無骨折脫位型頸脊髓損傷的臨床預后模型的建立與探討

王 杰,郭 帥,蔡 璇,徐嘉偉,李浩鵬

(西安交通大學第二附屬醫院骨二科,西安 710004;*通訊作者,E-mail:lhp-3993@163.com)

無骨折脫位型頸脊髓損傷(cervical spinal cord injury without fracture and dislocation,CSCIWFD)是指由于外傷所導致的影像學上不伴有頸椎骨折脫位的頸脊髓損傷,是一類特殊類型的脊髓損傷[1,2]。這一類型的頸脊髓損傷隨著近年來影像學診斷技術的日益發展逐漸被大家所關注,常繼發于有頸椎管狹窄、頸椎間盤突出、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚等病理基礎上[3-6]。當輕度外力引起急性脊髓損傷,而頸椎又無骨折或脫位,頸椎側位片顯示椎管與椎體中矢狀徑比值小于0.75時,應當高度懷疑為這種損傷[7-10]。雖然國內外有學者發表過有關無骨折脫位型頸脊髓損傷的相關文獻[11,12],但是對于無骨折脫位型頸脊髓損傷的臨床治療預后模型方面的研究卻很少。本研究旨在建立一個臨床預后模型用于對無骨折脫位型頸脊髓損傷患者的臨床預后評估。

1 資料和方法

1.1 一般資料

收集2012-09～2018-03在我院骨科治療的頸椎外傷病例62例,本組中男34例,女28例;年齡33-64歲,平均51.0±9.1歲(第25百分位數為43歲,第75百分位數為59歲);病程約5-29 d,平均病程為(15.2±7.6)d,病程2周以上者32例。術前JOA評分0-17分,平均(9.7±2.1)分;術后6月JOA評分0-17分,平均(13.5±1.6)分;術后JOA評分改善率≥60%共21例。

納入標準:①入院前有明確的頸椎外傷史;②患者年齡≥20歲;③頸椎MRIT2WI有明顯的脊髓信號改變[13,14];④MRI顯示后縱韌帶或黃韌帶增厚、骨化或椎間盤突出者;⑤隨訪時間大于6月。

排除標準:①X線或CT影像學上顯示存在頸椎結構性改變(頸椎椎體骨折、頸椎關節脫位、椎弓根骨折或脫位、椎板骨折等)者;②外傷前患有頸椎病或有嚴重的脊髓神經損傷癥狀者;③伴有顱腦外傷者;④患有任何有可能影響神經功能評估的疾病(如神經系統方面的疾患等)。

1.2 臨床表現及診斷

全部患者有頸椎管狹窄。頸椎生理曲度改變23例。致傷外力輕微37例,較重25例。本組所有患者均表現有不同程度的頸髓損傷癥狀[15],其中頸部疼痛47例,頸部活動受限50例,肢體感覺障礙45例,肢體運動障礙41例,病理反射陽性38例,傷后四肢不能運動39例,排便功能障礙15例。根據國際脊髓損傷神經分類標準(ISNC-2013),B級5例,C級37例,D級20例。

本組患者診斷主要依據影像學資料進行診斷,患者頸部受外傷作用后出現一系列癥狀,在頸椎正側位片或頸椎CT未見頸椎骨折征象,在頸椎側位片上可見明顯頸椎管狹窄,而在頸椎MRIT2WI上可見頸髓信號發生改變。

1.3 倫理學審核

本研究經西安交通大學第二附屬醫院生物醫學倫理委員會審查批準進行。由于本研究為回顧性研究,患者均已出院,故在倫理委員會的準許及監督下使用臨床資料并對涉及患者隱私的部分進行保密。

1.4 臨床治療方式

所有手術均由本文的通訊作者主刀完成。手術方式根據患者癥狀及其影像學特點,全部手術病人均采用“頸后路單開門椎管擴大成形術”手術術式。所有患者術前均行頸椎正側位X線攝影或頸部CT平掃及MR平掃。目的是全面了解椎骨、頸髓及軟組織的情況,未發現明顯的椎骨骨折或脫位,全面評價病變。術后予頭頸支具外固定,指導康復訓練,術后1周再次拍頸椎正側位片評判頸椎管擴大及內固定效果,出院后繼續頭頸支具外固定3個月并于術后6個月復查并再次行頸椎JOA評分。

