骨水泥强化椎弓根螺钉技术治疗合并骨质疏松脊柱疾病的疗效观察

胡凡琦，胡文浩，张 昊，王 尧，张智发，张少甫，张雪松解放军总医院 骨科，北京 100853

目前在临床上，多种椎弓根螺钉及相关技术已经广泛用于需行脊柱后路内固定手术的骨质疏松症患者，包括增大螺钉直径、双皮质固定以及利用骨水泥进行螺钉-骨界面强化等[1-3]。增加螺钉直径可以有效增加骨-螺钉的接触面积，提高了螺钉的稳定性。但有报道证实该方法受椎弓根直径的限制，当螺钉的横截面积超过椎弓根横截面积90%时，容易出现椎弓根爆裂，导致内固定强度降低，甚至神经根损伤[4]。而双皮质固定对术者置钉技术要求较高，同时穿透前方皮质增加了椎前血管及脏器损伤的风险。随着骨水泥的广泛应用，利用骨水泥进行椎弓根螺钉强化日趋成熟[5-7]。早期该技术的应用主要是在钉道内灌注骨水泥后进行置钉，从而达到强化内固定的目的，但该方法步骤较为烦琐，易受骨水泥凝固时间的限制，且置钉过程中容易出现骨水泥渗漏，增加了手术风险。通过对传统椎弓根螺钉进行改良，有学者设计了多孔中空椎弓根螺钉，即骨水泥椎弓根螺钉(cement-augmented pedicle screw，CPS)，该螺钉在尸体试验中取得了良好的效果，减少了手术操作时间，并显著降低了水泥渗漏的风险[8]。临床上，CPS已被应用于合并骨质疏松的腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation，LDH)、腰椎管狭窄症(lumbar spinal stenosis syndrome，LSS)、腰椎滑脱症(lumbar spondylolisthesis，LSL)及腰椎退行性侧凸(degenerative scoliosis，DS)。随着老龄化的加重，由脊柱退变、骨质疏松引起的矢状面失衡逐渐成为影响老年患者生活质量的重要因素，CPS应用于矢状面失衡可能具有广泛的前景，但目前尚缺乏相关的研究报道。本研究将CPS应用于合并骨质疏松的脊柱后凸畸形、退行性侧凸、腰椎间盘突出症、腰椎滑脱症及腰椎管狭窄症病例的临床资料进行回顾，并与传统椎弓根螺钉进行对比，对骨水泥强化椎弓根螺钉技术的临床应用效果进行系统整体的评价。

资料和方法

1 资料来源 选取2013年5月- 2016年8月在我科手术治疗的脊柱疾病患者。纳入标准：1)合并骨质疏松(术前X线骨密度测量t值降低＞2.5标准差)；2)因腰椎管狭窄症、腰椎间盘突出症、椎体压缩骨折(vertebral compression fracture，VCF)、腰椎滑脱症、脊柱退行性侧凸、脊柱退行性后凸畸形(degenerative kyphosis，DK)行脊柱后路内固定手术；3)随访资料完整，且随访时间不少于12个月；4)手术使用传统椎弓根螺钉或CPS。排除标准：1)先天性脊柱畸形或其他僵硬性脊柱畸形；2)伴随脊柱感染或肿瘤；3)翻修手术或既往腰椎手术病史；4)术前合并神经损伤。共有249例患者纳入本研究。采用双能X线吸收骨密度测量仪对腰椎骨密度进行测量。按照患者手术中使用螺钉进行分组：观察组，采用CPS固定，共计83例；对照组，采用传统椎弓根螺钉固定，共计166例。行长节段固定的患者，无论是否所有螺钉均采用CPS，只要使用骨水泥对CPS进行强化者均纳入观察组。

2 手术方法 所有病例均全身麻醉，取俯卧位，采用脊柱后正中入路，骨膜下剥离椎旁肌，显露椎板、关节突，根据“人字嵴”顶点确认进钉点，创建好钉道后使用探针探查钉道四壁的完整性，确认钉道完整后置入椎弓根螺钉，透视确认螺钉位置无误。观察组病例继续通过中空CPS注入骨水泥进行强化，配制好骨水泥后，在其处于“拉丝期”时使用骨水泥推杆向CPS内推注，每枚螺钉注射1.5 ～ 2.0 ml PMMA骨水泥进行强化(图1)。

