评估成人脊柱平衡与否，这几项参数是标准（上）
理想的脊柱立线被定义为骨盆同躯干间协调的平衡，这种平衡可以通过最小的能量消耗使人体“重力轴”处于生理性平衡位置[1]。
人类是双足站立动物，发生椎间盘的自然性退行性病变，脊柱矢状位失平衡被认为是一种常见的临床问题，ADSD被称为成人退行性脊柱畸形（adult degenerative spinal deformity，ADSD）。准确的成人脊柱平衡评估标准有以下几项参数：骨盆参数、脊柱参数和脊柱失状位整体平衡参数。
01
骨盆参数
脊柱整体平衡概念的核心为：骶骨作为脊柱的基石，是属于脊柱能动且相连的一部分，Jean Dubousset称为骨盆椎体。骶骨通过骶髂关节（SIJS）是骨盆环的一部分。骶髂关节是具有微动的双向活动关节，其包含一个同骨盆一起构成的功能单位和通过髋臼同股骨头的协动单位。一般认为骶骨同髋臼的相对位置在成人一生中都保持稳定，但这种关系会因创伤、手术和年龄增长改变[12]。
有效的髋部和骨盆平衡对于保障脊柱和骨盆肌肉立线尤为关键，这种平衡能有效的维持椎体序列，对于保持站姿非常重要。脊柱平衡的概念于20世纪80年代提出，其本身并不仅是为了增加对正常脊柱的退变理解而生，而是为了加深对术后医源性脊柱畸形的理解[11,13]。
尽管许多解剖学家（如法国的Delmas）描述了骶骨解剖学上的变异性，但是仅During等[14]在1986年证实了骨盆解剖形态学的变异影响了骨盆朝向和脊柱形态。During等提出，脊柱骨盆复合体轮廓决定了骨盆形态和位置的角度。姿势的异常使腰部压力集中进而导致下腰痛。
这一概念在当时显得非常先进，当时甚至连“脊柱矢状位平衡”还未被提出。Roussouly[15]的前凸分型便由During的圆弧系统演变而来。Duval-Beaupère[16]等阐述了骨盆形态评估法，该方法定义了PI角是骶骨和髋关节之间的一种功能和解剖学关系。
这种存在于髋关节—骨盆和脊柱之间的关系，可以通过三个角度在数学和影像学方法上证明，这三个角度统称为骨盆参数。
02
骨盆形态学参数
PI是描述S1终板和髋臼之间的关系的主要角度，同时为发育成熟骨盆的形态学角度。
PI角由以下两条线构成：①骶骨上终板中点的垂线；②双侧股骨轴连线中点同骶骨上终板中点之间的连线（也可以为双侧股骨头连线中点同骶骨上终板中点之间的连线）（图5-1）。
越来越多的证据表明，因为骶髂关节解剖结构的改变，PI会随着年龄增加逐渐增大[17,18]。解剖学家还未通过PI角来描述骨盆形状的变异。无症状人群中研究发现，PI角的范围为35°～85°，极值为20°和95°[15]。
这种大范围变异的形态学意义是什么呢？当PI角小于45°时，骶骨终板正好在股骨头上方，骶骨相对长，此时骶骨终板水平投影距离髂嵴非常近。当PI角较大时，骶骨显得较短，好像部分骶骨丢失且相对于股骨头位置更靠后，骶骨上终板投影离髂嵴很远。
有学说认为，拥有小PI角的骨盆被认为是窄小的骨盆，相反拥有大PI角的骨盆更宽大，但是现在并不能确认该观点是否正确。还有学者认为，髂骨倾斜方向存在变异，即小PI角髂骨方向更水平，大PI角髂骨方向更倾斜。在双足动物的进化过程中需要考虑这一假设，比如大猩猩的骨盆相对于人类来讲就更水平。另一方面，现代人的骨盆中，髂骨变异程度较小，然而PI角主要由骶骨形态影响。
目前的争论主要是PI角是否在女性当中更大或者不受性别影响。同样PI角是否存在地区和种族差异性也没有定论[19,20]。
医师在测量PI角时可能遇到很多困难。骶骨终板及前后边界通常容易分辨，但是因为传统的成像设备很难将双侧股骨头对齐，所以股骨头中点经常容易混淆：
①股骨头垂直移动（图5-2）。这是由于X线束的倾斜度与下肢长度的差异造成的。此时引用双侧股骨头连线中点线测量PI角是可以的。
②股骨头水平移动（图5-3）。此时测量无法进行，其影响脊柱矢状位平衡分析。这是因为骨盆水平旋转，此时的X线不是真实的侧位片，且如果骨盆旋转较大，测量得到的PI角会受到影响，这样的影像便不能采纳。
应用EOS系统进行脊柱平衡分析时，除了双下肢不等长以外每个节段的水平光线都可以使双侧股骨头完美重叠。但是骨盆水平旋转仍然可能存在，如果旋转程度超过了双侧股骨头的半径，PI角将无法测量。有时辨认骶骨终板可能存在困难。在严重的发育不良性腰椎滑脱中，骶骨终板并不平整，其轮廓类似穹窿形，这种情况PI角是无法测量的。
有一些L5/S1关节发育异常，当L5骶化时，L5/S1退变间盘可作为测量PI的参照物；当S1腰化时，S1上终板可作为参照物（图5-4）；有时实在无法分辨时，脊柱的大致形态对于选择椎间盘用于测量PI角会有所帮助。无论在何种情况下，如果骶骨上终板无法辨认，则PI角无法测量。
图5-4 腰骶处异常 A.S1和S2椎间盘退变，通过S1上终板辨认PI；B.L5骶化，通过S1上终板测量PI
03
骨盆功能参数
骨盆在股骨头上方可以做矢状位的旋转，所以骶骨平台的朝向和骨盆旋转存在确切关系，可以通过构成PI角的PT角和SS角来进行评估（图5-5）。骨盆在失状位空间上可以微动，通过背部肌肉以最小的能量消耗来保持直立的姿势。
图5-5髋部的运动范围和位置同骨盆的方向和倾斜角度有关 A.骨盆于中立位时，髋部活动处于极度屈曲（黄色示）和极度伸展（绿色示）范围间；B.骨盆后倾会导致髋部后伸度减少
为了获得一个最低耗能的脊柱矢状面平衡，髋部和骶骨的位置可以从一个较水平的位置改变为一个更垂直的位置。
PT角表示的是骨盆围绕股骨头旋转的位置，其由以下两条线成角构成，即双侧股骨头连线中点和骶骨上终板中点的连线，同股骨头中点的垂线之间的夹角。
PT角平均值为13°±6°[20]。Schwab[21]对ADSD的分型认为PT角的正常范围≤20°。因为PI角的变异非常大，所以对于脊柱矢状位平衡代偿机制的分析并不应绝对依赖于PT角，单纯通过PT角判断脊柱是否平衡是不可行的。
