青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是常见的脊柱三维畸形，在总人群中的患病率为1%~3%^[1-2]。AIS的治疗需要综合考虑年龄、性别、骨骼发育成熟度、Cobb角等因素，其中Cobb角是最主要的因素，通常对于Cobb角为10°~20°的AIS患者推荐临床观察，Cobb角为20°~40°的患者推荐佩戴矫形支具，而45°以上、畸形进展风险较大的患者推荐手术矫形融合侧凸^[2]。绝大部分AIS患者的处理措施是临床观察或佩戴支具，需要反复多次拍摄全脊柱正侧位X线片以动态评估Cobb角的变化，然而有研究表明侧凸患者反复多次拍摄全脊柱正侧位X线片会损伤其体内的DNA^[3]。因此，学者们开展了许多非X线技术尝试评估脊柱形态，如云纹摄影、三维超声和三维电子重力角度感应技术等^[4-5]。海军军医大学（第二军医大学）长海医院骨科联合上海大学机电工程与自动化学院设计制作了基于姿态传感器的脊柱形态测量仪（国家发明专利申请号：201711081531.8）^[6]，前期模拟实验和初步6例临床试验结果提示其精度高、可重复性高、使用方便^[7]。本研究通过进一步扩大临床病例探索该脊柱形态测量仪在AIS患者侧凸形态测量中的应用效果。

脊柱形态测量仪通过其内置姿态传感器感知棘突位置变化，姿态传感器及其计算程序为该测量仪的核心部件。姿态传感器由三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成，能够感知相对水平面的姿态，根据姿态特征计算棘突连线的角度。测量时，将测量仪紧贴人体后背，并且固定在测量人员的示指和中指背部。测量人员首先触及患者C₇椎体棘突，示指和中指的指腹自上而下滑动触诊AIS患者棘突，通过姿态传感器记录指腹滑行轨迹，以反映患者体表投射位置的棘突连线成角（spinous process angle，SPA）。当患者侧凸类型为双弯甚至三弯时，测量仪当前程序设定为只读取其SPA最大的度数。测量仪的内部结构、外观和患者测量过程见图 1。

图 1 脊柱形态测量仪结构、患者测量过程及脊柱正侧位X线片 Fig 1 Structure of spine morphology measuring instrument and measuring procedure and anteroposterior and lateral radiographs of a patient A: Internal structure of the measuring instrument; B: External view of the measuring instrument; C, D: The measuring instrument was close to the back of the subject, continually palpating patient's spinous process, and spinous process angle measured by the measuring instrument was 34°; E, F: Anteroposterior and lateral radiographs of the patient, the Cobb angle was 38°

2015年11月至2018年9月，我们应用该脊柱形态测量仪测量了海军军医大学（第二军医大学）长海医院骨科收治的32例AIS患者的SPA。所有患者均由同一测量人员重复测量3次，取平均值。研究对象纳入标准：（1）明确诊断为AIS；（2）拍摄全脊柱正侧位X线片，通过正位X线片测量主弯冠状面Cobb角，并记录侧凸累及节段；（3）无其他类型脊柱畸形。本研究通过海军军医大学（第二军医大学）伦理委员会审批，将研究方案充分告知受试者及其家属并取得同意。

采用SPSS 18.0软件进行统计学分析。每例患者均采用脊柱形态测量仪测量SPA，采用Cronbach α系数评价组内测量一致性。采用单因素线性回归模型构建Cobb角和SPA测量值之间的数量关系。根据侧凸类型的差异进行亚组分析，在Lenke Ⅰ型和Lenke Ⅴ型AIS患者中分别探讨Cobb角和SPA测量值之间的数量关系。检验水准（α）为0.05。

32例AIS患者中，男11例、女21例，年龄为（13.94±0.84）岁；Lenke Ⅰ型20例，Lenke Ⅴ型12例；8例患者主弯累及T₅~T₁₁，4例累及T₅~T₁₂，1例累及T₆~T₁₁，7例累及T₆~T₁₂，4例累及T₁₁~L₃，8例累及T₁₂~L₄；5例患者Risser征为3级，15例患者Risser征为4级，12例患者Risser征为5级；主弯冠状面Cobb角为13°~42°，平均（37.88±5.59）°。脊柱形态测量仪测量结果显示，SPA测量值为9.67°~36.00°，平均（30.26±4.74）°。见表 1。

