无骨折脱位型颈脊髓损伤的临床预后模型的建立与探讨

王 杰,郭 帅,蔡 璇,徐嘉伟,李浩鹏

(西安交通大学第二附属医院骨二科,西安 710004;*通讯作者,E-mail:lhp-3993@163.com)

无骨折脱位型颈脊髓损伤(cervical spinal cord injury without fracture and dislocation,CSCIWFD)是指由于外伤所导致的影像学上不伴有颈椎骨折脱位的颈脊髓损伤,是一类特殊类型的脊髓损伤[1,2]。这一类型的颈脊髓损伤随着近年来影像学诊断技术的日益发展逐渐被大家所关注,常继发于有颈椎管狭窄、颈椎间盘突出、后纵韧带骨化、黄韧带肥厚等病理基础上[3-6]。当轻度外力引起急性脊髓损伤,而颈椎又无骨折或脱位,颈椎侧位片显示椎管与椎体中矢状径比值小于0.75时,应当高度怀疑为这种损伤[7-10]。虽然国内外有学者发表过有关无骨折脱位型颈脊髓损伤的相关文献[11,12],但是对于无骨折脱位型颈脊髓损伤的临床治疗预后模型方面的研究却很少。本研究旨在建立一个临床预后模型用于对无骨折脱位型颈脊髓损伤患者的临床预后评估。

1 资料和方法

1.1 一般资料

收集2012-09～2018-03在我院骨科治疗的颈椎外伤病例62例,本组中男34例,女28例;年龄33-64岁,平均51.0±9.1岁(第25百分位数为43岁,第75百分位数为59岁);病程约5-29 d,平均病程为(15.2±7.6)d,病程2周以上者32例。术前JOA评分0-17分,平均(9.7±2.1)分;术后6月JOA评分0-17分,平均(13.5±1.6)分;术后JOA评分改善率≥60%共21例。

纳入标准:①入院前有明确的颈椎外伤史;②患者年龄≥20岁;③颈椎MRIT2WI有明显的脊髓信号改变[13,14];④MRI显示后纵韧带或黄韧带增厚、骨化或椎间盘突出者;⑤随访时间大于6月。

排除标准:①X线或CT影像学上显示存在颈椎结构性改变(颈椎椎体骨折、颈椎关节脱位、椎弓根骨折或脱位、椎板骨折等)者;②外伤前患有颈椎病或有严重的脊髓神经损伤症状者;③伴有颅脑外伤者;④患有任何有可能影响神经功能评估的疾病(如神经系统方面的疾患等)。

1.2 临床表现及诊断

全部患者有颈椎管狭窄。颈椎生理曲度改变23例。致伤外力轻微37例,较重25例。本组所有患者均表现有不同程度的颈髓损伤症状[15],其中颈部疼痛47例,颈部活动受限50例,肢体感觉障碍45例,肢体运动障碍41例,病理反射阳性38例,伤后四肢不能运动39例,排便功能障碍15例。根据国际脊髓损伤神经分类标准(ISNC-2013),B级5例,C级37例,D级20例。

本组患者诊断主要依据影像学资料进行诊断,患者颈部受外伤作用后出现一系列症状,在颈椎正侧位片或颈椎CT未见颈椎骨折征象,在颈椎侧位片上可见明显颈椎管狭窄,而在颈椎MRIT2WI上可见颈髓信号发生改变。

1.3 伦理学审核

本研究经西安交通大学第二附属医院生物医学伦理委员会审查批准进行。由于本研究为回顾性研究,患者均已出院,故在伦理委员会的准许及监督下使用临床资料并对涉及患者隐私的部分进行保密。

1.4 临床治疗方式

所有手术均由本文的通讯作者主刀完成。手术方式根据患者症状及其影像学特点,全部手术病人均采用“颈后路单开门椎管扩大成形术”手术术式。所有患者术前均行颈椎正侧位X线摄影或颈部CT平扫及MR平扫。目的是全面了解椎骨、颈髓及软组织的情况,未发现明显的椎骨骨折或脱位,全面评价病变。术后予头颈支具外固定,指导康复训练,术后1周再次拍颈椎正侧位片评判颈椎管扩大及内固定效果,出院后继续头颈支具外固定3个月并于术后6个月复查并再次行颈椎JOA评分。

