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不同体位对脊柱骨盆矢状序列影响的研究进展

 martinbigbird 2018-02-24

本文原载于《中华骨科杂志》2017年第22

脊柱骨盆矢状面平衡对维持正常的脊柱生物力学至关重要,相应的正常人群脊柱骨盆矢状参数能为脊柱疾病的诊断、治疗提供重要的参考依据[1,2,3,4,5,6]。站立位脊柱骨盆全长正侧位X线片是评估脊柱畸形程度、监测畸形进展、制定诊治方案公认的辅助检查[7,8,9,10,11,12,13,14]。国际脊柱侧凸研究学会(Scoliosis Research Society,SRS)支持全脊柱X线影像放射技术作为一种经典的手段去评估脊柱侧凸的进展[15]。脊柱骨盆正侧位X线片是一种经济、易用、高效研究脊柱骨盆序列的手段,但X线对人体有一定的辐射影响,如何准确、有效地获得全脊柱正侧位片十分重要[16,17]。基于以上原因,须避免因不同体位带来脊柱参数测量的差异和减少额外拍摄的次数。

由于上肢对脊柱侧位显像可产生干扰,有学者尝试不同的上肢体位,甚至改变下肢体位的方式以获得较好的成像质量。上肢体位包括主动屈肩和被动屈肩(上肢有支撑),下肢体位包括屈髋、屈膝。然而脊柱骨盆轴及其毗邻结构是相互平衡与调节的,在矢状面上脊柱骨盆连接头颅、上肢和下肢,其形态和方向互相关联、影响,如铰链式结构,这种关系会显著影响脊柱骨盆的矢状面平衡及相关补偿机制,如改变上、下肢体位会使脊柱骨盆区域和整体的形态发生变化,从而影响原有脊柱骨盆序列的获取[13]

脊柱骨盆摄片体位一般是引用某一前人的体位方案,并没有对体位进行合适的评估。不同摄片体位这种变量对脊柱骨盆序列影响具体情况尚不明确,导致不同体位下研究获得的参数缺乏可比性;并且即使是采用相同的体位,有学者也指姿势的变异性也是重要干扰因素[18]。所以获得一个精确、稳定且有代表性的摄片体位,对临床上疗效前后对比及脊柱骨盆序列的研究十分重要[19]。对于拍摄脊柱骨盆侧位X线片时最合适的体位,目前国内外尚无定论[20,21,22,23,24,25,26]。脊柱骨盆参数是其矢状序列的形象量化指标,通过不同拍片体位相关参数的对比,来评价不同体位的优缺点。

本文以'上肢' 、'体位' 、'脊柱矢状平衡'为中文关键词,在中国知网、维普、万方等中文数据库进行检索,并以'arm postion' 、'radiographic positioning' 、'posture' 、'sagittal vertical' 、'lateral radiographic evaluation' 、'sagittal spinal alignment'作为外文关键词,在Library of Congress、LISTA、PubMed、Web of Science等数据库进行检索,共检索出外文12 968篇,其中中文文献3 663篇,外文文献9 305篇。设定文献的纳入标准:①近20年发表文章及会议;②外文文章为英文或附有英文翻译;③文章描述比较不同的拍片体位;④文章提出合适的拍片体位。排除标准:①综述、重复及非临床研究的文章;②未能找到相应全文;③非重点研究上肢体位对脊柱骨盆参数影响的文章;④外文与中文文章研究重复。依纳入及排除标准,最终重点选取5篇中文文献、38篇外文文献及1篇外文会议报道共44篇文献进行详细阅读,并对各种拍片体位比较、探讨各自优、缺点做一综述(图1)。


图1

文献纳入流程图,依纳入排除标准,最终纳入文献44篇(中文文献5篇,外文文献39篇)本文所涉及的参数说明如下(图2):

