周捷，王建喜，肖強(qiáng)強(qiáng)，藏法智，袁文，陳華江

(1.海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院(上海長(zhǎng)征醫(yī)院)骨科，上海 200003；2.上海市浦東新區(qū)人民醫(yī)院骨科，上海 201299)

頸椎活動(dòng)度(range of motion,ROM)能夠直接反映頸椎的功能狀態(tài)，與頸椎退變程度、頸痛癥狀、頸椎的穩(wěn)定性密切相關(guān)，是頸椎外科治療前的常規(guī)檢查。目前用于頸椎ROM測(cè)量的方法眾多，包括屈伸動(dòng)力位X線(xiàn)片測(cè)量法、重力儀測(cè)量法、斜度儀測(cè)量法等，國(guó)內(nèi)外也研發(fā)了專(zhuān)用的頸椎ROM測(cè)量工具[1-3]。隨著科技的進(jìn)步，測(cè)量方法進(jìn)一步革新，視覺(jué)捕捉系統(tǒng)、手機(jī)軟件測(cè)量等新的測(cè)量方法同樣表現(xiàn)出良好的可靠性[4-6]。然而，由于頸椎活動(dòng)過(guò)程中存在矢狀面、冠狀面、水平面三個(gè)平面的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，并且頸椎活動(dòng)過(guò)程中胸椎的輕微連帶運(yùn)動(dòng)都將會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響[7]。快速、便捷、精準(zhǔn)測(cè)量頸椎ROM仍然具有挑戰(zhàn)性。

動(dòng)態(tài)骨骼肌肉綜合分析系統(tǒng)(comprehensive musculoskeletal analysis system,CMAS)由上海長(zhǎng)征醫(yī)院與上海博靈機(jī)器人科技有限責(zé)任公司共同研發(fā)。系統(tǒng)內(nèi)置博靈自主研發(fā)的高精度運(yùn)動(dòng)傳感器芯片，可實(shí)時(shí)捕捉、高速精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)肌骨系統(tǒng)現(xiàn)狀；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集頻率不低于400 Hz，平均延時(shí)5 ms內(nèi)。該系統(tǒng)由頸、胸、腰、下肢多種組件組成，多組件協(xié)同組合使用，實(shí)現(xiàn)多部位精準(zhǔn)評(píng)估，涵蓋脊柱、髖、膝、踝關(guān)節(jié)的信息測(cè)量，同時(shí)具備穿戴舒適性和運(yùn)動(dòng)相容性。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在脊柱側(cè)彎、軍事訓(xùn)練保障、關(guān)節(jié)術(shù)后康復(fù)、脊髓型頸椎病等方面得到了初步的應(yīng)用，取得了滿(mǎn)意的成效。本研究對(duì)該系統(tǒng)測(cè)量頸椎矢狀面ROM的重復(fù)性和可靠性進(jìn)行評(píng)估，并與傳統(tǒng)的DSA動(dòng)態(tài)影像測(cè)量法進(jìn)行比較分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇本院脊柱外科門(mén)診就診的頸部疼痛患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：既往無(wú)頸椎疾患相關(guān)病史，無(wú)頸椎外傷，無(wú)頸椎畸形；年齡18～70周歲；身高150～185 cm；體重指數(shù)(body mass index,BMI)18～24 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：頸椎發(fā)育畸形；頸椎外傷病史；患有其他可能影響頸椎活動(dòng)的全身疾患，如強(qiáng)直性脊柱炎、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。

選擇50名受試者采用CMAS測(cè)量頸椎活動(dòng)度(A組)，男28例，女22例；年齡20～68歲，平均(45.1±13.8)歲；BMI為(20.5±1.8)kg/m2。15名受試者同時(shí)采用動(dòng)態(tài)X線(xiàn)(DSA,數(shù)字減影血管造影機(jī))影像進(jìn)行測(cè)量(B組)，男8例，女7例；年齡21～68歲，平均(46.1±14.8)歲；BMI為(20.4±1.9)kg/m2。兩組患者一般資料對(duì)比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

1.2 測(cè)量方法

由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生分別采用2種方法進(jìn)行測(cè)量。第1次測(cè)量之后2周，在相同條件下，再次為受試者進(jìn)行第2次測(cè)量。

1.2.1 CMAS頸椎矢狀面ROM測(cè)量

①受試者脫去外套，自主頸椎過(guò)伸過(guò)屈旋轉(zhuǎn)活動(dòng)，放松頸部肌肉。②測(cè)量者幫助受試者穿戴CMAS。③取自然放松功能坐位，腰背部挺直，雙肩放松，雙臂自然下垂，雙手置于大腿上。④測(cè)試者檢測(cè)CMAS功能正常。⑤測(cè)試者指導(dǎo)受試者進(jìn)行頸椎屈伸活動(dòng)，確保頸椎屈曲、仰伸至最大幅度。⑥受試者按照要求快速屈伸頸椎，時(shí)間約10 s，屈伸過(guò)程中盡量保持胸椎穩(wěn)定。⑦記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

