不同方式灌注骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.14.003

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (14): 2147-2152.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.14.003

• 组织工程骨及软骨材料 tissue-engineered bone and cartilage materials • 上一篇下一篇

不同方式灌注骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的比较

周伟¹，刘贵省²，周丽萍³，高芳³，刘训伟³，谢志勇³

¹莒县人民医院介入科，山东省莒县 276500；²郓城县人民医院放射科，山东省郓城县 274700；³解放军济南军区总医院医学影像科，山东省济南市 250031

收稿日期:2016-12-17 出版日期:2017-05-18 发布日期:2017-06-10
通讯作者: 谢志勇，副主任医师，解放军济南军区总医院医学影像科，山东省济南市 250031
作者简介:周伟，男，1973年生，山东省莒县人，主治医师，主要从事介入治疗工作。
基金资助:
国家高技术研究发展计划(863计划)资助(2013AA032203)

Different bone cement implantation ways for osteoporotic vertebral compression fractures

Zhou Wei¹, Liu Gui-sheng², Zhou Li-ping³, Gao Fang³, Liu Xun-wei³, Xie Zhi-yong³

¹ Department of Interventional Radiology, Juxian People’s Hospital, Juxian 276500, Shandong Province, China; ²Department of Radiology, Yuncheng County People’s Hospital, Yuncheng 274700, Shandong Province, China; ³Department of Medical Imaging, General Hospital of Jinan Military Region of Chinese PLA, Jinan 250031, Shandong Province, China

Received:2016-12-17 Online:2017-05-18 Published:2017-06-10
Contact: Xie Zhi-yong, Associate chief physician, Department of Medical Imaging, General Hospital of Jinan Military Region of Chinese PLA, Jinan 250031, Shandong Province, China
About author:Zhou Wei, Attending physician, Department of Interventional Radiology, Juxian People’s Hospital, Juxian 276500, Shandong Province, China
Supported by:
the National High-Tech Research and Development Program of China (863 Program), No. 2013AA032203

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
骨水泥块类型：按照灌注的骨水泥在椎体内固化后形成的形态，分为骨小梁型、团块型和混合型。骨水泥块的形态决定了骨水泥块与椎体内骨组织接触的表面积，表面积越大，骨水泥与骨组织结合度越高，骨水泥-骨界面的抗压缩和抗扭转能力越强。
伤椎再骨折：伤椎灌注骨水泥一段时间后，椎体出现高度下降、椎体内裂隙征、骨水泥块形态位置改变、椎体内微骨折现象。伤椎术后发生再骨折的因素很多，普遍认为骨质疏松疾病本身、骨水泥灌注后局部生物力学改变以及骨水泥椎间盘渗漏是高危因素。抗骨质疏松治疗仍然是预防椎体成形术后再发骨折的基础，骨水泥材料研究的进展与骨水泥在椎体内均匀弥散，也会降低椎体成形术后再骨折的风险。

背景：骨水泥灌注治疗骨质疏松性椎体压缩骨折后，随着骨质疏松的进行和骨水泥与骨组织间隙的增大，骨水泥-骨界面的抗压缩和抗扭转能力下降，骨水泥块在椎体内的微运动幅度增加，易导致伤椎再骨折发生。
目的：探讨3种方式灌注骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的临床疗效。
方法：以单椎体骨质疏松性压缩骨折患者为研究对象，进行椎体成形术、椎体后凸成形术及椎体成形术分次灌注骨水泥治疗各60例，整理相关数据，分析椎体内骨水泥块的类别与治疗方式的关系，了解患者长期疼痛缓解及日常活动功能改善、椎体高度及骨水泥块形态位置改变、伤椎再骨折发生等情况。
结果与结论：①3组治疗后的目测类比评分、Oswestry功能障碍指数和Cobb's角均较治疗前改善(P < 0.05)；治疗后6个月与末次随访相比差异无显著性意义，各时间点组间相比差异无显著性意义，说明3种方法缓解疼痛和恢复行动的效果无差异，均能够防止椎体高度丢失，维护脊柱的力学性能；②骨水泥形态位置发生改变及伤椎再骨折均出现在团块型骨水泥病例中，为增加长期疗效，在灌注骨水泥时应尽可能在椎体内形成混合型或骨小梁型骨水泥。

