骨水泥-椎体体积比与骨质疏松椎体压缩骨折治疗效果的关系

doi:10.12307/2024.533

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (29): 4652-4656.doi: 10.12307/2024.533

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骨水泥-椎体体积比与骨质疏松椎体压缩骨折治疗效果的关系

马超，丁江平，王斌，牛奔，穆合塔尔•吾买尔，唐国柱，杨红涛，冯新文

新疆巴州人民医院脊柱外科，新疆维吾尔自治区库尔勒市 841000

收稿日期:2023-09-15 接受日期:2023-11-10 出版日期:2024-10-18 发布日期:2024-03-22
通讯作者: 冯新文，主治医师，新疆巴州人民医院脊柱外科，新疆维吾尔自治区库尔勒市 841000
作者简介:马超，男，1995年生，新疆维吾尔自治区塔城市人，回族，硕士，主要从事脊柱脊髓疾病的外科治疗方面的研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2022D01A03)，项目负责人：丁江平；新疆巴音郭楞蒙古自治州科学技术研究项目(202312)，项目负责人：冯新文；新疆巴州人民医院青年科研基金专项项目(BY202308)，项目负责人：马超

Relationship between bone cement-vertebral volume ratio and therapeutic effect of osteoporotic vertebral compression fractures

Ma Chao, Ding Jiangping, Wang Bin, Niu Ben, Muhetaer•Wumaier, Tang Guozhu, Yang Hongtao, Feng Xinwen

Department of Spinal Surgery, Xinjiang Bazhou People’s Hospital, Korla 841000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2023-09-15 Accepted:2023-11-10 Online:2024-10-18 Published:2024-03-22
Contact: Feng Xinwen, Attending physician, Department of Spinal Surgery, Xinjiang Bazhou People’s Hospital, Korla 841000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Ma Chao, Master, Department of Spinal Surgery, Xinjiang Bazhou People’s Hospital, Korla 841000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region, No. 2022D01A03 (to DJP); Science and Technology Research Project of Bayingol Mongolian Autonomous Prefecture, No. 202312 (to FXW); Special Project of Youth Scientific Research Fund of Xinjiang Bazhou People’s Hospital, No. BY202308 (to MC)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

骨水泥-椎体体积比：将患者术后CT数据DICOM格式文件导入Mimics 17.0软件，基于骨水泥密度、骨密度、软组织的阈值差异完成骨水泥、椎体及软组织分割，生成三维模型，记录测量骨水泥体积及椎体体积，骨水泥-椎体体积比=骨水泥体积/椎体体积。
骨水泥分布形态：通过术后X射线片观察骨水泥分布形态可分为H型组、O型组。H型骨水泥于椎体内呈现2个“球块状”，中间没有或者仅有少量骨水泥相连，骨水泥呈树枝状或网状弥散性分布。O型骨水泥于椎体内呈现一个“球块状”，骨水泥中间没有间隔或骨水泥缺失，呈现紧密分布。

背景：经皮椎体成形术因操作便捷、创伤小等优点成为治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的主要方式，但最佳的骨水泥-椎体体积比尚无定论。

目的：探讨骨水泥-椎体体积比对经皮椎体成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折疗效的影响。
方法：回顾性分析2019年7月至2022年7月新疆巴州人民医院收治的单节段骨质疏松性椎体压缩骨折患者的临床资料，共100例，均接受经皮椎体成形术治疗，根据骨水泥-椎体体积比分为低体积组(15%≤比值≤20%)和高体积组(20% < 比值≤25%)，每组50例。术前及术后3 d、1年，分析患者的目测类比评分、Oswestry功能障碍指数、椎体前缘高度、伤椎Cobb角、骨水泥分布形态及骨水泥渗漏率。

结果与结论：①与术前比较，100例患者术后3 d、1年的目测类比评分、椎体前缘高度、伤椎Cobb角以及术后1年的Oswestry功能障碍指数均明显改善(P < 0.05)；低体积组患者术后3 d、1年的目测类比评分及术后1年的Oswestry功能障碍指数与高体积组比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，术后3 d、1年的椎体前缘高度均低于高体积组(P < 0.05)，术后3 d、1年的伤椎Cobb角均大于高体积组(P < 0.05)。②低体积组患者术后骨水泥分布形态呈H型10个，O型40个；高体积比组患者术后骨水泥分布形态呈H型36个，O型14个，组间骨水泥分布形态比较差异有显著性意义(P < 0.05)；高体积比组、低体积组骨水泥渗漏率分别为10%，6%。③结果表明，低、高骨水泥-椎体体积比均可改善骨质疏松性椎体压缩骨折患者术后疼痛及功能障碍，其中高骨水泥-椎体体积比可更好地恢复伤椎形态，这可能与该组骨水泥分布较多呈H形有关。

https://orcid.org/0000-0003-3665-9133(马超)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

