腰椎椎体CT值与可灌注骨水泥螺钉注入强化剂加强固定的相关性研究

姜国正，冯宁宁，俞兴，赵赫，曲弋，王逢贤，杨永栋，马昱堃

(1.北京中医药大学，北京 100029；2.北京中医药大学附属东直门医院，北京 100700)

腰椎经椎弓根系统内固定最早由Roy-Camille成功应用于临床，后经Steffee等专家学者的不断改进，现已广泛用于腰椎退变、畸形等手术治疗的辅助固定[1]。由于腰椎活动度及力学承载较大，螺钉固定后承载负荷又相应增加，螺钉松动时有发生，有报道称骨质疏松患者螺钉松动率可达60%[2-3]。为防止或减少骨质疏松椎体固定后螺钉松动的发生率，可经骨水泥螺钉侧孔向椎体注入骨水泥增加螺钉的把持力[4]。螺钉灌注骨水泥后固定强度增加、螺钉的松动率下降，但同时也带来了骨水泥渗漏、术后翻修困难等问题[5-6]。如何能在保证螺钉固定稳定性的同时、降低骨水泥灌注患者的比例，逐渐成为脊柱外科领域关注的焦点之一。腰椎椎体的骨密度与螺钉在椎体内的把持力直接相关，因此术前准确测量固定椎体的骨密度可对螺钉固定后的稳定性进行可靠预测。临床常用于测量骨密度的方法——双能X线吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry，DXA)因老年患者腰椎广泛的骨质增生而常使测量值偏高[7]。近年有研究显示椎体的CT值基本不受退变影响，能真实反映椎体的骨密度[8-9]。本研究回顾2016年7月至2019年6月因腰椎退变并接受骨水泥螺钉内固定的患者资料，分析螺钉固定椎体术前的CT值与是否注入骨水泥的内在关联性，初步筛选出L3～5椎体行骨水泥加强固定的CT值临界范围，为临床医生提供一定的参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年7月至2019年6月于北京中医药大学东直门医院行腰椎内固定融合术治疗的腰椎退行性疾病患者资料进行回顾性分析。纳入标准：(1)术前3个月内行腰椎CT检查(平扫+重建)，术后2周及随访期内行腰椎X线检查；(2)固定节段为L3～5椎体；(3)采用可灌注骨水泥螺钉固定器械。排除标准：(1)存在先天性脊柱畸形、脊柱创伤、脊柱肿瘤、脊柱结核、强直性脊柱炎等；(2)既往有腰椎手术史；(3)存在代谢性骨病，或长期服用皮质激素等影响骨密度的药物。

所有患者均由同一位资深脊柱外科医师制定计划和施行手术(腰椎管减压、后外侧植骨融合辅助可灌注骨水泥螺钉固定术)。手术适应证：(1)合并骨质疏松(DXA测量骨密度T值≤-2.0)的腰椎管狭窄症；(2)合并骨质疏松(DXA测量骨密度T值≤-2.0)的腰椎间盘突出症；(3)Ⅰ度和Ⅱ度腰椎滑脱症[10]。

根据纳入排除标准共纳入89例患者，男24例，女65例。根据患者腰椎椎体是否注入骨水泥将患者分为骨水泥组与非骨水泥组，其中骨水泥组29例，男4例，女25例；年龄54～84岁，平均(67.8±1.4)岁。非骨水泥组60例，男20例，女40例；年龄52～85岁，平均(69.4±0.9)岁。本回顾性研究按北京中医药大学东直门医院伦理办公室相关伦理要求进行，所有患者均知情同意。

1.2 临床资料与影像学测量 收集患者年龄、性别、固定椎体是否注入骨水泥强化剂、随访期内螺钉是否松动等指标。

术中相关操作：全麻后俯卧位腹部悬空，常规后正中入路显露目标节段，根据术前测量、术者经验及解剖标志确定各椎弓根螺钉的进针点及螺钉粗细和长度，螺钉植入完毕透视确定位置满意后，根据术者拧入螺钉的扭力手感确定是否行骨水泥注入，骨水泥注入后再次透视确定骨水泥分布、排查椎管内渗漏等并发症，充分中央椎管、神经根减压后，植入相应螺钉系统纵杆和横连、横突间及关节突关节植骨后，止血冲洗留置引流管后逐层关闭伤口。

所有患者术前3个月内行腰椎三维重建CT检查。由2名经验丰富的医师在不知所测患者是否行骨水泥强化的前提下独立使用医学影像存档与通讯系统(picture archiving and communication systems，PACS)系统进行影像学测量，测量值取平均值。CT测量参数：选取平行于上、下终板及椎弓根水平的3个横断面，避开皮质骨、局部骨质增生区域、椎内静脉丛，在松质骨内画出尽可能大的椭圆形感兴趣区(region of interest，ROI)，读取ROI内的平均CT值(见图1)，取3个平面的平均值为该椎体的CT值。用以上方法测量每位患者L3、L4、L5椎体松质骨的CT值。随访期间由2名经验丰富的医师判断螺钉松动情况，出现不一致时由术者判定。螺钉松动的诊断标准[11]：末次随访时腰椎正侧位X线中螺钉两侧出现≥1 mm的透亮带。

