广西医科大学第四附属医院 545005
【摘要】目的:探究防腐标本经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）骨水泥对临近椎体的生物力学效应。方法 选取6具人体防腐标本，将标本制成23个椎体单元模型，并随机分成团块注射组与铸型注射组，团块注射组11个椎体单元，铸型注射组12个椎体单元.两组分别在骨水泥面团期及拉丝期注入骨水泥，并在术前、术后行生物力学测试，应力加载方式为轴向、前屈、后伸、侧屈压缩。统计学分析两组椎体单元的PVP手术前后刚度差值。结果 两组的术前、术后刚度变化差值无统显著差异（P＞0.05）。PVP术后轴向压缩的椎体单元刚度值显著高于术前，差异有统计学意义（P=0.035），前屈、后伸及侧屈的刚度值在PVP术前、术后无明显差异（P＞0.05）。结论 经皮椎体成形术后可使临近椎体的刚度较前升高，其长期效应可能是PVP术后临近椎体发生再骨折的原因之一。不同骨水泥注射时期的PVP对临近节段的刚度变化无明显影响。
关键词：经皮椎体成形术；生物力学；注射时期；刚度
A cadaveric biomechanical study in percutaneous vertebroplasty
【Abstract】 Objective: The purpose of this study was to probe the biomechanical effect of bone cement on the adjacent vertebrae in percutaneous vertebroplasty (PVP).Methods: Twenty-three human cadaveric vertebrae were randomly assigned to two groups. Dough-like group(n=12): PVP was performed when the type of bone cement was doughy. Silk-like group(n=11): Bone cement in silk forms after mixing was injected to cadaveric vertebrae immediately. Bone cement was injected into intact vertebrae at the levels of T7, T10, L1, L4 in all of cadavers. The biomechanical test was performed in these units of vertebrae before and after PVP. And the compression simulation included four motions: axial compression, flexion, extension and lateral bending. Statistical analysis was performed to assess the stiffness before and after PVP.Reaults: No significant difference was found in the variation value of stiffness involved preoperation and postoperation between two groups（P＞0.05）. And the axial stiffness of postoperation was significantly higher than preoperation about all units (P=0.035)instead of other motions(P＞0.05).Conclusion: PVP may be increase the stiffness of adjacent vertebrae, and it may be the reason that causes the recompression after PVP for a short-term period. And the injected periods have little effect on the stiffness of adjacent vertebrae.
【Key words】Percutaneous vertebroplasty; Biomechanics; The injected periods; Stiffness
经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）是脊柱外科常见的一种微创手术，其通过向骨质疏松导致的压缩性椎体注射骨水泥，达到缓解患者疼痛、改善生活功能的目的。近年有研究表明，PVP可导致临近椎体术后再骨折，其复发骨折的原因有骨水泥渗漏进入椎间盘、椎体刚度增大及骨质疏松进展等[1,2]。同时也有文献指出PVP术后再骨折与手术无关，主要与患者的骨质疏松进展相关[3]。本次研究对人体防腐标本行PVP术，并在术前、术后进行生物力学测试，对比不同的注射时期对手术标本临近节段的生物力学改变及术前、术后椎体单元整体刚度的变化，进一步分析PVP术后临近节段再骨折的原因及骨水泥注射时期对骨水泥渗漏的影响。
1 材料与方法
1.1 标本制作
选用同一地区、性别、种族、年龄(75±1)岁防腐尸体6具（由广西医科大学解剖教研室提供），男性4具，女性2具，每具防腐尸体取T6～L5标本，通过影像学检查排除骨折、肿瘤或先天性畸形等病变。切除标本所附软组织，将标本进行游离，均保留好椎间盘、前、后纵韧带，将脊柱分成T6-T8、T9-T11、T12-L2、L3-L5四种椎体单元，共23个，并用牙托粉将椎体单元上下椎间盘进行包埋，包埋厚度为1-2cm，制成椎体单元模型，用塑料薄膜密封，放置于冰箱-20℃低温下保存，实验前于-4℃下解冻。
1.2 手术方法