关键词: 骨水泥-椎体体积比, 经皮椎体成形术, 骨质疏松性椎体压缩骨折, 骨水泥分布形态, 疼痛, 功能障碍

Abstract: BACKGROUND: Percutaneous vertebroplasty has become the main treatment method for osteoporotic vertebral compression fractures due to its advantages of convenient operation and low trauma. However, the optimal bone cement-vertebral volume ratio has not been determined.
OBJECTIVE: To investigate the effect of bone cement-vertebral volume ratio on percutaneous vertebroplasty for osteoporotic vertebral compression fractures.
METHODS: The clinical data of 100 patients with single-stage osteoporotic vertebral compression fractures admitted to Xinjiang Bazhou People’s Hospital from July 2019 to July 2022 were retrospectively analyzed. All patients received percutaneous vertebroplasty. According to the bone cement-vertebral volume ratio, they were divided into the low volume group (15% ≤ ratio ≤ 20%) and the high volume group (20% < ratio ≤ 25%) with 50 cases in each group. The visual analog scale score, Oswestry disability index, vertebral anterior margin height, Cobb angle of injured vertebra, bone cement distribution pattern, and bone cement leakage rate were analyzed before surgery, 3 days and 1 year after surgery.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with the preoperative results, the visual analog scale scores, vertebral anterior margin height, Cobb angle of injured vertebra at 3 days and 1 year after surgery, and Oswestry disability index at 1 year after surgery were significantly improved in 100 patients (P < 0.05). There were no significant differences in visual analog scale scores at 3 days and 1 year after surgery and Oswestry disability index at 1 year after surgery between the low volume group and the high volume group (P > 0.05). The vertebral anterior margin height in the low volume group was lower than that in the high volume group at 3 days and 1 year after surgery (P < 0.05). The Cobb angle of the injured vertebrae in the low volume group was higher than that in the high volume group at 3 days and 1 year after surgery (P < 0.05). (2) There were 10 H-type and 40 O-type bone cement distributions in the low volume group. There were 36 H-type and 14 O-type bone cement distributions in the high volume group, and there was no significant difference in bone cement distributions between the two groups (P < 0.05). The bone cement leakage rate in the high volume group and low volume group was 10% and 6%, respectively. (3) It is indicated that both low and high bone cement-vertebral volume ratios can improve postoperative pain and functional dysfunction, but high bone cement-vertebral volume ratio can improve the morphological recovery of injured vertebral, which may be related to the fact that the distribution of bone cement in this group is more H-type.

Key words: bone cement-vertebral volume ratio, percutaneous vertebroplasty, osteoporotic vertebral compression fracture, bone cement distribution pattern, pain, dysfunction

中图分类号:

马超, 丁江平, 王斌, 牛奔, 穆合塔尔•吾买尔, 唐国柱, 杨红涛, 冯新文. 骨水泥-椎体体积比与骨质疏松椎体压缩骨折治疗效果的关系[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(29): 4652-4656.

Ma Chao, Ding Jiangping, Wang Bin, Niu Ben, Muhetaer•Wumaier, Tang Guozhu, Yang Hongtao, Feng Xinwen. Relationship between bone cement-vertebral volume ratio and therapeutic effect of osteoporotic vertebral compression fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(29): 4652-4656.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析两组患者均完成了经皮椎体成形手术治疗，术后随访时间为1年以上，100例全部进入结果分析。
2.2 试验分组流程图见图2。

2.3 两组患者基线资料比较两组患者的性别构成、年龄、病程、骨密度比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表2，具有可比性。

2.4 所有患者手术前后各指标的比较 100例患者术后3 d的目测类比评分低于术前(P < 0.05)，且术后1年的目测类比评分较术后3 d进一步降低(P < 0.05)；术后3 d的椎体前缘高度高于术前(P < 0.05)，术后3 d与术后1年的椎体前缘高度比较差异无显著性意义(P > 0.05)；术后3 d的伤椎Cobb角低于术前(P < 0.05)，术后3 d与术后1年的椎Cobb角比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表3。

2.5 两组患者手术前后目测类比评分及Oswestry功能障碍指数的比较两组患者术前及术后3 d、1年的目测类比评分比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，术前、术后1年的Oswestry功能障碍指数比较差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4。

