成人脊柱-骨盆矢状面参数及排列规律研究.doc

.成人脊柱-骨盆矢状面参数及排列规律研究尹刚辉1、朱玲湘2、陈瑞松1、陆明1、吕志德1、闫慧博1、金大地11、南方医科大学第三附属医院骨科2、南方医科大学统计学教研室生物统计系【摘要】目的：通过测量成人志愿者脊柱-骨盆矢状面参数及相关性研究，探讨成人脊柱-骨盆的矢状面排列规律。方法：拍摄成人志愿者脊柱全长片，测量脊柱-骨盆矢状面参数值，包括：胸椎后凸角（TK thoracic kyphosis）、胸腰段后凸角（TLK thoracolumbar kyphosis）、腰椎前凸角（LL lumbar lordosis）、骶骨倾斜角（SS sacral slope）、骨盆倾斜角（PT pelvic tilt）、骨盆指数（PI pelvic incidence）、各椎体间终板夹角（Intervertebral endplate angle）、矢状面垂轴（SVA sagittal vertical axis）、脊柱骶骨角（SSA spino-sacral angle）。统计分析各参数，Pearson correlation coefficient检验各参数间相关性。结果：总计入选111例，女56例，男55例，年龄37.2210.77岁，身高164.687.72cm，体重60.8310.83Kg。LL-48.7510.03，TK36.037.34，TLK6.407.43，PT 11.186.59，SS 33.577.64，PI44.759.01，SAV-2.6622.79mm，SSA 127.328.98。仅LL与所有参数均具有显著相关性（P0.01），其中LL与TK、PI、SS、SSA负相关（r=）（P0.01），与TLK、SAV、PT正相关（P0.01r=）。SSA除TK外与其它参数均具有有显著相关性（P0.01）。结论：成人脊柱-骨盆排列规律为腰椎前凸角小，常数PI小，胸腰段后凸、胸椎后凸小与胸腰段形成一长节段后凸，骶骨后倾，骶骨后上角向后远离股骨头，骨盆开口水平，躯干前倾，脊柱趋向正向失衡，反之亦然。LL在脊柱矢状面平衡中占有核心地位。LL与SSA对于评估脊柱-骨盆矢状面平衡更具临床参考价值。【关键词】脊柱；骨盆；矢状面平衡；正常值；Spino-Pelvic Sagittal Alignment in Adult VolunteersYIN Gang-hui1，ZHU Lin-xiang2，CHEN Rui-song1，LV Zhi-de1，LU Ming1，JIN Da-di11.Department of orthopaedics of the third affiliated hospital , SouthenMedicalUniversity2.Department of Statistics of SouthenMedicalUniversityGuangzhou 510630,China【abstract】ObjectiveA radiographic evaluation of spino-pelvic sagittal parameters in Chinese adult volunteers to determine the correlation between the parameters.MethodsWhole spine,standing lateral radiographs of 111Chinese adult volunteers were taken. Radiographic measurementswere made usingthe Cobb technique and pelvic radius technique.The spinal and pelvic parametersIncluded:TK (thoracic kyphosis), TLK (thoracolumbar kyphosis), LL (lumbar lordosis), SS(sacral slope), PT (pelvic tilt), PI( pelvic incidence), Intervertebral endplate Angle, SVA (sagittal vertical axis), SSA(spino-sacral Angle), HA-S1 sacral translation distance、PA（pelvic angle）、PR-S1 pelvic morphology、PR-T12 total lumbopelviclordosis、Segment lumbopelviclordosis.Alldataand correlations between the parameters were statisticalanalyzed.Results The meansSD as follow:age37.2210.77 years, height 164.687.72cm, weight 60.8310.83Kg, LL -48.7510.03, TK 36.03 7.34, TLK 6.407.43, PT 11.186.59, SS 33.577.64, PI 44.759.01, PA 16.386.23, PR-S1 -40.058.35,HA-S1 33.9312.2mm, SAV -2.6622.79mm, SSA 127.328.98.Only LL hadsignificantstatistical correlation with allthe other parameters.Negative correlation presented between LL and TK, PI, SS, PR-S1, SSA (P 0.01). Positive correlationpresented between LL and TLK, HA-S1, SAV, PR-T12, PA, PT (P 0.01). SSA had significantstatistical correlation with all the other parametersbut TK (P 0.01).High significantstatisticalpositivePearson correlation coefficientpresented between PI and PR-S1(r=0.994,P0.01),as PT and PA(r=0.985,P0.01)ConclusionTheChinese adults spino-pelvic sagittal parameters database was built.Thesagittal alignment from thoracic to pelvis presented significant correlation,through the statistical correlation analysis. LL and SSA were more practical in evaluating the spino-pelvis sagittal balance.Wesuggest to combine PI with PR-S1to establish a new spino-pelvic sagittal balance evaluation system.【key words】Spine; Pelvic; Sagittal balance; Normal value矢状面平衡的脊柱以最小能耗维持躯干稳定1。Dubousset用经济圆锥（Conus of Economy）来阐述脊柱矢状面平衡对于维持躯干稳定及姿势中的重要性，躯体失衡将加大维持姿势的能耗，直至无法维持直立2。脊柱-骨盆矢状面平衡在诊治脊柱畸形、腰椎滑脱、预防和治疗“平背综合征”中越来越受到临床及科研的关注。目前国外有报导脊柱-骨盆矢状面参数“正常值”及参数间相关性的文献，但国内尚缺乏成人脊柱-骨盆矢状面参数的文献，临床及科研中也缺乏矢状面参数“正常值”来进行比较分析3。我院2011年7月至8月拍摄111例国人志愿者脊柱全长片，测量C7至骨盆的脊柱-骨盆矢状面参数，并统计分析其相关性，现报道如下。1 资料与方法1.1 一般资料1.1.1志愿者来源及纳入标准志愿者来源于本医院医生、护士、学生及体检中心体检人群，纳入标准：1、年龄2060岁，2、无脊柱及下肢骨关节疾病史，3、无长期腰背痛史，4、X片无脊柱畸形，轻度椎体楔形变视为正常椎体变异。志愿者拍摄均签署知情同意书。参试者共计223例。1.1.2拍摄方法 X片拍摄设备为Phillip VM DR拍照片机，投照距离3m，投射面积42cm42cm，两次曝光，自动拼接成像。志愿者均拍摄脊柱全长正侧位片，正位片体位为面向投射器双膝双髋躯干伸直，双上肢自然下垂于身体两侧；侧位片体位为右侧立位，双膝双髋躯干伸直，放松，双上肢前屈约30，置于水平扶杆上。拍摄过程中保持放松、舒适。体位见图1。1.2 影像学测量1.2.1读片测量DR成像直接传输至电脑，读片采用南方PACS系统，可将图像固定原比例缩放，调节对比度，标定点及直线、测量角度和测量距离，反片成像，以显示细节。1.2.2测量参数胸椎后凸角（TK）、胸腰段后凸角（TLK）、腰椎前凸角（LL）、骨盆倾斜角（PT）、骶骨倾斜角（SS）、骨盆入射指数（PI）、脊柱骶骨角（SSA）、矢状面垂轴（SVA）、各椎体间终板夹角（T10T11L5S1）。测量指标说明见表1及图2。表1测量指标术语及说明Table 1 Nomenclature for Parameters Measured on Standing Lateral Radiographs测量指标Measurement缩写Abbreviation说明Description双侧股骨头中点hip axisHA双侧股骨头中点连线的中点。胸椎后凸角thoracic kyphosisTKT1上终板与T12下终板夹角，后凸为正值，前凸为负值。