脊柱側凸檢查方法的研究進展

洪浩峰，王向陽，陳教想

(溫州醫科大學附屬第二醫院，浙江 溫州 325027)

脊柱側凸是指脊柱向側方彎曲并伴有椎體旋轉的脊柱三維畸形[1-2]。嚴重的脊柱側凸可引發許多并發癥，如心肺功能障礙、腰背部疼痛甚至下肢癱瘓，嚴重影響青少年的身心健康。脊柱側凸早期畸形不明顯，易被忽略，患者就診時間較晚，增加了治療難度和費用，且預后較差。因此，脊柱側凸的早期篩查和診斷，對避免畸形進展、維護青少年身心健康、減輕家庭及社會負擔具有重要意義[3-4]。目前脊柱側凸的檢查方法有目測、影像學檢查、背部駝峰測量、表面地形技術和超聲檢查等，為進一步了解這些方法，為脊柱側凸篩查策略的制定提供參考，我們對脊柱側凸檢查方法的研究進展進行了綜述。

1 目 測

目測法是判斷脊柱側凸的方法之一，主要觀察雙肩、肩胛下角、兩側腰凹、骨盆及雙下肢的對稱性。Adams在1865年提出前屈試驗：受檢者顯露背部，站立位向前屈曲脊柱約至90°，觀察其棘突連線是否彎曲、背部是否高低不平、雙肩是否不對稱、兩下肢是否不等長，其中有一項可疑表現時，即為前屈試驗陽性，高度懷疑脊柱側凸。由于這種方法簡單、便捷，并且不受場地和設備的限制，因此被認為是脊柱側凸篩查的首查項目[5]。但該方法受到檢查者經驗及受試者脊背放松程度等因素的影響，其單獨使用時的假陰性率較高，易出現脊柱側凸漏診[6]。且其無法對脊柱側凸角度進行測量，故不能評估脊柱側凸的進展，僅起到判斷脊柱側凸作用。目測法在所有方法中最為簡便，但最依賴檢查者的經驗和主觀判斷，準確性較低，一般不單獨作為脊柱側凸的篩查方法[7]。

2 影像學檢查

2.1 X線檢查站立位X線片是診斷脊柱側凸的金標準，也是監測脊柱側凸進展的首選方法。X線片具有可重復性高、操作難度低、耗時短、可廣泛推廣等優勢，對脊柱側凸的診斷具有重要價值。國際脊柱側凸研究會將Cobb角≥10°定義為脊柱側凸[1]。但在X線片上測量Cobb角時，由于體位因素對端椎選擇的影響，測量結果會產生誤差[8-10]；且X線攝片存在輻射暴露問題，對于接受長期隨訪的脊柱側凸患者而言，輻射量的累積會增加患癌的風險[11-12]。

2.2 CT檢查脊柱側凸常伴不同程度的椎體畸形，尤其是椎體旋轉和椎弓根解剖異常。CT掃描二維重建及三維重建圖像可以將整個脊柱立體、直觀地顯示出來，并可進行多方位觀察，能夠清晰地顯示椎體的形態、旋轉角度、椎弓根解剖參數，明確鄰近器官與椎體間相對關系。基于CT掃描的3D打印技術對脊柱側凸的手術治療意義重大，術前根據3D打印技術制定置釘方案及必要的截骨范圍，規避難以置釘的椎弓根，可為手術的安全進一步提供保障[13]。

由于脊柱側凸是三維畸形，除用Cobb角在冠狀面量化脊柱彎曲程度外，仍需對軸狀面的椎體旋轉進行評估。椎體旋轉在脊柱側凸術前和術后評估中均具有重要意義[14]。在X線片上可以用Nash-Moe和Perdriolle法評估椎體旋轉的程度，但這些方法都是通過脊柱冠狀面影像評估軸狀面的椎體旋轉，對旋轉角度無法進行定量測量和準確評估，對于臨床的指導意義不大。而椎體軸狀面CT片可直觀反映出椎體旋轉的情況，并可以直接在軸狀面上測量相關參數[15]。在脊柱側凸椎體旋轉角度的評估上，CT比X線檢查更具優勢，其缺點在于輻射量大且成本高。因此，CT多用于術前協助制定手術方案，很少用于脊柱側凸的診斷和篩查。

