色努矫形器在青少年特发性脊柱侧凸的应用进展

向亮,谢秋芳，张勤,龚泽辉,王义亮,刘纯琴，罗超

青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是发生于青春发育期前后的脊柱结构性三维畸形。最新研究显示在我国发病率为5.14%,14～15岁的女孩发病率最高，达到13.81%[1]。虽然目前AIS病因尚未明确，但侧凸曲线在青春期进展较快，进展性的侧凸往往会对青少年产生负面影响,降低与健康相关的生存质量(health-related quality of life，HRQL)，产生心理障碍，腰背疼痛及心肺功能障碍等[2-3]。对于轻、中度AIS患者,矫形器治疗是目前公认的有效非手术治疗手段[4-5]。已有大量临床试验显示矫形器可以改变脊柱侧凸自然史，帮助患者避免手术，证实了矫形器治疗的有效性[6-8]。目前用于治疗AIS的矫形器种类繁多，如Milwaukee矫形器，Boston矫形器，Nighttime矫形器等，其中色努矫形器(Chêneau brace)治疗AIS的疗效在我国及欧洲等地区得到了广泛认可，是一种AIS应用最多且具有高影响力的胸腰骶椎矫形器(thoracic- lumbar- sacral orthosis, TLSO)[9-10]。随着医学模式的转变，在追求侧凸高矫正率的同时，AIS患者的生存质量也越来越受到重视和关注，色努矫形器的改良版本也日益增多。色努矫形器治疗周期较长，常以脊柱侧凸患者生存质量为代价来进行治疗，且部分AIS患者依从性差导致治疗效果不佳[11]。色努矫形器治疗青少年特发性脊柱侧凸的研究已经接近40年，其治疗技术也在日益更新。本文将就色努矫形器的历史、适应症、作用机制,疗效及影响因素等作一综述，为临床色努矫形器治疗的选择和矫形器技师制作出矫正率高，穿戴舒适的色努矫形器提供参考依据。

1 色努矫形器的历史及发展

Jacques Chêneau于1979年发表了一种基于患者石膏取型和人工修型传统工艺的脊柱矫形器，称为色努矫形器[12]。色努博士及其团队对这种未经改良的色努矫形器进行定义、描述和公开发表在法国和德国[13-14]。随后这种矫形器逐渐被改良更新，设计出了一系列对脊柱侧凸治疗有效的矫形器。色努矫形器制作的传统步骤是用石膏绷带在AIS患者身上取模，石膏阳模修型，热塑材料负压成型等，其中在修型过程中石膏阳模的所有区域(脊柱突出的和凹陷的部位)将会被编号，形成数值图来帮助矫形器技师完成增减石膏的任务。这一过程是矫形器生物力学矫正的关键环节，常常由矫形器技师的经验来判断增减石膏的多少，难以形成统一的量化标准。近年来，随着科技的高速发展，已经尝试应用计算机辅助设计/计算机辅助制作(computer aided design/computer aided manufacturing, CAD/CAM)来捕获脊柱三维形态从而代替传统的石膏取模，修型等步骤，并且通过对脊柱的三维有限元模型分析，运用计算机模拟脊柱受力情况和矫形器的矫正效果，制作出反映患者个体化生物力学特征的三维矫形器，达到令人满意的力学矫正效果[15]，结合3D打印等技术制作出来的矫形器更轻便，穿戴更舒适[16]。在2009年Weiss[9]发明了GBW(Gensingen-Brace-Weiss)色努矫形器，通过应用CAD/CAM技术对色努矫形器进行改良，临床应用良好，但这种GBW色努矫形器不容易调整且比手工制作花费的时间更长。随后，weiss团队继续对其进行改良，设计出了由金属支条与高温板材组成的Chêneau light矫形器，可以快速调整来适配患者[17]。Pozzolatico Chêneau (P Chêneau)色努矫形器采用传统方法对患者进行取型、修型等，把色努矫形器腋下支撑点往上延伸，改良后的P Chêneau色努矫形器被证明对治疗AIS有效[18]。另一个改良版本Rigo System Cheneau (RSC)色努矫形器自从2004年推出后，迅速在欧洲受到关注，它主要特点是改良了原始色努矫形器的扭转力，通过设计压力垫来矫正椎体旋转及侧凸[19]。色努矫形器经过多次不断的改良创新，目前已成为了欧洲矫形器体系中的主流矫形器之一[20]。

2 色努矫形器的适应症及作用机制

2.1 色努矫形器的适应症 色努矫形器治疗主要适用于骨骼发育未成熟且顶椎在T6以下的AIS患者,参照以下两项指南:①2005年脊柱侧凸研究学会(scoliosis research society)SRS的指南规定：1.患者年龄≥10岁，Risser征0～2级，cobb角度为25～40°，之前未接受其他治疗；对于女性患者，月经未至或月经已至但不满1年[21]。②2011国际脊柱侧凸矫形和康复治疗协会指南推荐(The International Scientific Society on Socoliosis Orthopaedic and Rehabilitation Treatmen, SOSORT)：cobb角20～45°时，推荐矫形器治疗，同时配合运动疗法[22]。2014年Lusini等[23]纳入57例cobb角>45°不愿接受手术治疗的AIS患者，39名患者接受矫形器治疗，18名患者拒绝矫形器治疗,矫形器组53.8%改善率远超过未带矫形器组0%,证实了矫形器对cobb角>45°仍有改善的可能性,特别是在患者曲线进展的可能性很高的情况下[24-25]。在临床实际案例中，选择矫形器治疗纳入标准时,在两项指南推荐下(SRS和SOSORT)，侧凸曲线进展率和脊柱的柔韧性等因素也逐渐受到关注。