图1 平行于椎弓根水平，沿骨皮质边缘选取椭圆形测试区测量CT值

2 结 果

2.1 两组一般情况及椎体CT值比较 骨水泥组(n=29)与非骨水泥组(n=60)患者，年龄分别为(67.8±1.4)和(69.4±0.9)岁，性别比(男/女)分别为4/25和20/40，两组患者的年龄和性别的差异无统计学意义(P>0.05)。非骨水泥组共植入螺钉360枚，末次随访松动4枚(松动率1.1%)，其中L52枚(同一患者)、L3和L4各1枚(不同患者)；骨水泥组共植入螺钉174枚，末次随访未见松动，两组螺钉松动率对比差异无统计学意义。两组患者椎体CT值：骨水泥组L3、L4、L5分别为(65.4±6.0)HU、(68.9±6.5)HU、(78.9±6.3)HU；非骨水泥组分别为(97.4±3.8)HU、(101.5±4.0)HU、(117.1±5.0)HU。骨水泥组L3、L4、L5椎体的CT值均低于非骨水泥组，P<0.001。

2.2 椎体CT值与骨水泥灌注的Logistic回归分析 以单因素分析中P<0.05为依据，分别选择L3、L4、L5腰椎椎体CT值进行Logistic回归分析，判断椎体CT值与骨水泥灌注的关系(见表1)。结果发现椎体CT值大小与骨水泥螺钉是否灌注骨水泥关系显著(P<0.001)，呈负相关。

表1 椎体CT值对骨水泥灌注的Logistic回归分析

2.3 腰椎椎体CT值影响骨水泥注入的ROC分析 在不考虑年龄、性别的简化条件下，以椎体CT值预测是否注入骨水泥的ROC分析见表2。以椎体CT值预测L3、L4、L5椎体是否需要注入骨水泥的ROC分析结果差异均具有统计学意义(P<0.001)。其中CT值预测L3、L4、L5椎体是否需要注入骨水泥的ROC曲线下面积(area under ROC curve，AUC)均>0.70，预测效果较理想。以约登指数判断需行骨水泥强化的临界CT值，L3、L4、L5椎体CT临界值分别为69.1 HU，94.3 HU，98.5 HU；即L3椎体CT值≤70 HU，L4椎体CT值≤95 HU，L5椎体CT值≤99 HU是相应椎体螺钉置入后需行骨水泥加强固定的高危影响因素。

表2 CT值预测骨水泥注入的ROC曲线分析

2.4 典型病例 60岁女性患者，因“腰痛15年伴双下肢疼痛20 d，行走、久立时症状加重平卧后缓解”入院，诊断为腰椎管狭窄症，行腰椎椎板切除减压，经椎弓根系统内固定，横突间植骨融合术。术后1周患者疼痛症状明显好转，术后3个月行走超过2 000 m不出现间歇性跛行。手术前后影像学资料见图2～4。

图2 术前X线片示腰椎多发退变，骨质疏松

图3 术后7 d X线片示螺钉固定位置满意，骨水泥弥散良好

图4 术后25个月X线片示腰椎曲度可，螺钉未松动，融合良好

3 讨 论

3.1 腰椎椎体CT值与骨密度的关系 随着人口老龄化社会的到来，因腰椎退行性疾病需行减压固定融合术的老年患者日益增多，而老年患者常合并骨质疏松，有报道50岁以上腰椎融合手术患者中，女性的骨质疏松患病率为48.9%，男性为27.1%[12]。临床最常用于测量骨密度(bone mineral density，BMD)的方法是DXA，DXA所测椎体BMD，反映椎体横截面内的平均骨密度，包括皮质骨、松质骨及椎体前后方各种结构矿物质的密度[13]，行腰椎减压固定融合术的老年患者腰椎常存在广泛的骨质增生，DXA法测量的腰椎椎体BMD结果受到椎体增生的骨赘、硬化终板或椎体骨折后硬化等因素影响而偏高，不能准确反映患者目标椎体骨质疏松程度[7]。由于CT值测量可有效避开DXA测量椎体BMD的上述干扰因素，近年来根据CT值预测BMD在国内外逐渐受到关注。CT图像将人体分割成若干体积单元，每一个体积单元内的物质对X线的衰减系数代表了该单元的物质密度，即CT值，单位为HU[14]。腰椎椎体以松质骨为主，CT值则代表了椎体松质骨内矿物质、脂肪及血液等的组织密度，腰椎椎体CT值的测量可避开皮质骨、增生硬化区域等干扰，因此能更准确的反映椎体BMD。较多报道研究证实腰椎椎体松质骨区域CT值与DXA法测得的椎体BMD具有显著正相关，与DXA法相结合能更全面评估BMD而尽早识别低骨量及骨质疏松[15-17]。Zou等[18]回顾性分析研究334例腰椎退行性疾病患者腰椎CT值与DXA所测T值的相关性，结果显示两者呈正相关，且相关系数非退变组高于退变组。Lee等[16]研究发现CT值的变化与BMD的变化具有显著相关性，但相关性随年龄的增长逐渐降低，作者认为CT值可用来预测骨质疏松症。目前大多研究认为腰椎CT值评估腰椎骨量具有良好的可行性和敏感性。

