不同椎体成形穿刺引导装置在小牛椎体骨质疏松模型中骨水泥分布比较

姚福东 刘夏君 王新虎

骨质疏松症 ( osteoporosis，OP ) 是一种系统性骨病，是以骨结构解聚与骨矿物质减少为特征的骨代谢性疾病。随着人口老龄化，老年骨质疏松患者越来越多，经皮椎体成形术 ( percutaneous vertebroplasty，PVP ) 作为一种安全有效的治疗手段被广泛应用。手术中采用的穿刺引导装置存在经单侧椎弓根入路骨钻尖端不能越过椎体中线和注入骨水泥分布不能穿过椎体中线等不足，笔者在考虑上述不足的同时自制一种椎体成形穿刺引导装置 ( 弹性弧形骨钻 )。通过建立小牛椎体骨质疏松模型[1]分别用弹性弧形骨钻和直骨钻进行单侧椎弓根穿刺并注入等量骨水泥，进而比较两种不同椎体成形穿刺引导装置在骨质疏松模型注入骨水泥的分布情况，现报道如下。

材料与方法

一、标本及骨质疏松模型制备

72 个胸腰椎体标本 ( T10～L5) 取自 9 具同种新鲜椎体标本，经 X 线检查椎体骨质良好，无椎体破坏、畸形等病变。剔除椎体表面软组织及椎间盘，将椎体连续编号后，采用随机数字表随机分为 9 组，每组 8 个椎体，然后用 10% 甲醛溶液浸泡24 h 防腐，然后置入 0.4916 mmol / L 的 EDTA-Na2溶液中浸泡，每天更换浸泡液，以保持 EDTA 的浓度不变。浸泡后 9 天采用双光子 X 线骨密度测试仪测定标本椎体骨密度，其中 40 个椎体密度降低至正常椎体密度的 30%，参照人的骨质疏松诊断标准，低于 2.5 个标准差即可诊断为骨质疏松，然后使用密封塑料袋包裹后置于 0 ℃ 冰箱保存。

二、实验方法

将制备好的 40 个小牛骨质疏松椎体模型重新连续编号，采用随机数字表随机分为两组，每组20 个，实验组采用自制穿刺引导装置，对照组采用临床常用的直骨钻。在透视下分别进行一侧椎弓根穿刺，穿刺点选择在横突与上关节突交界处，穿刺方向与椎弓根方向一致，将穿刺套管针置于距椎体后缘约 5 mm 处，然后将弧形骨钻 (图 1) 沿套管针置入套管，弧形方向朝向对侧，进针至距椎体前缘5 mm 处停止，骨钻进针深度平均为 1.8 cm，行 CT扫描，记录骨钻尖端越过椎体中线的数量及距离，然后保留穿刺套管，取出弹性弧形骨钻，再次置入直骨钻，进针至椎体前缘距离约 5 mm，进针深度平均为 1.6 mm (图 2)。

三、统计学分析

采用 SPSS 13.0 软件进行统计学分析，计量资料以表示，采用配对资料t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

结 果

实验组与对照组骨钻尖端越过椎体中线数量分别为 18 例和 7 例 ( 表 1，图 2 )。之后在透视下行PVP 术，注入骨水泥量占椎体体积的 15% ( 椎体体积根据阿基米德定律测量 )，注入时机为骨水泥处于牙膏状，记录骨水泥注入量 ( 表 1，图 3 ) 及骨水泥分布情况，实验组与对照组骨水泥分布达到或过中线的数量分别为 19 例和 11 例，骨水泥渗漏数分别为 4 例和 9 例。

图1 钛合金弹性弧形骨钻，直径与普通穿刺套管内径匹配，钻头穿出工作套管后骨钻即刻恢复弧度图2 弹性弧形骨钻在体外小牛骨质疏松椎体内的穿刺剖面图，可见相同角度下单侧椎弓根穿刺后，弧形骨钻的钻头可以更好的越过椎体矢状中线图3 a：直骨钻单侧椎弓根穿刺后注入骨水泥的正位 X 线片，显示骨水泥呈单侧分布；b：弹性弧形骨钻单侧椎弓根穿刺后注入骨水泥的正位 X 线片，显示骨水泥可以越过椎体矢状中线分布甚至在穿刺对侧椎体内分布Fig.1 The elastic curved bone drill was made of titanium alloy, which matched the ordinary puncture cannula.After the bone drill went out of the working cannula, its radian was immediately resumedFig.2 The sectional view of calf osteoporotic vertebral bodyin vitro with the puncture of an elastic curved bone drill. It was shown that at the same angle after unilateral pedicle puncture, the curved bone drill bit could be better over the vertebral sagittal midlineFig.3 a: The anteroposterior X-ray of bone cementinjection after unilateral pedicle puncture using straight bone drillshowed the distribution of bone cements was unilateral; b: The anteroposterior X-ray of bone cementinjection after unilateral pedicle puncture using elastic curved bone drill showed the bone cements could be distributed across the vertebralsagittal midline, even distributed in the contralateral vertebral puncture

