两种不同扩张方式椎体后凸成形术的生物力学比较

卞元健，黄永辉，谭玉辉，吴燕，周志强，李大鹏

（1．江苏大学附属医院骨科，江苏镇江212001；2．江苏大学医学院，江苏镇江212013）

两种不同扩张方式椎体后凸成形术的生物力学比较

卞元健1，黄永辉1，谭玉辉1，吴燕2，周志强2，李大鹏1

（1．江苏大学附属医院骨科，江苏镇江212001；2．江苏大学医学院，江苏镇江212013）

目的：比较经皮球囊扩张后凸成形术（percutaneous balloon kyphoplasty，BKP）与JACK椎体扩张器后凸成形术（JACK vertebral dilator kyphoplasty，DKP）对骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）生物力学的影响。方法：T11-L2老年骨质疏松椎体标本24个，分为BKP组（12椎）和DKP组（12椎）。DSFW-50型万能试验机将椎体前屈压缩25%制成OVCFs，并记录制成骨折时的最大载荷、抗压强度及刚度。BKP组将骨折标本行BKP手术，而DKP组将骨折标本行DKP手术，将术后椎体标本再次进行前屈压缩，记录椎体的最大载荷、抗压强度及刚度，并对两组数据进行统计学分析。结果：BKP组及DKP组初次骨折前最大载荷分别为（1 609．2±160．6）N、（1 630．0±168．4）N；抗压强度分别为（9．9±1．6）MPa、（10．2±1．7）MPa；刚度分别为（1 034．8±147．3）N／mm、（1 014．2±219．7）N／mm，两组间差异均无统计学意义（P＞0．05）。BKP组及DKP组后凸成形术后最大载荷分别为（3 139．2±300．9）N、（3 171．2±366．2）N；抗压强度分别为（14．1±2．2）MPa、（14．4±1．7）MPa；刚度分别为（1 316．7± 229．1）N／mm、（1 348．3±214．0）N／mm，两组间差异均无统计学意义（P＞0．05）。BKP组及DKP组后凸成形术后最大载荷、抗压强度及刚度较术前相比差异均有统计学意义（P＜0．01）。结论：BKP及DKP均可以有效改善OVCFs椎体的抗压破坏能力，达到强化骨折椎体的目的。

骨质疏松性椎体压缩骨折；后凸成形术；椎体扩张器；球囊

骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）是脊柱外科的常见损伤［1－2］，随着社会人口老龄化，OVCFs的发生率逐年升高［3］。椎体后凸成形术是目前临床上治疗OVCFs安全有效的手术方法。现临床上常用的后凸成形术主要包括经皮球囊扩张后凸成形术（percutaneous balloon kyphoplasty，BKP）及JACK椎体扩张器后凸成形术（JACK vertebral dilator kyphoplasty，DKP）［4］，但目前尚无研究比较两种扩张方法对骨折椎体生物力学性能的影响。本研究选用尸体标本体外比较BKP与DKP对椎体强度的影响。

1 材料与方法

1．1 材料

6具老年尸体胸腰段椎体（T11-L2）标本（江苏大学解剖实验室），平均年龄（74．3±6．2）岁（68～81岁），经DEXA双能X线吸收骨密度仪测定证实6具尸体均达骨质疏松诊断标准（T-score≤2．5 SD）［5］，并排除椎体畸形、肿瘤等其他病变。

1．2 方法

1．2．1 标本处理及分组 将尸体胸腰段周围的肌肉、韧带、椎间盘等软组织剔除，制成24个单个椎体（每具尸体T11、T12、L1、L2共4个椎体），按照配对设计，将连续的2个椎体配成对子交叉分配到BKP组及DKP组，每组12个椎体。

1．2．2 OVCFs模型制备 将椎体固定在DSFW-50型微机控制电子万能试验机上，100 N预载2 min，然后以2．0 mm／min的速度进行前屈加载。将椎体压缩原高度25%后停止加载，记录椎体最大载荷、抗压强度及刚度。