1.5 观察指标

本研究采用颈椎侧位片Pavlov比值来评估颈椎管狭窄程度,颈椎侧位片Pavlov比值=颈椎管矢状径b(mm)/颈椎椎体矢状径a(mm),相关数据由三位研究人员测得,并将测得的三组数据进行方差分析,如差异无统计学意义(P>0.05),取三组数据的均值作为最终测量数据。否则,重新测量。当Pavlov比值≤0.75时,则为颈椎管狭窄。手术治疗前后进行JOA评分以及计算术后6个月JOA评分术后改善率=(术后评分-术前评分)/(17-术前评分)×100%。颈椎生理曲度测量采用Borden法[16]:自枢椎齿突后上缘到C7椎体后下缘画一直线为A线,沿颈椎各椎体后缘画一连线为B线,在A-B线间最宽处的垂直横交线为C线,即为颈椎生理曲线的深度(见图1),测量数值均以绝对数值表示。根据患者受伤外力及机制将致伤外力分为轻微外力(行走摔倒、自行车事故等)、较重外力(高处坠落、车祸等)[17]。

1.6 统计学方法

1.6.1 建模 采用二分类Logistic回归分析[18]。候选纳入的7个影响因素为:年龄、性别、致伤外力大小、病程、颈椎管狭窄程度、术前JOA评分、颈椎生理曲度。年龄因素用患者实际年龄来度量。性别分为2组:(男为0,女为1)。致伤外力大小分为2组:轻微外力(行走摔倒、自行车事故等)为0;较重外力(高处坠落、车祸等)为1。病程分为2组:<2周、≥2周。颈椎管狭窄评价用Pavlov比值来度量。术前JOA评分以患者术前实际JOA评分数值来表示。颈椎生理曲度用Borden法C线实测值来评估。手术疗效以术后6个月的JOA评分术后改善率为阈值,分为2组:改善率≥60%可认为治疗显效,症状明显缓解甚至消除;改善率<60%则认为治疗无效,症状改善不佳或不明显。以JOA评分术后改善率分组为二分类因变量,7个影响预后的因素为自变量,变量筛选使用逐步选择法,由此得到回归模型。分析时由于多重回归方程中偏回归系数存在单位,不可直接比较大小,因此先用标准化偏回归系数消除度量衡的影响。再通过OR(odds ratio,优势比值)比较各个自变量的相对贡献大小。

图1 Borden法测量颈椎生理曲度Figure 1 The measurement of the physiological curvature of the cervical spine was performed using the Borden method

1.6.2 缺失值处理 若缺失值极少,对于缺失值可假定其为完全随机缺失,采用多重插补[19],否则应修改分析方案。

1.6.3 评价 对于临床预后模型的评价,主要从模型的拟合优度、吻合力以及分辨力三个方面来评价。所谓Logistic回归模型的拟合优度是通过比较模型预测的与实际观测的事件发生和不发生的频数有无差别来进行检验。此处用Hosmer-Lemeshow拟合优度检验来描述与评价临床预后模型的拟合优度的好坏。所谓吻合力即临床上所观察到的观测阳性值与根据临床预后模型所得出的预测阳性值的符合程度,此处用吻合线指标来描述与评价临床预后模型的吻合力的好坏。所谓分辨力即临床预后模型分辨阳性结果及阴性结果的能力,此处用受试者曲线下面积(AUC)来描述与评价临床预后模型的分辨力的好坏。由于临床所收集病例数有限,此处采用自助法抽样,抽样次数为10 000次,将所得的抽样数据进行分析并将所得数据秩次由小及大大致分为10组,以预测概率为横坐标,观测比例为纵坐标绘制吻合线。将所得抽样数据分析绘制受试者曲线(ROC曲线),并计算受试者曲线下面积(AUC)。若所得AUC呈现正态分布时,将采用正态分布的方法直接计算95%置信区间,否则将采用百分位数法计算[20,21]。

上述统计分析过程均在IBM SPSS Statistics 22(IBM Corp.,Armonk,NY,USA)和SAS Proprietary Software 9.4(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)中用自编程序实现。

2 结果

2.1 预后模型的建立

相关资料缺失极少,已采用多重插补补充。经过筛选以及统计学分析结果如下,3个影响因素的P值小于0.05,差异有统计学意义,故可认为此3个影响因素与患者临床预后存在关联,3个影响因素分别为病程、术前JOA评分以及颈椎管狭窄程度(颈椎管Pavlov比值)(见表1)。

表1无骨折脱位型颈脊髓损伤预后模型入选自变量的估计值

Table1Independentvariablesinasurgicalprognosticmodelforcervicalspinalcordinjurywithoutfractureanddislocation

参数自由度估计值e标准误差WaldPOR95%置信区间病程1-4.32231.73634.87530.0358∗0.03260.0016-0.6614术前JOA评分11.31580.58036.83240.0087∗3.37371.3422-8.4799颈椎管Pavlov比值120.52659.56235.6365<0.0001∗17.062315.2926-19.0367