图2

通过脊柱骨盆侧位X线片测量矢状面参数及脊柱骨盆参数方法示意图,在脊柱骨盆侧位X线片分别可以测量矢状位垂直轴(sagittal vertical axis,SVA)、脊柱Cobb角、骶骨倾斜角(sacral slope,SS)或下腰椎前凸角(lower arc of lordosis,LAL)、骨盆倾斜角(pelvic tilt,PT)、骨盆投射角(pelvic incidence,PI)、臂屈角(arm flexion angle,AFA)、骶骨倾向角(sacral inclination,SL)、上胸椎后凸角(upper arc of kyphosis,UAK)、下胸椎后凸角(lower arc of kyphosis,DAK)和上腰椎前凸角(upper arc of lordosis,UAL)

(一)整体参数

矢状位垂直轴(sagittal vertical axis,SVA)定义为C7椎体中心的铅垂线(C7 plumb line,C7PL)到骶骨后上缘的水平距离,C7PL在骶骨后上缘之前取正值;反之为负值。SVA增大表明C7PL前移;反之则后移,SVA常用来描述脊柱整体矢状平衡[27]。多项研究表明SVA测量的可靠性,大多数脊柱骨盆序列相关文献都有SVA测量,因此本文将SVA作为不同体位整体评价指标[28,29]

(二)脊柱相关参数

①脊柱Cobb角:相应近端椎体上终板与远端椎体下终板平行线间的夹角,可反应脊柱局部曲度值,不同体位对脊柱的曲度影响都会体现在脊柱Cobb角值的变化。

②上胸椎后凸角(upper arc of kyphosis,UAK):T1上缘平行线与水平线的夹角。

③下胸椎后凸角(lower arc of kyphosis,DAK):T12下缘平行线与水平线的夹角。

④上腰椎前凸角(upper arc of lordosis,UAL):L1上缘平行线与水平线的夹角。

⑤下腰椎前凸角(lower arc of lordosis,LAL):S1上终板平行线与水平线的夹角。

其中,上下胸椎后凸角及上下腰椎前凸角能更加详细地反映脊柱的矢状面形态[30]

⑥臂屈角(arm flexion angle,AFA):侧位X线片上肱骨与T10椎体前后皮质平行线的夹角,可反应在一定屈肩角度时,上肢和脊柱的具体关系。

(三)骨盆相关参数

①骨盆投射角(pelvic incidence,PI):经两侧股骨头中心连线中点及S1上终板中点的直线与S1上终板中垂线的夹角。

②骶骨倾斜角(sacral slope,SS):S1上终板平行线与水平线的夹角。

③骨盆倾斜角(pelvic tilt,PT):经两侧股骨头中心连线的中点及S1上终板中点的直线与铅垂线的夹角。

④骶骨倾向角(sacral inclination,SL):骶骨后缘切线与铅垂线的夹角。

由几何关系可知'PI=SS PT' ,PI在人体骨骼发育成熟后恒定,并不受人体姿势的影响。SS、PT、SL是描述骨盆和骶骨方向性的常用参数,SS直接影响腰椎前凸,腰椎曲度随SS增大而增加来适应站姿,PT、SL共同反应了骨盆相对于股骨头轴线的位置方向。

一、不同体位对脊柱骨盆序列的影响

(一)放松站立位

功能位为脊柱骨盆力线最标准的体位,人体受一定的自身及外界的干扰往往难以达到这种体位,不易获得,是一种概念体位。放松站立位为人体自然站立,膝关节伸直,双脚间距与肩同宽,双上肢自然下垂于身体两侧,双眼目视前方,人体自然状态下放松直立,其最能代表功能位(图3A)。大多数学者将放松站立位作为功能位的最佳代表来研究其他体位的优缺点[21,24,31]。Marks等[21]测量15位无症状志愿者放松站立位时SVA为(0.9±2.0)cm。Aota等[24]测量14位无症状志愿者[年龄(21.9±0.8)岁,身高(171.1±8.7)cm,体重(70.0±19.9)kg]脊柱骨盆的参数:SVA为(1.4±1.9)cm;C7~T5 Cobb角为10.4°±8.6°;T2~12 Cobb角为35.5°±18.4°;T5~12 Cobb角为24.0°±14.2°;T10~L2 Cobb角为4.2°±5.6°;T12~S1 Cobb角为-45.0°±13.3°;PI为52.6°±26.0°;PT为11.6°±7.1°;SS为35.1°±18.3°(表1)。故多位学者推测无症状人群功能位的SVA为极接近于0的正数。但该体位双上肢对脊柱的遮挡严重影响胸腰段脊柱的成像质量,极大影响脊柱骨盆参数的测量,故通常并不采用。

