改良整體形態(tài)與平衡評分預測脊柱畸形術后機械并發(fā)癥的臨床研究

王宇 孫文志 孫祥耀 胡海量 王鵬 孔超 張思韜 魯世保

作者單位：100053 北京，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院骨科

近年來，成人脊柱畸形 ( adult spinal deformity，ASD ) 的發(fā)病率普遍呈上升趨勢，特別是成人脊柱側凸的發(fā)病率隨著人口年齡的增加而增加，其發(fā)病率在 54 歲人群中為 29%，65 歲后超過 65%[1]。ASD 會降低生活質量，特別是存在冠狀面和矢狀面不平衡時[2]。目前，脊柱矯形手術是 ASD 患者惟一有效的治療策略[3]。然而，文獻報道 ASD 患者術后常出現與脊柱序列及內固定相關的機械性并發(fā)癥，如近端交界性后凸 / 失敗 ( proximal junctional kyphosis / failure，PJK / PJF )、斷釘、斷棒等，嚴重影響患者生活質量，且其發(fā)生率與脊柱骨盆矢狀面形態(tài)的重建效果密切相關[4-6]。理想的脊柱骨盆矢狀面形態(tài)應呈脊柱各部分相互關聯且協調的關系[4-8]。與其它脊柱骨盆矢狀面參數不同的是，骨盆入射角( pelvic incidence，PI ) 在骨骼發(fā)育成熟后即持續(xù)保持恒定，且其測量值不受患者體態(tài)影響[9]。Yilgor 等[7]于 2017 年以 PI 為基準，定義了其它脊柱骨盆矢狀面參數的理想值相對 PI 的線性關系，并在此基礎上建立了脊柱整體形態(tài)與平衡評分。馬鴻儒等[8]在此基礎上建立了適用于國人的改良脊柱整體形態(tài)與平衡 ( modified global alignment and proportion，M-GAP )評分，認為其對預測脊柱側凸術后機械性并發(fā)癥的發(fā)生有一定作用，但作者未表明 M-GAP 的預測有效性。回顧性分析 2016 年 1 月至 2018 年 1 月，我科采用長節(jié)段 ( ≥ 4 個節(jié)段 ) 矯形固定融合手術治療的150 例 ASD 患者的資料，旨在闡明 M-GAP 對于長節(jié)段矯形固定 ASD 術后機械性并發(fā)癥的預測有效性，并驗證 M-GAP 對于長節(jié)段矯形固定 ASD 術后機械性并發(fā)癥的預測作用。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 年齡 ≥ 18 歲；( 2 ) 脊柱畸形 ( 至少一項 )：冠狀面 Cobb's 角 ≥ 20°，矢狀面平衡 ( sagittal vertical axis，SVA ) ≥ 5 cm，骨盆傾斜角 ( pelvic tilt，PT ) ≥ 25°，胸椎后凸角 ( thoracic kyphosis，TK ) ≥ 60°；( 3 ) 融合節(jié)段 ≥ 4；( 4 ) 由同一名經驗豐富的醫(yī)師主刀完成手術。

2. 排除標準：( 1 ) 既往有其它脊柱手術史者；( 2 ) 術前、術后即刻及末次隨訪的站立位全脊柱正、側位 X 線片等影像學資料不全者；( 3 ) 術后隨訪時間不足 2 年者。

二、一般資料

本組共納入 150 例，其中男 49 例，女 101 例；年齡 61～84 歲，平均 ( 68.1±6.2 ) 歲。隨訪時間 36～41 個月，平均 ( 36.3±1.2 ) 個月。采用 Smith-Peterson截骨術 ( Smith-Peterson osteotomy，SPO ) 56 例( 37.3% )；經椎弓根截骨術 ( pedicle subtraction osteotomy，PSO ) 10 例 ( 6.7% )，全脊椎截骨 ( vertebral column resection，VCR ) 5 例 ( 3.3% )。

