建立经皮椎体成形术后椎体再骨折风险的预测模型*

轩 冲 李 健 周 涛

安徽医科大学马鞍山临床学院脊柱骨科,安徽省马鞍山市 243000

椎体压缩性骨折是常见的老年脊柱疾病,主要表现为突然的剧烈疼痛、后凸畸形,导致生活质量下降及死亡率增加[1]。1984年,经皮椎体成形术(Percutaneous vertebroplasty,PVP)由Galibert等人首次使用,是一种经皮向椎体血管瘤患者注射聚甲基丙烯酸甲酯的方法[2]。目前,PVP被广泛使用在治疗疼痛性的椎体压缩性骨折,可以稳定椎体,防止进一步塌陷,实现疼痛缓解和功能的恢复,是一种创伤小、疗效好的微创手术。

国外研究者Fang SY发现术后新发椎体骨折(New vertebral compression fractures,NVCFs)发生率为2.7%～21.6%,不仅发生于相邻椎体,也发生在远端椎体中[3]。因此,应尽早识别高危患者,并实施针对性的预防措施,来降低术后NVCFs的风险[4]。但目前关于构建风险预测模型为PVP术后NVCFs提供个性化临床预测的研究较少。本研究选取在马鞍山市人民医院接受 PVP 手术治疗的NVCFs患者临床资料进行回顾性分析,探讨 PVP 术后再次发生椎体骨折的危险因素,通过开发并验证一款列线图来评估患者术后NVCFs风险。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2018年1月—2020年6月370例在马鞍山市人民医院被诊断为椎体压缩性骨折的患者纳为研究对象。纳入标准：所有患者均接受PVP手术;患者有明显腰背疼痛、活动受限等症状;X线检查,提示椎体楔形变;胸腰椎核磁共振成像(MRI)显示胸腰椎骨折的T信号改变(提示T2高信号,T1低信号)。排除标准：肿瘤、感染、结核病等引起的病理性骨折;患者合并严重感染以及其他全身性疾病,无法耐受手术;进行包括经皮椎体成形术的混合型固定手术;脊髓受压或明显的神经症状;随访资料不完整。

1.2 手术方法 患者俯卧位,在C臂机透视下完成PVP手术。具体操作：在局部麻醉(1%利多卡因)后,穿刺椎弓根,结合侧位片显示,当骨穿针经皮插入骨折椎体后1/3时,通道建立完成。取出针芯,注入配方的聚甲丙烯酸甲酯混合物,填充骨折块。为避免骨水泥渗漏,骨水泥尽可能向椎体前1/3倾斜,发现骨水泥渗漏时,立即停止骨水泥注射,取出穿刺针。

1.3 数据采集 回顾相关文献并结合临床研究将以下因素作为可能导致NVCFs的危险因素。包括：人口统计学一般特征：年龄、性别、胸腰段、CT值、体质量指数(Body mass index,BMI)。椎体治疗相关参数：骨水泥分布(致密模式或骨小梁模式)、骨水泥渗漏、骨水泥与终板接触情况、骨水泥注射量、抗骨质疏松药物治疗。术前和术后分别测量骨折椎体的椎体前高度(Anterior vertebral height,AVH)和Cobb角。椎体高度的恢复率(Nterior vertebral height recovery ratio,AVHRR)为术后AVH与术前AVH的比值。Cobb角转变为骨折椎体的上、下终板形成的角度。Cobb角恢复率为术后Cobb角与术前Cobb角的比值。所有患者均在术后1、3、6个月进行一次MRI检查,结合临床症状,术后MRI显示椎体压迫超过15%和骨髓水肿信号存在时,判定为NVCFs。同时所有随访患者一旦出现持续性或新发腰背痛,均返回我院进一步检查治疗。

1.4 统计学方法 分析每位患者NVCFs的风险。计数资料采用χ2,计量资料采用t检验,采用单因素Cox回归分析对所纳入的12个可疑危险因素进行数据降维和特征筛选,确定可能的预测因素。基于多变量Cox回归分析中,选取P<0.05的变量作为预测因素。利用R软件绘制列线图。并绘制ROC曲线,计算曲线下AUC的值,对模型区分度进行评价。生成校准曲线评估模型的校准度。决策曲线分析评估模型的净收益。统计学分析采用SPSS26.0版本(IBM Corporation,Armonk,NY,USA)和R version4.2.1(R Foundation for Statiscal Computing,Vienna,Asutria)。P<0.05 判断为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较 370例患者中,55例患者发生NVCFs(骨折组),发生率为14.86%,未发生再骨折315例(对照组)。两组患者的一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

表1 两组患者一般资料比较

2.2 经皮椎体成形术后再骨折危险因素的Cox回归分析 在单因素Cox比例风险回归中年龄、CT值、胸腰连接处、骨水泥外漏、骨水泥分布、抗骨质疏松药物治疗、Cobb角恢复率方面比较差异具有统计学意义(P<0.05)。而在性别、骨水泥与终板接触、BMI值、骨水泥体积、AVHRR方面比较差异无统计学意义(P>0.05),见表2。在多因素Cox中CT值、胸腰连接处、骨水泥外漏、抗骨质疏松药物治疗方面比较差异具有统计学意义(P<0.05)。而在年龄、性别、骨水泥与终板接触、骨水泥分布、BMI、骨水泥体积、AVHRR、Cobb角恢复率方面比较差异无统计学意义(P>0.05),见表2。

