椎间自体骨植骨面积比与椎间融合率的关系

doi:10.12307/2021.349

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (36): 5821-5826.doi: 10.12307/2021.349

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椎间自体骨植骨面积比与椎间融合率的关系

唐强，钟德君，王清，廖晔晖，唐超，马飞

西南医科大学附属医院骨科，四川省泸州市 646000

收稿日期:2021-01-11 修回日期:2021-01-12 接受日期:2021-02-27 出版日期:2021-12-28 发布日期:2021-09-17
通讯作者: 钟德君，博士，主任医师，西南医科大学附属医院骨科，四川省泸州市 646000
作者简介:唐强，男，1987年生，四川省泸州市人，2017年西南医科大学毕业，硕士，医师，主要从事脊柱外科方面的研究。
基金资助:
西南医科大学基金项目(2020ZRQNB041)，项目负责人：唐强

Relationship between area ratio of interbody autograft and intervertebral fusion rate

Tang Qiang, Zhong Dejun, Wang Qing, Liao Yehui, Tang Chao, Ma Fei

Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China

Received:2021-01-11 Revised:2021-01-12 Accepted:2021-02-27 Online:2021-12-28 Published:2021-09-17
Contact: Zhong Dejun, MD, Chief physician, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China
About author:Tang Qiang, Master, Physician, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China
Supported by:
a grant from southwest medical university, No. 2020ZRQNB041 (to TQ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

椎间自体骨植骨面积比：融合节段椎间自体骨植骨与上、下终板接触的横截面积与之相应接触终板面积的比值×100%，取其均值。

背景：目前相关报道认为椎间植骨体积是影响椎间融合率的因素之一，但相同植骨体积因个体差异导致椎间植骨与终板的接触面积不同，椎间植骨与终板的接触面积对椎间融合率的影响鲜有分析研究。
目的：探讨行腰椎后路椎间融合时自体骨植骨面积比对椎间融合率的影响。
方法：回顾性分析2017年1月至2018年12月在西南医科大学附属医院脊柱外科行腰椎后路椎体间融合手术且符合纳入标准共93例患者的临床资料，记录患者术前椎间隙高度、上下终板面积、Oswestry功能障碍指数及目测类比评分、术中使用Cage大小及自体骨取骨量，术后测量自体骨植骨面积(椎间与上下终板接触的自体骨面积)，取其均值；根据术后1周测量的自体骨植骨面积占终板总面积百分比分为A组(椎间自体骨植骨面积比< 16%)、B组(16%≤椎间自体骨植骨面积比≤24%)及C组(椎间自体骨植骨面积比> 24%)。术后6，12 个月及末次随访行X射线片及CT检查，观察3组患者术中融合器置入方向，记录随访时椎间隙高度、椎间自体骨植骨面积比、椎间融合Brantigan评分、Oswestry功能障碍指数及目测类比评分。测量由2名脊柱外科医师分别完成，间隔1周重复测量，检验观察者间及观察者内信度。比较分析椎间自体骨植骨面积对椎间融合率的影响。

结果与结论：①椎间植骨面积测量结果观察者间及观察者内信度分别为0.924和0.913；②所有患者均获得12个月以上随访，3组患者年龄、性别及手术节段差异均无显著性意义(P > 0.05)，术前椎间隙高度、Oswestry功能障碍指数及目测类比评分组间比较差异无显著性意义(P > 0.05)；③A组患者27例，其中融合器斜向置入26例，横向置入1例；B组患者32例，其中融合器斜向置入2例，横向置入30例；C组患者34例，斜向置入1例，横向置入33例；④3组患者术中自体骨取骨量比较差异无显著性意义(P > 0.05)；术后1周椎间隙平均高度A组大于B、C组(P=0.022，P=0.000)，自体骨植骨面积A组小于B、C组(P=0.000，P=0.000)；⑤术后6个月及12个月，椎间融合率A组(70.4%，88.9%)低于B组(84.4%，100%)和C组(88.2%，100%)，Brantigan评分A组低于B组(P=0.027，P=0.020)和C组(P=0.018，P=0.001)；⑥末次随访3组患者Oswestry功能障碍指数及目测类比评分比较差异均无显著性意义(P > 0.314)，椎间隙高度丢失A组大于B、C组(P=0.007，P=0.013)，椎间植骨融合成骨增加面积A组低于B、C组(P=0.003，P=0.000)，3组融合率及Brantigan评分比较差异无显著性意义(P=0.902，P=0.712)；⑦提示椎间自体骨植骨面积比≥16%可有效提高椎间融合率，减少后期椎间隙塌陷的风险。