表 1 (Tab 1)

表 1 32例AIS患者一般资料及SPA测量结果 Tab 1 General data and SPA measurement results of the 32 AIS patients No. Gender Age (year) Risser grade Lenke type Segment Cobb angle (°) SPA (º) Measurement 1 Measurement 2 Measurement 3 Mean 1 Female 13 4 Ⅰ T5-T11 25 21 21 20 20.67 2 Male 15 5 Ⅰ T5-T11 34 29 22 26 25.67 3 Male 13 3 Ⅰ T5-T11 37 31 28 27 28.67 4 Female 14 4 Ⅰ T5-T11 40 35 32 35 34.00 5 Female 15 5 Ⅰ T5-T11 40 35 31 34 33.33 6 Female 15 5 Ⅰ T5-T11 40 35 34 34 34.33 7 Female 13 3 Ⅰ T5-T11 41 38 34 36 36.00 8 Male 15 4 Ⅰ T5-T11 42 37 32 35 34.67 9 Male 14 5 Ⅰ T5-T12 13 10 9 10 9.67 10 Female 13 4 Ⅰ T5-T12 40 29 34 32 31.67 11 Male 14 4 Ⅰ T5-T12 40 34 28 31 31.00 12 Female 13 4 Ⅰ T5-T12 40 35 32 34 33.67 13 Female 15 4 Ⅰ T6-T11 38 32 29 31 30.67 14 Female 15 5 Ⅰ T6-T12 33 29 27 28 28.00 15 Female 13 4 Ⅰ T6-T12 35 29 28 25 27.33 16 Male 15 5 Ⅰ T6-T12 38 32 26 30 29.33 17 Female 15 5 Ⅰ T6-T12 40 34 31 28 31.00 18 Male 14 4 Ⅰ T6-T12 40 34 29 31 31.33 19 Male 14 4 Ⅰ T6-T12 41 34 32 34 33.33 20 Female 13 4 Ⅰ T6-T12 42 36 31 29 32.00 21 Male 13 4 Ⅴ T11-L3 39 31 32 28 30.33 22 Female 14 5 Ⅴ T11-L3 40 31 32 36 33.00 23 Male 14 4 Ⅴ T11-L3 40 31 29 28 29.33 24 Female 13 4 Ⅴ T11-L3 40 32 31 28 30.33 25 Female 14 4 Ⅴ T12-L4 36 30 31 28 29.67 26 Female 15 5 Ⅴ T12-L4 38 33 30 29 30.67 27 Female 14 5 Ⅴ T12-L4 40 28 34 29 30.33 28 Female 15 5 Ⅴ T12-L4 40 32 28 31 30.33 29 Male 14 5 Ⅴ T12-L4 40 33 28 35 32.00 30 Female 13 3 Ⅴ T12-L4 40 31 31 33 31.67 31 Female 13 3 Ⅴ T12-L4 40 32 33 32 32.33 32 Female 13 3 Ⅴ T12-L4 40 32 35 29 32.00 The three measurements were repeated by the same researcher. AIS: Adolescent idiopathic scoliosis; SPA: Spinous process angle

表 1 32例AIS患者一般资料及SPA测量结果 Tab 1 General data and SPA measurement results of the 32 AIS patients

对于32例AIS患者，SPA组内测量一致性较高（Cronbach α系数为0.938）。进一步亚组分析发现，对于胸弯（Lenke Ⅰ型）患者测量的重复性（Cronbach α系数为0.973）优于腰弯（Lenke Ⅴ型）患者（Cronbach α系数为0.379）。

线性回归分析发现，在AIS患者中，Cobb角与SPA测量值呈线性关系，两者之间的线性回归方程为：Cobb角＝1.128×SPA+3.724。进一步亚组分析发现，在LenkeⅠ型AIS患者中，Cobb角和SPA同样存在线性关系，两者之间的线性回归方程为：Cobb角＝1.128×SPA+3.303；但是在Lenke Ⅴ型患者中，测量的SPA值不能很好地预测Cobb角。见表 2。

