骨質疏松壓縮性骨折病人T11-L2椎體成形術后相鄰椎體和終板應力的變化特征

彭雄 陳嘉聯

骨質疏松性椎體壓縮性骨折(osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF)在我國居民中每年發生人數超過153萬。雖然OVCF對病人生命安全不會造成嚴重傷害，但會明顯降低病人生活質量。經皮椎體成形術(percutaneous vertebroplasty，PVP)為當今治療OVCF的主要方法，不僅會增強病人椎體強度，還可以一定程度恢復病人的椎體剛度[1]。我們對OVCF病人手術前后終板應力變化特點進行探討。

對象與方法

一、對象

2018年3月～2019年1月我院治療的骨質疏松壓縮性骨折病人72例。入選標準：符合《中國人原發性骨質疏松癥診斷標準》；均為骨質疏松壓縮性骨折；以手術治療為最后選擇；均為單一節段手術；病人及其親屬已經閱讀并簽署知情同意書。該研究已獲得醫學倫理委員會同意。排除標準：先天性脊椎彎曲；因外傷導致壓縮性骨折；伴發椎管狹窄；脊椎骨折導致超過Ⅰ度的滑脫；CT平掃排除椎體中心發生骨折；存在麻醉或手術禁忌證；不同意參與該研究。研究期間無脫失或死亡病例。根據骨折位置進行分組，T11 組(第11胸椎骨折)、T12 組(第12胸椎骨折)、L1 組(第1腰椎骨折)、L2 組(第2腰椎骨折)。T11 組18例，男9例、女9例；平均年齡(48.32±4.58)歲，VAS評分(8.34±0.99)分，ODI(38.71±1.43)%。T12 組21例，男11例、女10例；平均年齡(47.86±4.37)歲，VAS評分(8.29±0.86)分，ODI(39.05±1.62)%。L1組24例，男13例、女11例；平均年齡(46.90±5.26)歲，VAS評分(8.36±0.89)分，ODI(38.96±1.44)%。L2組9例，男4例、女5例)；平均年齡(48.38±3.99)歲，VAS評分(8.42±1.05)分，ODI(38.17±1.62%)。4組病人基本情況構成比較差異無統計學意義(P>0.05)。

二、方法

1.復位方法：所有病人入院后均采取緩解疼痛、預防神經壓迫、脊椎固定和維持等保守治療。癥狀穩定后進行經皮椎體成形術(PVP)或經皮后凸成形術(PKP)。具體手術方法視骨折部位、伴發癥狀、禁忌證、椎弓根螺釘固定穩定性綜合決定。具體手術步驟參照《骨質疏松性椎體壓縮性骨折的治療指南》[2]。

表1 4組病人治療過程中椎體前緣高度比較(mm)

2.觀察指標：(1)基本情況：包括年齡、性別、初始強度、骨密度等。(2)椎體前緣高度：分別于骨折后、恢復后，對其椎體前緣高度進行評測。使用節段CT平掃的方法進行相關指標的測量。骨折前椎體前緣高度參照常模數據[2]。(3)應力：具體包括3個監測位點(相鄰椎體上終板、相鄰椎體、相鄰椎體下椎板)的應力。具體方法如下：采用纜單元模擬的方法創建T11 、T12、L1、L2活動節段的有限元模型，將掃描結果導入可視化研究平臺。通過有限元軟件直接讀取相關參數[3]。

三、統計學分析

結 果

1.4組病人治療過程中椎體前緣高度比較：4組病人不同時點(骨折前、骨折后、恢復后)椎體前緣高度比較差異有統計學意義(P<0.05)；各組病人骨折后椎體前緣高度比骨折前有下降，而恢復后各組病人椎體前緣高度比骨折后有明顯升高。不同組別比較顯示，骨折前、骨折后、恢復后椎體前緣高度比較差異有統計學意義(P<0.05)；不同時點中都是L2組病人椎體前緣高度比L1組、T11組、T12組的椎體前緣高度數值都要高，而T11組病人椎體前緣高度比L1組、L2組、T12組椎體前緣高度數值都要低。4組病人椎體前緣高度比較見表1。

