脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀測量胸椎后凸角、腰椎前凸角的信度和效度

馮強(qiáng)周譽(yù)

1國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）2中國教育科學(xué)研究院

脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀測量胸椎后凸角、腰椎前凸角的信度和效度

馮強(qiáng)1周譽(yù)2

1國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）2中國教育科學(xué)研究院

目的：探討脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀在測量胸椎后凸角、腰椎前凸角兩個指標(biāo)中的信度和效度。方法：隨機(jī)篩選29名高中生作為受試對象，其中14名男生，15名女生。使用側(cè)位全脊柱X線片作為胸椎后凸角和腰椎前凸角測試的金標(biāo)準(zhǔn)，分別使用Spinal Mouse脊柱測量儀、脊柱測量尺（Flexible ruler）對胸椎后凸角和腰椎前凸角進(jìn)行測量。檢驗Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺測量脊柱矢狀面角度的效度與信度，并檢驗兩種儀器的重測信度。結(jié)果：Spinal Mouse脊柱測量儀測量的胸椎后凸角與X線片一致性最高，ICC為0.803（0.622，0.902），脊柱測量尺測量的胸椎后凸角ICC值為0.753（0.538，0.876）；脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀測量的腰椎前凸角與X線片的測量結(jié)果相比，ICC值均低于0.4，一致性不高。在重復(fù)測量分析方面，使用Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺測量胸椎后凸角的ICC均高于0.8，使用Spinal Mouse測量腰椎前凸角的ICC為0.809（0.633，0.906），而使用脊柱測量尺測量腰椎前凸角的ICC為0.704（0.459，0.849）。結(jié)論：Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺在測試胸椎后凸角和腰椎前凸角中均具備良好的重測信度。與X線片對比，Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺測量胸椎后凸角具備一定的效度，可以在一定程度上替代X線片作為測量方法，且Spinal Mouse脊柱測量儀優(yōu)于脊柱測量尺。但兩種測試方法測量腰椎前凸角效度不佳。

脊柱測量尺；Spinal mouse脊柱測量儀；胸椎后凸角；腰椎前凸角；X線片；信度；效度

目前，調(diào)查青少年脊柱形態(tài)的相關(guān)研究比較缺乏，其中測試方法不便捷可能是一個重要的制約因素。測量脊柱形態(tài)的金標(biāo)準(zhǔn)為X線片和CT兩種方式，測量結(jié)果比較精確，但放射性會對青少年的生長發(fā)育產(chǎn)生一定程度的影響[1，2]。近些年來，學(xué)者們在不斷探索其他測量脊柱形態(tài)和脊柱運(yùn)動能力的方法，包括三維超聲波、脊柱測量尺、測角術(shù)、攝影測量法、電前房角測量法和Spinal Mouse脊柱測量儀。

脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀是目前研究較多的非侵入性測試方法。在矢狀面中，兩種方法對脊柱形態(tài)與功能的測試具備一定的信度和效度[3-5]。兩種測試方法的優(yōu)點是無副作用，價格低廉、操作簡便，但目前關(guān)于其信度與效度的研究結(jié)論尚不統(tǒng)一[3，6]。胸椎后凸角（TKA）和腰椎前凸角（LLA）是反映胸曲和腰曲的主要指標(biāo)，可以基本反映脊柱矢狀面的形態(tài)特征。目前關(guān)于Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺應(yīng)用于青少年脊柱形態(tài)測量的研究尚少。相比較于Spinal Mouse脊柱測量儀此類計算機(jī)化的脊柱形態(tài)測量儀器，脊柱測量尺在測試胸椎后凸角和腰椎前凸角中簡便易行，價格低廉。但脊柱測量尺加入了更多的人工操作和手工計算，有可能產(chǎn)生更大的系統(tǒng)誤差[7]。這兩種儀器在測試脊柱矢狀面形態(tài)中的優(yōu)劣尚缺乏足夠的研究。

鑒于此，本研究采用X線片、脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀三種測試方法對高中生的脊柱形態(tài)進(jìn)行測量，探討脊柱測量尺和Spinal Mouse脊柱測量儀在測量胸椎后凸角、腰椎前凸角兩個指標(biāo)中的信度和效度，為今后采用合適方式進(jìn)行大樣本量青少年脊柱形態(tài)調(diào)查提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