图 1 术中经CPS骨水泥强化过程 A：手术中使用的骨水泥推杆，可容纳1.5 ml骨水泥(PMMA)； B：骨水泥推杆与CPS连接； C：术中推注骨水泥过程Fig. 1 Intraoperative procedure of PMMA augmentation through CPS A: The bone cement push rod used in the operation can accommodate 1.5 ml of bone cement (PMMA); B: The bone cement push rod connected with CPS; C: Intraoperative injection of bone cement

3 术后处理 术后常规静脉给予抗生素预防感染，根据患者术前血栓风险评估结果给予高风险患者皮下注射低分子肝素，并穿戴梯度弹力袜防止下肢深静脉血栓形成。术后引流量低于50 ml/24 h后拔除引流管，术后3个月内佩戴腰围或支具。

4 观察指标 1)记录所有患者的性别、年龄、术前骨密度值、手术时间、术中出血量、术后引流量及骨水泥渗漏情况；2)术前行腰背痛与下肢痛的视觉模拟评分(visual analog scale，VAS)、Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index，ODI)评分评估临床结果，术后分别在3个月、12个月时各随访1次；3)存在侧凸及后凸畸形的病例拍摄脊柱全长片，测量以下参数：冠状面主弯Cobb角、冠状位平衡(coronal vertical axis，CVA)、腰椎前凸(lumbar lordosis，LL)、矢状位平衡(sagittal vertical axis，SVA)；4)所有患者均测量手术前后最上固定椎的椎体前后缘高度(H)；5)根据X线片评估脊柱融合情况：A级，植骨区连续骨痂形成，达到坚强植骨融合；B级，未达到坚强融合，但无假关节形成；C级，假关节形成，节段活动度超过5°；6)记录所有患者的手术并发症情况。

5 统计学分析 所有数据录入SPSS20.0统计软件进行分析，服从正态分布计量资料以-x±s表示，组间比较采用独立样本t检验或重复测量方差分析；不服从正态分布的以中位数、四分位数表示，组间比较采用秩和检验。计数资料采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 两组一般资料比较 两组年龄、性别、骨密度t值差异均无统计学意义，具备可比性。两组患者的一般资料及疾病分布见表1。

2 两组手术及随访情况比较 两组的手术节段、术中出血量及术后引流量均无统计学差异(P均＞0.05)，但观察组的手术时间高于对照组(P＜0.05)。观察组有4例出现骨水泥渗漏，均为椎体前方水泥渗漏，没有出现椎管内或椎弓根水泥渗漏，但出现1例骨水泥肺栓塞(图2)。随访1年内，观察组共720枚螺钉均未见松动；对照组1 238枚螺钉中39枚出现松动，21例没有达到坚固融合(表2)。

3 两组疗效比较与术前相比 两组VAS评分及ODI评分术后均显著改善(P＜0.01)，术后3个月两组VAS及ODI评分无统计学差异(P＞0.05)，但术后12个月观察组优于对照组(P＜0.05)。见表3。

4 两组最上固定椎的椎体前后缘高度 对照组术后12个月最上固定椎椎体前后缘H较术前降低，前缘更为显著，椎体出现压缩变形；而观察组术后12个月未见明显压缩。见表4。

5 退行性侧凸与后凸畸形病例的影像学比较 两组退行性侧凸病例术后3个月主弯Cobb角均得到明显纠正(P＜0.01)，且组间比较均无统计学差异(P＞0.05)。但术后12个月时，对照组出现了矫形丢失，其主弯Cobb角均高于观察组(P＜0.05)。两组退行性后凸病例术前SVA、LL均无统计学差异(P＞0.05)，术后3个月SVA、LL较术前均显著改善(P＜0.01)，组间比较无统计学差异(P＞0.05)。术后12个月对照组SVA较术后3个月时显著增加(P＜0.05)，LL与术后3个月时比较无差异(P＞0.05)，术后12个月时观察组病例SVA、LL均未见明显变化，没有出现矫形丢失。见表5。

6 典型病例 病例1：患者男性，62岁，诉腰痛半年，伴双下肢疼痛、麻木，活动及久站时症状加重，骨密度检查t值为-3.26，腰痛VAS评分7分，下肢疼痛VAS评分6分。患者腰椎X线侧位片及CT提示腰5椎体向前滑脱；腰椎MRI检查提示腰5-骶1节段椎管相对狭窄，硬膜囊明显受压；患者行后路腰椎滑脱复位内固定融合术，针对患者骨质疏松情况术中采用骨水泥强化内固定，术后腰腿痛症状明显缓解，术后腰痛及下肢痛VAS评分均为2分；术后12个月随访未见螺钉松动、脱落，腰5-骶1节段达到坚强融合。见图3。