https://orcid.org/0000-0002-3776-9695 (唐强)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 腰椎, 后路椎体间融合, 自体骨, 植骨面积, 融合率, 单侧椎板间开窗

Abstract: BACKGROUND: At present, it is considered that the volume of intervertebral bone graft is one of the factors affecting the intervertebral fusion rate, but the same volume of intervertebral bone graft leads to different release area of intervertebral bone graft and endplate due to individual differences, and the impact of release area of intervertebral bone graft and endplate on the intervertebral fusion rate is rarely analyzed.
OBJECTIVE: To investigate the effect of area ratio of interbody autograft on intervertebral fusion rate during posterior lumbar interbody fusion.
METHODS: Clinical data of 93 patients who underwent posterior lumbar interbody fusion in Department of Spinal Surgery, Affiliated Hospital of Southwest Medical University from January 2017 to December 2018 were retrospectively analyzed. The preoperative intervertebral space height, upper and lower endplate area, Oswestry disability index and visual analogue scale score, Cage size and the amount of autologous bone, and area of autologous bone graft (the area of autologous bone contacting the upper and lower endplates) were recorded, and the average value was calculated. According to the percentage of autogenous bone graft area in the total endplate area measured one week after operation, they were divided into group A (area ratio of interbody autograft < 16%), group B (16% ≤ area ratio of interbody autograft ≤ 24%) and group C (area ratio of interbody autograft > 24%). X-ray and CT examinations were performed at 6 and 12 months and the last follow-up. The direction of cage placement was observed in the three groups. The height of intervertebral space, the area ratio of intervertebral autograft bone graft, brantigan score, Oswestry disability index and visual analogue scale score were recorded at the follow-up. The measurement was performed by two spine surgeons, and repeated at an interval of one week to test inter observer and intra observer reliability. The effect of the area of autologous bone graft on the intervertebral fusion rate was compared and analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The inter observer and intra observer reliabilities were 0.924 and 0.913, respectively. (2) All patients were followed up for more than 12 months. There were no significant differences in age, gender and surgical segment among the three groups (P > 0.05). There were no significant differences in preoperative intervertebral height, Oswestry disability index and visual analogue scale score among the three groups (P > 0.05). (3) There were 27 cases in group A, including 26 cases of oblique placement and 1 case of transverse placement, 32 cases in group B, including 2 cases of oblique placement and 30 cases of transverse placement, 34 cases in group C, 1 case of oblique placement and 33 cases of transverse placement. (4) There was no significant difference in the amount of intraoperative autologous bone extraction among the three groups (P > 0.05), and the average height of intervertebral space in group A was higher than that in group B and group C one week after operation (P=0.022, P=0.00). The area of autogenous bone graft in group A was smaller than that in group B and group C (P=0.000, P=0.000). (5) At 6 and 12 months after operation, the fusion rate in group A (70.4%, 88.9%) was lower than that in group B (84.4%, 100%) and group C (88.2%, 100%), and the Brantigan score in group A was lower than that in group B (P=0.027, P=0.020) and group C (P=0.018, P=0.001). (6) At the last follow-up, there was no significant difference in Oswestry disability index and visual analogue scale score among the three groups (P > 0.314). The height loss of intervertebral space in group A was greater than that in group B and group C (P=0.007, P=0.013). The increased area of intervertebral fusion in group A was lower than that in group B and group C (P=0.003, P=0.000). There was no significant difference in fusion rate and Brantigan score among groups A, B and C (P=0.902, P=0.712). (7) It is suggested that the percentage of an area ratio of interbody autograft in the total endplate area greater than or equal to 16% can effectively improve the interbody fusion rate and reduce the risk of late intervertebral space collapse.