2.6 两组患者手术前后椎体前缘高度、伤椎Cobb角的比较两组患者术前椎体前缘高度比较差异无显著性意义(P > 0.05)，高体积比组患者术后3 d、1年的椎体前缘高度均高于低体积比组(P < 0.05)；两组患者术前伤椎Cobb角比较差异无显著性意义(P > 0.05)，高体积比组术后3 d、1年的伤椎Cobb角均低于低体积比组(P < 0.05)，见表5。

2.7 两组骨水泥分布形态、骨水泥量和骨水泥渗漏率比较低体积比组患者术后骨水泥分布形态呈H型10个、O型40个，高体积比组患者术后骨水泥分布形态呈H型36个、O型14个，组间骨水泥分布形态比较差异有显著性意义(P < 0.05)；高体积比组骨水泥注射量高于低体积比组(P < 0.05)；高体积比组骨水泥渗漏率为10%，低体积比组骨水泥渗漏率为6%，见表6。

2.8 不良反应除骨水泥渗漏外，100例患者未发生与骨水泥材料相关的其他不良反应，无新发骨折发生。

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引言

材料方法

1.1 设计回顾性队列研究，组间比较采用卡方检验、独立样本t检验、配对样本t检验及非参数检验。
1.2 时间及地点试验于2019年7月至2022年7月在新疆巴州人民医院脊柱外科完成。
1.3 对象纳入2019年7月至2022年7月在新疆巴州人民医院脊柱外科行经皮椎体成形手术治疗的100例单节段OVCF患者，其中男 53例，女47例。根据骨水泥-椎体体积比分为低体积比组(15%≤比值≤20%)和高体积比组(20%<比值≤25%)，每组50例。低体积比组男26例，女24例；平均年龄(65.98±7.13)岁；骨折椎体分布：6例T9、14例T10、15例T11、13例T12、2例L1。高体积比组男27例，女23例；平均年龄(65.48±8.46)岁；骨折椎体分布：7例T9、15例T10、5例T11、21例T12、2例L1。
所有患者对研究知情同意。该研究的实施符合新疆巴州人民医院相关伦理要求[编号：BZRMYY(2023)036]。
纳入标准：结合临床症状及影像学检查，明确为新发的椎体压缩性骨折[1]；骨密度双能X射线吸收法显示骨密度值≤-2.5[1]；均成功完成经皮椎体成形术，手术操作由同一组医务人员完成，病历及影像资料完整；骨水泥-椎体体积比为15%-25%[5]；临床随访时间≥1年，并且各随访节点临床资料及影像资料完整。
排除标准：任何原因导致术后失访者；1年随访时间内任何原因再次行脊柱手术者；术前存在重度脊柱病变影响经皮椎体成形术疗效评价者，如成骨性骨破坏、严重椎间盘突出、椎管狭窄、强直性脊柱炎等。

1.4 材料经皮椎体成形术中使用的骨水泥材料相关介绍见表1。

1.5 方法所有患者经皮椎体成形手术均由同一组医务人员完成，手术方法如下：患者取俯卧位，C臂透视下定位并标记病变椎体。常规消毒铺单，1%利多卡因局麻，于病变椎体椎弓根体表投影点外侧5-10 mm处做一长约5 mm切口，插入穿刺针，透视下明确穿刺针位于伤椎椎体椎弓根中，于椎体前1/3位置缓慢注射拉丝期骨水泥，待骨水泥硬化后退出导针，记录骨水泥灌注量。压迫切口止血，无菌敷料覆盖包扎。
1.6 主要观察指标记录两组患者的年龄、性别、病程、骨水泥注射量、骨水泥-椎体体积比、骨水泥分布形态及骨水泥渗漏等情况，检测两组患者术前及术后 3 d、1年的目测类比评分、椎体前缘高度、伤椎Cobb角，以及术前及术后1年的Oswestry功能障碍指数。
目测类比评分：用来测定疼痛强度，是由一条100 mm直线组成，直线左端表示无痛，右端表示极痛，中间表示中度疼痛。让患者目测后在直线上用手指、笔画或移动评分上游标，在直线上定出某一点表示疼痛程度。无痛为0分，满分为10分，疼痛程度越重得分越高[6]。
Oswestry功能障碍指数：由10个问题组成，包括疼痛强度、生活自理、提物、步行、坐位、站立、干扰睡眠、性生活、社会生活、旅游10个方面的情况，每个问题6个选项，每个问题的最高得分为5分，0分为无功能障碍，5分为功能障碍最明显，记分方法是：实际得分/50(最高可能得分)×100%，越高表明功能障碍越严重[7]。
骨水泥-椎体体积比：将患者术后CT数据DICOM格式文件导入Mimics 17.0软件，基于骨水泥密度、骨密度、软组织的阈值差异完成骨水泥、椎体及软组织分割，生成三维模型，记录测量骨水泥体积及椎体体积。骨水泥-椎体体积比=骨水泥体积/椎体体积[8]。
椎体前缘高度：通过侧位X射线片测量病变椎体前缘上终板至下终板的高度[9]，见图1A。
伤椎Cobb角：通过侧位X射线片分别沿伤椎上终板与下终板做2条水平线，测量两条线的夹角[10]，见图1B。
骨水泥分布形态：根据术后骨水泥分布形态分为“H”型与“O”型[11]，见图1C、D。

