竖直角测量方法及经纬仪的检校

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正常生理状态下，脊柱在矢状面上呈现为“S”形，上承头颅、下连骨盆，有颈、胸、腰、骶四个生理弯曲。腰椎生理性前凸不仅能增加脊柱的缓冲震荡能力，对负重及维持腰部及骨盆稳定性也甚为重要，是人体脊柱维持姿势的关键结构之一。

目前对腰椎生理性前凸临床功能的认识也越来越深入，腰椎前凸在维持脊柱矢状位平衡方面具有非常重要的作用，也是所有手术治疗矫正腰椎脊柱畸形的终极目标。腰椎前凸角度的改变是腰椎疾病和腰腿痛患者的常见病理改变之一。目前对腰椎前凸角度的正常参考范围尚存在较多争议。

一、腰椎生理性前凸的解剖学特征

腰椎生理性前凸是指脊柱腰段向腹部突出形成的弧线，其形成与腰椎椎体及椎间盘楔形变有关。椎体及椎间盘向背侧的楔形改变可以增加腰椎前凸角度，反之亦然。因此，腰椎前凸角度受腰椎椎体及椎间盘形态的影响。

腰椎椎体不同节段和邻近的椎间盘对腰椎前凸角度形成的贡献不一，其中L5占腰椎前凸角度的约40%，L1仅为5%。腰椎前凸角度还与腰椎间的关节突关节有关。同时，腰椎前凸角度也可影响胸椎后凸和骶骨、骨盆前倾等。

二、腰椎生理性前凸的个体发育

尽管很多学者认为胎儿时期人体脊柱只有一个后凸（即胸曲，为原发性曲度），但也有研究证实胎儿时期在腰骶部的连接部位存在着生理性前凸。Choufani等对孕周23-40周的45例胎儿进行MR检查后发现，所有胎儿均存在脊柱腰段的前凸弧度，平均半径为18.7mm，且该前凸弧度与胎龄无明显的相关性，即腰椎前凸弧度与生长发育无关，而是由先天遗传因素所决定。

目前关于儿童腰椎前凸角度的文献报道较少。Reich-mann等发现3岁以内的婴幼儿腰椎前凸角度随生长发育不断增加，3岁以后腰椎前凸角度即可达到正常成人水平。而其他的研究者则认为，腰椎生理性前凸随患儿年龄增长逐渐加大，至青春期或20岁左右停止生长，如Cil等发现腰椎前凸角度从3-6岁时的44.3°进展为13-15岁时的54.6°。

由此可以认为，腰椎生理性前凸的发育始于胎儿时期，最快阶段在3岁以内，后期则缓慢持续发育直至成年。因此，在儿童早期即确定腰椎前凸的正常角度对相关疾病的早期发现和早期治疗非常关键，但目前有关腰椎生理性前凸发育的研究较少，其临床认识仍存在较大空白。

三、腰椎前凸的评估

（一）腰椎前凸的测量节段

在测量腰椎前凸角度时最重要的是端椎的选择，即纳入多少个脊柱节段。目前最常见的评估腰椎前凸角度的方案是纳入5个腰椎节段，使用Cobb角时头端测量线平行于L1椎体上终板，尾端测量线平行于S1椎体上终板；也有学者使用T10和L2作为上、下分界线；或者测量时不包括L5，S1椎间盘。

因测量标准不统一，测量结果也存在较大差异，不具有可比性。如果要对不同研究结果进行比较，则需要进行标准化，即确定一个统一的测量节段。基于L1-L,5是组成脊柱腰段的重要结构，并且在功能上比较接近，因此测量腰椎前凸角度时应包括L1-L5椎体和椎间盘，即采用Cobb角的测量方案。

（二）腰椎前凸的测量方法

测量腰椎前凸角度的方法较多，这些方法可按照临床测量和影像学测量分为两类。临床测量直接依据患者外形测量脊柱前凸的角度，影像学测量则通过二维或三维影像学检测手段进行间接测量。每种测量方法都有其优点及局限性，不同测量方法得出的腰椎前凸角度在临床上的可比性也存在一定的争议。

