數字骨科分析PVP術后骨水泥彌散程度及其與臨床療效的關聯性

王拴池，王芳芳，陶曉冰

(河北省滄州市中西醫結合醫院脊柱脊髓外科，河北 滄州 061001)

近20年經皮穿刺椎體成形術(percutaneous vertebro plasty，PVP)成為治療中老年胸腰椎椎體壓縮骨折簡單、實用、見效快的較好的方法，可取得快速止痛的效果，但可能有一些因素會影響椎體成形術的療效，導致不同患者間的治療效果存在差異[1]。

那么，如何評價手術療效?在早期，往往采用骨水泥注射量評價，但越來越多的臨床試驗結果表明骨水泥注射量并不與療效有直接關系[2]，而與骨水泥彌散程度有關，評價骨水泥彌散程度有多種方法，如骨水泥填充率、骨水泥彌散面積、骨水泥彌散體積等，其中以骨水泥彌散體積較為準確，臨床及科研中常于CT數據中人工勾畫計算，該方法存在較大誤差。因此，很有必要尋找一種可以在術后客觀、準確地測量骨水泥彌散程度的方法，但由于椎體內骨水泥及椎體均為不規則物體，常規的影像學檢查難以對其體積進行準確計算。在這種背景下，我們將數字骨科技術應用于評價骨水泥彌散程度，計算骨水泥彌散體積及彌散比，并分析骨水泥彌散體積與臨床效果的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年8月至2016年3月確診為骨質疏松性椎體壓縮性骨折并行經皮椎體成形術的患者55例進行分析。納入標準：a)年齡大于等于60歲；b)單椎體骨折，椎體壓縮不超過1/4，MRI表現為T1加權像椎體內水腫信號；c)符合PVP的適應證，且無相關禁忌證；d)具有完整的臨床資料、影像學資料及隨訪資料。排除標準：a)多節段胸腰椎壓縮性骨折；b)非骨質疏松性椎體壓縮性骨折；c)服用激素及免疫抑制劑者；d)術后椎體外有骨水泥滲漏者。本組病例中，男20例，女35例，年齡60～87歲，平均71.3歲。所有患者表現為明顯的腰背部疼痛，多有摔傷等外傷史，均為胸腰椎單椎體骨折，T113例，T1218例，L119例，L29例，L35例，L41例。

本研究已經醫院倫理委員會通過，患者及家屬均對本研究知情同意并簽署知情同意書，報送醫院倫理委員會備案。

1.2 手術方法 患者取俯臥位，墊體位墊保持胸腰段及腰椎適度后伸，結合術前影像學檢查及術中C型臂透視下定位責任椎及擬穿刺的椎弓根，確定進針位置及角度。常規術區消毒，用1%利多卡因在進針途徑進行局部浸潤麻醉。在椎弓根影的外上側進針，鉆入套管針，并使側位片針尖朝向MRI所示椎體T2高信號區域，當針尖進入椎弓根，正位片顯示穿刺針尖位于椎弓根影內側緣外側，側位顯示針尖位于椎弓根基底部位時可繼續鉆入直至側位片顯示針尖到達椎體前1/3處。配制好骨水泥后裝入加壓注入裝置內，待骨水泥到達拉絲期，C型臂透視輔助下將骨水泥緩慢注入病變椎體內。停止注射標準：骨水泥到達病椎后壁或椎旁靜脈叢顯影，以防止骨水泥滲漏造成椎管內容物受壓或進入血管，通過注入裝置讀取并記錄骨水泥注入，待體外骨水泥完全凝固變硬后旋轉穿刺針后拔出。傷口壓迫止血，敷貼包扎。

1.3 療效評估與骨水泥彌散程度評價

1.3.1 療效評價 記錄骨水泥注射量、有無骨水泥滲漏及并發癥發生情況。術前、術后第3天，術后第3、6個月對患者進行Oswestry功能障礙指數(Oswestry disability index，ODI)評定；腰背疼痛采用視覺模擬評分(visual analog scale，VAS)評定。

1.3.2 骨水泥彌散程度評價

1.3.2.1 CT數據收集 所有患者均在術前、術后3 d行CT掃描(美國GE 64排螺旋CT)檢查。掃描條件：120 kV、250 mA。患者仰臥位，以病椎為中心掃描三個椎體，層厚設定為0.625 mm，檢查結束后導出DICOM文件至光盤。