表1 实验组与对照组穿刺及骨水泥注入情况比较 (±s)Tab.1 Comparison of puncture and bone cement injection between the experimental group and the control group (±s)

表1 实验组与对照组穿刺及骨水泥注入情况比较 (±s)Tab.1 Comparison of puncture and bone cement injection between the experimental group and the control group (±s)

发生骨水泥渗漏锥体数实验组 18 ( 90% ) 4.5±0.6 19 ( 95% ) 5.5±1.4 4 ( 20% )对照组 7 ( 35% ) 1.1±1.5 11 ( 55% ) 4.1±1.1 9 ( 45% )t 值 9.4118 3.5165 P 值 ＜0.05 ＜0.05组别骨钻穿过中线的椎体数 (n )穿过中线的骨钻尖端至骨钻中线距离 ( mm )骨水泥分布达到或过中线锥体数 (n )骨水泥注入量( ml )

讨 论

PVP 和经皮椎体后凸成形术 ( percutaneous kyphoplasty，PKP ) 在治疗老年性骨质疏松椎体压缩性骨折方面取得了可喜的效果，是目前治疗骨质疏松性椎体压缩骨折中较理想的微创治疗方法[2]。

PVP 1984 年首先在法国由 Galibert 等[3]开展，经皮注射骨水泥治疗 1 例 C2椎体血管瘤患者，其原理是在影像学监测下，经皮肤将穿刺针及套管准确穿刺到骨折椎体内，拔出穿刺针，留置穿刺套管，再通过该套管将骨水泥注射到椎体内。而 PKP 则是由美国学者 Reiley 等[4]在 PVP 的基础上发展起来的新技术，其穿刺套管的放置与 PVP 相同，然后通过穿刺套管置入直骨钻，在椎体内形成一个直的骨性通道，将球囊置入骨性通道进行扩张，在椎体内形成一个相对封闭的骨性空洞，再注射入黏度相对较高的骨水泥。上述两种不同技术的共同目的是增强椎体强度，改变椎体稳定性，缓解脊柱疼痛及椎体微小的骨折及骨折线微动对椎体内的神经末梢产生刺激引起的疼痛。

标准的 PVP 手术采用双侧穿刺，双侧注入骨水泥，这样可以保证骨水泥在椎体两侧的对称分布。然而在临床实践中，多数学者更倾向于单侧穿刺注入骨水泥，以减少穿刺并发症和手术时间[5]。但单侧穿刺较易出现骨水泥单侧分布，必要时需增加对侧穿刺，增加了创伤及手术时间，或为避免骨水泥单侧分布而过度内倾穿刺针，易致椎弓根内壁及神经损伤。

关于骨水泥单、双侧穿刺对椎体刚度影响的对比力学实验结果及观点目前并不一致。Tohmeh等[6]通过体外力学对比实验发现，单侧穿刺与双侧穿刺行 PVP 或 PKP，在重建伤椎刚度和强度方面并无明显的差异。该实验只强调穿刺方式对结果的影响，未考虑骨水泥分布不同的影响，且该研究采用单一的轴向压缩试验，而未考虑到椎体两侧情况( boundary condition )[7]，因此结果存在一定的片面性。而 Liebschner 等[8]通过有限元模型的研究认为单侧穿刺的 PVP 在恢复椎体稳定性方面并不如双侧穿刺，其原因在于单侧穿刺骨水泥填充的不均衡性及可能导致的力学偏转 ( toggle )。国内陈柏龄等[9]通过对压缩椎体中部及两侧载荷试验研究发现，单侧穿刺和双侧穿刺均可显著提高压缩椎体的整体刚度，当单侧穿刺骨水泥越过中线分布时，椎体两侧的刚度能得到均衡提高，否则单侧穿刺骨水泥单侧分布时，未分布骨水泥侧椎体刚度无法恢复到正常椎体水平。因此影响 PKP 或 PVP 术骨折椎体刚度的决定因素并非是穿刺方式的差异，而与骨水泥在椎体中是否能均衡分布密切相关。临床上观察到部分骨水泥单侧分布的病例 PVP 或 PKP 术后发生再次骨折，这从实践上说明了骨水泥单侧分布将影响 PVP的疗效。

