基于影像学特征对骨质疏松性椎体压缩骨折病人经皮椎体成形术后同椎体再发骨折的预测研究

吴丽 梁治平 熊玉超 何洁 贾妩懿 吴迪朗 曾旭文 陈松

骨质疏松性椎体压缩性骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF）是老年人的常见疾病之一，对这种疾病的治疗及疗效评估受到临床医生的广泛关注。经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP） 是治疗 OVCF 最常用的方法[1]。但近年有研究[2-3]发现PVP 与安慰剂治疗的效果无差异，这可能是由于术中出现骨水泥渗漏、肺栓塞、术后邻近椎体骨折、术后同椎体再发骨折等并发症影响临床疗效所致。目前，有关PVP 后同一椎体再发骨折的危险因素、相关手术前后MRI 和数字X 线摄影（digital radiography，DR）的影像表现报道较少。因此，本研究旨在探讨PVP 后同椎体再发骨折的危险因素及相关影像表现，进而构建列线图模型来预测PVP 后再发骨折的风险，以期为减少同椎体再发骨折、提高手术疗效及改善预后提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性纳入2012 年1 月—2020年1 月于广州市红十字会医院行PVP 治疗的急性OVCF 病人 93 例，其中男 18 例、女 75 例，年龄 57～94 岁，平均（78.99±7.57）岁。纳入标准：①确诊 OVCF并行单节段PVP 手术；②PVP 前进行骨密度（bone mineral density，BMD）检查；③至少随访 2 年，出现再发骨折时终止随访；④术前、术后1 周内及最后一次随访均行X 线及MRI 检查。排除标准：①有恶性肿瘤、椎体感染、凝血功能障碍；②爆裂性骨折；③胸腰椎骨折并明显移位。根据是否再发骨折将病人分为 2 组，再发骨折组[48 例，男 8 例、女 40 例，平均年龄（79.65±7.90）岁]和无再发骨折组[45 例，男10 例、女 35 例，平均年龄（78.29±7.21）岁]。

1.2 设备与方法 X 线检查采用Philips DR 设备，常规行胸/腰椎正位及侧位投照摄片。胸/腰椎MRI检查采用德国Siemens Avanto 1.5 T 超导MR 设备，脊柱8 通道相控阵线圈。病人取仰卧位，头先进，扫描范围包括完整的胸/腰椎。扫描序列及参数：①矢状面 T1WI，TR 535 ms，TE 11 ms；②矢状面 T2WI，TR 3 500 ms，TE 90 ms；③矢状面T2-频率衰减反转恢复（spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）抑脂序列，TR 3 500 ms，TE 90 ms。上述 3 种序列均采用层厚4.0 mm，层间距1.2 mm，FOV 320 mm×320 mm，矩阵 320×320。

1.3 观察指标

1.3.1 影像特征 由2 名分别具有6 年和8 年骨肌影像诊断经验的影像科医师独立阅片，意见不一致时经协商确定。对影像特征进行分析，包括：①椎体内裂隙（intravertebral cleft,IVC），X 线检查显示椎体上横向、线性或半月形的透亮区，在MRI 上表现为T1WI 低信号，T2WI 及T2-SPAIR 序列上呈高信号或低信号[4（]图1A）；②骨水泥周围积液，术后骨水泥周围存在液体信号影，在MRI 上表现为T1WI 低信号，T2WI 及T2-SPAIR 序列上呈高信号（图1B）；③延伸至终板的骨折线，X 线或MRI 显示椎体上/下终板的骨皮质不连续（图1C）；④骨水泥泄露，在正/侧位X 线片和MRI 影像上，骨水泥超出手术椎体范围（图1D）；⑤椎体楔形角，术椎上终板与下终板之间的夹角（图1E）；⑥骨水泥-终板未接触（non-PMMA-endplate-contact,NPEC）[5]，骨水泥未与终板接触，分为未与上终板接触、未与下终板接触、上下终板均未接触（图1F）；⑦椎体高度恢复率和椎体高度进展率[6]，椎体高度恢复率=[2a0（/b0+c0）-2a1（/b1+c1）]×100%，椎体高度进展率=[2a1（/b1+c1）-2a2（/b2+c2）]×100%[其中 a、b、c 分别代表压缩椎体的最大压缩高度，术椎邻近上、下椎体的高度；0、1、2 分别代表术前、术后1 周内、术后最后一次随访]（图2）。

图1 OVCF 病人PVP 后同椎体再发骨折的影像表现。A-B 图为矢状面T2-SPAIR。A 图，椎体压缩骨折内存在明显的高信号，提示存在IVC；B 图，椎体压缩骨折内可见团片状低信号影，低信号影边缘见条状高信号，提示存在骨水泥周围积液。C 图，矢状面T2WI 示压缩骨折伴有上终板骨皮质不连续，即存在延伸至终板的骨折线。D-F 图为侧位X 线片。D 图，高密度骨水泥进入椎间盘，提示存在骨水泥泄露；E 图，椎体压缩骨折，上下虚线的连线的夹角为椎体楔形角度；F 图，PVP 后改变伴有骨水泥与上下终板未接触（即存在NPEC）。

