数字骨科分析PVP术后骨水泥弥散程度及其与临床疗效的关联性

王拴池，王芳芳，陶晓冰

(河北省沧州市中西医结合医院脊柱脊髓外科，河北 沧州 061001)

近20年经皮穿刺椎体成形术(percutaneous vertebro plasty，PVP)成为治疗中老年胸腰椎椎体压缩骨折简单、实用、见效快的较好的方法，可取得快速止痛的效果，但可能有一些因素会影响椎体成形术的疗效，导致不同患者间的治疗效果存在差异[1]。

那么，如何评价手术疗效?在早期，往往采用骨水泥注射量评价，但越来越多的临床试验结果表明骨水泥注射量并不与疗效有直接关系[2]，而与骨水泥弥散程度有关，评价骨水泥弥散程度有多种方法，如骨水泥填充率、骨水泥弥散面积、骨水泥弥散体积等，其中以骨水泥弥散体积较为准确，临床及科研中常于CT数据中人工勾画计算，该方法存在较大误差。因此，很有必要寻找一种可以在术后客观、准确地测量骨水泥弥散程度的方法，但由于椎体内骨水泥及椎体均为不规则物体，常规的影像学检查难以对其体积进行准确计算。在这种背景下，我们将数字骨科技术应用于评价骨水泥弥散程度，计算骨水泥弥散体积及弥散比，并分析骨水泥弥散体积与临床效果的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2015年8月至2016年3月确诊为骨质疏松性椎体压缩性骨折并行经皮椎体成形术的患者55例进行分析。纳入标准：a)年龄大于等于60岁；b)单椎体骨折，椎体压缩不超过1/4，MRI表现为T1加权像椎体内水肿信号；c)符合PVP的适应证，且无相关禁忌证；d)具有完整的临床资料、影像学资料及随访资料。排除标准：a)多节段胸腰椎压缩性骨折；b)非骨质疏松性椎体压缩性骨折；c)服用激素及免疫抑制剂者；d)术后椎体外有骨水泥渗漏者。本组病例中，男20例，女35例，年龄60～87岁，平均71.3岁。所有患者表现为明显的腰背部疼痛，多有摔伤等外伤史，均为胸腰椎单椎体骨折，T113例，T1218例，L119例，L29例，L35例，L41例。

本研究已经医院伦理委员会通过，患者及家属均对本研究知情同意并签署知情同意书，报送医院伦理委员会备案。

1.2 手术方法 患者取俯卧位，垫体位垫保持胸腰段及腰椎适度后伸，结合术前影像学检查及术中C型臂透视下定位责任椎及拟穿刺的椎弓根，确定进针位置及角度。常规术区消毒，用1%利多卡因在进针途径进行局部浸润麻醉。在椎弓根影的外上侧进针，钻入套管针，并使侧位片针尖朝向MRI所示椎体T2高信号区域，当针尖进入椎弓根，正位片显示穿刺针尖位于椎弓根影内侧缘外侧，侧位显示针尖位于椎弓根基底部位时可继续钻入直至侧位片显示针尖到达椎体前1/3处。配制好骨水泥后装入加压注入装置内，待骨水泥到达拉丝期，C型臂透视辅助下将骨水泥缓慢注入病变椎体内。停止注射标准：骨水泥到达病椎后壁或椎旁静脉丛显影，以防止骨水泥渗漏造成椎管内容物受压或进入血管，通过注入装置读取并记录骨水泥注入，待体外骨水泥完全凝固变硬后旋转穿刺针后拔出。伤口压迫止血，敷贴包扎。

1.3 疗效评估与骨水泥弥散程度评价

1.3.1 疗效评价 记录骨水泥注射量、有无骨水泥渗漏及并发症发生情况。术前、术后第3天，术后第3、6个月对患者进行Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index，ODI)评定；腰背疼痛采用视觉模拟评分(visual analog scale，VAS)评定。

1.3.2 骨水泥弥散程度评价

1.3.2.1 CT数据收集 所有患者均在术前、术后3 d行CT扫描(美国GE 64排螺旋CT)检查。扫描条件：120 kV、250 mA。患者仰卧位，以病椎为中心扫描三个椎体，层厚设定为0.625 mm，检查结束后导出DICOM文件至光盘。