2.3 经皮椎体成形术后再骨折危险因素预测模型构建 根据Cox统计回归分析得到的4个危险因素(CT值、胸腰段、骨水泥的渗漏、抗骨质疏松治疗),建立预测经皮椎体成形术后再骨折的预测模型,见图1。列线图使用方法：让每个患者的值位于每个变量轴上,向上画一条线来确定每个变量值所在对应的点数。这些数字的总和位于最下方的总点数轴上,并向下画一条线到概率轴,确定术后NVCFs的概率。

图1 经皮椎体成形术后再骨折危险因素预测模型构建

2.4 经皮椎体成形术后再骨折危险因素预测模型验证 绘制ROC曲线,计算曲线下AUC的值为0.827(见图2a),表明模型具有良好的区分度。绘制校准曲线,显示实际发生曲线与拟合曲线具有良好的一致性(见图2b)。绘制决策图,图示阈值>3.5%,<98%,使用列线图预测NVCFs的风险更有利(见图2c)。综上所述,列线图在区分度、校准度与临床净获益方面都具有良好的预测效果。

图2 经皮椎体成形术后再骨折危险因素预测模型验证a.ROC曲线评价模型区分度 b.校准度曲线 c.临床决策图

3 讨论

PVP作为一种微创手术能在术后立即缓解患者疼痛,恢复患者日常生活,在骨质疏松性椎体骨折中被广泛应用[5]。PVP可减轻椎体压缩性骨折患者的疼痛,减少其对消炎止痛药物的依赖,改善生活质量,降低死亡率[6]。文献表明感染、骨水泥渗漏导致的肺栓塞以及NVCFs的发生均与之有关[7]。NVCFs是最常见的并发症,相关研究表明其发生率高达6.5%～34.8%[8],因此它依然是临床面临的一个棘手问题。

本实验中,通过Cox回归分析发现CT值、胸腰段、骨水泥外漏和抗骨质疏松药物治疗是NVCFs的独立危险因素,并建立临床预测模型。该模型各项危险因素评分来自多因素Cox回归分析,在提取多因素回归分析结果的同时兼具方便阅读使用的优点。其次本次研究对模型进行验证,较高的AUC值与校准曲线表明该模型具有良好的区分度与校准度,具有广泛的应用前景。骨科医生能更好地预估术后NVCFs的概率并制定有效的个性化预防措施。

在BMD的测量中,通常采用双能X线吸收仪(Dual-emission X-ray Absorptiometry,DXA)所测的T值判定。但在实际临床实践中发现, DXA的使用仍有很多局限性,对于脊柱侧弯畸形,退行性病变和压缩钙化等情况T值的判读会产生较大的偏倚。这可能的原因是老年人的骨质疏松严重,导致代偿性骨赘的产生,从而降低T值的准确性[9]。与此同时,对于胸椎的测量,由于肺部气体的干扰,无法直接对胸椎就行T值测量。通过翻阅相关文献,发现作为骨折诊断标准之一的CT,可作为BMD测量的重要补充手段。研究表明,CT测量CT值具有较高的灵敏度和特异性[10-11]。因此,在本次实验中用CT值替代T值用来评估骨质疏松情况,并发现它们在相关性回归中P值<0.05,是术后NVCFs的独立危险因素,这与文献的结果也相一致[12]。较低的CT值就表明骨质疏松的可能,骨质疏松会导致骨小梁强度小于从相邻椎间盘传递到椎体的轴向载荷,骨小梁的抗压机械强度与其密度比例失衡使其更易发生NVCFs。本实验中使用降钙素和双膦酸盐,通过抑制破骨细胞活性来减少骨折吸收,从而更加有效防止骨流失,实验结果表明抗骨质疏松治疗是影响NVCFs的独立危险因素,这与Saag等人实验结果相一致[13],为了更好地预防NVCFs,临床医生应该让患者了解骨质疏松的危害,针对不同患者采取相适应的抗骨质疏松治疗。

骨水泥作为椎体成形手术的必要材料,一直是相关研究的热点。研究表明骨水泥的渗漏、骨水泥的分布、骨水泥的体积是术后发生NVCFs的独立危险因素[14],这与本研究的结果并不完全相同,本研究中骨水泥的渗漏是NVCFs的独立危险因素。骨水泥的渗漏作为椎体成形术最常见的并发症之一,一方面在生物力学上削弱椎间盘缓冲能力,使轴线负荷不能及时得以中和;另一方面骨水泥的渗漏阻断了终版静脉丛对椎间盘的营养作用,加速了椎间盘的退变过程。

骨折组与对照组Cobb角恢复率之间的差异有统计学意义,Zou等人发现过度的Cobb角恢复是PVP后NVCFs的危险因素[15]。Cobb角会导致椎体内部结构紊乱和应力不平衡,从而导致椎体矢状面失衡,增加再骨折的风险,多因素分析显示,术后Cobb角和骨水泥角的恢复并不是危险因素,因为它们与手术和骨水泥剂量密切相关。

本研究中胸腰段骨折占总数的57.8%,是NVCFs的独立危险因素之一。胸腰段是生物力学一个特殊的解剖区域,因为它具有相对脊柱其他区域更大的活动范围,所以它在注射骨水泥后相对过高的骨密度导致相邻椎体受力不均,进而导致再骨折的发生。

但是该实验也存在一些局限性,首先,本实验属于回顾性研究,所搜集数据存在一定的偏倚,且研究对象均来自同一家医院,尽管该模型已经进行相关验证评价,但我们必须知道不同医院、地区和国家术后NVCFs发生率不同,这使得该模型适用范围受限。其次,由于不同的CT设备测量的CT值可能存在些许偏倚,同样抗骨质疏松治疗的方案也没有进行统一标准;最后,两组患者“每次治疗的椎骨”的数量存在不同,这可能会对研究产生影响。