脊柱-骨盆相关参数应用在矢状位平衡中的研究进展
2019-02-12丁一杨晋才
丁一，杨晋才
(首都医科大学附属朝阳医院骨科，北京 100020)
近年来，在评估脊柱矢状位平衡方面，各国学者均表示脊柱与骨盆矢状面形态与参数间存在明显的统计学相关性，矢状平衡的分析对于了解脊柱骨盆生物力学与制定脊柱外科矫形术前计划都有十分重要的意义，脊柱骨盆参数测量相关研究成果已被应用于临床。
1 矢状位脊柱-骨盆相关参数及意义
1.1 骨盆指数系统 a)髋轴中点(hip axis，HA)指矢状位上双侧股骨头中点连线的中点。b)骨盆指数(pelvic incidence，PI)即骨盆投射角，指HA至骶骨终板中点连线与骶骨终板中垂线的夹角。在1998年Legaye等[1]首次提出PI这一概念，标志着矢状位平衡评估体系建立的开端。作为解剖学常数，PI并不随体位而改变，从而反映骨盆的解剖位置。PI值在青春期结束前增加，青春期后恒定，同时在成人个体间骨盆指数也存在一定的差异，通常PI正常值为35°～85°[2]。c)骨盆倾斜角(pelvic tilt，PT)指骨盆围绕股骨头前后旋转的角度(HA至骶骨终板中点连线与纵垂线夹角，当骶骨终板中点在HA后方为正值，反映脊柱的代偿能力)。在退变过程中，腰椎前凸逐渐丢失从而使躯干发生前倾，而人体为维持重力线位置的恒定，会使骨盆发生代偿性后倾从而使PT值增大[3-4]。d)骶骨倾斜角(sacral slope，SS)指骶骨终板切线与水平线夹角，表示骶骨的旋转范围。SS<35°时腰椎前凸变的“平而短”；SS>45°时腰椎前凸相对“长而弯”。Ferguson[3]认为SS与腰椎前凸角存在较强相关性，是作为脊柱矢状位平衡和手术方案选择的重要参考依据。e)腰椎前凸角(lumbar lordosis，LL)指L1上终板切线与骶骨终板切线夹角。f)胸椎后凸角(thoracic kyphosis，TK)指T1上终板与T12下终板的夹角，角后凸时为正值，角前凸为负值。目前研究表明TK与LL与矢状位平衡间的关系仍不明确，相关国内外研究结果也是参差不齐。g)C7矢状位平衡(sagittal vertical axis，SVA)指过C7椎体中点做铅垂线距S1后上角之间的距离。C7铅垂线(C7plumb line，C7PL)在骶骨后上角前时SVA为正值，反之为负值。当SVA处于±2.5 cm内时矢状位脊柱处于平衡状态，否则为失衡状态。
Mac-Thiong等[5]得出几何关系PI=PT+SS，个体间具有特定的PI值。不同于PI值，PT、SS是与体位相关的位置参数，当姿势改变时，PT、SS值会随着骨盆空间位置的变化而改变。Mac-Thiong认为正常成人的PT应小于50%PI，而SS应大于50%PI。当SS接近0°时骶骨终板位置接近水平，此时PT值最大，即与PI相等。
自1992年定义PI以来，许多研究发现PI与腰椎矢状位形态有明显的相关性。近些年，学者们通过对骨盆的解剖学评估印证也意识到，无论在正常还是病理状态下，骨盆空间位置和形态均可显著影响脊柱矢状位形态，而且在很大程度上决定了腰椎的前凸，即骨盆通过SS的变化来改变LL，继而影响整个脊柱的矢状面平衡[6]。
虽然PI和LL，SS和LL等存在正相关性且该参数临床应用广泛。但因对S1终板显示不清、骶骨圆顶化及重度退变等患者进行评估时难以准确判断骶骨终板中点位置。与此同时，国内外不同文献总结的相关回归系数和常数差异较大。因此，PI系统中相关参数间的线性关系以及回归公式仍存在争议。
