张军，王新虎，杜伟，刘夏君，左春光

(陕西省宝鸡市中心医院脊柱外科，陕西 宝鸡 721008)

骨质疏松性椎体压缩骨折(osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF)是脊柱外科医生遇到的一个常见问题，由于接受保守治疗的患者需卧床休息2～3个月，导致骨质疏松进一步加重，易发生严重的并发症甚至死亡[1]。国内外应用经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，PVP)与经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty，PKP)治疗OVCF取得了满意疗效[2]。但PVP/PKP行单侧椎弓根穿刺常会遇到骨水泥仅局限分布于穿刺侧，为了获得更好的临床疗效手术医师需增加对侧椎弓根穿刺，这样必然增加了射线暴露及穿刺风险。为了克服上述缺陷，我们自行设计了弹性弧形骨钻(专利号：201320596042.7)用于改良椎体成形术，在体外骨质疏松椎体模型中已初步实现了经单侧椎弓根穿刺引导骨水泥达到或越过椎体矢状中线分布，从而探讨其在椎体成形术中的应用价值。

实用新型专利：一种穿刺引导装置(ZL201320596042.7)

1 资料与方法

1.1 实验材料 a)收集新鲜健康6个月龄小牛T10L5椎体9具共72个椎体，除去肌肉、韧带、椎间盘等软组织制备单椎体，清水冲洗后备用，随机分为9组，每组8个椎体。b)双能X线吸收骨密度仪(NORLAND XR-36，美国制造)、自制弹性弧形骨钻(专利号：201320596042.7，见图1)：使用钛金属合金制成，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。c)化学药品包括乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-Na2，国产分析纯，分子量372.24)、氢氧化钠(NaOH，国产分析纯，分子量为40)、10%甲醛溶液等。配制成0.491 6 mmol/L的EDTA-Na2溶液(称取EDTA-Na2183 g与NaOH 20 g加入约800 mL的蒸馏水中剧烈搅拌至完全溶解，定容至1 000 mL，此时PH值≈7)。

图1 自行设计的弹性弧形骨钻，使用钛金属合成制成，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

1.2 实验方法 a)参照张智海等[3]建立的体外椎体骨质疏松模型方法，将清洗好的72枚椎体浸泡于10%甲醛溶液24 h防腐，然后浸泡于0.491 6 mmol/L的EDTA-Na2溶液中，每天更换浸泡液，以保持EDTA-Na2的浓度恒定。分别在浸泡前、浸泡3、6、9 d任意取出一组进行骨密度(bone densitometry，BMD)、病理切片及大体标本切开检查。参照1998年WHO人的骨质疏松诊断标准，骨量降低≥2.5个标准差即确定为骨质疏松，从而确定体外骨质疏松椎体模型是否制作成功。b)取40个制作成功的骨质疏松椎体模型，随机分为A、B两组，每组20个椎体。采用PVP穿刺技术在透视下分别随机进行左、右单侧椎弓根穿刺。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，将穿刺套管针置于椎体后缘前方约5 mm处，拔出针芯，保留工作套管。经工作通道，A组采用常规直钻穿刺，B组采用自制弹性弧形骨钻穿刺，弧形方向朝向穿刺对侧，深度达到椎体中前1/3终止。(见图2～3)。c)A、B两组拔出穿刺骨钻，保留工作套管，将调配好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(polymethylmecrylate，PMMA)注入骨水泥推杆，待骨水泥处于团状期早期经工作通道缓慢推入椎体。两组骨水泥注入量均按照三维CT测算椎体体积的16%注入。

图2 直骨钻与弹性弧形骨钻在体外小牛骨质疏松椎体内的穿刺剖面图，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 在CT平扫下，经过同一工作穿刺通道时，直钻钻头距离椎体矢状中线5 mm，而弧形骨钻可以达到并越过椎体矢状中线

1.3 检测方法 a)骨质疏松模型通过椎体浸泡前后的大体标本肉眼观、X线改变、显微镜下病理改变、双能X线骨密度变化确定骨质疏松模型制作成功。b)骨钻穿刺成功后行CT平扫分别记录A、B两组骨钻尖端达到或越过椎体矢状中线的椎体数；骨水泥注入后行CT平扫及X线正位片确定两组骨水泥分布达到或超过椎体矢状中线的椎体数(见图4～5)，以及骨水泥向椎管内发生渗漏的椎体数。

