曹廣如，廖文波，蔡玉強，王霞，陳太勇，陳琦，王翀

（遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 脊柱外科，貴州 遵義 563003）

論著

CT判斷不同密度同種異體骨犬椎體間融合效果研究

曹廣如，廖文波，蔡玉強，王霞，陳太勇，陳琦，王翀

（遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 脊柱外科，貴州 遵義 563003）

目的計算機斷層掃描（CT）判斷不同密度同種異體骨在犬椎體間融合情況，為臨床椎體間植骨融合術(shù)中植入合適密度骨提供依據(jù)。方法將21只健康中華田園犬隨機分成3組，每組7只。所有動物均行經(jīng)前路腰椎間盤摘除椎體間植骨融合術(shù)。3組分別予高密度植骨（甲組），正常密度植骨（乙組），空白對照（丙組）。于術(shù)后12周行腰椎CT平掃+三維重建觀察椎間融合效果。應(yīng)用Photoshop軟件測量融合骨橫截面CT圖形面積，計算椎體間融合程度。結(jié)果術(shù)后12周，3組椎體間融合的比例分別為甲組（75.91±8.25）、乙組（94.67±3.35）、丙組（37.78±1.16）。植骨組（甲組、乙組）與空白對照組（丙組）比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），正常密度植骨組（乙組）椎間融合效果優(yōu)于其他兩組（P<0.05）。結(jié)論椎體間融合術(shù)中移植未經(jīng)壓縮的同種異體骨，有利于促進椎體間融合。

同種異體骨；骨移植；骨密度；脊柱融合術(shù)

脊柱融合術(shù)為現(xiàn)階段脊柱外科常用手術(shù)方法之一。目前臨床上判斷椎體間植骨融合是否成功尚無明確統(tǒng)一的非侵入性評定標(biāo)準(zhǔn)，X線對椎體間融合的評定方法尚不夠理想[1]。FDA認為的X線判定椎體間融合的標(biāo)準(zhǔn)為：①伸、屈為X線片上椎體間角度變化<5°；②Cage周圍不透亮，沒有偏移。但其由于受內(nèi)固定材料、攝片角度技巧等原因影響較大。本實驗利用CT成像及像素疊加的方法來研究不同密度同種異體骨在犬椎體間融合情況，旨在為臨床上椎體間植骨融合手術(shù)應(yīng)用移植骨量提供可行性依據(jù)。

1　材料與方法

1.1實驗動物

考慮到兔、鼠體型較小，對創(chuàng)傷較大的脊柱椎體間融合術(shù)的耐受能力較差，因此，本實驗選用中華田園犬為實驗動物。本實驗隨機選取21只中華田園犬，由遵義醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供，月齡12個月。實驗前適應(yīng)性飼養(yǎng)2周，確認無疾病、畸形等。實驗操作遵守《關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見》標(biāo)準(zhǔn)。

1.2主要實驗材料、儀器及軟件

椎間融合器[該產(chǎn)品材料采用聚醚醚酮（PEEK）材料，上海超聚新材料科技有限公司]，炫速雙源CT（SIEMENS，德國），超低溫冰箱（Thermo Electron，美國），Photoshop軟件：Adobe Photoshop CC 2015（32 Bit）。

1.3實驗分組

將實驗動物以體重大小編序，以動物序號按照“隨機數(shù)字表法”將動物完全隨機地分成3組，每組7只。植骨高密度組（甲組）：行經(jīng)前路椎間盤摘除椎間融合器植骨融合術(shù)，植入經(jīng)過壓縮的高密度同種異體骨。植骨正常密度組（乙組）：經(jīng)前路椎間盤摘除椎間融合器植骨融合術(shù)，植入未經(jīng)壓縮的正常密度同種異體骨?？瞻讓φ战M（丙組）：僅行單純前路椎間盤摘除椎體間融合術(shù)。