如果一个人PT角为20°，PI角为70°，这个人可能是正常的；但是如果一个人PT角是20°但PI角是45°，则这个人可能已经处于一种代偿姿势。相反，当PT角<5°意味着因为过度的腰椎前凸导致骨盆过度前倾。根据以往，当骶骨上终板中点位于中垂线时（PT=0°），各种参数及数值的分析应该在全脊柱范围考虑。如果骨盆后旋，则PT角增加；如果骨盆前旋，则PT角减小。
PT角同髋部活动密不可分，当人处于站立位即股骨干垂直于地面时，PT角的测量是为了明确平衡骨盆脊柱系统时髋关节的位置。
如果此时平衡需要更大的PT角，则髋关节伸展（hipext ension，HE），髋关节位置可能向后移。此时，股骨长轴必须倾斜以满足膝关节屈曲要求，此时PT角也不再表述髋关节的位置变化，而是股骨干倾斜和髋关节伸展的结果。
Mangione和Sénégas曾描述过股骨近端角（proximal femor alangle，PFA），其为股骨干轴线和垂线之间夹角。当膝关节屈曲角度同PT角相适应时，则PT=PFA+HE（图5-6）。
当术后PT角增加时，PFA减少直到PT=HE，此时膝关节代偿自然消失。因为骶骨终板的中点是按规定选取的，所以PT角对于定位髋关节无实际意义。而且很难去定义髋关节何时处于中立位置，故同样很难去定义理想的PT角和中立位PT角。
根据脊柱矢状位平衡需求，SS是一个会随着时间变化的位置角度。SS角由骶骨上终板线同水平线夹角构成。SS角直接影响了L5的方向和全脊柱的方向。SS角与骨盆和腰椎前凸角度（lumbar lordosis，LL）有直接关联。
正常情况下，SS角以正的递增值向前倾斜，病理情况下，SS角甚至可以为0°；SS角为负数时通常意味着出现了异常病例情况，但是在坐位时，SS角也可以成负值。
04
脊柱矢状位局部参数：脊柱参数
曾几何时，测量和报道颈椎前凸角度（cervical lordosis，CL）、胸椎后凸角度（thoracic kyphosis，TK）和腰椎前凸角度（lumbar lordosis，LL）的方法层出不穷。
早先，这些测量方法单纯由形态学研究发展而来，各种各样的角度和测量方法通过各种模糊的临床术语描述，提供了大量重复的信息[23]。此外，以人口为基础的标准化研究具有年龄和种族差异的内在问题随着一个有重大意义的多中心数据库和公认的标准化测量技术产生，确切的测量参数受到了广泛的认可[24,25]。
许多哺乳动物在胸段和腰段具有很长范围的后凸形态。人类有腰椎前凸状态则是适应双足行走的结果。从胚胎学讲，正常人类脊柱拥有1个主要弯曲（胸弯）和2个次要弯曲（颈弯和腰弯）。胸弯被命名为主弯是因为它是胚胎时期最早发育出来的，而颈弯和腰弯在出生时并没有，伴随着神经肌肉的发育，颈弯在出生后3个月出现而腰弯在出生1年后出现。
希波克拉底是第一个将人类脊柱分为腰椎前凸、胸椎后凸和颈椎前凸状态的人。他为脊柱的每个解剖节段规定了一个确切的弯曲方向，T12/L1至L5/S1向前 T1至T12/L1向后、C1/C7向前。现在临床中，应用长范围的X线摄影，这种解剖学分段法仍然广泛应用。
许多学者认为腰椎前凸形态是L1上终板同L5下终板之间的夹角，但是近年来L1上终板同S1上终板之间夹角作为腰椎前凸角度获得了广泛的认同。而在胸椎范围，因为上胸椎不易于辨认，胸椎后凸的经典测量节段为T5/T12。
不同于经典的解剖学脊柱分段法，现在很多功能性脊柱分段法认为方向相同的连续脊柱节段的可以定义为一个弯曲，如脊柱前凸表现为所有参与伸展的连续椎体形成的一个功能分段，脊柱后凸则为所有参与弯曲椎体的功能分段。
这种功能分段可以应用Cobb法进行真正的脊柱矢状位测量。功能性腰椎前凸形态的表达以及构成已经被研究而且通过多种几何方式表达，即圆弧[26]和1/4的椭圆[27]。椭圆构面在实际应用中非常复杂[1]。
Berthonnaud等[26]以数学方法构建了一个脊柱功能分段模型（前凸弯曲数学模型），其通过Cobb法定义前凸角度为骶骨终板同前凸形态变后凸形态的拐点处之间的弯曲，而非根据解剖学标记定义弯曲。
根据这个模型[26,27]，腰椎前凸角度被以顶椎为顶点分为上下两个正切圆弧。下弧由骶骨上终板线和通过顶点的水平线形成；上弧是通过顶点的水平线和通过拐点的切线的垂线所确定的角度。一个特殊的几何特性是下弧角度一定和SS角相等。
这种功能分段同样可在胸椎应用。脊柱前凸区域与后凸区域之间的关系是上凸区域与后凸区域之间的一种平等关系（图5-9）。
图5-9 根据Berthonnaud等的脊柱分段 CC.颈椎弯曲；SS.骶骨倾斜；TC.胸椎弯曲
由于LL在解剖学和功能上的定义可能存在混淆，所以建议LL描述为T12/L1间隙同骶骨上终板之间的弯曲，而骶骨上终板同拐点之间的弯曲作为脊柱远端前凸（distal spinal lordosis，DSL）（图5-10）。在第一种情况下，定义LL只需要一个角度；第二种情况下，需要一个角度和椎体数量去测量角度（图5-10）。
图5-10对比传统腰椎前凸定义和新的脊柱远端前凸角（DSL）
注意前凸弧的长度，黄线为S1上终板，绿线为L1上终板，红色弧线表示DSL。图示的2种情况下，2个DSL存在显著的生物力学差异（左图DSL较小，右侧较大）
在脊柱颈胸段也同样可以用弯曲顶点进行分段：胸椎后凸则定义为在两个拐点之间的弯曲，颈椎前凸定义为从C3至近端拐点之间的弯曲。因为成像技术（数字影响或EOS系统）已经能清晰的辨认T1椎体，T1椎体上终板的方向便有了更重要的意义。T1倾斜角即为T1上终板同水平线之间的夹角，其对理解颈椎弯曲方向有着重要的意义。
在功能性脊柱分段中，胸椎后凸形态与远端脊柱前凸形态相互影响。首先当胸椎后凸累及椎体长度增加时，远端脊柱前凸形态减小，反之亦然；其次角度方面，胸椎后凸的下弧角等于远端脊柱前凸的上弧角。
由此也引起了一个治疗方面问题，即在手术过程中，当远端腰椎前凸的长度和角度都因上弧角的延长被医源性增大时，胸椎后凸角度也会增加进而引起近端交界性后凸（proximal junctional kyphosis，PJK）。（未完待续）
参考文献
