年齡、體位與性別對骶骨影像形態參數的影響

李 博，宋 凱，吳 兵，王 征

解放軍總醫院第一醫學中心 骨科，北京 100853

骶骨形態參數作為評估脊柱骨盆矢狀位序列平衡的新型參數近年來成為脊柱外科領域的研究熱點。正常脊柱骨盆矢狀位序列具有使脊柱運動自如、承載負荷、緩沖保護器官等作用，一旦失衡，尤其是腰椎前凸角(lumbar lordosis，LL)的丟失，會對人生活質量有重大影響[1-3]。對于矢狀位失衡的患者，臨床經常使用骨盆入射角(pelvic incidence，PI)來預測患者正常的脊柱骨盆平衡序列，幫助醫生制定手術矯正方案。既往研究發現骶骨形態參數與脊柱骨盆矢狀位參數存在相關性[4]，宋凱等[5]創新性地提出了骶骨后凸角(sacral kyphosis，SK)、骶 1-2 傾斜角 (s1-2 tilt，S1-2T)等新型骶骨形態學參數，該參數系應用更方便且聯合PI可得到更精確的LL，為臨床重塑脊柱骨盆矢狀位序列提供了新的評估方法。為了個性化使用脊柱骨盆矢狀位參數，既往研究探討了年齡、體位等因素對該系列參數的影響[6-7]。為了提高骶骨形態參數的臨床應用價值，本研究通過納入正常骶骨人群(339例)影像學資料進行統計學分析，探討骶骨形態參數與年齡、體位、性別的關系，為以后不同年齡階段、不同體位參數、不同性別人群提供了特異性更高的評價方法。

資料與方法

1 研究對象 納入 2013 年 1 月- 2020 年 12 月在解放軍總醫院第一醫學中心行脊柱X線全長片和脊柱核磁影像檢查的體檢人群(圖1)。納入標準：1)≤35歲；2)脊柱骨盆無冠矢狀位失衡；3)X線檢查和核磁影像資料完整。排除標準：1)＞35歲；2)伴有腫瘤或感染等疾??；3)脊柱病變或畸形、雙下肢關節及足畸形；4)腰椎間盤突出、腰椎滑脫、椎間盤缺水變性、影像資料不完整；5)因骶骨未發育完全致使骶骨平臺呈圓頂形或不清晰。

圖1 不同骶骨形態X線和核磁影像資料A：未成年人骶骨；B：成年人骶骨；C：成年女性站立位骶骨；D：成年男性站立位骶骨；E：成年女性仰臥位骶骨；F：成年男性仰臥位骶骨Fig.1 X-ray and MRI images of different sacrumA: sacrum of juveniles; B: sacrum of adults; C: standing sacrum female adult; D: standing sacrum of male adult; E: supine sacrum of female adult; F: supine sacrum of male adult

2 影像學參數測量 脊柱骨盆參數角：1)LL：骶1上終板的切線與胸12上終板的切線的夾角(圖2A)；2)PI：骶1上終板中點與雙側髖軸中點連線和骶1上終板垂線的夾角(圖2B)。骶骨形態參數角(Ferguson法)[5]：1)S1-2T：標記骶1-2(S1-2)的傾斜線，其與骶1終板垂線的夾角(圖2B)；2)SK：S1-2傾斜線與骶5尾1(S5Co1)傾斜線的夾角(圖2B)；3)α角：S2椎體前緣與S4Co1傾斜線夾角；4)β角：S1上終板與S2椎體前緣夾角；5)θ角：S4Co1傾斜線與S1上終板夾角(圖2C)。

