脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪测量胸椎后凸角、腰椎前凸角的信度和效度

冯强周誉

1国家体育总局体育科学研究所（北京100061）2中国教育科学研究院

脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪测量胸椎后凸角、腰椎前凸角的信度和效度

冯强1周誉2

1国家体育总局体育科学研究所（北京100061）2中国教育科学研究院

目的：探讨脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪在测量胸椎后凸角、腰椎前凸角两个指标中的信度和效度。方法：随机筛选29名高中生作为受试对象，其中14名男生，15名女生。使用侧位全脊柱X线片作为胸椎后凸角和腰椎前凸角测试的金标准，分别使用Spinal Mouse脊柱测量仪、脊柱测量尺（Flexible ruler）对胸椎后凸角和腰椎前凸角进行测量。检验Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺测量脊柱矢状面角度的效度与信度，并检验两种仪器的重测信度。结果：Spinal Mouse脊柱测量仪测量的胸椎后凸角与X线片一致性最高，ICC为0.803（0.622，0.902），脊柱测量尺测量的胸椎后凸角ICC值为0.753（0.538，0.876）；脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪测量的腰椎前凸角与X线片的测量结果相比，ICC值均低于0.4，一致性不高。在重复测量分析方面，使用Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺测量胸椎后凸角的ICC均高于0.8，使用Spinal Mouse测量腰椎前凸角的ICC为0.809（0.633，0.906），而使用脊柱测量尺测量腰椎前凸角的ICC为0.704（0.459，0.849）。结论：Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺在测试胸椎后凸角和腰椎前凸角中均具备良好的重测信度。与X线片对比，Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺测量胸椎后凸角具备一定的效度，可以在一定程度上替代X线片作为测量方法，且Spinal Mouse脊柱测量仪优于脊柱测量尺。但两种测试方法测量腰椎前凸角效度不佳。

脊柱测量尺；Spinal mouse脊柱测量仪；胸椎后凸角；腰椎前凸角；X线片；信度；效度

目前，调查青少年脊柱形态的相关研究比较缺乏，其中测试方法不便捷可能是一个重要的制约因素。测量脊柱形态的金标准为X线片和CT两种方式，测量结果比较精确，但放射性会对青少年的生长发育产生一定程度的影响[1，2]。近些年来，学者们在不断探索其他测量脊柱形态和脊柱运动能力的方法，包括三维超声波、脊柱测量尺、测角术、摄影测量法、电前房角测量法和Spinal Mouse脊柱测量仪。

脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪是目前研究较多的非侵入性测试方法。在矢状面中，两种方法对脊柱形态与功能的测试具备一定的信度和效度[3-5]。两种测试方法的优点是无副作用，价格低廉、操作简便，但目前关于其信度与效度的研究结论尚不统一[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标，可以基本反映脊柱矢状面的形态特征。目前关于Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺应用于青少年脊柱形态测量的研究尚少。相比较于Spinal Mouse脊柱测量仪此类计算机化的脊柱形态测量仪器，脊柱测量尺在测试胸椎后凸角和腰椎前凸角中简便易行，价格低廉。但脊柱测量尺加入了更多的人工操作和手工计算，有可能产生更大的系统误差[7]。这两种仪器在测试脊柱矢状面形态中的优劣尚缺乏足够的研究。

鉴于此，本研究采用X线片、脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪三种测试方法对高中生的脊柱形态进行测量，探讨脊柱测量尺和Spinal Mouse脊柱测量仪在测量胸椎后凸角、腰椎前凸角两个指标中的信度和效度，为今后采用合适方式进行大样本量青少年脊柱形态调查提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

在北京市第156中学随机筛选一个班级，按照学号进行简单随机抽样筛选高中学生作为受试者。实验前向受试者及其监护人发放知情同意书，说明实验目的和方法。对受试者的基本情况、患病情况进行了解，并由脊柱外科医生对受试者进行体格检查，排除有明确脊柱相关疾病诊断和其他有明确医学诊断的受试者。同时，排除测试前一周内发生急性骨骼肌肉系统损伤的受试者。最终有29名高中生纳入实验，其中男生14名，女生15名。

1.2 测试方法

使用侧位全脊柱X线片作为胸椎后凸角和腰椎前凸角测试的金标准，分别使用Spinal Mouse脊柱测量仪、脊柱测量尺（Flexible ruler）对胸椎后凸角和腰椎前凸角进行测量。检验Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺测量脊柱矢状面角度的效度与信度。具体测量方法如下：

