真空攪拌骨水泥技術應用于椎體后凸成形術的生物力學研究

陳勇等

[摘要] 目的 探討應用真空攪拌骨水泥技術的椎體后凸成形術的生物力學特點。 方法 新鮮成年羊的腰段椎體48個，乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣法制備離體動物椎體骨質疏松模型，在生物力學試驗機上垂直壓縮制備椎體壓縮性骨折模型，將模型隨機分為4組，骨折模型對照組及試驗組分別行應用真空骨水泥攪拌技術的椎體后凸成形術和應用空氣中攪拌骨水泥技術的椎體后凸成形術，對各組生物力學性能進行比較。 結果 A組（骨質疏松椎體對照組）椎體前緣壓縮值為0.474±0.073 mm，B組（骨質疏松椎體骨折對照組）椎體前緣壓縮值為3.215±0.231 mm，C組（空氣中攪拌骨水泥技術PKP組）椎體前緣壓縮值為1.164±0.180 mm，D組（真空攪拌骨水泥技術PKP組）椎體前緣壓縮值為0.920±0.159 mm。兩種骨水泥技術PKP術后椎體前緣壓縮程度均小于骨質疏松椎體骨折對照組，且大于骨質疏松椎體對照組；其中真空攪拌骨水泥技術PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中真空攪拌骨水泥技術PKP組。 結論 真空攪拌骨水泥技術應用于椎體后凸成形術能夠提高術后傷椎的生物力學穩定性。

[關鍵詞] 真空攪拌；骨水泥技術；椎體后凸成形術； 生物力學

[中圖分類號] R683.2 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2015）01-0058-03

Biomechanical study of the kyphoplasty using vacuum-mixing bone cement

CHEN Yong WANG Gang ZHAO Peng

Department of Orthopedics， the Second People's Hospital of Dalian， Dalian 116011，China

[Abstract] Objective To investigate biomechanical characteristics of kyphoplasty using the vacuum mixed bone cement. Methods Forty-eight fresh lumbar vertebraes of adult sheep were randomly divided into four groups，each group included 12 vertebraes.These vertebraes were made in vitro vertebral osteoporosis models by edetate disodium（EDTA-Na2） decalcificating， and then biomechanical testing machine was used to make the models of compressed vertebral fractures by applying vertical compression. One of the fracture model group was applied kyphoplasty using air-mixing cement，and another fracture model group was applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement.The biomechanical properties of all the four groups were compared. Results The vertebral compression of group A （control group of osteoporotic vertebraes） was 0.474±0.073 mm，group B（control group of fractured osteoporotic vertebrae） was 3.215±0.231 mm， group C（applied kyphoplasty using air-mixing cement） was 1.164±0.180 mm，group D（applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement） was 0.920±0.159 mm. The vertebral compression of the two kyphoplasty groups was less than the control group of fractured osteoporotic vertebraes，and more than the control group of osteoporotic vertebraes.And the vertebral compression of the group applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement was less than the group applied kyphoplasty using air-mixing cement. Conclusion The technology of vacuum-mixing cement used in kyphoplasty can improve the biomechanical stability of fractured osteoporotic vertebrae.

[Key words] Vacuum-mixing；Bone cement； Kyphoplasty； Biomechanics

椎體壓縮性骨折是老年人骨質疏松癥的主要并發癥之一，椎體后凸成形術是近年來由椎體成形術結合血管成形術中的氣囊導管技術發展起來的一種創新性的微創技術，現已成為治療骨質疏松椎體壓縮性骨折的一種常用術式。本研究提出將第三代骨水泥技術中的真空攪拌骨水泥技術應用于椎體后凸成形術，并通過制備離體動物標本模型進行生物力學試驗驗證，目前國內外尚未見相關報道。