CMAS實(shí)時(shí)采集受試者頸部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并傳輸至移動(dòng)客戶(hù)端專(zhuān)用APP，形成患者的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉圖像及頸椎角度變化的曲線(xiàn)圖(圖1)。測(cè)試者可通過(guò)移動(dòng)端APP實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。測(cè)量過(guò)程中，受試者多次做頸椎屈伸活動(dòng)，生成一系列穩(wěn)定的頸椎ROM曲線(xiàn)圖。最終，頸椎ROM的結(jié)果取穩(wěn)定波動(dòng)曲線(xiàn)區(qū)域的ROM最大活動(dòng)幅度的均值。

圖1 頸椎ROM曲線(xiàn)圖

1.2.2 DSA動(dòng)態(tài)影像頸椎矢狀面ROM測(cè)量

①操作：受試者脫去外套，測(cè)試前先適當(dāng)活動(dòng)頸椎，放松頸部肌肉。受試者取自然放松功能體位，端坐于DSA室內(nèi)測(cè)試椅上，雙腿自然放松，測(cè)試椅椅背垂直，受試者背靠椅背，頸椎處于中立位，雙肩放松，雙臂自然向下，雙手放于大腿上。DSA開(kāi)啟后受試者緩慢前屈頸椎至最大屈曲位，隨后緩慢仰伸頸椎至最大仰伸位(圖2)。②影像學(xué)測(cè)量：選擇DSA動(dòng)態(tài)影像中最大屈曲位和最大仰伸位的2張影像進(jìn)行頸椎活動(dòng)度測(cè)量(圖3)。測(cè)量參考線(xiàn)如下，A線(xiàn)：硬腭至枕骨最下緣連線(xiàn)，即McGregor線(xiàn)；B線(xiàn)：C7椎體下終板線(xiàn)。頸椎ROM=屈曲位AB線(xiàn)夾角-仰伸位AB線(xiàn)夾角。

圖2 DSA測(cè)量頸椎矢狀面ROM

圖3 DSA動(dòng)態(tài)影像的測(cè)量方法(A:最大屈曲位影像；B:最大仰伸位影像；C:DSA動(dòng)態(tài)影像疊加圖)

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

2 結(jié)果

①2種方法的測(cè)量數(shù)值：不同性別和不同年齡組之間，兩種測(cè)量方法測(cè)試結(jié)果均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，見(jiàn)表1。②觀(guān)察者內(nèi)一致性分析：同一外科醫(yī)生以CMAS對(duì)受試者先后2次測(cè)量頸椎活動(dòng)度，ICC=0.947，95%CI為(0.763,0.980)，P<0.01。可見(jiàn)，2次測(cè)量具有高度一致的觀(guān)察者內(nèi)一致性。③觀(guān)察者間一致性分析：2名外科醫(yī)生采用CMAS對(duì)受試者測(cè)量頸椎活動(dòng)度，ICC=0.899，95%CI為(0.799，0.947)，P<0.01?？梢?jiàn)，不同測(cè)量者測(cè)量具有高度一致的觀(guān)察者間一致性。④可靠性分析：A組頸椎ROM測(cè)量的SEM為3.0°，MDC為6.9°。B組頸椎ROM測(cè)量的SEM 為1.8°，MDC為4.1°。見(jiàn)表2。⑤2種測(cè)量方法的相關(guān)性分析：Pearson分析顯示，兩種測(cè)量方法具有顯著相關(guān)性(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.758(圖4)。Bland-Altman分析：兩種測(cè)量方法的平均差值為0.29°，差值的分布接近于0，所有測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)均在95%CI內(nèi)(圖5)。

表1 兩種測(cè)量方法的測(cè)量數(shù)值比較

表2 兩種測(cè)量方法的可靠性分析

圖4 兩種測(cè)量方法的相關(guān)性

圖5 Bland-Altman分布圖

3 討論

頸椎疾病尤其常見(jiàn)于長(zhǎng)期屈頸、低頭工作的人群。頸椎退變、頸部肌肉勞損、頸椎不穩(wěn)、頸椎損傷等多種頸椎疾病都可導(dǎo)致頸椎ROM的下降。頸椎ROM不僅僅是頸椎正常功能評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是頸椎外科治療評(píng)價(jià)療效的一種重要方法。通過(guò)術(shù)前頸椎ROM的測(cè)量，術(shù)者也可根據(jù)具體情況調(diào)整治療方案，做到個(gè)體化、精準(zhǔn)化的手術(shù)治療。