在北京市第156中學(xué)隨機(jī)篩選一個班級，按照學(xué)號進(jìn)行簡單隨機(jī)抽樣篩選高中學(xué)生作為受試者。實驗前向受試者及其監(jiān)護(hù)人發(fā)放知情同意書，說明實驗?zāi)康暮头椒?。對受試者的基本情況、患病情況進(jìn)行了解，并由脊柱外科醫(yī)生對受試者進(jìn)行體格檢查，排除有明確脊柱相關(guān)疾病診斷和其他有明確醫(yī)學(xué)診斷的受試者。同時，排除測試前一周內(nèi)發(fā)生急性骨骼肌肉系統(tǒng)損傷的受試者。最終有29名高中生納入實驗，其中男生14名，女生15名。

1.2 測試方法

使用側(cè)位全脊柱X線片作為胸椎后凸角和腰椎前凸角測試的金標(biāo)準(zhǔn)，分別使用Spinal Mouse脊柱測量儀、脊柱測量尺（Flexible ruler）對胸椎后凸角和腰椎前凸角進(jìn)行測量。檢驗Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺測量脊柱矢狀面角度的效度與信度。具體測量方法如下：

1.2.1 全脊柱側(cè)位 XX線片

受試者赤足站立，雙腳分開與肩同寬，提醒受試者按照自然站姿站立。為了使受試者全脊柱節(jié)段均能很好地成像，防止肱骨頭遮擋胸椎成像。照射過程中受試者保持肩關(guān)節(jié)屈曲90度。X線片使用處理軟件Di?con-eye（MAT-8）進(jìn)行分析。由放射科專業(yè)醫(yī)生使用Cobb法測量胸椎后凸角和腰椎前凸角，胸椎后凸角頂椎、底椎分別為T2上終板和T12下終板。腰椎前凸角頂椎選擇為L1上終板而底椎為L5下終板[8-10]。

1.2.2 脊柱測量尺（Flexible Ruulleerr）

受試者赤足站立，雙腳分開與肩同寬，提醒受試者按照自然站姿站立。測試過程中保持肩關(guān)節(jié)屈曲90度，與全脊柱側(cè)位X線片保持一致。受試者暴露脊柱，由兩名測試人員（熟知脊柱解剖知識和體表定位方法）對受試者的棘突進(jìn)行定位，并標(biāo)出第7頸椎（C7），第12胸椎（T12），第1腰椎（L1），第2骶椎（S2）。相應(yīng)脊柱棘突體表定位方法如下：

C7：環(huán)狀軟骨下2cm，低頭曲頸時，體表最突出部位。

T12：胸骨劍突末端平對第11胸椎，向下摸一棘突可找到第12胸椎。在第12肋肋角距后正中線5厘米處。

L1：劍突末端與肚臍連線中點。

S2：髂前上棘連線中點。

將脊柱測量尺按照標(biāo)注的棘突緊密貼合于身體上，避免測量尺和皮膚之間出現(xiàn)空隙，使用記號筆在測量尺上依次標(biāo)出C7、T12、L1和S2。保持測量尺的形態(tài)不變，將測量尺放置于坐標(biāo)紙上，按照測量尺曲度，在內(nèi)側(cè)緣畫下脊柱曲線，并按照測量尺上的標(biāo)記，將C7、T12、L1和S2的位置依次標(biāo)注于坐標(biāo)紙上。見圖1。

將受試者皮膚上的棘突標(biāo)記擦掉，受試者休息5分鐘后，由同一組測量人員再次尋找受試者棘突，重復(fù)測量過程。為避免影響測量人員，第一次測試的胸椎后凸角和腰椎前凸角結(jié)果均不告知測試人員和受試者，兩次測試結(jié)果平均值作為最終測試成績。

圖1 脊柱測量尺測試方法

使用直尺在坐標(biāo)紙上進(jìn)行測量。對于胸椎后凸角，L為從C7至T12連線的距離，H為曲線最高點與L的垂線的長度。而對于腰椎前凸角：L為L1和S2連線的距離，H為曲線最高點與L的垂線的長度[11]。所有測量結(jié)果均測試3次，將數(shù)據(jù)錄入excel進(jìn)行計算，最終結(jié)果為3次測量結(jié)果平均值。