骨水泥渗漏：定义为骨水泥存在于椎体外，分为椎基底静脉渗漏、骨皮质缺损渗漏、节段静脉渗漏[12]，见图1E、F。

1.7 统计学分析采用SPSS 26.0统计分析软件对数据进行统计分析，定量资料以x±s形式表示，两组间性别、骨水泥分布形态比较采用卡方检验。两组间年龄、病程、术中失血量、骨水泥量、目测类比评分、Oswestry功能障碍指数、椎体前缘高度及伤椎Cobb角比较采用独立样本t检验。术前及术后3 d、1年的目测类比评分、椎体前缘高度及伤椎Cobb角比较采用非参数检验。术前及术后1年Oswestry功能障碍指数比较采用配对样本t检验。以P < 0.05为差异有显著性意义。该文生物统计学方法已经由丁江平、王斌专家审核。

讨论

1987年，经皮椎体成形术首次被提出[13]，通过针头穿过椎弓根将骨水泥输送到骨折椎骨，因其有效性及微创性目前已成为OVCF的首选治疗方法[14]。经皮椎体成形术通过骨水泥固定作用实现椎体的修复，恢复椎体的骨生物力学特性、减轻骨折末端引起的疼痛，然而对最佳骨水泥-椎体体积比的研究仍存在争议：一方面，如果骨水泥注射量太少，塌陷部位难以恢复，术后疼痛缓解不明显；另一方面，如果骨水泥注射量太大，容易导致骨水泥渗漏，严重者出现神经系统并发症[15]。NIEUWENHUIJSE等[16]的研究对106例OVCF患者196个损伤节段进行中长期随访，通过多元回归分析发现24%是骨水泥-椎体最佳体积比，该体积比既能有效缓解疼痛又有较小骨水泥渗漏的风险，但该研究存在一些局限性，该研究把目测类比评分=6分定义为疼痛缓解的阈值，这一点尚存在争议；此外，研究者并未探究骨水泥-椎体体积比与骨水泥分布形态的关系，相同的骨水泥-椎体体积比可能会有不同的骨水泥分布形态，这也可能对结果产生了一定影响。此次研究设置两种骨水泥-椎体体积比区间，分别为15%≤比值≤20%、20%<比值≤25%，拟探究其疗效差异，为临床实践提供更充足的证据。
此次研究结果发现随着经皮椎体成形术后时间的延长，所有患者的目测类比评分及Oswestry功能障碍指数进一步降低，这表明经皮椎体成形术后患者相关症状持续改善，并且两组间并无统计学差异。此次研究通过短期及中长期随访发现，不同骨水泥-椎体体积比均能显著改善OVCF患者临床症状。OVCF患者疼痛来源为椎体细小骨折，当灌注骨水泥量达到可以完成骨折裂痕修复需求后机械应力降低，疼痛即刻得以缓解，功能障碍得以改善[17]，这可能是临床症状改善程度在两组间未见明显差异的原因。大部分研究认为骨水泥灌注量与疼痛缓解无直接关系[18-19]，但也有研究认为骨水泥体积与经皮椎体成形术疼痛缓解程度呈正相关[20]。RÖDER等[21]认为只有注射大于4.5 mL的骨水泥才能实现有效止痛。尽管经皮椎体成形术已经经过数十年的发展，但该结论至今仍不能统一，未来仍有待更大样本、更长期的随访。
此次研究选用椎体前缘高度及Cobb角评价经皮椎体成形术后椎体形态。术后3 d，两组患者椎体前缘高度较术前明显增加，伤椎Cobb角较术前明显减小，与低体积比组相比，高体积比组患者椎体形态重建更为理想，这可能与高剂量组能更好地分散骨水泥到小的骨折裂隙中，对于椎体的强度及刚度有更好的改善作用有关[22-23]。与术后3 d相比，患者术后1年的椎体前缘高度与伤椎Cobb角未出现明显变化。
此次研究进一步观察不同骨水泥-椎体体积比对骨水泥分布形态的影响，高体积比组骨水泥弥散更倾向于H形分布，这可能骨水泥填充量较大、弥散更均匀有关；低体积比组骨水泥弥散更倾向于O形分布。有研究认为骨水泥呈H形分布患者的椎体稳定性更好。H形态呈弥散状分布，增大了骨水泥与松质骨的接触面积，骨水泥黏合力增大；而O形态类似于团块状，相较于H形的平台支撑稳定性略差[24-25]。研究发现14%-18%的骨水泥-椎体体积比能恢复伤椎椎体强度，而更大的椎体效能与骨水泥分布形态、骨密度等相关[14，26-27]。
此次研究结果发现，两种骨水泥-椎体体积比均能有效恢复椎体形态，但高骨水泥-椎体体积比的效果更佳，这与该组骨水泥弥漫分布密切相关。进一步对骨水泥渗漏率统计发现，高体积比组5例出现骨水泥渗漏，低体积比组3例出现骨水泥渗漏，这与其更大的骨水泥注射量相关。因此，在临床工作中应权衡高骨水泥注射量的利弊关系，同时综合骨水泥注射时压力与速度等因素[28-29]，不可盲目为恢复高度增大骨水泥注射量。
综上所述，两组不同骨水泥-椎体体积比组均显著改善了患者术后疼痛、功能及椎体形态，骨水泥-椎体高体积比更容易使骨水泥呈H形分布，更好地重建椎体形态，但同时也可能带来更高的骨水泥渗漏发生率。该研究仍有不足之处：一方面，未考虑OVCF患者骨密度的差异，这可能对结果产生了一定影响；另一方面，研究样本量较少、随访时间较短，未来仍需要大样本、多中心临床研究。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