[1] Barrey C. Equilibre Sagittal Pelvi-Rachidien et Pathologies Lombaires Degeneratives [these doctorat], Université Claude-Bernard, Lyon, France; 2004
[2] Mac-Thiong J-M, Pinel-Giroux F-M, de Guise JA, Labelle H. Comparison between constrained and non-constrained Cobb techniques for the assessment of thoracic kyphosis and lumbar lordosis. Eur Spine J. 2007; 16 (9):1325–1331
[3] Mac-Thiong J-M, Roussouly P, Berthonnaud E, Guigui P. Sagittal parameters of global spinal balance: normative values from a prospective cohort of seven hundred nine Caucasian asymptomatic adults. Spine. 2010; 35(22): E1193–E1198
[4] Vedantam R, Lenke LG, Bridwell KH, Linville DL, Blanke K. The effect of variation in arm position on sagittal spinal alignment. Spine. 2000; 25(17): 2204–2209
[5] Marks MC, Stanford CF, Mahar AT, Newton PO. Standing lateral radiographic positioning does not represent customary standing balance. Spine. 2003; 28 (11):1176– 1182
[6] Rillardon L, Levassor N, Guigui P, et al. Validation of a tool to measure pelvic and spinal parameters of sagittal balance (in French). Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot. 2003; 89(3):218–227
[7] Bari JT, Hallager DW, Tøndevold N, et al. Moderate inter-rater and substantial intra- rater reproducibility of the Roussouly Classification System in patients with adult spinal deformity. Spine Deform. 2019; 7(2):312–318. doi: 10.1016/j.jspd.2018.08.009.
[8] Vialle R, Ilharreborde B, Dauzac C, Guigui P. Intra and inter-observer reliability of determining degree of pelvic incidence in high-grade spondylolisthesis using a computer assisted method. Eur Spine J. 2006; 15(10):1449–1453
[9] Dimar JR, II, Carreon LY, Labelle H, et al. Intra- and inter-observer reliability of determining radiographic sagittal parameters of the spine and pelvis using a manual and a computer-assisted methods. Eur Spine J. 2008; 17(10): 1373–1379
[10] Yamada K, Aota Y, Higashi T, Ishida K, Nimura T, Saito T. Accuracies in measuring spinopelvic parameters in full-spine lateral standing radiograph. Spine. 2015; 40(11):E640–E646
[11] Legaye J, Duval-Beaupère G, Hecquet J, Marty C. Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves. Eur Spine J. 1998; 7(2):99–103
[12] Lee J-H, Na K-H, Kim J-H, Jeong H-Y, Chang D-G. Is pelvic incidence a constant, as everyone knows? Changes of pelvic incidence in surgically corrected adult sagittal deformity. Eur Spine J. 2016; 25(11):3707–3714