根據(jù)測量的結(jié)果，按照如下公式計算胸椎后凸角和腰椎前凸角：

θ=4[ARC tag（2H/L）]，H與L分別對應(yīng)相應(yīng)的長和高。

1.2.3 Spinal Moouussee脊柱測量儀測試方法

受試者赤足站立，雙腳分開與肩同寬，提醒受試者按照自然站姿站立。測試過程中保持肩關(guān)節(jié)屈曲90度，與全脊柱側(cè)位X線片保持一致。測試人員按照Spi?nal Mouse脊柱測量儀操作規(guī)范，標(biāo)記受試者從C7至S2的所有棘突位置，使用測試儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。擦去體表標(biāo)記點，受試者休息5分鐘后再次進(jìn)行測試，兩次測試結(jié)果平均值作為最終測試成績。

1.2.4 重測信度測試

由同一組操作人員，對相同受試者間隔一周（7天）后，分別使用Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺再次對胸椎后凸角和腰椎前凸角進(jìn)行測試。分別檢驗兩種儀器的內(nèi)部重測信度。

1.3 統(tǒng)計方法

使用獨立樣本T檢驗，檢驗?zāi)行耘c女性受試者X線片測量的胸椎后凸角和腰椎前凸角是否存在顯著性差異。以X線片測試結(jié)果數(shù)據(jù)作為金標(biāo)準(zhǔn)，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）分別檢驗Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺對胸椎后凸角以及腰椎前凸角測量效度以及內(nèi)部重測信度。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分析中，采用雙向隨機(jī)模型（two-way random）進(jìn)行分析，在統(tǒng)計結(jié)果中采用單個結(jié)果作為最終檢驗結(jié)果。

使用Bland-Atman統(tǒng)計方法分別對Spinal Mouse和脊柱測量尺所測試的胸椎后凸角和腰椎前凸角進(jìn)行分析。分別將兩種儀器測量差值對應(yīng)于均值的散點圖（Bland-Altman圖），并將各指標(biāo)與X線片測試結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析。計算各測量指標(biāo)的一致性界限（LOA）作為評價一致性的標(biāo)準(zhǔn)，評價標(biāo)準(zhǔn)為±1.96標(biāo)準(zhǔn)差（95%一致性界限 LOA）。

2 研究結(jié)果

2.1 受試者基本情況

受試者基本情況見表1，總計測試男性14人，女性15人。男生胸椎后凸角（TKA）和腰椎前凸角（LLA）的X線片測試結(jié)果分別為36.01±5.44度，38.04±7.51度；而女性則分別為33.21±7.51度，34.56±8.96度。經(jīng)檢驗，男性與女性胸椎后凸角和腰椎前凸角X線片測試結(jié)果均不存在顯著性差異（P=0.222；P= 0.605）。

表1 受試者基本情況

2.2 一致性與重復(fù)測量分析

Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱形態(tài)測量尺測試結(jié)果與X線片測試結(jié)果一致性分析見表2。其中，Spi?nal Mouse測量的胸椎后凸角與X線片一致性最高，為0.803（0.622，0.902）。脊柱測量尺測量的胸椎后凸角ICC值為0.753（0.538，0.876）；而腰椎前凸角與X線片的測量結(jié)果相比，ICC值均低于0.4，一致性不高，分別為0.364（0.003，0.641），－0.030（－0.387，0.335）。

表2 兩種儀器與X線片測試結(jié)果組間相關(guān)系數(shù)比較結(jié)果

Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱形態(tài)測量尺重復(fù)測量的分析結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，除脊柱測量尺在腰椎前凸角的測量上ICC值低于0.8以外，其余各指標(biāo)ICC值均大于0.8。脊柱測量尺在測量胸椎后凸角時，ICC值為0.904。

2.3 Bland-allttmmaann分析

分別對兩種儀器測量的胸椎后凸角和腰椎前凸角進(jìn)行Bland-Altman分析，散點圖依次為圖2～5。從散點圖可以看出，兩種儀器在測量胸椎后凸角時集中趨勢更加明顯。而兩種儀器測得的腰椎前凸角的一致性較差。對各指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見表4，其中，胸椎后凸角和腰椎前凸角Spinal Mouse和脊柱測量尺的R平方分別為0.6452、0.5704（胸椎后凸角）；0.1917、0.0009（腰椎前凸角）。