图4 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

图5 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

2 结 果

2.1 骨质疏松椎体模型的制作 随着脱钙时间延长，肉眼及病理切片观察可见各组标本骨小梁逐渐变细、间隙增宽。X线见骨小梁稀疏透亮，骨量减少。骨密度检测：脱钙前(0.69±0.05) g/cm2，脱钙3 d(0.67±0.03) g/cm2(t=1.067，P>0.05)，脱钙6 d(0.63±0.04) g/cm2(t=2.13，P>0.05)，脱钙9 d(0.51±0.03) g/cm2(t=8.62，P<0.05)。脱钙9 d时BMD较脱钙前降低26.0%，符合1998年世界卫生组织制订的骨质疏松诊断标准。

2.2 骨钻在椎体内穿刺及骨水泥分布结果 A组直钻穿刺：穿刺20个椎体，其中钻头达到或越过椎体矢状中线有7个椎体，骨水泥分布达到或越过椎体矢状中线有11个椎体。B组弹性弧形骨钻：穿刺20个椎体，其中钻头达到或越过椎体矢状中线有18个椎体，骨水泥分布达到或越过椎体矢状中线有19个椎体。两组间骨钻穿刺效果及骨水泥分布差异具有统计学意义(P<0.05)。骨水泥渗漏：A组9个椎体发生骨水泥椎管内渗漏，B组4个椎体发生骨水泥椎管内渗漏，两组间骨水泥渗漏率差异无统计学意义(P>0.05，表1)。

表1 两组穿刺骨钻、骨水泥分布过椎体矢状中线椎体数及骨水泥渗漏率比较

3 讨 论

3.1 体外骨质疏松椎体模型的研究 随着社会人口老龄化，骨质疏松性椎体骨折逐年增多，开展对骨质疏松椎体骨折的内固定材料及生物力学研究成为国内外研究的一个热点。目前用于研究的骨质疏松模型多以去势雌性动物或服药动物为代表的动物模型，虽然活体动物模型被认为是研究骨质疏松病理生理机制较为理想的模型，但也存在很多不足，尤其活体动物骨质疏松模型的制作周期长，可重复性差，费用高，因此在大规模实验中的应用受到制约。目前最常用于评价生物学材料和内固定生物力学效用的模型是小牛脊柱标本[4]，建立体外牛椎体的骨质疏松模型已有报道[5]，张智海等[3]报道了制作体外猪椎体的骨质疏松模型。本研究选用小牛脊柱作为研究对象基于其来源广泛、标本的均一性好，所选节段的椎体及椎弓根大小与成人相近，便于实验数据更有临床应用价值。短期内制作体外椎体骨质疏松模型以往有硝酸法、双氧水法，但硝酸法对骨质破坏较大，双氧水法只是改变骨质的弹性模量。张智海等[3]研究发现0.491 6 mmol/L的EDTA-Na2溶液为pH值中性的脱钙剂，改变骨密度的程度随着脱钙时间是可控的，椎体中的钙和矿盐可以被EDTA-Na2所螯合，通过脱矿的方法使钙磷分离，最终骨小梁变细，椎体内骨量减少，达到体外制备骨质疏松椎体模型的目的。目前世界卫生组织诊断骨质疏松所推荐的标准为骨量丢失大于等于2.5个标准差，此时椎体的骨量丢失大约为25%，本实验中体外椎体经过EDTA-Na2溶液脱钙9 d后骨密度降低27.4%，这样在较短的时间就可以制作出体外骨质疏松椎体标本。因此采用0.491 6 mmol/L EDTA-Na2对体外椎体脱钙模拟骨质疏松椎体模型是一种快速、简单、可重复性好的方法，可以满足本体外椎体成形术实验研究的需要。

3.2 椎体成形术单双侧穿刺的选择 椎体成形/后凸成形术(PVP/PKP)具有缓解疼痛快、创伤小等优点，被认为是治疗骨质疏松椎体压缩性骨折的有效方式，在穿刺方式上分为单侧穿刺与双侧穿刺。Tohmeh等[6]比较了单侧与双侧PVP对椎体生物力学性能修复的影响，通过单侧穿刺注入6 mL与双侧穿刺共注入10 mL的PMMA骨水泥对比，结果显示两组术后椎体强度均明显增加，均能将骨折椎体的刚度修复到原始水平，但双侧注射能更好的恢复椎体的强度。Steinmann等[7]比较了单侧球囊PKP和双侧球囊PKP对椎体生物力学性能修复的影响，单侧组平均注入PMMA骨水泥2.2 mL(0.75～4.0 mL)，双侧组平均每个椎体注入PMMA骨水泥3.9 mL，结果两组均能在一定程度上修复椎体的强度和刚度。研究发现修复椎体强度仅需注入椎体体积16%的PMMA骨水泥填充[8]，因此本实验选择注入椎体体积16%的骨水泥量观察骨水泥在椎体内的分布效果。