1.5 觀察指標

本研究采用頸椎側位片Pavlov比值來評估頸椎管狹窄程度,頸椎側位片Pavlov比值=頸椎管矢狀徑b(mm)/頸椎椎體矢狀徑a(mm),相關數據由三位研究人員測得,并將測得的三組數據進行方差分析,如差異無統計學意義(P>0.05),取三組數據的均值作為最終測量數據。否則,重新測量。當Pavlov比值≤0.75時,則為頸椎管狹窄。手術治療前后進行JOA評分以及計算術后6個月JOA評分術后改善率=(術后評分-術前評分)/(17-術前評分)×100%。頸椎生理曲度測量采用Borden法[16]:自樞椎齒突后上緣到C7椎體后下緣畫一直線為A線,沿頸椎各椎體后緣畫一連線為B線,在A-B線間最寬處的垂直橫交線為C線,即為頸椎生理曲線的深度(見圖1),測量數值均以絕對數值表示。根據患者受傷外力及機制將致傷外力分為輕微外力(行走摔倒、自行車事故等)、較重外力(高處墜落、車禍等)[17]。

1.6 統計學方法

1.6.1 建模 采用二分類Logistic回歸分析[18]。候選納入的7個影響因素為:年齡、性別、致傷外力大小、病程、頸椎管狹窄程度、術前JOA評分、頸椎生理曲度。年齡因素用患者實際年齡來度量。性別分為2組:(男為0,女為1)。致傷外力大小分為2組:輕微外力(行走摔倒、自行車事故等)為0;較重外力(高處墜落、車禍等)為1。病程分為2組:<2周、≥2周。頸椎管狹窄評價用Pavlov比值來度量。術前JOA評分以患者術前實際JOA評分數值來表示。頸椎生理曲度用Borden法C線實測值來評估。手術療效以術后6個月的JOA評分術后改善率為閾值,分為2組:改善率≥60%可認為治療顯效,癥狀明顯緩解甚至消除;改善率<60%則認為治療無效,癥狀改善不佳或不明顯。以JOA評分術后改善率分組為二分類因變量,7個影響預后的因素為自變量,變量篩選使用逐步選擇法,由此得到回歸模型。分析時由于多重回歸方程中偏回歸系數存在單位,不可直接比較大小,因此先用標準化偏回歸系數消除度量衡的影響。再通過OR(odds ratio,優勢比值)比較各個自變量的相對貢獻大小。

圖1 Borden法測量頸椎生理曲度Figure 1 The measurement of the physiological curvature of the cervical spine was performed using the Borden method

1.6.2 缺失值處理 若缺失值極少,對于缺失值可假定其為完全隨機缺失,采用多重插補[19],否則應修改分析方案。

1.6.3 評價 對于臨床預后模型的評價,主要從模型的擬合優度、吻合力以及分辨力三個方面來評價。所謂Logistic回歸模型的擬合優度是通過比較模型預測的與實際觀測的事件發生和不發生的頻數有無差別來進行檢驗。此處用Hosmer-Lemeshow擬合優度檢驗來描述與評價臨床預后模型的擬合優度的好壞。所謂吻合力即臨床上所觀察到的觀測陽性值與根據臨床預后模型所得出的預測陽性值的符合程度,此處用吻合線指標來描述與評價臨床預后模型的吻合力的好壞。所謂分辨力即臨床預后模型分辨陽性結果及陰性結果的能力,此處用受試者曲線下面積(AUC)來描述與評價臨床預后模型的分辨力的好壞。由于臨床所收集病例數有限,此處采用自助法抽樣,抽樣次數為10 000次,將所得的抽樣數據進行分析并將所得數據秩次由小及大大致分為10組,以預測概率為橫坐標,觀測比例為縱坐標繪制吻合線。將所得抽樣數據分析繪制受試者曲線(ROC曲線),并計算受試者曲線下面積(AUC)。若所得AUC呈現正態分布時,將采用正態分布的方法直接計算95%置信區間,否則將采用百分位數法計算[20,21]。

上述統計分析過程均在IBM SPSS Statistics 22(IBM Corp.,Armonk,NY,USA)和SAS Proprietary Software 9.4(SAS Institute Inc.,Cary,NC,USA)中用自編程序實現。

2 結果

2.1 預后模型的建立

相關資料缺失極少,已采用多重插補補充。經過篩選以及統計學分析結果如下,3個影響因素的P值小于0.05,差異有統計學意義,故可認為此3個影響因素與患者臨床預后存在關聯,3個影響因素分別為病程、術前JOA評分以及頸椎管狹窄程度(頸椎管Pavlov比值)(見表1)。

表1無骨折脫位型頸脊髓損傷預后模型入選自變量的估計值

Table1Independentvariablesinasurgicalprognosticmodelforcervicalspinalcordinjurywithoutfractureanddislocation

參數自由度估計值e標準誤差WaldPOR95%置信區間病程1-4.32231.73634.87530.0358?0.03260.0016-0.6614術前JOA評分11.31580.58036.83240.0087?3.37371.3422-8.4799頸椎管Pavlov比值120.52659.56235.6365<0.0001?17.062315.2926-19.0367