1.4方法

1.4.1制備同種異體骨選擇健康犬安樂死，取出股骨及髖骨，取松質(zhì)骨，BPS沖洗髓腔，生理鹽水洗凈。1%新潔爾滅溶液浸泡20min，70%酒精浸泡10min。制作同種異體骨顆粒。生理鹽水洗凈并輻射滅菌，冷凍干燥后置于-80℃冰箱中冷凍2周脫免疫原性。使用前常規(guī)細菌培養(yǎng)3次，確定無菌。查閱文獻[2-3]確定椎間隙大小，制作19.0mm×8.0mm×2.5mm同種異體骨塊，按照上述方法對其進行脫免疫原性。置于-80℃冰箱冷凍2周后，同種異體骨塊置于-4℃冰箱保存?zhèn)溆?。使用之前輻射滅菌處理?/p>

1.4.2建立椎體間融合模型0.5%戊巴比妥鈉（30mg/kg）腹腔注射麻醉成功后，將犬置于操作臺仰臥固定。10%NaS腹部脫毛備皮后，生理鹽水沖洗、擦干。常規(guī)碘伏消毒、鋪無菌巾。沿腹前正中線逐層切開組織至腹腔，將腸管等腹腔臟器輕撥至一旁，并用生理鹽水紗布保護。切開腹后膜，撐開軟組織，切開前縱韌帶，顯露腰椎間盤。髓核鉗摘除椎間盤，撐開器撐開，植骨高密度組（甲組）植入事先制備好的椎間融合器及同種異體骨。植入之前將同種異體骨顆粒填滿融合器，用骨錘、植骨棒將松質(zhì)骨壓實。植骨正常密度組（乙組）將事先塑形的同種異體骨塊完整植骨椎間隙?？瞻讓φ战M（丙組）摘除椎間盤后不予植入任何材料。取出撐開器，充分沖洗后明膠海綿填塞止血，清點器械無誤后逐層關(guān)腹。手術(shù)過程中注意即時止血。術(shù)后予慶大霉素肌注3 d預(yù)防感染。動物分狗圈單獨飼養(yǎng)，自由進食及飲水。各組實驗動物飼養(yǎng)條件一致，觀察動物活動情況。于術(shù)后12周對實驗動物進行安樂死處理，取出部分胸椎及全部腰椎，行腰椎CT平掃+三維重建。整個飼養(yǎng)過程中，無實驗動物死亡，正常進食，無四肢不能活動等情況，且未出現(xiàn)術(shù)區(qū)切口感染。

1.5CT圖像及Photoshop測量處理方法

CT圖像及Photoshop測量處理方法見圖1A、1B。融合骨面積比值（AR）=融合骨面積（S1）×50%相鄰上下椎體橫截面積之和；融合骨面積（S1）=[椎體間融合部分像素（N1）×標(biāo)尺面積]÷標(biāo)尺面積像素A1；為便于計算所有圖像標(biāo)尺像素均設(shè)為70像素/cm，標(biāo)尺面積設(shè)定為1 cm2。椎體間融合部分像素N1=13 400，標(biāo)尺面積像素（A1）=70×70=4 900像素/cm2，融合骨面積（S1）=（N1×1）÷A1=13 400÷ 4 900=2.73 cm2。同樣的方法計算出相鄰上一椎體橫截面積（S2）=4.29 cm2，和相鄰上一椎體橫截面積（S3）=4.36 cm2。融合骨面積比值（AR）=融合骨面積（S1）×50%相鄰上下椎體橫截面積之和，即S1×50%（S2+S3）=63.11%。

圖1　CT圖像及Photoshop測量處理方法

1.6檢測指標(biāo)及椎體間融合評價

各組分別于術(shù)后12周行腰椎CT平掃+三維重建。依據(jù)CT檢查結(jié)果，應(yīng)用Photoshop測量融合處橫截面積占椎體橫截面積比值，計算出新骨生成量，判斷椎間融合效果。

1.7統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，橫截面融合骨面積比值經(jīng)正態(tài)性檢驗后，組間比較用完全隨機設(shè)計資料進行隨機區(qū)組設(shè)計資料的單因素方差分析；Levene檢驗定量資料方差齊性：總體有差異則進一步用Bonferroni進行兩兩比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1各組典型圖像三維重建圖