临床测量腰椎前凸角度的技术包括三维姿势分析系统、形态学照片分析系统等，通过测量腰椎棘突的弧度来评估腰椎前凸角度。该方法的优势是无辐射，可以多次重复测量，并对腰椎前凸角度的改变进行监测。

其缺点是可重复性较影像学测量差；角度的评估仅仅依靠人体表面弧度的改变，人体表面结构如椎旁肌、皮下组织、棘突长度和发育方向等均可能对测量结果产生影响。

影像学测量腰椎前凸角度的方法较多。Cobb角已成为测量腰椎前凸角度的金标准。该方法操作简便，可靠性高。但其应用的最大缺点是，理论上两个不同方向的腰椎弧度可以出现相同的角度（图1）。

因此，Vrtovec等提出利用脊柱各个腰段椎体的前缘或后缘切线构成的角度、腰椎椎体中心点的连线所构成的角度或利用计算机软件模拟最优拟合椭圆并测算腰椎前凸角（图2）。

（三）不同体位对腰椎前凸角度的影响

在腰椎前凸角度测量中，研究对象的体位对测量结果影响较大。大部分研究测量腰椎前凸角度时都采用站立位X线片。行站立侧位X线片检查时，手臂的位置可影响腰椎矢状位平衡，由此改变腰椎前凸角度。上肢中立位是最理想的位置，但却因容易遮挡部分脊柱通常不予采用。

虽然也有学者认为上肢位置不会显著影响腰椎前凸角度，但大多数学者仍建议对患者进行腰椎前凸角度随访评估时采用统一的标准上肢体位。Marks等观察站立位时双上肢不同位置对X线腰椎前凸的动态影响时发现，站立位时上肢支撑、肩关节屈曲30°时测量的腰椎前凸角度和双上肢下垂时的角度基本相同。

近年来腰椎CT及MR检查被广泛应用于腰椎疾患的临床诊断中，上述检查需要患者平卧。明确测量体位对腰椎前凸角度测量结果的影响对评估不同研究间腰椎角度的异同十分重要。一些研究者发现，对腰椎MR检查而言，平卧伸展位（髋、膝伸直位）时测量的前凸角度与站立位时相当。

因此，Schmid等建议，平卧伸展位MR检查可以作为腰椎前凸角度测量的方法。此外，腰大肌松弛位（屈髋屈膝位）腰椎MRI测量的前凸角度小于站立位或平卧伸展位，两者相差约6.3°。

有研究证实，不同坐姿对腰椎前凸角度也存在一定的影响。坐位时腰椎前凸角度小于站立位，腰椎前凸角度可从屈曲坐位的3.1°±11.8°增加至伸直坐位的46.2°±12.3°。因此，研究者认为坐位腰椎前凸角度测量无法替代标准的腰椎站立位测量。

研究对象的不同体位及双上肢的位置变化给不同研究结果间的比较带来一定的困难。目前公认腰椎前凸角度测量时的最佳体位是患者站立位，双上肢支撑，肩关节屈曲30°（图3）；若患者无法站立，则推荐平卧伸展位（髋、膝伸直位，图4）。

四、腰椎生理性前凸角度的范围

腰椎生理性前凸角度在一个很宽的范围内波动，Cobb角为30°-80°，其均值也仅是一个参考性的数值，不能将其认定为“正常值”。由于不同研究中研究对象的测量体位及腰椎总体曲度的端椎选择不同等因素，尚无法对个体定义正常或者合适的腰椎前凸角度。腰椎生理性前凸角度的正常范围仍有待大样本多中心研究予以确认。

五、影响腰椎前凸角度的因素

（一）年龄

目前普遍认为，随着年龄的不断增长，腰椎前凸角度逐渐减小，甚至消失。但是，大部分研究并没有证实年龄和腰椎前凸角度有相关性。仅Korovessis等发现，随着年龄的不断增长，腰椎前凸角度在60岁以上人群中明显减小。而另一些研究中，随着年龄增长腰椎前凸角度反而逐渐增大。因此，基于现有研究，并不能得出腰椎前凸角度随年龄增加而逐渐减小的结论。