三、觀察指標及測量方法

1. 脊柱骨盆矢狀面參數：本研究中以下參數分別于 ASD 患者的術后即刻站立位全脊柱側位 X 線片進行測量 ( 圖1 )。( 1 ) PI：定義為全脊柱側位 X 線片上過兩股骨頭中心點連線的中點與 S1上終板中點的直線與過 S1上終板中點且垂直于 S1上終板的直線間的夾角。( 2 ) 骶骨傾斜角 ( sacral slope，SS )：定義為全脊柱側位 X 線片上 S1上終板與水平線間的夾角。( 3 ) 軀干整體傾斜角 ( global tilt，GT )：定義為全脊柱側位 X 線片上 S1上終板中點與 C7中心的連線和 S1上終板中點與兩股骨頭中心連線的中點連線間的夾角。( 4 ) SVA：定義為全脊柱側位 X 線片上過 C7椎體中點的垂直線與 S1上終板后緣頂點間的水平距離。當垂直線在 S1上終板頂點前方時候為正，反之為負。( 5 ) 腰椎前凸角 ( lumbar lordosis，LL )：定義為全脊柱側位 X 線片上 S1上終板與 L1上終板間的夾角。( 6 ) 下腰椎前凸 ( lower lumbar lordosis，LLL )：定義為全脊柱側位 X 線片上 S1上終板與 L4上終板間的夾角。

圖1 觀察指標及測量方法。具體測量方法見正文部分Fig.1 Observation index and measurement method. Details were shown in the text

2. 機械性并發(fā)癥：包括 PJK、PJF 以及內固定相關并發(fā)癥如斷棒、斷釘、螺釘松動、脫出、移位等。近端交界角 ( proximal junctional angle，PJA )：最上端固定椎 ( upper instrumented vertebra，UIV ) 的下終板與 UIV + 2 的上終板之間的夾角，正值代表后凸，負值代表前凸。PJK 定義為 PJA ≥ 10° 且與術前測量值相比增加 ≥ 10°[10]。PJF 被定義為 PJK 和以下情況的結合：( 1 ) 內固定拔出；( 2 ) 后方韌帶復合體損傷；( 3 ) UIV 或 UIV + 1 骨折[11]。

四、M-GAP 評分的評估方法

本研究依據馬鴻儒等[8]提出的國人 SS、LL 與GT 的理想值計算公式分別為理想 SS = 0.40×PI + 12、理想 LL = 0.46×PI + 22 和理想 GT = 0.46×PI - 5。

M-GAP 評分共包括 5 個參數[7]：

1. 相對骨盆傾斜 ( relative pelvic version，RPV )：計算公式為 RPV = 實際測量 SS-理想 SS。RPV ＜-15° 記 3 分 ( 嚴重后傾 )；-15° ＜ RPV ＜ -7.1° 記2 分 ( 中等后傾 )；-7.1° ＜ RPV ＜ 5° 記 0 分 ( 協調 )；5° ＜ RPV 記 1 分 ( 前傾 )。

2. 相對腰椎前凸 ( relative lumbar lordosis，RLL )：計算公式為 RLL = 實際測量 LL-理想 LL。RLL ＜-25° 記 3 分 ( 嚴重前凸不足 )；-25° ＜ RLL ＜ -14.1°記 2 分 ( 中等前凸不足 )；-14.1° ＜ RLL ＜ 11° 記 0 分( 協調 )；11° ＜ RLL 記 3 分 ( 前凸過多 )。

3. 腰椎前凸分布指數 ( lordosis distribution index，LDI )：計算公式為 LDI = LLL / LL。LDI ＜ 40% 記2 分 ( 嚴重前凸分布不足 )；40% ＜ LDI ＜ 49% 記 1 分( 中等前凸分布不足 )；50% ＜ LDI ＜ 80% 記 0 分 ( 協調 )；80% ＜ LDI 記 3 分 ( 嚴重前凸分布過多 )。

4. 相對脊柱骨盆平衡 ( relative spinopelvic alignment，RSA )，計算公式為 RSA = 實際測量 GT-理想GT。18° ＜ RSA 記 3 分 ( 嚴重前傾失衡 )；10.1° ＜ RSA＜ 18° 記 1 分 ( 中度前傾失衡 )；-7° ＜ RSA ＜ 10.1° 記 0分 ( 協調 )；RSA ＜ -7° 記 1 分 ( 后傾失衡 )。