通過3組典型CT圖像之間比較，可以直觀看出，甲組（圖2）、乙組（圖3）和丙組（圖4）中，正常密度植骨組（乙組）的椎體間融合效果好。

2.2CT圖像處理及數(shù)據(jù)分析

橫截面融合骨面積比值乙組高于甲組和丙組，甲組高于丙組（P<0.05）。見附表。

圖2　甲組腰4、腰5椎體間部分融合典型圖像

圖3　乙組腰4、腰5椎體間完全融合典型圖像

圖4　丙組腰2、腰3椎體未融合典型圖像

附表　術(shù)后12周3組CT檢查橫截面融合骨面積比值 （）

附表　術(shù)后12周3組CT檢查橫截面融合骨面積比值 （）

注：1）與甲組比較，P<0.05；2)與乙組比較，P<0.05；完全隨機設(shè)計的單因素方差分析，F(xiàn)=3.798。Bonferroni結(jié)果顯示，甲組與乙組比較，P=0.042；甲組與丙組比較，P=0.046；乙組與丙組比較，P=0.039

組別　橫截面融合比例/%甲組（n=7）　75.91±8.25乙組（n=7）　94.67±3.351）丙組（n=7）　37.78±1.161）2）

3　討論

椎體融合過程中除了內(nèi)固定因素[4]外，移植材料的性質(zhì)也是影響移植效果的重要因素。目前常用的骨移植材料可以分為：自體骨、同種異體骨、異種骨和天然材料（如海藻酸鹽[5]），以及包括3D打印材料技術(shù)[6-7]在內(nèi)的各種人工替代材料。用取自髂嵴的自體松質(zhì)骨作為骨移植材料，是目前治療骨缺損的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8]，同時也是椎體間植骨融合的最佳植骨材料。良好的移植材料應(yīng)當(dāng)具有很好的骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性、生物可降解性、組織相容性、低免疫原性及無疾病傳播等優(yōu)點。自體骨與其他材料比較有上述優(yōu)點，但也有骨量少、取骨部位醫(yī)源性創(chuàng)傷、增加患者痛苦等缺點。各種骨移植替代材料如磷酸鈣、羥基磷灰石和生物玻璃等又因為缺少骨誘導(dǎo)能力等因素而不能作為理想的骨移植材料。BODENN等[9-10]利用兔腰椎橫突間脊柱融合動物模型，觀察自體髂骨移植的脊柱融合過程。將其整個過程分成3個階段：融合早期（2～3周）；融合中期（4～5周）；融合晚期（6周以后）觀察到10周時，融合塊開始重塑，周圍開始出現(xiàn)皮質(zhì)化現(xiàn)象。TORIATAKE等[11]認為，骨愈合與移植物的血管化的范圍密切相關(guān)。在移植物愈合的過程中，血運建立對于營養(yǎng)的新骨形成起到非常重要的作用，移植物血管化的多少是影響融合的一個重要因素。同種異體松質(zhì)骨移植是一種天然的可生物降解的骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)材料[12]，適宜密度移植同種異體骨的有效孔徑為骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)作用提供良好條件。椎體間植入同種異體骨有利于新生血管網(wǎng)的長入，為間充質(zhì)干細胞的增殖、分化創(chuàng)造條件，有利于椎體間融合。但由于過度壓縮，失去了天然的松質(zhì)骨孔隙的三維立體結(jié)構(gòu)，高密度同種異體骨植入椎體間，不利于椎體間融合。

組織損傷后的自我修復(fù)能力在很大程度上取決于損傷局部的血液循環(huán)是否良好[13]。例如[14-15]半月板外三分之一結(jié)構(gòu)，又被稱為紅區(qū)，局部血液供應(yīng)良好，在損傷后有很好的修復(fù)能力；相比之下，半月板內(nèi)部三分之一（白區(qū)）的白區(qū)血液供應(yīng)較差，損傷后就很難自我修復(fù)。而摘除椎間盤，將相鄰椎體融合的過程，相當(dāng)于一次骨組織創(chuàng)傷愈合過程。決定組織損傷修復(fù)成敗的關(guān)鍵：良好的血液循環(huán)提供充足的營養(yǎng)、細胞和細胞因子，適當(dāng)?shù)耐饨绱碳ぃㄉ⑽锢淼龋?，以及損傷組織局部穩(wěn)定的微環(huán)境。幾乎任何組織損傷后若沒有良好的血液循環(huán)，損傷組織很難恢復(fù)到未損傷以前的自然形態(tài)。例如骨組織有良好的再生能力，然而到目前為止還沒有一個令人滿意的逆轉(zhuǎn)骨缺血性壞死的方法[16]。與骨不愈合的治療目標(biāo)[17]相似，椎間融合的臨床治療導(dǎo)向，也是希望在最短的時間內(nèi)達到最佳的椎間融合狀態(tài)，盡可能地獲得最好的功能恢復(fù)并且盡量避免并發(fā)癥的發(fā)生。

