骨质疏松椎体压缩骨折椎体成形术后变形相关因素分析

周辉 彭亮* 乐军 董刚 项东 方宜宥

骨质疏松症（OP）是一种全身性代谢性骨病，多发于髋部、脊柱椎体等部位，骨质疏松性椎体骨折最为频繁［1-2］。经皮椎体成形术（PVP）与经皮椎体后凸成形术（PKP）是通过微创介入治疗骨质疏松性椎体压缩骨折（OVCFs）的脊柱外科技术，临床接受度高，广泛应用于骨质疏松椎体骨折的治疗。研究显示椎体成形术伴随一定的术椎变形发生率，严重椎体变形是引起术后疼痛，影响疗效的重要因素。本文回顾性分析154例OVCFs患者的临床资料，探讨术椎变形相关危险因素。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2012年1月至2016年6月本院OVCFs患者154例，其中男65例，女89例；年龄57～90岁，平均年龄（76.20±9.35）岁。其中83例接受PVP术，71例接受PKP术，手术节段T7～L4。随访时间6～30个月，平均（15.43±6.81）个月。

1.2 方法 观察测量由3位医师分别独立完成，分别测量手术前后及随访X片侧位椎体高度，如术椎前缘高度差值≥2mm定义为术椎变形阳性，取3位医师分别测量的平均值为结果。主要分析骨质疏松程度、椎体高度恢复率、骨水泥弥散状态、手术方式、是否合并椎体骨坏死等相关危险因素。骨质疏松程度采用双能X线骨密度仪测量，T-score值表示；椎体前缘高度恢复率根据Guan等［3］的方法测算，即椎体前缘高度恢复率=（术后椎体前缘高度-术前椎体前缘高度）／（1/2术椎上位椎体前缘高度+1/2术椎下位椎体前缘高度）×100%；骨水泥弥散状态分为团块状、混合状、弥散状；手术方式分为PKP或PVP两种；是否合并骨坏死主要根据影像学诊断为椎体内裂隙样变患者。

1.3 计算机模拟 采集一名2016年因骨质疏松L2椎体骨折并行PKP手术治疗的患者。在取得知情同意后，采集其胸腰段X、CT、MRI等资料。扫描数据经过放大处理后，以DICOM格式图像输出，转存入计算机以作三维重建。利用ANSYS和MIMICS软件进行计算机模拟有限元分析，模拟不同骨水泥注入状态下椎体应力的变化情况。分别计算直身垂向加载500N、前屈垂向加载300N+10Nm两种载荷边界，分析在不同方案、不同载荷边界下的脊柱力学特性（见图1）。

图1 脊柱骨有限元模型

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0统计学软件。影响术椎变形危险因素变量的筛选方法采用前向（Wald）逐步法，确定最终进入回归模型的危险因素，多因素分析采用Logistic逐步回归分析法，组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 术椎变形发生率 154例患者随访周期内共发生29例术椎变形，术椎变形率为18.83%。术椎骨水泥成团块状分布时，术椎变形率为29.17%。同时存在椎体骨坏死的患者中，术椎变形率为42.86%。

2.2 单变量对术椎变形发生率的影响 性别、年龄、术椎节段水平三个变量组间比较差异无统计学意义（P＞0.05）；骨质疏松程度、椎体高度恢复率、骨水泥弥散状态、手术方式、是否合并椎体骨坏死等相关危险因素组间比较差异有统计学意义（P＜0.05）。骨质疏松T评分低的患者变形率高；椎体高度恢复越大变形率越高；团块状情况下变形率明显高于其他分布形态；PKP组术椎变形率高于PVP组；同时存在椎体骨坏死者术椎变形率高。

2.3 多因素Logistic逐步回归分析 骨质疏松T评分、术椎高度恢复率、骨水泥填充模式、手术方式、是否合并椎体骨坏死是影响术椎塌陷的独立危险因素。见表1。

表1 术椎变形的多因素Logistic逐步回归分析结果

2.4 椎体内部强化术后术椎塌陷变形影像学 见图2、3。

图2 a-b：PVP术前；c术后2d；d：术后16个月，L1椎体塌陷，术椎前缘高度明显下降

2.5 计算机模拟有限元分析 垂直加载及前屈加载情况下，脊柱骨折后最大应力随着骨水泥注入量的增加而增加，最大变形位移逐渐降低，表明骨水泥对骨折后脊柱的支撑作用明显。椎体植入骨水泥的容量越多，椎体刚度增加越强，植入骨水泥2ml、4ml、6ml状态下，相邻椎体应力随骨水泥的注入增加而变大。见表2，图4。