1 材料與方法

1.1實驗標本

8具新鮮成年羊脊柱，每具選取腰段椎體6節，共48個椎體，檢查無骨缺損、畸形，去除椎旁肌肉及椎間盤，保留橫突、關節突、棘突及完整骨膜，浸入福爾馬林溶液中固定24 h，再取出以生理鹽水沖洗、浸泡12 h，全部標本隨機分為A、B、C、D共4個處理組，每組12個標本。

1.2主要材料與儀器

①骨水泥真空攪拌系統（史賽克公司，美國）；②椎體后凸成形術器械（Kyphon公司，美國）；③MTS材料實驗機（MTS 858 bionix II machine，美國），河北省第三醫院提供。

1.3 實驗方法

1.3.1分組方法 A組（骨質疏松椎體對照組）：制備骨質疏松椎體模型，不施加其他任何干預。B組（骨質疏松椎體骨折對照組）：先后制備骨質疏松椎體模型及壓縮性骨折模型，做為骨質疏松椎體骨折模型對照組。C組（空氣中攪拌骨水泥技術PKP組）：先后制備骨質疏松及壓縮性骨折模型，應用空氣中攪拌骨水泥技術行椎體后凸成形術。D組（真空攪拌骨水泥技術PKP組）：先后制備骨質疏松及壓縮性骨折模型，應用真空攪拌骨水泥技術行椎體后凸成形術。

1.3.2實驗模型制備 （1）制備椎體骨質疏松模型：A、B、C、D共4個處理組，均采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣法制備骨質疏松模椎體型。以0.595 mm/L的乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣液（加入NaOH調整pH值為7.0）脫鈣3周。每天以注射器將浸泡椎體的脫鈣液向每個椎體預置的椎弓根釘道內注射2次，每次1分鐘，每天更換一次脫鈣液。（2）制備骨質疏松椎體壓縮性骨折模型：B、C、D兩組在制成骨質疏松模椎體型之后，分別置于MTS材料實驗機上，以5 mm/min的加載速率進行垂直加載，直到標本屈服壓縮30%為止，制備出壓縮骨折模型，在壓縮過程中不斷用注射器向標本上注射0.9%氯化鈉溶液，以保持椎體濕潤，制備出骨質疏松椎體壓縮性骨折模型。（3）兩種骨水泥技術的椎體后凸成形術：C組12個標本在經過上述步驟后，應用空氣中攪拌骨水泥技術，行椎體后凸成形術?？諝庵袛嚢韫撬嗉夹g：按單體、粉末比例1 mL∶2 g調配PMMA骨水泥，將兩者倒入調和杯或碗中，以60次/min的速率用攪拌棒輕柔攪拌，約5 min后骨水泥進入拉絲期，即可用于椎體后凸成形術的骨水泥灌注。D組12個標本在經過上述步驟后，應用真空攪拌骨水泥技術，行椎體后凸成形術。使用骨水泥真空攪拌系統，同樣按單體、粉末比例1 mL∶2 g調配，真空泵將密閉的骨水泥調和杯抽成真空，在真空狀態下攪拌混合，約5 min后骨水泥進入拉絲期，即可用于椎體后凸成形術的骨水泥灌注。PKP手術操作流程基本同文獻[1]。首先將導針經雙側椎體椎弓根穿刺至椎體前1/3中心位置，打入套筒，拔出導針，平頭鉆擴大通道，置入可擴張球囊，打入造影劑至壓力250 psi左右擴張球囊在椎體內形成一空腔，然后退出球囊，于拉絲期注入骨水泥（PMMA），約15 min后取出套筒。經兩側椎弓根通道分別注射10%椎體體積的骨水泥。椎體體積的計算方法如下：量筒內置一定量的水，然后將椎體浸入水中，量筒水位刻度改變即為椎體體積。PKP術后將椎體置于室溫下24 h，使骨水泥完全聚合固化。

1.3.3生物力學測試 （1）A、B兩組：上MTS材料實驗機測量加載負荷后椎體前緣高度壓縮值。（2）C組：應用空氣中攪拌骨水泥技術行椎體后凸成形術，然后上MTS材料實驗機測量加載負荷后椎體前緣高度壓縮值。（3）D組：應用空氣中真空攪拌骨水泥技術行椎體后凸成形術，然后上MTS材料實驗機測量加載負荷后椎體前緣高度壓縮值。