胸腰段后凸角thoracolumbar kyphosisTLKT10上终板与L2下终板夹角，后凸为正值，前凸为负值。腰椎前凸角lumbar lordosisLLL1上终板与S1终板夹角，后凸为正值，前凸为负值。骨盆倾斜角pelvic tiltPTHA至骶骨终板中点连线与矢状垂线间夹角，骶骨终板中点在HA后方为正值。骶骨倾斜角sacral slopeSSS1终板与水平线夹角。骨盆入射指数pelvic incidencePIHA至骶骨终板中点连线与骶骨终板中垂线夹角。脊柱骶骨角spino-sacral angleSSAC7中点与骶骨终板中点连线与骶骨终板夹角。矢状面垂轴sagittal vertical axisSVAC7中点垂线与骶骨后上角间距，C7PL在骶骨后上角前为正值，反之为负值。各椎体间终板夹角intervertebral endplate angleT10T11L5S1各相邻椎体，上位椎体下终板与下位椎体上终板夹角，后凸为正值，前凸为负值。1.3 统计学方法统计分析采用SPSS13.0软件包，数据以xs表示。变量间相互关系分析采用Simple（Pearson相关系数）。双尾P0.05为差异有显著意义。用SPSS软件进行统计学分析，参数间相关性采用Pearson correlation coefficient检验，相关系数为r。P0.05为有统计学差异。2 结果通过纳入标准筛选，纳入试验总计111例，女56例，男55例，年龄37.2810.72岁（2060岁），身高164.687.72 Cm（144186Cm），体重60.8310.83Kg（4599Kg）。各参数均值、标准差、最大值、最小值及95%可信区间统计结果如下LL-48.7510.03，TK36.037.34，TLK6.407.43，PT 11.186.59，SS 33.577.64，PI44.759.01，SAV-2.6622.79mm，SSA 127.328.98，详见表2。本研究涉及参数较多，仅对临床及科研常用参数LL、TK、TLK、PT、SS、PI、SSA、SAV采用Pearson correlation coefficient相关系数检验其相关性，结果见表3。各参数数值变化范围较大，这与其它研究结果相近411，各参数95%可信区间范围相对狭小，提示各参数的频数较为集中呈类正态分布。参数间的相关性较为复杂，但所有参数中，仅LL与其它参数均有相关性，LL与TK、PI、SS、SSA呈负相关，r分别为-0.387、-0.536、-0.858、-0.801（P0.01），与TLK、SAV、PT呈正相关，r分别为0.319、0.296、0.262（P0.01）。脊柱参数中TK与其它参数相关性较差，仅与LL呈负相关（P0.01）。TLK与PI、SS、SSA呈负相关（P0.01），与LL呈正相关（P0.01）。骶骨相关参数中PI与LL、TLK呈负相关（P0.01），与SS、PT、SSA、SAV呈正相关（P0.01）。反映骶骨围绕股骨头旋转的参数PT与SS、SSA呈负相关（P0.01），与LL、PI、SAV呈正相关（P0.05）。反映骶骨倾斜程度的SS与LL、TLK、PT呈负相关（P0.05），与PI、SSA呈正相关（P0.01）。反映脊柱整体平衡的测量参数中，SSA除TK外与其它参数均具有相关性（P0.01），SAV与SSA呈负相关而与LL、PI、PT呈正相关。表2 各参数均数、标准差、范围、95%可信区间Table2Means,SD, Ranges of the Measurements and 95% Confidence Interval for Mean参数Measurements均数Mean标准差SD最小值Minimum最大值Maximum95%可信区间95% Confidence IntervalCI年龄（岁）Age（year）37.2210.774206035.1939.24身高（厘米）Height（cm）164.687.721144186163.22166.13体重（公斤）Weight（Kg）60.8310.826459958.7962.87腰椎前凸角（）LL（）-48.746310.02592-68.64-21.20-50.6322-46.8604胸椎后凸角（）TK（）36.02757.3399217.8356.4734.646837.4081胸腰段后凸（）TLK（）6.39717.43121-12.8523.434.99937.7949骨盆倾斜角（）PT（）11.17516.59270-3.9331.759.935012.4152骶骨倾斜角（）SS（）33.57277.6438214.0752.1832.134935.0105骨盆入射指数（）PI（）44.74789.0146724.6970.5243.052146.4434脊柱骶骨角（）SSA（）127.32138.97771106.25153.92125.63129.01矢状面垂轴(mm)SAV(mm)-2.662322.78893-65.8144.73-6.9491.6243各椎体间终板夹角The intervertebral