色努矯形器在青少年特發性脊柱側凸的應用進展

向亮,謝秋芳，張勤,龔澤輝,王義亮,劉純琴，羅超

青少年特發性脊柱側凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是發生于青春發育期前后的脊柱結構性三維畸形。最新研究顯示在我國發病率為5.14%,14～15歲的女孩發病率最高，達到13.81%[1]。雖然目前AIS病因尚未明確，但側凸曲線在青春期進展較快，進展性的側凸往往會對青少年產生負面影響,降低與健康相關的生存質量(health-related quality of life，HRQL)，產生心理障礙，腰背疼痛及心肺功能障礙等[2-3]。對于輕、中度AIS患者,矯形器治療是目前公認的有效非手術治療手段[4-5]。已有大量臨床試驗顯示矯形器可以改變脊柱側凸自然史，幫助患者避免手術，證實了矯形器治療的有效性[6-8]。目前用于治療AIS的矯形器種類繁多，如Milwaukee矯形器，Boston矯形器，Nighttime矯形器等，其中色努矯形器(Chêneau brace)治療AIS的療效在我國及歐洲等地區得到了廣泛認可，是一種AIS應用最多且具有高影響力的胸腰骶椎矯形器(thoracic- lumbar- sacral orthosis, TLSO)[9-10]。隨著醫學模式的轉變，在追求側凸高矯正率的同時，AIS患者的生存質量也越來越受到重視和關注，色努矯形器的改良版本也日益增多。色努矯形器治療周期較長，常以脊柱側凸患者生存質量為代價來進行治療，且部分AIS患者依從性差導致治療效果不佳[11]。色努矯形器治療青少年特發性脊柱側凸的研究已經接近40年，其治療技術也在日益更新。本文將就色努矯形器的歷史、適應癥、作用機制,療效及影響因素等作一綜述，為臨床色努矯形器治療的選擇和矯形器技師制作出矯正率高，穿戴舒適的色努矯形器提供參考依據。

1 色努矯形器的歷史及發展

Jacques Chêneau于1979年發表了一種基于患者石膏取型和人工修型傳統工藝的脊柱矯形器，稱為色努矯形器[12]。色努博士及其團隊對這種未經改良的色努矯形器進行定義、描述和公開發表在法國和德國[13-14]。隨后這種矯形器逐漸被改良更新，設計出了一系列對脊柱側凸治療有效的矯形器。色努矯形器制作的傳統步驟是用石膏繃帶在AIS患者身上取模，石膏陽模修型，熱塑材料負壓成型等，其中在修型過程中石膏陽模的所有區域(脊柱突出的和凹陷的部位)將會被編號，形成數值圖來幫助矯形器技師完成增減石膏的任務。這一過程是矯形器生物力學矯正的關鍵環節，常常由矯形器技師的經驗來判斷增減石膏的多少，難以形成統一的量化標準。近年來，隨著科技的高速發展，已經嘗試應用計算機輔助設計/計算機輔助制作(computer aided design/computer aided manufacturing, CAD/CAM)來捕獲脊柱三維形態從而代替傳統的石膏取模，修型等步驟，并且通過對脊柱的三維有限元模型分析，運用計算機模擬脊柱受力情況和矯形器的矯正效果，制作出反映患者個體化生物力學特征的三維矯形器，達到令人滿意的力學矯正效果[15]，結合3D打印等技術制作出來的矯形器更輕便，穿戴更舒適[16]。在2009年Weiss[9]發明了GBW(Gensingen-Brace-Weiss)色努矯形器，通過應用CAD/CAM技術對色努矯形器進行改良，臨床應用良好，但這種GBW色努矯形器不容易調整且比手工制作花費的時間更長。隨后，weiss團隊繼續對其進行改良，設計出了由金屬支條與高溫板材組成的Chêneau light矯形器，可以快速調整來適配患者[17]。Pozzolatico Chêneau (P Chêneau)色努矯形器采用傳統方法對患者進行取型、修型等，把色努矯形器腋下支撐點往上延伸，改良后的P Chêneau色努矯形器被證明對治療AIS有效[18]。另一個改良版本Rigo System Cheneau (RSC)色努矯形器自從2004年推出后，迅速在歐洲受到關注，它主要特點是改良了原始色努矯形器的扭轉力，通過設計壓力墊來矯正椎體旋轉及側凸[19]。色努矯形器經過多次不斷的改良創新，目前已成為了歐洲矯形器體系中的主流矯形器之一[20]。