圖2 脊柱骨盆參數角和骶骨形態參數角的測量A：腰椎前凸角(LL)；B：骨盆入射角(PI)、骶1-2傾斜角(S1-2T)、骶骨后凸角(SK)；C：S2前緣與S4Co1傾斜線夾角(α)，S1上終板與S2前緣夾角(β)，S4Co1傾斜線與S1上終板夾角 (θ)Fig.2 Measurement of sacral morphology parameters and spinopelvic parametersA: lumbar lordosis (LL); B: pelvic incidence (PI), S1-2 tilt(S1-2T), Sacral kyphosis (SK); C: the angle between the anterior edge of S2 and S4Co1 tilt (α), the upper endplate of S1 and the anterior edge of S2 (β), S4Co1 tilt and the upper endplate of S1 (θ)

3 分 析 指 標 記 錄 三 組 體 檢 者 S1-2T 、SK、LL、PI、α、β和θ，仰臥位組不記錄PI。制作站立位PI、S1-2T、SK、α、β、θ與年齡散點圖，比較未成年人(站立位影像)與成年人(站立位影像)骶骨形態參數差異，分析兩組間骶骨形態參數與脊柱骨盆參數的相關性；比較成年人站立位與仰臥位骶骨形態參數差異，分析兩組LL與骶骨形態參數的相關性并求得線性回歸方程；比較成年男性與女性骶骨形態參數差異。

4 統計學分析 采用 SPSS26.0 統計學軟件對數據進行統計處理。計量資料符合正態分布以±s表示，采用獨立樣本t檢驗，使用Pearson相關性分析檢驗參數間相關性，P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 研究對象一般情況 共納入 339 例研究對象。未成年人120例(站立位影像)，2 ~ 17歲，其中男性55例，平均年齡(9.5±3.5)歲，女性65例，平均年齡(10.3±2.9)歲；成年人131例(站立位影像)，其中男性69例，平均年齡(25.7±4.7)歲，女性62例，平均年齡(26.6±4.8)歲；成年人88例(仰臥位影像)，其中男性34例，平均年齡

(27.4±5.5)歲，女性54例，平均年齡(29.5±4.0)歲。見表1。

表1 三組體檢者一般人口學資料Tab.1 Demographic information of the three groups

2 年齡與骶骨形態參數的關聯性分析 骶骨形態參數、PI、LL與年齡相關散點圖如圖3所示：SK、α與PI呈相似趨勢，在18歲左右前隨著年齡增加而增加，成年后基本穩定。PI的變化范圍在20°左右，而SK與α變化范圍在10°左右，S1-2T、β、θ呈較穩定趨勢?；?8歲前后參數變化趨勢不同，對未成年人與成年人骶骨形態參數進行比較。規定偏向骶1終板垂線背側為正值，偏向腹側為負值。表2顯示未成年人與成年人PI差異有統計學意義(P＜0.05)，而LL、S1-2T、SK、α、β、θ差異無統計學意義(P＞0.05)。表3示骶骨形態參數與PI、LL相關性，大部分骶骨形態參數與PI、LL具有相關性，但未成年人PI與LL無相關性。

圖3 骶骨形態參數與年齡相關散點圖A：α與年齡的相關性散點圖；B：β與年齡的相關性散點圖；C：θ與年齡的相關性散點圖；D：SK與年齡的相關性散點圖；E：S1-2T與年齡的相關性散點圖；F：PI、LL、SK隨年齡變化趨勢圖Fig.3 Correlation between sacral morphology parameters and ageA: correlation between α and age; B: correlation between β and age; C: correlation between θ and age; D: correlation between SK and age; E: correlation between S1-2T and age;F: trend PI, LL and SK with age

表2 未成年人與成年人影像學參數比較(°)Tab.2 Comparison of radiological parameters of juveniles and adults (°)

表3 未成年人與成年人骶骨形態學參數與PI、LL的Pearson相關性分析Tab.3 Pearson correlation analysis between sacral morphology parameters and PI and LL in juveniles and adults