2.2 色努矫形器的作用机制 色努矫形器通过多组三点力系统对脊柱侧凸起生物力学矫正作用，在脊柱的额状面，矢状面和水平面来牵引，抗旋和免荷,控制侧凸进展。矫正原理主要为被动矫正和主动矫正[26]:被动矫正为“樱桃核效应”及色努矫形器包含压力区域和释放空间，对躯干突起的部位施加压力使软组织从凸侧部位(压力区)转移到凹侧部位(释放空间)，力量传递到椎体上来矫正脊柱侧凸，椎体旋转等畸形。主动矫正主要是胸廓在矫形器作用下的不对称位置引导的呼吸运动，训练患者有意识地将呼吸导向胸廓凹位，引导脊柱主动运动，向脊柱正常生理曲度进展。一组三点力系统由一个作用力和两个反作用力形成，色努矫形器在脊柱凸侧部位(主要是腰椎和胸椎)设计的是倾斜的平面垫,及所施加的压力为矢量力，具有方向和大小，在提供矢状面上牵拉力的同时也将提供横向平面上的去旋转力。脊柱侧凸的曲线模式决定了色努矫形器的压力垫和释放空间的具体设计[27]，Pham等[28]通过对矫形器作用力的定量研究发现胸腰椎曲线的平均压力值低于单纯胸椎曲线。多项研究表明矫形器施力的大小和方向对改善AIS患者侧凸畸形程度非常重要[29-31]。在矫形器治疗期间，患者身高体重和脊柱侧凸程度都在不同程度的改变，为达到最佳治疗效果，建议每3～6月进行复查，根据患者变化情况进行调整或更换矫形器。

3 色努矫形器治疗的疗效评价

3.1 色努矫形器的疗效 2005年,SRS年会对矫形器治疗的有效性标准进行了统一，认为评价矫形器治疗的有效性应包括：①侧凸进展≤5°和发育成熟时进展≥6°患者的百分比。②发育成熟时侧凸>45°患者的百分比和被建议或已行手术治疗患者的百分比。③发育成熟后随访2年，需行手术治疗患者的百分比[21]。Fang等[32]将32名AIS患者，平均随访穿戴色努矫形器24.4个月，结果显示总的cobb角由(30.6±5.9°)降至(27.3±14.2°)，虽然Cobb角度改善没有统计学上的显著意义，但研究结果表明色努矫形器显著降低了脊柱后凸、前凸畸形和髋臼倾斜。由于AIS患者侧凸类型的差异性，近年来设计了一些改良型色努矫形器：Chêneau light矫形器对侧凸畸形有很好的治疗效果，Weiss等[33]应用Chêneau light矫形器对81名AIS患者进行治疗，Cobb角平均减少了16.4°，矫正率超过51%；Pasquini等[18]对P-Chêneau矫形器进行了评估，对67名AIS患者，平均治疗随访2年，结果表明P-Chêneau矫形器对脊柱侧凸King分型中的I型、Ⅱ型(S型侧凸)矫正不明显，但在其它类型(Ⅲ型、Ⅳ型与Ⅴ型)的侧凸中Cobb角都有显著减小。我国在色努矫形器的设计改良上也取得了一定进展，陈东等[5]通过扩大色努矫形器的释放空间，为肺部发育和呼吸训练提供足够空间来创造呼吸平衡，治疗168例中有158例患者侧凸畸形有明显改善。

3.2 色努矫形器与生存质量 矫形器疗效评价一直是学者们讨论的焦点,脊柱侧凸研究学会、国际脊柱侧凸矫形和康复治疗学会于2014年达成研究共识,除了有效评估以影像学为基础的脊柱畸形变化外,还应评估其他症状:腰背疼痛,活动障碍,心理因素和生存质量等变化[34]。目前色努矫形器治疗对AIS患者的生存质量的提高还不明确，据报道生存质量与矫形器治疗AIS患者的疼痛，活动障碍和家庭关系有关[35]。评估AIS患者HRQL量表常用的是脊柱研究学会量表和健康调查表，Han等[36]的一项前瞻性研究应用这两个问卷调查了两组(观察组和矫形器治疗组)AIS患者的生存质量差异，结果显示两组患者生存质量水平无显著差异。而一些研究者认为大多数色努矫形器会限制患者的日常活动，增加心理压力,影响穿戴时间[37-38]。 Pham等[39]根据影响生存质量的腰背痛的视觉模拟评分结果证实，与其他组(无色努矫形器治疗或部分时间穿戴)相比，全程时间色努矫形器治疗的生存质量明显更差。另一些研究者认为接受色努矫形器治疗后的AIS患者改善了疼痛和自我形象等，具有更好的生存质量[5,39-40]。许多研究由于对AIS的HRQL的评测工具不统一[38-41]，且国内与国外存在较大的文化和社会差异降低了HRQL评测工具的可信性[41]，导致了矫形器治疗AIS生存质量的差异性。Meng等[42]对脊柱侧凸矫形器治疗AIS患者的生存质量影响做了系统评价，纳入7篇应用SRS-22评估HRQL的文献(观察组474人,矫形器组166人，总样本量640例)，消除评测工具的差异性带来的数据影响，其研究结果表明经过矫形器治疗后的AIS患者比未治疗的患者得分更高。Toru 等[43]学者认为矫形器的类型也是影响患者生存质量的因素之一，且HRQL的评测工具缺乏统一认识，限制了有关AIS生存质量的研究，目前缺乏充足的数据来进一步对不同改良型色努矫形器治疗脊柱侧凸的生存质量的差异性进行系统评估。