2 色努矯形器的適應癥及作用機制

2.1 色努矯形器的適應癥 色努矯形器治療主要適用于骨骼發育未成熟且頂椎在T6以下的AIS患者,參照以下兩項指南:①2005年脊柱側凸研究學會(scoliosis research society)SRS的指南規定：1.患者年齡≥10歲，Risser征0～2級，cobb角度為25～40°，之前未接受其他治療；對于女性患者，月經未至或月經已至但不滿1年[21]。②2011國際脊柱側凸矯形和康復治療協會指南推薦(The International Scientific Society on Socoliosis Orthopaedic and Rehabilitation Treatmen, SOSORT)：cobb角20～45°時，推薦矯形器治療，同時配合運動療法[22]。2014年Lusini等[23]納入57例cobb角>45°不愿接受手術治療的AIS患者，39名患者接受矯形器治療，18名患者拒絕矯形器治療,矯形器組53.8%改善率遠超過未帶矯形器組0%,證實了矯形器對cobb角>45°仍有改善的可能性,特別是在患者曲線進展的可能性很高的情況下[24-25]。在臨床實際案例中，選擇矯形器治療納入標準時,在兩項指南推薦下(SRS和SOSORT)，側凸曲線進展率和脊柱的柔韌性等因素也逐漸受到關注。

2.2 色努矯形器的作用機制 色努矯形器通過多組三點力系統對脊柱側凸起生物力學矯正作用，在脊柱的額狀面，矢狀面和水平面來牽引，抗旋和免荷,控制側凸進展。矯正原理主要為被動矯正和主動矯正[26]:被動矯正為“櫻桃核效應”及色努矯形器包含壓力區域和釋放空間，對軀干突起的部位施加壓力使軟組織從凸側部位(壓力區)轉移到凹側部位(釋放空間)，力量傳遞到椎體上來矯正脊柱側凸，椎體旋轉等畸形。主動矯正主要是胸廓在矯形器作用下的不對稱位置引導的呼吸運動，訓練患者有意識地將呼吸導向胸廓凹位，引導脊柱主動運動，向脊柱正常生理曲度進展。一組三點力系統由一個作用力和兩個反作用力形成，色努矯形器在脊柱凸側部位(主要是腰椎和胸椎)設計的是傾斜的平面墊,及所施加的壓力為矢量力，具有方向和大小，在提供矢狀面上牽拉力的同時也將提供橫向平面上的去旋轉力。脊柱側凸的曲線模式決定了色努矯形器的壓力墊和釋放空間的具體設計[27]，Pham等[28]通過對矯形器作用力的定量研究發現胸腰椎曲線的平均壓力值低于單純胸椎曲線。多項研究表明矯形器施力的大小和方向對改善AIS患者側凸畸形程度非常重要[29-31]。在矯形器治療期間，患者身高體重和脊柱側凸程度都在不同程度的改變，為達到最佳治療效果，建議每3～6月進行復查，根據患者變化情況進行調整或更換矯形器。