1．2．3 BKP及DKP操作 BKP：在C臂透视下进行操作，将穿刺针在椎弓根影的外侧（正位片左侧9点、右侧3点位置）进针，直达椎弓根影的内侧（正位片左侧3点、右侧9点位置），侧位显示针尖达椎体后缘，抽出穿刺针内芯，置入导针，依次置入扩张管及工作套管，钻入专用钻头开路，取出钻头后放入KYPHON球囊，推入对比剂扩张球囊。当椎体高度恢复、球囊壁达椎体四周骨皮质、球囊压力达300 psi时停止扩张，取出球囊，调制聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）骨水泥，拉丝末期—团状期注入椎体内，记录每个椎体PMMA注入量。

DKP：与BKP过程相似，区别在于沿工作套管置入JACK扩张器，旋转后方把手使前方头部张开（垂直于上下终板方向，最大可扩张16 mm），椎体复位满意后注入PMMA。

1．2．4 生物力学测试 24个椎体标本在行后凸成形术后室温放置48 h，将骨水泥强化后的椎体固定在DSFW-50型微机控制电子万能试验机上，按照先前测试方法进行生物力学性能测试，获得骨水泥强化后椎体的最大载荷、抗压强度及刚度。

1．3 统计学处理

2 结果

24个椎体均建模成功，见图1a、1e，经BKP及DKP处理后椎体高度恢复（术中C臂透视见图1b、1f），且无明显骨水泥渗漏（术中C臂透视见图1c、1g），术后经CT扫描见DKP组骨水泥分布较BKP组更为规整，见图1d、1h。

BKP组及DKP组间初次骨折前最大载荷、抗压强度及刚度差异均无统计学意义（P＞0．05），具有可比性。BKP组PMMA注入量为（5．2±0．5）mL，DKP组PMMA注入量为（5．4±0．7）mL，两组间差异无统计学意义（P＞0．05）。

后凸成形术后两组最大载荷、抗压强度、刚度比较差异均无统计学意义（P＞0．05）。但两组后凸成形术后最大载荷、抗压强度及刚度与术前相比，差异均有统计学意义（P＜0．01）。见表1。

3 讨论

OVCFs的手术治疗方法主要包括椎体成形术和后凸成形术［6］。椎体成形术能缓解疼痛，但不能恢复椎体高度，并且骨水泥渗漏率相对较高。后凸成形术通过扩张椎体能恢复椎体高度，并使得椎体内形成一空腔，从而骨水泥可以较小的压力注入，因而骨水泥的渗漏率也较椎体成形术低［7－9］。 近年来，后凸成形术逐渐取代椎体成形术成为OVCFs的主要治疗方式［10］。

目前国内外应用最多的后凸成形技术主要为BKP及DKP，两种手术方法的不同之处主要在于扩张方式的不同，BKP采用球囊将骨折椎体复位，球囊向压力小的方向扩张，扩张后形成的空腔形态并不规则；而DKP采用JACK扩张器将骨折椎体复位，扩张方向垂直于终板方向，扩张后形成的空腔形态规则（矩形）［4］。经这两种方法强化后的椎体，其骨水泥的分布不尽相同，那么，其抗压性等生物力学性能是否有差异？目前尚无相关研究。

本研究体外制成骨质疏松骨折模型，采用BKP或DKP强化骨折椎体，并对比研究了两种手术方法对椎体生物力学的影响。结果显示，BKP及DKP均能有效恢复并改善椎体的最大载荷、抗压强度及刚度（P＜0．01），而BKP及DKP两组之间的最大载荷、抗压强度及刚度并无显著差异（P＞0．05），说明BKP及DKP均可以有效改善OVCFs椎体的抗压破坏能力，达到强化骨折椎体的目的。