3 成年人體位與骶骨形態參數的關聯性分析 如表4所示，S1-2T、α、SK、LL在不同體位差異有統計學意義，且S1-2T、α、SK從站立位轉換為仰臥位時均增大，LL因平躺腰前凸角變平而減小。不同體位LL與骶骨參數角的相關性如表5所示，無論站立或仰臥，成人骶骨形態參數均與LL有良好相關性。不同體位線性回歸方程，仰臥位：LL=-0.3398 × θ + 63.12(r=-0.530)；站立位：LL=-0.4509 × θ + 79.45(r=-0.515)。

表4 成年人站立位與仰臥位骶骨形態參數比較(°)Tab.4 Comparison of sacrum morphologic parameters in adults with standing or supine position (°)

表5 成年人不同體位骶骨形態參數與LL的Pearson相關性分析Tab.5 Pearson correlation analysis between sacrum morphologic parameters and LL in adults with standing or supine position

4 性別對骶骨形態參數的影響 表6 和表7 顯示不同性別在同一體位下骶骨形態參數差異無統計學意義。表8和表9中，獨立樣本t檢驗結果表明男性SK、α、β、θ不同體位差異無統計學意義，而S1-2T隨體位變化而有所改變；女性β、θ不同體位差異無統計學意義，而S1-2T、SK、α差異有統計學意義(P＜0.05)。

表6 仰臥位成年男性與女性骶骨形態學參數比較(°)Tab.6 Comparison of sacrum morphologic parameters in supine position between male and female (°)

表7 站立位成年男性與女性骶骨形態學參數比較(°)Tab.7 Comparison of sacrum morphologic parameters in standing position between male and female (°)

表8 成年男性站立位與仰臥位骶骨形態學參數比較(°)Tab.8 Comparison of sacrum morphologic parameters in standing or supine position for male adult (°)

表9 成年女性站立位與仰臥位骶骨形態學參數比較(°)Tab.9 Comparison of sacrum morphologic parameters in standing or supine position for female adult (°)

討 論

骶骨在骨骼成熟后，除部分機械病損情況外，基本不會發生形態變化，因此利用骶骨形態參數預測脊柱骨盆矢狀位參數得到了脊柱外科領域的重視。既往研究顯示PI受年齡等因素影響[7]，SK等與PI同屬于形態參數，因此我們猜想年齡等因素同樣影響骶骨形態參數變化，并證實多種因素與該參數體系之間的某種關系可以幫助臨床醫生根據不同患者條件實現手術方案個性化，使患者獲得更滿意的治療效果。

既往研究中多數學者對年齡是否影響矢狀位參數持不同意見[8-9]。本次研究結果顯示SK、α、PI與年齡增長趨勢相同(圖3)，在未成年人群中隨著年齡增加而增加，到成年后基本恒定，但PI的變化范圍在20°左右，而SK和α變化范圍在10°左右。有學者認為骶骨形態參數，特別是SK，受生長發育、行走能力的獲得、日常姿勢、體質量對下腰骶椎的作用力、地面下肢的反作用力等因素長期影響[10-12]。但表2示未成年人與成年人骶骨形態參數差異均無統計學意義，我們認為雖然SK、α在散點圖可見有10°變化，但該變化范圍較小，因此我們認為骶骨形態參數在發育過程中較PI穩定。為直觀發現SK等參數與PI、LL的關系，我們將PI、SK、LL與年齡相關曲線整合(圖3F)，發現相對于PI，SK與LL整體趨勢更接近并且差異更小，尤其在青少年和幼兒年齡段，因此我們猜測未成年人SK等骶骨形態參數與LL之間具有相關性，并且表3結果驗證了該想法。但未成年人PI與LL無相關性，這一結果與大多數學者支持的“PI與LL呈正相關”[13]的理論相違背。我們認為未成年人的這種“異?！苯Y果來源于未成年人脊柱骨盆處于發育期并存在生長高峰，未達到成人脊柱骨盆的穩定狀態或樣本量不足。既往研究納入人群大多數為成年人，雖有青少年，但年齡結構大多數在15歲及以上，此時骨骼發育高峰期大多數已結束，骨骼發育成熟接近成年人，所以大多數理論趨向PI與LL相關。我們通過納入幼兒人群發現未成年人骶骨形態參數相較于PI，與LL具有顯著相關性，表2和圖3顯示骶骨形態參數變化差異無統計學意義，因此我們認為年齡對骶骨形態參數影響小，針對本次所有納入對象，該參數體系適用年齡范圍較PI更廣泛。