1.2 骨盆半径参数系统 1998年Jackson等[7]首次提出骨盆半径(pelvic radius，PR)的概念，骨盆半径技术是矢状位平衡测量重要可靠的影像学评估方法。其常用参数包括：a)骨盆半径线指HA与骶骨后上角的连线。b)LL指骨盆半径线与相对应椎体上终板切线夹角。c)骨盆角(pelvic angle，PA)指HA至骶骨后上角连线与铅垂线间的角度，类似于骨盆倾斜角，骶骨终板中点在HA后方为正值，平衡稳定脊柱的PR-S1为-3°～-33°[8]。d)腰椎前凸(T12～S1)和胸椎后凸(T1～T12，T4～T12)Cobb角。e)总腰椎-骨盆前凸角(PR-T12)指PR线与T12下终板切线夹角，平衡稳定脊柱的PR-T12为-70°～-100°。f)PR-S1是PR线与骶骨终板切线夹角，为不随体位改变的解剖常数，并在成年时恒定。PR-S1的增减会使得腰椎前凸产生相应改变，但目前尚缺乏PR-T12与PR-S1相关性的研究。g)T4～T12/T12～S1的Cobb角比值，平衡稳定脊柱为0.15～0.75[6]。
两套参数系统主要区别在于：a)PI系统中PT为股骨头中点HA至骶骨终板中点连线与矢状垂线间的夹角。而PR系统中PA为HA至骶骨后上角连线与矢状垂线间夹角；b)PR系统中没有SS概念；c)几何学关系为PI=SS+PT，PR-S1=90°-(SS+PA)。
Jackson等[7]认为PR-S1值与PI相似，也可作为描述骨盆矢状位参数，其具有相似的可靠性，通过几何关系可以得出：PR-S1=90°-(SS+PA)。所以当PT≈PA时，PR-S1≈90°-PI。Jackson等[9]通过20例患者和20例志愿者的研究分析后认为PR技术比铅垂线技术具有更高的评估可靠性。
PR系统优于PI系统的原因在于：测量PA仅需定位骶骨后上角，避免了对骶骨中点判断的误差，而测量PT需定位骶骨终板前角、后角及中点，因此PR系统操作简便且误差较小。同时，因除PR-S1值外其余参数均无需确定S1终板位置，所以PR系统是一项快速评估腰椎矢状面平衡的参数，对S1终板显示不清的高度腰椎滑脱及其他重度退变患者与骶骨圆顶化者进行矢状位平衡评估时，可选用PR技术。但应注意此参数系统并不适用于胸椎矢状位平衡评估。
1.3 骶骨骨盆角(sacral pelvic angle，SPA) 国内学者尹刚辉等[10]通过综合上述两种参数系统，创新性提出替代性新参数—骶骨骨盆角(sacral pelvic angle，SPA)。与PI定义的股骨头中点与骶骨中点的连线与骶骨终板的垂线的夹角不同，SPA为股骨头中点与骶骨后上角连线与骶骨终板垂线的夹角，其值也为解剖参数。尹刚辉等[10]通过统计学研究发现SPA与PI、PR-S1、PA、PT、SS、SSA呈显著正相关性(r=0.994、1.000、0.482、0.538、0.699、0.465，P<0.05)，与LL呈显著负相关性(r=-0.532，P<0.05)，与PR-T12及TK无显著相关性(r=0.177、0.08，P>0.05)，SPA=PA+SS=90°-PR-S1。SPA巧妙地继承了PR参数和PI参数的优点，规避了两者的缺点。随后，钱邦平[11]表示因SPA具有良好的可信度和可重复性，认为SPA即避免了骶骨中点判断误差又适用于脊柱平衡判定，并且精确性上SPA优于PI，故可作为评估脊柱—骨盆矢状位平衡的参数测量。