endplate angleL5S1（）-11.81694.22671-23.38-2.26-12.612-11.0219L4L5（）-12.13223.0081-18.51-5.53-12.698-11.5663L3L4（）-6.46032.32807-12.630-6.8982-6.0224L2L3（）-3.51332.17941-9.921.29-3.9233-3.1034L1L2（）-1.53291.96608-7.942.51-1.9027-1.1631T12L1（）0.25161.58525-5.514.81-0.04660.5498T11T12（）1.64341.43632-3.835.591.37331.9136T10T11（）2.20140.99132-2.35.562.0152.3879*=总骨腰-骨盆前凸角total lumbopelviclordosis表3 参数间Pearson Correlation Coefficient 检验相关性表Table3The Statistical Correlations Between the Parameters Using the Pearson Correlation CoefficientTKTLKPISSSAVPTSSALL-0.387*0.319*-0.536*-0.858*0.296*0.262*-0.801*TK0.0710.0760.1170.026-0.0320.131TLK-0.277*-0.438*0.1670.129-0.267*PI0.698*0.223*0.558*0.479*SS-0.081-0.205*0.807*SAV0.399*-0.388*PT-0.28*=P0.01(Pearson test ,2-tailed) *=P0.05(Pearson test ,2-tailed)3 讨论在诊治脊柱疾病中，脊柱-骨盆平衡是必须重视的重要环节，但目前临床和科研尚无系统的“正常值”以提供对照研究。本研究入试对象为无脊柱下肢骨关节疾病史、无脊柱畸形及无长期腰背痛史的成年人，共计111例，可视为脊柱形态方面的“正常人群”，其测量结果对于国人脊柱-骨盆矢状面参数正常值具有普遍代表性。我们从3个方面测量无症状人群脊柱及骨盆矢状面平衡参数：1、脊柱参数：LL、TLK、TK、各椎体间终板夹角。2、骶骨参数：SS、PT、PI。3、脊柱骨盆整体平衡参数：SAV、SSA。本研究得到的参数数值与Jackson12、Gelb13、Roussouly9、Lee15的研究结果比较（表4），纳入研究的病例数分别为111例、105例、100例、160例及86例，研究对象种族不同，测量方法稍有区别，我们的测量结果普遍较其它研究偏小，但种族间的差异可能是主要因素。表4脊柱-骨盆平衡数据对照表（均值标准差）Table 4 Comparison of Studies of Sagittal Spinal Alignment（MeanSD）Present StudyJacksonGelbRoussoulyLeen（case）11110510016086LL()-48.7510.03-62.512.0*-6410*61.439.72*49.69.6*TLK()6.407.43889.46.3*TK()36.037.3446.310.6329.2*PT()11.186.5911.996.4611.55.3SS()33.577.6439.928.1736.37.8PI()46.549.6451.9110.7147.89.3SAV(mm)-2.6622.79-3232*LL=T12S1，*LL=Global lordosis，*TLK=T11L2，*TK=T3T12观察表2中各椎体间终板夹角L3L4最大值0提示部分人群胸椎后凸延展至L3/4水平，T10T11最小值示-2.3提示另部分人群，腰椎前凸延展至T10/11水平，结合TLK结果，最小值-12.85最大值23.43，说明无症状人群胸腰段“正常值”范围较宽，胸腰段前凸可视为腰椎前凸向头端延续，后凸可视为胸椎后凸向尾端延续，这种差异可以造成脊柱矢状面形态上的明显区别，即长节段腰弯、胸腰弯均衡、短节段腰弯，有助于对脊柱骨盆矢状面的分型研究。由表3可知只有LL与其他参数均具有统计学意义的相关性，本研究腰椎前凸角LL测量范围为L1上终板与S1终板夹角，涵盖腰椎及骶骨平衡信息，较狭义的腰椎前凸角L1至L5或者T12至L5的范围大。LL与TK、PI、SS、PR-S1、SSA呈负相关，r分别为-0.387、-0.536、-0.858、-0.371、-0.801（P0.01），与TLK、HA-S1、SAV、PR-T12、PA、PT呈正相关，r分别为0.319、0.371、0.296、0.653、0.34、0.262（P0.01）。这一相关性链描述了脊柱从胸椎至骨盆的矢状面排列规律：腰椎前凸角小（LL绝对值小），常数PI小，胸腰段后凸大（TIK大）、胸椎后凸小（TK小）与胸腰段形成一长节段后凸，骶骨向后倾斜（SS小）并骶骨后上角向后远离股骨头（PT增加），骨盆开口水平，躯干前倾（SAV大、SSA小），脊柱趋向正向失衡。