《Frontiers in Endocrinology》：Exploring the MRI-based vertebral bone quality score as a novel predictor of spongy cement distribution in osteoporotic vertebral compression fractures following percutaneous vertebral augmentation
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摘要
背景：既往研究表明，海绵样骨水泥分布模式与骨质疏松性椎体压缩骨折（OVCFs）患者的优良临床及影像学结局相关。然而，基于MRI的椎体骨质量（VBQ）评分与海绵样骨水泥分布模式之间的关系仍不明确。本研究旨在评估VBQ评分对经皮椎体强化术（PVA）后实现海
摘要
背景：既往研究表明，海绵样骨水泥分布模式与骨质疏松性椎体压缩骨折（OVCFs）患者的优良临床及影像学结局相关。然而，基于MRI的椎体骨质量（VBQ）评分与海绵样骨水泥分布模式之间的关系仍不明确。本研究旨在评估VBQ评分对经皮椎体强化术（PVA）后实现海绵样骨水泥分布的预测价值，并识别独立影响因素。
方法：研究人员回顾性纳入2020年1月至2024年12月期间接受经皮椎体成形术（PVP）或经皮椎体后凸成形术（PKP）的单节段OVCFs患者。根据术后正位和侧位X线片，将患者分为海绵样分布组（Spongy组，n=94）和非海绵样分布组（Non-spongy组，n=142）。收集并分析潜在因素，包括年龄、性别、体质指数（BMI）、骨密度（BMD）、高血压、糖尿病、血清尿酸水平、吸烟史、糖皮质激素使用、骨折椎体节段、骨水泥注入量、手术技术（PVP或PKP）、VBQ评分、椎体内真空裂隙（IVC）、椎体压缩率（VCR）、局部后凸角（LCA）及骨水泥渗漏。记录临床结局，包括视觉模拟量表（VAS）和Oswestry功能障碍指数（ODI）评分，并在多个术后时间点进行组间比较。记录邻近椎体骨折（AVF）和骨水泥移位（BCD）等并发症。采用Logistic回归分析识别与海绵样骨水泥分布模式相关的独立因素。通过受试者工作特征（ROC）曲线分析评估VBQ评分的预测效能。
结果：共纳入236例患者。单因素分析显示，两组在年龄、血清尿酸水平、VBQ评分、BMD T值、骨水泥注入量、IVC存在、VCR、LCA及手术技术方面差异具有统计学意义（均P<0.05）。二元Logistic回归分析显示，VBQ评分（OR=0.179，95% CI 0.053–0.602，P=0.005）、VCR（OR=0.770，95% CI 0.677–0.875，P=0.001）、LCA（OR=0.750，95% CI 0.667–0.884，P=0.001）、IVC（OR=0.171，95% CI 0.045–0.648，P=0.009）及骨水泥注入量（OR=0.247，95% CI 0.142–0.430，P=0.001）与实现海绵样分布模式的可能性降低相关，而较高的BMD T值（OR=6.101，95% CI 2.097–17.750，P=0.001）和PVP（OR=4.914，95% CI 1.374–17.574，P=0.014）手术技术与较高的可能性相关。VBQ评分显示出良好的预测能力，ROC曲线下面积（AUC）为0.759（95% CI: 0.697–0.821），最佳截断值为3.155（敏感性：72.3%，特异性：73.2%）。海绵样骨水泥分布患者在疼痛缓解和功能改善方面显著更优，且并发症发生率更低（均P<0.05）。
结论：术前VBQ评分是OVCFs患者PVA术后海绵样骨水泥分布模式的简单、无创且可靠的预测指标。VBQ评分、LCA、VCR、IVC及较大骨水泥注入量与实现海绵样分布模式的可能性降低相关，而较高的BMD T值和PVP技术与较高的可能性相关。这些发现可能有助于外科医生进行术前风险分层和手术规划。
基于MRI的椎体骨质量评分预测经皮椎体强化术后骨水泥分布模式的研究解读
一、研究背景与问题提出
骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fractures, OVCFs）是骨质疏松症（osteoporosis, OP）最常见的 fragility fracture 类型之一，全球每年新发病例超过890万例，给老龄化社会带来了沉重的社会经济负担。临床上，OVCFs常导致严重腰背痛、进行性胸腰椎后凸畸形、椎旁肌萎缩及生活质量显著下降。保守治疗如卧床休息、非甾体抗炎药物（nonsteroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs）、支具固定及物理治疗往往症状缓解有限。自1987年Galibert等首次报道以来，经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty, PVP）和经皮椎体后凸成形术（percutaneous kyphoplasty, PKP）已成为OVCFs广泛采用的微创治疗手段，可快速缓解疼痛并恢复椎体稳定性。然而，骨水泥渗漏、椎体高度丢失、残余后凸畸形及邻近椎体骨折（adjacent vertebral fracture, AVF）等并发症仍影响临床结局。
越来越多的证据表明，骨水泥分布模式是决定PVP和PKP术后结局的关键因素。Lane等根据术后X线片将骨水泥分布分为海绵样和团块样两种类型。海绵样分布的特征是骨水泥在骨小梁网络内弥漫性交锁，形成多孔不规则结构；团块样分布则表现为骨水泥在空腔内局限性填充，形成致密团块。Yu等和Heo等的研究均证实海绵样分布可获得更优的远期影像学和临床结局，Chen等亦发现海绵样组的疼痛缓解和功能恢复优于团块样组。然而，目前临床上仍缺乏可靠且易于获取的术前预测指标来预判骨水泥分布模式。
近年来，基于非增强T1加权腰椎MRI的椎体骨质量（vertebral bone quality, VBQ）评分作为一种评估骨质量的新型影像学指标受到关注。该指标基于骨髓脂肪浸润程度与骨强度呈负相关的原理，通过T1加权MRI进行定量评估。VBQ评分已在骨质疏松症筛查及脊柱融合术后融合器下沉、椎弓根螺钉松动等并发症预测中得到验证。但VBQ评分与海绵样骨水泥分布模式之间的关系尚不清楚。因此，本研究旨在评估VBQ评分对PVA后实现海绵样骨水泥分布的预测价值，并识别独立影响因素。
二、研究设计与主要结论
这是一项单中心回顾性研究，经成都体育学院附属体育医院伦理委员会批准（NO. 202609），所有操作遵循《赫尔辛基宣言》。研究使用G*Power软件（版本3.1.9.7）进行先验功效分析，假设优势比（odds ratio, OR）为1.5、显著性水平α为0.05、统计功效为0.80，计算所需最小样本量为231例。2020年1月至2024年12月期间共筛选286例OVCFs患者，排除35例接受保守治疗和15例接受开放手术的患者后，最终纳入236例接受PVA治疗的患者。根据术后正侧位X线片上骨水泥分布模式分为Spongy组（n=94）和Non-spongy组（n=142）。
研究得出以下主要结论：术前VBQ评分是OVCFs患者PVA术后海绵样骨水泥分布模式的独立预测因素（OR=0.179, P=0.005），最佳截断值为3.155，AUC为0.759。VBQ评分、椎体压缩率（vertebral compression ratio, VCR）、局部后凸角（local cobb angle, LCA）、椎体内真空裂隙（intravertebral vacuum cleft, IVC）及较大骨水泥注入量与实现海绵样分布的可能性降低相关，而较高的骨密度（bone mineral density, BMD）T值和PVP手术方式与较高的可能性相关。该论文发表在《Frontiers in Endocrinology》。
三、主要技术方法
研究人员采用以下关键技术方法：（1）基于非增强T1加权腰椎MRI计算VBQ评分，即L1-L4椎体骨髓感兴趣区（regions of interest, ROI）平均信号强度（signal intensity, SI）除以L3水平脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）信号强度；（2）术后正侧位X线片评估骨水泥分布模式，将椎体分为9个等分区，≥6个有效区定义为海绵样分布；（3）采用二元Logistic回归分析识别独立影响因素；（4）利用受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线评估预测效能并确定最佳截断值。样本来源于成都体育学院附属体育医院2020年1月至2024年12月期间收治的236例OVCFs患者。