Key words: lumbar spine, posterior interbody fusion, autogenous bone, bone graft area, fusion rate, unilateral interlaminar fenestration

中图分类号:

唐强, 钟德君, 王清, 廖晔晖, 唐超, 马飞. 椎间自体骨植骨面积比与椎间融合率的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5821-5826.

Tang Qiang, Zhong Dejun, Wang Qing, Liao Yehui, Tang Chao, Ma Fei. Relationship between area ratio of interbody autograft and intervertebral fusion rate[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(36): 5821-5826.

图/表（结果） 8

2.1 参与者数量分析 3组共93例患者均获得12个月以上随访，全部进入结果分析，无脱落。所有患者无术中神经损伤、术后感染、Cage移位等并发症发生。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 基线资料及临床疗效比较椎间植骨面积测量结果观察者间及观察者内信度分别为0.924和0.913。所有患者均获得12个月以上随访，3组患者年龄、性别及手术节段差异均无显著性意义(P > 0.05)，术前椎间隙高度、Oswestry功能障碍指数及目测类比评分组间比较差异无显著性意义(P > 0.05)。A组患者27例，其中融合器斜向置入26例，横向置入1例；B组患者32例，其中融合器斜向置入2例，横向置入30例；C组患者34例，斜向置入1例，横向置入33例。3组患者术中自体骨取骨量比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表2。

2.4 临床随访指标比较见表3，4。
如表2-4所示，术后1周椎间隙平均高度A组大于B、C组(P=0.022，P=0.000)，椎间自体骨植骨面积比A组小于B、C组(t=-2.349，P=0.000；t=-5.468，P=0.000)。术后6，12个月，椎间融合率A组低于B组和C组，Brantigan评分A组低于B组(t=2.226，P=0.027；t=2.398，P=0.020)和C组(t=2.471，P=0.018；t=3.479，P=0.001)。末次随访，3组患者Oswestry功能障碍指数及目测类比评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)，椎间隙高度丢失A组大于B组和C组(t=-2.794，P=0.007；t=-2.604，P=0.012)，椎间植骨融合成骨增加面积A组(74.42±31.29) mm2低于B组(99.31±30.80) mm2和C组(103.02±31.12) mm2(t=3.070，P=0.003；t=3.557，P=0.000)，3组融合率及Brantigan评分比较差异无显著性意义(t=0.124，P=0.902；t=0.370，P=0.712)。

2.5 典型病例见图3-5。

2.6 植入物与宿主的生物相容性 3组患者植入内固定材料与椎间融合器后均未发生免疫排斥反应，无局部感染等发生，在A组有1例出现S1螺钉断裂，翻修后24个月复查融合良好，见表5。

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引言

材料方法

1.1 设计回顾性病例影像学分析，单因素方差分析结合LSD事后检验，相关系数评价观察者间及观察者内测量的可信度。
1.2 时间及地点于2017年1月至2018年12月在西南医科大学附属医院脊柱外科完成。
1.3 材料腰椎后路内固定及椎间融合器材料介绍见表1。

