多層螺旋CT評(píng)價(jià)脊柱融合模型成骨過(guò)程的研究

約10%～15%的患者行腰椎融合術(shù)后仍有臨床癥狀[1]。通過(guò)影像檢查評(píng)估腰椎融合情況是判斷患者是否需要接受進(jìn)一步手術(shù)治療的重要手段。目前評(píng)估椎體融合情況的“金標(biāo)準(zhǔn)”是手術(shù)探查，而臨床對(duì)于影像檢查評(píng)估的準(zhǔn)確性一直存在爭(zhēng)議。約40%的患者腰椎融合的X線檢查與手術(shù)探查結(jié)果不一致[2]。近年來(lái)隨著多層螺旋CT（MSCT）設(shè)備和成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，因其對(duì)骨組織細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)的良好顯示能力，逐漸成為臨床診斷骨骼病變的首選方法。國(guó)內(nèi)關(guān)于腰椎融合的相關(guān)研究多以臨床評(píng)估作為評(píng)價(jià)方法[3,4]。本研究建立家兔后外側(cè)脊柱融合模型，通過(guò)MSCT動(dòng)態(tài)觀察醫(yī)用硫酸鈣作為骨移植替代材料以及自體髂骨作為移植材料的成骨過(guò)程，并結(jié)合組織病理學(xué)結(jié)果，探討影像改變的病理機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 健康家兔20只，雌雄不限，體重約2kg，飼養(yǎng)于北京大學(xué)人民醫(yī)院SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，恒溫（22～24℃），濕度（30%～50%），自由攝取滅菌食物和自來(lái)水。本研究經(jīng)我院動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 建立家兔L4、5椎體后外側(cè)單節(jié)段融合模型，采用3%戊巴比妥鈉1.5ml/kg耳緣靜脈注射麻醉，橫突間植入骨移植材料，左側(cè)植入醫(yī)用硫酸鈣顆粒（美國(guó)Wright公司，直徑4.8mm×3mm），右側(cè)植入自體髂骨約1ml作為自身對(duì)照。植骨完成后，棘突采用鋼絲作“8”字固定。術(shù)后3、6、12周行腰椎MSCT平掃觀察硫酸鈣降解情況，同時(shí)觀察植入物與自體骨質(zhì)融合狀況。術(shù)后3、6周各隨機(jī)處死1只家兔，獲得同期病理對(duì)照；術(shù)后12周處死剩余18只家兔，探查原手術(shù)部位，判斷腰椎融合情況，在腰椎后外側(cè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)穩(wěn)固的骨皮質(zhì)連接形成，則認(rèn)為腰椎后外側(cè)融合成功，并獲得最終時(shí)間點(diǎn)病理對(duì)照。以手術(shù)探查結(jié)果作為對(duì)照，分別計(jì)算MSCT評(píng)估腰椎后外側(cè)融合的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值，并計(jì)算兩次植骨區(qū)的植骨融合率（植骨融合率＝完全骨性融合的橫突/受試動(dòng)物總數(shù)）。

1.3 CT影像采集 采用GE Light Speed VCT（GE Healthcare，美國(guó)），掃描參數(shù)為120kV，450mA，重建層厚2mm，間隔1mm，視野（FOV）15cm×15cm，軸位掃描。

1.4 圖像分析 由2名影像醫(yī)師在不知骨移植材料的情況下協(xié)商最終確定。手術(shù)部位完全骨性融合的診斷標(biāo)準(zhǔn)為：所有掃描層面上均存在連續(xù)性骨小梁。手術(shù)部位無(wú)完全骨性融合的標(biāo)準(zhǔn)為：①存在不連續(xù)性骨小梁；②融合區(qū)域存在裂隙；③手術(shù)區(qū)域骨折不愈合征象，如骨折線長(zhǎng)期存在，并出現(xiàn)邊緣硬化表現(xiàn)。

1.5 病理檢查 標(biāo)本以福爾馬林固定24h，經(jīng)脫鈣、脫水處理后，進(jìn)行HE染色，顯微鏡下觀察成骨情況。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，椎體兩側(cè)不同方法植骨融合率比較采用Fisher確切概率法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 MSCT評(píng)估腰椎后外側(cè)融合的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值 本實(shí)驗(yàn)中家兔術(shù)后無(wú)傷口感染及死亡發(fā)生。18只家兔于術(shù)后12周發(fā)現(xiàn)，植入醫(yī)用硫酸鈣一側(cè)椎體融合率為88.9%（n＝16），植入自體髂骨一側(cè)為94.4%（n＝17），差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

硫酸鈣植骨一側(cè)與自體骨植骨一側(cè)MSCT及手術(shù)評(píng)估腰椎后外側(cè)融合結(jié)果見(jiàn)表1、2。MSCT評(píng)估腰椎后外側(cè)融合的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值見(jiàn)表3。