与其他4个影响因素组比较,*P<0.05

2.2 预后模型的评价

本预后模型的Hosmer-Lemeshow拟合优度检验结果显示,卡方值5.903 2,自由度为8，P=0.658 1。

Logistic回归模型的拟合优度是通过比较模型预测的与实际观测的事件发生和不发生的频数有无差别来进行检验。如果预测值与实际观测值相近,说明模型的拟合效果好,统计量的值偏小,对应的P值较大。本预测模型的Hosmer-Lemeshow拟合优度检验结果为P值>0.05,提示模型的拟合效果较好。

吻合线图以及ROC曲线图,见图2,图3。由于各AUC呈正态分布,故算得AUC=0.882 3(95%CI=0.753 0-0.983 2)。

图2 无骨折脱位型颈脊髓损伤预后模型吻合线图Figure 2 Fitness line of a surgical prognostic model for cervical spinal cord injury without fracture and dislocation

图3 无骨折脱位型颈脊髓损伤预后模型ROC曲线图Figure 3 ROC curve of a surgical prognostic model for cervical spinal cord injury without fracture and dislocation

吻合线以预后模型的预测概率为横坐标,纵坐标为观测比例。图中散点落在对角线上时,提示模型预测能力最为理想,散点图对于对角线的偏离程度所代表的是预测的准确性。图2提示模型的吻合力尚可,预测结果偏于乐观。

ROC是以1-特异度为横坐标、灵敏度为纵坐标绘制而成的曲线。曲线下面积(AUC)用于综合评价诊断的准确性。图3所得AUC≥0.8,提示该预后模型的分辨力基本理想,取最左上方的点(升序第18个点)作为最佳的阈值。

3 讨论

无骨折脱位型颈脊髓损伤在临床上并不少见,患者受伤前多无任何神经症状,致伤外力多为较轻的外力,这也与本研究过程中所遇到的病患相符。此类颈脊髓损伤患者的伤后症状较为明显,常伴有感觉、运动等功能的改变,脊髓损伤多为不完全性损伤。此类患者在X线或者CT影像上常为阴性表现即无椎体的骨折、移位征象,而在MRI上则为阳性表现,在T2WI上常显示脊髓内信号不均,提示存在有脊髓损伤。单因素不足以评估疾病的预后,用多因素进行评估疾病的预后更具有可行性,因此能够从众多因素中确定影响预后的重要因素的临床预后模型受到欢迎。预后模型可以根据不同因素的组合来大致预估疾病的预后,所采用纳入的因素为临床上易于获得的指标,旨在通过对多因素的分析来较为准确地预测预后,在这些因素中不全都是与所研究疾病存在有因果关系,与病因学研究相比存在着不同,预后模型的主要目的是预测临床预后以及发现与所研究疾病相关的保护性或危险性因素,并对临床预后工作提供一定的指导。

本预后模型提示颈椎管狭窄程度、病程以及术前JOA评分是影响预后的3个因素,术前JOA评分是保护性因素,其每增加1个标准单位,logit(P)增加0.256 5,标准化的OR为e0.256 5;颈椎管狭窄程度是其危险性因素,Pavlov比值越大,颈椎管狭窄程度越轻,当Pavlov比值每增加1个标准单位时,logit(P)增加81.537 6,标准化的OR为e81.537 6;病程是其危险性因素,当其增加时,logit(P)减少2.317 6,标准化的OR为e-2.317 6。

吻合力方面,根据模型所得的吻合线图(见图2)提示吻合力尚可,其中有两点位于对角线上,其余大部分点位于对角线右下侧提示本模型预测概率高于实际观测。预测结果偏于乐观。

分辨力方面,根据模型所得的ROC曲线图(见图3),曲线下面积(AUC)用于综合评价诊断的准确性。其取值范围为0≤AUC≤1。当AUC=0.5时说明模型完全不起作用即不能区别患者预后结局的好坏。在AUC>0.5的情况下,AUC越接近1说明模型的分辨力越好,一般认为AUC≥0.8时模型较为理想。本图所得AUC≥0.8,提示该预后模型的分辨力基本理想,取最左上方的点(升序第18个点)作为最佳的阈值,该点处的logit(P)=-2.620 3,当logit(P)≥-2.620 3时可认为患者手术后预后较好,提示手术治疗有效。