反之亦有相应改变。其简化图见图3。与以往脊柱-骨盆矢状面平衡研究不同，本研究将研究范围扩展到胸腰段和胸椎，使得研究更系统化。脊柱的正失衡在临床中更具有意义，Lindh16的生物力学实验结果提示当身体重力线前移时腰椎压力负荷显著增加，腰椎压力负荷的增加将导致椎间盘退变加速。这表明脊柱趋向正向失衡可能加速腰椎间盘退变导致相关疾病与Mac-Thiong观点一致17。LL与其他参数均具有相关性也说明LL的变化可以影响其它参数，反之其它参数的改变也能引起LL的相应变化，LL在脊柱矢状面平衡中占有核心地位，这与以往研究脊柱矢状面平衡以PI为核心有所不同1822。回顾文献，各研究都指出PI与腰椎前凸存在显著相关性，Legaye认为PI是矢状面平衡的关键，并控制脊柱曲度以适应其它参数。但统计学分析出的相关性并不能表明两者中谁是始动因素，“PI控制脊柱曲度以适应其它参数”有待进一步研究。现有研究认为PI对于成年个体是固定不变的常数1820，PI=SS+PT，SS及PT可随着姿势或病理状况发生变化，由于SS与PT呈负相关，两者和值PI保持不变，即对于某个体由于脊柱退变时LL、SAV、SS、PT会发生相应变化，甚至出现相应的脊柱退行性疾病PI亦无改变。表明虽然PI可以反映脊柱骨盆的平衡关系，但个体脊柱矢状面具体改变时，PI无改变不能反映这种变化，而LL的改变却能较好反映该变化。对于整体人群而言，腰椎前凸较小者，PI、SS亦小，SAV前移，这部分人群更容易出现腰椎退行性疾病。Barrey11等2007年研究发现DDD（degenerative disc disease）及DH(disc herniation)组SAV前移、腰椎前凸、PI、SS小于无症状组。Chaleat-Valayer23将198例腰背痛患者对比正常人群，也发现绝大多数腰背痛患者LL、SS、PI低于正常人。另外文献表明医源性腰椎前凸减小、SAV前移、脊柱正失衡可能导致“平背综合征”2427，也提示临床多见的椎间盘退变、外伤、畸形等使腰椎曲度变化将导致SS及PT相应变化，相反骨盆环结构稳定，始发于骶骨及骨盆的病理变化较少见，由于骨盆骶骨改变导致腰椎脊柱做出相应变化的情况亦少见，因此我们认为临床中大多数病理状态下LL曲度变化是引发脊柱矢状面失衡的关键因素，以LL为核心评估脊柱矢状面平衡能较好体现脊柱退行性疾病人群与无症状人群间的差异。评估脊柱骨盆整体平衡另一类重要参数是SAV及SSA。结果表明SSA与除TK外的其它参数均具有相关性（P0.01），其中与LL、PT呈负相关（r=-0.801、-0.28、P值均0.01），与SS、PI呈正相关（r=0.807、0.479，P值均0.01）。SAV与TK、TLK、SS无相关性，与LL、PI、PT呈正相关（r=0.296、0.223、0.399，P值均0.05）。SSA较SAV有更广泛的相关性，且与LL及SS高度相关（r=-0.801及0.807），也提示脊柱骨盆矢状面排列受到骨盆及脊柱参数的共同影响。Roussouly28等2006年报导153例无症状人群中SAV与PI、SS、PT无相关性，SSA与SS（r=0.914，P0.001）、腰椎前凸（该研究前凸数值取正值，r=0.889，P0.001）均正相关。Mac-Thiong29等2010年报导709例无症状人群中SSA与SS、PI存在正相关（r=0.91、0.62）。这两个大样本研究与我们的结果相近，相关性一致。另外，SAV是线性测量参数，X线投照距离不同将直接影响测量值的大小，测量误差较大。SSA是角度测量参数，X线投照距离不同对测量值基本无影响。我们认为SSA与其他参数具有广泛的相关性且测量本身误差出现几率小，优于SAV更具临床参考价值。Mac-Thiong33等报导在709例无症状人群中，男女组之间PI、SS、PT差异无统计学意义，在性别组中，PI与年龄无相关性，SS、PT与年龄相关性小。Voutsinas34等研究670例青少年矢状面平衡，发现性别与TK、LL、Sacral inclination无相关性，年龄对脊柱矢状面排列稍有影响。以上均为对于同一时间内不同人群间的横断面比较，要探讨年龄对脊柱矢状面排列的影响需要做同一人群不同年龄段的比较研究才具有真正意义，因此参照以往文献本研究入试人群的统计学分析未作年龄及性别分层。本研究通过测量成人志愿者脊柱侧位全长片，得到无症状成人脊柱-骨盆矢状面参数数据，通过参数间相关性分析得到脊柱从胸椎至骨盆的矢状面排列规律：腰椎前凸角小，常数PI小，胸腰段后凸大、胸椎后凸小与胸腰段形成一长节段后凸，骶骨向后倾斜并骶骨后上角向后远离股骨头，骨盆开口水平，躯干前倾，脊柱趋向正向失衡，反之亦然。认为LL在脊柱矢状面平衡中占有核心地位。LL与SSA对于评估脊柱-骨盆矢状面平衡更具临床参考价值。参考文献1.Duval-Beaupere G, Schimdt C, Cosson P. 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