表1

无症状人群放松站立位时脊柱-骨盆参数

图3

摄片体位摆放方法示意图,支撑杆双手各一,可换为横杆、竖杆或其他不影响摄X线片的支撑物A放松站立位(relaxed standing),双上肢下垂于身体两侧[21,24,31] B主动屈肩45°位(45°active),屈肩45°,肘关节伸直[21,22,24] C主动屈肩90°位(90°active),屈肩90°,肘关节伸直[25,28] D被动屈肩30°位(30°passive),屈肩30°,双手支撑[20,27] E被动屈肩60°位(60°passive),屈肩60°,双手支撑[23,32] F被动屈肩90°位(90°passive),屈肩90°,双手支撑[20,23,27,33] G被动屈肩放松位(relaxed passive),双手支撑,无严格角度要求[13,30,33] H置肩位(clavicle position),肘关节屈曲,双手握拳放在同侧锁骨上[22,23,24,25,35] I身前位(clasped position)双手相握,自然放在身前[26,36] J屈肩屈膝位(45°active and knee flexion),在屈肩45°的基础上,屈曲膝关节[21]

(二)主动屈肩体位

主动屈肩体位是指双侧肩关节屈曲一定的角度,双上臂向前伸展,双肘关节伸直,双上肢无支撑。主动屈肩30°/45°/90°位为双肩关节屈曲30°/45°/90°(图3B,图3C)。

Marks等[21]研究15位无症状者不同体位时侧位X线片的SVA并结合步态分析仪分析体位对脊柱-骨盆矢状参数的影响,肩关节主动屈曲45°时SVA分别为(-4.6±3.2)cm,明显小于放松站立位的(0.9±2.0)cm,因而屈肩可使脊柱整体矢状参数SVA显著性减小,即C7PL后移。这与Aota等[24]得到的结论相同。Aota等还发现更大的主动屈肩角度常常对应较小的SVA值。这可能与机体为平衡上肢重力发生上半身后移相关,屈肩时上肢因向前伸展发生重心前移[25]。Aota等[24]发现屈曲肩关节会使胸椎后凸角(T2~12Cobb角)明显丢失,相比于放松站立位。而C7~T5Cobb角、T5~12Cobb角、T10~L2Cobb角、T12~S1Cobb角、PI、PT、SS等参数中并没有发现统计学差异。故该学者认为屈曲肩关节时胸椎后凸角丢失导致C7PL后移是SVA减小的主要原因。当屈曲肩关节时,上肢向前伸展,身体为了平衡身体重心前移使胸椎伸展,胸椎后凸角丢失,表现为C7PL后移。值得注意的是,虽然文献中在摄脊柱骨盆X线片时规定了屈肩角度,但肱骨与胸椎的内在方向并没有确定性的关系。Aota等[24]测得屈肩45°时臂屈角为17°~52°,平均32°±8.5°。Faro等[22]测量50位青少年特发性脊柱侧弯患者的同样主动屈肩45°时臂屈角为19°~91°,平均为56°±14°。因此,一定的屈肩角度不能反应上臂与脊柱位置的相对位置关系。

(三)被动屈肩体位

被动屈肩体位指双侧肩关节屈曲一定的角度,双上臂上前伸展,双手握于支撑杆上,可利用横杆、竖杆或其他支撑物,手在支撑下高度可调。被动屈肩30°/60°/90°位为:双肩关节屈曲30°/60°/90°,双手握于支撑杆上(图3D,图3E,图3F)。被动屈肩放松位具体姿势为:双侧上肢自然放松,放置于支撑杆上,文献并无提及严格的该体位上肢摆放要求(图3G)。