1.2.1 全脊柱侧位 XX线片

受试者赤足站立，双脚分开与肩同宽，提醒受试者按照自然站姿站立。为了使受试者全脊柱节段均能很好地成像，防止肱骨头遮挡胸椎成像。照射过程中受试者保持肩关节屈曲90度。X线片使用处理软件Di⁃con-eye（MAT-8）进行分析。由放射科专业医生使用Cobb法测量胸椎后凸角和腰椎前凸角，胸椎后凸角顶椎、底椎分别为T2上终板和T12下终板。腰椎前凸角顶椎选择为L1上终板而底椎为L5下终板[8-10]。

1.2.2 脊柱测量尺（Flexible Ruulleerr）

受试者赤足站立，双脚分开与肩同宽，提醒受试者按照自然站姿站立。测试过程中保持肩关节屈曲90度，与全脊柱侧位X线片保持一致。受试者暴露脊柱，由两名测试人员（熟知脊柱解剖知识和体表定位方法）对受试者的棘突进行定位，并标出第7颈椎（C7），第12胸椎（T12），第1腰椎（L1），第2骶椎（S2）。相应脊柱棘突体表定位方法如下：

C7：环状软骨下2cm，低头曲颈时，体表最突出部位。

T12：胸骨剑突末端平对第11胸椎，向下摸一棘突可找到第12胸椎。在第12肋肋角距后正中线5厘米处。

L1：剑突末端与肚脐连线中点。

S2：髂前上棘连线中点。

将脊柱测量尺按照标注的棘突紧密贴合于身体上，避免测量尺和皮肤之间出现空隙，使用记号笔在测量尺上依次标出C7、T12、L1和S2。保持测量尺的形态不变，将测量尺放置于坐标纸上，按照测量尺曲度，在内侧缘画下脊柱曲线，并按照测量尺上的标记，将C7、T12、L1和S2的位置依次标注于坐标纸上。见图1。

将受试者皮肤上的棘突标记擦掉，受试者休息5分钟后，由同一组测量人员再次寻找受试者棘突，重复测量过程。为避免影响测量人员，第一次测试的胸椎后凸角和腰椎前凸角结果均不告知测试人员和受试者，两次测试结果平均值作为最终测试成绩。

图1 脊柱测量尺测试方法

使用直尺在坐标纸上进行测量。对于胸椎后凸角，L为从C7至T12连线的距离，H为曲线最高点与L的垂线的长度。而对于腰椎前凸角：L为L1和S2连线的距离，H为曲线最高点与L的垂线的长度[11]。所有测量结果均测试3次，将数据录入excel进行计算，最终结果为3次测量结果平均值。

根据测量的结果，按照如下公式计算胸椎后凸角和腰椎前凸角：

θ=4[ARC tag（2H/L）]，H与L分别对应相应的长和高。

1.2.3 Spinal Moouussee脊柱测量仪测试方法

受试者赤足站立，双脚分开与肩同宽，提醒受试者按照自然站姿站立。测试过程中保持肩关节屈曲90度，与全脊柱侧位X线片保持一致。测试人员按照Spi⁃nal Mouse脊柱测量仪操作规范，标记受试者从C7至S2的所有棘突位置，使用测试仪器进行数据采集。擦去体表标记点，受试者休息5分钟后再次进行测试，两次测试结果平均值作为最终测试成绩。

1.2.4 重测信度测试

由同一组操作人员，对相同受试者间隔一周（7天）后，分别使用Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺再次对胸椎后凸角和腰椎前凸角进行测试。分别检验两种仪器的内部重测信度。

1.3 统计方法

使用独立样本T检验，检验男性与女性受试者X线片测量的胸椎后凸角和腰椎前凸角是否存在显著性差异。以X线片测试结果数据作为金标准，使用组内相关系数（ICC）分别检验Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺对胸椎后凸角以及腰椎前凸角测量效度以及内部重测信度。组内相关系数分析中，采用双向随机模型（two-way random）进行分析，在统计结果中采用单个结果作为最终检验结果。

使用Bland-Atman统计方法分别对Spinal Mouse和脊柱测量尺所测试的胸椎后凸角和腰椎前凸角进行分析。分别将两种仪器测量差值对应于均值的散点图（Bland-Altman图），并将各指标与X线片测试结果进行线性回归分析。计算各测量指标的一致性界限（LOA）作为评价一致性的标准，评价标准为±1.96标准差（95%一致性界限 LOA）。

2 研究结果

2.1 受试者基本情况

受试者基本情况见表1，总计测试男性14人，女性15人。男生胸椎后凸角（TKA）和腰椎前凸角（LLA）的X线片测试结果分别为36.01±5.44度，38.04±7.51度；而女性则分别为33.21±7.51度，34.56±8.96度。经检验，男性与女性胸椎后凸角和腰椎前凸角X线片测试结果均不存在显著性差异（P=0.222；P= 0.605）。