表1 两组脊柱疾病患者的一般资料比较Tab. 1 Comparison of general data in two groups

表2 两组手术情况比较Tab. 2 Comparison of surgical parameters between two groups

表3 两组临床结果比较Tab. 3 Comparison of clinical outcomes between two groups (-x±s)

表4 两组最上固定椎的椎体前后缘H比较Tab. 4 Comparison of height of anterior and posterior edges of vertebral bodies at the upper end between two groups (-x±s)

表5 退行性侧凸与后凸病例的影像学结果比较Tab. 5 Comparison of imaging results of degenerative scoliosis and kyphosis between two groups

病例2：患者女性，68岁，主诉腰痛伴间歇性跛行1年余，术前腰痛VAS评分7分。腰椎正侧位X线片可见腰椎多节段退行性改变，腰1椎体楔形变；腰椎MRI检查见腰4-5椎管狭窄，硬膜囊神经根受压，腰5-骶1椎间隙变窄。结合患者症状、体征，行腰4-5、腰5-骶1椎管减压、椎间融合，腰3-骶1普通椎弓根螺钉内固定术，术后腰腿痛症状明显缓解，腰痛VAS评分3分。术后3个月随访，患者腰痛症状进一步加重，无法站立及久坐，复查腰椎X线片示腰3椎体上终板塌陷，前柱压缩，近端邻近椎局部后凸，考虑为骨质疏松所致，给予口服骨化三醇、钙剂，并肌注唑来膦酸钠等抗骨质疏松治疗。术后1年随访，患者腰痛症状仍存在，复查腰椎X线片示腰3椎体上终板进一步塌陷，椎体前缘高度较术后3个月复查降低，患者腰痛VAS评分7分，严重影响生活质量，见图4。

病例3：患者女性，71岁，主诉腰痛8个月，站立时加重，查体胸腰段可见后凸畸形，棘突及椎旁压痛、叩击痛阳性，术前腰椎骨密度-3.20。术前站立位脊柱全长片提示T12、L1椎体楔形变，脊柱胸腰段后凸畸形，腰椎退行性侧凸，影像测量指标LL 7°、局部后凸73°、SVA 106 mm。行后路矫形内固定术，针对患者重度骨质疏松情况，术中对内固定近端及远端螺钉行骨水泥强化，术后后凸畸形矫正：LL -32°、SVA 3 mm，患者腰痛症状明显缓解。术后1年随访未见螺钉松动及矫形丢失。见图5。

图 2 X线片(A)和肺部CT(B)可见右肺上叶前段片状模糊影伴条索影，双肺多发小结节影(箭头所示)Fig. 2 X-ray (A) and CT scan (B) of lung showed patchy shadow on the anterior segment of the right lung with stripe shadow and multiple small nodular shadows in bilateral lungs (indicated by arrows)

讨 论

图 3 62岁男性，因腰椎滑脱症行脊柱后路手术，术中行骨水泥强化内固定 A：术前腰椎X线侧位片； B：术前CT； C：术前核磁； D、 E：术后腰椎X线正侧位片； F：术后12个月手术节段达到坚强融合Fig. 3 A 62-year-old male patient underwent posterior spinal surgery for spondylolisthesis with PMMA augmentation A：Preoperative X-ray of lumbar; B: Preoperative CT scan; C: Preoperative MRI scan; D, E: Postoperative X-ray of lumbar; F: Strong fusion was achieved at the level of the surgery at 12 months after surgery

随着社会老龄化的加重，骨质疏松的发生率逐年升高，目前已经成为影响老年人生活质量最重要的原因之一[9-10]。同时，骨质疏松还会引起椎弓根螺钉的松动，最终导致脊柱内固定手术失败，患者满意度降低[11]。而诸多学者从多个方面对传统椎弓根螺钉进行改良，以提高螺钉的内固定强度，包括增加螺钉直径、采用双皮质固定、使用骨水泥强化等[12-15]。其中，骨水泥强化椎弓根螺钉已被证实可以有效提高螺钉固定强度，而骨水泥灌注的方式也在不断改进，目前最为常用的是使用中空侧孔螺钉对骨质疏松椎体进行骨水泥灌注，较之前的骨水泥预填充方法显著提高了手术效率，减少了骨水泥渗漏的发生率[16]。目前中空侧孔螺钉在临床应用的报道较少，且其适应证主要为合并骨质疏松的椎间盘突出症、椎管狭窄症或腰椎滑脱症[17-18]。本研究将骨水泥应用在所有合并骨质疏松并需要后路内固定手术的脊柱疾病中，包括脊柱侧凸或后凸畸形病例，并进行系统回顾报道。