2 矢状位平衡的影响因素
脊柱骨盆形态与种族有统计学相关性。根据欧美健康人的调查数据，平均PI值为53°，PT值13°，SS值40°[12]。亚洲黄种人PI值约为45°，小于白种人[13]。Lonner等[14]通过421例白种人和115例黑种人AIS患者的脊柱骨盆参数的回顾性研究，发现黑种人患者的PI、PT、LL值显著大于白种人患者，从而提示不同种族间脊柱矢状位结构可能存在差异。同时国内有研究[15]表明，我国老年人脊柱骨盆参数不同于白种人，经比较其差异具有统计学意义。江龙等[16]通过对171例正常汉族青少年脊椎骨盆矢状面参数进行测量认为正常汉族青少年PI显著低于同龄白种人(P<0.05)。虽然已研究证实个体的脊柱骨盆形态与种族有关，但对于决定个体脊柱骨盆形态特定基因的相关研究和环境因素影响矢状位平衡的相关研究都尚处空白。
LL、PI、PT与年龄呈正相关，SS与年龄之间无统计学相关性。Mac-Thiong等[5]对180名未成年健康人(4～18岁)的矢状面参数测量研究显示LL与年龄的相关系数r=0.24(P=0.001)，PI与年龄的相关系数r=0.21(P=0.004)，PT与年龄的相关系数r=0.2(P=0.008)。江龙等[16]通过对171例正常汉族青少年矢状面参数进行测量显示低龄组平均(11.7±1.1)岁、高龄组平均(15.0±1.1)岁，所有研究对象的SS与年龄均无显著相关性(P>0.05)。
正常人SS、PT、PI与性别无统计学差异。Janssen等[17]对男女各30例健康对象的腰骶段参数进行统计显示女性矢状位脊柱倾斜角大于男性(P=0.003)，但胸椎后凸角、腰椎前凸角、局部腰椎前凸角、矢状铅垂线、T9矢状位偏移和盆腔参数在性别之间差异无统计学意义。但病理状态下，PI值是否存在差异仍存在争议。如不同性别AIS患者中，国内有学者表示因性别之间可能存在不同的病态发育模式，男性AIS患者的PI值明显小于女性[18]。
3 脊柱-骨盆矢状位平衡相关的分型
3.1 Roussouly分型 在2005年Roussouly等[19]基于PI指数与PR技术两套参数系统创立了一套相对完整的脊柱矢状面曲度分型体系，共分四型，I型：SS<35°，腰椎前凸顶点位于L5中部，腰椎前凸下半部分最小，胸椎后凸转变为腰椎前凸的交汇点位置较低且靠后，腰椎倾斜角(lordosis tilt，LT)为负值，此型患者胸椎后凸较长与腰椎前凸较短；Ⅱ型：SS<35°，腰椎前凸顶点位于L4下部。腰椎前凸下部相对较平，胸椎后凸转变为腰椎前凸的交汇点位置相对较高且靠前，LT值较小，腰椎前凸较长，关联椎体相对较多；Ⅲ型：35°
3.2 Chanplakorn分型 2011年，为进一步阐明在矢状位上腰椎形态序列与骨盆形态之间的关系，Chanplakorn等[20]基于PR参数系统，根据PR-S1角度数的高、中、低将脊柱前凸分为三型：a)在PR系统组中，PR-S1角处于平均值的，正如Ⅲ型脊柱前凸；b)高PR系统组中，在L4～5节段水平，PR-L5角明显增加，导致腰椎前凸降低，脊柱相对平坦的，正如Ⅱ型脊柱前凸；c)在低PR系统组中，PR-L4和PR-L5显著降低，腰椎前凸增加，正如Ⅳ型脊柱前凸。当PR-S1角度低于平均值时，总体腰椎前凸(T12S1)增加，反之当PR-S1角度大于平均值时，总体腰椎前凸(T12～S1)减少，在较低腰椎节段水平，腰椎的定位改变与上述Roussouly分型相似。但上述两种体系均是基于白人种族正常人群的数据而制定，而在种族之间脊柱骨盆形态存在一定的差异。
