李 根 李 鑫 楊 碩 經(jīng) 歷 潘 彬 程 琳 袁 峰

經(jīng)椎間孔腰椎椎間融合術(shù)(transforaminal lumbar interbody fusion,TLIF)目前已廣泛應(yīng)用于臨床各種腰椎退行性疾病的治療中,與傳統(tǒng)的后路腰椎椎間融合術(shù)(posteriol lumbar interbody fusion,PLIF)比較,TLIF方法保留了椎體后方韌帶結(jié)構(gòu),這有助于恢復(fù)脊柱的生物力學(xué)穩(wěn)定性[1]。然而,術(shù)后椎間融合器沉降可能導(dǎo)致?lián)伍_的椎間隙及椎間孔的高度再次降低,使拉伸的韌帶松弛褶皺,進(jìn)而壓迫神經(jīng)根導(dǎo)致根性神經(jīng)癥狀的復(fù)發(fā)[2]。目前,大部分的研究者采用了量化標(biāo)準(zhǔn)對椎間融合器沉降進(jìn)行了定義,認(rèn)為術(shù)后椎間隙高度降低超過2mm即可定義為椎間融合器的沉降。流行病學(xué)研究顯示,TLIF術(shù)后融合器沉降的概率為 15.43%～32.12%, TLIF術(shù)后融合器沉降成為骨科醫(yī)生亟待解決的重要問題[3]。既往的回顧性研究報道了幾種可能導(dǎo)致椎間融合器沉降的危險因素,包括年齡、體重指數(shù)(body mass index,BMI)、椎間隙的形態(tài)、骨密度、術(shù)中終板處理操作等[4]。列線圖作為一種可視化的預(yù)測模型,近年來逐漸成為臨床醫(yī)生評估疾病預(yù)后、量化風(fēng)險、指導(dǎo)治療的重要工具[5]。然而,目前尚未有基于眾多危險因素構(gòu)建的TLIF術(shù)后融合器沉降的預(yù)測模型。因此,筆者探討TLIF術(shù)后融合器沉降的危險因素,建立并驗(yàn)證了一個預(yù)測模型,以期在早期識別融合器沉降的高危人群,為后續(xù)的臨床治療提供科學(xué)指導(dǎo)。

資料與方法

1.研究對象:選取2017年1月1日～2021年1月1日因腰椎退行性疾病于徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院接受TLIF手術(shù)治療的389例患者的臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn):①以腰椎間盤突出癥、腰椎滑脫癥等腰椎退行性病變行單節(jié)段TLIF手術(shù)的患者;②既往無腰椎手術(shù)史;③經(jīng)保守治療3個月癥狀未見改善;④術(shù)后隨訪時間大于1年;⑤有完整的影像學(xué)資料,包括術(shù)前腰椎X線、CT和MRI,術(shù)后1天、3個月、6個月、12個月以及末次的腰椎X線以及CT。排除標(biāo)準(zhǔn):①責(zé)任椎間隙壓縮超過50%或存在嚴(yán)重后凸畸形;②多節(jié)段病變;③合并脊柱腫瘤、結(jié)核;④臨床資料不全或在隨訪期間失聯(lián)的患者。本研究獲得筆者醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)(倫理學(xué)審批號:XYFY2022-KL470-01)。

2.主要觀察指標(biāo):回顧性分析患者術(shù)后1天、3個月、6個月、12個月以及末次復(fù)查的影像學(xué)資料,觀察比較術(shù)后椎間隙高度變化情況,將術(shù)后手術(shù)節(jié)段椎間隙高度丟失≥2mm患者歸為沉降組(n=83),其余患者歸為非沉降組(n=306)。徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院脊柱外科常規(guī)采用聚醚醚酮材質(zhì)的子彈頭融合器(融合器來自威高醫(yī)療器械有限公司、大博醫(yī)療器械有限公司,長度為22～32mm,高度為10～14mm),只有極少數(shù)患者使用了腎型融合器及Z型融合器,因應(yīng)用量較小,本研究暫不將融合器形態(tài)納入危險因素分析。因此,本研究最終收集了兩組患者的性別、年齡、BMI、Modic改變、椎間隙的形態(tài)、椎弓根螺釘?shù)奈恢?、術(shù)中終板損傷情況、HU(Hounsfield units)值、高血壓病史、糖尿病病史、吸煙史、手術(shù)節(jié)段、椎間隙高度矯正值和手術(shù)時間等臨床數(shù)據(jù)。

