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为解决脊柱侧弯评估难题，上海某机构研究人员开展 3D 脊柱传感系统（3D-SSS）准确性和可重复性研究，结果显示该系统测量准确、数据重复性高，为脊柱侧弯筛查和监测提供新方法。
一、研究背景
在青少年的成长过程中，有一种悄然出现的疾病正威胁着他们的健康，这就是脊柱侧弯（Scoliosis）。脊柱侧弯可不是简单的脊柱弯曲，它是一种涉及冠状面、矢状面和横断面的三维畸形。打个比方，正常的脊柱从后面看就像一条笔直的 “中轴线”，而侧弯的脊柱则像一条蜿蜒的小蛇，不仅影响孩子的体态美观，严重时还会压迫心肺，影响心肺功能，甚至可能压迫脊髓，危害神经系统。
脊柱侧弯的病因十分复杂，遗传、脊柱生物力学异常、神经功能问题以及生物化学因素等都与之相关。其中，青少年特发性脊柱侧弯（Adolescent Idiopathic Scoliosis，AIS）最为常见，全球发病率在 0.47 - 5.2% 之间，多发于 11 - 18 岁的青少年。而且，成年后发现的特发性脊柱侧弯，很多也是青少年时期未得到及时治疗发展而来的。所以，早期诊断和准确评估脊柱侧弯的严重程度至关重要。
目前，影像学检查是评估脊柱侧弯的重要手段，其中测量 Cobb 角（用于评估脊柱侧弯严重程度的关键指标，即侧弯脊柱中最大弯曲处上下端椎体的夹角）是常用方法。过去，全脊柱成像依靠多张 X 射线片拼接，不仅图像容易失真，还会让患者承受大量辐射。后来，EOS 成像系统问世，它辐射剂量低、能站立位拍摄全身双平面图像并重建 3D 图像，在评估脊柱畸形方面有很大优势。然而，EOS 系统也存在不少问题，操作复杂、设备不能移动、成本高昂，还会让患者接触到电离辐射，这使得它无法用于大规模筛查和便捷的随访。
为了突破这些困境，研究人员研发出了一种新型的便携式无辐射 3D 脊柱传感系统（3D Spine Sensing System，3D - SSS）。它就像一个小巧灵活的 “侦察兵”，利用接触空间轨迹测量技术和微机电系统（Micro - Electro - Mechanical System，MEMS）传感器，在患者动态运动时测量空间角度，再结合路径距离测量，构建出脊柱的 3D 数字模型并计算 Cobb 角。但这个新系统到底好不好用，准确性和重复性如何，还需要进一步研究验证。于是，来自上海的研究人员开启了这项意义重大的研究。
二、研究方法
研究人员在 2023 年 2 月至 4 月期间，开展了一项前瞻性研究。他们从众多疑似脊柱侧弯的人群中，按照严格的标准筛选出了 145 名患者。这些患者年龄都小于 40 岁，且都接受了 EOS 成像系统的全脊柱成像检查。同时，排除了背部皮肤受伤或敏感、佩戴支具、无法在 EOS 检查时站立以及存在椎体骨折或肿瘤的患者。
对于 EOS 成像，患者站在检查区域中央，双手放在头顶前方，同时拍摄冠状面和矢状面图像。之后，一位经验丰富的放射科医生用 sterEOS 软件对脊柱进行 3D 重建并计算 Cobb 角，将 Cobb 角≥10° 定义为 AIS，并根据治疗建议把 Cobb 角分为三个类别：10 - 25°（观察）、25 - 45°（佩戴支具治疗）、>45°（手术治疗） 。
3D - SSS 检查时，患者需穿着薄衣，站直并自然向前看。医生将设备的光敏滚轮放在 C7 椎体水平，按下软件 “START” 按钮，待 LED 指示灯变绿后，沿着患者脊柱从 T1 移动到 L5，最后在 L5 水平停留 2 秒，设备就会将数据传输到笔记本电脑软件，3 - 10 秒内就能显示测量结果。这项检查由一位放射科医生和一位骨科医生分别独立进行，其中骨科医生对每位患者测量两次，且两位医生都不知道 EOS 的测量结果。
