經皮椎體強化術中影響骨水泥分布相關因素的研究進展

黃匯宇 綜述，譚 倫 審校

隨著人口老齡化的加劇，骨質疏松所導致的骨質疏松性椎體壓縮骨折(OVCF)已成為困擾老年人健康及生活質量的突出問題之一[1-2]。抗骨質疏松藥物雖然可以降低骨折的發生率，但對已經骨折患者的治療效果并不理想。近年來，隨著微創技術的發展，經皮椎體強化術(PVA)因微創、安全和有效等優勢已迅速成為治療OVCF的主要手段之一[3-4]，主要包括經皮椎體成形術(PVP)和經皮椎體后凸成形術(PKP)兩種術式。研究[5-6]發現，部分OVCF患者在PVA術后近、遠期仍有不同程度的殘余疼痛，甚至發生局部后凸畸形、傷椎再骨折或高度丟失、鄰椎骨折等相關并發癥。學者們[7-11]認為，OVCF患者PVA術后近、遠期療效與術后骨水泥傷椎內的彌散分布有一定的相關性。本文就近年來影響PVA術中骨水泥彌散分布相關因素的研究進展進行綜述。

1 骨水泥對稱彌散分布的臨床意義

采用PVA治療OVCF時，骨水泥的彌散分布一直是學者們關注的焦點，雖然目前對骨水泥良好分布的評價方法尚不統一，但只要骨水泥在傷椎內呈對稱彌散分布，均可獲得較好的快速止痛效果，并降低遠期并發癥的發生率[9-10,12]。傷椎內骨水泥分布不均是術后發生遠期并發癥的一個重要危險因素[13]，通過長期隨訪[14-15]發現，傷椎再骨折、塌陷和鄰椎骨折與骨水泥在傷椎內呈不對稱分布有關，原因是傷椎被單側強化后導致椎體受力或硬度不均，同時也發現骨水泥呈對稱彌散分布更接近椎體的彈性模量，可獲得更好的臨床效果。學者們[16]發現，骨水泥在傷椎骨折線的充分彌散可快速使傷椎獲得穩定及產生止痛效果，而骨水泥在傷椎骨折線內彌散欠佳時，傷椎未能完全強化，繼而骨折局部會發生微動，造成近期止痛效果欠佳、殘余腰痛及遠期傷椎塌陷增加、再骨折等情況發生。Tan et al[17]認為，無論骨水泥與傷椎上下終板是否充分接觸均可獲得即刻的鎮痛效果，但充分接觸可獲得更好的傷椎恢復強度，進而保持更好的傷椎高度，能降低傷椎再壓縮的風險，遠期療效更好。因此，為了獲得更好的近、遠期臨床療效，提高OVCF患者長期生活質量，骨水泥在傷椎內的良好分布是必要的，具有重要的臨床意義。

2 不同強化術式對骨水泥分布的影響

PVP和PKP因具有創傷小、患者恢復快及療效好等優點，已成為治療OVCF較常用的術式。球囊擴張復位是PKP區別于PVP的操作之一，在擴張后的腔隙內注入骨水泥可達到緩解疼痛、恢復椎體高度及剛度的目的[18-20]。Dai et al[21]在PVP和PKP的對比研究中發現，兩種術式在穿刺針過傷椎中線和將靶點設置在傷椎的中前1/3處時，骨水泥均可有效分布在傷椎的中前部，但骨水泥滲漏率PVP較PKP更高，而PKP手術時間更長、手術費用更高。Kim et al(2006年)對尸體標本進行生物力學測試時發現，PKP術中擴張的球囊會將松質骨向周圍擠壓形成空腔，注入的骨水泥被周邊緊密的骨小梁所阻不能充分彌散，只能局限于空腔內，反復遭受應力作用后，骨水泥塊與上下終板之間未被強化的骨小梁容易發生塌陷，導致傷椎高度丟失。而PVP可使骨水泥在椎體內充分彌散，更易與椎體結合。Kim et al(2010年)對80例OVCF患者行PKP治療后發現，24例傷椎內有真空裂隙的患者中10例發生再塌陷，其認為真空裂隙是傷椎術后繼發塌陷的高危因素，原因是PKP術中球囊在真空裂隙中極易擴張，裂隙周邊松質骨并未被夯實，而是被球囊推向上方和下方，此時注射的骨水泥劑量有限，不能向周邊骨組織充分彌散，傷椎強度無法得到很好恢復，容易發生未填充區域塌陷。總之，在穿刺針過中線和將靶點設置于椎體中前1/3時，PVP和PKP均可獲得骨水泥在椎體中前部的彌散，但PVP彌散更加充分，可有效降低遠期并發癥發生率。