1.3.2.2 Mimics軟件計算 將獲取的DICOM數據導入到Mimics 15.0(Materiallise softwar，Belgium)軟件中創建Mimics項目文件，用閾值分割工具快速分離、提取骨組織，參考的閾值范圍為系統默認的骨組織界定閾值(226～3 071 Hu)。軟件自動逐層生成骨組織表面輪廓線，然后利用三維重建功能獲得該區域脊柱節段的三維模型(命名為模型1，見圖1)。

在模型1的基礎上繼續操作，通過預先測量椎體內骨水泥的密度(1 000～3 000 Hu)，將閾值調整為1 000～3 000 Hu，利用骨組織與骨水泥閾值的不同，將骨水泥分離提取出來，軟件自動逐層生成骨水泥組織表面輪廓線，利用三維重建功能獲得骨水泥三維模型，以Mask Edit工具去除骨水泥模型中滲漏于椎體外部分(命名為模型2，見圖2)，以3-Matic軟件將模型空隙修補成為封閉立體模型，計算骨水泥彌散體積(精確到0.01 mL)。

在模型1基礎上以閾值分割工具及Mask Edit工具去除椎體外附著結構(肋骨、滲漏骨水泥)，并以椎弓根椎上切跡和椎下切跡前緣為界去除椎弓根及后部結構，形成骨折椎體模型，以3-Matic軟件將模型空隙修補成為封閉立體模型，計算骨折椎體體積(精確到0.01 mL)。

計算骨水泥彌散體積/骨折椎體體積，得到骨水泥彌散比。

以上數據由三名熟練使用Mimics、3-Matic軟件的脊柱外科醫師分別進行處理、計算，最后取三者平均值。

1.4 統計學處理 使用SPSS 18.0統計軟件進行處理，使用配對t檢驗，統計軟件輸入數據時精確至0.01。對比術中實際骨水泥注入量與Mimics軟件計算出的骨水泥量(平均值)，評估差異的顯著，判斷實際骨水泥量與計算所得骨水泥彌散體積間區別。P<0.05為兩組間差異有統計學意義。應用Spearman相關分析評價骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比與VAS、ODI間相關性。

圖1 椎體三維重建模型 圖2 骨水泥三維模型

2 結 果

2.1 一般情況 所有患者手術均順利完成。術中骨水泥注射量為2.5～6.1 mL，平均(4.26±0.86)mL。無神經損傷、腦脊液漏及感染等嚴重并發癥，其中5例骨水泥少量滲漏至椎旁靜脈，形成血管鑄型，無椎管內及椎間隙滲漏。

2.2 數據統計結果 骨水泥注入量平均值為(4.26±0.86)mL，骨水泥彌散體積平均值為(5.36±0.92)mL，骨水泥彌散比為(0.20±0.03)，術中實際骨水泥注入量與彌散體積間差異有統計學意義(P<0.05)。骨水泥注入量、骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比與術后3 d、術后3個月VAS、ODI評分間存在關聯性，骨水泥注入量與術后VAS、ODI間相關性程度為低度正相關(0.3

表1 骨水泥注入量、骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比與術后VAS、ODI評分間相關性(r值)

3 討 論

椎體成形術作為治療骨質疏松性壓縮骨折的常用方法越來越收到關注與研究。而骨水泥注入量作為椎體成形術的關鍵問題尚無統一標準[3]，過量的骨水泥帶來更多的滲漏機會及更大的相鄰椎體再骨折風險[4-5]。

同時有一些因素會影響椎體成形術的療效，如何評價椎體成形術的治療效果，多位學者有不同看法[6-8]：骨水泥注入量、骨水泥在椎體內的填充比率等。黃文東[9]提出了骨水泥彌散體積概念，骨水泥注入椎體后在椎體內沿骨折線、骨小梁間隙進行彌散，黏合支撐骨質及周圍包繞空間，形成由骨水泥、骨小梁及其間隙所共同構成的三維空間結構，并認為能更合理反映出骨水泥在椎體內部的填充、分布情況，與臨床效果相關性更高，但在實際數據處理過程中存在較大人為因素影響，數據波動性大。

3.1 數字骨科技術應用于椎體成型手術 近年數字骨科技術發展迅速，Bozkus[10]、Leichter[11]等以CT數據為基礎，應用數字技術研究頸椎力學，隨著科技發展，圖像處理技術、現代醫學影像學、計算機輔助制作、計算機輔助設計等技術越來越趨于成熟，并被用于臨床[12]，利用螺旋CT掃描，結合數字骨科軟件可以對椎體進行二維、三維重建，計算相關角度、長度、體積等[13]，可計算獲得骨水泥彌散區域體積，反映骨水泥在椎體內彌散情況已經具有可能性。

