髋骨对称性失衡与非特异性腰痛相关性的病例对照研究

高明月，朱立国*，王毅，张卓，徐一鸣，封雪菲，李学朋，韩涛，尹逊路，朱波

(1.中国中医科学院望京医院，北京 100102；2.明月堂医学研究院，北京 101516)

1 背 景

非特异性腰痛(non-specific low back pain，NSLBP)是指病因不明的、除脊柱特异性疾病及神经根性疼痛以外原因所引起的肋缘以下、臀横纹以上及两侧腋中线之间区域内的疼痛与不适，伴或不伴大腿牵涉痛[1]。根据自然病程可划分为急性、亚急性、慢性三类[2]。因其高患病率及复发率，已成为国际领域的研究重点，研究文献发表量呈每年递增趋势，其研究要点多集中在揭示潜在发病因素及寻找更好的对症治疗方案上。

多年来的研究显示腰痛与机械物理因素及社会心理因素相关[3]。从骨骼-肌肉层面分析，与NSLBP相关的因素包括腰椎生理状态与结构的破坏、椎旁肌肉结构的改变、脊柱-骨盆生理曲度的变化、骨盆倾斜度的改变[4-7]。可见，脊柱、骨盆的多种生理位置破坏与NSLBP的发生相关。比利时学者[8]通过观察坐立状态下脊柱各区域间的姿势变化，总结出骨盆与脊柱的形态可以相互影响。法国学者[9]通过测量骨盆与脊柱参数，提出骨盆参数改变可影响脊柱矢状面平衡。另一项临床对照试验发现，调整骨盆的稳定性可通过影响血流而改善腰痛[10]。这些研究进一步为骨盆的稳定性与NSLBP发病间的相关性提供了一定依据。

人体直立状态下骨盆的稳定性主要通过骨盆在三维空间内的位置反映。现有的影像学研究大多从矢状面对脊柱-骨盆参数进行了观察[5，11]，但却缺少冠状面的参数观察。矢状面的骨盆参数主要反映了骨盆在x轴上的稳定性，而冠状面的骨盆参数可补充说明骨盆在y、z轴上的稳定性。骨盆是由骶骨和双侧髋骨共同围成的一个整体，通过影像参数观察比较双侧髋骨的对称性更能补充说明骨盆在y、z轴上的稳定性。为了能全面分析骨盆在三维空间内的稳定性与NSLBP发病间的相关性，我们开展了一项结合冠状面及矢状面的影像参数来分析骨盆稳定性与NSLBP相关性的病例对照研究。

2 目的和假说

本研究旨在通过观察CNSLBP患者与健康人间骨盆影像学的差异，探讨髋骨对称性失衡与NSLBP发病的相关性，并完善骨盆在x、y、z三轴上的稳定性与NSLBP的关系。本研究的假说如下：(1)NSLBP患者与健康人间存在骨盆影像学的差异；(2)髋骨对称性失衡与NSLBP发病具有相关性；(3)反映双侧髋骨对称性的指标对NSLBP具有一定预测性；(4)冠状面与矢状面骨盆参数间具有一定相关性。

3 试验设计与方法

本研究为病例对照研究，盲主要结局评价者。招募的受试者来自于中国中医科学院望京医院门诊及体检中心，确定入组的志愿者根据有无腰痛分为腰痛组(n=33，包括男12例，女21例)和健康组(n=66，包括男34例，女32例)，试验全过程受中国中医科学院望京医院伦理委员会监督审查。

3.1 纳入标准 腰痛组纳入标准：年龄25～45岁；符合非特异性腰痛诊断标准；腰痛至少持续3个月；本人或家属签订知情同意书。

慢性非特异性腰痛诊断标准：(1)以背部最后一肋下至臀褶之间区域出现疼痛或不适感为主要症状，并持续3个月以上；(2)排除特异性脊柱病变和神经根疼痛：体格检查无单侧或双侧下肢(超过膝关节)的疼痛或麻木感，无间歇性跛行；双下肢运动感觉功能正常；伴有放射性症状的患者，采用MRI排除椎间盘炎症、赘生物压迫等情况；既往无骨质疏松、脊柱关节炎等特异性脊柱病史；(3)无腹腔肿瘤及结石病史。

健康组纳入标准：年龄25～45岁；近6个月内无腰痛史；无骨折、脊柱肿瘤、脊柱畸形、腰椎间盘疾病及脊柱相关疾病手术史；本人或家属签订知情同意书。

3.2 排除标准 腰痛组排除标准：明确诊断为脊柱畸形(如脊柱侧凸或脊椎前移)、脊柱骨折、脊柱肿瘤等特异性脊柱疾病；实施过脊柱融合及椎间盘切除术等与脊柱相关的手术；盆腔炎症、肿瘤等妇科疾病；射线照相暴露禁忌证(孕妇、6个月内备孕、肿瘤)；神经根性病变；既往有腰椎结核、结石、骨质疏松、腹腔肿瘤病史；患有精神病。

