兩種不同擴張方式椎體后凸成形術的生物力學比較

卞元健，黃永輝，譚玉輝，吳燕，周志強，李大鵬

（1．江蘇大學附屬醫院骨科，江蘇鎮江212001；2．江蘇大學醫學院，江蘇鎮江212013）

兩種不同擴張方式椎體后凸成形術的生物力學比較

卞元健1，黃永輝1，譚玉輝1，吳燕2，周志強2，李大鵬1

（1．江蘇大學附屬醫院骨科，江蘇鎮江212001；2．江蘇大學醫學院，江蘇鎮江212013）

目的：比較經皮球囊擴張后凸成形術（percutaneous balloon kyphoplasty，BKP）與JACK椎體擴張器后凸成形術（JACK vertebral dilator kyphoplasty，DKP）對骨質疏松性椎體壓縮骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）生物力學的影響。方法：T11-L2老年骨質疏松椎體標本24個，分為BKP組（12椎）和DKP組（12椎）。DSFW-50型萬能試驗機將椎體前屈壓縮25%制成OVCFs，并記錄制成骨折時的最大載荷、抗壓強度及剛度。BKP組將骨折標本行BKP手術，而DKP組將骨折標本行DKP手術，將術后椎體標本再次進行前屈壓縮，記錄椎體的最大載荷、抗壓強度及剛度，并對兩組數據進行統計學分析。結果：BKP組及DKP組初次骨折前最大載荷分別為（1 609．2±160．6）N、（1 630．0±168．4）N；抗壓強度分別為（9．9±1．6）MPa、（10．2±1．7）MPa；剛度分別為（1 034．8±147．3）N／mm、（1 014．2±219．7）N／mm，兩組間差異均無統計學意義（P＞0．05）。BKP組及DKP組后凸成形術后最大載荷分別為（3 139．2±300．9）N、（3 171．2±366．2）N；抗壓強度分別為（14．1±2．2）MPa、（14．4±1．7）MPa；剛度分別為（1 316．7± 229．1）N／mm、（1 348．3±214．0）N／mm，兩組間差異均無統計學意義（P＞0．05）。BKP組及DKP組后凸成形術后最大載荷、抗壓強度及剛度較術前相比差異均有統計學意義（P＜0．01）。結論：BKP及DKP均可以有效改善OVCFs椎體的抗壓破壞能力，達到強化骨折椎體的目的。

骨質疏松性椎體壓縮骨折；后凸成形術；椎體擴張器；球囊

骨質疏松性椎體壓縮骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs）是脊柱外科的常見損傷［1－2］，隨著社會人口老齡化，OVCFs的發生率逐年升高［3］。椎體后凸成形術是目前臨床上治療OVCFs安全有效的手術方法。現臨床上常用的后凸成形術主要包括經皮球囊擴張后凸成形術（percutaneous balloon kyphoplasty，BKP）及JACK椎體擴張器后凸成形術（JACK vertebral dilator kyphoplasty，DKP）［4］，但目前尚無研究比較兩種擴張方法對骨折椎體生物力學性能的影響。本研究選用尸體標本體外比較BKP與DKP對椎體強度的影響。

1 材料與方法

1．1 材料

6具老年尸體胸腰段椎體（T11-L2）標本（江蘇大學解剖實驗室），平均年齡（74．3±6．2）歲（68～81歲），經DEXA雙能X線吸收骨密度儀測定證實6具尸體均達骨質疏松診斷標準（T-score≤2．5 SD）［5］，并排除椎體畸形、腫瘤等其他病變。

1．2 方法

1．2．1 標本處理及分組 將尸體胸腰段周圍的肌肉、韌帶、椎間盤等軟組織剔除，制成24個單個椎體（每具尸體T11、T12、L1、L2共4個椎體），按照配對設計，將連續的2個椎體配成對子交叉分配到BKP組及DKP組，每組12個椎體。

1．2．2 OVCFs模型制備 將椎體固定在DSFW-50型微機控制電子萬能試驗機上，100 N預載2 min，然后以2．0 mm／min的速度進行前屈加載。將椎體壓縮原高度25%后停止加載，記錄椎體最大載荷、抗壓強度及剛度。

1．2．3 BKP及DKP操作 BKP：在C臂透視下進行操作，將穿刺針在椎弓根影的外側（正位片左側9點、右側3點位置）進針，直達椎弓根影的內側（正位片左側3點、右側9點位置），側位顯示針尖達椎體后緣，抽出穿刺針內芯，置入導針，依次置入擴張管及工作套管，鉆入專用鉆頭開路，取出鉆頭后放入KYPHON球囊，推入對比劑擴張球囊。當椎體高度恢復、球囊壁達椎體四周骨皮質、球囊壓力達300 psi時停止擴張，取出球囊，調制聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）骨水泥，拉絲末期—團狀期注入椎體內，記錄每個椎體PMMA注入量。