Amendola等[16]在2011年对21例骨质疏松或肿瘤导致骨量下降的患者使用中空侧孔骨水泥螺钉进行内固定手术，并通过螺钉注入骨水泥，结果显示术后VAS评分及SF-36评分均显著改善，在平均36个月的随访期内没有发现螺钉松动的情况出现。本研究中所有使用CPS的83例病例在随访中也没有出现螺钉松动的情况，该结果与Amendola等的研究一致。与之相比，在全部使用传统椎弓根螺钉的166例病例中共出现39枚螺钉松动，松动率达到3%。然而，观察组83例病例并不是所有螺钉均使用CPS，在分组时只要使用CPS均归入观察组，因此观察组病例中所使用的普通椎弓根螺钉在随访期也没有出现松动。这提示对于选择性进行骨水泥灌注强化的病例，骨水泥对CPS的强化也显著减少了其余普通螺钉的松动率。这可能与骨水泥的选择性灌注提高了整体内固定结构的稳定有关。

本研究中观察组所有病例，在术后1年随访时均获得与术后3个月一致的临床结果，包括VAS评分与ODI评分，但与之相比，对照组病例中传统螺钉并没有展示出良好的远期效果，在术后1年随访时平均VAS评分从术后3个月随访时的1.5增加到2.4，ODI评分从20.6增加到31.5。同时观察发现对照组病例中上端固定椎的前后缘高度在术后1年随访时均有不同程度的丢失，以前缘压缩最为明显，进而可能导致近端椎局部后凸或邻近节段退变。而邻近节段的退变与患者远期的生活质量密切相关[19]，合并骨质疏松的患者有必要采用骨水泥螺钉的方式进行强化固定。而在临床工作中，内固定的近端椎往往位于胸腰段或胸椎后凸顶点的下方，应力较为集中，此位置应为脊柱后路内固定融合手术所关注的重点。

脊柱退行性侧凸患者往往年龄较大，合并骨质疏松，传统的脊柱内固定方式可能不能获得较好的远期融合效果，甚至经常因侧凸畸形的矫形丢失而需要进一步翻修手术[20-21]。而将骨水泥螺钉选择性用于退行性侧凸可以显著提高内固定的稳定性，尤其是减少远期的矫形丢失，避免再次手术，提高患者的生活质量。而目前的多孔中空螺钉设计，如CPS，并没有显著增加出血量及并发症，其安全性也在可接受范围内。因此，骨水泥螺钉为脊柱退行性侧凸的整体矫形策略增加了更多的选择性及可能性。

合并骨质疏松的脊柱后凸畸形往往容易出现上下端椎的螺钉拔出或松动，这往往是脊柱后凸畸形远期矫形丢失的重要原因之一。本研究将骨水泥强化椎弓根螺钉的方法用于后凸畸形患者的脊柱后路矫形策略中，提高了整体内固定的稳定性。在本研究中，采用骨水泥强化CPS固定技术治疗后凸畸形的病例均被归入观察组，共9例。其SVA从术前的82.8 mm改善到术后的23.7 mm；LL从术前的-8.7°改善到-35.1°，术后1年随访均未见明显矫形丢失。而对照组18例后凸畸形病例1年随访时的SVA丢失率达到33%，LL达到9%，两组之间有显著差异。根据本研究中术者的经验，在后凸畸形中使用骨水泥螺钉需要注意以下几个方面问题：1)对于相对僵硬的脊柱后凸畸形，需要根据情况适当行Ponte截骨，甚至PSO截骨；2)在螺钉置入的过程中需要充分考虑整体畸形的影响，如在固定节段的两端使用长尾螺钉，便于置棒；3)在选择性置入骨水泥螺钉时，尽量选择应力集中、骨质较松的位置，通过骨水泥灌注提高整体内固定结构的稳定性；4)在胸椎较高节段灌注骨水泥可能存在骨水泥入血致肺栓塞的风险，术中需要注意。

本研究为病例回顾研究，存在一定不足。在病例回顾中发现对照组病例的随访时间较观察组长，这说明对照组病例的手术日期较早，而随着骨水泥螺钉的广泛应用，观察组病例主要集中在随访区间较晚时间。因此两组患者的收治并不在同一时间段，该因素可能干扰研究结果。同时，该研究为单中心回顾研究，病例数有限，在骨水泥螺钉临床应用方面还需要大样本、多中心的前瞻性研究以得出更为严谨的结果。

综上，采用骨水泥椎弓根螺钉治疗合并骨质疏松的多种脊柱退行性疾病安全有效，可以获得满意的远期效果。

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