腰椎椎體CT值與可灌注骨水泥螺釘注入強(qiáng)化劑加強(qiáng)固定的相關(guān)性研究

姜國(guó)正，馮寧寧，俞興，趙赫，曲弋，王逢賢，楊永棟，馬昱堃

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100029；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)附屬東直門(mén)醫(yī)院，北京 100700)

腰椎經(jīng)椎弓根系統(tǒng)內(nèi)固定最早由Roy-Camille成功應(yīng)用于臨床，后經(jīng)Steffee等專(zhuān)家學(xué)者的不斷改進(jìn)，現(xiàn)已廣泛用于腰椎退變、畸形等手術(shù)治療的輔助固定[1]。由于腰椎活動(dòng)度及力學(xué)承載較大，螺釘固定后承載負(fù)荷又相應(yīng)增加，螺釘松動(dòng)時(shí)有發(fā)生，有報(bào)道稱(chēng)骨質(zhì)疏松患者螺釘松動(dòng)率可達(dá)60%[2-3]。為防止或減少骨質(zhì)疏松椎體固定后螺釘松動(dòng)的發(fā)生率，可經(jīng)骨水泥螺釘側(cè)孔向椎體注入骨水泥增加螺釘?shù)陌殉至4]。螺釘灌注骨水泥后固定強(qiáng)度增加、螺釘?shù)乃蓜?dòng)率下降，但同時(shí)也帶來(lái)了骨水泥滲漏、術(shù)后翻修困難等問(wèn)題[5-6]。如何能在保證螺釘固定穩(wěn)定性的同時(shí)、降低骨水泥灌注患者的比例，逐漸成為脊柱外科領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。腰椎椎體的骨密度與螺釘在椎體內(nèi)的把持力直接相關(guān)，因此術(shù)前準(zhǔn)確測(cè)量固定椎體的骨密度可對(duì)螺釘固定后的穩(wěn)定性進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)。臨床常用于測(cè)量骨密度的方法——雙能X線吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry，DXA)因老年患者腰椎廣泛的骨質(zhì)增生而常使測(cè)量值偏高[7]。近年有研究顯示椎體的CT值基本不受退變影響，能真實(shí)反映椎體的骨密度[8-9]。本研究回顧2016年7月至2019年6月因腰椎退變并接受骨水泥螺釘內(nèi)固定的患者資料，分析螺釘固定椎體術(shù)前的CT值與是否注入骨水泥的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，初步篩選出L3～5椎體行骨水泥加強(qiáng)固定的CT值臨界范圍，為臨床醫(yī)生提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年7月至2019年6月于北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院行腰椎內(nèi)固定融合術(shù)治療的腰椎退行性疾病患者資料進(jìn)行回顧性分析。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)術(shù)前3個(gè)月內(nèi)行腰椎CT檢查(平掃+重建)，術(shù)后2周及隨訪期內(nèi)行腰椎X線檢查；(2)固定節(jié)段為L(zhǎng)3～5椎體；(3)采用可灌注骨水泥螺釘固定器械。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)存在先天性脊柱畸形、脊柱創(chuàng)傷、脊柱腫瘤、脊柱結(jié)核、強(qiáng)直性脊柱炎等；(2)既往有腰椎手術(shù)史；(3)存在代謝性骨病，或長(zhǎng)期服用皮質(zhì)激素等影響骨密度的藥物。

所有患者均由同一位資深脊柱外科醫(yī)師制定計(jì)劃和施行手術(shù)(腰椎管減壓、后外側(cè)植骨融合輔助可灌注骨水泥螺釘固定術(shù))。手術(shù)適應(yīng)證：(1)合并骨質(zhì)疏松(DXA測(cè)量骨密度T值≤-2.0)的腰椎管狹窄癥；(2)合并骨質(zhì)疏松(DXA測(cè)量骨密度T值≤-2.0)的腰椎間盤(pán)突出癥；(3)Ⅰ度和Ⅱ度腰椎滑脫癥[10]。

根據(jù)納入排除標(biāo)準(zhǔn)共納入89例患者，男24例，女65例。根據(jù)患者腰椎椎體是否注入骨水泥將患者分為骨水泥組與非骨水泥組，其中骨水泥組29例，男4例，女25例；年齡54～84歲，平均(67.8±1.4)歲。非骨水泥組60例，男20例，女40例；年齡52～85歲，平均(69.4±0.9)歲。本回顧性研究按北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院倫理辦公室相關(guān)倫理要求進(jìn)行，所有患者均知情同意。

1.2 臨床資料與影像學(xué)測(cè)量 收集患者年齡、性別、固定椎體是否注入骨水泥強(qiáng)化劑、隨訪期內(nèi)螺釘是否松動(dòng)等指標(biāo)。