4 色努矫形器治疗效果的影响因素

尽管色努矫形器治疗AIS疗效显著，但有很多因素影响其治疗效果，和其他TLSO矫形器治疗效果的影响因素一样，分为内在因素和外在因素。内在因素及患者自身因素包括脊柱侧凸类型，畸形程度，脊柱柔韧性，生长发育速度等。Mercadante[44]认为AIS的脊柱柔韧性越大，其矫形器的矫正效果越明显，尤其是脊柱柔韧性>50%的患者。3个外在因素对矫形器治疗AIS的成功也起着重要作用：①初始矫正度，②依从性，③治疗方案的选择。

4.1 初始矫正度 初始矫正度及患者初次穿戴矫形器时cobb角的矫正度，是脊柱长期生物力学改变的基础，而初始矫正度与患者脊柱特点和矫形器的设计有关，由于每位矫形器技师的临床经验、技术水平不一，并不是每一位AIS患者穿上矫形器都可以达到满意的矫正效果。Berteau等[45]应用有限元分析法模拟出脊柱各个椎体的具体施力大小，将力的数值模型应用到矫形器的设计中去，并与传统手工制作的矫形器作比较，结果表明前者的三维矫形效果明显优于后者。有限元方法能够精准的测量脊柱各个部位的应力情况，观察矫形器应力下的椎体动态变化，对矫形器的设计有很大帮助。

4.2 依从性 高依从性是矫形器治疗AIS成功的重要因素之一，许多研究评估矫形器治疗的依从性常常以问卷的形式进行统计，缺乏客观的依据，难以保证结果的真实性[46]。Rahman[47]对矫形器治疗依从性用温度检测器进行客观数据研究，发现依从性好的患者治疗有效率明显高于依从性差的患者。患者的依从性不仅仅是每天穿戴时间的评估，在矫形器穿戴时的松紧及压力的大小也直接影响矫正的力度，进而影响矫形器治疗的效果[48]。通常医生要求AIS患者每天需穿戴矫形器时间18～23h，但因为矫形器可能影响身体外观，背部肌肉僵硬，皮肤压疮，心理障碍和社会不适应等，导致依从性下降[49]。如何提高患者的依从性一直备受关注。

4.3 治疗方案的选择 Law[50]对10名AIS患者进行深度随访研究发现,在矫形器表面的美学方面与患者共同设计会提高患者的依从性,美学上令人愉悦的矫形器和患者参与矫形器的设计过程对于增加患者依从性并解决治疗期间的心理问题很重要。Kalichman等[51]研究证实,与单一矫形器治疗相比,矫形器治疗结合脊柱侧凸特定运动疗法能更好的矫正侧凸,改善心肺功能等,适当的运动能有效地避免矫形器治疗带来的肌肉力量下降，腰背痛等并发症。Rivett等[52]对矫形器结合特定运动疗法的具体方案深入研究发现，每天穿戴矫形器21.5h结合4次/周的脊柱侧凸运动疗法比每天穿戴矫形器12h、4次/周的脊柱侧凸运动疗法更有利于改善侧凸角度，具有显著差异。总之，在脊柱侧凸矫形器设计时增加患者的参与度并结合特定运动疗法将有利于提高临床疗效。

5 小结

青少年特发性脊柱侧凸是一种复杂和多因素的脊柱畸形，严重影响青少年的身心健康。随着医学模式向生物-心理-社会模式的转变，矫形器治疗方案的选择应同时注重三维畸形的矫正和生存质量的提高。在长期的临床实践中已经证实色努矫形器是减少AIS患者侧凸曲线进展并影响其自然史的矫形器之一，在设计矫形器的过程中，不仅仅针对脊柱侧凸畸形的生物力学设计，还应增加患者在矫形器外观设计的参与度，为患者解释依从性的重要性，从而提高矫形器的疗效。随着计算机技术(CAD/CAM,有限元分析等)的不断应用于矫形器领域，材料学和生物力学的发展，下一步应该更加关注色努矫形器的改良设计，制作出穿戴舒适，矫正率高的矫形器，为AIS患者提供更好的保守治疗。