多款數字骨科軟件具有強大的三維重建成像及不規則體體積計算能力，利用軟件設定及主動調整的閾值可將骨水泥與椎體骨質分開，并分別精確計算得出椎體內骨水泥彌散體積。在此基礎上，作者將患者術前、術后CT數據提取，導入Mimics軟件中，將閾值調整為1 000～3 000 Hu，提取出骨水泥后去除滲漏部分骨水泥，并封閉骨水泥模型腔隙，計算其體積作為骨水泥彌散體積，術中實際骨水泥注入量與彌散體積間差異有統計學意義(P<0.05)，排除骨水泥滲漏病例，該比較仍差異具有統計學意義(P<0.05)。證明骨水泥在椎體內可延骨折線及骨質疏松腔隙彌散分布。骨水泥彌散體積的計算方式避免了人工統計的誤差，同時計算更加方便，便于研究計算，同時引入骨水泥彌散比，即骨水泥彌散比=骨水泥彌散體積/椎體體積，骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比均可作為骨水泥在椎體內彌散程度的評價指標。

3.2 數字骨科技術計算骨水泥彌散程度及其與術后療效的關系 既往研究[11]在骨水泥注入量上存在較多爭議，其可能原因有：a)關注了術中骨水泥注入量，卻未關注骨水泥注入椎體后的彌散狀態，同時患者差異化的椎體體積影響同樣較大，相同量的骨水泥在不同椎體內產生的效應肯定是有差別的；b)術中骨水泥注入量記錄過程中的誤差；c)骨水泥攪拌后可能存在的氣泡導致記錄誤差。這其中，第一條原因應為主要原因[11]，本研究中利用骨水泥彌散體積及骨水泥彌散比進行注入量評價，更加準確，操作性更強，同時兼顧了骨水泥在椎體內彌散狀態和椎體體積，而忽略骨水泥在椎體內彌散程度及不同椎體的體積可能會將研究引入誤區。

陳同林[14]等認為骨水泥注入椎體后彌散，在骨折線、骨小梁間隙內起力學增強、穩定作用，對斷裂骨小梁起到匹配黏合穩固作用，骨水泥彌散體積能反應注射量，更能反映骨水泥注射的質。骨水泥的彌散體積可以說明骨水泥注射后椎體力學性能和空間結構的變化，骨水泥在已塌陷的骨小梁間隙內可對椎體起到支撐穩固作用，骨水泥彌散的不規則空間分布與其力學性能密切。

統計學計算也同樣證實：骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比與術后療效(ODI、VAS評分)有密切關聯性，術后3 d VAS評分與骨水泥量、骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比之間關聯性r值分別為：0.440、0.764、0.757，術后3 d ODI評分與骨水泥量、骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比之間關聯性r值分別為0.383、0.528、0.507，可見術后3 d VAS及ODI評分與骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比為中度正相關，與骨水泥注入量為低度正相關，對于其關聯性強弱對比，限于研究方法，無法進行量化比較。較大的骨水泥彌散體積與彌散比病例可獲得更好的臨床效果，其原因可能在于骨水泥能較好地彌散于疏松骨小梁間及骨折線內，對斷裂的骨小梁起著固定作用，減少骨折端微動，提升了術后椎體的即時穩定性，減少對神經末梢的刺激，從而減輕疼痛。同時Chevalier等[15]也通過體外力學實驗證實，椎體成形術中骨水泥在椎體上下終板之間充分彌散，有助于防止遠期發生再次塌陷或者骨折。

因此，我們認為應用數字骨科技術計算PVP術后骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比的方法準確性及可重復性均較高，本研究證實骨水泥彌散體積、骨水泥彌散比與術后疼痛及改善功能障礙改善情況關聯密切，該方法相比于骨水泥注入量來說更為客觀，更利于在多中心、大樣本臨床研究時作為統一測量標準。同時也說明PVP手術不應單純追求骨水泥注入量，而更應關注骨水泥在椎體內彌散情況。由于本研究僅為回顧性病例觀察，并且觀察病例數相對較少，存在一定的局限性，今后仍有必要開展大樣本、多因素分析或前瞻性隨機對照研究來進一步探討。

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