[13] Duval-Beaupère G, Robain G. Visualization on full spine radiographs of the anatomical connections of the centres of the segmental body mass supported by each vertebra and measured in vivo. Int Orthop. 1987; 11(3):261–269
[14] During J, Goudfrooij H, Keessen W, Beeker TW, Crowe A. Toward standards for posture. Postural characteristics of the lower back system in normal and pathologic conditions. Spine. 1985; 10(1):83–87
[15] Roussouly P, Gollogly S, Berthonnaud E, Dimnet J. Classification of the normal variation in the sagittal alignment of the human lumbar spine and pelvis in the standing position. Spine. 2005; 30(3):346–353
[16] Duval-Beaupère G, Schmidt C, Cosson P. A barycentremetric study of the sagittal shape of spine and pelvis: the conditions required for an economic standing position. Ann Biomed Eng. 1992; 20(4):451–462
[17] Jean L. Influence of age and sagittal balance of the spine on the value of the pelvic incidence. Eur Spine J. 2014; 23(7):1394–1399
[18] Skalli W, Zeller RD, Miladi L, et al. Importance of pelvic compensation in posture and motion after posterior spinal fusion using CD instrumentation for idiopathic scoliosis. Spine. 2006; 31(12):E359–E366
[19] Janssen MMA, Drevelle X, Humbert L, Skalli W, Castelein RM. Differences in male and female spino-pelvic alignment in asymptomatic young adults: a three-dimensional analysis using upright low-dose digital biplanar X-rays. Spine. 2009; 34(23):E826–E832
[20] Vialle R, Levassor N, Rillardon L, Templier A, Skalli W, Guigui P. Radiographic analysis of the sagittal alignment and balance of the spine in asymptomatic subjects. J Bone Joint Surg Am. 2005; 87(2):260–267
[21] Terran J, Schwab F, Shaffrey CI, et al. The SRS Schwab adult spinal deformity classification: assessment and clinical correlations based on a prospective operative and nonoperative cohort. Neurosurgery. 2013; 73(4):559–568
[22] Le Huec JC, Aunoble S, Philippe L, Nicolas P. Pelvic parameters: origin and significance. Eur Spine J. 2011; 20 Suppl 5:564–571
[23] Roussouly P, Pinheiro-Franco JL. Biomechanical analysis of the spino-pelvic organization and adaptation in pathology. Eur Spine J. 2011; 20 Suppl 5:609– 618
[24] Ames CP, Smith JS, Eastlack R, et al. Reliability assessment of a novel cervical spine deformity classification system. J Neurosurg Spine. 2015; 23(6): 673–683
[25] Schwab FJ, Blondel B, Bess S, et al. Radiographical spinopelvic parameters and disability in the setting of adult spinal deformity: a prospective multicenter analysis. Spine. 2013; 38(13):E803–E812
