顾晨希 虞宵 黄安全 王烨峰 朱国清 梁栋柱 欧阳钧 邹天明*

骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF）是发病率最高的骨质疏松性骨折，保守治疗往往效果不佳，且带给患者极大痛苦，影响患者的日常生活质量[1]。经皮穿刺椎体成型术（percutaneous vertebroplasty，PVP）是将聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl‐methacrylate，PMMA）骨水泥填充材料注射至骨折椎体中，以快速缓解疼痛、稳定骨折椎体并恢复患者的早期活动[2]。因其手术创伤小、操作简便、安全有效等一系列优势，目前已经成为OVCF 首选的治疗方式。合适的穿刺入路能为术中骨水泥的充分弥散提供保障，也能降低因穿刺路径而引发的相关风险[3]。双侧椎弓根为经典穿刺入路，但也存在手术创伤大、手术时间长、辐射暴露多等不足[4]。本研究中的经单侧椎体后外上方入路，既具有单侧穿刺的简便性，又具有较大的外倾角度，能使骨水泥弥散至对侧。笔者团队回顾性分析苏州市立医院109例经单侧椎体后外上方入路行PVP治疗OVCF的病例资料（共计144个椎体），其优势及临床疗效显著[5]。本研究将进一步探讨单侧椎体后外上方入路在人体脊柱标本上行PVP与双侧椎弓根入路的生物力学效能区别，验证其有效性，为临床的深入应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要仪器

ElectroForce®3510 高精度生物材料实验系统（美国BOSE 公司）；ATES6010 电子万能试验机（广州澳金工业自动化系统有限公司）；BG9000 型高频源移动式C 臂X 射线机（上海百腾医疗装备实业有限公司）；AKDX-09W-I双能X 线吸收骨密度仪（深圳市艾克瑞电气有限公司）。Mendec®骨水泥（上海凯利泰医疗科技股份有限公司）；脊柱椎体成型工具系统-穿刺针装配（山东威高骨科材料股份有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 标本准备

本研究中的标本由南方医科大学解剖教研室提供，均为自然死亡的老年女性自愿捐献的新鲜尸体中取得的L1单椎体，共20个。本实验通过了苏州市立医院伦理委员会审查（KL901131）。所有标本均无明显脊柱畸形、既往手术史或脊柱肿瘤。切除椎旁肌肉、韧带、骨膜及连接椎体的椎间盘，刮除椎体的上下终板软骨，制成单个完整的椎体标本。修剪部分上下关节突及和棘突尖端，以便于测试。采用双能X线吸收骨密度仪测量各个椎体标本的骨密度。

采用随机数字表法将20个椎体随机分成两组：单侧椎体后外上方（A 组）、双侧椎弓根（B 组）。每组各10 个椎体，依次编号。记号笔标记椎体上终板前缘固定位置，然后用游标卡尺测量并记录椎体高度（H1），精度为0.01 mm。测量3次，计算平均值。每个椎体均用生理盐水纱布包裹，放置于密封保鲜袋中待用。

1.2.2 测量单椎体在垂直压缩状态下的弹性模量

参照既往文献报道的单椎体生物力学测试方法[6-7]，测量在轴向压缩实验中单椎体的应力、应变情况，计算弹性模量。将椎体放置于ElectroForce®3510 高精度生物材料实验机的测试平台上，选取适合的上压头测试模块，在电压控制模式下使上压头下降与椎体上终板中央区紧密贴合，以模拟脊柱的垂直压缩状态。选择力控制模式，设置最大测试力为500 N，运行实验机获取应力—应变曲线，计算得出弹性模量（见图1A）。

1.2.3 建立椎体压缩骨折模型

参照国内外学者报道的经典单椎体压缩骨折建模方法，笔者对椎体进行压缩骨折处理[8-9]。将各椎体置于ATES6010 电子万能试验机的测试平台上，椎体上方放置牙托粉模具，调整测试模块高度，使椎体下方、模具上方与仪器贴合。以1 mm/min 加载速度预加载100 N，以消除标本松弛或蠕变的影响。然后采用5 mm/min加载速度垂直轴向加压，轴线通过椎体上终板前缘后5 mm，以模拟椎体前缘骨折，避免椎体后缘发生破裂。加载力度精确度为0.01 N，位移精确度为0.01 mm，记录载荷、位移数据；加载期间观察椎体变化及系统输出界面的曲线变化，当垂直载荷达到最高值并开始下降后停止，制成椎体压缩骨折模型（见图1B）。整个过程保持室温恒定，并使用注射器向椎体上喷洒生理盐水保持湿润。