5. 年齡：＜ 60 歲定義為成年患者，記 0 分；＞ 60歲定義為老年患者，記 1 分。

根據評分結果將 M-GAP 評分 0～2 分者判斷為“協調”；3～6 分者判斷為“中等不協調”；7～13 分者判斷為“嚴重不協調”[7]。

五、統計學處理

采用 SPSS 24.0 軟件對所有數據進行統計學分析，計量資料以±s表示。對 M-GAP 生成預測機械性并發(fā)癥發(fā)生應用標準受試者工作特征 ( receiver operating characteristic，ROC ) 曲線的曲線下面積( the area under the ROC curve，AUC ) 值判斷 M-GAP的預測準確性。M-GAP 評分的三種評估結果間機械性并發(fā)癥發(fā)生率比較采用 Pearson 檢驗，并采用線性趨勢檢驗評估評分結果與力學并發(fā)癥發(fā)生率是否存在線性趨勢。P＜ 0.05 為差異有統計學意義。

結 果

術后隨訪期間 86 例 ( 57.3% ) 患者出現機械性并發(fā)癥，包括 PJF 3 例 ( 2.0% )、近端螺釘松動合并 PJK 10 例 ( 6.7% )，斷棒 5 例 ( 3.3% )、斷釘 2 例( 1.3% )，單純螺釘松動無 PJK 38 例 ( 44.0% )。

測量本組所有 ADS 患者術后 PI 為 ( 47.5±11.7 ) ° ( 27.0°～71.0° )。根據 PI 值，計算出理想 SS值為 ( 31.0±4.7 ) ° ( 22.8°～47.2° )、LL 值為 ( 43.9±5.4 ) ° ( 34.4°～54.7° )、GT 值為 ( 16.9±5.4 ) °( 7.4°～35.5° )。按 M-GAP 評分的計算公式，其相關參數中 RPV 為 ( -4.8±6.5 ) ° ( -19.2°～6.6° )，RLL為 ( -12.2±9.8 ) ° ( -32.5°～7.6° )，LDI 為 ( 89.2±31.6 ) % ( 54.0%～127.0% )，RSA 為 ( 4.9±7.9 ) °( -9.1°～31.5° ) ( 表1 )。

表1 本組患者參數結果 ( ° )Tab.1 Parameters of patients in the cohort ( ° )

最終 M-GAP 評分得分為 ( 4.6±3.1 ) 分 ( 0～11 分 )。按照 M-GAP 評分評價標準，術后即刻被評估為“協調”、“中等不協調”及“嚴重不協調”的患者分別為 45 例 ( 30.0% )、69 例 ( 46.0% ) 和36 例 ( 24.0% )，術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率分別為42.2% ( 19 / 45 )、59.4% ( 41 / 69 ) 和 72.2% ( 26 / 36 )( 表2 )。ROC 曲線顯示 M-GAP 對機械性并發(fā)癥的預測有一定準確性 ( AUC = 0.627，P= 0.008，95%CI0.538～0.716 ) ( 圖2 )。Pearsonχ2檢驗結果示 M-GAP評分不同組間術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率的差異有統計學意義 (P= 0.023 ) ( 表2 )，線性趨勢檢驗結果表明不同評分結果間機械性并發(fā)癥的發(fā)生率存在線性上升趨勢 (χ2= 7.463，P= 0.006 ) ( 圖3 )。

圖3 線性趨勢檢驗示 M-GAP 評分三種評估結果的患者組間機械性并發(fā)癥且呈線性上升趨勢Fig.3 The linear trend test showed a linear increase in mechanical complications among the three subgroups

表2 M-GAP 評分三種評估結果組間機械性并發(fā)癥發(fā)生率Tab.2 The incidence of mechanical complications among different groups