[26] Berthonnaud E, Dimnet J, Roussouly P, Labelle H. Analysis of the sagittal balance of the spine and pelvis using shape and orientation parameters. J Spinal Disord Tech. 2005; 18(1):40–47
[27] Roussouly P, Berthonnaud E, Dimnet J. Geometrical and mechanical analysis of lumbar lordosis in an asymptomatic population: proposed classification (in French).Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot. 2003; 89(7):632–639
[28] Boulay C, Tardieu C, Hecquet J, et al. Sagittal alignment of spine and pelvis regulated by pelvic incidence: standard values and prediction of lordosis. Eur Spine J. 2006; 15(4):415–422
[29] Kuntz C, IV, Levin LS, Ondra SL, Shaffrey CI, Morgan CJ. Neutral upright sagittal spinal alignment from the occiput to the pelvis in asymptomatic adults: a review and resynthesis of the literature. J Neurosurg Spine. 2007; 6(2): 104–112
[30] Schwab FJ, Hawkinson N, Lafage V, et al. Risk factors for major peri-operative complications in adult spinal deformity surgery: a multi-center review of 953 consecutive patients. Eur Spine J. 2012; 21(12):2603–2610
[31] Roussouly P, Gollogly S, Noseda O, Berthonnaud E, Dimnet J. The vertical projection of the sum of the ground reactive forces of a standing patient is not the same as the C7 plumb line: a radiographic study of the sagittal alignment of 153 asymptomatic volunteers. Spine. 2006; 31(11):E320–E325
[32] Obeid I, Boissière L, Yilgor C, et al. Global tilt: a single parameter incorporating spinal and pelvic sagittal parameters and least affected by patient positioning. Eur Spine J. 2016; 25(11):3644–3649
[33] Protopsaltis T, Schwab F, Bronsard N, et al. TheT1 pelvic angle, a novel radiographic measure of global sagittal deformity, accounts for both spinal inclination and pelvic tilt and correlates with health-related quality of life. J Bone Joint Surg Am. 2014; 96(19):1631–1640
[34] Haque RM, Mundis GM, Jr, Ahmed Y, et al. Comparison of radiographic results after minimally invasive, hybrid, and open surgery for adult spinal deformity: a multicenter study of 184 patients. Neurosurg Focus. 2014; 36(5):E13
[35] Smith JS, Shaffrey CI, Glassman SD, et al. Clinical and radiographic parameters that distinguish between the best and worst outcomes of scoliosis surgery for adults. Eur Spine J. 2013; 22(2):402–410
[36] Fontes RB, Fessler RG. Lumbar radiculopathy in the setting of degenerative scoliosis: MIS decompression and limited correction are better options. Neurosurg Clin N Am. 2017; 28(3):335–339
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翻译：韩超凡 周立金
校对：刘玉增 海 涌
来源：《脊柱矢状位平衡》