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作者：施新革 宋月鹏 胡巍然 马浩浩 邢帅 张楷广 高延征通信作者：高延征，Email：yanzhenggaohn@163.com作者单位：河南省人民医院脊柱脊髓外科，河南大学人民医院，郑州大学人民医院，郑州 450003本文刊发于 中华实用儿科临床杂志,2022,37(14):1099-1103.引用本文：施新革,宋月鹏,胡巍然,等.原创智能手机脊柱侧弯筛查APP测量青少年特发性脊柱侧凸Cobb角的可靠性研究[J].中华实用儿科临床杂志,2022,37(14):1099-1103.DOI:10.3760/cma.j.cn101070-20210610-00665.
摘要
目的 探讨使用团队原创智能手机脊柱侧弯筛查APP测量青少年特发性脊柱侧凸（AIS）Cobb角的准确性与可重复性。方法 回顾性分析2020年8月至2021年2月河南省人民医院脊柱脊髓外科收治的60例AIS患儿的临床资料。3名测量者分别采用量角器、脊柱侧弯筛查APP及电脑图像存档和通信系统（PACS）3种方法对60例AIS患儿的脊柱全长正侧位X线片上的冠状位主弯Cobb角、矢状位上的胸椎后凸角（TK）、胸腰椎后凸角（TLK）及腰椎前凸角（LL）进行测量，记录每次测量的时间及结果，间隔2周后重复测量1次，采用配对t检验比较APP法与量角器法的测量时间。以PACS系统的Cobb角测量结果作为参考标准，通过配对t检验分析APP法测量Cobb角的准确性。使用组内相关系数(ICC)比较测量者内的可重复性及测量者间的一致性。结果 60例AIS患儿中，男17例，女43例；年龄(12.2±2.4)岁（10～16岁）；主弯为胸弯（Lenke Ⅰ型）23例、Lenke Ⅱ型18例、胸腰弯/腰弯（Lenke Ⅴ型）19例。APP法测量Cobb角的时间明显较量角器法短，二者比较差异有统计学意义（P<0.05）。APP法与PACS法测量的Cobb角结果比较差异无统计学意义（P>0.05）。3名测量者使用APP法测量冠状位主弯Cobb角及TK、TLK、LL的结果均有极佳的一致性（ICC分别为0.990、0.988、0.986、0.987），APP法前后2次测量冠状位主弯 Cobb 角及TK、TLK、LL的可重复性（ICC为0.973~0.982）均高于量角器法（ICC为0.933～0.954）。结论 智能手机脊柱侧弯筛查APP较传统量角器测量AIS患儿Cobb角的时间短、效率高，准确性及可重复性高。
关键词
青少年特发性脊柱侧凸；Cobb 角测量；量角器；手机软件
青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic sco-liosis，AIS）是以脊柱侧弯和脊柱旋转为特征的脊柱三维畸形，多发病于青少年人群，女性多见［1-2］。脊柱侧凸的严重程度、进展评估以及手术指征都需要测量侧凸的Cobb角［3］。临床上常用的Cobb角测量方式包括量角器、电脑图像存档和通信系统（picture archiving and communication systems，PACS）、Surgimap软件以及智能手机软件等［4-5］。但存在需要特定测量工具、使用条件限制以及可重复性差等问题。随着移动技术的进步，智能手机已经被逐渐用于日常的临床工作。智能手机内通常包含有微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS），可以精确地感应出加速度和倾斜度［6］。本研究团队基于该原理于2020年开发出鸿正脊柱侧弯筛查软件（已获得国家版权局软件著作权，证书号：软著登字第6596712号），可通过智能手机来测量各种脊柱侧弯的Cobb角。本研究分别通过脊柱侧弯筛查APP、量角器以及PACS系统进行Cobb角的测量，旨在评估侧弯筛查APP在测量脊柱侧凸Cobb角方面的可靠性及可重复性，探讨新型脊柱侧弯筛查APP在测量AIS冠状位及矢状位Cobb角的临床价值。