压缩模型建立成功后，记录两组椎体前缘高度（H2）。

1.2.4 椎体成型

在C 臂X 线机透视监控下，模拟PVP 手术操作。采用Φ 3.4 mm、长12.5 cm 穿刺针，室温24℃下调制骨水泥（粉体组分和液体组分混合），1 min 后抽入1 mL 注射器，在拉丝期将骨水泥经穿刺针通道注入椎体，记录用量。

①单侧椎体后外上方组（A组）：参照文献报道的后外上方单侧穿刺方法[10]，在C 臂机透视监控下经椎体左侧后外上方进针，穿刺针外展约30°、头倾约15°，穿刺针尖终点位于椎体前中1/3 处，正位片针尖位于椎体中线，侧位片位于椎体前1/3。

②双侧椎弓根组（B组）：参照文献报道的经典双侧椎弓根穿刺方法[11]，在C臂机透视监控下穿刺针经双侧椎弓根投影的外上象限进针，穿刺针尖终点位于椎体中心平面中外1/2处，正位片针尖接近椎体中线，侧位片位于椎体前1/3。

两组穿刺针尖到达指定位置后，取出内芯，将调配好的骨水泥经穿刺针通道注入椎体，当感到阻力明显增大或出现骨水泥渗漏时停止注射。术后统计每个椎体所注入的骨水泥量。所有注射完骨水泥的椎体包裹生理盐水纱布，放置于密封保鲜袋中，室温下放置24 h。之后对两组椎体行X线扫描，观察椎体内骨水泥分布情况。张大鹏等[12]按椎体中央垂线、双侧椎弓根内缘垂线将椎体分为4 个区，根据骨水泥在4 个区的分布将弥散状态分为5 型：Ⅰ型为1 ～4 区；Ⅱ型为2 ～3 区；Ⅲ型为1 区和4 区；Ⅳ型为1区和2区或3区和4区；Ⅴ型为1区或4区。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型骨水泥在椎体内呈双侧分布，Ⅳ、Ⅴ型呈单侧分布。统计两组椎体的骨水泥弥散分布类型（见图2），并记录两组椎体前缘高度（H3），按照以下公式计算高度恢复率：恢复椎体高度（H3-H2）/丢失椎体高度（H1-H2）×100%。

图2 A.经单侧椎体后外上方椎体成型；B.经双侧椎弓根椎体成型；C.骨水泥弥散分布的主要类型

1.2.5 生物力学测试

测量成型后两组椎体在垂直压缩状态下的单椎体弹性模量。然后在电子万能试验机上持续加载至两组椎体发生骨折（测试方法同上）。采用GraphPad Prism 8软件绘制骨折前及成型后的载荷—位移曲线，计算失效强度及刚度，以发生骨折时位移值作为失效位移（见图3）。

图3 载荷—位移曲线

1.3 统计学方法

采用SPSS 26.0统计分析软件进行数据处理。数据以均数±标准差表示，组内处理前后比较采用配对样本t检验，组间比较采用独立样本t检验；检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 椎体压缩骨折模型观测

A、B 两组椎体的骨密度分别为（0.465±0.09） g/cm2和（0.478±0.08） g/cm2，两组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。两组椎体建立骨折压缩模型前椎体前缘高度比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；压缩模型建立后两组内椎体前缘高度均有下降，差异有统计学意义（P＜0.05）。组间各椎体前缘高度比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。成型后两组间椎体前缘高度均有所恢复，差异无统计学意义（P＞0.05）。单侧椎体后外上方组和双侧椎弓根组的椎体前缘高度恢复率分别为（37.56±12.48）%、（31.75±10.79）%，两者比较差异无统计学意义（P＞0.05）。具体数据见表1。