2.2 MSCT與同期病理結(jié)果對(duì)照 術(shù)后3周CT掃描可見(jiàn)硫酸鈣植骨一側(cè)未降解的硫酸鈣基質(zhì)，局部骨組織密度不均勻增高（圖1A），自體骨植骨區(qū)局部亦可見(jiàn)骨密度增高，移植骨與周邊骨組織界限不清晰；病理檢查示雙側(cè)植骨區(qū)域均可見(jiàn)新生血管組織，并可見(jiàn)大量破骨細(xì)胞，硫酸鈣植骨一側(cè)仍可見(jiàn)殘留的硫酸鈣基質(zhì)，破骨細(xì)胞存在于基質(zhì)表面（圖1B）。術(shù)后6周：CT掃描硫酸鈣植骨一側(cè)未見(jiàn)明確硫酸鈣基質(zhì)顯示，兩側(cè)植骨區(qū)均可見(jiàn)骨密度不均勻增高（圖2A）；病理結(jié)果示硫酸鈣植骨一側(cè)未見(jiàn)明確硫酸鈣基質(zhì)殘留，雙側(cè)植骨區(qū)域均可見(jiàn)散在的骨小梁形成及新生透明軟骨，兩側(cè)植骨區(qū)無(wú)明顯差別（圖2B、2C）。術(shù)后12周：CT掃描見(jiàn)雙側(cè)植骨區(qū)域邊緣呈線樣高密度影，為完整的骨皮質(zhì)形成（圖3A）；病理顯示雙側(cè)植骨區(qū)域中心可見(jiàn)骨髓生成，邊緣區(qū)域均形成完整的骨皮質(zhì)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)植骨區(qū)無(wú)明顯差別（圖3B）。

表1 MSCT與手術(shù)評(píng)估硫酸鈣植骨融合情況比較

表2 MSCT與手術(shù)評(píng)估自體髂骨植骨融合情況比較

表3 MSCT評(píng)估腰椎后外側(cè)融合的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值（%）

3 討論

硫酸鈣具有良好的生物相容性，在臨床作為骨缺損的修復(fù)材料應(yīng)用多年，既往研究報(bào)道效果很好，證實(shí)硫酸鈣作為良好的骨移植替代材料，可以單獨(dú)應(yīng)用，而且可以取得與自體骨同樣的融合效果[5-9]。

圖1 術(shù)后3周CT及病理表現(xiàn)。A.CT平掃可見(jiàn)殘留的硫酸鈣顆粒（箭），自體骨植骨區(qū)模糊，局部骨密度增高；B.硫酸鈣顆粒內(nèi)纖維血管組織長(zhǎng)入，殘留硫酸鈣基質(zhì)表面出現(xiàn)破骨細(xì)胞（HE, ×100）。圖2 術(shù)后6周CT及病理表現(xiàn)。A.未見(jiàn)硫酸鈣殘留顆粒，兩側(cè)植骨區(qū)域均模糊，局部骨密度增高（箭）；B、C.硫酸鈣顆粒完全降解，硫酸鈣植入側(cè)（B）及自體骨植入側(cè)（C）植骨區(qū)內(nèi)均可見(jiàn)大量透明軟骨形成（HE, ×100）。圖3 術(shù)后12周CT及病理表現(xiàn)。A.植骨區(qū)域周圍有連續(xù)的骨皮質(zhì)形成（箭），其內(nèi)部為松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)；B.植骨區(qū)周邊形成連續(xù)的皮質(zhì)骨，皮質(zhì)骨的內(nèi)骨為骨髓樣組織以及散在的脂肪變性（HE, ×100）

本研究選用與脊柱外科臨床手術(shù)非常相似的家兔腰椎后外側(cè)融合模型作為研究平臺(tái)，于術(shù)后12周對(duì)腰椎融合模型進(jìn)行手術(shù)探查，發(fā)現(xiàn)硫酸鈣植骨一側(cè)椎體融合率為88.9%（n＝16），自體髂骨植骨一側(cè)為94.4%（n＝17），差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。同時(shí)以手術(shù)探查結(jié)果作為對(duì)照，發(fā)現(xiàn)MSCT評(píng)估腰椎后外側(cè)融合情況具有較高的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值，并與手術(shù)探查結(jié)果具有良好的一致性，硫酸鈣植骨一側(cè)及自體骨植骨一側(cè)均僅有1例CT檢查結(jié)果與手術(shù)探查結(jié)果不一致。

同時(shí)，本研究選用CT影像動(dòng)態(tài)觀察作為評(píng)估方法，進(jìn)一步觀察醫(yī)用硫酸鈣及自體髂骨在腰椎后外側(cè)融合中的成骨過(guò)程，并結(jié)合同期病理進(jìn)行影像與病理對(duì)照。通過(guò)術(shù)后3、6、12周CT平掃及同期病理對(duì)照觀察，發(fā)現(xiàn)各時(shí)間點(diǎn)CT影像表現(xiàn)與同期病理之間具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，術(shù)后3周CT影像和同期病理均可見(jiàn)殘留的硫酸鈣顆粒，自體骨完全降解；術(shù)后6周CT影像和同期病理可見(jiàn)硫酸鈣顆?；窘到猓⒖梢?jiàn)雙側(cè)植骨區(qū)透明軟骨形成，病理示雙側(cè)成骨表現(xiàn)在CT圖像上表現(xiàn)為骨密度不均勻增高，在硫酸鈣顆粒降解速度及骨形成的判定方面，CT影像與病理之間具有良好的一致性。因此認(rèn)為CT影像的動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)可以直觀地反映出醫(yī)用硫酸鈣及自體骨成骨過(guò)程中的組織學(xué)變化過(guò)程。此外，術(shù)后12周CT影像表現(xiàn)與同期病理均顯示醫(yī)用硫酸鈣植骨與自體髂骨植骨的成骨無(wú)顯著差異，對(duì)于皮質(zhì)骨的形成，CT與同期病理表現(xiàn)一致。

通過(guò)分析醫(yī)用硫酸鈣成骨與自體骨成骨的CT影像表現(xiàn)，結(jié)合同期病理對(duì)照，認(rèn)為CT可以清晰顯示腰椎后外側(cè)融合術(shù)后的成骨過(guò)程，能夠有效評(píng)價(jià)腰椎融合術(shù)后骨移植材料的成骨表現(xiàn)，從而為臨床判定腰椎融合情況提供重要依據(jù)。

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