表3 兩種儀器重復(fù)測量結(jié)果分析

圖2 X線片與Spinal Mouse脊柱測量儀胸椎后凸角測試結(jié)果一致性分析散點圖

圖3 X線片與Spinal Mouse脊柱測量儀腰椎前凸角測試結(jié)果一致性分析散點圖

圖4 X線片與脊柱測量尺胸椎后凸角測試結(jié)果一致性分析散點圖

圖5 X線片與脊柱測量尺腰椎前凸角測試結(jié)果一致性分析散點圖

表4 X線片與各測量結(jié)果回歸分析

各檢測結(jié)果的差值均值、其標(biāo)準(zhǔn)誤差以及一致性界限（LOA）值見表5，由于存在抽樣誤差，計算一致性界限可信區(qū)間（LOA CI），得到各個檢測結(jié)果的LOA?CI，結(jié)果見表6。將檢測結(jié)果的差值分別與相應(yīng)的LOA CI進(jìn)行比較，結(jié)果顯示100.00%（29/29）的差值在LOA CI范圍內(nèi)，說明對于胸椎后凸角，如果專業(yè)上可接受Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺的測量結(jié)果之間檢測偏差分別在 ±8度和 ±9度之內(nèi)，則可以認(rèn)為這兩種儀器在檢測胸椎后凸角上與X線片測量結(jié)果一致；而對于腰椎前凸角，如果專業(yè)上可接受Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺的測量結(jié)果之間檢測偏差分別在 ±15度和 ±20度之內(nèi)，則可以認(rèn)為這兩種儀器在檢測腰椎前凸角上與X線片測量結(jié)果一致。

表5 X線片與各測量結(jié)果Bland-Altman分析均值及一致性界限估計

表6 X線片與各測量結(jié)果Bland-Altman分析結(jié)果

3 分析與討論

從本研究結(jié)果可以看出，無論是Spinal Mouse脊柱測量儀還是脊柱測量尺，對于測量胸椎后凸角和腰椎前凸角均具備良好的重測信度。Spinal Mouse脊柱測量儀在胸椎后凸角和腰椎前凸角的重測信度上ICC值均在0.8以上。這與針對成年人矢狀面內(nèi)的測試結(jié)果一致[6]。脊柱測量尺在胸椎后凸角的重測信度達(dá)到了0.95以上，但是值得注意的是，對于腰椎后凸角，脊柱測量尺的重測信度相對較低，為0.704。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能與脊柱測量尺的測試方法有關(guān)。脊柱測量尺在測量胸椎后凸角和腰椎前凸角時，需要首先按照受試者脊柱形態(tài)對測量尺進(jìn)行塑形，然后再將其畫在坐標(biāo)紙上。以上兩個步驟均可能在測試過程中產(chǎn)生誤差。通過對坐標(biāo)紙上的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)，腰椎部分圖形大多較小，對于測量者來說，相應(yīng)的H和L均短于胸椎部分。畫圖與讀數(shù)的難度在測量腰椎前凸角的過程中加大。這些因素均可能影響到脊柱測量尺在腰椎前凸角中的內(nèi)部重測信度。成年人相對于青少年，其脊柱有著更大的長度，在進(jìn)行描繪時H和L會大于青少年人群。因此，對于腰椎前凸角，脊柱測量尺可能更難以準(zhǔn)確測量。對于外部信度，即評價者間重測信度在本研究中沒有進(jìn)行?？紤]到無論采用脊柱測量尺還是Spinal Mouse脊柱測量儀，在測量前均要首先進(jìn)行脊柱棘突體表標(biāo)志點的確定。而體表標(biāo)志點的確定與操作人員的解剖基礎(chǔ)知識和經(jīng)驗具有一定的相關(guān)性。對于測試人員來說，準(zhǔn)確尋找脊柱棘突是其必須具備的測試能力。因此，在本研究中未對評價者間的信度進(jìn)行分析探討。