與其他4個影響因素組比較,*P<0.05

2.2 預后模型的評價

本預后模型的Hosmer-Lemeshow擬合優度檢驗結果顯示,卡方值5.903 2,自由度為8，P=0.658 1。

Logistic回歸模型的擬合優度是通過比較模型預測的與實際觀測的事件發生和不發生的頻數有無差別來進行檢驗。如果預測值與實際觀測值相近,說明模型的擬合效果好,統計量的值偏小,對應的P值較大。本預測模型的Hosmer-Lemeshow擬合優度檢驗結果為P值>0.05,提示模型的擬合效果較好。

吻合線圖以及ROC曲線圖,見圖2,圖3。由于各AUC呈正態分布,故算得AUC=0.882 3(95%CI=0.753 0-0.983 2)。

圖2 無骨折脫位型頸脊髓損傷預后模型吻合線圖Figure 2 Fitness line of a surgical prognostic model for cervical spinal cord injury without fracture and dislocation

圖3 無骨折脫位型頸脊髓損傷預后模型ROC曲線圖Figure 3 ROC curve of a surgical prognostic model for cervical spinal cord injury without fracture and dislocation

吻合線以預后模型的預測概率為橫坐標,縱坐標為觀測比例。圖中散點落在對角線上時,提示模型預測能力最為理想,散點圖對于對角線的偏離程度所代表的是預測的準確性。圖2提示模型的吻合力尚可,預測結果偏于樂觀。

ROC是以1-特異度為橫坐標、靈敏度為縱坐標繪制而成的曲線。曲線下面積(AUC)用于綜合評價診斷的準確性。圖3所得AUC≥0.8,提示該預后模型的分辨力基本理想,取最左上方的點(升序第18個點)作為最佳的閾值。

3 討論

無骨折脫位型頸脊髓損傷在臨床上并不少見,患者受傷前多無任何神經癥狀,致傷外力多為較輕的外力,這也與本研究過程中所遇到的病患相符。此類頸脊髓損傷患者的傷后癥狀較為明顯,常伴有感覺、運動等功能的改變,脊髓損傷多為不完全性損傷。此類患者在X線或者CT影像上常為陰性表現即無椎體的骨折、移位征象,而在MRI上則為陽性表現,在T2WI上常顯示脊髓內信號不均,提示存在有脊髓損傷。單因素不足以評估疾病的預后,用多因素進行評估疾病的預后更具有可行性,因此能夠從眾多因素中確定影響預后的重要因素的臨床預后模型受到歡迎。預后模型可以根據不同因素的組合來大致預估疾病的預后,所采用納入的因素為臨床上易于獲得的指標,旨在通過對多因素的分析來較為準確地預測預后,在這些因素中不全都是與所研究疾病存在有因果關系,與病因學研究相比存在著不同,預后模型的主要目的是預測臨床預后以及發現與所研究疾病相關的保護性或危險性因素,并對臨床預后工作提供一定的指導。

本預后模型提示頸椎管狹窄程度、病程以及術前JOA評分是影響預后的3個因素,術前JOA評分是保護性因素,其每增加1個標準單位,logit(P)增加0.256 5,標準化的OR為e0.256 5;頸椎管狹窄程度是其危險性因素,Pavlov比值越大,頸椎管狹窄程度越輕,當Pavlov比值每增加1個標準單位時,logit(P)增加81.537 6,標準化的OR為e81.537 6;病程是其危險性因素,當其增加時,logit(P)減少2.317 6,標準化的OR為e-2.317 6。

吻合力方面,根據模型所得的吻合線圖(見圖2)提示吻合力尚可,其中有兩點位于對角線上,其余大部分點位于對角線右下側提示本模型預測概率高于實際觀測。預測結果偏于樂觀。

分辨力方面,根據模型所得的ROC曲線圖(見圖3),曲線下面積(AUC)用于綜合評價診斷的準確性。其取值范圍為0≤AUC≤1。當AUC=0.5時說明模型完全不起作用即不能區別患者預后結局的好壞。在AUC>0.5的情況下,AUC越接近1說明模型的分辨力越好,一般認為AUC≥0.8時模型較為理想。本圖所得AUC≥0.8,提示該預后模型的分辨力基本理想,取最左上方的點(升序第18個點)作為最佳的閾值,該點處的logit(P)=-2.620 3,當logit(P)≥-2.620 3時可認為患者手術后預后較好,提示手術治療有效。