1.4 統計學處理

采用SPSS13.0統計軟件學分析，計量資料采用（x±s）差表示。各組加載負荷后椎體前緣高度壓縮值的比較，采用完全隨機設計資料的方差分析并進行組間兩兩比較（Q檢驗法進行兩兩比較），P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

各組經生物力學試驗機加載負荷后，測量其各組椎體前緣高度壓縮值，結果如下：A組（骨質疏松椎體對照組）椎體前緣壓縮值為0.474±0.073 mm，B組（骨質疏松椎體骨折對照組）椎體前緣壓縮值為3.215±0.231 mm，C組（空氣中攪拌骨水泥技術PKP組）椎體前緣壓縮值為1.164±0.180 mm，D組（真空攪拌骨水泥技術PKP組）椎體前緣壓縮值為0.920±0.159 mm。經方差分析結果顯示：F=25.9，P<0.05，有顯著性差異；以Q檢驗行各組間兩兩比較，結果顯示各組間均有統計學差異（P<0.05）。且B、C、D 3組椎體前緣壓縮值均高于A組，其中B組椎體前緣壓縮值最大；C、D兩組椎體前緣壓縮值均大于A組且小于B組；D組椎體前緣壓縮值小于C組，說明兩種骨水泥技術用于PKP術后椎體前緣壓縮程度小于椎體骨折模型對照組，且大于空白對照組；其中真空攪拌骨水泥技術PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中攪拌骨水泥技術PKP組。見表1。

3 討論

椎體壓縮性骨折是骨質疏松癥的主要并發癥之一，是老年人常見病[2，3，4]。椎體后凸成形術是近年來由椎體成形術結合血管成形術中的氣囊導管技術發展起來的一種創新性的微創技術，能將壓縮的骨折椎體復位到一定的高度并形成一個空腔以填充骨水泥、增強椎體剛度和強度，達到緩解疼痛、矯正后凸畸形的目的。骨水泥是用于椎體后凸成形術的填充粘固劑，1928年首次應用于醫療領域，用于制備口腔科齒托。20世紀60年代開始骨水泥被應用于人工全髖關節置換術，作為人工關節假體的粘固填充介質，目前市售的骨水泥主要成分多為聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）[5-7]。

目前椎體后凸成形術中所使用的骨水泥技術為空氣中攪拌骨水泥技術，而真空攪拌骨水泥技術是20世紀90年代以來在人工關節置換外科領域發展起來的第三代骨水泥技術[8]。第三代骨水泥技術由于在真空狀態下對骨水泥進行攪拌，從而明顯降低了骨水泥固化后的孔隙率。文獻報道真空攪拌骨水泥技術被認為是較有前途的方法，而且容易在手術室推廣使用，絕大部分學者認為該技術可以降低骨水泥的疏松度，使其抗彎曲強度和抗疲勞強度分別提高了12%和15%，彈性模量亦有所提高，從而提高了骨水泥的機械性能[9-11]。

本研究提出將真空攪拌骨水泥技術應用于椎體后凸成形術，為此筆者設計了本項生物力學研究以探討真空攪拌骨水泥技術應用于椎體后凸成形術的生物力學特性，為臨床應用真空攪拌骨水泥技術的椎體后凸成形術治療胸腰椎壓縮性骨折提供基礎理論研究參考。我們通過生物力學試驗測試，表明真空攪拌骨水泥技術PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中攪拌骨水泥技術PKP組，具有更好的生物力學穩定性。因此我們認為將真空攪拌骨水泥技術引入椎體后凸成形術，理論上有助于進一步提高傷椎術后的生物力學穩定性，改善椎體后凸成形術治療胸腰椎壓縮性骨折的療效、降低術后椎體復位丟失等并發癥。

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（收稿日期：2014-09-16）