術(shù)中相關(guān)操作：全麻后俯臥位腹部懸空，常規(guī)后正中入路顯露目標(biāo)節(jié)段，根據(jù)術(shù)前測(cè)量、術(shù)者經(jīng)驗(yàn)及解剖標(biāo)志確定各椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)針點(diǎn)及螺釘粗細(xì)和長(zhǎng)度，螺釘植入完畢透視確定位置滿(mǎn)意后，根據(jù)術(shù)者擰入螺釘?shù)呐ちκ指写_定是否行骨水泥注入，骨水泥注入后再次透視確定骨水泥分布、排查椎管內(nèi)滲漏等并發(fā)癥，充分中央椎管、神經(jīng)根減壓后，植入相應(yīng)螺釘系統(tǒng)縱桿和橫連、橫突間及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)植骨后，止血沖洗留置引流管后逐層關(guān)閉傷口。

所有患者術(shù)前3個(gè)月內(nèi)行腰椎三維重建CT檢查。由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師在不知所測(cè)患者是否行骨水泥強(qiáng)化的前提下獨(dú)立使用醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)系統(tǒng)進(jìn)行影像學(xué)測(cè)量，測(cè)量值取平均值。CT測(cè)量參數(shù)：選取平行于上、下終板及椎弓根水平的3個(gè)橫斷面，避開(kāi)皮質(zhì)骨、局部骨質(zhì)增生區(qū)域、椎內(nèi)靜脈叢，在松質(zhì)骨內(nèi)畫(huà)出盡可能大的橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，讀取ROI內(nèi)的平均CT值(見(jiàn)圖1)，取3個(gè)平面的平均值為該椎體的CT值。用以上方法測(cè)量每位患者L3、L4、L5椎體松質(zhì)骨的CT值。隨訪期間由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師判斷螺釘松動(dòng)情況，出現(xiàn)不一致時(shí)由術(shù)者判定。螺釘松動(dòng)的診斷標(biāo)準(zhǔn)[11]：末次隨訪時(shí)腰椎正側(cè)位X線中螺釘兩側(cè)出現(xiàn)≥1 mm的透亮帶。

圖1 平行于椎弓根水平，沿骨皮質(zhì)邊緣選取橢圓形測(cè)試區(qū)測(cè)量CT值

2 結(jié) 果

2.1 兩組一般情況及椎體CT值比較 骨水泥組(n=29)與非骨水泥組(n=60)患者，年齡分別為(67.8±1.4)和(69.4±0.9)歲，性別比(男/女)分別為4/25和20/40，兩組患者的年齡和性別的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。非骨水泥組共植入螺釘360枚，末次隨訪松動(dòng)4枚(松動(dòng)率1.1%)，其中L52枚(同一患者)、L3和L4各1枚(不同患者)；骨水泥組共植入螺釘174枚，末次隨訪未見(jiàn)松動(dòng)，兩組螺釘松動(dòng)率對(duì)比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組患者椎體CT值：骨水泥組L3、L4、L5分別為(65.4±6.0)HU、(68.9±6.5)HU、(78.9±6.3)HU；非骨水泥組分別為(97.4±3.8)HU、(101.5±4.0)HU、(117.1±5.0)HU。骨水泥組L3、L4、L5椎體的CT值均低于非骨水泥組，P<0.001。

2.2 椎體CT值與骨水泥灌注的Logistic回歸分析 以單因素分析中P<0.05為依據(jù)，分別選擇L3、L4、L5腰椎椎體CT值進(jìn)行Logistic回歸分析，判斷椎體CT值與骨水泥灌注的關(guān)系(見(jiàn)表1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)椎體CT值大小與骨水泥螺釘是否灌注骨水泥關(guān)系顯著(P<0.001)，呈負(fù)相關(guān)。

表1 椎體CT值對(duì)骨水泥灌注的Logistic回歸分析

2.3 腰椎椎體CT值影響骨水泥注入的ROC分析 在不考慮年齡、性別的簡(jiǎn)化條件下，以椎體CT值預(yù)測(cè)是否注入骨水泥的ROC分析見(jiàn)表2。以椎體CT值預(yù)測(cè)L3、L4、L5椎體是否需要注入骨水泥的ROC分析結(jié)果差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。其中CT值預(yù)測(cè)L3、L4、L5椎體是否需要注入骨水泥的ROC曲線下面積(area under ROC curve，AUC)均>0.70，預(yù)測(cè)效果較理想。以約登指數(shù)判斷需行骨水泥強(qiáng)化的臨界CT值，L3、L4、L5椎體CT臨界值分別為69.1 HU，94.3 HU，98.5 HU；即L3椎體CT值≤70 HU，L4椎體CT值≤95 HU，L5椎體CT值≤99 HU是相應(yīng)椎體螺釘置入后需行骨水泥加強(qiáng)固定的高危影響因素。