1.3.2.2 Mimics软件计算 将获取的DICOM数据导入到Mimics 15.0(Materiallise softwar，Belgium)软件中创建Mimics项目文件，用阈值分割工具快速分离、提取骨组织，参考的阈值范围为系统默认的骨组织界定阈值(226～3 071 Hu)。软件自动逐层生成骨组织表面轮廓线，然后利用三维重建功能获得该区域脊柱节段的三维模型(命名为模型1，见图1)。

在模型1的基础上继续操作，通过预先测量椎体内骨水泥的密度(1 000～3 000 Hu)，将阈值调整为1 000～3 000 Hu，利用骨组织与骨水泥阈值的不同，将骨水泥分离提取出来，软件自动逐层生成骨水泥组织表面轮廓线，利用三维重建功能获得骨水泥三维模型，以Mask Edit工具去除骨水泥模型中渗漏于椎体外部分(命名为模型2，见图2)，以3-Matic软件将模型空隙修补成为封闭立体模型，计算骨水泥弥散体积(精确到0.01 mL)。

在模型1基础上以阈值分割工具及Mask Edit工具去除椎体外附着结构(肋骨、渗漏骨水泥)，并以椎弓根椎上切迹和椎下切迹前缘为界去除椎弓根及后部结构，形成骨折椎体模型，以3-Matic软件将模型空隙修补成为封闭立体模型，计算骨折椎体体积(精确到0.01 mL)。

计算骨水泥弥散体积/骨折椎体体积，得到骨水泥弥散比。

以上数据由三名熟练使用Mimics、3-Matic软件的脊柱外科医师分别进行处理、计算，最后取三者平均值。

1.4 统计学处理 使用SPSS 18.0统计软件进行处理，使用配对t检验，统计软件输入数据时精确至0.01。对比术中实际骨水泥注入量与Mimics软件计算出的骨水泥量(平均值)，评估差异的显著，判断实际骨水泥量与计算所得骨水泥弥散体积间区别。P<0.05为两组间差异有统计学意义。应用Spearman相关分析评价骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比与VAS、ODI间相关性。

图1 椎体三维重建模型 图2 骨水泥三维模型

2 结 果

2.1 一般情况 所有患者手术均顺利完成。术中骨水泥注射量为2.5～6.1 mL，平均(4.26±0.86)mL。无神经损伤、脑脊液漏及感染等严重并发症，其中5例骨水泥少量渗漏至椎旁静脉，形成血管铸型，无椎管内及椎间隙渗漏。

2.2 数据统计结果 骨水泥注入量平均值为(4.26±0.86)mL，骨水泥弥散体积平均值为(5.36±0.92)mL，骨水泥弥散比为(0.20±0.03)，术中实际骨水泥注入量与弥散体积间差异有统计学意义(P<0.05)。骨水泥注入量、骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比与术后3 d、术后3个月VAS、ODI评分间存在关联性，骨水泥注入量与术后VAS、ODI间相关性程度为低度正相关(0.3

表1 骨水泥注入量、骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比与术后VAS、ODI评分间相关性(r值)

3 讨 论

椎体成形术作为治疗骨质疏松性压缩骨折的常用方法越来越收到关注与研究。而骨水泥注入量作为椎体成形术的关键问题尚无统一标准[3]，过量的骨水泥带来更多的渗漏机会及更大的相邻椎体再骨折风险[4-5]。

同时有一些因素会影响椎体成形术的疗效，如何评价椎体成形术的治疗效果，多位学者有不同看法[6-8]：骨水泥注入量、骨水泥在椎体内的填充比率等。黄文东[9]提出了骨水泥弥散体积概念，骨水泥注入椎体后在椎体内沿骨折线、骨小梁间隙进行弥散，黏合支撑骨质及周围包绕空间，形成由骨水泥、骨小梁及其间隙所共同构成的三维空间结构，并认为能更合理反映出骨水泥在椎体内部的填充、分布情况，与临床效果相关性更高，但在实际数据处理过程中存在较大人为因素影响，数据波动性大。

3.1 数字骨科技术应用于椎体成型手术 近年数字骨科技术发展迅速，Bozkus[10]、Leichter[11]等以CT数据为基础，应用数字技术研究颈椎力学，随着科技发展，图像处理技术、现代医学影像学、计算机辅助制作、计算机辅助设计等技术越来越趋于成熟，并被用于临床[12]，利用螺旋CT扫描，结合数字骨科软件可以对椎体进行二维、三维重建，计算相关角度、长度、体积等[13]，可计算获得骨水泥弥散区域体积，反映骨水泥在椎体内弥散情况已经具有可能性。

