基于棘突體表投射空間三維位置的脊柱形態測量儀在脊柱側凸形態測量中的初步應用
基于棘突體表投射空間三維位置的脊柱形態測量儀在脊柱側凸形態測量中的初步應用
趙檢1,2△，陳鍇1△，李強華3，杭輝冬4，毛寧方1，沈林勇3，楊長偉1*，李明1
1.海軍軍醫大學（第二軍醫大學）長海醫院骨科，上海 200433
2.西部戰區總醫院骨科，成都 610083
3. 解放軍 73653部隊衛生連，泉州 362000
4. 上海大學機電工程與自動化學院，上海 200072
Spine morphology measuring instrument based on three-dimensional projection position of the spinous process on body surface: preliminary application inscoliosis
ZHAO Jian1,2△, CHEN Kai1△, LI Qiang-hua3, HANG Hui-dong4, MAO Ning-fang1, SHEN Lin-yong3, YANG Chang-wei1*, LI Ming1
1.Department of Orthopaedics, Changhai Hospital, Naval Medical University (Second Military Medical University), Shanghai 200433,China
2.DepartmentofOrthopaedics,GeneralHospitalofWesternTheaterCommandofPLA,Chengdu610083,Sichuan,China
3.Hygienic Company, No. 73653 Troop of PLA, Quanzhou 362000, Fujian,China
4.School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072,China
［收稿日期］ 2018-12-24［接受日期］ 2019-06-26
［基金項目］國家自然科學基金（31870985），上海市自然科學基金（16ZR1449100）．Supported by National Natural Science Foundation of China (31870985) and Natural Science Foundation of Shanghai (16ZR1449100).
［作者簡介］趙 檢，博士生．E-mail: 782129603@qq.com；陳 鍇，碩士生．E-mail: spine_kai@smmu.edu.cn
△共同第一作者（Co-first authors）．
*通信作者（Corresponding author）．Tel: 021-31161700, E-mail: changwei_y@qq.com
青少年特發性脊柱側凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是常見的脊柱三維畸形，在總人群中的患病率為 1%～3%［1-2］。AIS 的治療需要綜合考慮年齡、性別、骨骼發育成熟度、Cobb 角等因素，其中 Cobb 角是最主要的因素，通常對于 Cobb 角為 10°～20°的AIS 患者推薦臨床觀察，Cobb 角為20°～40°的患者推薦佩戴矯形支具，而 45°以上、畸形進展風險較大的患者推薦手術矯形融合側凸［2］。絕大部分AIS 患者的處理措施是臨床觀察或佩戴支具，需要反復多次拍攝全脊柱正側位X 線片以動態評估Cobb 角的變化，然而有研究表明側凸患者反復多次拍攝全脊柱正側位X 線片會損傷其體內的DNA［3］。因此，學者們開展了許多非 X 線技術嘗試評估脊柱形態，如云紋攝影、三維超聲和三維電子重力角度感應技術等［4-5］。海軍軍醫大學（第二軍醫大學） 長海醫院骨科聯合上海大學機電工程與自動化學院設計制作了基于姿態傳感器的脊柱形態測量儀（國家發明專利申請號：201711081531.8）［6］，前期模擬實驗和初步 6 例臨床試驗結果提示其精度高、可重復性高、使用方便［7］。本研究通過進一步擴大臨床病例探索該脊柱形態測量儀在AIS 患者側凸形態測量中的應用效果。
1資料和方法
1.1脊柱形態測量儀及其測量原理 脊柱形態測量儀通過其內置姿態傳感器感知棘突位置變化，姿態傳感器及其計算程序為該測量儀的核心部件。姿態傳感器由三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁力計組成，能夠感知相對水平面的姿態，根據姿態特征計算棘突連線的角度。測量時，將測量儀緊貼人體后背，并且固定在測量人員的示指和中指背部。測量人員首先觸及患者C7椎體棘突，示指和中指的指腹自上而下滑動觸診 AIS患者棘突，通過姿態傳感器記錄指腹滑行軌跡，以反映患者體表投射位置的棘突連線成角（spinousprocessangle， SPA）。當患者側凸類型為雙彎甚至三彎時，測量儀當前程序設定為只讀取其SPA最大的度數。測量儀的內部結構、外觀和患者測量過程見圖 1。
圖 1 脊柱形態測量儀結構、患者測量過程及脊柱正側位 X 線片
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°
1.2臨床資料2015年11月至2018年9月， 我們應用該脊柱形態測量儀測量了海軍軍醫大學
（第二軍醫大學）長海醫院骨科收治的 32例 AIS
患者的SPA。所有患者均由同一測量人員重復測量
3 次，取平均值。研究對象納入標準：（1）明確診斷為 AIS；（2）拍攝全脊柱正側位 X 線片，通過正位X 線片測量主彎冠狀面 Cobb 角，并記錄側凸累及節段；（3）無其他類型脊柱畸形。本研究通過海軍軍醫大學（第二軍醫大學）倫理委員會審批，將研究方案充分告知受試者及其家屬并取得同意。
1.3統計學處理 采用 SPSS 18.0 軟件進行統計學分析。每例患者均采用脊柱形態測量儀測量SPA， 采用Cronbach α 系數評價組內測量一致性。采用單因素線性回歸模型構建Cobb 角和SPA 測量值之間的數量關系。根據側凸類型的差異進行亞組分析，在 Lenke Ⅰ型和Lenke Ⅴ型 AIS 患者中分別探討Cobb 角和SPA 測量值之間的數量關系。檢驗水
準（α）為 0.05。
2結果
2.1SPA測量結果32例AIS患者中，男11例、女21例，年齡為（13.94±0.84）歲；LenkeⅠ 型20例，LenkeⅤ型12例；8例患者主彎累及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征為3級，15例患者Risser征為4級，12例患者Risser征為5級；主彎冠狀面Cobb角為13°～42°，平均（37.88±5.59）°。脊柱形態測量儀測量結果顯示，SPA測量值為9.67°～36.00°，平均（30.26±4.74）°。見表1。
表 1 32 例 AIS 患者一般資料及 SPA 測量結果
Tab 1 General data and SPA measurement results of the 32 AIS patients
No.GenderAge | Risser | LenkeSegmentCobbSPA(º) | ||||||||
(year) | grade | type | angle (°) | Measurement 1 | Measurement 2 | Measurement 3 | Mean | |||
1 | Female | 13 | 4 | Ⅰ | T5-T11 | 25 | 21 | 21 | 20 | 20.67 |
2 | Male | 15 |
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