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【背景】脊柱侧凸是人类脊柱畸形的主要类型,依据病因学分类主要有特发性脊柱侧凸、先天性脊柱侧凸、退变性侧凸、神经肌肉性侧凸、创伤性侧凸等等;依据年龄又可分为早发性脊柱侧凸、青少年性脊柱侧凸、成年性脊柱侧凸。其中,最常见的是青少年特发性脊柱侧凸(AIS,adolescent idiopathic scoliosis),AIS是一种复合的三维畸形,包括脊柱冠状面侧凸、矢状面曲线异常(后凸、平背、前凸,即非生理曲度)、轴状面的椎体旋转畸形。最初,人们对于脊柱侧凸的认知仅限于冠状面的侧凸畸形,治疗的关注点也是如何矫正侧凸畸形,随着人们对脊柱侧凸畸形的不断研究和认识,矢状面的异常和矫正成为第二个关注点。但是在临床实际工作中,侧凸及矢状面畸形被较好的矫正后,患者仍出现躯干冠状面或(和)矢状面失平衡,术后继发性上下固定椎(UIV,upper instrumented vertebra;LIV,lowest instrumented vertebra)交界区曲度异常等情况,继而发现椎体轴状面旋转是一个非常重要的原因。自此,脊柱侧凸的认知开始从单一的二维结构向多面的三维结构转变。椎体轴状面旋转的研究、去旋转技术和专用手术器械的发明和应用充分说明脊柱侧凸轴状面畸形成为临床与科研新的关注点和热点。临床上评估AIS患者椎体旋转程通常使用脊柱冠状面X线片,利用Nash-Moe椎体旋转分级系统,间接评估椎体轴状面的旋转情况,虽然简便易用,但准确率较低。对临床应用,特别是手术中的指导意义并不高。随着CT和MRI技术的广泛应用,可以获得脊柱轴状面影像,并可直观地观察到椎体在轴状面上的旋转情况,对了解脊柱侧凸三维畸形结构具有很高的价值,特别是在指导术中椎体去旋转治疗中具有较高的参考价值。此外,利用CT或者MRI可以了解椎体及周边重要结构的解剖关系,特别是脊柱胸段椎体与降主动脉的比邻关系。在椎弓根螺钉广泛应用于脊柱侧凸矫正的今天,了解这种比例关系显得尤为重要和突出,因为当金属螺钉置入位置不佳时容易导致主动脉损伤,如一旦发生,后果极其凶险。随着科技的不断进步,O型臂影像系统逐渐应用于临床手术,其主要的作用是通过其方便的移动性(可以在手术室便捷的移动),对脊柱进行360°扫描,并形成脊柱三维结构图像,提供脊柱冠状面、矢状面、轴状面影像,结合导航系统的使用,引导椎弓根螺钉的安全置入。众所周知,术前CT或MRI检查,如无特殊情况,提供的都是仰卧位影像,而利用O型臂影像系统可以提供患者术中实际体位下(并不局限于仰卧位)的影像,对研究各种手术体位下的椎体轴状面旋转以及与主动脉比邻关系上有着非常大的优势和实际临床应用价值。目前尚没有文献报道过此类研究。【研究目的】利用青少年特发性脊柱侧凸患者术前仰卧位MRI平扫、术中俯卧位及左侧卧位下O型臂影像系统获得的椎体轴状面影像。1、探讨和分析AIS患者在三种不同体位下(即术前、后路手术和前路手术体位)对椎体旋转的影响及临床应用2、探讨和分析AIS患者在三种不同体位下(即术前、后路手术和前路手术体位)主胸弯顶椎与主动脉的比邻关系及临床应用【研究方法】1、回顾性分析接受后路切开内固定融合术和前路胸腔镜手术的AIS患者术前MRI(仰卧位)、术中O型臂影像系统(后路手术俯卧位、前路手术左侧卧位)获得的椎体轴状面图像,测量脊柱侧凸主胸弯Cobb角、胸椎后凸Cobb角、轴状面主胸弯顶椎旋转度(AVR)、上端椎旋转度(UEVR)、下端椎旋转度(LEVR)、上端椎上位椎体旋转度(AVAUEVR)、下端椎下位椎体旋转度(AVBLEVR)。规定椎体向右旋转记为负值,向左旋转记为正值。对所得数据使用配对t检验、独立样本t检验分析,比较椎体不同体位下的旋转差异。使用Pearson相关分析对三种体位下的椎体旋转度进行相关性分析。