ORCID: 0000-0002-5591-8770(谢志勇)

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: 生物材料, 骨生物材料, 骨质疏松症, 椎体压缩骨折, 经皮椎体成形术, 经皮椎体后凸成形术

Abstract:

BACKGROUND: After the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures with bone cement implantation, deteriorative osteoporosis and the distance augment between bone cement and bones result in a decrease in bone cement-bone interface compression strength and torsion strength, and then the bone cement tends to displace, which is easy to cause a secondary vertebral fracture.
OBJECTIVE: To investigate the clinical efficacy of bone cement implantation via three approaches on osteoporotic vertebral compression fractures.
METHODS: Sixty patients with single osteoporotic vertebral compression fracture were treated with vertebroplasty, percutaneous kyphoplasty or fraction cement vertebroplasty. All data were collected to analyze the correlation between the bone cement morphology and treatment method, and to detect the visual analogue scale, Oswestry disability index, Cobb angle and incidence of secondary vertebral fractures.
RESULTS AND CONCLUSION: The visual analogue scale scores, Oswestry disability index, and Cobb angle in the three groups were significantly improved after treatment (P < 0.05). All above indicators showed no significant difference among groups at each time point after treatment, suggesting that these three kinds of treatments exert the same effects on pain relief, functional recovery, preventing the vertebral height loss and maintaining spinal mechanical properties. Bone cement displacement and secondary vertebral fracture occurred after clotted cement implantation. Therefore, mixed and trabecular-shaped grafts are preferred, aiming to achieve good long-term treatment outcomes in osteoporotic vertebral compression fractures.

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

Key words: Osteoporotic Fractures, Fractures, Compression, Vertebroplasty, Acrylic Resins, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

周伟，刘贵省，周丽萍，高芳，刘训伟，谢志勇. 不同方式灌注骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的比较[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(14): 2147-2152.

Zhou Wei, Liu Gui-sheng, Zhou Li-ping, Gao Fang, Liu Xun-wei, Xie Zhi-yong. Different bone cement implantation ways for osteoporotic vertebral compression fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(14): 2147-2152.

图/表（结果） 5

2.1 参与者资料分析治疗前3组患者年龄、性别、骨密度T值、骨折椎体分布等比较，差异均无显著性意义。所有患者均获完整追访资料，随访时间2-7年。

2.2 不同手术方式形成的骨水泥块类型和数量在灌注骨水泥时，经皮椎体成形术组灌注压力较大，骨水泥在椎体内团聚呈团块状，并抬升椎体高度，在灌注后期可有部分骨水泥向周围弥散，进入骨小梁间隙，形成混合型骨水泥块；经皮椎体后凸成形术组因球囊的扩张，在椎体内形成空腔并压实周围骨松质，灌注压较小，骨水泥直接填充空腔内，难以进入骨小梁间隙内，在椎体内多形成团块型骨水泥块；经皮椎体成形术分次灌注组在经皮椎体成形术组的基础上，通过调整针尖位置，再次灌注0.5-1.5 mL拉丝前期骨水泥，经针芯推入后，骨水泥大部分进入骨小梁间隙，与骨小梁相互嵌插交错，并与骨水泥团块相粘合，骨水泥块多为混合型和骨小梁型。3组患者治疗后骨水泥灌注类型及数量见表3。

2.3 临床疗效 180例患者随访2-7年，平均4年。治疗后患者疼痛得到缓解或解除，功能改善明显，治疗后与治疗前相比组内差异有显著性意义(P < 0.05)，治疗后6个月与末次随访相比差异无显著性意义，各时间点组间相比差异无显著性意义(图5，6)，但经皮椎体后凸成形术组目测类比评分和Oswestry功能障碍指数高于经皮椎体成形术组、经皮椎体成形术分次灌注组。