表 2 (Tab 2)

表 2 AIS患者Cobb角与SPA测量值的线性回归分析结果 Tab 2 Linear regression analysis results of Cobb angle and SPA in AIS patients Group B SE t value P value The whole group   Constant 3.724 1.895 1.965 0.059   SPA 1.128 0.062 18.237 ＜0.01 Lenke typeⅠsubgroup   Constant 3.303 1.948 1.696 0.107   SPA 1.128 0.064 17.598 ＜0.01 Lenke typeⅤsubgroup   Constant 25.387 9.548 2.659 0.024   SPA 0.453 0.308 1.470 0.172 AIS: Adolescent idiopathic scoliosis; SPA: Spinous process angle; B: Regression coefficient; SE: Standard error

表 2 AIS患者Cobb角与SPA测量值的线性回归分析结果 Tab 2 Linear regression analysis results of Cobb angle and SPA in AIS patients

Cobb角是AIS评估最主要的指标，测量Cobb角的常见方法包括X线片、CT和全脊柱MRI^[8]。CT和MRI多用于术前评估，应用最为广泛的还是全脊柱正侧位X线片。畸形进展风险较大的患者需要反复多次暴露于X线，这会损伤患者身体，但是目前缺乏可替代X线片的测量方法^[9]。尽管MRI在测量Cobb角方面具有很高的精度及可重复性^[10]，但是目前缺乏可以站立拍摄全脊柱MRI的仪器。因此，许多学者探讨了不同的非X线片检出侧凸和评估Cobb角的方法。最常见的检查方法为Adans试验（前屈试验），这也是目前学校筛查AIS时最常用的方法^[11]，其缺点在于不能够客观定量测量患者Cobb角。当前的非X线测量参考标志一般采用人体背部结构，云纹摄影和红外线测量方法都是根据背部不对称指数评估患者是否存在脊柱侧凸^[12]。但是，这些方法都不能精确定量侧凸Cobb角。

香港中文大学报道了三维超声测量脊柱形态的方法^[4]。该研究发现Cobb角与超声测量相关系数＞0.75，表明超声测量精确度高；该研究还发现佩戴支具时Cobb角和测量值的相关系数大于不佩戴支具时的相关系数，表明超声测量可应用于支具矫形效果的监测。与既往非X线片测量不同，超声测量选用的参考解剖标志为棘突。通过超声采集棘突的图像，经过重建可得到棘突连线序列的三维图像。早在1990年，Herzenberg等^[13]就报道了采用SPA描述侧凸形态的方法。SPA测量主要为切线测量方法。由于椎体旋转的存在，SPA要小于站立位Cobb角^[14]。椎体旋转越大，SPA与Cobb角数量上的差异就越大。本研究同样采用棘突作为背部的解剖参考标志。相对于超声定位棘突的方法不同，本研究采用示指和中指的指腹触诊定位，通过固定于指背的姿态传感器测量仪记录棘突的相对空间位置。前期的初步研究发现，体表触及棘突定位方法可重复性高，测量仪精度高^[7]。本研究发现，体表投射位置的SPA与Cobb角呈线性相关，线性回归方程为Cobb角＝1.128×SPA+3.724。因此，基于棘突体表投射空间三维位置的脊柱形态测量方法将是一种有潜力的策略。

然而，本研究中亚组分析发现，基于棘突体表投射空间三维位置的脊柱形态测量方法仅对胸弯（Lenke Ⅰ型）AIS具有很好的预测意义，而对于腰弯（Lenke Ⅴ型）患者预测价值不高。其原因主要有以下几点：（1）腰背部软组织比胸背部厚，软组织过厚会影响指腹滑动触及棘突的精确度；（2）测量时由于腰椎向前凸，操作过程中测量仪不能很好地贴于患者背部；（3）设计制作的测量仪底部较宽，不能很好地贴于凸向前侧的腰段脊柱，需要进一步改进。

本研究结果初步表明，基于棘突体表投射空间三维位置的脊柱形态测量仪能够应用于胸段侧凸的形态测量。棘突在体表的空间投射位置是脊柱形态测量很好的解剖参考标志，空间姿态传感器是测量脊柱形态的一种解决方案，值得进一步研究。