3 色努矯形器治療的療效評價

3.1 色努矯形器的療效 2005年,SRS年會對矯形器治療的有效性標準進行了統一，認為評價矯形器治療的有效性應包括：①側凸進展≤5°和發育成熟時進展≥6°患者的百分比。②發育成熟時側凸>45°患者的百分比和被建議或已行手術治療患者的百分比。③發育成熟后隨訪2年，需行手術治療患者的百分比[21]。Fang等[32]將32名AIS患者，平均隨訪穿戴色努矯形器24.4個月，結果顯示總的cobb角由(30.6±5.9°)降至(27.3±14.2°)，雖然Cobb角度改善沒有統計學上的顯著意義，但研究結果表明色努矯形器顯著降低了脊柱后凸、前凸畸形和髖臼傾斜。由于AIS患者側凸類型的差異性，近年來設計了一些改良型色努矯形器：Chêneau light矯形器對側凸畸形有很好的治療效果，Weiss等[33]應用Chêneau light矯形器對81名AIS患者進行治療，Cobb角平均減少了16.4°，矯正率超過51%；Pasquini等[18]對P-Chêneau矯形器進行了評估，對67名AIS患者，平均治療隨訪2年，結果表明P-Chêneau矯形器對脊柱側凸King分型中的I型、Ⅱ型(S型側凸)矯正不明顯，但在其它類型(Ⅲ型、Ⅳ型與Ⅴ型)的側凸中Cobb角都有顯著減小。我國在色努矯形器的設計改良上也取得了一定進展，陳東等[5]通過擴大色努矯形器的釋放空間，為肺部發育和呼吸訓練提供足夠空間來創造呼吸平衡，治療168例中有158例患者側凸畸形有明顯改善。

3.2 色努矯形器與生存質量 矯形器療效評價一直是學者們討論的焦點,脊柱側凸研究學會、國際脊柱側凸矯形和康復治療學會于2014年達成研究共識,除了有效評估以影像學為基礎的脊柱畸形變化外,還應評估其他癥狀:腰背疼痛,活動障礙,心理因素和生存質量等變化[34]。目前色努矯形器治療對AIS患者的生存質量的提高還不明確，據報道生存質量與矯形器治療AIS患者的疼痛，活動障礙和家庭關系有關[35]。評估AIS患者HRQL量表常用的是脊柱研究學會量表和健康調查表，Han等[36]的一項前瞻性研究應用這兩個問卷調查了兩組(觀察組和矯形器治療組)AIS患者的生存質量差異，結果顯示兩組患者生存質量水平無顯著差異。而一些研究者認為大多數色努矯形器會限制患者的日常活動，增加心理壓力,影響穿戴時間[37-38]。 Pham等[39]根據影響生存質量的腰背痛的視覺模擬評分結果證實，與其他組(無色努矯形器治療或部分時間穿戴)相比，全程時間色努矯形器治療的生存質量明顯更差。另一些研究者認為接受色努矯形器治療后的AIS患者改善了疼痛和自我形象等，具有更好的生存質量[5,39-40]。許多研究由于對AIS的HRQL的評測工具不統一[38-41]，且國內與國外存在較大的文化和社會差異降低了HRQL評測工具的可信性[41]，導致了矯形器治療AIS生存質量的差異性。Meng等[42]對脊柱側凸矯形器治療AIS患者的生存質量影響做了系統評價，納入7篇應用SRS-22評估HRQL的文獻(觀察組474人,矯形器組166人，總樣本量640例)，消除評測工具的差異性帶來的數據影響，其研究結果表明經過矯形器治療后的AIS患者比未治療的患者得分更高。Toru 等[43]學者認為矯形器的類型也是影響患者生存質量的因素之一，且HRQL的評測工具缺乏統一認識，限制了有關AIS生存質量的研究，目前缺乏充足的數據來進一步對不同改良型色努矯形器治療脊柱側凸的生存質量的差異性進行系統評估。