2.4 影像学评估治疗后3组伤椎高度均获得显著提高，Cobb’s角变小，治疗前后组内比较差异均有显著性意义(均P < 0.001)。末次随访与治疗后6个月时组内比较差异无显著性意义，组间各时间点比较差异无显著性意义(图7)，说明灌注骨水泥后起到防止椎体高度丢失，维护脊柱力学性能的作用。X射线平片显示椎体内骨水泥与骨组织分离，形成裂隙2例；骨水泥块形态位置发生改变3例(图8)，磁共振显示椎体内有水肿信号，考虑手术椎体内微骨折形成。5例患者中1例手术方式为经皮椎体成形术，其余4例为经皮椎体后凸成形术。椎体内骨水泥类型均为团块型，骨折发生率占总病例的3%，占团块型骨水泥病例的8%。

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引言

经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，PVP)、经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplast，PKP)是通过灌注骨水泥黏合骨折部位并加固椎体，达到快速缓解疼痛和恢复活动功能的目的，现已成为临床上治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的重要手段^[1-4]。全仁夫等^[5]在骨质疏松模型腰椎椎体内注入骨水泥，通过生物力学测试发现骨水泥早期即与宿主骨组织形成牢固的结合，具有较好的可塑性和流动性，随着术后时间延长，远期生物力学性能有所下降，仍可达到满意的效果。

研究表明，椎体内的骨水泥块在剪切力作用下产生微运动，骨水泥块与周围骨组织间隙进行性增宽，结合度减小，微运动幅度加大^[6-10]，导致骨水泥块在椎体内发生位置改变。目前临床应用的丙烯酸树脂骨水泥本身无骨传导性和诱导骨生长的能力，在力学和骨丢失的共同作用下，使手术椎体内出现骨小梁断裂、骨水泥块移动，导致椎体再次发生骨折，甚至形成“骨包壳”现象。

具有促骨生长作用的钙盐骨水泥虽经过多年改性研究^[11-16]，仍未应用于承重骨中。课题组在使用丙烯酸树脂骨水泥的基础上，自2008年开始开展了经皮椎体成形术分次灌注骨水泥的方式，并与经皮椎体成形术、经皮椎体后凸成形术进行比较，观察以下指标：①不同治疗方式对患者长期疼痛缓解及日常活动功能改善情况；②不同治疗方式对椎体高度的维持作用；③不同治疗方式获得的骨水泥块的类型；④不同骨水泥块的类型对椎体长期稳定性的影响；⑤验证不同方式灌注骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的效果。

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

材料方法

1.1 设计病例对照研究。

1.2 时间及地点于2008年6月至2014年5月在解放军济南军区总医院医学影像科完成。

1.3 对象为排除多发椎体骨折所引起的测试误差，课题组选取对象为单椎体骨质疏松性压缩骨折患者，3组各选取60例患者，自2008年6月开始，各组病例选满为止，最后1例患者为2014年5月行椎体后凸成形术患者。随访时间2-7年，平均4年。3组患者的基本信息见表1，目测类比评分、Oswestry功能障碍指数、Cobb’s角度等临床评价指标数值见表2。

纳入标准：①年龄≥60岁，骨密度降低，骨密度T值≤-2.5；②骨折椎体在T₁₀及其以下水平节段，骨折椎体数1个；③CT显示椎体后缘完整或无游离骨块；④MR检查显示骨折椎体存在水肿现象。