3.影像學(xué)參數(shù)的測量方法:在患者術(shù)前CT、MRI矢狀面觀察椎間隙的形態(tài)。將上下終板后半部分有凸面,而前半部分有凹面的椎間隙定義為梨形椎間隙,如圖1所示。術(shù)后1天拍攝腰椎X線檢查術(shù)中終板損傷情況,將終板損傷定義為術(shù)后X線上的融合器進(jìn)入終板的皮質(zhì)(圖2)。將每一個椎體HU值記為該椎體冠狀位、矢狀位、軸位3個切面最佳擬合圓的HU值的平均值,最后將L1～L55個椎體的HU值的平均值定為腰椎HU值(圖3)。術(shù)前MRI影像資料觀察融合節(jié)段Modic改變,如圖4所示,Ⅰ型T1序列呈低信號,T2序列呈高信號;Ⅱ型T1序列呈高信號,T2序列呈較高信號或等信號;Ⅲ型T1、T2序列均呈低信號。根據(jù)術(shù)后1天腰椎側(cè)位X線確定椎弓根螺釘?shù)奈恢?筆者在腰椎側(cè)位片上將椎體平均分為4個區(qū)域,椎弓根螺釘尖端所在區(qū)域代表椎弓根螺釘所在的位置(圖5)。

圖1 梨形椎間隙A.梨形椎間隙示意圖;B.CT掃描下的梨形椎間隙;C.MRI掃描下的梨形椎間隙

圖2 術(shù)后終板損傷A.側(cè)位片;B.正位片。術(shù)后腰椎X線可見融合器進(jìn)入終板

圖3 椎體HU值測量A.軸位;B.矢狀位;C.冠狀位。以L3椎體為例,使用PACS系統(tǒng)分別在L3椎體的軸位(A)、矢狀位(B)、冠狀位(C)劃選3個最佳擬合圓,L3椎體的HU值則為3個擬合圓的HU值的平均值

圖4 融合節(jié)段的Modic改變A.Modic Ⅰ型改變;B.Modic Ⅱ型改變;C.Modic Ⅲ型改變

圖5 椎弓根螺釘?shù)奈恢?～4.椎體平均分為4個區(qū)域

結(jié) 果

1.患者的臨床基本特征:本研究最終共納入389例因腰椎退行性疾病在徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院接受TLIF手術(shù)患者。所有患者平均隨訪時間為17個月(14～26個月)。共有83例患者出現(xiàn)融合器的沉降,發(fā)生率為21.34%。沉降組與非沉降組的BMI、Modic改變、椎間隙的形態(tài)、HU值、手術(shù)節(jié)段比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),詳見表1。

表1 兩組患者的基本資料與相關(guān)風(fēng)險因素分析

2.數(shù)據(jù)的降維與數(shù)據(jù)的篩選:使用LASSO回歸分析,選擇LASSO回歸模型中系數(shù)非零的變量作為潛在的預(yù)測因子。12個變量最終削減為BMI、Modic改變、椎間隙的形態(tài)、HU值、手術(shù)節(jié)段這5個變量(圖6),即可以通過BMI、Modic改變、椎間隙形態(tài)、HU值、手術(shù)節(jié)段來預(yù)測TLIF術(shù)后患者發(fā)生融合器沉降的概率。

圖6 使用LASSO回歸篩選TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的預(yù)測因子

3.個性化預(yù)測模型的建立:對LASSO 回歸中篩選的變量進(jìn)行多因素Logistic回歸分析 (表2)。BMI、Modic改變、椎間隙形態(tài)、HU值和手術(shù)節(jié)段均為TLIF術(shù)后患者發(fā)生融合器沉降的獨(dú)立預(yù)測因素。隨后這5個變量作為潛在的預(yù)測因子被納入到預(yù)測模型中繪制列線圖構(gòu)建可視化的臨床預(yù)測模型,詳見圖7。

表2 多因素Logistic回歸分析

圖7 預(yù)測TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的列線圖根據(jù)患者資料上信息在得分軸上獲得每個預(yù)測因子相對應(yīng)的數(shù)值,并將每一個預(yù)測因子的數(shù)值相加。在總得分軸上標(biāo)出總數(shù)值,并畫一條垂直于融合器沉降風(fēng)險軸的垂直線。垂直線對應(yīng)的數(shù)值就是預(yù)測的概率

4.融合器沉降預(yù)測模型的表觀性能:借助1000次自舉重復(fù)抽樣的方法對模型進(jìn)行了內(nèi)部驗(yàn)證并繪制了預(yù)測模型的校準(zhǔn)曲線,如圖8A所示,該模型的表觀曲線與偏差校正曲線彼此接近,具有高度一致性,表明該預(yù)測模型具有較好的預(yù)測性能。該模型的C指數(shù)為0.82515,AUC為0.8485,95% CI:0.8034～0.8935,表明該預(yù)測模型具有較好的鑒別能力,詳見圖8B。