虽然PVP/PKP中单侧与双侧穿刺在修复椎体的强度和刚度方面差异无统计学意义，但单侧穿刺较双侧具有创伤小，手术时间短，穿刺风险低，能减少放射暴露和器械费用等优点，所以目前多数术者愿意选择单侧穿刺。

3.3 弹性弧形骨钻的研究意义 目前大多数对PVP/PKP行单侧与双侧穿刺对比研究结论往往是基于单侧注入骨水泥后，骨水泥弥散分布较为理想状态下的研究。但在临床实际操作过程中，由于穿刺点选择偏外及进针内倾角度不理想等原因，单侧穿刺骨水泥呈现单边分布，骨水泥未达到或越过椎体中线，这样术后止痛效果较差甚至可能出现穿刺对侧椎体再骨折的情况。陈柏龄等[9]研究发现单侧穿刺椎体成形时，骨水泥分布过中线时两侧椎体刚度可同时得到显著强化，若骨水泥填充不过椎体中线时，则非穿刺侧刚度明显低于穿刺侧。此时若强行加大内倾角度就会增大穿刺通道突入椎管风险，补充对侧穿刺就会增加手术时间、再次穿刺风险及医患暴露射线的剂量。因此研究一种改良的穿刺骨钻，单边穿刺即可实现双侧穿刺的骨水泥分布效果具有临床实用价值。本研究设计应用弹性弧形骨钻与普通直骨钻单侧穿刺注入骨水泥对比发现，实验组骨水泥分布达到或超过中线的椎体数为19个(95%)，而对照组仅为11个椎体(55%)，经χ2检验两组间差异具有统计学意义(P<0.05)。本研究发现两组均有较高的骨水泥渗漏率，实验组20%，对照组45%，但差异无统计学意义(P>0.05)。本实验骨水泥渗漏率高于临床报道的15%，分析原因可能与体外椎体无前、后纵韧带覆盖保护及椎体内滋养血管缺失导致的椎体内孔隙较大有关。两组骨水泥渗漏率差异无统计学意义，这一结果说明弹性弧形骨钻在体外椎体成形术中降低骨水泥渗漏率并无显著优势，但在临床患者中是否能显著降低骨水泥渗漏率还需进一步的深入研究。

综上所述，本实验研究中自制弹性弧形骨钻通过一侧椎弓根穿刺，可以建立一个达到或越过椎体矢状中线的骨性通道，进而引导骨水泥分布达到或越过椎体中线。同时，弹性弧形骨钻可以在360°的锥形范围内改变骨性穿刺通道的方向，对于一次穿刺不理想的工作通道可以应用弧形骨钻调整穿刺方向引导骨水泥正确分布，增加了PVP/PKP手术的可操控性，避免了双侧椎弓根穿刺的弊端，因而其实验效果优于传统的直骨钻。

参考文献：

[1]杨丰建，林伟龙，朱炯，等.经皮椎体成形术和经皮椎体后凸成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折[J].中国脊柱脊髓杂志，2011，21(1)：50-54.

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[3]张智海，沈建雄，吴志宏，等.快速制备骨疏松性椎体压缩性骨折的动物模型研究[J].中国骨质疏松杂志，2005，11 (1)：19-21.

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[5]Akbay A，Bozkurtt G，IIgaz O，etal.Benzel A demineralized calf vertebra model as an alternative to classic osteoporotic vertebra models for pedicle screw pullout studies[J].Eur Spine J，2008，17(3)：468-473.

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

[7]Steinmann J，Tingey CT，Cruz G，etal.Biomechanical comparison of unipedicular versus bipedicular kyphoplasty[J].Spine，2005，30(2)：201-205.

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[9]陈柏龄，谢登辉，黎艺强，等.单侧PKP骨水泥注射过中线分布对压缩性骨折椎体两侧刚度的影响[J].中国脊柱脊髓杂志，2011，21(2)：118-121.