健康组排除标准：明确诊断为非特异性腰痛；通过自我汇报和体格检查，发现有骨关节特别是髋骨、脊柱特异性疾病及神经根性病变虽然未导致腰痛的；既往有腰椎结核、结石、骨质疏松、腹腔肿瘤病史；射线照相暴露禁忌证(孕妇、6个月内备孕、肿瘤)；患有精神病。

3.3 数据采集与测量 收集研究对象的年龄、性别、体重、身高、腰围、工作性质、疾病史等人口统计学指标；收集腰痛组的视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)及疼痛部位。本研究采用数字化X线成像系统(DR)采集两组的骨盆正侧位图像，图像采集范围为L3腰椎椎体上缘至股骨小转子下缘，图像采集统一在中国中医科学院望京医院影像科进行拍照，拍照过程要求统一设定体位及摄像距离，镜头距平板探测器距离预设为110 cm，志愿者双脚前后对齐平肩并自然分开(注：双脚脚尖向内并拢会影响骨盆真实位置)，正位X线片双臂向两侧外展45°，侧位X线片双手抱头，身体直立位。

为保持数据测量的相对客观，分别请三位观测人员测量DR片的数据，并取其平均值作为最终测量结果，图像测量采用了Image J图像处理软件。骨盆正位X线片中观测的主要结局指标包括双侧髋骨闭孔大小(obturator foramen size，OFS)和骨盆旋转角(pelvic rotation angle，PRA)，骨盆侧位X线片中观测的次要结局指标包括骶骨倾斜角(sacral slope，SS)、骨盆入射角(pelvic incidence angle，PI)、腰骶关节角(lumbosacral angle，LSA)，各指标测量见图1～2(本文中所示的DR图像皆取自试验收集数据，为保护志愿者隐私已抹去基本信息)。OFS是测量左右闭孔大小是否一致的指标，为左右闭孔面积比值(小值/大值)的百分数；PRA为垂直参考线与双侧髂后上棘连线中点的垂直线形成的夹角；SS是反映骨盆倾斜的指标，为骶骨上缘终板切线与水平线的夹角；PI是垂直穿过骶骨上缘终板中点的直线与骶骨终板中点和双侧股骨头中点的连线之间所形成的夹角；LSA反映了腰椎与骶骨的关系，是L3腰椎前缘切线的垂直线与骶骨前缘切线垂直线间形成的夹角。

图像采用了Image J的增强对比及寻找边界技术。OFS为闭孔1/闭孔2的面积比值的百分数，结果越接近100%说明双侧闭孔大小越一致，相反越接近0说明双侧闭孔大小越不一致。PRA为垂直参考线与双侧髂后上棘连线中点的垂直线形成的夹角，角度越大说明双侧髋骨左右高度越不一致(见图1)。图像采用了ImageJ的窗口调整技术。LSA的测量有两种方法，本研究采用了M.Maurice Abitbol的测量方法[12]。主要测量了L3腰椎前缘切线的垂直线与骶骨前缘切线垂直线间形成的夹角。SS是骶骨上缘终板切线与水平线的夹角。PI是垂直穿过骶骨上缘终板中点的直线与骶骨终板中点和双侧股骨头圆心连线中点的连线之间所形成的夹角(见图2)。

图1 冠状位指标测量

图2 矢状位指标测量

3.4 数据分析 本研究所收集的数据均使用SPSS 25.0分析，P<0.05为差异有统计学意义。计量资料年龄、体重、身高、腰围均不符合正态分布，采用Mann-Whitney检验两组差异是否具有统计学意义；计数资料性别采用χ2检验两组差异是否具有统计学意义。采用roc曲线分析法分析了各影像学参数对诊断NSLBP的识别能力，并通过灵敏度及特异性计算尤登指数，确定OFS与PRA的最佳临界值，使其离散为二分类计数资料。通过查阅以往文献确定PI和SS的分界点[11]，并离散化为二分类计数资料。采用χ2检验分析两组间离散化后的OFS、PRA、PI及SS差异是否具有统计学意义。采用二元逻辑回归分析腰痛与OFS、PRA、PI及SS的相关性、OR比值比。采用单样本t检验对健康组样本人群与已知总体[11]PI均数相比差异是否具有统计学意义。采用独立样本t检验分析两组LSA差异是否具有统计学意义。采用皮尔逊相关分析分析OFS、PRA、PI、SS、LSA与VAS之间的关系。