3 單側或雙側穿刺對骨水泥分布的影響

PVA可經單側或雙側椎弓根入路注入骨水泥，以雙側穿刺為經典入路。生物力學研究[22]表明，單側或雙側椎弓根入路均可快速獲得良好的止痛效果，雙側入路由于骨水泥在傷椎兩側分布更加均勻，從而能建立有效的生物力學平衡，更符合人體正常的力學傳導；單側入路常難以實現椎體兩側骨水泥的對稱分布，生物力學較弱的一側容易出現塌陷及高度丟失。Chen et al[23]通過分析單側穿刺多平面骨水泥的分布特點發現，在傷椎內骨水泥通過流動逐漸分散并進入骨折碎片的松質骨空間，骨水泥的連續性可使骨折碎片之間重建穩定性和強度，同時發現單側穿刺中骨水泥多呈“勺狀”的規律性分布。Zhang et al[24]認為，通過單側穿刺達到雙側穿刺的骨水泥分布效果往往需要穿刺點外移、增大內傾角度、將穿刺靶點設置在傷椎中前1/3處及過中線(見圖1)，但與此同時也增加了穿破椎弓根內壁及進入的椎管的風險。Yan et al[25]認為，單側、雙側穿刺均為治療OVCF的有效穿刺方式，雙側穿刺會增加醫患放射線曝露量、手術時間及費用等，單側穿刺骨水泥主要分布在傷椎中、前部，術后椎體高度恢復較好、畸形矯正程度更高及并發癥發生更少。總之，在保證穿刺入路安全的情況下，單側穿刺同樣可達到雙側穿刺骨水泥分布效果，獲得較好的臨床療效。

圖1 文獻[24]中實驗組患者，男，67歲，L1椎體壓縮性骨折，穿刺靶點設置在傷椎中前1/3處及過中線 A.術前X線片；B.術后2 d X線片；C. 術后1年X線片

4 骨水泥參數對骨水泥分布的影響

臨床上最常用的骨水泥材料是聚甲基丙烯酸甲酯，其具有良好的生物強度及剛度，且價格低廉。隨后也相繼出現了硫酸鈣骨水泥和磷酸鈣骨水泥。硫酸鈣骨水泥雖具有良好的生物相容性、可降解吸收性以及骨傳導性，但在單獨使用時材料性質較為脆弱；磷酸鈣骨水泥擁有良好的成骨活性及生物相容性，但也存在機械強度不足及拉伸能力差等缺陷。研究[26-28]表明，無論使用何種材料的骨水泥都可獲得較好的臨床療效。

4.1 骨水泥注入劑量的影響PVA中骨水泥注入劑量與分布形態一直是臨床醫師關注的焦點。骨水泥注入過少將無法恢復椎體剛度及強度，且彌散分布不足會導致術后疼痛癥狀緩解不明顯，甚至發生再次骨折；骨水泥注入過多雖可使骨水泥在松質骨縫隙內彌散更加廣泛，減少了骨水泥的非支撐區域，但也相應地增加了骨水泥滲漏風險。Molloy et al(2003年)建議骨水泥注入量胸椎骨折不少于2 ml，胸腰段骨折不少于4 ml，腰椎骨折不少于6 ml。但由于椎體體積的個體化差異，骨水泥填充率至少需要達到16%才能得到較好的臨床效果。Sun et al[29]通過前瞻性隊列研究發現，在胸腰段椎體壓縮性骨折中，4～6 ml的骨水泥劑量即可達到快速緩解疼痛的效果，且當骨水泥體積分數為19.78%時即可達到滿意的骨水泥分布狀態，但隨著骨水泥體積分數的增加，骨水泥滲漏的發生率也會升高。學者們[30]通過對尸體標本的體外研究發現，當骨水泥填充率達到15%時為最佳骨水泥劑量，超過此限值就會增加骨水泥滲漏風險且導致骨水泥彌散不均。因骨水泥的彌散分布還受到多種因素的影響，因此，目前骨水泥注入劑量與骨水泥分布之間的關系還沒有公認的標準和評價指標。總之，注入適量的骨水泥(4～6 ml)即可達到良好的臨床療效,加大骨水泥注入劑量只會增加骨水泥滲漏的發生，且并不會明顯改善骨水泥在傷椎內的彌散分布。