Jackson等[27]采用被动屈肩90°体位,测量100位无症状志愿者SVA值为(-0.05±2.5)cm。Vedantam等[20]对被动屈肩30°/90°位进行研究,脊柱融合病史组整体参数上,该两种体位SVA值明显存在差异(0.4 mm vs. -0.6 mm),屈肩90°使SVA显著减小;无脊柱融合病史组,被动屈肩90°SVA<30°时(-0.4 mm vs. -8 mm)。两种体位在T3~12Cobb角、T12~S1Cobb角、L1~2Cobb角、L2~3Cobb角、L3~4Cobb角、L5~S1Cobb角、SL在两种体位无明显统计学上差异。Horton等[23]在25例脊柱侧凸患者通过对比主动屈肩90°和60°,同样发现被动屈肩会使SVA减小。

Marks等[31]通过对22位无侧凸志愿者行主动屈肩30°、被动屈肩30°及置肩位等3种体位的对照研究时,发现三者中C7PL都发生后移,但是被动屈肩下C7PL发生更少的后移,即SVA丢失最少。被动屈肩下胸椎后凸角(T1~12Cobb角)丢失的最小,腰椎前凸角(T12~S1)三者并无显著差别。因此,Marks等指出被动屈肩体位相比主动屈肩及置肩位更能代表脊柱骨盆力线的真实情况。

部分学者摄片时采用被动屈肩放松位,该体位并无上肢角度等严格要求[13,30,34]。Faro等[22]和Aota等[24]对臂屈角的研究为该体位提供了理论上的支持,但还需进一步研究。

(四)置肩位

置肩位为肘关节屈曲,双手轻轻握拳,腕关节屈曲,近侧指间关节置于同侧锁骨上窝,手心在胸骨上切迹与肩峰之间,是一种自我支撑体位(图3H)。

Faro等[22]在50例青少年特发性脊柱侧弯患者中发现置肩位时SVA值丢失较少相比于主动屈肩45°体位。Aota等[24]对14名无症状志愿者研究得出同样的结果,并且置肩位SVA值更接近放松站立位。对于胸椎前凸(T2~12Cobb角)、腰椎后凸(T12~S1 Cobb角)、PI、PT、SS上,相比主动屈肩体位,置肩位更接近放松站立位。后来Horton等[23]提出全新的评估方式,即通过对25例侧凸患者侧位X平片下脊柱目标椎体皮质(C7、T2、T12、L5、S1相应椎体皮质及终板)可视化进行评分,发现置肩位在脊柱椎体轮廓显像清晰度上更优于主、被动屈肩体位。

殷刚等[25]对置肩位和主动屈肩90°位进行研究发现,无论是AIS组还是无症状组,T2~5Cobb角、T5~12Cobb角、T1~12Cobb角、L1~S1Cobb角及PI、PT、SS上无明显差异,而对于AIS组,主动屈肩90°位在胸椎后凸顶点与C7PL的距离、L1与C7PL的距离、腰椎前凸顶点与C7PL的距离、SVA及上胸椎后凸等参数小于锁骨位时的测量值,且差异有统计学意义。并发现屈肩伴随着腰椎前凸顶点相对于C7PL线前移,以及上胸椎后凸角减小,下胸椎后凸角增大,上腰椎前凸角增大。共同表明上肢体位可能对脊柱的方向有一定影响而不对骨盆旋转产生影响,他认为曲肩时,为了平衡上肢的重力,双肩理论上会后移,伴随着脊柱以腰椎前凸顶点以下某点向后旋转,这与Aota等[24]的胸椎后凸角丢失结论相悖。上胸椎后凸角:T1上缘与水平线的夹角;下胸椎后凸角:T12下缘与水平线的夹角、上腰椎前凸角:L1上缘与水平线的夹角;下腰椎前凸角:S1上缘与水平线的夹角。文献表明上下胸椎后凸及上、下腰椎前凸能更加详细地反映脊柱的矢状面形态[32]