4 结 果

比较两组性别、年龄、体重、身高及腰围，差异均无统计学意义(P>0.05，见表1)。离散化OFS、PRA、SS、PI为二分类变量(见表2)，两组OFS、PRA、SS比较差异有统计学意义，而两组PI比较差异无统计学意义。本研究健康组样本人群PI(44.42±8.60)°与已知总体PI相比较，两者差异无统计学意义。两组LSA比较差异无统计学意义。二分类变量OFS的灵敏度和特异性分别为0.97和0.74，阳性和阴性似然比分别为3.73和0.04；PRA的灵敏度和特异性分别为0.79和0.48，阳性和阴性似然比分别为1.52和0.44；SS的灵敏度和特异性分别为0.69和0.58，阳性和阴性似然比分别为1.64和0.53。VAS与二分类变量PRA、SS的相关系数r<0.3，相关程度极弱；VAS与二变量OFS的相关系数r<0.8，>0.5，相关性较强。各指标间相关性结果显示仅OFS与SS具有显著相关性，且OR=2.500。OFS、PRA及SS这三个指标均正常和均异常与腰痛发生的风险比值比见表3，三个指标同时出现异常发生腰痛的比值为5，三个指标均正常发生腰痛的比值为0。

5 讨 论

骨盆的稳定性可通过骨盆在三维空间内的位置进行描述(见图3)。人体坐标轴中，x轴即冠状轴，y轴即垂直轴，z轴即矢状轴。从冠状面观察，生理状态下骨盆的左右侧屈是以z轴为轴心的运动，骨盆的前后旋转是以y轴为轴心的运动，病理状态下骨盆z轴的失衡可表现为双侧髋骨左右高低不一致，骨盆y轴的失衡可表现为双侧髋骨面积大小的差异。从矢状面观察，生理状态下骨盆的前屈后伸是以x轴为轴心的运动，病理状态下骨盆x轴的失衡可表现为骨盆的前倾或后倾。

表1 两组年龄、体重、身高及腰围比较结果

表2 两组OFS、PRA、SS、PI χ2比较

表3 三个指标联合与腰痛发生的OR表

图3 人体坐标轴示意图

现有的影像学研究大多从矢状面对脊柱-骨盆参数进行了观察，而矢状面的脊柱-骨盆参数主要反映了骨盆以x轴为轴心旋转的前后位置的平衡，缺少骨盆以y、z轴为轴心旋转上的平衡描述。本研究中的冠状面影像参数OFS主要反映了髋骨和骨盆以y轴为轴心的旋转平衡，骨盆在y轴上保持平衡时，左右髋骨的闭孔面积大小基本一致，随着骨盆在y轴上的旋转，双侧闭孔面积大小比例随之产生变化。

PRA主要反映了髋骨和骨盆以z轴为轴心的左右平衡，骨盆在z轴上保持平衡时，平面图上左右髋骨的髂后上棘连线中点的垂直线与垂直参考线重叠，随着骨盆在z轴上的旋转，髂后上棘连线中点的垂直线与垂直参考线间形成夹角，夹角越大，肉眼可见的z轴失衡越明显。

统计结果表明腰痛组和健康组基线水平一致，可排除年龄、性别等混杂因素干扰，提示两组具有可比性。对腰痛组和健康组矢状面和冠状面的影像参数分析可知，两组间OFS、PRA、SS均具有明显统计学差异，可以明确NSLBP患者与健康人之间存在骨盆影像学的差异。从试验结果来看，OFS越一致、PRA越小、SS在正常值范围内，腰痛发生概率越小，反之腰痛发生概率越大。以上三个指标分别反映了骨盆在y、z、x轴上的稳定性，因此我们可以说NSLBP与无腰痛人群相比，骨盆在三维空间内的稳定性明显下降。对于矢状面参数PI的研究，以往文献存在争议，Chaléat-Valayer[6]通过观察腰痛人群与健康人群的脊柱-骨盆矢状面参数总结出腰痛人群与健康人群间存在PI的差异；而Dubousset[13]提出PI属于解剖学参数，与骨盆空间无关，个体差异不同，一旦生长完成就与年龄无关，且骶髂关节(由骶骨和髋骨组成)的活动对其影响被认为是微不足道的。本试验研究结果更倾向于后者，通过单样本t检验对本研究正常组样本人群与已知总体相比较，两者差异无统计学意义，提示本研究中所选取的正常人群PI基本符合中国人群PI正常范围，且研究结果显示健康组和腰痛组间PI差异无统计学意义。