排除标准：①多发椎体压缩骨折；②良、恶性肿瘤所致的椎体压缩骨折；③神经根型疼痛或者脊髓压迫综合征患者；④资料不完整或随防丢失。

1.4 材料 ①椎体成形专用器械(山东冠龙医疗用品有限公司生产，201型)，该器械包括穿刺针及螺旋推进器；②椎体后凸成形专用器械(山东冠龙医疗用品有限公司生产，202型)，该器械包括穿刺针、实芯椎体钻、球囊、带表加压器及螺旋推进器；③椎体成形专用器械和椎体后凸成形专用器械进入人体的金属组件采用不锈钢材料制成，球囊体采用聚氨酯材料制成。在人体内不会被腐蚀且不会产生毒副反应，较高的强度保证了器械不会在体内断裂或爆裂；④灌注的骨水泥为天津市合成材料工业研究所制备的聚甲基丙烯酸甲脂骨水泥Ⅱ型，该骨水泥含有不透X射线硫酸钡显影剂，可在X射线下显影，利于术中观察。

1.5 方法

1.5.1 手术方法手术均在局部麻醉下进行。患者俯卧于手术台上，身下加垫软垫使病变椎体部位悬空，以加大前纵韧带和椎间盘纤维环的张力^[17]，减小椎体前柱承受的压力，利于术中压缩椎体高度的恢复。手术按照单侧穿刺跨中线的操作规程^[18-19]，并在全程透视下完成骨水泥灌注。经皮椎体成形术组为穿刺针到位后直接灌注拉丝后期或面团早期骨水泥(图1)；经皮椎体后凸成形术组为球囊扩张后灌注拉丝后期或面团早期骨水泥(图2)；经皮椎体成形术分次灌注组为首先灌注拉丝后期或面团早期骨水泥，填充满意后，调整针尖位置，再次灌注拉丝早期或中期状态的骨水泥0.5-1.5 mL(图3)。

1.5.2 治疗后处理拔出穿刺针，穿刺点压迫止血后无菌纱布包扎，患者保持制动状态约15 min，待骨水泥初步凝固后，水平搬动至病房。4 h后患者可进行自主翻身活动，24 h后下地活动。治疗后常规给予抗骨质疏松治疗，并于3，6个月及每年复查，进行X射线摄片及问卷调查。

1.6 主要观察指标临床骨折愈合时间为3-6个月，平均4个月，因此数据采集所用时间点为治疗前、治疗后6个月和末次随访。骨水泥块的分型按照Kim等^[20]标准分为3型：骨水泥按照骨小梁间隙呈针状分布为骨小梁型；骨水泥填充后呈团块状，边缘光滑为团块型；团块边缘呈针状分布为混合型。

观察指标包括：①治疗前、治疗后6个月和末次随访时疼痛目测类比评分^[21]、Oswestry功能障碍指数^[22]；②治疗前、治疗后6个月和末次随访时Cobb’s角度；③不同手术方式形成的骨水泥块类型和数量；④X射线平片影像学上椎体内骨水泥块的形态、位置；⑤发生伤椎再骨折病例的手术方式及骨水泥块的类型。

1.7 统计学分析采用SPSS Statistics17.0统计软件(SPSS公司，美国)进行统计学分析。治疗前各组患者年龄以及治疗前后各时间点目测类比评分、Oswestry功能障碍指数、Cobb’s角采用单因素方差分析；3组患者性别分布、骨折椎体分布比较采用卡方检验。3组间各时间段目测类比评分及Oswestry功能障碍指数、Cobb’s角比较采用独立样本t 检验，每组内各时间点采用方差分析，两两比较采用q检验。检验水准α值取双侧0.05。

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讨论

3.1 不同方式灌注骨水泥对临床症状的影响 3组患者治疗后均可显著缓解或解除疼痛，目测类比评分和Oswestry功能障碍指数在治疗后6个月和末次随访与治疗前比较，差异均有显著性意义，说明3种手术方式对患者的疼痛及日常活动能力均有明显的改善。治疗后6个月与末次随访组间比较，差异无显著性意义，说明3种手术方式对疼痛缓解及日常活动能力的改善具有长期效果。