(五)身前位

身前位也是一种自我支撑体位,具体姿势为:双肘关节及肩关节微屈,双手相扣,放置于身前(图3I)。Suzuki等[26]2010年对26位正常人群进行研究,SVA测量结果为(0.23±1.86)cm,指出该体位下SVA是接近0的正数,与放松站立位十分接近,SVA、腰椎前凸角(L1~5Cobb角)、骨盆参数(PI、PT)在观察者内、观察者间都具有很高的稳定性,但该体位前置上肢可能会干扰脊柱骨盆正位摄片,需进一步论证。

(六)屈肩屈膝体位及其他体位

很少有文献涉及屈肩屈膝体位(图3J),Marks等[31]的研究表明屈膝会使SVA增大,这与屈肩的效果相反,数据表明屈膝关节能改善主动屈肩位整体矢状力线,但是屈膝会对骨盆后旋产生作用,结果弊大于利。当被检查者不能站立时,可行坐位或者卧位摄片。不过部分学者通过MRI影像手段研究表明该体位无法代表站立位片[37,38,39,40]

二、体位的稳定性

体位的稳定性是指同一种体位下多次不同时间、地点的拍摄结果的一致性,可表示一种体位下姿势的稳定程度。大部分脊柱骨盆参数的测量不准确主要有由于姿势的变异和拍摄设备位置的变化,相同体位可由于姿势的变异导致结果的偏差[41,42]。另外,稳定性需要拥有较好平衡能力者,而脊柱侧凸患者的人体平衡调节能力可能下降。被动体位时,支撑作用可减少人体摇晃,增加姿势的稳定性。

一种稳定差的体位会导致错误的测量结果,SRS建议利用一些辅助设备去矫正拍片姿势。Stokes[15]曾利用双脚站在秤上,通过人体左右质量分布来控制姿势。Devi等[18]利用人体站立于一块旋转的方板上,通过人体的自我平衡能力来矫正姿势,该文献也提到早在1984年Bernau就利用双脚各站在一个秤上,通过人体左右质量分布来控制姿势,以提高体位的稳定性。

我们选择摄片体位的目的是确保脊柱骨盆显像清晰并具有较高的稳定性,在这个前提下体位的脊柱骨盆整体及局部矢状参数越接近功能位越好(表2)。一般情况下,被动体位可减少人体的摇晃,与主动体位相比有更好的稳定性,更加合适侧凸等脊柱不稳或平衡性差的患者,在早期更易被学者接受,然而支撑物的选择及摆放有较大的随意性。再者,在对臂屈角的研究中,学者发现一定的屈肩角度并无实质意义,目前文献在多数选择被动体位中的屈肩放松位,该体位没有严格的上肢摆放要求。屈肩会使脊柱整体矢状力线C7PL后移,日本学者采用身前位,由于最小程度屈肩,理论上最接近放松站立状态,但缺少论证。置肩位是目前较主流的摄片体位,该体位不需要额外支撑物,具有摆放简单、稳定、显像清晰的优点,但是于站立不稳及上肢摆放困难的被检查者,建议使用被动体位。

表2

文献摘录各种不同体位脊盆相关参数测量结果

另外,在摄脊柱骨盆X线片时,可根据优劣挑选适合的体位,然而有些影响因素是不可避免的,如肩关节、肺、纵膈以及由于侧凸所导致的脊椎倾斜等,但是某些因素是可以避免的,身上携带物品尽量全部取下,摄片时身体保持静止,放射源距离、焦点及角度。

获得一个清晰及参数近自然状态站立的正侧位X线片十分重要,正常人自然状态站立参数为脊柱骨盆畸形的诊断、脊柱曲度的复位及疾病的预后提供重要的参考指标,相信今后会有更多关于体位的临床研究为我们提供参考依据,让我们对体位的选取更有针对性。

“参考文献略”


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