圖8 臨床預(yù)測模型的校準(zhǔn)圖與臨床預(yù)測模型的ROC曲線

5.預(yù)測模型的臨床效能評估:如臨床決策曲線分析所示,該模型在閾值0.05～0.79具有最高的臨床獲益率,詳見圖9。

圖9 預(yù)測模型的臨床決策分析曲All.假設(shè)所有患者術(shù)后均出現(xiàn)融合器沉降;None.假設(shè)所有患者術(shù)后均不出現(xiàn)融合器沉降

討 論

關(guān)于融合器沉降的臨床意義現(xiàn)存在兩種主要的觀點(diǎn),部分研究者認(rèn)為,融合器沉降是融合器與椎體終板之間生物力學(xué)載荷重塑的一個過程,此過程一直延續(xù)至骨融合完成,并不會對術(shù)后臨床癥狀的改善產(chǎn)生不利的影響[6,7]。然而大部分研究者認(rèn)為,融合器的過度沉降可能會導(dǎo)致椎間隙與椎間孔高度丟失,前柱支持減弱,使拉伸變薄的韌帶再次褶曲變厚,削弱手術(shù)的間接減壓效果,進(jìn)而影響患者術(shù)后臨床癥狀的轉(zhuǎn)歸[8,9]。因此筆者通過LASSO回歸篩選出BMI、Modic改變、椎間隙的形態(tài)、HU值以及手術(shù)節(jié)段作為預(yù)測因子,建立風(fēng)險預(yù)警模型,并通過列線圖來預(yù)測TLIF術(shù)后融合器沉降的概率,這有助于及早識別融合器沉降的高危人群,優(yōu)化患者的治療效果。

本研究構(gòu)建的預(yù)測模型中,BMI是TLIF術(shù)后融合器沉降的潛在的預(yù)測因子,其中,肥胖是TLIF術(shù)后融合器沉降的危險因素。研究表明,肥胖會對腰椎產(chǎn)生異常應(yīng)力,成為影響肥胖患者腰椎融合術(shù)后中遠(yuǎn)期并發(fā)癥的重要因素[10,11]。Yao等[12]在研究微創(chuàng)經(jīng)椎間孔腰椎間融合術(shù)(minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion,MI-TLIF)術(shù)后融合器沉降的危險因素中發(fā)現(xiàn),融合器沉降組的BMI顯著高于未沉降組。Behrbalk等[13]也得到了同樣的結(jié)論。這與筆者預(yù)測模型得到的結(jié)果是一致的,提示該預(yù)測模型具有良好的科學(xué)性與可行性。

椎間盤退行性改變會使終板承受過多的軸向載荷與應(yīng)力,引起終板及終板下骨質(zhì)在MRI上出現(xiàn)異常的信號改變,即Modic改變[14,15]。Modic改變中的終板損傷會弱化終板強(qiáng)度,降低終板載荷能力,同時Modic改變帶來的微環(huán)境變化會使損傷的終板難以得到充足的營養(yǎng)供給,損傷無法及時修復(fù)[16]。本研究發(fā)現(xiàn),Modic改變Ⅰ型與Ⅱ型患者術(shù)后融合器沉降的發(fā)生率明顯高于無Modic改變患者,這與王牧一等[17]研究結(jié)果一致,但Modic改變Ⅲ型的患者出現(xiàn)融合器沉降發(fā)生率卻低于無Modic改變的患者,筆者認(rèn)為這可能與軟骨終板的硬化有關(guān)。

該預(yù)測模型將椎間隙的形態(tài)作為TLIF術(shù)后融合器沉降的預(yù)測因子,這與之前的研究結(jié)果相一致,Park等[18]在探究TLIF術(shù)后融合器沉降危險因素時發(fā)現(xiàn),手術(shù)節(jié)段為梨形椎間隙的患者更容易出現(xiàn)TLIF術(shù)后融合器沉降。筆者認(rèn)為當(dāng)融合器斜行植入椎間隙時,梨形椎間隙與融合器接觸面積較非梨形椎間隙小,接觸面壓強(qiáng)大,應(yīng)力集中進(jìn)而誘發(fā)融合器沉降。