3.2 不同方式灌注骨水泥对椎体高度的影响 3组患者治疗后Cobb’s角变小，与治疗前比较差异均有显著性意义，提示3种手术方式均对压缩椎体高度有抬升作用，其中经椎体后凸成形术虽存在球囊撤出后高度丢失现象^[23]，但抬升效果仍最为显著。椎体高度抬升，可恢复椎体压缩前的排列，减少额外屈曲力矩，提高椎间盘均衡分散负荷的能力^[24-25]，降低椎体局部承受的负荷，降低手术椎体及临近椎体继发骨折的概率。治疗后6个月与末次随访Cobb’s角组内比较差异无显著性意义，说明3种手术方式均可长期保持椎体高度，防止椎体高度的丢失，较好地维护脊柱的力学性能。

3.3 不同方式灌注骨水泥与骨水泥块类型的相关性为减少骨水泥渗漏的发生率，避免肺栓塞、脊髓损伤等严重并发症的发生，骨水泥的灌注时机多选择在拉丝晚期或面团期。因此经皮椎体成形术时，骨水泥灌注压力较大，在骨水泥进入椎体后呈团块状，随着骨水泥的增多，在持续的灌注压力下，部分骨水泥可进入相对高压的骨小梁间隙中，经皮椎体成形术的骨水泥灌注类型多为团块型或混合型。经皮椎体后凸成形术时，扩张的球囊将周围的骨组织压缩致密，抬升椎体的同时并在椎体内形成空腔，灌注压力相对较低，而骨水泥难以渗入周围致密的骨组织内，多形成团块型骨水泥块。

经皮椎体成形术分次灌注骨水泥是在经皮椎体成形术的基础上，根据骨水泥灌注情况微调穿刺针位置，再在骨水泥拉丝早期灌注0.5-1.5 mL。拉丝早期的骨水泥具有较好的流动性，易于进入骨小梁间隙，并与原骨水泥块粘合，在椎体内形成混合型或骨小梁型骨水泥块。

3.4 骨水泥类型对手术椎体稳定性的影响骨水泥灌注入椎体后与周围骨组织结合紧密，在长期的压力和剪切力的共同作用下，骨水泥与骨组织结合度逐渐减少，骨水泥-骨界面的抗压缩和抗扭转能力下降，骨水泥块在椎体内产生微运动。丙烯酸甲脂骨水泥本身无骨传导性和诱导骨生长的能力，在骨质疏松环境下，骨水泥块与周围骨组织间隙进行性增宽，结合度减小，微运动的幅度逐步加大，最终骨水泥块在椎体内发生位置改变或骨小梁断裂，导致椎体再次骨折。

为增加椎体稳定性，避免或延迟椎体再骨折的发生，在注入骨水泥体积一定的情况下，必须增加骨水泥与骨组织结合的表面积。骨小梁型骨水泥和混合型骨水泥边缘呈针芒状，与边缘光整团块型骨水泥比较，明显增大了骨水泥与骨组织结合的表面积，同时针状骨水泥嵌插于骨松质内，与骨小梁相互交叉联结，形成微观绞锁，加大了椎体对骨水泥的把持力，增强了手术椎体的稳定性。5例椎体再骨折均发生于团块型骨水泥病例中，也证实骨水泥块的形态决定了其与骨组织结合的表面积，而结合度的牢固性取决于骨水泥与骨小梁之间嵌插绞锁的数量和程度^[26]。研究结果表明，灌注后骨水泥与骨组织接触的表面积越大，骨小梁和骨组织形成的嵌插绞锁越多，伤椎的长期稳定性越好，因此骨小梁型骨水泥和混合型骨水泥的长期效果要优于团块型骨水泥。但研究因样本量少和观测时间短，不能充分证明结论的准确性。

究其原因，骨水泥灌注后椎体再发骨折主要是因为目前应用的骨水泥为无生物活性的丙烯酸树脂骨水泥，而具有降解性并能替代正常骨组织的钙盐骨水泥目前尚未能应用于承重骨。课题组对钙盐骨水泥进行改性研究^[27]，并联合可降解微孔球囊进行椎体内灌注^[28-29]，在动物实验中取得良好的效果，目前应用于椎体压缩骨折的治疗研究正在进行中。

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