圖2 對 M-GAP 生成預測機械性并發(fā)癥發(fā)生應用 ROC 曲線的AUC 值判斷 M-GAP 的預測準確性Fig.2 The predictive accuracy of the M-GAP score was analyzed using receiver operating characteristic ( ROC ) analysis

討 論

文獻報道，脊柱術后功能欠佳、機械性并發(fā)癥的發(fā)生率高均與矢狀面的過度矯正或矯正不足有關[12]。目前，外科醫(yī)師常常使用 SRS-Schwab 分型指導手術預期的矢狀面形態(tài)[13-14]。然而，有研究指出即使使用 SRS-Schwab 分型作為手術指導，術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率及翻修率仍然很高[15]，原因可能是因為此分型本身存在一些缺陷[7]：首先，此分型包含三個指標，每一指標根據嚴重程度又分三個級別，共有 27 種矢狀面形態(tài)，導致臨床使用起來非常復雜；其次，每一個指標對術后機械性并發(fā)癥的發(fā)生的影響是不清楚的，完全按照 SRS-Schwab 分型的理念 ( Schwab 0-0-0 ) 進行手術治療的患者，術后仍然可能發(fā)生機械性并發(fā)癥，而沒有完全按照此分型指導的患者也有可能不會發(fā)生機械性并發(fā)癥。同時，PT 和 PI-LL 的賦值為計數資料可能存在誤導，特別是 PI 接近正常值上限或正常值下線時。還有就是 SVA 可以因為骨盆后旋所代償而減小，LL 的分布指數這一重要指標沒有納入分型中；最后，Schwab分型沒有納入其它可能造成并發(fā)癥發(fā)生率增高的因素如骨盆前旋或負向失平衡。文獻報道 GAP 評分對ASD 術后機械性并發(fā)癥的預測性更好[14]。

Yilgor 等[7]以 PI 為基準，定義了其它脊柱骨盆矢狀面參數的理想值相對 PI 的線性關系，并在此基礎上建立了 GAP 評分。理論上，當患者在固定融合后需要使用補償機制時，植入物、固定椎體、相鄰節(jié)段和移植物上的負荷分布不能正常化。因此，外科醫(yī)師進行矯形融合的目的應該是將患者穩(wěn)定在術后不需要或最少需要補償的位置，這相當于 GAP 評分 ≤ 2 分，作者還發(fā)現，GAP 評分的增加與機械性并發(fā)癥的發(fā)生率之間存在相當大的正相關關系。但是，有的作者對 GAP 評分預測 ADS 患者脊柱矯形術后機械性并發(fā)癥的能力持否定態(tài)度[4]，其認為可能因 GAP 評分不能全面評估患者的矢狀面形態(tài)，也有文獻報道機械性并發(fā)癥的發(fā)生受到諸多其它因素影響。外國學者發(fā)現大的 PT 和 TK 會增加術后機械性并發(fā)癥的發(fā)生率[16-17]，而且術后發(fā)生 PJK 的女性患者明顯多于男性患者，術前、術后矢狀面參數變化越大，尤其是 LL，術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率就會明顯增加[17]。還有文獻報道固定節(jié)段數目、遠端固定椎在骶骨、肥胖、重度骨質疏松、ASD 嚴重程度、手術是否微創(chuàng)、肌肉狀況均與術后機械性并發(fā)癥的發(fā)生有關[18-22]。本研究發(fā)現術后單純螺釘松動而無PJK 或 PJF 者占到所有機械性并發(fā)癥的 44.2%，分析原因為骨質疏松或部分患者隨訪時間短尚未發(fā)展為PJK 或 PJF，但大部分患者無臨床癥狀。后期骨水泥螺釘的使用減少了螺釘松動及 PJK 的發(fā)生率。本研究“協調”、“中等不協調”及“嚴重不協調”三組術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率分別為 42.2%、59.4%和 72.2%，高于國內作者馬鴻儒等[8]的研究結果，分析原因可能為本組患者年齡明顯高于對方，且隨訪時間較長。作者發(fā)現 GAP 評分中“協調”“中等不協調”及“嚴重不協調”三組患者間機械性并發(fā)癥發(fā)生率的差異無統計學意義，趨勢χ2檢驗結果表明三組間力學并發(fā)癥發(fā)生率無線性關系，分析原因可能是理想的脊柱 - 骨盆矢狀面形態(tài)在不同人種及年齡段人群之間亦存在差異。基于此，作者通過測量中老年健康志愿者脊柱矢狀面參數，得出線性回歸方程為 SS = 0.40×PI + 12、LL = 0.46×PI + 22 和GT = 0.46×PI - 5，修正 GAP 評分為 M-GAP 評分，認為 GAP 評分對于成人脊柱側彎矯形術后機械性并發(fā)癥的預測能力較差，M-GAP 評分可較好地適用于國人脊柱側彎患者。本文作者使用 M-GAP 評分，對其預測能力有效性及預測能力進行了研究，結果顯示 M-GAP 對機械性并發(fā)癥的預測有一定準確性( AUC = 0.627，P= 0.008，95%CI0.538～0.716 )，M-GAP 評分不同組間術后機械性并發(fā)癥發(fā)生率的差異有統計學意義。