2.3 MRI檢查脊柱側凸患者脊柱和脊髓病變復雜，X線和CT檢查均無法顯示椎管內脊髓的情況。MRI能清楚顯示脊髓的解剖和病理改變，在了解脊柱側凸伴發的椎管內脊髓畸形方面具有獨特優勢。因此，MRI被作為脊柱側凸手術前排除脊髓異常的常規檢查方法。但由于MRI對骨性結構的顯影不佳，其在脊柱側凸的診斷及側彎角度的測量等方面的應用價值有限[16]。

3 背部駝峰測量

駝峰是指脊柱胸、腰段椎體旋轉導致的背部異常隆起，其在前屈姿勢下最為明顯。背部駝峰測量通常是在Adams前屈實驗發現異常后進行，通過測量駝峰傾斜角度即軀干旋轉角度(angle of trunk rotation,ATR)及駝峰高度差，以量化背部不對稱程度，進而評估脊柱側凸嚴重程度。常用的測量工具有脊柱側凸儀、扭轉瓶、駝峰儀、基于數字圖像的姿勢評估軟件、智能手機應用程序等。

3.1 脊柱側凸儀測量脊柱側凸儀由Bunnell設計[17]，是最常用的駝峰評估工具。受檢者前屈脊柱，用脊柱側凸儀沿其背部依次測量胸、腰段ATR，記錄最大值及部位，以5°作為診斷脊柱側凸的臨界值。該方法的敏感性較Adams前屈試驗高，操作便捷且無輻射，在脊柱側凸的篩查中應用廣泛[18-22]。但Komang-Agung等[23]認為以5°作為診斷脊柱側凸的ATR臨界值，會增加醫療支出，建議以7°作為診斷的臨界值，4°～6°的患者4～12個月可重新進行一次測量。但Coelho等[18]認為，考慮到青少年骨骼發育對脊柱側凸發展的影響，對輕度脊柱側凸患者進行隨訪可掌握側凸動態進展，因此仍建議以5°作為診斷脊柱側凸的ATR臨界值。脊柱側凸儀測量背部駝峰，不同的臨界值，對診斷脊柱側凸的準確性不一[18,23-27]。見表1。中華醫學會骨科學分會脊柱外科學組推薦的以ATR診斷脊柱側凸的臨界值為5°[7]。

表1 不同軀干旋轉角度臨界值診斷脊柱側凸的準確性

脊柱側凸儀測量結果的準確性受多種因素影響。腰椎區域的測量結果準確性不高，可能與腰椎區域沒有肋骨附著，脊椎的旋轉表現不明顯有關[28]。此外，體質量指數和雙下肢不等長對脊柱側凸儀測量背部駝峰的結果也會造成一定影響。體質量指數的差異帶來的胸壁厚度和輪廓不同會影響脊柱側凸儀測量的準確性。Margalit等[29]建議應按體質量低、正常、超重及肥胖，將以ATR診斷脊柱側凸的臨界值分別設定為8°、7°、6°和5°。Hackenberg等[30]認為雙下肢不等長會增加假陰性的比例，影響脊柱側凸儀測量結果的準確性，故檢查前應在被檢者腳下墊相應高度的物體以糾正雙下肢不等長。Grivas等[31]認為雙下肢或骨盆的不對稱迫使軀干旋轉以保持身體平衡，這可能導致了脊柱側凸的發生，因此在檢查時無需糾正雙下肢不等長，而應提醒檢查者更加關注。

3.2 扭轉瓶測量Romano等[32]介紹了一種利用ATR診斷脊柱側凸的簡易檢查工具——扭轉瓶。扭轉瓶的制作只需要1個容量500 mL的透明水瓶及適量的水，將瓶身凹陷處作為支點，分別于水平位和傾斜角7°位標記相應的水位點。測量時，將瓶身凹陷處對準棘突，觀察水平面是否超過傾斜角為7°的標記處。用這種方法測量ATR診斷脊柱側凸的診斷結果與用脊柱側凸儀測量的結果具有較高的一致性，說明扭轉瓶或許是一個可靠、廉價的脊柱側凸篩查工具。