1.4 对象选择2017年1月至2018年12月在西南医科大学附属医院行腰椎椎间融合治疗的腰椎退变患者，按纳入和排除标准筛选后，共纳入93例患者的临床影像资料，根据在L4/5和L5/S1间隙高度为8 mm(腰椎椎间融合器最小规格高度)时所需的自体骨最小、最大体积(2.0 cm3，2.9 cm3)除以其相应的椎间隙高度[9]，得到其对应的自体骨最小、最大面积
(250 mm2，362.5 mm2)；椎间融合器横截面积为200 mm2，最小面积自体骨联合椎间融合器横截面积达上下终板面积的30%时，其上下终板面积均值为(250+200)/0.3=1 500 mm2，
椎间自体骨植骨面积比最小、最大为250/1 500×100%=16.7%、
362.5/1 500×100%=24.2%，取其整数；将患者分为A组(椎间自体骨植骨面积比< 16%)、B组(16%≤椎间自体骨植骨面积比≤24%)及C组(椎间自体骨植骨面积比> 24%)。该研究获得西南医科大学附属医院伦理审查委员会批准(KY2020155)，且获得纳入患者的知情同意。
纳入标准：①所有患者均进行相关影像学检查，均为L4/5或L5/S1单节段，并证实病变节段与症状体征相符，且保守治疗症状缓解不佳，使用的融合器长度及宽度均为
2.4 cm×1.0 cm；②所有患者复查均完善腰椎CT三维重建检
查，CT扫描线平行间隙椎体上、下终板，椎体形态完整；③椎间植骨(包括融合器面积)与终板接触面积≥30%；④骨密度为正常骨质或骨含量减少；⑤顺从性较好，能完成12个月以上定期随访。
排除标准：①椎间自体骨植骨联合椎间融合器与终板接触面积< 30%；②腰椎其他退变性病变、原发性或继发性滑
脱、糖尿病、骨质疏松、肥胖等；③需双侧减压；④排除肿瘤、感染、类风湿疾病、强直炎及长期服用激素等代谢性或内分泌系统疾病。
1.5 方法
1.5.1 手术方法所有患者均行腰椎后路融合+椎弓根螺钉内固定，由同一组医生完成手术，单侧减压行上位椎板下2/3和下位椎板上1/2，关节突关节内侧 1/2以及棘突部分基底的切除[9]。处理椎间隙，髓核钳摘除髓核组织，刮匙刮除终板软骨及纤维环，椎体的中前部位为处理的主要区域，至终板可见渗血，无菌生理盐水冲洗干净；将切除的自体骨部分填入融合器，余均植入椎间隙前方；清除因植骨融合器时溢出的碎骨，避免挤压神经根。
Cage置入方式：①斜向置入，融合器于矢状面向对侧斜向约45°置入，直到椎间融合器位于椎间隙中心前中1/2处；②横向置入，融合器于冠状面向对侧斜向置入，融合器尾端进入椎间隙平椎体后壁时，打入器于尾端向下打入，融合器与冠状面呈约45°时于尾端行水平向对侧打入，至Cage与椎间隙冠状平行。
1.5.2 术后处理术后应用抗生素预防感染，地塞米松(国药集团容生制药)和甘露醇(四川科伦药业)预防神经根水肿
3 d，术后两三天拔出引流管，第四五天鼓励患者在佩戴好支具下地行走；3个月内佩戴保护支具适当活动，避免腰部过屈过伸运动及负重，术后两三周行腰背肌功能锻炼，半年内避免重度体力劳动及剧烈运动；术后1周、6，12个月及末次随访行X射线正侧位片及CT三维重建检查。
1.6 主要观察指标
1.6.1 目测类比评分手术前后及随访期间评估，0分无痛，10分剧痛。
1.6.2 Oswestry功能障碍指数手术前后及随访期间评估
Oswestry功能障碍指数，共9项条目，每项均有6级选项，给予0-5分评定，各项评分相加总分/5×100%为 Oswestry功能障碍指数标准分，指数越高表示功能障碍越严重。
1.6.3 椎间隙高度测量术前、术后1周、6个月、12个月、末次随访椎间隙前、中、后缘高度，取其均值。
1.6.4 术中取骨量体积计算将自体骨颗粒塞入5 mL注射器中，尽量压缩后读取注射器的刻度即为椎间植骨量体
积。
1.6.5 融合器置入方式 CT横断面扫描，评估Cage置入方向。
1.6.6 自体骨植骨面积完善CT三维重建，平间隙上下终板进行扫描，使用西南医科大学附属医院的iMedPACS影像系统自带不规则图像面积测量工具进行，分别测量融合节段椎间植骨与上、下终板接触及椎间隙中份的横截面积，在减去椎间融合器横截面积200 mm2，取其均值，见图1。