4.2 骨水泥黏度、操作時相、推注速度及壓力的影響① 骨水泥黏度。黏度是骨水泥的重要參數之一，然而骨水泥本身沒有黏性，只是作為傷椎骨折間的一種填充劑。Benneker et al(2008年)研究表明，骨水泥黏度越高，滲漏風險越低。Loeffel et al[31]將骨水泥黏度量化，根據圓度(CT橫斷面上骨水泥擴散面積接近理論圓的程度，最大半徑與最小半徑之差為0時，圓度為0)和不同層面骨水泥擴散距離的均值2個指標定量描述骨水泥分布情況，在人工椎體模型和人體尸體脊柱標本上的研究發現，隨著骨水泥黏度的增加，圓度增加，骨水泥的平均擴散距離則會減小，且低黏度骨水泥會導致滲漏率增加，而骨水泥黏度在50～100 Pa·s則為最優，最終結論是較高黏度的骨水泥應在早期較快地注入才能獲得更好的骨水泥彌散(見圖2)。Zhang et al[32]研究顯示，早期注射低黏度骨水泥不僅使骨水泥具有足夠的擴散能力，而且能在椎體內形成倒U形分布，這種方法可能會增加骨水泥的接觸面，從而使骨水泥的化學和熱因子發揮更大作用。但Guo et al[33]通過比較高黏度和低黏度骨水泥PVP治療OVCF的臨床療效和并發癥后發現，兩種黏度的骨水泥均能快速緩解疼痛，在傷椎內以均勻擴散為特點，但高黏度骨水泥能夠降低骨水泥滲漏風險[34]。② 操作時相。在臨床操作中通常無法將骨水泥黏度準確量化，而是通過骨水泥時相來判斷注射時機。骨水泥時相常規分為濕砂期、拉絲期和面團期。學者們[35]對不同時相骨水泥治療OVCF患者的療效分析后認為，早期注入濕砂期骨水泥更利于骨水泥在椎體內分布，具有快速緩解疼痛、增強椎體強度及降低并發癥發生率等優勢，且不會增加滲漏率。但通常我們認為骨水泥推注過早容易發生滲漏，引起毒性反應，但相對的更容易彌散；推注過晚不易彌散且容易形成骨水泥團塊，導致術后效果不佳。③ 推注速度及壓力。骨水泥推注速度及壓力與骨水泥彌散之間的關系目前還尚不清楚。Loeffel et al[31]以兩種恒定的速度(0.05 ml/s和0.15 ml/s)推注骨水泥，根據圓度及骨水泥平均彌散距離為指標進行評價，兩種推注速度對骨水泥的彌散分布的影響差異無統計學意義。Boger et al(2009年)利用灌洗系統進行體外動物實驗，將骨水泥推注速度[實驗組：(9.3±3.5) mm/s；對照組(6.7±5.4) mm/s]及黏度[實驗組(44.6±10.3)Pa ·s；對照組(49.6±13.4) Pa·s]換算為注射時的壓力[實驗組(54.5±33.9)N；對照組(64.6±37.2)N]，結果顯示灌洗系統可有效降低骨水泥注射時的壓力，也可使骨水泥在椎體內分布更加均勻。利用哈根-泊瓦依(Hagen-Poiseuille)定律推測，骨水泥的彌散分布與注射壓力和推注速度呈正比，與骨水泥黏度呈反比，但需要大量實驗及數據進一步論證。綜上研究，在骨水泥推注過程中應按照“先稀后干”的原則，稍稀的骨水泥能夠較好地彌散于椎體及骨折線中，但術中必須嚴格監視骨水泥彌散方向，避免骨水泥滲漏入椎管。骨水泥推注速度和壓力與骨水泥分布之間的具體關系目前尚不清楚，但可以肯定的是與骨水泥的分布有一定的相關性。

圖2 文獻[31]中注射相同體積(4 ml)不同黏度(50～400 Pa·s)的骨水泥的彌散分布情況(黑條為套管位置)，顯示骨水泥黏度增加，圓度增加，擴散距離減小