病程方面,一些专家建议应对已存在有椎管狭窄的病人尽早进行手术治疗,因为持续的脊髓压迫可能会阻碍神经系统的改善[22-24]。La Rosa[25]认为与患者在损伤很长一段时间后才接受手术治疗相比,患者在损伤后24h内接受椎管减压术,术后患者的预后相对较好。然而Kawano等[26]认为患者在急性期接受手术治疗与患者在急性期之后接受手术治疗,其临床预后差异并无明显差异。病程对于无骨折脱位型颈脊髓损伤预后的作用,众多学者争论不一。本研究通过建立模型进行预后分析,发现较长的病程是患者预后的危险性因素,这与La Rosa的观点相同。可能是因为颈髓损伤主要表现为颈髓直接受压以及颈髓受压而继发的颈髓水肿、出血等,早期行减压手术不仅有助于解除颈椎管对于颈髓的直接压迫作用,也减少或减轻颈髓水肿、出血等颈髓继发性损害。因此,尽早行颈椎管减压手术有助于患者术后恢复。

在评价颈椎管狭窄程度方面,Herzog等[27]认为颈椎侧位片上狭窄节段矢状径测量是最为精确的测量方法。但是Suk等[28]认为X线片测量存在放大误差,不建议采用此方法进行颈椎管狭窄程度的测量评估,而Pavlov比值这一测量方法可以消除放大误差等干扰因素,是进行颈椎管狭窄程度的测量评估更为理想的方法。Takao等[29]和他的团队研究人员认为颈椎管狭窄在创伤性颈椎管狭窄所引起的无骨折脱位型颈脊髓损伤过程中是一个重要危险性因素。Aebli等[30]及其研究人员认为Pavlov比值为0.7时,患者存在有外伤后发生急性颈脊髓损伤的风险。本研究模型发现椎管狭窄是影响其预后的一个危险性因素。结合临床病例分析,我们认为椎管狭窄使得椎管储备容积相对减小,而外力的作用虽未造成颈椎的骨折与脱位,但却使得本已相对减小的椎管储备容积情况更加恶化,这也与查阅既往文献[31,32]所得结论相吻合。因此,患者的影像学上虽未呈现出颈椎骨折或者脱位,但其临床症状却十分明显。

术前JOA评分方面,患者的术前JOA评分在一定程度上反映了患者术前的颈髓状况,本研究结果显示在术前JOA评分中较高的JOA评分是患者预后的一个保护性因素。术前JOA评分相对高者提示颈髓的状况较好,其颈髓受到的机械性压迫以及继发的颈髓水肿、出血等情况较轻,其术后的预后情况相对较好。

本研究中有1例患者术前JOA评分仅为8分,病程20 d,颈椎管Pavlov比值为0.75,当时术前预计手术疗效较不理想,但根据模型预测logit(P)=-2.527 6>-2.620 3,最终患者手术治疗有效,术后JOA改善率为0.716,这与模型的预测结果相近。这体现出了临床医生主观评测结果与模型预测结果的差异性,并也突出了临床预后模型的重要性。除此之外,另有1例患者的预测结果却并不理想,患者术前JOA评分为12分,病程18 d,颈椎管Pavlov比值为0.61,根据模型预测logit(P)=-1.768 3>-2.620 3,但实际上预后不佳,术后JOA改善率为0.5。这体现出模型尚有不足之处,还需更多的病例以及更全面的检验与评估来进一步完善模型的预测能力。

另一方面,本模型对于患者的基础疾病并未纳入,有5例患者由于患有糖尿病以及术前长期的营养不良致使伤口愈合时间较长,影响到了患者的预后。这些因素是本模型所未能纳入考虑的。这提示今后的预后模型研究中应当将患者所患基础疾病纳入考虑范围内以求全面、详细地评估患者预后。

本研究旨在建立一个外科预后模型用于对无骨折脱位型颈脊髓损伤患者的预后评估。这是临床工作中所缺乏的。但是本研究存在有局限性与不足之处,主要体现在:①本研究为回顾性研究且样本量较少,纳入的影响因素也相对较少,不够全面;②采用JOA评分术后改善率作为术后疗效评判指标,其尚存在有争议,需在今后能够达到共识;③本模型对于患者本身所存在的基础疾病并未纳入考虑,对于预后的评估不够全面,有待进一步研究改进。

本预后模型为logit(P)=-26.352 3+20.526 5VALUE+1.315 8SCORE-4.322 3TIME。本预后模型的吻合力和分辨力较好,颈椎管狭窄以及病程是影响无骨折脱位型颈脊髓损伤的外科预后的危险性因素;术前JOA评分是无骨折脱位型颈脊髓损伤的外科预后的保护性因素。当logit(P)≥-2.620 3时可认为预后良好。但模型也存在着些许不足之处,但从总体上来看模型对于无骨折脱位型颈脊髓损伤的临床预后评价具有较好的临床应用价值。