DKP：與BKP過程相似，區別在于沿工作套管置入JACK擴張器，旋轉后方把手使前方頭部張開（垂直于上下終板方向，最大可擴張16 mm），椎體復位滿意后注入PMMA。

1．2．4 生物力學測試 24個椎體標本在行后凸成形術后室溫放置48 h，將骨水泥強化后的椎體固定在DSFW-50型微機控制電子萬能試驗機上，按照先前測試方法進行生物力學性能測試，獲得骨水泥強化后椎體的最大載荷、抗壓強度及剛度。

1．3 統計學處理

2 結果

24個椎體均建模成功，見圖1a、1e，經BKP及DKP處理后椎體高度恢復（術中C臂透視見圖1b、1f），且無明顯骨水泥滲漏（術中C臂透視見圖1c、1g），術后經CT掃描見DKP組骨水泥分布較BKP組更為規整，見圖1d、1h。

BKP組及DKP組間初次骨折前最大載荷、抗壓強度及剛度差異均無統計學意義（P＞0．05），具有可比性。BKP組PMMA注入量為（5．2±0．5）mL，DKP組PMMA注入量為（5．4±0．7）mL，兩組間差異無統計學意義（P＞0．05）。

后凸成形術后兩組最大載荷、抗壓強度、剛度比較差異均無統計學意義（P＞0．05）。但兩組后凸成形術后最大載荷、抗壓強度及剛度與術前相比，差異均有統計學意義（P＜0．01）。見表1。

3 討論

OVCFs的手術治療方法主要包括椎體成形術和后凸成形術［6］。椎體成形術能緩解疼痛，但不能恢復椎體高度，并且骨水泥滲漏率相對較高。后凸成形術通過擴張椎體能恢復椎體高度，并使得椎體內形成一空腔，從而骨水泥可以較小的壓力注入，因而骨水泥的滲漏率也較椎體成形術低［7－9］。 近年來，后凸成形術逐漸取代椎體成形術成為OVCFs的主要治療方式［10］。

目前國內外應用最多的后凸成形技術主要為BKP及DKP，兩種手術方法的不同之處主要在于擴張方式的不同，BKP采用球囊將骨折椎體復位，球囊向壓力小的方向擴張，擴張后形成的空腔形態并不規則；而DKP采用JACK擴張器將骨折椎體復位，擴張方向垂直于終板方向，擴張后形成的空腔形態規則（矩形）［4］。經這兩種方法強化后的椎體，其骨水泥的分布不盡相同，那么，其抗壓性等生物力學性能是否有差異？目前尚無相關研究。

本研究體外制成骨質疏松骨折模型，采用BKP或DKP強化骨折椎體，并對比研究了兩種手術方法對椎體生物力學的影響。結果顯示，BKP及DKP均能有效恢復并改善椎體的最大載荷、抗壓強度及剛度（P＜0．01），而BKP及DKP兩組之間的最大載荷、抗壓強度及剛度并無顯著差異（P＞0．05），說明BKP及DKP均可以有效改善OVCFs椎體的抗壓破壞能力，達到強化骨折椎體的目的。

對于OVCFs，BKP的臨床應用遠較DKP早且廣泛［11］，但是BKP相對高昂的費用使得部分患者無法承擔［12－13］，而JACK擴張器臨床應用雖不及BKP廣泛，但系我國學者［14］自行發明設計并準入于臨床（中國發明專利號：ZL200510094420．1，美國專利公開號：US-2008-0177259），材料費用約1．4萬元，大大減少了患者的經濟負擔。同時，我們的體外生物力學研究結果顯示兩者的抗前屈能力一致，可以預測其臨床療效也應該相當。另外，有學者［3－4］報道DKP亦能減輕患者疼痛、恢復椎體高度、矯正后凸畸形，獲得令人滿意的臨床效果，且能減少骨水泥的滲漏率［14］，所以，臨床醫生可根據個人手術習慣及患者的經濟條件等方面進行綜合考慮來選擇不同的手術方式。

我們實驗過程中發現，OVCFs椎體模型很容易復位，無須很大的擴張壓力（球囊壓力均＜230 psi，JACK擴張器無壓力監測裝置，但憑借手術者的手感及經驗判斷，復位過程中所受到的阻力并不大），而臨床手術過程中復位骨折椎體常需要較大的壓力（部分臨床病例球囊壓力達到300 psi亦不能復位）。原因可能在于我們復位的是單個游離的椎體，沒有椎間盤、韌帶、周圍肌肉等軟組織的影響。

