩性骨折中，4～6 ml的骨水泥剂量即可达到快速缓解疼痛的效果，且当骨水泥体积分数为19.78%时即可达到满意的骨水泥分布状态，但随着骨水泥体积分数的增加，骨水泥渗漏的发生率也会升高。学者们[30]通过对尸体标本的体外研究发现，当骨水泥填充率达到15%时为最佳骨水泥剂量，超过此限值就会增加骨水泥渗漏风险且导致骨水泥弥散不均。因骨水泥的弥散分布还受到多种因素的影响，因此，目前骨水泥注入剂量与骨水泥分布之间的关系还没有公认的标准和评价指标。总之，注入适量的骨水泥(4～6 ml)即可达到良好的临床疗效,加大骨水泥注入剂量只会增加骨水泥渗漏的发生，且并不会明显改善骨水泥在伤椎内的弥散分布。

4.2 骨水泥黏度、操作时相、推注速度及压力的影响① 骨水泥黏度。黏度是骨水泥的重要参数之一，然而骨水泥本身没有黏性，只是作为伤椎骨折间的一种填充剂。Benneker et al(2008年)研究表明，骨水泥黏度越高，渗漏风险越低。Loeffel et al[31]将骨水泥黏度量化，根据圆度(CT横断面上骨水泥扩散面积接近理论圆的程度，最大半径与最小半径之差为0时，圆度为0)和不同层面骨水泥扩散距离的均值2个指标定量描述骨水泥分布情况，在人工椎体模型和人体尸体脊柱标本上的研究发现，随着骨水泥黏度的增加，圆度增加，骨水泥的平均扩散距离则会减小，且低黏度骨水泥会导致渗漏率增加，而骨水泥黏度在50～100 Pa·s则为最优，最终结论是较高黏度的骨水泥应在早期较快地注入才能获得更好的骨水泥弥散(见图2)。Zhang et al[32]研究显示，早期注射低黏度骨水泥不仅使骨水泥具有足够的扩散能力，而且能在椎体内形成倒U形分布，这种方法可能会增加骨水泥的接触面，从而使骨水泥的化学和热因子发挥更大作用。但Guo et al[33]通过比较高黏度和低黏度骨水泥PVP治疗OVCF的临床疗效和并发症后发现，两种黏度的骨水泥均能快速缓解疼痛，在伤椎内以均匀扩散为特点，但高黏度骨水泥能够降低骨水泥渗漏风险[34]。② 操作时相。在临床操作中通常无法将骨水泥黏度准确量化，而是通过骨水泥时相来判断注射时机。骨水泥时相常规分为湿砂期、拉丝期和面团期。学者们[35]对不同时相骨水泥治疗OVCF患者的疗效分析后认为，早期注入湿砂期骨水泥更利于骨水泥在椎体内分布，具有快速缓解疼痛、增强椎体强度及降低并发症发生率等优势，且不会增加渗漏率。但通常我们认为骨水泥推注过早容易发生渗漏，引起毒性反应，但相对的更容易弥散；推注过晚不易弥散且容易形成骨水泥团块，导致术后效果不佳。③ 推注速度及压力。骨水泥推注速度及压力与骨水泥弥散之间的关系目前还尚不清楚。Loeffel et al[31]以两种恒定的速度(0.05 ml/s和0.15 ml/s)推注骨水泥，根据圆度及骨水泥平均弥散距离为指标进行评价，两种推注速度对骨水泥的弥散分布的影响差异无统计学意义。Boger et al(2009年)利用灌洗系统进行体外动物实验，将骨水泥推注速度[实验组：(9.3±3.5) mm/s；对照组(6.7±5.4) mm/s]及黏度[实验组(44.6±10.3)Pa ·s；对照组(49.6±13.4) Pa·s]换算为注射时的压力[实验组(54.5±33.9)N；对照组(64.6±37.2)N]，结果显示灌洗系统可有效降低骨水泥注射时的压力，也可使骨水泥在椎体内分布更加均匀。利用哈根-泊瓦依(Hagen-Poiseuille)定律推测，骨水泥的弥散分布与注射压力和推注速度呈正比，与骨水泥黏度呈反比，但需要大量实验及数据进一步论证。综上研究，在骨水泥推注过程中应按照“先稀后干”的原则，稍稀的骨水泥能够较好地弥散于椎体及骨折线中，但术中必须严格监视骨水泥弥散方向，避免骨水泥渗漏入椎管。骨水泥推注速度和压力与骨水泥分布之间的具体关系目前尚不清楚，但可以肯定的是与骨水泥的分布有一定的相关性。

图2 文献[31]中注射相同体积(4 ml)不同黏度(50～400 Pa·s)的骨水泥的弥散分布情况(黑条为套管位置)，显示骨水泥黏度增加，圆度增加，扩散距离减小