表2 CT值預(yù)測(cè)骨水泥注入的ROC曲線分析

2.4 典型病例 60歲女性患者，因“腰痛15年伴雙下肢疼痛20 d，行走、久立時(shí)癥狀加重平臥后緩解”入院，診斷為腰椎管狹窄癥，行腰椎椎板切除減壓，經(jīng)椎弓根系統(tǒng)內(nèi)固定，橫突間植骨融合術(shù)。術(shù)后1周患者疼痛癥狀明顯好轉(zhuǎn)，術(shù)后3個(gè)月行走超過(guò)2 000 m不出現(xiàn)間歇性跛行。手術(shù)前后影像學(xué)資料見(jiàn)圖2～4。

圖2 術(shù)前X線片示腰椎多發(fā)退變，骨質(zhì)疏松

圖3 術(shù)后7 d X線片示螺釘固定位置滿(mǎn)意，骨水泥彌散良好

圖4 術(shù)后25個(gè)月X線片示腰椎曲度可，螺釘未松動(dòng)，融合良好

3 討 論

3.1 腰椎椎體CT值與骨密度的關(guān)系 隨著人口老齡化社會(huì)的到來(lái)，因腰椎退行性疾病需行減壓固定融合術(shù)的老年患者日益增多，而老年患者常合并骨質(zhì)疏松，有報(bào)道50歲以上腰椎融合手術(shù)患者中，女性的骨質(zhì)疏松患病率為48.9%，男性為27.1%[12]。臨床最常用于測(cè)量骨密度(bone mineral density，BMD)的方法是DXA，DXA所測(cè)椎體BMD，反映椎體橫截面內(nèi)的平均骨密度，包括皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨及椎體前后方各種結(jié)構(gòu)礦物質(zhì)的密度[13]，行腰椎減壓固定融合術(shù)的老年患者腰椎常存在廣泛的骨質(zhì)增生，DXA法測(cè)量的腰椎椎體BMD結(jié)果受到椎體增生的骨贅、硬化終板或椎體骨折后硬化等因素影響而偏高，不能準(zhǔn)確反映患者目標(biāo)椎體骨質(zhì)疏松程度[7]。由于CT值測(cè)量可有效避開(kāi)DXA測(cè)量椎體BMD的上述干擾因素，近年來(lái)根據(jù)CT值預(yù)測(cè)BMD在國(guó)內(nèi)外逐漸受到關(guān)注。CT圖像將人體分割成若干體積單元，每一個(gè)體積單元內(nèi)的物質(zhì)對(duì)X線的衰減系數(shù)代表了該單元的物質(zhì)密度，即CT值，單位為HU[14]。腰椎椎體以松質(zhì)骨為主，CT值則代表了椎體松質(zhì)骨內(nèi)礦物質(zhì)、脂肪及血液等的組織密度，腰椎椎體CT值的測(cè)量可避開(kāi)皮質(zhì)骨、增生硬化區(qū)域等干擾，因此能更準(zhǔn)確的反映椎體BMD。較多報(bào)道研究證實(shí)腰椎椎體松質(zhì)骨區(qū)域CT值與DXA法測(cè)得的椎體BMD具有顯著正相關(guān)，與DXA法相結(jié)合能更全面評(píng)估BMD而盡早識(shí)別低骨量及骨質(zhì)疏松[15-17]。Zou等[18]回顧性分析研究334例腰椎退行性疾病患者腰椎CT值與DXA所測(cè)T值的相關(guān)性，結(jié)果顯示兩者呈正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)非退變組高于退變組。Lee等[16]研究發(fā)現(xiàn)CT值的變化與BMD的變化具有顯著相關(guān)性，但相關(guān)性隨年齡的增長(zhǎng)逐漸降低，作者認(rèn)為CT值可用來(lái)預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松癥。目前大多研究認(rèn)為腰椎CT值評(píng)估腰椎骨量具有良好的可行性和敏感性。

3.2 腰椎椎體CT值與骨水泥灌注的關(guān)系 經(jīng)椎弓根系統(tǒng)內(nèi)固定方式能夠維持脊柱前、中、后三柱穩(wěn)定的前提是螺釘在椎體內(nèi)有足夠把持力。骨量減少或骨質(zhì)疏松的椎體較正常椎體對(duì)椎弓根螺釘?shù)陌殉至ο陆?，螺釘松?dòng)率增加，有報(bào)道骨質(zhì)疏松患者腰椎固定螺釘松動(dòng)率可達(dá)62.8%[2]。疏松椎體內(nèi)注入骨水泥能加強(qiáng)椎弓根螺釘?shù)牧W(xué)穩(wěn)定性，使螺釘與椎體形成穩(wěn)定的結(jié)合力。較多國(guó)內(nèi)外研究已證實(shí)經(jīng)骨水泥螺釘向椎體注入強(qiáng)化劑是維持螺釘穩(wěn)定性的良好方式之一[19-21]。Liu等[22]報(bào)道23例合并骨質(zhì)疏松癥的腰椎滑脫患者，行固定融合手術(shù)經(jīng)椎弓根螺釘注入骨水泥，平均隨訪(22.5±10.2)個(gè)月，所有患者均未觀察到螺釘松動(dòng)、移位或拔出的情況，植骨融合率100%。與上述研究結(jié)果相似，本研究中骨水泥組共植入螺釘174枚，2年以上末次隨訪均未見(jiàn)螺釘松動(dòng)，也說(shuō)明注入骨水泥的螺釘可獲得很好的穩(wěn)定性。