當然，本實驗采用的是尸體標本，與活體組織的生物力學存在一定差異，并且標本為游離的單個椎體，未研究臨近椎體及椎間盤對其生物力學的影響，我們將在后期研究中進一步探討。另外，本實驗僅就生物力學方面對比研究了BKP及DKP兩種手術方式，兩者對椎體生物力學性能的改善上并無顯著差異。然而，它們在緩解疼痛、恢復椎體高度、手術時間、骨水泥滲漏率、骨水泥分布等方面是否存在差異，尚需進一步臨床體內研究證實。

［1］ Yang HL，Zhao L，Liu J，et al．Changes of pulmonary function for patients with osteoporotic vertebral compression fractures after kyphoplasty［J］．J Spinal Disord Tech，2007，20（3）：221－225．

［2］ Robinson Y，Heyde CE，F?rsth P，et al．Kyphoplasty in osteoporotic vertebral compression fractures-guidelines and technical considerations［J］．J Orthop Surg Res，2011，6（1）：43－50．

［3］ Li D，Huang Y，Yang H，et al．Short-segment pedicle instrumentation with transpedicular bone grafting for nonunion of osteoporotic vertebral fractures involving the posterior edge［J］．Eur JOrthop Surg Traumatol，2013，23（1）：21－26．

［4］ Shen GW，Wu NQ，Zhang N，etal．A prospective comparative study of kyphoplasty using the Jack vertebral dilator and balloon kyphoplasty for the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures［J］．JBone Joint Surg，2010，92（9）：1282－1288．

［5］ 中華醫學會骨質疏松和骨礦鹽疾病分會．原發性骨質疏松癥診治指南（2011年）［J］．中華骨質疏松和骨礦鹽疾病雜志，2011，4（1）：2－17．

［6］ Boonen S，Wahl DA，Nauroy L，et al．Balloon kyphoplasty and vertebroplasty in themanagement of vertebral compression fractures［J］．Osteoporos Int，2011，22（12）：2915－2934．

［7］ Kim KH，Kuh SU，Chin DK，etal．Kyphoplasty versus vertebroplasty：restoration of vertebral body height and correction of kyphotic deformity with special attention to the shape of the fractured vertebrae［J］．JSpinal Disord Tech，2012，25（6）：338－344．

［8］ Papanastassiou ID，Phillips FM，Van Meirhaeghe J，et al．Comparing effects of kyphoplasty，vertebroplasty，and non-surgical management in a systematic review of randomized and non-randomized controlled studies［J］．Eur Spine J，2012，21（9）：1826－1843．

［9］ Li XG，Yang HL，Tang TS，et al．Comparison of kyphoplasty and vertebroplasty for treatment of painful osteoporotic vertebral compression fractures：twelve-month follow-up in a prospective nonrandomized comparative study［J］．J Spinal Disord Tech，2012，25（3）：142－149．

［10］ Yan DL，Duan LJ，Li J，et al．Comparative study of percutaneous vertebroplasty and kyphoplasty in the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures［J］．Arch Orthop Trauma Surg，2011，131（5）：645－650．

［11］ Hulme PA，Krebs J，Ferguson SJ，etal．Vertebroplasty and kyphoplasty：a systematic review of69 clinical studies［J］．Spine，2006，31（17）：1983－2001．

［12］ Svedbom A，Alvares L，Cooper C，et al．Balloon kyphoplasty compared to vertebroplasty and nonsurgical management in patients hospitalised with acute osteoporotic vertebral compression fracture：a UK cost-effectiveness analysis［J］．Osteoporos Int，2013，24（1）：355－367．

［13］ Ong KL，Lau E，Kemner JE，et al．Two-year cost comparison of vertebroplasty and kyphoplasty for the treatment of vertebral compression fractures：are initial surgical costs misleading？［J］．Osteoporos Int，2013，24（4）：1437－1445．

［14］ 殷國勇，張子韜，張寧，等．應用Jack椎體擴張器行后凸成形術治療骨質疏松性胸腰椎壓縮骨折［J］．中國脊柱脊髓雜志，2010，20（9）：711－715．

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

江蘇大學醫學臨床科技發展基金項目（JLY20120154）

卞元健（1979—），男，碩士研究生；李大鵬（通訊作者），博士，副主任醫師，E-mail：lidapeng706＠163．com

2014－06－14 ［編輯］何承志