表2 整体受力状态下椎体受力数据汇总

图4 骨水泥2ml、4ml、6ml填充方式模型图

3 讨论

目前文献报道PVP、PKP术后术椎塌陷的发生率3%～52%，本资料显示，术椎变形发生率为18.83%，与多数文献研究报道的发生率相比略低，可能与作者通过术椎X线片的测量、评价，较通过CT、MRI片测量、评价准确性略低有关。

骨密度低是骨水泥强化术后椎体继发塌陷变形的危险因素，骨质疏松严重的患者更易发生术椎塌陷［4-5］，其原因在于骨质疏松患者的椎体强度降低，本研究也证实骨质疏松为椎体变形的相关危险因素，抗骨质疏松治疗能够降低术椎变形率。德国医生Kummell在1895年第一次描述椎体骨折后迟发坏死情况，目前骨折椎体骨坏死的病理机制仍不完全清楚。影响较大的为椎体血供理论，脊柱椎体血供主要在椎体的后方，而前1/3只接受单一终末支供血，无侧支循环，这种动脉供血特点使椎体前1/3处成为椎体血液供应的分水岭，椎体前1/3骨折导致局部血供受损，进而发生骨缺血性坏死。Perovic等［6］指出创伤后椎体内骨坏死是导致术后椎体高度再丢失的重要原因之一，当骨质疏松骨折椎体存在骨坏死时，椎体边缘硬化，椎体内部裂隙样变，此时如骨水泥注射仅填充裂隙而周围部分未得到骨水泥的有效填充增强时，团块状骨水泥非均匀分布，导致应力分布不均，如骨坏死的进一步发展，术椎刚度降低，易导致术椎变形。本资料中，合并椎体骨坏死患者术椎变形率达42.86%，选择PVP治疗，注射中尽量使骨水泥均匀弥散分布，填充裂隙同时使骨水泥向骨折椎体上下骨小梁中充分弥散，增加骨水泥和骨折断端的胶合，术后注意抗骨质疏松治疗，可有效降低术椎变形风险。

同时，当骨折发生时椎体内网状骨小梁结构被破坏，导致椎体刚度明显下降，承受压力能力下降，椎体被压缩变形。行椎体成形术治疗时，骨水泥沿骨小梁断裂腔隙填充弥散，增加椎体刚度和承压能力，使患者可早期下地活动，避免卧床并发症。其中PVP注射方式复位力较差，但弥散性、渗透性较好，骨水泥注射后呈均匀性弥散；PKP注射通过球囊扩张复位，其复位力较强，但复位同时球囊挤压周围骨质，形成骨质硬化带，骨水泥呈团块状填充，弥散性、渗透性较差。弥散分布的骨水泥，使椎体应力均匀分布，避免椎体內骨水泥局部的应力集中。团块状的骨水泥，骨水泥支撑部位刚度大，而无骨水泥填充部分刚度较差，不能有效支撑上下终板应力，容易出现应力集中继发椎体变形。Zhang等［7］研究发现团块状骨水泥呈填充时，骨水泥位于上终板下方，椎体变形率为37.78%，骨水泥位于椎体中部变形率为27.59%，弥散状骨水泥填充时椎体变形率为8.16%，弥散状态下的骨水泥分布抗变形能力更强。同时，有研究表明骨水泥位于骨折椎体前2/3时更利于术椎复位和椎体前缘高度的维持，但会导致应力前移，如骨水泥非弥散性分布，未填充部分的应力增加，易造成骨水泥团块移位，从而增了术椎变形的风险［8-9］。因此，骨质疏松骨折压缩程度严重和Kummells病椎体内部裂隙的患者，在成形的过程中，应更加关注骨水泥的均匀性、弥散性填充，通过弥散性分布可充分填满骨折裂隙，骨小梁与骨水泥接触面积更大，胶合力更强，过度要求复位高度，恢复骨折椎体前缘高度，只会造成局部骨小梁进一步挤压、硬化，复位后骨折局部空洞较大，骨水泥填充后呈团块状分布导致椎体变形的发生率增加，易出现骨水泥移位二次压迫，或上下椎体应力骨折，远期疗效差。

有限元分析方法是近年来兴起的利用计算机软件分析、模拟得出研究结果的分析方法。其通过骨扫描获得实际数据，然后录入计算机系统，利用计算机软件建模，生成研究对象—计算机三维立体模型。然后，根据相关的研究要求，加载不同的控制条件进行分析。有限元分析较传统的生物力学分析而言实验成本更低，可加载条件更多，可控性强。一旦建模成功，模型数据可永久保留，可利用该模型进行多方面实验，可作为生物力学实验的有力补充。同时，随着科技进一步发展，数据模拟实体分析将逐渐成为今后研究的主流。

作者认为术前严格筛选患者、术中注重注射角度及骨折空隙填充，尽量使骨水泥充分弥散、均匀分布，不追求最大量填充和椎体完全复位。在手术治疗的同时，重视术后的拮抗骨质疏松治疗，能有效降低术椎变形率。