1.6.7 终板面积分别测量上下终板面积，取其均值。
1.6.8 植骨融合率采用改良Brantigan评分评价[10]：①完全融合，塑形良好为4分；②融合良好但仍有少量透亮线为3分；③上下部分(50%)连接，但仍有大量透亮线为2分；④上下部分未连接．但骨量较术后即刻植骨量增多为1分；⑤上下部分末连接，高度丢失、植骨吸收为0分，≥ 3分者视为融合。
所有影像测量均由2名脊柱外科医师采用西南医科大学附属医院CT机配套的iMedPACS影像系统分别完成，间隔1周重复测量，取均值作为测量结果。
1.7 统计学分析运用SPSS 19.0处理和分析数据，数据用x±s表示，计数资料比较采用χ2检验，计量资料组间比较用独立样本t检验，椎间隙高度、融合面积及融合率组内比较采用配对t检验，多组间比较采用单因素方差分析，相关系数评价观察者间及观察者内测量的可信度。

讨论

腰椎经后路行椎体间融合术是临床治疗腰椎退变性疾病的常用方法之一，术后腰椎持续的稳定性还是依赖于腰椎自身结构的恢复和愈合，完全的椎间融合可使腰椎长期稳定并能承载脊柱的负荷，减轻椎弓根螺钉受到的应力作用；若椎间融合时间延长或不融合，腰椎稳定性需依靠内固定系统维持，长期的应力作用使内固定系统出现松动断裂，造成融合节段上下关节突的磨损刺激及椎体医源性骨折等相关并发症；同时融合节段长期不稳，引起椎间植入的、已压实的自体骨松动，延长骨粒之间、骨粒与终板之间形成纤维连接的时间，增加融合失败及融合器沉降的风险[11]，因此，椎间植骨融合率对腰椎融合手术至关重要。CLOSKEY等[6]认为椎间植骨达到终板面积30%以上可提供有效的椎间支撑，但对椎间融合效果却没有进一步阐述。以往的椎间融合的支撑植骨来源多采用自体骨，但单纯自体骨植骨在术后早期不能提供有效支撑作用，导致椎间隙塌陷、移位、假关节形成等并发症[12]；同时使用自体髂骨、异体骨带来的相关并发症对患者也存在较大影响[13-14]。为克服单纯自体骨植骨的缺陷，椎间融合器在临床上得以广泛运用[15]。为保证椎间融合器联合自体骨植骨达椎间隙30%面积以上的支撑，往往对椎板及关节突过多切除以增加自体骨的植入[16]，但椎间隙终板的横截面是存在个体差异的，导致椎间植骨达终板面积30%所需的自体骨量也存在差异。在此次研究中B组和C组部分患者椎间植骨量低于A组，但椎间自体骨植骨面积比却大于A组，术后6个月复查，椎间融合成骨效果也优于A组，说明椎间植骨量不是决定融合率的唯一因素；因此行椎间融合时，不能盲目追求椎间植骨量，避免更多地破坏腰椎后柱稳定结构。
术中对终板软骨及纤维环的清除面积决定了有效的椎间植骨床面积，植骨床的血液供应和面积也是影响骨融合效果的因素。STEFFEN等[8]认为椎间隙融合情况与骨性终板的血供密切相关，骨性终板良好的血供可提高融合率；若终板处理范围不够，盲目增加椎间植骨量及椎间植骨与终板的接触面积，并不能有效增加椎间融合率；对终板的处理，需清除至少60%以上的椎间隙组织[17]，同时对椎间隙中前部分重点处理，以保证有效椎间植骨床面积。通过3组患者术后椎间隙高度及椎间植骨面积比较，作者发现椎间植骨面积、椎间植骨量和术中椎间隙高度相关。腰椎退变的患者，病变节段往往有椎间隙高度不同程度的下沉；同等植骨量时，椎间植骨与上下终板的接触面积与椎间隙高度呈负相关；术中椎间隙高度决定了椎间植骨达终板面积30%所需的自体骨量。对椎间隙明显下沉而不需恢复正常高度的患者，单侧椎板间开窗所取的骨量联合椎间融合器与终板的接触面积就能达30%以上，不需追求大量植骨取过多的自体骨，破坏腰椎后柱稳定结构；对于术中恢复正常椎间隙高度的患者，则需增加椎间植骨量，以保证自体骨植骨联合椎间融合器与终板的接触面达30%以上；但在3组患者中，不同终板面积患者椎间融合器联合自体骨植骨面积达终板30%以上时，自体骨植骨面积也存在不同差异；在A组患者中，虽然椎间植骨联合融合器与终板接触面积达间隙终板30%以上，但自体骨植骨面积比< 16%，导致术后6个月椎间融合率明显低于B、C组；因此，在联合椎间融合器进行椎间植骨时，只关注整体椎间植骨面积达终板30%以上的接触面积存在一定的弊端。