但扭轉瓶的制作過程影響因素較多，且無法量化ATR，僅適用于低收入或醫療條件缺乏的地區。

3.3 駝峰儀測量駝峰儀通過記錄駝峰的高度差來判斷是否為脊柱側凸[33]。以駝峰高度差5 mm作為臨界值時，其敏感性、特異性均低于脊柱側凸儀[34-35]。此外，其操作過程較為復雜，在一次測量中需要進行3次人工調整，且無法準確預測Cobb角的大小，臨床上應用價值有限，目前已較少應用于脊柱側凸的篩查。

3.4 基于數字圖像的姿勢評估軟件測量利用軟件對受檢者背部進行攝影，不僅可以在前屈體位下測量ATR，還可以處理分析在站立姿勢下的人工標記點，得到椎體偏移正中線距離及彎曲角度等信息。Navarro等[36-37]對軟件與脊柱側凸儀測量的ATR值進行比較，發現兩者存在一定相關性。但是相比于脊柱測量儀，這種方法需要專業的設備和更復雜的程序，因此尚未廣泛用于脊柱側凸的篩查。

3.5 智能手機應用程序測量為智能手機配備定制的塑料配件后，基于智能手機內置的加速計設計的應用程序，可以實現脊柱側凸儀的類似功能。Franko等[38]將iPhone手機上scoliogauge軟件的測量結果與脊柱側凸儀的測量結果進行比較，結果顯示二者具有良好的一致性。但由于丙烯酸配件規格和手機型號可能會影響測量結果，手機應用程序用于脊柱側凸檢查的可靠性仍然受到質疑，未來進一步改進后可能有一定的應用前景[39]。

4 表面地形技術

表面地形技術是一類基于體表輪廓對受檢者軀干進行評估的三維地表技術，包括莫爾云紋圖像、三維深度掃描、光柵立體攝影、人工智能。

4.1 莫爾云紋圖像1970年，Takasaki[40]將莫爾地形技術用于人體表面分析并獲得莫爾云紋圖像。之后，Willner等[41-42]將莫爾云紋圖像應用于脊柱側凸的檢查。莫爾云紋圖像是將兩個相關頻率但相位稍有不同的光投射到受檢者背部后疊加產生的明暗交替的干涉圖樣，類似于等高線地形圖,其陰影條紋即為莫爾條紋，相鄰條紋之間的距離為5 mm。通過評估背部左右兩側條紋的差異可以判斷是否存在脊柱側凸，一條以上的莫爾條紋差異被證實具有良好的準確性與重復性[41-43]。由于光線對于背部微小變化過于敏感，導致莫爾云紋圖像診斷脊柱側凸的敏感性極高。Karachalios等[6]的研究結果顯示依據莫爾云紋圖像診斷脊柱側凸，敏感性和特異性分別為100%、85.38%。極高的敏感性也導致了較高的假陽性率。在表面地形技術中，莫爾云紋圖像是應用最多的方法，日本將其作為學校進行脊柱側凸篩查的常規方法。但由于儀器體積龐大、檢查耗時長、效率低，以及便捷性不及脊柱側凸儀，該方法并不適合在大批量人群的篩查中應用。

4.2 三維深度掃描三維深度掃描是由Sudo等[44]開發的一種自動化背部不對稱性識別系統，使用三維深度傳感器對背部進行精確掃描，并自動進行背部不對稱性評估，輸出不對稱指數。該方法可在一定程度上避免莫爾云紋圖像依靠人工判斷造成的偏差。因準確性有限，并且會受不同深度傳感器、算法以及系統的影響，目前三維深度掃描還沒有在臨床應用于脊柱側凸檢查，相關研究也較少。

4.3 光柵立體攝影光柵立體攝影是利用攝像機捕捉投影在受檢者背部的平行光柵線條以及解剖標志，通過三維重建背部形狀估計脊柱和椎體位置，評估脊柱畸形程度[45]。Drerup等[46]證實光柵立體攝影在脊柱曲線重建方面可靠性較高，但對Cobb角的測量有明顯偏差，且沒有指標參數可設定為臨界值，故臨床應用價值有限。類似的背部重建分析方法還有ISIS系統、QUANTEC系統、Ortelius掃描系統等。