骨水泥-椎体体积比与骨质疏松椎体压缩骨折治疗效果的关系

Relationship between bone cement-vertebral volume ratio and therapeutic effect of osteoporotic vertebral compression fractures

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[1]	单嘉欣, 张一龙, 吴鸿涛, 张家媛, 李安安, 刘文刚, 许学猛, 赵传喜. 全膝关节置换后服用健脾益气活血方患者肌力及疼痛的变化[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(9): 1378-1382.
[2]	李孝强, 陈唯, 李明樾, 单天驰, 申文. 全膝关节置换前股四头肌超声定量分析对置换后慢性疼痛的预测价值[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(9): 1388-1393.
[3]	杨策凯, 蔡卓延, 陈明, 刘昊, 翁汭, 崔健超, 张顺聪, 姚珍松. 绝经后女性椎旁肌退化与经皮穿刺椎体成形后再骨折的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(9): 1414-1419.
[4]	韩冰, 刘宏滨, 王和洪, 赵汉青, 赵日光, 孙燚炎, 张玉. 青年男性下肢力线和髌股疼痛综合征危险因素的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(8): 1211-1216.
[5]	王娟, 王玲, 左会武, 郑成, 王广兰, 陈鹏. 肌内效贴对前交叉韧带重建后康复疗效的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(4): 651-656.
[6]	商鹏, 崔伦旭, 马奔原, 侯光辉, 宋万振, 刘艳成. 椎体强化术后恢复高度对邻近椎体的影响：一项有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(36): 5741-5746.
[7]	柳栋元, 关海山, 史浩冉, 刘晓亮, 周浩盛. 经皮椎体成形后邻近椎体压缩骨折的危险因素[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(36): 5884-5891.
[8]	谢艳丽, 魏思昂, 张国栋. 跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(35): 5577-5583.
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[10]	杨云霄, 赵宇, 王明海, 杨泽政, 王金武. 3D打印个性化颈椎矫形支具可缓解和治疗早期颈椎病[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(29): 4639-4644.
[11]	阿卜杜吾普尔·海比尔, 阿里木江·玉素甫, 林航, 吐尔洪江·阿布都热西提. 经皮椎体成形术中骨水泥分布对手术及邻近椎体再发骨折的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(29): 4657-4662.
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[13]	鲁彩霞, 张思敏, 尼格阿依•艾合麦提, 李雪儿, 陈泽源, 买买提吐逊•吐尔地. 医用臭氧可缓解颞下颌关节骨关节炎的疼痛[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(27): 4300-4305.
[14]	蒋全睿, 冯祥, 刘丹, 艾坤, 李江山, 刘小卫, 李武. 不同力量推拿按法对大鼠肌筋膜疼痛触发点的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(27): 4360-4366.
[15]	孔健达, 解瑛傲, 马雯, 刘友涵, 王清路. 帕金森病相关线粒体功能障碍及运动对其潜在的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(27): 4413-4420.