4 色努矯形器治療效果的影響因素

盡管色努矯形器治療AIS療效顯著，但有很多因素影響其治療效果，和其他TLSO矯形器治療效果的影響因素一樣，分為內在因素和外在因素。內在因素及患者自身因素包括脊柱側凸類型，畸形程度，脊柱柔韌性，生長發育速度等。Mercadante[44]認為AIS的脊柱柔韌性越大，其矯形器的矯正效果越明顯，尤其是脊柱柔韌性>50%的患者。3個外在因素對矯形器治療AIS的成功也起著重要作用：①初始矯正度，②依從性，③治療方案的選擇。

4.1 初始矯正度 初始矯正度及患者初次穿戴矯形器時cobb角的矯正度，是脊柱長期生物力學改變的基礎，而初始矯正度與患者脊柱特點和矯形器的設計有關，由于每位矯形器技師的臨床經驗、技術水平不一，并不是每一位AIS患者穿上矯形器都可以達到滿意的矯正效果。Berteau等[45]應用有限元分析法模擬出脊柱各個椎體的具體施力大小，將力的數值模型應用到矯形器的設計中去，并與傳統手工制作的矯形器作比較，結果表明前者的三維矯形效果明顯優于后者。有限元方法能夠精準的測量脊柱各個部位的應力情況，觀察矯形器應力下的椎體動態變化，對矯形器的設計有很大幫助。

4.2 依從性 高依從性是矯形器治療AIS成功的重要因素之一，許多研究評估矯形器治療的依從性常常以問卷的形式進行統計，缺乏客觀的依據，難以保證結果的真實性[46]。Rahman[47]對矯形器治療依從性用溫度檢測器進行客觀數據研究，發現依從性好的患者治療有效率明顯高于依從性差的患者。患者的依從性不僅僅是每天穿戴時間的評估，在矯形器穿戴時的松緊及壓力的大小也直接影響矯正的力度，進而影響矯形器治療的效果[48]。通常醫生要求AIS患者每天需穿戴矯形器時間18～23h，但因為矯形器可能影響身體外觀，背部肌肉僵硬，皮膚壓瘡，心理障礙和社會不適應等，導致依從性下降[49]。如何提高患者的依從性一直備受關注。

4.3 治療方案的選擇 Law[50]對10名AIS患者進行深度隨訪研究發現,在矯形器表面的美學方面與患者共同設計會提高患者的依從性,美學上令人愉悅的矯形器和患者參與矯形器的設計過程對于增加患者依從性并解決治療期間的心理問題很重要。Kalichman等[51]研究證實,與單一矯形器治療相比,矯形器治療結合脊柱側凸特定運動療法能更好的矯正側凸,改善心肺功能等,適當的運動能有效地避免矯形器治療帶來的肌肉力量下降，腰背痛等并發癥。Rivett等[52]對矯形器結合特定運動療法的具體方案深入研究發現，每天穿戴矯形器21.5h結合4次/周的脊柱側凸運動療法比每天穿戴矯形器12h、4次/周的脊柱側凸運動療法更有利于改善側凸角度，具有顯著差異。總之，在脊柱側凸矯形器設計時增加患者的參與度并結合特定運動療法將有利于提高臨床療效。

5 小結

青少年特發性脊柱側凸是一種復雜和多因素的脊柱畸形，嚴重影響青少年的身心健康。隨著醫學模式向生物-心理-社會模式的轉變，矯形器治療方案的選擇應同時注重三維畸形的矯正和生存質量的提高。在長期的臨床實踐中已經證實色努矯形器是減少AIS患者側凸曲線進展并影響其自然史的矯形器之一，在設計矯形器的過程中，不僅僅針對脊柱側凸畸形的生物力學設計，還應增加患者在矯形器外觀設計的參與度，為患者解釋依從性的重要性，從而提高矯形器的療效。隨著計算機技術(CAD/CAM,有限元分析等)的不斷應用于矯形器領域，材料學和生物力學的發展，下一步應該更加關注色努矯形器的改良設計，制作出穿戴舒適，矯正率高的矯形器，為AIS患者提供更好的保守治療。