GAP 評分仍然存在一定的局限性。首先，在脊柱退變過程中，TK 的代償也起非常重要的作用，但是因為在健康志愿者中 TK 與 PI 無相關性，故不能根據 PI 值計算出理想的 TK，而且 Yilgor 等[7]發(fā)現 TK 的變化與術后機械性并發(fā)癥的發(fā)生率之間無明顯相關性，這也是 M-GAP 評分未納入 TK 的原因之一；其次，因為年齡 ≥ 60 歲為術后機械性并發(fā)癥的危險因素之一，故年齡被納入 GAP 評分中，但是年齡只是某一些因素的表現，如骨質疏松、肌肉、神經系統的衰弱、年齡相關的步態(tài)和平衡障礙或內科合并癥等，這些因素都可能導致機械性并發(fā)癥發(fā)生率增高；最后，作者認為導致術后機械性并發(fā)癥增高可能還有其它因素如病因、手術方式等，GAP 評分應納入盡量多的危險因素，提高其預測準確性。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究為回顧性單中心研究，且入組病例數量較少，目前國內外相關研究較少，M-GAP 評分的有效性需要進一步驗證；其次，同 GAP 評分一樣，M-GAP 評分本身存在一定局限性，是否需要納入術后機械性并發(fā)癥相關其它因素，如手術方式、固定節(jié)段等有待進一步研究，應通過多元線性回歸分析，篩選出危險因素然后再對 GAP 評分進行糾正得出 M-GAP 評分的參數，再進行進一步驗證。同時是否需要對年齡這一指標充分解讀，認清其真實意義；而且，本研究所使用的 M-GAP 評分[8]中理想矢狀面參數計算方法所納入的中老年健康志愿者僅 67 名，所得線性回歸方程有待大樣本數據證實。最后，因 PJF 僅有 3 例，斷釘僅有 2 例，本研究未對機械性并發(fā)癥進行分組后統計分析，也未對 M-GAP 評分與術后患者生活質量評分及其它并發(fā)癥進行相關性分析。

不管是 SRS-Schwab 分型還是 GAP 評分都是綜合分析與機械性并發(fā)癥或是與生活質量評分相關的參數而獲得的模型，而這些參數的計算是以 PI 為基礎或健康成人參數做比較得出。最近有文獻報道使用基于健康成人脊柱矢狀面形態(tài)而提出的改良 Roussouly分型指導 ASD 手術，旨在恢復理想的矢狀面形態(tài)，其中包括胸椎腰椎交界點、腰椎前凸頂點、LL 等，可以降低術后機械性并發(fā)癥[23-25]。

也有人報道 GAP 評分納入身體質量指數及骨密度后可提高 ASD 術后機械性并發(fā)癥的預測能力[26]。總之，目前尚無指導 ASD 手術的“金標準”，M-GAP 評分為降低術后機械性并發(fā)癥提供了一種新的方法，需要進一步驗證及改善。