3.2 腰椎椎体CT值与骨水泥灌注的关系 经椎弓根系统内固定方式能够维持脊柱前、中、后三柱稳定的前提是螺钉在椎体内有足够把持力。骨量减少或骨质疏松的椎体较正常椎体对椎弓根螺钉的把持力下降，螺钉松动率增加，有报道骨质疏松患者腰椎固定螺钉松动率可达62.8%[2]。疏松椎体内注入骨水泥能加强椎弓根螺钉的力学稳定性，使螺钉与椎体形成稳定的结合力。较多国内外研究已证实经骨水泥螺钉向椎体注入强化剂是维持螺钉稳定性的良好方式之一[19-21]。Liu等[22]报道23例合并骨质疏松症的腰椎滑脱患者，行固定融合手术经椎弓根螺钉注入骨水泥，平均随访(22.5±10.2)个月，所有患者均未观察到螺钉松动、移位或拔出的情况，植骨融合率100%。与上述研究结果相似，本研究中骨水泥组共植入螺钉174枚，2年以上末次随访均未见螺钉松动，也说明注入骨水泥的螺钉可获得很好的稳定性。

骨水泥强化剂在增强椎弓根螺钉把持力、降低螺钉松动率的同时也带来了骨水泥渗漏、术后翻修困难等问题[23-24]。骨水泥注入椎体的过程中有渗漏到椎管的可能，可因聚热效应或压迫损伤邻近的马尾或神经根[25]。经骨水泥强化后的椎体强度增高，可增加内固定节段上下椎体承受的应力，增加邻椎发生椎体压缩性骨折的概率[26]。此外，若此类患者日后需行翻修手术，因骨水泥使椎弓根螺钉与椎体紧密结合，增加了翻修的难度和创伤。如何在保证椎弓根螺钉获得足够把持力的前提下，尽量减少灌注骨水泥的椎体比例，是目前临床探索的焦点之一。经验丰富的脊柱外科医生常根据置钉过程中获得的手感反馈，决定在置钉成功后是否仍需注入骨水泥增强稳定性。这种方式主观性较强，缺少客观评价标准，难以统一评估。本研究病例术中是否进行骨水泥灌注，也是依据术者的经验手感扭力的大小来判断，具有一定的主观性，但术者为资深脊柱外科医师，根据他的判断，本研究中未行骨水泥灌注组的螺钉2年以上松动率仅为1.1%，与骨水泥灌注组相比差异无统计学意义，这说明骨水泥组与非骨水泥组的分组相对可靠，未灌注骨水泥的螺钉提供的稳定性也能满足临床植骨固定的需求。测量分析两组目标椎体CT值的差异，初步筛选出需行骨水泥强化的椎体CT临界值，对临床骨水泥螺钉应用过程中是否注入骨水泥，提供了一个较为客观的参考依据。本研究发现L3、L4、L5椎体的CT值骨水泥组均低于非骨水泥组，两组间数据差异具有统计学意义。Logistic回归分析椎体CT值大小与骨水泥螺钉是否灌注骨水泥相关性的结果显示L3、L4、L5椎体的CT值与是否灌注骨水泥均呈显著负相关。椎体CT值与椎弓根螺钉需行骨水泥强化的ROC关系分析显示椎体CT值对骨水泥强化具有较好预测价值。当L3椎体CT值低于70 HU，L4椎体CT值低于95 HU，L5椎体CT值低于99 HU时，建议骨水泥强化增强螺钉稳定性。

本研究的局限性在于，纳入样本量偏少，骨水泥组29例、非骨水泥组60例，且只包含了L3、L4、L5椎体，未包括L1、L2及S1椎体。下一步研究将增加病例数量、增加纳入节段(包含L1、L2、S1椎体行内固定的患者)，使各椎体的注入骨水泥CT临界值更精确，更好地为临床决策提供帮助。

综上所述，腰椎椎体CT值测量方法简便，能够有针对性的反映手术节段的椎体骨密度，椎体CT值大小与骨水泥螺钉是否灌注骨水泥呈显著负相关，其测量值可用于预测椎弓根螺钉是否需行骨水泥强化固定，CT值越低，越建议骨水泥强化。