目前用于頸椎ROM的測(cè)量方法眾多[8]，如基于X線(xiàn)片的Cobb角測(cè)量等；專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器種類(lèi)也較多，包括重力儀測(cè)量法(gravity goniometer)、斜度儀測(cè)量法(clinometer)、立體照相分析法(stereophotography)等[9，10]。這些測(cè)量?jī)x器擺脫了X線(xiàn)片的限制，減少了患者的射線(xiàn)暴露。吳曉東等[11，12]設(shè)計(jì)了頸椎三維活動(dòng)度測(cè)定儀，具有良好的復(fù)測(cè)信度和觀(guān)察者間信度，但由于頸椎活動(dòng)過(guò)程中可能存在胸椎的伴隨活動(dòng)，該工具無(wú)法避免胸椎活動(dòng)造成的影響；此外，F(xiàn)eng等[4]通過(guò)光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)頸椎ROM進(jìn)行測(cè)量，研究證明該系統(tǒng)具有良好的重復(fù)性和有效性；Yoon等[13]采用基于慣性測(cè)量單元(inertial measurement unit,IMU)的三維角度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)頸椎3個(gè)平面的活動(dòng)度進(jìn)行了測(cè)量研究，證實(shí)該系統(tǒng)具有很好的可靠性和有效性，但在每個(gè)平面的運(yùn)動(dòng)末端范圍使用IMU三維角度測(cè)量時(shí)的有效性較差。雖然測(cè)量頸椎ROM的方法、儀器眾多，但由于頸椎在屈伸過(guò)程中往往和胸椎連帶運(yùn)動(dòng)，并且頸椎活動(dòng)過(guò)程中往往伴隨冠狀面、矢狀面、水平面的三維運(yùn)動(dòng)，頸椎ROM的精準(zhǔn)測(cè)量并不容易。

相對(duì)而言，CMAS對(duì)于頸椎ROM的測(cè)量更為簡(jiǎn)單快捷，測(cè)量者單人即可完成測(cè)量過(guò)程，操作的要點(diǎn)在于儀器佩戴的位置和患者的配合程度。在本次研究中，具有骨科專(zhuān)業(yè)背景的測(cè)量者在簡(jiǎn)單培訓(xùn)后，經(jīng)2～3次測(cè)試訓(xùn)練即可完全掌握測(cè)試方法。得益于CMAS高達(dá)400 Hz的采集頻率，該系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果是對(duì)整個(gè)頸椎活動(dòng)的動(dòng)態(tài)記錄，生成頸椎活動(dòng)曲線(xiàn)圖，提供了更為全面具體的頸椎活動(dòng)信息，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該系統(tǒng)信息傳輸平均延時(shí)5 ms內(nèi)，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的高速傳輸，配合系統(tǒng)專(zhuān)用的移動(dòng)端APP，視頻實(shí)時(shí)跟蹤顯示測(cè)量結(jié)果，用戶(hù)體驗(yàn)良好。另外，頸椎測(cè)量過(guò)程中可存在胸椎甚至整個(gè)軀干的連帶運(yùn)動(dòng)，雖然這些運(yùn)動(dòng)可能會(huì)對(duì)頸椎ROM的測(cè)量產(chǎn)生影響，但CMAS可以通過(guò)胸椎組件抵消胸椎連帶運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。本研究對(duì)該系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的可靠性和有效性進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果顯示具有高度的觀(guān)察者內(nèi)一致性和觀(guān)察者間一致性，SEM為3.0°，MDC為6.9°，與DSA測(cè)量結(jié)果具有高度相關(guān)性。結(jié)果可見(jiàn)，系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)具有良好的重復(fù)性、可靠性。

本研究有如下不足：首先，CMAS組測(cè)量的樣本量?jī)H50例，DSA組僅15例，樣本量較小，其結(jié)論有待大樣本研究進(jìn)行驗(yàn)證；其次，CMAS具有冠狀面、矢狀面、水平面共3個(gè)平面的傳感器，在測(cè)量過(guò)程中能夠同時(shí)記錄3個(gè)平面的數(shù)據(jù)改變。但是由于本產(chǎn)品目前尚處于研發(fā)階段，本次測(cè)量并沒(méi)有記錄冠狀面和水平面數(shù)據(jù)。產(chǎn)品成熟之后，有待從3個(gè)平面對(duì)頸椎ROM測(cè)量的可靠性進(jìn)行全面分析。此外，本研究納入的受試者均為脊柱門(mén)診頸部疼痛患者，有必要納入健康患者和頸椎病患者進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。