采用經(jīng)前路椎間盤切除、椎體間植骨融合術(shù)的優(yōu)點在于椎體間能提供較大的植骨空間，并可以較快速地進入手術(shù)區(qū)，避免經(jīng)過椎管，避免損傷對脊柱穩(wěn)定相對重要的后縱韌帶復(fù)合體。臨床上在手術(shù)植骨過程中常因為個人習(xí)慣、操作視野小、避免植骨塊脫入椎管等因素，常常需要將同種異體骨壓緊填實。必定導(dǎo)致植入的同種異體骨密度增加，必然會引起填充材料的三維孔徑和空隙率等變化。脊柱融合術(shù)中利用植入同種異體骨的支架作用，松質(zhì)骨間隙為血管網(wǎng)的長入提供適宜大小的空間。毛細血管網(wǎng)形成后，血管周圍組織逐漸長入同種異體骨的空隙中，通過骨傳導(dǎo)作用、骨誘導(dǎo)作用，相應(yīng)的間質(zhì)干細胞進入松質(zhì)骨間隙，并定向誘導(dǎo)分化為成骨細胞，進而進一步分化為骨細胞。同種異體骨的三維立體結(jié)構(gòu)主導(dǎo)新骨空間結(jié)構(gòu)的形成。正常密度同種異體比經(jīng)過壓縮后的同種異體骨能提供更加適宜的三維空間。

本實驗結(jié)果給椎體間植骨融合手術(shù)的啟示，脊柱融合術(shù)中應(yīng)用同種異體骨的椎體間融合效果比未用同種異體骨移植的融合效果好，且未經(jīng)壓縮的同種異體骨比壓縮后的同種異體骨能為新骨的形成提供更適宜的三維空間，有利于椎體間融合。

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（張西倩編輯）

CT in assessment of effect of lumbar interbody fusion after allotransp lantation with different-density bones in dog

Guang-ru Cao，Wen-bo Liao，Yu-qiang Cai，XiaWang，Tai-yong Chen，Qi Chen，Chong Wang
（Departmentof Spinal Surgery，the Affiliated Hospital of Zunyi Medical College，ZunYi，Guizhou 563003，China）

Objective To assess the effect of application of allogeneic bones with different densities to canine's lumbar interbody fusion by CT，so as to provide clinical basis for such allotransplantation with appropriate-density allogeneic bones.Methods Twenty-one healthy Chinese pastoral dogs were randomly divided into 3 groups.All the dogs underwent anterior lumbar discectomy and interbody fusion.The three groups were treated with high-density bone allograft（group A），normal-density bone allograft（group B）and no graft（blank control group，group C）.Lumbar CT scan and three-dimensional reconstruction were performed at the 12th week after operation to observe the effect of intervertebral fusion.Photoshop software was used to measure the area of the CT image of the cross section of newly-formed bones and calculate the degree of vertebral-body fusion.Results In the 12th week after surgery，the proportion of interbody fusion was（75.91±8.25）%in the group A，（94.67±3.35）%in the group B and（37.78±1.16）%in the group C.There were statistically significant differences between the grafting bone groups（groups A and B）and the blank control group（group C）（P＜0.05）.The effect of interbody fusion in the normal-density bone graft group（group B）was better than that of the other two groups（P＜0.05）.Conclusions Transplantation of uncompressed allograft bone in interbody fusion can promote the fusion of the vertebral bodies.

allograft；bone transplantation；bone density；spinal fusion

R 687.3

A

10.3969/j.issn.1005-8982.2016.14.007

1005-8982（2016）14-0032-05

2015-12-04

廖文波，E-mail：wenbo900@sina.com；Tel：13985685360