椎體的骨質(zhì)量被認(rèn)為是影響腰椎融合術(shù)后融合器下沉的重要影響因素[19]。Park等[18]在對TLIF術(shù)后并發(fā)癥研究中發(fā)現(xiàn),骨質(zhì)疏松出現(xiàn)融合器沉降的概率是無骨質(zhì)疏松患者的5.77倍。Hou等[20]對不同骨密度的腰椎終板進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn),認(rèn)為BMD與腰椎終板的失效載荷呈正相關(guān),即BMD值越高,腰椎終板硬度越強(qiáng),其發(fā)生腰椎術(shù)后融合器沉降的概率越低。雙能 X 線吸收測定法(dual- energy X-ray absorptiometry,DXA)作為目前測量骨密度 T 值的金標(biāo)準(zhǔn),廣泛應(yīng)用于臨床中,然而其額外的輻射及花費(fèi)使得該項(xiàng)檢查難以成為術(shù)前的常規(guī)檢查[21]。近年來,大量研究證實(shí)了計算機(jī)斷層掃描的HU值可作為DXA測量骨密度的替代方法,不僅可以有效避免基于 DXA 測量椎體骨密度T值的誤差,同時有選擇性局部測量椎體骨密度,提供椎體骨密度HU值,當(dāng)椎體HU值<110,即可診斷為骨質(zhì)疏松[22,23]。與既往研究類似,本研究發(fā)現(xiàn),HU值≥110的患者術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的風(fēng)險遠(yuǎn)低于HU值<110患者,其OR值為0.11。因此對于術(shù)前測量HU值<110的患者常規(guī)給予術(shù)前與術(shù)后的抗骨質(zhì)疏松治療,減少術(shù)后融合器沉降風(fēng)險。

目前,關(guān)于手術(shù)節(jié)段對TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的影響尚未得出統(tǒng)一的結(jié)論,有研究者認(rèn)為,TLIF術(shù)中L4～L5單節(jié)段融合較其他單節(jié)段融合有著更高的沉降率[12]。然而本研究發(fā)現(xiàn),手術(shù)節(jié)段L5～S1是TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的獨(dú)立危險因素,這可能與該節(jié)段有較大的靈活性以及重量載荷有關(guān),術(shù)中操作者在處理該節(jié)段椎間隙時會傾向?qū)υ摴?jié)段進(jìn)行更多的終板處理[24]。適當(dāng)?shù)慕K板處理不僅能夠提高植骨融合率,并且能夠減少融合器脫出等相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。研究表明,TLIF術(shù)中的終板損傷在增加融合器脫出率的同時也提高融合器沉降的風(fēng)險[19]。因此本研究收集了患者術(shù)后1天腰椎X線并依此判斷術(shù)中終板損傷的情況。結(jié)果分析表明,沉降組與非沉降組終板損傷情況無明顯的差異(P>0.05),盡管這項(xiàng)研究并不支持術(shù)中終板的損傷會增加融合器沉降的風(fēng)險假設(shè),但由于此次研究中病例量較小,且終板損傷情況僅是通過腰椎X線來評估,因此需要納入更多的樣本量及CT掃描的影像學(xué)資料才能得到更具說服力的結(jié)論。

本研究中筆者通過繪制列線圖構(gòu)建了TLIF術(shù)后融合器沉降的預(yù)測模型,為預(yù)測融合器沉降發(fā)生及高風(fēng)險人群早期干預(yù)處理提供了依據(jù)。本研究通過將LASSO回歸分析篩選出來的變量納入預(yù)測因子中構(gòu)建模型,并通過ROC曲線及C指數(shù)對模型的準(zhǔn)確度進(jìn)行評估,ROC曲線下面積為0.8485,C指數(shù)為0.82515,表明該模型具有良好的臨床可靠性。在校準(zhǔn)度評估中,校準(zhǔn)曲線始終圍繞參考線波動,未出現(xiàn)顯著的偏離,表明該預(yù)測模型預(yù)測TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的概率與術(shù)后實(shí)際發(fā)生融合器沉降的概率具有高度一致性。決策曲線分析表明,該預(yù)測模型具有較好的臨床獲益率,使用該模型進(jìn)行預(yù)測風(fēng)險的患者能從中獲益。

然而,本研究也存在一定的局限性:(1)臨床資料僅來自于單個中心,缺乏多中心的對比,并且患者的平均隨訪時間相對較短,未來仍需要多中心的臨床資料進(jìn)行外部驗(yàn)證以及更長時間隨訪的研究。(2)本研究并沒有結(jié)合融合器的形態(tài)納入危險因素分析,這是今后的研究方向。

綜上所述,該研究的LASSO回歸分析及多因素Logistic回歸分析表明,BMI、Modic改變、椎間隙的形態(tài)、HU值,手術(shù)節(jié)段L5～S1是TLIF術(shù)后出現(xiàn)融合器沉降的獨(dú)立危險因素。筆者基于這些危險因素構(gòu)建的預(yù)測模型能夠客觀準(zhǔn)確為臨床醫(yī)生及患者提供個性化的風(fēng)險評估,以便于早期干預(yù)處理。