多款数字骨科软件具有强大的三维重建成像及不规则体体积计算能力，利用软件设定及主动调整的阈值可将骨水泥与椎体骨质分开，并分别精确计算得出椎体内骨水泥弥散体积。在此基础上，作者将患者术前、术后CT数据提取，导入Mimics软件中，将阈值调整为1 000～3 000 Hu，提取出骨水泥后去除渗漏部分骨水泥，并封闭骨水泥模型腔隙，计算其体积作为骨水泥弥散体积，术中实际骨水泥注入量与弥散体积间差异有统计学意义(P<0.05)，排除骨水泥渗漏病例，该比较仍差异具有统计学意义(P<0.05)。证明骨水泥在椎体内可延骨折线及骨质疏松腔隙弥散分布。骨水泥弥散体积的计算方式避免了人工统计的误差，同时计算更加方便，便于研究计算，同时引入骨水泥弥散比，即骨水泥弥散比=骨水泥弥散体积/椎体体积，骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比均可作为骨水泥在椎体内弥散程度的评价指标。

3.2 数字骨科技术计算骨水泥弥散程度及其与术后疗效的关系 既往研究[11]在骨水泥注入量上存在较多争议，其可能原因有：a)关注了术中骨水泥注入量，却未关注骨水泥注入椎体后的弥散状态，同时患者差异化的椎体体积影响同样较大，相同量的骨水泥在不同椎体内产生的效应肯定是有差别的；b)术中骨水泥注入量记录过程中的误差；c)骨水泥搅拌后可能存在的气泡导致记录误差。这其中，第一条原因应为主要原因[11]，本研究中利用骨水泥弥散体积及骨水泥弥散比进行注入量评价，更加准确，操作性更强，同时兼顾了骨水泥在椎体内弥散状态和椎体体积，而忽略骨水泥在椎体内弥散程度及不同椎体的体积可能会将研究引入误区。

陈同林[14]等认为骨水泥注入椎体后弥散，在骨折线、骨小梁间隙内起力学增强、稳定作用，对断裂骨小梁起到匹配黏合稳固作用，骨水泥弥散体积能反应注射量，更能反映骨水泥注射的质。骨水泥的弥散体积可以说明骨水泥注射后椎体力学性能和空间结构的变化，骨水泥在已塌陷的骨小梁间隙内可对椎体起到支撑稳固作用，骨水泥弥散的不规则空间分布与其力学性能密切。

统计学计算也同样证实：骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比与术后疗效(ODI、VAS评分)有密切关联性，术后3 d VAS评分与骨水泥量、骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比之间关联性r值分别为：0.440、0.764、0.757，术后3 d ODI评分与骨水泥量、骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比之间关联性r值分别为0.383、0.528、0.507，可见术后3 d VAS及ODI评分与骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比为中度正相关，与骨水泥注入量为低度正相关，对于其关联性强弱对比，限于研究方法，无法进行量化比较。较大的骨水泥弥散体积与弥散比病例可获得更好的临床效果，其原因可能在于骨水泥能较好地弥散于疏松骨小梁间及骨折线内，对断裂的骨小梁起着固定作用，减少骨折端微动，提升了术后椎体的即时稳定性，减少对神经末梢的刺激，从而减轻疼痛。同时Chevalier等[15]也通过体外力学实验证实，椎体成形术中骨水泥在椎体上下终板之间充分弥散，有助于防止远期发生再次塌陷或者骨折。

因此，我们认为应用数字骨科技术计算PVP术后骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比的方法准确性及可重复性均较高，本研究证实骨水泥弥散体积、骨水泥弥散比与术后疼痛及改善功能障碍改善情况关联密切，该方法相比于骨水泥注入量来说更为客观，更利于在多中心、大样本临床研究时作为统一测量标准。同时也说明PVP手术不应单纯追求骨水泥注入量，而更应关注骨水泥在椎体内弥散情况。由于本研究仅为回顾性病例观察，并且观察病例数相对较少，存在一定的局限性，今后仍有必要开展大样本、多因素分析或前瞻性随机对照研究来进一步探讨。

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