四、研究结果
1. 单因素分析结果
共236例患者纳入研究，Spongy组94例，Non-spongy组142例，平均随访时间16.32±3.73个月。两组患者在性别、BMI、高血压、吸烟史、糖皮质激素使用、骨折节段和骨水泥渗漏方面无显著差异（均P>0.05）。但年龄、血清尿酸水平、VBQ评分、BMD T值、骨水泥注入量、IVC存在、VCR、LCA及手术技术与海绵样分布模式显著相关（均P<0.05）。值得注意的是，糖尿病虽在单因素分析中显示显著差异（P=0.038），但未作为独立预测因素保留在最终模型中。
2. 二元Logistic回归分析结果
将单因素分析中P<0.05的变量纳入回归模型后，VBQ评分（OR=0.179）、VCR（OR=0.770）、LCA（OR=0.750）、IVC（OR=0.171）和骨水泥注入量（OR=0.247）与实现海绵样分布的可能性降低独立相关；而较高的BMD T值（OR=6.101）和PVP手术方式（OR=4.914）与较高的可能性独立相关。模型经Hosmer-Lemeshow拟合优度检验显示校准良好（P=0.420），Nagelkerke R2为0.836，表明模型可解释83.6%的骨水泥分布变异。
3. ROC曲线及VBQ评分与BMD的相关性
ROC曲线分析显示，VBQ评分的AUC为0.759（95% CI 0.697–0.821），敏感性0.723，特异性0.732，最佳截断值为3.155。BMD的AUC为0.751，VCR为0.791，LCA为0.798，骨水泥注入量为0.807，均表现出相当的预测准确性。而IVC（AUC=0.438）和PVP（AUC=0.568）单独使用时预测效能较差。相关分析显示，VBQ评分与BMD T值呈负相关（r=-0.213，P<0.001），表明VBQ评分可从非放射学角度反映骨质疏松状态。
4. 两组临床结局比较
术前两组VAS和ODI评分无显著差异（P>0.05）。Spongy组在术后3天和最终随访时的VAS和ODI评分均显著优于Non-spongy组（均P<0.05）。并发症方面，Spongy组骨水泥移位（bone cement displacement, BCD）发生率显著低于Non-spongy组（6.38% vs. 14.80%，P<0.05），但两组AVF发生率差异未达到统计学显著性（8.51% vs. 11.97%，P>0.05）。海绵样分布组在疼痛缓解和功能恢复方面表现出更优的临床结局。
五、讨论与结论
研究结果表明，VBQ评分可作为PVA术后海绵样骨水泥分布的有效术前预测指标。其机制可从两方面解释：其一，骨质疏松骨组织学上表现为骨小梁萎缩和骨髓脂肪浸润增加，随着椎体孔隙率增加，作为引导骨水泥沿毛细血管作用交锁分布的自然支架的骨小梁网络变得稀疏和不连续，注入的骨水泥倾向于沿最小阻力路径流动而非沿骨小梁表面均匀扩散，最终形成非海绵样分布。其二，高VBQ评分反映骨髓脂肪细胞浸润增多，聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）与脂肪细胞的疏水特性在界面产生疏水-疏水排斥作用，且注入过程中被置换的脂肪性骨髓包裹骨水泥形成物理隔离层，阻碍骨水泥-骨直接接触，进一步抑制海绵样分布的形成。
PVP较PKP更易实现海绵样分布，可能因为PKP球囊扩张压缩周围骨小梁形成致密周边壳层，限制骨水泥向腔外渗透。而PVP允许直接低压注入骨水泥至骨小梁间隙，促进更弥散和交锁的分布。此外，较高的VCR和LCA反映更严重的椎体塌陷和后凸畸形，可破坏固有骨小梁结构并减少残余松质骨连接性。IVC周围的纤维组织和硬化骨界面阻碍骨水泥向邻近松质骨渗透，导致局部骨水泥聚集。骨水泥注入量与分布模式呈非线性关系，适中且靶向的注射相较于单纯增加总量更为关键。
研究结论：术前VBQ评分是OVCFs患者PVA术后海绵样骨水泥分布模式的简单、无创且可靠的预测指标。VBQ评分、LCA、VCR、IVC和较大骨水泥注入量与实现海绵样分布模式的可能性降低相关，而较高的BMD T值和PVP技术与其可能性增加相关。这些发现可能有助于外科医生进行术前风险分层和手术规划，对高VBQ评分患者可考虑优化手术技术，包括选择PVP和调整骨水泥注射策略，以改善骨水泥分布和临床结局。该研究存在单中心设计、机制未经生物力学或组织学验证、随访时间相对较短等局限性，未来需多中心前瞻性研究进一步验证。