3.4組病人手術前后相鄰椎體應力比較見表2。結果表明，4組病人3個部位應力(相鄰椎體、相鄰椎體上終板、相鄰椎體下終板)均有改變(P<0.05)。T12組病人相鄰椎體、相鄰椎體上終板、相鄰椎體下終板的應力下降明顯(P<0.05)，而T12組、L1組、L2組病人相鄰椎體、相鄰椎體上終板、相鄰椎體下終板的應力下降明顯(P<0.05)。

討 論

骨質疏松性椎體壓縮性骨折的主要治療方法是PVP手術，傳統的單側經椎弓根入路手術可靠性和安全性不高且水泥分布不均勻導致預后不佳，但PVP仍是骨外科推薦的主要治療方法[4]。有研究表明，測量PVP手術前與手術后病人椎體前緣高度和應力改變情況，對于評估骨質疏松壓縮性骨折病人預后情況及結局具有關鍵作用[5]。有限元方法是利用數學模型來模擬真實物理系統的分析方法，其在工程力學上應有較為廣泛，近年來逐步應用于醫學基礎研究。有限元模型能動態描述人體脊柱的生物力學現狀，從而準確判定局部應力的變化情況。本研究使用有限元模型探討脊椎不同節段分別給予骨水泥時，對其相鄰椎體生物力學負荷的改變，以闡述在不同椎體間骨水泥分布與相鄰椎體生物力學負荷關系[6]。

本研究結果表明，4組病人椎體前緣高度在不同時間點(骨折前、骨折后、恢復后)組內比較差異有統計學意義，說明骨折無論發生在何種位置，臨床治療均會糾正椎體上下椎板的受力情況，利于軀體功能及運動能力的恢復。進一步分析相鄰椎體、相鄰椎體上終板、相鄰椎體下終板應力的變化特征，脊椎骨折病人由于爆裂椎體的內部存在骨缺損區域，形成了所謂的“蛋殼”椎體結構，椎體的力學強度降低，而傷椎內部骨缺損區域則由于新生骨量明顯不足，從而引發脊柱的前柱失去支撐，內部固定物長期處于過度超載狀態[7]。不同椎節椎體所做的成形術，可使得脊椎前柱的支撐作用得到盡快恢復，均有椎體內灌注效果。

對4組病人恢復后情況進行組間比較發現，T11組、T12組、L1組、L2組4組椎體前緣高度存在差異，說明經過手術治療，不同部位椎體均有一定程度的改變，但不同骨折部位其應力變化存在較大差異，這種差異與脊椎形態結構的具體差別有關。本研究中所得到的模擬數據可反映壓縮性骨折病人椎體坍塌的狀況及康復情況，比較病人術前術后椎體前緣高度和應力的改變情況進而推出相鄰節段椎體的具體受力情況[8]。橫突之間的植骨恢復力學軸線，消除了椎體之間的微動情況，除T12組病人外，手術后各組病人相鄰椎體、相鄰椎體上終板、相鄰椎體下終板的應力均有升高，說明椎體成形手術改善了病人椎體生物力學狀況，椎體穩定性增加還可以防止斷釘的發生[9]。以相鄰椎體下終板為代表進行比較，發現術后各椎體應力差異均有統計學意義。人體不同的椎體關節各自特有生理結構與椎體前緣高度都在分組情況這一原因下會有所影響，而時間因素(即治療前后)由于治療對椎體生物力學的特定改變使椎體前緣高度發生變化[10]。同時，隨著治療時間的變化，病人椎體恢復效率存在一定差別。研究發現，椎體治療后，植入骨水泥的椎體的皮質骨蒙馬氏應力比植入的椎體皮質骨蒙馬氏應力下降更為明顯，可以反映椎體負擔的應力有大幅度下降，同時病人椎體斷裂情況有所改善[11]。本研究尚未對病人恢復效果與應力變化進行分析，無法得知應力改變對病人康復狀況的影響。