（二）性别

多项研究证实，不同性别研究对象之间腰椎前凸角度无统计学差异。Middleditch和Oliver发现，直至中年期腰椎前凸角度在性别方面无明显差异。但也有一些研究证实，女性腰椎前凸角度大于男性约2°-5°。

Monster等对25位黑人女性及27位白人女性进行比较发现，尽管前者在外观上表现为腰椎曲度较大，但二者实际测量的腰椎前凸角度及腰骶角并无明显差异；黑人女性之所以看似有较大的腰椎曲度可能是因为其臀部的软组织较多，臀部较为丰满，从而给人以腰椎曲度较大的假象。

（三）身高和体重

Naido等研究发现，身高与腰椎前凸角度存在相关性。该研究结论与Nourbakhsh等的研究结果相符，可能原因是个体身高的增长导致腰椎区域负荷增加，从而增加了腰椎前凸角度。

大部分研究者认为肥胖，特别是腹型肥胖可以增加腰椎前凸角度。Murrie等发现，BMI指数偏高的人群腰椎前凸角度明显增大。Moore和Dalley认为BMI指数高的人群腰椎前凸增大的原因可能在于腰椎前凸角度的增加可以平衡其站立位的姿势。

Siiiich等对BMI指数较大的3-14岁儿童进行研究，发现这些儿童的腰椎均存在过度前凸。但Nai-do的研究则发现腰椎前凸与BMI指数相关性较差。

（四）怀孕

近期有研究发现，孕妇在怀孕后期腰椎前凸角度显著增加。Nourbakhsh等发现，是否有怀孕史及怀孕次数与腰椎前凸角度相关。可能的原因有：(1)腹部重量的增加需要通过腰椎前凸角度的增加来代偿平衡；(2)腹部肌肉力量减弱和背部肌肉的张力不平衡导致腰椎前凸角度增加；(3)怀孕后期出现腰椎关节及肌肉韧带松弛。即使是分娩后，重塑后的腰椎前凸角度也无法恢复，并持续存在。

（五）遗传因素

目前关于脊柱侧凸畸形的遗传和基因学研究较多，但仅有一项关于脊柱生理性曲度与家族遗传性的研究，其结论是腰椎前凸角度与家族遗传存在正相关，且同性之间的遗传相关性更高。

（六）腹部和腰背部肌肉

腹部和腰背部肌肉能够影响骨盆入射角和腰椎前凸角度。多数研究者认为腰椎前凸角度与腹部肌肉功能密切相关。当腹部肌肉力量减弱时，骨盆前倾和腰椎前凸角度增大；而腹部肌肉力量的加强将导致骨盆后倾，减小腰椎前凸角度；同时，腰背部肌肉的增强或减弱也会改变腰椎前凸的角度。

（七）运动

关于运动与腰椎前凸角度相关性的文献报道较少。但Wojtys等通过对8-18岁的2270名儿童进行研究后发现，运动员的腰椎前凸角度大于非运动员，且腰椎前凸角度与运动员的训练时间呈正相关但目前对两者之间确切的因果关系尚不清楚。

六、腰椎前凸与腰椎退行性变、腰痛

（一）腰椎前凸和腰椎退退行性变

关于腰椎前凸和腰椎退行性变的相关性研究较多。大部分学者认为腰椎前凸的改变与腰椎滑脱程度存在正相关，即腰椎前凸角度越大，其发生腰椎滑脱的可能性也越大。因此，腰椎前凸被认为是腰椎退变性滑脱的一个危险因素。

对于腰椎前凸角度的改变是否可以导致早期椎间盘退变仍存在争议。KaliChman等的研究结果发现，椎间隙的变窄或椎间盘的高度降低与腰椎前凸的发生没有明显的相关性。

而Endo等通过分析61例腰椎间盘突出症患者和60名同龄的无症状志愿者的矢状位曲度发现，腰椎间盘突出症患者的腰椎前凸角度较小，并认为较小的腰椎前凸角度可能会引起腰椎压力集中，从而加速腰椎间盘的退变；因椎间盘退变以及为避免突出的椎间盘对脊髓神经产生过度压迫，人体将进一步使腰椎前凸角度变小。但上述研究的证据强度较差，仍需要更多的研究进一步证实。