使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC法）進(jìn)行兩種測量儀器與X線片的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在測量胸椎后凸角中，Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺均具備良好的效度（ICC值分別為0.803，0.753）。Spinal Mouse脊柱測量儀在測量胸椎后凸角上優(yōu)于脊柱測量尺。但同時發(fā)現(xiàn)，兩種儀器對腰椎前凸角的測試結(jié)果與X線片一致性較差。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生可能與腰曲僅有5節(jié)脊椎構(gòu)成，而胸曲則由12節(jié)脊椎構(gòu)成有關(guān)。同時，Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺都是通過公式模擬推算腰椎曲度，在計算腰椎前凸角的公式中，有可能與實際情況偏差較大。這些原因都有可能導(dǎo)致兩種儀器在測量腰椎前凸角中準(zhǔn)確度下降。在今后的研究中，應(yīng)加以進(jìn)一步探討。這與國外學(xué)者針對成年人的研究結(jié)果基本一致。Hinman和Martha[7]探討了在社區(qū)中初學(xué)者使用脊柱測量尺測量健康成年人胸椎后凸和腰椎前凸角度的外部信度，受試對象為51名21～88歲健康女性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脊柱測量尺測量胸椎后凸角的信度（測量放松位和直立位的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分別為0.94和0.93）好于測量腰椎前凸角（測量放松位和直立位的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分別為0.60和0.73）。Yanagawa等人[12]探討了脊柱測量尺用于測量骨質(zhì)疏松患者胸椎后凸的重測信度，發(fā)現(xiàn)脊柱測量尺在測量駝背高度（kyphosis height）和駝背指數(shù)（index of kyphosis）方面具有較好的信度，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分別為0.89和0.93。這說明脊柱測量尺作為一種非侵入性且經(jīng)濟(jì)實用的方法，可較好地用于評價骨質(zhì)疏松患者胸椎過度后凸。以上研究顯示，脊柱測量尺可以較好地測量成年人和骨質(zhì)疏松患者的胸椎后凸角度。而對于腰椎矢狀面內(nèi)的角度測量，脊柱測量尺在測量腰椎前凸角的信度和效度上仍存在爭議[8]。

除去在矢狀面內(nèi)的測試，Spinal Mouse脊柱測量儀還可以對冠狀面內(nèi)脊柱的形態(tài)以及脊柱各個階段的功能進(jìn)行測試。Livanelioglu等人以15名患有特發(fā)性脊柱側(cè)彎的兒童青少年（年齡9～18歲，平均14.4歲）為研究對象，在側(cè)彎曲度超過40°的青少年中，Cobb角和Spinal Mouse測量結(jié)果之間的一致性更高[13]。在脊柱功能方面，學(xué)者認(rèn)為Spinal Mouse脊柱測量儀具備良好的信度和效度，可以避免進(jìn)行X線片的照射從而得到較為可靠的數(shù)據(jù)[4，14-16]。但對于青少年人群來說，進(jìn)行脊柱功能的測試需要拍攝大量的X線片，因此難以使用X線片對Spinal Mouse脊柱測量儀進(jìn)行效度的檢驗，因此在本研究未對Spinal Mouse脊柱測量儀進(jìn)行脊柱功能方面的應(yīng)用探討。

本研究中，Bland-Altman的分析結(jié)果與組內(nèi)相關(guān)系數(shù)的結(jié)果一致，即兩種儀器在測量胸椎后凸角上的準(zhǔn)確程度要高于腰椎前凸角。Spinal Mouse脊柱測量儀在測量胸椎后凸角上與X線片的一致性最好。但是，這兩種非侵入性的脊柱形態(tài)測量方法仍有著較大的局限性。即使是與金標(biāo)準(zhǔn)一致性最高的Spinal Mouse脊柱測量儀測量胸椎后凸角，當(dāng)專業(yè)角度可接受相差 ±8度時，才能與X線片的金標(biāo)準(zhǔn)相互替代。但是目前關(guān)于這一角度范圍是否可以在專業(yè)上被認(rèn)可接受尚不明確，亟需進(jìn)行進(jìn)一步的研究和論證。

值得注意的是，采用Bland-Altman法進(jìn)行一致性分析，需要考慮樣本量和數(shù)據(jù)的分布范圍，但目前尚無明確的關(guān)于Bland-Altman法樣本量計算的公式。有學(xué)者指出，當(dāng)樣本量達(dá)到140以上時，抽樣誤差可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減小對結(jié)果的影響[17]。本研究中樣本量為29例，從R平方來看，各組數(shù)據(jù)均小于0.95，因此建議在今后的研究中，進(jìn)一步增加樣本含量，從而更加準(zhǔn)確地使用Bland-Altman統(tǒng)計方法分析這兩種非侵入性脊柱形態(tài)測試方法與金標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

4 結(jié)論

Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺在測試胸椎后凸角和腰椎前凸角中均具備良好的重測信度。與X線片對比，Spinal Mouse脊柱測量儀和脊柱測量尺測量胸椎后凸角具備一定的效度，可以在一定程度上替代X線片作為測量方法，且Spinal Mouse脊柱測量儀優(yōu)于脊柱測量尺。但兩種測試方法測量腰椎前凸角效度不佳。

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2016.04.17

國家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項目（編號基本16-32）

馮強(qiáng)，Email：fengqiang@ciss.cn