骨盆在x、y、z轴上的位置失衡是双侧髋骨对称性失衡所造成的。髋骨对称性失衡是指人体在直立或平卧状态下左右两侧髋骨在三维空间内的位置失对称性，由双侧髋骨的上下、前后、左右位置改变所引起，表现为骨盆以x、y、z轴为轴心的异常旋转。从骨盆正侧位X线片中，我们能够通过观察双侧闭孔面积大小是否一致以及双侧髋骨左右高度是否一致(如髂嵴高度、髂后上棘高度等)来判断双侧髋骨是否存在y、z轴的失衡，但很难明确判断髋骨的x轴失衡，可通过SS来判断骨盆是否存在x轴的失衡即骨盆的前倾或后倾。SS是反映骨盆倾斜度的指标，结果显示骨盆的前倾、后倾皆可引发腰痛，进一步分析SS与OFS、PRA的关系发现OFS与SS间存在明显的相关性，OR=2.500，提示OFS<88%的人群，相对于OFS≥88%的人群，SS发生异常(<26°或>39°)的可能性高2.5倍，说明OFS越一致，SS越趋于正常范围(32.5±6.5)°，双侧闭孔大小越不一致，SS越趋于异常范围(<26°或>39°)。OFS反映了双侧髋骨在y轴上的对称平衡，OFS对于SS的影响提示左右髋骨在y轴上的对称失衡可引起骨盆的前、后倾变化。结果还显示，OFS、PRA及SS三个指标同时出现异常发生腰痛的比值为5，即对于三个指标均异常而言，腰痛发生的概率是无腰痛概率的5倍；三个指标均异常与腰痛发生与否的比值比(OR)为18.529，95%置信区间大于1，且不包括1，代表三个指标同时出现异常出现腰痛的可能性是三个指标未同时出现异常的18.529倍，也就是说三个指标同时发生异常更容易发生腰痛。三个指标均正常发生腰痛的比值为0，即对于三个指标均正常而言，腰痛发生的概率是0。三个指标均正常与腰痛发生与否的比值比为0.619，95%置信区间小于1，且不包括1，代表三个指标均正常时发生腰痛的可能性要小于三个指标不均正常的情况。即髋骨y、z轴的失衡和骨盆x轴的失衡同时出现时会显著增加腰痛发生的风险，而相反，三者皆相对稳定时会减少腰痛发生风险，这进一步证明了髋骨对称性失衡与腰痛发病间的关系。髋骨是腰背部肌肉的主要附着点，当双侧髋骨空间位置不平衡时，不仅引发骨盆稳定性降低，同时可引起腰背部肌肉受力不均，从而引发腰痛症状。

通过roc曲线及似然比分别分析OFS、PRA、SS对诊断NSLBP的识别能力，OFS以88作为分界限对NSLBP具有一定诊断价值，大于88则双侧闭孔大小基本一致，小于88则双侧闭孔大小显著不一致。OFS阳性似然比为3.73，提示：慢性非特异性腰痛患者检出双侧闭孔大小显著不一致的可能性要比健康人高出3.73倍。PRA以1.12°作为二分类临界值的灵敏度和特异性分别为0.79和0.48，说明PRA对NSLBP的诊断性不明确，SS以(32.5±6.5)°作为二分类临界值的灵敏度和特异性分别为0.69和0.58，提示SS对NSLBP诊断性不明确。以上结果提示OFS对诊断NSLBP具有一定价值，提示了双侧髋骨在y轴上的失稳可能是引发NSLBP的关键因素。

同其他脊柱-骨盆病变一样，存在结构的变化，并不一定有症状出现，这也解释了为什么健康组中存在一定数量的OFS异常改变；同时结构变化的程度与临床症状未必呈正比关系，本研究中的各参数变化与腰痛程度并未发现明显相关性。症状是否出现及症状表现程度与结构改变固然有关系，但同时也受其他因素影响。我们从腰痛组中观察到大部分腰痛人群症状出现与髋骨对称性失衡相关，同样，也在健康组中观察到存在髋骨对称性失衡的人群因为运动锻炼或其他区域严重的疼痛而未表现出腰部的不适。

6 结 论

NSLBP人群与健康人群之间存在影像学差异。与健康人群相比，NSLBP人群的骨盆稳定性明显下降，而双侧髋骨在空间上的对称性失衡是引起骨盆稳定性下降及引发腰痛的主要原因。骨盆矢状面与冠状面的参数可以相互影响，其中髋骨以y轴为轴心的旋转失衡可引发骨盆y轴及以前后倾为改变的x轴的失衡。髋骨对称性失衡与非特异性腰痛存在显著相关性，反映双侧髋骨y轴平衡的OFS比值对NSLBP具有一定诊断价值。为明确验证髋骨对称性失衡与NSLBP发病间的关系，需进一步观察调整髋骨对称性失衡后与NSLBP症状改善间的关系。