2、回顾性分析接受后路切开内固定融合术和前路胸腔镜手术的AIS患者术前MRI(仰卧位)、术中O型臂影像系统(俯卧位、左侧卧位)获得的椎体轴状面图像,分别测量脊柱侧凸主胸弯Cobb角、胸椎后凸Cobb角、轴状面(1)顶椎椎体旋转角度(AVR);(2)主动脉到椎体距离(a线);(3)主动脉到左侧椎弓根置钉点距离(b线);(4)主动脉到椎管垂直距离(c线);(5)主动脉到椎弓根置钉点连线(A)的垂直距离,(d线);(6)主动脉椎体角(Aorta-vertebral angle,AVA,δ);(7)经过左侧椎弓根置钉点的主动脉内侧切线与椎体中轴线平行线的夹角(ψ);(8)经过左侧椎弓根置钉点和主动脉中心点的连线与椎体中轴线平行线的夹角(θ)。使用配对样本t检验和独立样本t检验,比较三种体位下顶椎和主动脉的位置变化,使用Pearson相关分析对主胸弯顶椎和主动脉在三种体位下的比邻关系进行相关性分析。【结果】1、椎体旋转的研究中,共计43例患者纳入本研究。后路手术组21例,主胸弯Cobb角46.5-80.7°,平均58.99±11.11°;T5-T12后凸角度0-52.1°,平均19.08±12.39°。前路手术组22例,主胸弯Cobb角35.1-75°,平均46.97±8.58°;T5-T12后凸角度0-35.2°,平均12.12±11.5°。(1)后路手术组患者在仰卧位状态时AVR的度数要小于俯卧位时的度数,平均差值为3.14°,标准差平均小1.43°,P=0.015,差异有统计学意义(P<0.05)。仰卧位时上端椎旋转度(UEVR)、上端椎上位椎旋转度(AVAUEVR)度数均小于俯卧位时的度数,平均差值分别为1.98°、0.83°,但是仰卧位时下端椎旋转度(LEVR)和下端椎下位椎体旋转度(AVBLEVR)度数却比俯卧位时大,平均差值分别为1.07°、1.86°,但UEVR、LEVR、AVAUEVR、AVBLEVR在两种体位下的度数差异均无统计学意义(P>0.05)。同时可以发现上端椎上位椎体旋转方向已由上端椎的向右旋转转变为向左旋转,同样下端椎下位椎体的旋转方向由下端椎的向右旋转转为向左旋转。(2)术前仰卧位(MRI)与术中左侧卧位(右侧胸腔镜入路、O型臂)椎体旋转度比较时,结果发现仰卧位时AVR为-16.56±4.38°,左侧卧位时,AVR明显减小,为-12.52±3.58°,平均差值为4.04°,标准差平均减小0.8°,两者比较时P=0.002,差异有统计学意义(P<0.05),差异显著。上端椎和下端椎椎体旋转度在左侧卧位时均比仰卧位状态时减小,平均差值分别为0.64°、2.96°,标准差平均减小1.69°、1.73°。但UEV和LEV椎体旋转度在两种体位下的差异无统计学意义(P>0.05)。(3)术中俯卧位(O型臂)与术中左侧卧位(右侧胸腔镜入路、O型臂)椎体旋转度比较时,可见AVR左侧卧位小于俯卧位,平均差值为7.18°,标准差平均差值2.23°,两者比较时P=0.000,差异有统计学意义(P<0.05),差异显著。UEV、LEV左侧卧位时椎体旋转度均小于俯卧位时,平均减小2.62°、1.89°,标准差平均减小1.91°、1.37°。但UEV和LEV椎体旋转度在两种体位下的差异无统计学意义(P>0.05)。(4)术前仰卧位(MRI)、术中俯卧位(O型臂)相关性检验,俯卧位状态下侧凸Cobb角的度数和AVR呈高度相关。侧凸Cobb角与UEVR、AVAUEVR、LEVR、AVBLEVR,后凸Cobb角与AVR、UEVR、AVAUEVR、LEVR、AVBLEVR在两种体位下仅呈轻度相关或接近不相关。同一指标间都显示正相关,AVAUEVR的相关系数最低,LEVR和AVBLEVR相关性最高。(5)前路手术患者术中左侧卧位下椎体旋转相关分析,后凸Cobb角与AVR呈中度相关。侧凸Cobb角与AVR、UEVR、LEVR,后凸Cobb角与UEVR、LEVR相关性较弱。