在数据分析上，研究人员用均数 ± 标准差表示定量参数，通过计算组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）评估 3D - SSS 测量的观察者内和观察者间的变异性，用 Bland - Altman 分析、均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）、ICC 和 Pearson 相关系数分别评估 EOS 和 3D - SSS 测量结果的一致性、可靠性和相关性，P < 0.05 表示差异有统计学意义。
三、研究结果
- 3D - SSS 测量的可重复性：3D - SSS 测量 Cobb 角的观察者内 ICC 为 0.969（95% CI：0.957 - 0.977），观察者间 ICC 为 0.934（95% CI：0.909 - 0.952），这表明 3D - SSS 测量的可重复性非常好。Bland - Altman 分析显示，观察者内测量偏差为 0.1°，观察者间测量偏差为 - 0.4°，且观察者内和观察者间测量超出一致性界限（Limits of Agreement，LOA）的患者数量较少，RMSE 分别为 2.1° 和 3.1° 。
- 3D - SSS 与 EOS 测量结果的比较：EOS 测量的平均 Cobb 角为 13.7±9.9°（范围：0.5 - 45.7°），3D - SSS 测量的平均 Cobb 角为 12.5±8.6°（范围：0.4 - 40°），两者测量的 Cobb 角可靠性 ICC 为 0.921（95% CI：0.893 - 0.943），相关性非常强（r = 0.931，P < 0.001） 。Bland - Altman 分析显示，两者偏差为 - 1.171°，只有 10 名患者超出一致性界限（ - 8.3 - 6.0°），RMSE 为 3.2°。不过，随着 Cobb 角增大，两者测量结果的差异也会增大。
- 3D - SSS 对脊柱侧弯的诊断性能：3D - SSS 诊断脊柱侧弯（Cobb 角≥10°）的敏感性为 87.8%，特异性为 92.1%，阳性预测值为 93.5%，阴性预测值为 85.3%。受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线下面积（Area Under the Curve，AUC）为 0.953（95% CI：0.918 - 0.988，P < 0.001），说明 3D - SSS 对脊柱侧弯有很强的预测能力。但在不同 Cobb 角分类的患者中，3D - SSS 存在一定的重新分类情况。
四、研究结论与讨论
研究表明，3D - SSS 自动重建得到的 Cobb 角与 EOS 测量结果一致性良好，且该系统的观察者内和观察者间 ICC 都很高，这意味着它能为脊柱侧弯患者提供可靠、准确的测量数据。
与传统的脊柱侧弯检测方法相比，3D - SSS 优势明显。传统的脊柱测量计结合 Adams 测试主观性强、准确性和重复性差；便携式电子脊柱侧弯筛查设备容易出现假阳性结果；3D 超声方法虽然能不用 X 射线评估 Cobb 角，但受探头与皮肤接触等因素影响大。而 3D - SSS 数据采集方式与 EOS 相似，能反映患者日常生活中的实际姿势，高精度的 MEMS 传感器、先进的后处理软件等都保证了测量的准确性。
从临床应用角度看，AIS 早期症状不明显，容易漏诊或误诊。EOS 虽然准确可靠，但使用受限。3D - SSS 便携、无辐射、成本低，适合在社区、学校和基层医疗机构进行 AIS 筛查，有助于早期发现脊柱侧弯，及时采取非手术干预措施，如佩戴支具，避免病情发展到需要手术的严重程度。同时，它还能用于监测疾病进展和治疗效果。
不过，这项研究也存在一些不足。样本量较小，尤其是严重 Cobb 角畸形的患者数量较少；没有评估 3D - SSS 对临床治疗策略的影响；缺乏随访数据；检查人员较少；还需研究直接皮肤接触是否能提高测量准确性。
总体而言，3D - SSS 为青少年和年轻成人脊柱侧弯的评估提供了一种新的可靠方法，虽然还有完善的空间，但它为脊柱侧弯的筛查和监测带来了新的希望，有望在未来的临床实践中发挥重要作用。该研究成果发表在BMC Musculoskeletal Disorders期刊上，为相关领域的研究和临床应用提供了重要参考。