本实验采用自制定向弧形骨钻 ( 专利 ZL201320 596042.7 )，利用其弹性弧形的前端改变椎体内骨通道的方向，进而引导骨水泥到达椎体内理想的位置，实现一侧椎弓根穿刺骨水泥椎体内双侧分布的目的 (图 1)。该装置包括引导杆 ( 包括纺锤形的头部和直杆状的体部 )，头部和体部之间还设置有弹性弧形的颈部，这样颈部与杆状体部形成了一定的角度，使其在椎体内穿出一个或多个弧形骨通道，引导球囊或骨水泥到达理想的位置，骨水泥填充越过中线到达对侧，从而使椎体两侧强度得到均衡提高，并且使用这种引导装置只需要一个穿刺点，一侧穿刺就能达到目的，同时也避免了为获得骨水泥较大范围的弥散而使用过高压力推注骨水泥，从而减少了骨水泥渗漏至椎体外的几率，避免造成神经血管的损害等并发症，减少了手术时间，也减少了医患射线摄入损伤；再有该装置头部远离颈部的一端呈尖形，可便于头部穿过骨松质；最后该装置手柄位于体部远离颈部的一端，且手柄与体部“T”垂直连接，以控制钻头方向并便于施力将穿刺引导装置置入或取出。该工具改变了以往在 PVP 手术中穿刺通道一旦建立好后，使用直骨钻只能到达椎体内某一固定的位置，无法改变骨通道的方向，无法引导骨水泥达到理想位置的情况。通过该实验证明弹性弧形骨钻可以改变穿刺通道的方向，且能引导骨水泥的分布，实现单侧穿刺骨水泥椎体两侧都能均衡分布的目的。

本研究选用的小牛骨质疏松模型与活体骨质疏松在组织结构及形态方面存在一定差异，且该模型仅是骨质疏松，未进行压缩骨折模型制作，因此存在一定误差，笔者将在后期实验中将进一步改进。

[1] 杨彬奎, 雷伟, 王军, 等. 小牛椎体骨质疏松模型的快速建立.第四军医大学学报, 2008, 29(12):1061-1063.

[2] 程少丹, 莫文, 施杞, 等. PVP治疗椎体压缩性骨折. 中国骨质疏松杂志, 2007, 13(12):879-883.

[3] Galibert P, Deramond H, Rosat P, et al. Preliminary note on the treatment of vertebral angioma by percutaneous acrylic vertebroplasty. Neurochirurgie, 1987, 33(2):166-168.

[4] Garfi n SR, Yuan HA, Reiley MA. New technologies in spine:kyphoplasty and vertebroplasty for the treatment of painful osteoporotic compression fractures. Spine, 2001, 26(14):1511-1515.

[5] 申勇, 刘法敬, 张英泽, 等. 单、双侧经皮椎体后凸成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的疗效. 中国脊柱脊髓杂志,2011, 21(3):202-206.

[6] Tohmeh AG, Mathis JM, Fenton DC, et al. Biomechanical effi cacy of unipedicular versus bipedicular vertebroplasty for the management of osteoporotic compression fractures. Spine,1999, 24(17):1772-1776.

[7] Molloy S, Mathis JM, Belkoff SM. The effect of vertebral body percentage fill on mechanical behavior during percutaneous vertebroplasty. Spine, 2003, 28(14):1549-1554.

[8] Liebschner MA, Rosenberg WS, Keaveny TM. Effects of bone cement volume and distribution on vertebral stiffness after vertebroplasty. Spine, 2001, 26(14):1547-1554.

[9] 陈柏龄, 黎艺强, 谢登辉, 等. 单侧与双侧椎体后凸成形术对椎体刚度和力学平衡影响的对比研究. 中华创伤骨科杂志,2011, 13(3):251-255.