2、主胸弯顶椎与主动脉比邻关系的研究中,共计40例患者纳入本研究。后路手术组18例,主胸弯Cobb角46.5-80.7°,平均60.09±11.62°;T5-T12后凸角度7.3-52.1°,平均21.68±11.36°。前路手术组22例,主胸弯Cobb角35.1-75°,平均46.97±8.58°;T5-T12后凸角度0-35.2°,平均12.12±11.5°。(1)术前仰卧位(MRI)和术中俯卧位(O型臂)中主胸弯AVR俯卧位时要大于仰卧位,平均差值2.71°,差异有统计学意义(P<0.05),主动脉到椎管垂直距离c在俯卧位时要大于仰卧位,平均差值为2.24mm,差异有统计学意义(P<0.05),主动脉椎体角(AVA或δ)俯卧位时比仰卧位时平均差值为4.45°,差异有统计学意义(P<0.05)。而a、b、d、ψ、θ俯卧位和仰卧位时数值有所差别,但差值均不大,差异无统计学意义(P>0.05)。(2)术前仰卧位(MRI)和术中左侧卧位(O型臂)中,主胸弯AVR仰卧位时大于左侧卧位时,平均差值为4.24°,差异有统计学意义(P<0.05);主动脉椎体角(AVA或δ)仰卧位时比左侧卧位时,平均差值为9.25°,差异有统计学意义(P=0.036,P<0.05),a、b、c、d、ψ、θ仰卧位和左侧卧位时数值有所差别,差异无统计学意义(P>0.05)。(3)术中俯卧位(O型臂)和术中左侧卧位(O型臂)中,主胸弯AVR俯卧位时大于左侧卧位时,平均差值为6.95°,差异有统计学意义(P<0.05);主动脉椎体角(AVA或δ)比较时,两者平均差值为4.8°,左侧卧位时度数大于俯卧位,差异没有统计学意义(P>0.05);a、b、c、d、ψ、θ两种体位下的差异无统计学意义(P>0.05)。(4)后路手术患者在仰卧位、俯卧位时主胸弯顶椎与主动脉比邻关系相关性分析,仰卧位时状态下侧凸Cobb角的度数和a、ψ、θ均呈中度正相关,后凸Cobb角与a、δ呈现中度正相关,仰卧位下主胸弯顶椎的AVR同各个距离及角度有轻度相关性。术中俯卧位下发现侧凸Cobb角的度数与观察指标均有中高度相关,后凸Cobb角与观察指标仅有轻度相关或不相关,术前AVR和术中AVR两者均与术中a、d、ψ、θ呈中高度相关,同一指标两种体位下AVR、a、b、c、d、δ(AVA)、ψ、θ呈中度相关,显著性明显。(5)前路手术术中左侧卧位下主胸弯顶椎与主动脉比邻关系相关性分析,侧凸Cobb角的度数和AVR、a、b、c、d、δ、ψ、θ相关指数非常小,甚至接近不相关。后凸Cobb角与b、c、d、δ呈现中度相关。左侧卧位时主胸弯顶椎的AVR同各个距离及角度有轻度相关性,对ψ、θ几近零相关,即不相关。【结论】1、椎体旋转度研究中,AIS主胸弯椎体旋转度大小AVR:俯卧位>仰卧位>左侧卧位;UEVR:俯卧位>仰卧位>左侧卧位;AVAUEVR:俯卧位>仰卧位;LEVR:仰卧位>俯卧位>左侧卧位;AVBLEVR:仰卧位>俯卧位。胸弯的AVR、UEVR、AVAUEVR在俯卧位时度数都会比仰卧位时增加,而LEVR、AVBLEVR度数俯卧位时较仰卧位时均有所减小。三种体位下,主胸弯AVR是胸弯中最大的,提示临床医师在实际手术中对AVR的纠正要格外重视。2、通过三种体位的对比,可以发现顶椎旋转度AVR度数大小关系为俯卧位>仰卧位>左侧卧位;而通过主动脉椎体角AVA度数的大小关系:左侧卧位>俯卧位>仰卧位,但因为测量值的正负代表了主动脉中心点相对于椎体中心点的位置和方向关系,结合其他相关距离测量值可以发现,主动脉在三种体位下(仰卧位—俯卧位—左侧卧位)相对于椎体有逐渐向腹侧及右前方移动的趋势。了解这种趋势变化,有利于术中精准安全置钉,为避免主动脉损伤提供了重要的指导意义。O型臂影像系统术中除了辅助术中安全置钉的同时,也可了解脊柱侧凸患者在不同体位下椎体与主动脉比邻关系的变化情况,是临床研究中新的辅助手段和途径。