表1 受试者基本情况

2.2 一致性与重复测量分析

Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱形态测量尺测试结果与X线片测试结果一致性分析见表2。其中，Spi⁃nal Mouse测量的胸椎后凸角与X线片一致性最高，为0.803（0.622，0.902）。脊柱测量尺测量的胸椎后凸角ICC值为0.753（0.538，0.876）；而腰椎前凸角与X线片的测量结果相比，ICC值均低于0.4，一致性不高，分别为0.364（0.003，0.641），－0.030（－0.387，0.335）。

表2 两种仪器与X线片测试结果组间相关系数比较结果

Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱形态测量尺重复测量的分析结果见表3。结果显示，除脊柱测量尺在腰椎前凸角的测量上ICC值低于0.8以外，其余各指标ICC值均大于0.8。脊柱测量尺在测量胸椎后凸角时，ICC值为0.904。

2.3 Bland-allttmmaann分析

分别对两种仪器测量的胸椎后凸角和腰椎前凸角进行Bland-Altman分析，散点图依次为图2～5。从散点图可以看出，两种仪器在测量胸椎后凸角时集中趋势更加明显。而两种仪器测得的腰椎前凸角的一致性较差。对各指标进行回归分析，结果见表4，其中，胸椎后凸角和腰椎前凸角Spinal Mouse和脊柱测量尺的R平方分别为0.6452、0.5704（胸椎后凸角）；0.1917、0.0009（腰椎前凸角）。

表3 两种仪器重复测量结果分析

图2 X线片与Spinal Mouse脊柱测量仪胸椎后凸角测试结果一致性分析散点图

图3 X线片与Spinal Mouse脊柱测量仪腰椎前凸角测试结果一致性分析散点图

图4 X线片与脊柱测量尺胸椎后凸角测试结果一致性分析散点图

图5 X线片与脊柱测量尺腰椎前凸角测试结果一致性分析散点图

表4 X线片与各测量结果回归分析

各检测结果的差值均值、其标准误差以及一致性界限（LOA）值见表5，由于存在抽样误差，计算一致性界限可信区间（LOA CI），得到各个检测结果的LOA⁃CI，结果见表6。将检测结果的差值分别与相应的LOA CI进行比较，结果显示100.00%（29/29）的差值在LOA CI范围内，说明对于胸椎后凸角，如果专业上可接受Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺的测量结果之间检测偏差分别在 ±8度和 ±9度之内，则可以认为这两种仪器在检测胸椎后凸角上与X线片测量结果一致；而对于腰椎前凸角，如果专业上可接受Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺的测量结果之间检测偏差分别在 ±15度和 ±20度之内，则可以认为这两种仪器在检测腰椎前凸角上与X线片测量结果一致。

表5 X线片与各测量结果Bland-Altman分析均值及一致性界限估计

表6 X线片与各测量结果Bland-Altman分析结果

3 分析与讨论

从本研究结果可以看出，无论是Spinal Mouse脊柱测量仪还是脊柱测量尺，对于测量胸椎后凸角和腰椎前凸角均具备良好的重测信度。Spinal Mouse脊柱测量仪在胸椎后凸角和腰椎前凸角的重测信度上ICC值均在0.8以上。这与针对成年人矢状面内的测试结果一致[6]。脊柱测量尺在胸椎后凸角的重测信度达到了0.95以上，但是值得注意的是，对于腰椎后凸角，脊柱测量尺的重测信度相对较低，为0.704。产生这一现象的原因可能与脊柱测量尺的测试方法有关。脊柱测量尺在测量胸椎后凸角和腰椎前凸角时，需要首先按照受试者脊柱形态对测量尺进行塑形，然后再将其画在坐标纸上。以上两个步骤均可能在测试过程中产生误差。通过对坐标纸上的数据进行测量发现，腰椎部分图形大多较小，对于测量者来说，相应的H和L均短于胸椎部分。画图与读数的难度在测量腰椎前凸角的过程中加大。这些因素均可能影响到脊柱测量尺在腰椎前凸角中的内部重测信度。成年人相对于青少年，其脊柱有着更大的长度，在进行描绘时H和L会大于青少年人群。因此，对于腰椎前凸角，脊柱测量尺可能更难以准确测量。对于外部信度，即评价者间重测信度在本研究中没有进行。考虑到无论采用脊柱测量尺还是Spinal Mouse脊柱测量仪，在测量前均要首先进行脊柱棘突体表标志点的确定。而体表标志点的确定与操作人员的解剖基础知识和经验具有一定的相关性。对于测试人员来说，准确寻找脊柱棘突是其必须具备的测试能力。因此，在本研究中未对评价者间的信度进行分析探讨。