5 伤椎骨折情况对骨水泥分布的影响

研究[36-38]显示，伤椎内骨水泥弥散分布还可能受伤椎压缩程度(CD)、伤椎内压力(IP)及伤椎骨密度(BMD)等因素的影响。骨水泥常顺着伤椎内压力梯度向压力低的方向流动，而CD和BMD正是影响IP的潜在因素，CD越大椎体内部骨小梁网状结构破坏越严重，此时骨小梁间的黏滞阻力增大，导致骨水泥的弥散程度降低[39]。Yan et al[40]利用脉冲喷射灌洗系统去除伤椎内脂肪和骨髓以达到降低椎体内压力的目的，结果显示实验组椎体内骨水泥分布更加均匀，且骨水泥密度更趋于一致，考虑其原因是去除了伤椎内脂肪和骨髓后，骨水泥在弥散过程中阻力减小，所以骨水泥在椎体内分布更加均匀。Boger et al(2009年)也得到同样的结论。BMD是反映骨质疏松严重程度的重要指标之一，也是影响骨水泥分布的因素之一。Liu et al[36]根据BMD的不同将131例患者分为正常组、降低组及疏松组，术中注射相同体积的骨水泥，术后通过CT检查比较各组之间的骨水泥弥散体积(骨折椎体注入骨水泥后骨水泥沿骨小梁间隙及骨折线弥散，形成一种由骨水泥、骨小梁共同组成的三维空间结构)，其认为椎体BMD值与骨水泥弥散体积呈正相关，原因可能是较高BMD椎体的单位面积存在更大的骨小梁，其中较大的骨小梁存在更多的矿物质含量，导致骨小梁与骨小梁之间的空间较小，最终每单位体积包含更少的骨水泥，骨水泥单位体积空间弥散范围更广。Takahara et al[8]认为，BMD低于正常值也是限制骨水泥在伤椎内弥散分布的因素之一，同样也是术后残余腰痛的危险因素之一。BMD反映的是椎体骨的质和量，即BMD越高说明单位体积内骨小梁的数量更多，间隙更小，骨水泥弥散空间更小，与此同时，也会使骨水泥单位体积空间弥散范围更广。综上研究，伤椎CD和IP与骨水泥分布呈负相关，BMD与弥散程度之间呈正相关。

6 辅助技术及工具对骨水泥分布的影响

近年来，随着微创技术的发展，临床上涌现了较多的辅助骨水泥分布的技术及工具，其目的是为了获得更好的骨水泥弥散分布，从而达到更好的临床疗效。学者们[41-42]利用现实增强技术使外科医师在可视的情况下进行穿刺，有效提高了穿刺成功率和降低了穿刺并发症发生率，同时能在可视下将穿刺针过中线和将靶点准确设置的椎体的中前1/3处，最终获得更好的骨水泥分布。Alsalmi et al[43]认为，机器人(ROSA robot)会追踪并调整患者的所有运动(尤其是呼吸动度)，同时能监视外科医师操作引起的运动并将所有运动轨迹保存和整合，提高穿刺精度，不仅能保证骨水泥在伤椎内的弥散分布，而且能有效纠正患者局部后凸畸形。有学者[44-45]通过术前CT建立三维模型，利用3D打印技术设计个体化导向模板确定进针点，在提高手术安全性、降低并发症发生率的同时获得了骨水泥在椎体内的良好分布。Geng et al[46]在穿刺过程中利用弯角穿刺装置在伤椎对侧建立弥散通道，术中透视发现骨水泥通过事先建立的弥散通道向预期方向弥散，达到双侧穿刺骨水泥弥散分布的效果。Masala et al(2011年)设计出一种弯角骨水泥输送导管，前端封闭，侧端开口，向伤椎对侧建立弥散通道，可同时进行多点骨水泥注射，在边注射边退管的同时还可利用侧端开口控制骨水泥注射方向，使骨水泥分布更均匀，最终达到双侧穿刺的骨水泥弥散分布效果。综上研究，术前或术中使用辅助技术及工具可使骨水泥更加有效的在伤椎内分布，提高手术安全性、降低穿刺并发症的发生率。目前相关辅助技术及工具还未得到广泛的认可和应用，且会进一步增加手术成本，但为了提高OVCF患者术后长期生活质量，笔者认为仍然值得临床推广。

7 总结

采用PVA治疗OVCF时,骨水泥在伤椎内的弥散分布与术后远期疗效具有相关性，良好的骨水泥分布可有效降低远期并发症的发生率。骨水泥在伤椎内的弥散分布受多方面因素的影响：① PVP和PKP均可获得骨水泥在伤椎内的有效弥散,但PVP可使骨水泥弥散更充分。② 单侧、双侧穿刺均可获得骨水泥的良好弥散分布，在保证穿刺入路安全的情况下，单侧穿刺同样可达到双侧穿刺骨水泥分布效果，获得更好的临床疗效。③ 骨水泥黏度、注入剂量、操作时相、推注速度及压力都与骨水泥弥散分布有一定的相关性，但其相互关系还待进一步研究。④ 伤椎CD和IP与骨水泥分布呈负相关，BMD与弥散程度之间呈正相关，但仍需更多文献支持。⑤ 辅助技术及工具的应用可获得较好的骨水泥弥散效果，但还需进一步完善成熟。下一步有望根据伤椎影响骨水泥弥散的情况选择个体化的骨水泥弥散措施，以达到良好的骨水泥分布，从而获得更好的临床疗效。