表1 两组椎体前缘高度（骨折前、骨折后、成型后）及高度恢复率对比（n=10，±s）

表1 两组椎体前缘高度（骨折前、骨折后、成型后）及高度恢复率对比（n=10，±s）

组别A组B组椎体前缘高度（mm）骨折前（H1）27.47±2.25 26.25±2.71骨折后（H2）22.60±1.69 21.86±2.14成型后（H3）24.44±1.58 23.21±2.39椎体高度恢复率（%）（H3-H2）/（H1-H2）37.56±12.48 31.75±10.79检验值P值0.585 0.454 0.841 0.371 3.750 0.069 0.968 0.338

2.2 生物力学试验

2.2.1 骨水泥注入量及骨水泥弥散分布

两组椎体实验过程中均无明显的骨水泥外渗。A组的骨水泥注入量为（6.08±0.52）mL，B组为（6.12±0.38）mL，两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05）。统计骨水泥弥散分布类型，A 组：Ⅰ型有7 个椎体（70%），Ⅱ型2 个（20%），Ⅳ型1个（10%）；B组：Ⅰ型有8个椎体（80%），Ⅲ型2个（20%）。具体数据见表2。

表2 两组骨水泥弥散分布类型［n（%）］

2.2.2 失效强度、刚度及失效位移

压缩骨折前，两组间椎体的失效强度、刚度及失效位移比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）；经椎体成型后，两组组内椎体的失效强度、刚度、失效位移较压缩前显著上升，差异有统计学意义（P＜0.05）。而两组间的失效强度、刚度、失效位移比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。具体数据见表3。

表3 两组椎体的失效强度、刚度及失效位移比较（n=10，ˉx±s）

2.2.3 垂直压缩状态下的单椎体弹性模量

压缩前A、B 两组椎体在垂直压缩时的弹性模量分别（547.56±185.78） N/mm 和（520.21±178.54） N/mm，两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05）。建立压缩骨折模型并行椎体成型后，在垂直压缩状态下，A 组的弹性模量为（465.89±129.03） N/mm，B 组为（298.91±47.53） N/mm，两组比较差异有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

临床上PVP 是治疗OVCF 的主要手术选择，经典的双侧椎弓根穿刺入路技术成熟，能增强椎体的生物力学效应、降低再骨折的发生率[13-14]，被广泛接受。但也有研究指出，经双侧椎弓根穿刺过程中，穿刺针角度调整受限于椎弓根截面积，容易左右干扰，不利于骨水泥的均匀分布，有时会影响手术疗效[15]。因此，不少学者尝试采用椎弓根外入路，Beall等[16]发现从胸腰椎后外侧下终板上方呈一定角度穿刺进针是可行的，李玉伟等[17]应用了极外侧穿刺入路，刘玉刚等[18]经腰椎横突上缘椎弓根外单侧穿刺，Zhuo等[19]也进一步验证了这种改良横突椎弓根入路。我院邹天明教授团队借鉴椎间孔安全三角理论，提出了经单侧椎体后外上方的穿刺入路[20]。以L1为例，该入路的皮肤穿刺点为骨折椎上位椎体下终板水平，旁开椎体中线5 ～7 cm处。穿刺针经皮肤、皮下、背阔肌、竖脊肌群到达椎体后外上方安全区，其上界为骨折椎体的上终板，下界为骨折椎的椎弓根上缘，内界为椎板关节突外侧缘或椎弓根外侧缘，外界为骨折椎的椎体外侧缘。再行角度调整穿入椎体骨折位置，此路径不受椎弓根穿刺的限制，可以避开脊髓神经根、椎体节段动脉，操作区安全范围大，穿刺针进针后可调角度相对宽泛，更易将骨水泥注射至椎体中心及对侧，实现中心均匀分布的弥散效果，减少伤椎再塌陷骨折的风险，同时操作时间短、透视次数少。以上这些椎弓根外上侧的入路进针点都落在椎体后外上方区域，笔者将这些穿刺技术统一定义为单侧椎弓根外上方穿刺入路。