骨水泥強(qiáng)化劑在增強(qiáng)椎弓根螺釘把持力、降低螺釘松動(dòng)率的同時(shí)也帶來(lái)了骨水泥滲漏、術(shù)后翻修困難等問(wèn)題[23-24]。骨水泥注入椎體的過(guò)程中有滲漏到椎管的可能，可因聚熱效應(yīng)或壓迫損傷鄰近的馬尾或神經(jīng)根[25]。經(jīng)骨水泥強(qiáng)化后的椎體強(qiáng)度增高，可增加內(nèi)固定節(jié)段上下椎體承受的應(yīng)力，增加鄰椎發(fā)生椎體壓縮性骨折的概率[26]。此外，若此類(lèi)患者日后需行翻修手術(shù)，因骨水泥使椎弓根螺釘與椎體緊密結(jié)合，增加了翻修的難度和創(chuàng)傷。如何在保證椎弓根螺釘獲得足夠把持力的前提下，盡量減少灌注骨水泥的椎體比例，是目前臨床探索的焦點(diǎn)之一。經(jīng)驗(yàn)豐富的脊柱外科醫(yī)生常根據(jù)置釘過(guò)程中獲得的手感反饋，決定在置釘成功后是否仍需注入骨水泥增強(qiáng)穩(wěn)定性。這種方式主觀性較強(qiáng)，缺少客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，難以統(tǒng)一評(píng)估。本研究病例術(shù)中是否進(jìn)行骨水泥灌注，也是依據(jù)術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)手感扭力的大小來(lái)判斷，具有一定的主觀性，但術(shù)者為資深脊柱外科醫(yī)師，根據(jù)他的判斷，本研究中未行骨水泥灌注組的螺釘2年以上松動(dòng)率僅為1.1%，與骨水泥灌注組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這說(shuō)明骨水泥組與非骨水泥組的分組相對(duì)可靠，未灌注骨水泥的螺釘提供的穩(wěn)定性也能滿(mǎn)足臨床植骨固定的需求。測(cè)量分析兩組目標(biāo)椎體CT值的差異，初步篩選出需行骨水泥強(qiáng)化的椎體CT臨界值，對(duì)臨床骨水泥螺釘應(yīng)用過(guò)程中是否注入骨水泥，提供了一個(gè)較為客觀的參考依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)L3、L4、L5椎體的CT值骨水泥組均低于非骨水泥組，兩組間數(shù)據(jù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Logistic回歸分析椎體CT值大小與骨水泥螺釘是否灌注骨水泥相關(guān)性的結(jié)果顯示L3、L4、L5椎體的CT值與是否灌注骨水泥均呈顯著負(fù)相關(guān)。椎體CT值與椎弓根螺釘需行骨水泥強(qiáng)化的ROC關(guān)系分析顯示椎體CT值對(duì)骨水泥強(qiáng)化具有較好預(yù)測(cè)價(jià)值。當(dāng)L3椎體CT值低于70 HU，L4椎體CT值低于95 HU，L5椎體CT值低于99 HU時(shí)，建議骨水泥強(qiáng)化增強(qiáng)螺釘穩(wěn)定性。

本研究的局限性在于，納入樣本量偏少，骨水泥組29例、非骨水泥組60例，且只包含了L3、L4、L5椎體，未包括L1、L2及S1椎體。下一步研究將增加病例數(shù)量、增加納入節(jié)段(包含L1、L2、S1椎體行內(nèi)固定的患者)，使各椎體的注入骨水泥CT臨界值更精確，更好地為臨床決策提供幫助。

綜上所述，腰椎椎體CT值測(cè)量方法簡(jiǎn)便，能夠有針對(duì)性的反映手術(shù)節(jié)段的椎體骨密度，椎體CT值大小與骨水泥螺釘是否灌注骨水泥呈顯著負(fù)相關(guān)，其測(cè)量值可用于預(yù)測(cè)椎弓根螺釘是否需行骨水泥強(qiáng)化固定，CT值越低，越建議骨水泥強(qiáng)化。