3.3 PUFH分型 2010年，国内学者李淳德等[21]根据脊柱矢状位的平衡性将老年后凸畸形分为平衡型脊柱后凸和非平衡型脊柱后凸。此分型以后凸畸形部位为依据分为胸椎(I)、胸腰段(Ⅱ)、腰椎(Ⅲ)、全脊柱(Ⅳ)4种主型，并以是否平衡为依据分平衡a型与不平衡b型两种亚型。值得注意，该方法中所有分型均不伴侧凸畸形。其中Ia型患者腰椎前凸代偿能力较大，(腰椎前凸角-胸椎后凸角)≤10°；Ib型为腰椎前凸发生失代偿，(腰椎前凸角-胸椎后凸角)≤10°；Ⅱa型为腰椎前凸代偿，但是其代偿能力有限；Ⅱb型为腰椎前凸失代偿，但神经功能损伤发生风险大；Ⅲa型胸椎后凸减小代偿，出现平背畸形；Ⅲb型患者进一步发生躯干前倾，颈椎后伸；Ⅳa型为全脊柱轻程度代偿性的后凸；Ⅳb型则为C形失平衡脊柱。
PUFH分型是一种对老年性脊柱后凸畸形手术治疗具有指导意义的分型，应用于临床研究得出该分型的一致性为87.5%，可重复性为93.7%[21]。但其合理性及有效性尚缺乏多中心前瞻性临床大样本研究加以证实。
3.4 SRS-Schwab分型系统 SRS-Schwab分型[22]首次全面考虑弯曲类型、骨盆倾斜修正值、SVA、修正值、(PI-LL)修正值四大因素并详细分为108型。同时对于弯曲类型以及PT、SVA、PI-LL因素，SRS-Schwab分型系统均可获得良好的评分者间信度、内信度和一致性。SRS-Schwab分型的提出，标志着分型首次将影像学与临床症状相结合，该系统为治疗方式选择和手术策略提供了可靠依据[23]。
结合影响矢状位平衡的相关因素以及相关临床大样本量研究的匮乏，目前缺乏一套适用于国人并对腰椎退行性疾患的临床诊治具有指导意义的矢状面曲度分型。
4 脊柱-骨盆矢状位平衡在临床应用中的研究展望
早在20世纪，国外学者就已经在以往研究基础上进行了深入的数据分析，得出PI、PT、SS、LL等之间的几何关系，但李危石等[24]通过样本研究发现国人正常PI和LL值显著小于西方人群。在国人群体中这些参数的确定及相互关系仍需进一步研究和验证。随着脊柱矢状位平衡不断受到医疗工作者的关注，脊柱骨盆参数在腰椎退变性疾患治疗应用上得到了不断的深入。然而目前专门针对腰椎退变性病变的PR参数系统和SPA指数测量相关研究较少，其可靠性与可重复性还需大样本量的临床验证。
60岁老年正常人群中PT、SS及PT与整体腰椎前凸相关，腰椎对于脊柱骨盆参数的改变具有关键的作用。虽然普遍认为将PT值降低至正常范围是治疗成人脊柱畸形的一个重要目标。但临床进行该年龄段脊柱矫形手术应选用符合我国老年人的测量参数进行矫形。目前，对于我国60岁以上老年人脊柱骨盆参数测量的样本数量还很局限。同时对待矢状位失平衡，我们仍缺乏一种被充分验证并获得接受的分类方法及其治疗策略。
矢状平衡的分析对于了解脊柱骨盆生物力学十分重要，临床医生应该更加关注不同年龄段患者术前与术后脊柱-骨盆参数之间、参数之间的合理比例、脊柱曲度与骨盆平衡类型的改变，并结合患者自身特点尽最大努力纠正骨盆后倾，恢复腰椎前凸，重建合适的矢状面序列。