使用组内相关系数（ICC法）进行两种测量仪器与X线片的数据分析发现，在测量胸椎后凸角中，Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺均具备良好的效度（ICC值分别为0.803，0.753）。Spinal Mouse脊柱测量仪在测量胸椎后凸角上优于脊柱测量尺。但同时发现，两种仪器对腰椎前凸角的测试结果与X线片一致性较差。这种现象的产生可能与腰曲仅有5节脊椎构成，而胸曲则由12节脊椎构成有关。同时，Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺都是通过公式模拟推算腰椎曲度，在计算腰椎前凸角的公式中，有可能与实际情况偏差较大。这些原因都有可能导致两种仪器在测量腰椎前凸角中准确度下降。在今后的研究中，应加以进一步探讨。这与国外学者针对成年人的研究结果基本一致。Hinman和Martha[7]探讨了在社区中初学者使用脊柱测量尺测量健康成年人胸椎后凸和腰椎前凸角度的外部信度，受试对象为51名21～88岁健康女性，结果发现，脊柱测量尺测量胸椎后凸角的信度（测量放松位和直立位的组内相关系数分别为0.94和0.93）好于测量腰椎前凸角（测量放松位和直立位的组内相关系数分别为0.60和0.73）。Yanagawa等人[12]探讨了脊柱测量尺用于测量骨质疏松患者胸椎后凸的重测信度，发现脊柱测量尺在测量驼背高度（kyphosis height）和驼背指数（index of kyphosis）方面具有较好的信度，组内相关系数分别为0.89和0.93。这说明脊柱测量尺作为一种非侵入性且经济实用的方法，可较好地用于评价骨质疏松患者胸椎过度后凸。以上研究显示，脊柱测量尺可以较好地测量成年人和骨质疏松患者的胸椎后凸角度。而对于腰椎矢状面内的角度测量，脊柱测量尺在测量腰椎前凸角的信度和效度上仍存在争议[8]。

除去在矢状面内的测试，Spinal Mouse脊柱测量仪还可以对冠状面内脊柱的形态以及脊柱各个阶段的功能进行测试。Livanelioglu等人以15名患有特发性脊柱侧弯的儿童青少年（年龄9～18岁，平均14.4岁）为研究对象，在侧弯曲度超过40°的青少年中，Cobb角和Spinal Mouse测量结果之间的一致性更高[13]。在脊柱功能方面，学者认为Spinal Mouse脊柱测量仪具备良好的信度和效度，可以避免进行X线片的照射从而得到较为可靠的数据[4，14-16]。但对于青少年人群来说，进行脊柱功能的测试需要拍摄大量的X线片，因此难以使用X线片对Spinal Mouse脊柱测量仪进行效度的检验，因此在本研究未对Spinal Mouse脊柱测量仪进行脊柱功能方面的应用探讨。

本研究中，Bland-Altman的分析结果与组内相关系数的结果一致，即两种仪器在测量胸椎后凸角上的准确程度要高于腰椎前凸角。Spinal Mouse脊柱测量仪在测量胸椎后凸角上与X线片的一致性最好。但是，这两种非侵入性的脊柱形态测量方法仍有着较大的局限性。即使是与金标准一致性最高的Spinal Mouse脊柱测量仪测量胸椎后凸角，当专业角度可接受相差 ±8度时，才能与X线片的金标准相互替代。但是目前关于这一角度范围是否可以在专业上被认可接受尚不明确，亟需进行进一步的研究和论证。

值得注意的是，采用Bland-Altman法进行一致性分析，需要考虑样本量和数据的分布范围，但目前尚无明确的关于Bland-Altman法样本量计算的公式。有学者指出，当样本量达到140以上时，抽样误差可以达到稳定状态，减小对结果的影响[17]。本研究中样本量为29例，从R平方来看，各组数据均小于0.95，因此建议在今后的研究中，进一步增加样本含量，从而更加准确地使用Bland-Altman统计方法分析这两种非侵入性脊柱形态测试方法与金标准的一致性。

4 结论

Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺在测试胸椎后凸角和腰椎前凸角中均具备良好的重测信度。与X线片对比，Spinal Mouse脊柱测量仪和脊柱测量尺测量胸椎后凸角具备一定的效度，可以在一定程度上替代X线片作为测量方法，且Spinal Mouse脊柱测量仪优于脊柱测量尺。但两种测试方法测量腰椎前凸角效度不佳。

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2016.04.17

国家体育总局体育科学研究所基本科研业务费资助项目（编号基本16-32）

冯强，Email：fengqiang@ciss.cn