基于棘突体表投射空间三维位置的脊柱形态测量仪在脊柱侧凸形态测量中的初步应用

赵检1,2△，陈锴1△，李强华3，杭辉冬4，毛宁方1，沈林勇3，杨长伟1*，李明1

1.海军军医大学（第二军医大学）长海医院骨科，上海 200433

2.西部战区总医院骨科，成都 610083

3. 解放军 73653部队卫生连，泉州 362000

4. 上海大学机电工程与自动化学院，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

［基金项目］国家自然科学基金（31870985），上海市自然科学基金（16ZR1449100）．Supported by National Natural Science Foundation of China (31870985) and Natural Science Foundation of Shanghai (16ZR1449100).

［作者简介］赵  检，博士生．E-mail: 782129603@qq.com；陈  锴，硕士生．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。

1资料和方法

1.1脊柱形态测量仪及其测量原理 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（spinousprocessangle， 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°

1.2临床资料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。

1.3统计学处理 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。

2结果

2.1SPA测量结果32例AIS患者中，男11例、女21例，年龄为（13.94±0.84）岁；LenkeⅠ 型20例，LenkeⅤ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  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