平躺時，腰椎不再支撐軀干及以上結構，垂直面受重力影響使腰椎前凸角減小。如表4所示，仰臥位LL小于站立位LL，這與大部分學者研究結果一致[14-15]。β、θ在站立-仰臥體位中差異無統計學意義，而仰臥位S1-2T、α、SK則較站立位時增加，Abitbol[16]曾通過仰臥實驗發現人類骶骨后凸形成與人類仰臥休息姿勢有關，且仰臥時間越長，骶骨曲度越大，這可能解釋了為何仰臥時S1-2T、α、SK增大。θ與LL的相關性在仰臥位時最強(表5)，這與既往研究相似[17]。由站立位轉變為仰臥位時，仰臥位時LL-SK的相關性較站立位時減弱，即站立位時骶骨后凸與腰椎前凸的聯系更強，側面說明了腰椎前凸角和骶骨后凸角與人類直立行走能力的獲得有很大關系。由線性方程可知，無論是仰臥位抑還是站立位，θ與LL均相關性最強且可預測LL。脊柱外科醫生可利用PI、θ對LL進行術前設計，達到更加匹配的腰椎前凸角，從而提高患者術后的生活質量。

男女性骨盆的解剖形態有明顯區別。男性骨盆較寬較大，真骨盆上口較窄，呈三角形，骶骨整體較窄；而女性骨盆較短較圓，真骨盆上口較大較圓，骶骨整體較寬，且尾骨較男性活動性更大[18]。我們從成年男性與女性骶骨形態參數對比結果(表6 ~ 表9)中知，雖然不同體位下男女骶骨形態參數差異均無統計學意義，但由站立位轉為仰臥位時，女性骶骨參數改變類型多于男性，說明體位導致骶骨形態參數的變化還是受性別影響的。我們認為由于男性雄性激素分泌較多，導致男性骶骨剛性強，所以體位變化對骶骨的形態影響較??；而雌性激素會使骶骨韌性更好，且女性為生育分娩，骶骨曲度較男性更易變化。從解剖學上分析，骶骨后凸是由前方的骶棘韌帶、骶結節韌帶以及后上方的豎脊肌共同牽拉的結果，男女性骶棘韌帶等拉力的不同也可能對骶骨曲度造成影響。相關人員也通過研究證實由于骶髂關節的解剖和受力因素，女性較男性更易發生腰骶段滑脫[19]，但這些不同因素歸根到底還是受生育因素影響的。由于女性的骶骨參數隨體位變化的變化范圍較廣，脊柱外科醫生可能需要為女性脊柱矯形固定患者制定更為緊密的治療方案，讓女性患者達到術后日常站立與平臥舒適度最佳的平衡點。

綜上所述，與PI相比，年齡對骶骨形態參數影響較小，該參數體系同樣適用于未成年人，不同體位下均可通過θ預測LL，女性骶骨形態參數較男性更易受體位變化影響。因此在獲得骨盆入射角等影像學參數困難時，臨床可根據不同年齡、性別和體位參考骶骨參數體系評估人體脊柱骨盆矢狀位平衡。本研究不足之處：站立位與仰臥位影像學資料無法來自同一個研究對象，雖然通過提高樣本量來減少選擇偏倚，但未來仍需進行前瞻性研究以消除此誤差；本研究年齡局限在35歲以下，因為脊柱疾病多發于中老年人，所以未來需進一步開展對35歲以上人群的骶骨形態參數研究。