5 傷椎骨折情況對骨水泥分布的影響

研究[36-38]顯示，傷椎內骨水泥彌散分布還可能受傷椎壓縮程度(CD)、傷椎內壓力(IP)及傷椎骨密度(BMD)等因素的影響。骨水泥常順著傷椎內壓力梯度向壓力低的方向流動，而CD和BMD正是影響IP的潛在因素，CD越大椎體內部骨小梁網狀結構破壞越嚴重，此時骨小梁間的黏滯阻力增大，導致骨水泥的彌散程度降低[39]。Yan et al[40]利用脈沖噴射灌洗系統去除傷椎內脂肪和骨髓以達到降低椎體內壓力的目的，結果顯示實驗組椎體內骨水泥分布更加均勻，且骨水泥密度更趨于一致，考慮其原因是去除了傷椎內脂肪和骨髓后，骨水泥在彌散過程中阻力減小，所以骨水泥在椎體內分布更加均勻。Boger et al(2009年)也得到同樣的結論。BMD是反映骨質疏松嚴重程度的重要指標之一，也是影響骨水泥分布的因素之一。Liu et al[36]根據BMD的不同將131例患者分為正常組、降低組及疏松組，術中注射相同體積的骨水泥，術后通過CT檢查比較各組之間的骨水泥彌散體積(骨折椎體注入骨水泥后骨水泥沿骨小梁間隙及骨折線彌散，形成一種由骨水泥、骨小梁共同組成的三維空間結構)，其認為椎體BMD值與骨水泥彌散體積呈正相關，原因可能是較高BMD椎體的單位面積存在更大的骨小梁，其中較大的骨小梁存在更多的礦物質含量，導致骨小梁與骨小梁之間的空間較小，最終每單位體積包含更少的骨水泥，骨水泥單位體積空間彌散范圍更廣。Takahara et al[8]認為，BMD低于正常值也是限制骨水泥在傷椎內彌散分布的因素之一，同樣也是術后殘余腰痛的危險因素之一。BMD反映的是椎體骨的質和量，即BMD越高說明單位體積內骨小梁的數量更多，間隙更小，骨水泥彌散空間更小，與此同時，也會使骨水泥單位體積空間彌散范圍更廣。綜上研究，傷椎CD和IP與骨水泥分布呈負相關，BMD與彌散程度之間呈正相關。

6 輔助技術及工具對骨水泥分布的影響

近年來，隨著微創技術的發展，臨床上涌現了較多的輔助骨水泥分布的技術及工具，其目的是為了獲得更好的骨水泥彌散分布，從而達到更好的臨床療效。學者們[41-42]利用現實增強技術使外科醫師在可視的情況下進行穿刺，有效提高了穿刺成功率和降低了穿刺并發癥發生率，同時能在可視下將穿刺針過中線和將靶點準確設置的椎體的中前1/3處，最終獲得更好的骨水泥分布。Alsalmi et al[43]認為，機器人(ROSA robot)會追蹤并調整患者的所有運動(尤其是呼吸動度)，同時能監視外科醫師操作引起的運動并將所有運動軌跡保存和整合，提高穿刺精度，不僅能保證骨水泥在傷椎內的彌散分布，而且能有效糾正患者局部后凸畸形。有學者[44-45]通過術前CT建立三維模型，利用3D打印技術設計個體化導向模板確定進針點，在提高手術安全性、降低并發癥發生率的同時獲得了骨水泥在椎體內的良好分布。Geng et al[46]在穿刺過程中利用彎角穿刺裝置在傷椎對側建立彌散通道，術中透視發現骨水泥通過事先建立的彌散通道向預期方向彌散，達到雙側穿刺骨水泥彌散分布的效果。Masala et al(2011年)設計出一種彎角骨水泥輸送導管，前端封閉，側端開口，向傷椎對側建立彌散通道，可同時進行多點骨水泥注射，在邊注射邊退管的同時還可利用側端開口控制骨水泥注射方向，使骨水泥分布更均勻，最終達到雙側穿刺的骨水泥彌散分布效果。綜上研究，術前或術中使用輔助技術及工具可使骨水泥更加有效的在傷椎內分布，提高手術安全性、降低穿刺并發癥的發生率。目前相關輔助技術及工具還未得到廣泛的認可和應用，且會進一步增加手術成本，但為了提高OVCF患者術后長期生活質量，筆者認為仍然值得臨床推廣。

7 總結

采用PVA治療OVCF時,骨水泥在傷椎內的彌散分布與術后遠期療效具有相關性，良好的骨水泥分布可有效降低遠期并發癥的發生率。骨水泥在傷椎內的彌散分布受多方面因素的影響：① PVP和PKP均可獲得骨水泥在傷椎內的有效彌散,但PVP可使骨水泥彌散更充分。② 單側、雙側穿刺均可獲得骨水泥的良好彌散分布，在保證穿刺入路安全的情況下，單側穿刺同樣可達到雙側穿刺骨水泥分布效果，獲得更好的臨床療效。③ 骨水泥黏度、注入劑量、操作時相、推注速度及壓力都與骨水泥彌散分布有一定的相關性，但其相互關系還待進一步研究。④ 傷椎CD和IP與骨水泥分布呈負相關，BMD與彌散程度之間呈正相關，但仍需更多文獻支持。⑤ 輔助技術及工具的應用可獲得較好的骨水泥彌散效果，但還需進一步完善成熟。下一步有望根據傷椎影響骨水泥彌散的情況選擇個體化的骨水泥彌散措施，以達到良好的骨水泥分布，從而獲得更好的臨床療效。