OVCF 多见于胸腰段椎体，因为胸腰段是脊柱的主要活动部位，也是承受主要轴向压缩负荷的部位[21]，故本研究中选取L1作为研究对象。经不同入路对两组椎体进行成型处理后，两组的骨水泥注入量比较，差异无统计学意义，但骨水泥的弥散分布形态有所区别。按照张大鹏等[12]的骨水泥弥散分型方法，单侧椎体后外上方组（A组）有7个为Ⅰ型（70%），2 个为Ⅱ型（20%），1 个为Ⅳ型（10%）；双侧椎弓根组（B 组）中则有8 个椎体为Ⅰ型（80%），2 个为Ⅲ型（20%）。由此可见，双侧椎弓根组除了有2 个椎体因骨水泥填充量受到限制，其余椎体均保持了其双侧均匀弥散的优势。而单侧椎体后外上方组的骨水泥分布表现并不逊于双侧椎弓根组，基本都能达到椎体均匀弥散分布。这是由于单侧椎体后外上方入路的穿刺角度不受椎弓根的限制，外倾角变大，在针尖穿刺至椎体前1/3的同时，亦能达到甚至穿过椎体中线，实现单侧穿刺下的椎体中心均匀分布。

良好的骨水泥弥散分布，决定了骨折椎体的生物力学性能恢复[22]。失效强度和刚度是最能体现椎体生物力学性能的评价指标，其中失效强度反映了椎体的载荷能力，刚度反映在轴向载荷下椎体抵抗形变的能力。实验结果显示，单侧椎体后外上方和双侧椎弓根的失效强度、刚度均较压缩骨折时提升，且两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05），这与两组椎体内的骨水泥弥散分布有直接联系。笔者还发现，成型后单侧椎体后外上方组的各椎体前缘高度恢复率达到了（37.56±12.48）%，虽然与双侧椎弓根组的（31.75±10.79）%比较差异无统计学意义（P＞0.05），但不少椎体都表现出更好的高度恢复率。在生物力学实验中，每个椎体的穿刺角度较为固定，但在实际临床手术中，因后外上方穿刺入路周围均为软组织，不受椎弓根骨性截面积的限制，相较于椎弓根入路具有更大的角度调整幅度，更容易到达椎体骨折的区域[23-24]。

在测量垂直压缩状态下的单椎体弹性模量时，笔者发现在双侧椎弓根组中，成型后椎体的上终板中央区弹性模量与单侧椎体后外上方组比较，差异有统计学意义（P＜0.05），猜测可能是因为部分椎体经两侧椎弓根注入的骨水泥未能完全相连所致。双侧椎弓根入路的弥散方向理想，但也存在因两侧骨水泥未能完全相连而发生椎体再骨折的情况[25]。有研究证明，骨水泥注入量存在最低阈值，占椎体体积25%左右，此时疼痛症状缓解佳，也不增加渗漏率和新发骨折[26-27]。笔者的研究也确实发现两种入路椎体成型处理后，整体刚度均较前增加，但双侧椎弓根组中某些椎体的最终骨水泥形态并不理想，结果就会出现单椎体弹性模量差异，在临床上可能就会影响手术疗效[28]。这提示，骨水泥灌注量及弥散分布对于临床疗效的实现都必不可少。单侧椎体后外上方入路因为是单侧穿刺，骨水泥可在椎体中央呈团块状均匀分布，同时操作简便、利于术者控制注入量，相比椎弓根入路有其独特优势。

本研究的不足之处：样本量较少，建模后的椎体骨折部位未行影像学评估、理想化的生物力学模型，这都与临床实际存在一定差异。但本研究操作中分别规定了两组穿刺部位、进针角度及针尖最终位置，尽量减少偏倚，以期为临床提供参考。

综上所述，本文证实单侧椎体后外上方入路行PVP后的生物力学效能与双侧椎弓根入路相当，并且因为具有更宽泛的穿刺角度调整范围，便于填充骨水泥、恢复椎体高度，骨水泥在椎体中央呈团块状均匀分布使单椎体弹性模量差异变小，值得在临床进一步推广。