对于OVCFs，BKP的临床应用远较DKP早且广泛［11］，但是BKP相对高昂的费用使得部分患者无法承担［12－13］，而JACK扩张器临床应用虽不及BKP广泛，但系我国学者［14］自行发明设计并准入于临床（中国发明专利号：ZL200510094420．1，美国专利公开号：US-2008-0177259），材料费用约1．4万元，大大减少了患者的经济负担。同时，我们的体外生物力学研究结果显示两者的抗前屈能力一致，可以预测其临床疗效也应该相当。另外，有学者［3－4］报道DKP亦能减轻患者疼痛、恢复椎体高度、矫正后凸畸形，获得令人满意的临床效果，且能减少骨水泥的渗漏率［14］，所以，临床医生可根据个人手术习惯及患者的经济条件等方面进行综合考虑来选择不同的手术方式。

我们实验过程中发现，OVCFs椎体模型很容易复位，无须很大的扩张压力（球囊压力均＜230 psi，JACK扩张器无压力监测装置，但凭借手术者的手感及经验判断，复位过程中所受到的阻力并不大），而临床手术过程中复位骨折椎体常需要较大的压力（部分临床病例球囊压力达到300 psi亦不能复位）。原因可能在于我们复位的是单个游离的椎体，没有椎间盘、韧带、周围肌肉等软组织的影响。

当然，本实验采用的是尸体标本，与活体组织的生物力学存在一定差异，并且标本为游离的单个椎体，未研究临近椎体及椎间盘对其生物力学的影响，我们将在后期研究中进一步探讨。另外，本实验仅就生物力学方面对比研究了BKP及DKP两种手术方式，两者对椎体生物力学性能的改善上并无显著差异。然而，它们在缓解疼痛、恢复椎体高度、手术时间、骨水泥渗漏率、骨水泥分布等方面是否存在差异，尚需进一步临床体内研究证实。

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Com parison of biomechanical efficacy in balloon kyphoplasty and JACK vertebral dilator kyphoplasty

BIAN Yuan-jian1，HUANG Yong-hui1，TAN Yu-hui1，WU Yan2，ZHOU Zhi-qiang2，LIDa-peng1
（1．Departmentof Orthopaedic Surgery，the Affiliated Hospital of Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212001；2．School ofMedicine，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China）

Objective：To compare the biomechanical effects of percutaneous balloon kyphoplasty（BKP）with JACK vertebral dilator kyphoplasty（DKP）on osteoporotic vertebral compression fractures（OVCFs）．M ethods：Twenty-four osteoporotic vertebrae specimen ranged from T11to L2were randomly assigned to BKP group（n＝12）and DKP group（n＝12）．All 24 vertebrae were compressed by 25%of their initial height by material testmachine（DSFW-50）to create OVCFs，and the initial extreme load，strength and stiffnesswere recorded．The 24 fractured vertebrae were undergone BKP or DKP accordingly．The second flexional compression fractureswere experimented，and the extreme load，strength and stiffness were recorded．Results：In BKP group and DKP group，the initial extreme load was（1 609．2±160．6）N and（1 630．0±168．4）N，the strength was（9．9±1．6）MPa and（10．2±1．7）MPa，the stiffness was（1 034．8±147．3）N／mm and（1 014．2±219．7）N／mm．There were no differences between two groups（P＞0．05）．After kyphoplasty，the extreme load was（3 139．2±300．9）N and（3 171．2±366．2）N，the strength was（14．1±2．2）MPa and（14．4±1．7）MPa，the stiffnesswas（1 316．7±229．1）N／mm and（1 348．3±214．0）N／mm．And there were no differences between two groups（P＞0．05）．In both groups，the extreme load，strength and stiffness after kyphoplasty were increased when compared to the ini-tial data（P＜0．01）．Conclusion：Both BKP and DKP can significantly strengthen fractured vertebrae and improve the biomechanical properties of the vertebral body．

osteoporotic vertebral compression fractures；kyphoplasty；vertebral dilator；balloon

R683．7

A

1671－7783（2014）05－0423－04

10．13312／j．issn．1671-7783．y140122

江苏大学医学临床科技发展基金项目（JLY20120154）

卞元健（1979—），男，硕士研究生；李大鹏（通讯作者），博士，副主任医师，E-mail：lidapeng706＠163．com

2014－06－14 ［编辑］何承志