病程方面,一些專家建議應對已存在有椎管狹窄的病人盡早進行手術治療,因為持續的脊髓壓迫可能會阻礙神經系統的改善[22-24]。La Rosa[25]認為與患者在損傷很長一段時間后才接受手術治療相比,患者在損傷后24h內接受椎管減壓術,術后患者的預后相對較好。然而Kawano等[26]認為患者在急性期接受手術治療與患者在急性期之后接受手術治療,其臨床預后差異并無明顯差異。病程對于無骨折脫位型頸脊髓損傷預后的作用,眾多學者爭論不一。本研究通過建立模型進行預后分析,發現較長的病程是患者預后的危險性因素,這與La Rosa的觀點相同。可能是因為頸髓損傷主要表現為頸髓直接受壓以及頸髓受壓而繼發的頸髓水腫、出血等,早期行減壓手術不僅有助于解除頸椎管對于頸髓的直接壓迫作用,也減少或減輕頸髓水腫、出血等頸髓繼發性損害。因此,盡早行頸椎管減壓手術有助于患者術后恢復。

在評價頸椎管狹窄程度方面,Herzog等[27]認為頸椎側位片上狹窄節段矢狀徑測量是最為精確的測量方法。但是Suk等[28]認為X線片測量存在放大誤差,不建議采用此方法進行頸椎管狹窄程度的測量評估,而Pavlov比值這一測量方法可以消除放大誤差等干擾因素,是進行頸椎管狹窄程度的測量評估更為理想的方法。Takao等[29]和他的團隊研究人員認為頸椎管狹窄在創傷性頸椎管狹窄所引起的無骨折脫位型頸脊髓損傷過程中是一個重要危險性因素。Aebli等[30]及其研究人員認為Pavlov比值為0.7時,患者存在有外傷后發生急性頸脊髓損傷的風險。本研究模型發現椎管狹窄是影響其預后的一個危險性因素。結合臨床病例分析,我們認為椎管狹窄使得椎管儲備容積相對減小,而外力的作用雖未造成頸椎的骨折與脫位,但卻使得本已相對減小的椎管儲備容積情況更加惡化,這也與查閱既往文獻[31,32]所得結論相吻合。因此,患者的影像學上雖未呈現出頸椎骨折或者脫位,但其臨床癥狀卻十分明顯。

術前JOA評分方面,患者的術前JOA評分在一定程度上反映了患者術前的頸髓狀況,本研究結果顯示在術前JOA評分中較高的JOA評分是患者預后的一個保護性因素。術前JOA評分相對高者提示頸髓的狀況較好,其頸髓受到的機械性壓迫以及繼發的頸髓水腫、出血等情況較輕,其術后的預后情況相對較好。

本研究中有1例患者術前JOA評分僅為8分,病程20 d,頸椎管Pavlov比值為0.75,當時術前預計手術療效較不理想,但根據模型預測logit(P)=-2.527 6>-2.620 3,最終患者手術治療有效,術后JOA改善率為0.716,這與模型的預測結果相近。這體現出了臨床醫生主觀評測結果與模型預測結果的差異性,并也突出了臨床預后模型的重要性。除此之外,另有1例患者的預測結果卻并不理想,患者術前JOA評分為12分,病程18 d,頸椎管Pavlov比值為0.61,根據模型預測logit(P)=-1.768 3>-2.620 3,但實際上預后不佳,術后JOA改善率為0.5。這體現出模型尚有不足之處,還需更多的病例以及更全面的檢驗與評估來進一步完善模型的預測能力。

另一方面,本模型對于患者的基礎疾病并未納入,有5例患者由于患有糖尿病以及術前長期的營養不良致使傷口愈合時間較長,影響到了患者的預后。這些因素是本模型所未能納入考慮的。這提示今后的預后模型研究中應當將患者所患基礎疾病納入考慮范圍內以求全面、詳細地評估患者預后。

本研究旨在建立一個外科預后模型用于對無骨折脫位型頸脊髓損傷患者的預后評估。這是臨床工作中所缺乏的。但是本研究存在有局限性與不足之處,主要體現在:①本研究為回顧性研究且樣本量較少,納入的影響因素也相對較少,不夠全面;②采用JOA評分術后改善率作為術后療效評判指標,其尚存在有爭議,需在今后能夠達到共識;③本模型對于患者本身所存在的基礎疾病并未納入考慮,對于預后的評估不夠全面,有待進一步研究改進。

本預后模型為logit(P)=-26.352 3+20.526 5VALUE+1.315 8SCORE-4.322 3TIME。本預后模型的吻合力和分辨力較好,頸椎管狹窄以及病程是影響無骨折脫位型頸脊髓損傷的外科預后的危險性因素;術前JOA評分是無骨折脫位型頸脊髓損傷的外科預后的保護性因素。當logit(P)≥-2.620 3時可認為預后良好。但模型也存在著些許不足之處,但從總體上來看模型對于無骨折脫位型頸脊髓損傷的臨床預后評價具有較好的臨床應用價值。