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资料与方法1.1 一般资料 回顾性研究。选取2020年8月至2021年2月河南省人民医院脊柱脊髓外科收治的AIS患儿60例。其中男17例，女43例；年龄（12.2±2.4）岁（10～16岁）。纳入标准：（1）临床诊断为AIS的患儿；（2）年龄10～18岁；（3）Cobb角>20°，且未进行手术治疗；（4）脊柱全长正侧位X线片及电子影像资料完整。排除标准：（1）其他类型的脊柱侧凸；（2）影像资料质量差或资料不全的患儿。本研究经河南省人民医院医学伦理委员会批准，本研究内容和过程遵循国际及国家颁布的有关生物医学研究的伦理要求，纳入研究的患儿或其监护人均签署知情同意书。1.2 研究方法1.2.1 测量者及设备 随机选择脊柱脊髓外科的3名医师作为测量者，至少有2年或2年以上从事脊柱畸形的工作经验，对3名测量者进行侧弯筛查APP操作培训。APP法选用3部安装有鸿正脊柱侧弯筛查APP的智能手机进行测量；量角器法使用同一个量角器及油性记号笔进行Cobb角测量；PACS法选用我院安装有PACS系统的电脑进行测量。1.2.2 测量方法 由1名未参与测量的具有20年以上工作经验的脊柱畸形专家确定患儿X线片中需要进行测量的端椎，并提前在X线胶片上标记出端椎线，以确保每名测量者测量相同端椎的Cobb角，减少误差。测量时将患儿的顺序随机打乱，3名测量者根据已经确定的上、下端椎，依次使用侧弯筛查APP、量角器及PACS系统进行测量，以PACS系统的测量结果作为参考标准。测量参数：（1）胸椎后凸角（thoracic kyphosis，TK）：T4椎体上终板与T12椎体下终板之间的夹角；（2）胸腰椎后凸角（thoracolumbar kyphosis，TLK）：T10上终板与L2下终板夹角；（3）腰椎前凸角（lumbar lodorsis，LL）：L1椎体上终板与S1上终板间夹角。APP法：3名测量者通过脊柱侧弯筛查APP测量60例患儿的冠状位主弯Cobb角及矢状位上的TK、TLK以及LL。在测量Cobb角时，智能手机的边缘必须与上端椎的上终板和下端椎的下终板对齐平行，以减少误差，见图1。量角器法：3名测量者分别使用油性记号笔在上下端椎终板线处画2条相交的垂直线，通过量角器测量两条垂直线的夹角，见图2。3名测量者使用量角器依次测量出60例患儿X线片上的冠状位主弯Cobb角及矢状位上的TK、TLK、LL，为减少测量者内以及测量者之间的误差，在测量完成后立刻用酒精擦去所画的终板线垂直线。PACS法：3名测量者通过安装有PACS系统的电脑上标记出上下端椎的终板线，对60例患者的Cobb角进行测量。为了减少测量者自身的偏差，在第1次测量完成后间隔2周再进行第2次测量。记录每名测量者通过APP法及量角器法测量1例患儿所耗费的时间。
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结果60例患儿中，主弯为胸弯（Lenke Ⅰ 型）23例、Lenke Ⅱ 型18例、胸腰弯/腰弯（Lenke Ⅴ型）19 例。3名测量者每测量1例患儿Cobb角所需要耗费的时间见表1，APP法测量患者Cobb角的平均时间明显短于量角器法（均P<0.05）。3名测量者使用APP法及PACS法测量主弯Cobb角及矢状位TK、TLK、LL的结果比较见表2，2种方法的测量结果比较差异均无统计学意义（均P>0.05）。3名测量者使用量角器法前后2次测量结果的ICC为0.933～0.954；使用APP法前后2次测量结果的ICC为0.973～0.982，使用PACS法前后2次测量结果的ICC为0.991～0.994，3种方法前后2次测量结果的ICC均>0.90，见表3。测量者之间使用APP法测量60例患儿的冠状位与矢状位参数具有较好的一致性，见表4。
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讨论AIS是临床上常见的脊柱侧凸，Cobb角的测量对于评估侧弯的严重程度和进展以及确定治疗策略非常重要［7-8］。同时，AIS的分型、治疗方式以及术后的预后评估都需要通过测量脊柱全长正侧位X线片上的Cobb角来进行评估。一般来说，Cobb角≥10°表示存在脊柱侧凸，Cobb角为<25°需要定期复查；25°～45°需要佩戴支具治疗；Cobb角>45°则需要手术治疗［9］。同样，AIS的矢状面参数在分析畸形程度和确定治疗方式方面也很重要［10］。具体的治疗策略还需要临床医师根据侧凸的程度、进展情况、临床表现并结合自身的经验综合决定。通常认为在前后2次X线检查中Cobb角> 5°表明脊柱侧凸畸形进展［11］，因此精确地测量Cobb角非常重要。目前测量Cobb角的方法有很多种，最传统且最常用的方法为量角器法，该方法简单但存在准确性不高、重复性不佳等缺点［4］。量角器法需要先在脊柱全长正位X线片上确定上、下端椎，然后画出端椎线以及端椎线的垂直线，使用量角器来测量两条垂直线的夹角。测量过程繁琐，而且在画线及使用量角器的过程中均可能产生误差，过多地在X片上进行划线标记也会损害X胶片，不利于资料的保存。