图2 椎体高度恢复率及椎体高度进展率计算示意图。A 图为术前侧位X 线片，B 图为术后1 周内的首次侧位X 线片，C 图为术后最后一次随访侧位X 线片。

1.3.2 临床及手术资料 记录病人性别、年龄、BMD、骨水泥体积（为骨水泥术中的注射量）、手术入路（右侧/左侧/双侧）、骨折水平[分为胸腰段椎体（T10-L2）与非胸腰段椎体（T6-T9和 L3-L5）]及是否存在其他椎体骨折。

1.3.3 椎体再发骨折诊断标准 ①术后MRI 检查过程中出现骨髓水肿范围增大或者重新出现骨髓水肿；②在X 线平片上，术后首次与最后一次椎体高度进展率的差值＞15%[7]。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0 软件分析数据。符合正态分布的计量资料用均数±标准差（）表示，2 组间比较采用t 检验；计数资料以例表示，2 组间比较采用χ2检验。对2 组间比较差异有统计学意义的指标进行多因素Logistic 回归分析，确定PVP后再发骨折的危险因素。采用R 软件（3.6.0 版本）进行数据分析，构建列线图模型并绘制其校准曲线。采用受试者操作特征（ROC）曲线评估列线图模型的预测效能，计算ROC 曲线下面积（AUC）、敏感度和特异度。应用校准曲线对列线图模型进行验证。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2 组间临床资料及影像特征比较 再发骨折组椎体高度恢复率、延伸至终板的骨折线、IVC、骨水泥周围积液及NPEC 与无再发骨折组的差异均有统计学意义（均P＜0.05）。2 组间其他参数的差异均无统计学意义（均P＞0.05）。详见表1。

表1 同椎体再发骨折组与无再发骨折组临床资料及影像特征比较 例

2.2 多因素Logistic 回归分析 多因素Logisitic 回归分析结果显示，存在延伸至终板的骨折线、IVC、NPEC 及较高的椎体高度恢复率为同椎体再发骨折的独立危险因素，见表2。

表2 同椎体再发骨折危险因素的多因素Logistic 回归分析

2.3 再发骨折危险因素相关影像表现的比较 存在延伸至终板骨折线的椎体前份前移距离[（3.12±2.62）mm]大于无延伸者[（1.67±2.18）mm]（t=6.561，P=0.005）。存在IVC 的病人的椎体高度恢复率（12.63%±11.81%） 大于无 IVC 的病人（7.19%±8.60%）（t=4.271，P=0.042），NPEC 发生率[94.74%（18/19）]也高于无IVC 病人的[78.38%（58/74）]（t=34.471，P＜0.001）。

2.4 列线图模型的建立及校准曲线分析 基于延伸至终板的骨折线、IVC、椎体高度恢复率和NPEC构建列线图模型，结果显示椎体高度恢复率得分最高，IVC、NPEC 和延伸至终板的骨折线的得分依次降低（图3）。校准曲线显示列线图预测概率与实际概率一致性尚可（图4）。

图3 OVCF 病人PVP 后同椎体再发骨折风险的列线图模型。模型纳入延伸至终板的骨折线、IVC、椎体高度恢复率和NPEC。该模型预测再发骨折的概率为各影像特征相应预测概率的总和。

图4 列线图模型预测OVCF 病人PVP 后同椎体再发骨折风险的校准曲线。X 轴代表预测的同椎体再发骨折风险，Y轴代表实际诊断的同椎体再发骨折，实际曲线与理论曲线越接近对角线表示预测能力越好。

2.5 列线图模型的预测效能 列线图模型预测OVCF病人PVP 后同椎体再发骨折风险的ROC 曲线分析结果显示，列线图模型的AUC 为0.860（95%CI：0.786～0.934），敏感度 0.792，特异度 0.844，详见图5。

图5 列线图模型预测OVCF 病人PVP 后同椎体再发骨折风险的ROC 曲线

3 讨论

PVP 是治疗OVCF 最常用的手术方式之一，其并发症的出现会影响手术疗效，但同椎体再发骨折并发症的影响因素尚不清晰，因此探究其危险因素对提高手术疗效至关重要。既往一些研究报道了PVP 后骨水泥椎体再发骨折的危险因素及相关影像表现，但对术后同一椎体再发骨折的诊断标准差异较大，且没有构建列线图模型预测。本研究探讨了PVP 后同椎体再发骨折的危险因素，结果发现存在延伸至终板的骨折线、IVC 和NPEC 以及较高的椎体高度恢复率是PVP 后同椎体再发骨折的独立危险因素，并成功构建了列线图模型，为预防和减少PVP 后同椎体再发骨折提供了可靠依据。