同时B组发现椎间自体骨植骨面积比在24%以上时，随着椎间植骨面积的增加，椎间植骨融合率并没有出现明显的提升，但椎间自体骨植骨面接越大，后期椎间植骨成骨面积越大；作者认为椎间植骨与上下终板接触面积越大，利于骨粒与终板之间爬行成骨，同时椎间自体骨植骨主要位于椎间前方，自体骨植骨与终板接触面积越大，对椎间隙的支撑作用越大，分散了椎间隙的局部应力，可较好地维持椎间隙的稳定性，提供一个稳定的植骨融合环境，利于椎间植骨融合。
FOGEL等[18]研究发现即使单椎间融合器内植骨完全融合，但对整个椎间隙的植骨融合面积仍然不足；椎间植骨未完全融合时，融合节段间隙的应力传导主要集中于上下终板与融合器接触面，椎间融合器在融合节段形成类似“杠杆支点”效应 [19]；融合器与终板接触的面积较小、椎间隙得不到有效支撑，增加椎间融合器与上下终板的应力，长期的局部应力造成终板损伤破坏、融合器沉降，延长了椎间融合时
间[20-21]，因此，椎间融合器在椎间隙的位置及在融合器的基础上进行相应植骨是非常重要的[22]。自体骨植骨除部分填入融合器中空部分外，余下的往往植入椎间隙前方，增加自体骨植骨面积的同时增加椎间隙前方的支撑作用。在此次研究中，A组患者融合器斜向置入占96%(26/27)，而B组为6%(2/32)，C组为3%(1/34)，3组患者中部分患者虽取骨量、椎间隙高度无明显差异，但A组患者在斜向置入融合器时，为保证椎间融合器尾端与椎体后缘保持足够的安全距离，需将椎间融合器打入更深、更靠前，导致了椎间隙正前方预留的植骨空间减小，影响自体骨植骨容积；同时置入融合器时，椎间隙前方植入的碎骨因融合器头端的挤压出现松动移位，甚至部分自体颗粒骨溢出，因担心间隙松动溢出的颗粒骨对后方侧隐窝、神经根的挤压，在置入融合器后常规给予取出，产生不必要的浪费，并导致椎间隙自体植骨量减少，影响椎间植骨量。融合器横向置入方不仅保证了椎间隙前方预留足够的植骨空间，同时在置入融合器时对椎间隙前方已植入压实的颗粒骨干扰较小，使椎间植骨与间隙上下终板有较大的接触面积，提供更好的支撑作用及稳定的植骨融合环境[23]。因此，在取骨量相同时，椎间融合器置入方式影响术中椎间隙自体骨实际植入量，而椎间自体骨植骨量是影响自体骨植骨面积的因素之一。
此次研究将自体骨颗粒塞入5 mL注射器中，尽量压缩后读取注射器的刻度，以此估计椎间植骨量体积可能不太准确，但该方法快捷方便；在行椎间隙CT扫描测量椎间植骨横截面积时，因自体骨植入后致密程度不一，可能导致在测量横截面积时存在一定的差异，同时患者体质量指数差异及部分患者过早的体力劳动，也可能造成研究节段融合率的差异。
综上所述，椎间自体骨植骨与间隙上下终板接触面积
比≥16%可提供较好的椎间植骨融合率，更好地维持融合节段的稳定性。在行腰椎融合椎间植骨时，需同时考虑术中椎间隙高度恢复、自体取骨量及融合器置入方式对椎间自体骨植骨面积的影响。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

椎间自体骨植骨面积比与椎间融合率的关系

Relationship between area ratio of interbody autograft and intervertebral fusion rate

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