4.4 人工智能測量Yang等[47]報道了一種基于人工智能深度學習算法的脊柱側凸檢查方法，通過識別顯露背部的受檢者照片即可判斷是否脊柱側凸。這項技術具有互聯網獨有的便捷性，有望實現遠程的大規模脊柱側凸篩查。Watanabe等[48]開發了一項利用云紋圖像估計脊柱排列、Cobb角和椎體旋轉的人工智能系統。人工智能依賴于算法本身、大量的受檢者背部照片及相對應的X線圖像數據集，為背部形態分析提供了新的可能。但目前，利用人工智能進行脊柱側凸檢查的報道有限，其診斷的準確性有待進一步研究。

5 超聲檢查

超聲檢查在脊柱側凸中的應用主要有2種情況：三維超聲脊柱投影成像和產前診斷。超聲檢查利用體積投影成像方法形成脊柱冠狀面圖像，但由于超聲圖像不能較好地顯示椎體終板，因此，只能通過超聲圖像上可見的不同骨性標志來測量脊柱彎曲角。具體的測量方法和指標包括椎板中心法、棘突角、椎骨橫凸等[49-51]。超聲檢查測得的脊柱彎曲角與Cobb角有一定的相關性，但超聲對脊柱的顯示及脊柱彎曲程度的評估仍無法與X線檢查相比。Young等[52]發現當借助先前已有的X線片作為參考時，由于椎體末端選擇更為準確，超聲圖像冠狀曲線測量的可靠性和準確性顯著提高。這對于采用超聲檢查監測脊柱側凸進展具有一定價值，有望減少對脊柱側凸兒童的X線檢查。嚴重的脊柱側凸往往伴隨更嚴重的椎體旋轉，遠離探頭側的棘突區域聲波信號會有缺失，因此超聲檢查對重度脊柱側凸的識別存在困難。此外，一次超聲檢查時長大約為4 min，相比其他方法耗時較長，對受試者保持穩定姿勢的要求更高。因此，目前超聲檢查雖然是脊柱側凸檢查方法研究的重點，但尚沒有一種被廣泛接受的、可靠的脊柱側凸三維超聲診斷系統。

胎兒椎骨的異常分為形成障礙型、分節不良型以及混合型，這3種情況都會導致不同程度的先天性脊柱側凸，其中形成障礙導致的半椎骨發生率最高，被認為是先天性脊柱側凸最常見的病因[53]。對圍產期胎兒進行早期椎骨畸形超聲篩查，有利于發現先天性脊柱側凸。Paoletti等[54]發現，18例脊柱異常的胎兒中，有4例在孕中期超聲篩查中發現了半椎體，并在產后確診為先天性脊柱側凸。

6 小 結

X線檢查是診斷及監測脊柱側凸進展的金標準和首選方法，其他方法主要是為了規避輻射風險、提升便捷性及方便進行大規模篩查而設計的。Adams前屈試驗簡單便捷，是公認的脊柱側凸首要篩查方法，但目測法過度依賴檢查者主觀判斷，一般不單獨應用。在測量背部駝峰的工具中，脊柱側凸儀使用最為廣泛。在表面地形技術中，莫爾云紋圖像應用最多。超聲檢查對先天性脊柱側凸的產前診斷具有一定價值。在實際篩查中，為提高篩查的準確性，常聯合應用多種方法。有學者聯合應用Adams前屈試驗、脊柱側凸儀背部駝峰評估和莫爾云紋圖像進行脊柱側凸篩查，敏感性和特異性分別為93.8%、99.2%，其準確性明顯高于單獨使用一種檢查方法[1]。但是Yawn等[22]聯合應用Adams前屈試驗和脊柱側凸儀背部駝峰評估進行脊柱側凸篩查，其結果的敏感性和特異性僅為71.1%、97.1%，與單用一種方法相比，篩查結果的準確性并沒有得到較大提升。相較于傳統的脊柱側凸檢查方法而言，電子設備、計算機軟件以及人工智能雖然目前并未在臨床廣泛應用，其準確性也有待驗證，但是對這些新方法的探索，為脊柱側凸篩查模式的創新提供了可能。