3.1 存在延伸至终板的骨折线与同椎体再发骨折的关系 笔者先前的研究[8]表明存在NPEC 和延伸至终板的骨折线可增加同椎体再发骨折的风险。本研究进一步表明，延伸至终板的骨折线是同椎体再发骨折的独立危险因素。首先，由于骨折的愈合不可能达到完全对位对线，当有延伸至终板的骨折存在时，对抗轴向压力的能力减弱，故会增加再发骨折的风险；其次，术中注射骨水泥可能会造成椎体前份前移，导致轴向压力向四周迁移，也可增加再发骨折的风险；此外，本研究显示存在延伸至终板的骨折线的椎体前份前移距离（3.12 mm）大于不存在延伸至终板骨折线的（1.67 mm），也进一步证实了这一点。

3.2 术前存在IVC 与同椎体再发骨折的关系 Heo等[9]对患OVCF 并行PVP 的病人进行研究，结果显示存在IVC 的病人椎体再发骨折的发生率（28.57%）高于不存在IVC 病人的（1.24%）。本研究发现术前椎体存在IVC 病人进行PVP 后同椎体再发骨折的发生率（94.74%，18/19）高于不存在IVC 病人的（40.54%，30/74），这与 Heo 等[9]研究结果基本一致。本研究还显示，存在IVC 是PVP 后同椎体再发骨折的独立危险因素，其再发骨折的风险是不存在IVC病人的27 倍（OR=27.117），且比延伸至终板的骨折线（OR=3.232）、椎体高度恢复率（OR=2.943）及NPEC（OR=1.993）的都高，表明存在 IVC 在同椎体再发骨折中起主要作用。

术前椎体存在IVC 引起的改变包括病理改变和继发改变。IVC 的病理改变为骨缺血坏死，在PVP术后，椎骨骨缺血坏死会继续进展，导致椎体进一步压缩[10]。IVC 的继发改变包括NPEC 和椎体高度过大的恢复率。本研究中存在IVC 的病人进行PVP后出现 NPEC 的比例高于不存在 IVC 的病人（94.74%和78.38%），这表明IVC 会影响骨水泥的分布。笔者认为在注射骨水泥的过程中，骨水泥首先进入低压区（IVC 区），由于骨水泥常常形成固体块，因而更容易出现NPEC。Teng 等[11]研究表明存在IVC 时，椎体高度恢复更为显著。本研究结果显示存在IVC 的病人椎体高度恢复率高于不存在IVC 病人的（12.63%和 7.19%），这与 Teng 等[11]研究结果基本相符，表明IVC 会造成椎体高度恢复率过高。

Zhang 等[12]研究发现，与上下终板存在NPEC 的病人相比，无NPEC 的病人再发骨折的风险更低。Hou 等[13]研究发现骨水泥与终板之间的距离越小，再发骨折的发生率越低，与本研究中NPEC 是再发骨折的独立危险因素的结果基本相符。当骨水泥与上下终板接触时，能为椎体提供很好的支撑，轴向压力能够通过上下终板传导；而存在NPEC 时，轴向压力通过无骨水泥区传导时，产生应力屏蔽效应，应力集中在周围脆弱的骨质上，易导致再发骨折。Lin 等[14]研究发现PVP 后椎体高度恢复过大的骨水泥椎体容易再发骨折。本研究表明椎体高度恢复率较高是再发骨折的危险因素，与Lin 等[14]研究结果一致。过多的椎体恢复可能造成椎旁软组织的张力增加，导致术椎椎体上的机械负荷增加，从而引起再发骨折。综上，是否存在IVC 可以影响NPEC和椎体高度恢复率。

3.3 其他影响再发骨折的因素 既往研究[15-18]表明，BMD 是术椎椎体再发骨折的危险因素。而本研究显示BMD 不是椎体再发骨折的危险因素，与上述研究结果相驳。本研究采用术椎出现骨髓水肿及椎体高度丢失作为诊断标准，在尽量提高术椎再发骨折诊断标准特异性的条件下，未发现BMD 会增加再发骨折的风险。Villarraga 等[17]研究认为术椎椎体高度降低是骨质疏松症的自然发展趋势，而骨质疏松导致术椎椎体高度降低可能不会引起骨髓水肿。本研究与其他研究结果不一致的原因可能是使用了骨髓水肿作为再发骨折的诊断标准。

3.4 列线图模型结果分析 本研究使用了列线图模型预测PVP 后同椎体再发骨折的风险，列线图模型的 AUC 为 0.860，敏感度 0.792，特异度 0.844，表明该模型有较高的临床价值。列线图以简单易懂的图形展示再发骨折危险因素的权重，从而可以更加直观地制定OVCF 病人的临床诊治方案。

3.5 局限性及小结 本研究尚存在以下不足之处：①纳入病例中再发骨折椎体数较少，可能会造成统计分析结果的误差。②没有通过CT 来评估骨水泥的分布，可能造成结果欠准确。③目前尚无术椎椎体再发骨折的金标准。总之，基于影像学征象建立的列线图预测模型可以作为PVP 后评估同一椎体再发骨折的辅助方法，该方法有助于临床医生制定个体化治疗方案，适当调整手术方式，从而提高手术疗效。