测量误差的来源是多方面的，包括端椎的选择不当、终板线的标记以及记号笔的直径，潜在的误差还包括测量者的经验水平等［12］。在本研究中，由于端椎的选择可能导致测量者内和测量者间的误差，由一名脊柱畸形专家预先选择好需要进行测量的端椎，并提前在X光胶片上标记端椎线以避免这种误差。随着科技的进步，各种测量Cobb角的技术逐步兴起，多种手机测量软件及电脑PACS影像系统逐渐应用到临床当中。PACS 影像系统可通过窗宽、窗位、修改图像的亮度、对比度和放大率等，确定脊柱侧凸节段的上、下端椎后，标记出上下端椎终板线，自动计算出Cobb角，并且测量的精确度可保留至小数位后 2 位，实现更精确地测量［5,13］。与量角器相比，PACS系统具有较低的误差，并且用时较短。然而，使用电脑PACS系统测量Cobb角也存在一定的限制，只能在预先安装有PACS系统的电脑上进行测量，部分医院没有该系统或者一些门诊患者携带X线片就诊时，无法使用PACS系统进行Cobb角的测量。而量角器测量Cobb角操作繁琐，对于门诊患者和医师而言会浪费过多的时间，测量的准确性也不及PACS系统。此外，部分医院放射科存在条件和影像胶片大小的限制，很难将整个脊柱节段放入一张胶片中，需要逐段拍摄。当前临床上测量Cobb角的方法越来越多，如何提高Cobb角测量的准确性及一致性是今后研究的一个方向。有学者进一步系统综述了测量Cobb角方式（包括计算机软件、智能手机软件及手动量角器等）的可靠性，这些方法均具有高度的可靠性［14］。智能手机的发展将移动技术融入日常临床实践提供了新的机会，由于携带方便、速度快和操作简单等，智能手机软件可以为疾病的诊断和治疗提供许多帮助。越来越多的学者报道智能手机软件（Tiltmeter等）测量Cobb角具有时间短、可重复性高等优点［6,15］。本团队开发的脊柱侧弯筛查APP测量Cobb角的方式类似于倾斜角法测量Cobb角。倾斜角法通常在X线胶片上画出上、下端椎的终板线，测量出上下端椎终板的倾斜角，根据几何定律可以推导出Cobb角为上下端椎倾斜角之和［16］。无论脊柱侧凸的曲度有多大或脊柱侧凸节段是否在一张成像X线片上，只要确定两个端椎并测量其倾斜角，就能准确、快速地计算出Cobb角。在使用侧弯筛查APP测量Cobb角时，手机的边缘应与端椎线保持平行，以将误差降至最低。脊柱侧弯筛查APP测量Cobb角有两种模式，分别为Cobb角X线片测量模式和图片测量模式。X线片测量模式为直接使用手机在X线片上进行测量，图片测量模式可通过手机拍摄照片或者导入本地照片进行Cobb角的测量，可通过聊天工具发送照片进行Cobb角的测量来实现远程会诊。本研究中使用的为Cobb角X线片测量模式，以PACS法的测量结果作为参考标准。本研究中APP法与PACS法Cobb角的测量角度平均差值在1°左右，2种方法测量结果比较差异无统计学意义（P>0.05），表明侧弯筛查APP测量Cobb角的准确性较高。本研究比较APP法和量角器法测量Cobb角所花费的时间，发现APP法相对于量角器法测量Cobb角的速度更快，这将会给临床医师节省出大量的时间，提高其工作效率。在APP法中测量者前后2次测量结果的ICC为0.973～0.982，而量角器法测量的ICC为0.933～0.954，2种方法均有较好的一致性，但与量角器法相比，APP法测量Cobb角的可重复性更为可观。Shaw等［6］认为，在测量Cobb角时测量者间的一致性同样重要，因为很多情况下不一定由同一名医师测量同一患者。本研究中APP法测量Cobb角时测量者间的相关系数为0.986～0.990，量角器法中测量者间的相关系数为0.951～0.960，表明在使用侧弯筛查APP测量Cobb角时所有测量者之间具有良好的一致性。综上所述，脊柱侧弯筛查APP在测量AIS Cobb角中具有一定的临床应用价值。本研究存在一些局限性，脊柱侧弯筛查APP测量精度最小为1°，与电脑PACS系统相比，精度有一定差距，智能化程度有待提高，在辅助使用者选择端椎及测量骶骨中垂线方面会进一步改进。该APP为初次设计，后续通过大规模的软件推广后会根据用户的反馈进一步完善软件的其他功能。本研究纳入的病例相对较少，并且仅对AIS患儿进行研究，未针对其他类型的侧凸，尚需进一步的多中心大样本研究。综上所述，脊柱侧弯筛查APP可以测量AIS患者的Cobb角，且测量的速度、可靠性及可重复性优于传统的量角器测量法，是一种快速简单的测量方法，具有效率高、可重复性强等优势，在临床实践中具有一定的应用价值。
参考文献略（制作：新乡医学院期刊社网络与数字出版部）
《中华实用儿科临床杂志》
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