将椎体单元随机分成团块组11个，铸型组12个，团块组、铸型组分别在面团期、拉丝期注入骨水泥。C臂引导下，选用直径为3.2mm规格的穿刺针经单侧椎弓根穿刺进入椎体，侧位透视穿刺针进入椎体前1/3的区域，正位透视穿刺针刚好越过椎体中线时，停止进针；连接骨水泥螺旋推进器（20ml，型号：ZCO1，山东冠龙公司），调配骨水泥至拉丝状或面团状，将骨水泥倒入螺旋推进器后，经穿刺针注入椎体，C臂透视下观察骨水泥在椎体内弥散情况，当骨水泥接触椎体骨壁时停止注射，记录下注射的骨水泥体积。术后常规行CT平扫、X线检查评估骨水泥弥散及渗漏情况。
1.3 生物力学测试
椎体单元在PVP术前、术后分别进行生物力学刚度测试。生物试验机（美国BOSE公司，型号：3510-AT，南方医科大学解剖实验室）速率为0.26mm/s，载荷确定为极限强度的30％～40％，即确定生理载荷为500N，加载速度控制在0.26 mm/s。测试前将椎体单元置于钢板间进行预加载以减少椎体单元蠕变，加载方式为人体生理运动轴向压缩(Ac)、前屈(Flex)、后伸(Ext)、侧屈(LB)等4种。记录临近椎体出现形变之前力一位移曲线的斜率，即刚度值。
1.4 统计学方法
组间分类资料采用卡方检验，计量资料使用配对设计t检验或非参数Mann–Whitney U检验，刚度值的测量采用线性回归分析法，所有统计资料均使用SPSS19.0软件进行分析，P<0.05为差异有统计学意义。
注：Ac：轴向；Flex：前屈；Ext后伸；LB:侧屈
2 结果
23个椎体单元的骨水泥平均填充率为（21.9±10.0）%。团块注射组与铸型注射组的骨水泥填充率无显著差异，且两组的骨水泥渗漏率无统计学差异（P>0.05），同时两组的手术前后各个加载方式的刚度差值无统计学差异（P>0.05）（表1）。PVP术后轴向加载的刚度值显著高于术前，差异有统计学意义（P=0.035），而椎体单元的前屈、后伸、侧屈加载的刚度值在PVP术前、术后无统计学差异（P>0.05）（表2）。
3 讨论
David[2]体外生物力学研究指出，在椎体成形术中，骨折椎体刚度和椎间盘压力随骨水泥注入量的增加而增加，而20%的骨水泥填充率可显著增加椎体的刚度。本次研究的平均骨水泥填充率为21.9%，生物力学刚度测试结果显示PVP术后的轴向压缩刚度显著高于术前，与David的研究结果一致，而前屈、后伸及侧屈压缩的椎体刚度较术前无显著变化。我们认为，骨水泥主要集中填充在椎体中央区域，因而骨水泥在骨皮质边缘刚度强化不明显。Uppin等[7]对177例接受PVP的患者进行研究，发现新椎体骨折位于治疗椎体的临近椎体发生率为67%，原因是PVP后引发了椎体刚度增高效应，增加了临近椎体的应力和应变，改变了其应力分布及力学性能，从而增加了临近椎体的骨折发生率。因此我们认为，PVP术后椎体刚度增高后，长期的轴向负重及骨质疏松进展可能是手术椎体发生临近椎体骨折的原因。
骨水泥工作分为湿沙期、拉丝期、面团期及硬化期，不同时期的骨水泥粘度不同。由于骨水泥受温度、湿度和混合技术的影响较大，临床上主要在拉丝期和面团期时注入骨水泥，以期达到较低渗漏率和良好弥散的效果，从而降低PVP手术的并发症。而骨水泥目前国内外尚未见对拉丝期和面团期注入骨水泥效果评价的报道。骨水泥注射时期不同，骨水泥在椎体内的弥散情况可能不同，而这是否会影响椎体术后刚度的变化，本次研究针对该问题展开研究，生物力学测试结果显示，不同注射时期的两组椎体的手术前后各个加载方式的刚度差值无显著差异，同时，两组的骨水泥渗漏率无明显差异。因此我们认为，骨水泥注射时期对PVP术后刚度变化无明显影响，且拉丝期注入骨水泥不增加骨水泥渗漏几率。
综上所述，PVP术后注入的骨水泥可显著增加椎体的刚度，这可能是椎体PVP新发临近椎体再骨折的原因之一。同时，骨水泥的拉丝期注射不增加骨水泥的渗漏率，也不影响椎体术后的刚度变化，因此我们推荐在拉丝期注入骨水泥，以期增加骨水泥在PVP中的工作时间。
【参考文献】
[1]Bae JS, Park JH, Kim KJ, Kim HS, Jang I-T, Analysis of risk factors for secondary new vertebral compression fracture following percutaneous vertebroplasty in patients with osteoporosis, World Neurosurgery (2017), doi: 10.1016/j.wneu.2016.12.038.
[2]David Martinčič, Miha Brojan, et al. Minimum cement volume for vertebroplasty.International Orthopaedics (SICOT)aisbl 2014.
[3]Yun-Tao Wang, Xiao-Tao Wu, Hui Chen, et al. Adjacent-level symptomatic fracture after percutaneous vertebral augmentation of osteoporotic vertebral compression fracture: a retrospective analysis. J Orthop Sci (2014) 19:868–876.
[4]Uppin AA,Hisch JA,Centenera LV,et al.Occurence of new vertebral body fracture after percutaneous vertebroplasty in patients with osteoprosis [J].Radiology,2003,226(1):119-124.
论文作者:刘柏存,李兵,卓祥龙,贺庆,王甲浩
论文发表刊物:《世界复合医学》2019年第03期
论文发表时间:2019/6/12
标签：刚度论文; 椎体论文; 水泥论文; 术后论文; 单元论文; 力学论文; 标本论文; 《世界复合医学》2019年第03期论文;