（二）腰椎前凸和腰痛

对于腰痛患者是否存在腰椎前凸的改变，目前尚无确切结论。有学者认为腰椎前凸角度减小或消失是临床上出现腰痛的一个征象，腰痛患者通过改变腰椎前凸角度可以缓解或部分缓解疼痛。

但这一现象近期受到了很多影像学研究的质疑，相关的影像学研究发现慢性腰痛患者腰椎前凸角度的变化与对照组并无统计学差异。Christensen和Hart-vlgsen的一项系统性回顾分析发现，并没有证据能够证明脊柱矢状位曲线与人群健康状况（包括有关脊柱疼痛的健康问题）有明显的相关性。

七、腰椎前凸的重建

腰椎前凸角度由腰椎椎体和相应的椎间盘构成。当椎体压缩或椎间盘被去除时，腰椎前凸角度发生改变。一些涉及腰椎的手术也会导致腰椎前凸丢失，成为“平背综合征”。腰椎生理性前凸角度的丢失可导致脊柱矢状面失平衡，发生持续性的腰痛及肌肉疲劳，因此重建患者的腰椎生理性前凸十分重要。

但目前文献报道中的腰椎生理性前凸角度范围较广，约为30°-80°，因此很难根据现有研究结果准确地确定对个体而言的正常或者适合的腰椎前凸角度。

为了能够开展对腰椎前凸的研究，目前国内外学者广泛使用站立位全脊柱侧位X线片测量矢状位参数，其中包括常用的骨盆参数（图5）：骨盆入射角(pelvicincidence，PI)、骨盆倾斜角（pelvictilt，PT）及骶骨倾斜角(sacralslope，SS)；躯干平衡参数：矢状位垂直轴(saggitalvertiralaxis，将保持恒定不变，不受体位及姿势等因素影响，是一个真实反映骨盆形态的解剖学参数。

通过对各参数之问关系的研究发现，PI=PT+SS，这种在几何学上的直接联系，也暗示着他们之间存在潜在的相互关联。Boulay等通过研究发现，当骨盆入射角≤44°时，骶骨倾斜角相应增大，而腰椎前凸角度减小；当骨盆入射角≥62°时，骶骨倾斜角相应减小，使腰椎前凸角度增大。

另外，Been等研究发现，成人椎体的关节突倾斜角可以准确预测腰椎前凸角度。因此，上述脊柱矢状位参数可以作为脊柱融合手术重建腰椎生理性前凸的参考点，具有一定的指导意义。但如何简单、准确地预测术巾理想的腰椎前凸角度仍有待于进一步研究。

综上所述，腰椎生理性前凸是脊柱矢状位姿势平衡的重要基础之一，但是针对腰椎前凸的研究尚处于发展阶段，关于测量方法及其相关影响因素等方面目前仍存在较多争议：

(1)不同研究纳入的测量节段不同，目前大多建议使用统一的测量方法（测量Cobb角）和测量标准（L1椎体上终板切线和S1椎体上终板切线的夹角）。

(2)评估腰椎前凸角度的测量体位，最为通用和标准的体位是站立位X线片，双上肢支撑，肩关节屈曲30°；CT和MR检查时可采用平卧伸展位（髋、膝伸直位）。

(3)影响腰椎前凸角度的具体因素尚不明确，和年龄、性别、体重、体育运动之间的关系亦存在争议。

(4)腰椎前凸和腰椎滑脱存在正相关性，但与腰椎退行性变、腰痛等疾病和症状之间的关系尚不清楚。

(5)腰椎生理性前凸的最佳角度尚不明确，脊柱各矢状位参数之间的关系仍需进一步研究。如何利用脊柱的矢状位参数指导脊柱融合手术重建腰椎生理性前凸，如何简单、准确地预测术中理想、个体化的腰椎前凸角度等问题，还有待于进一步探讨。

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