脊柱手术如何恢复适当的腰椎前凸

2019-01-21 文章来源:北京大学第一医院 赵耀 李淳德 点击量:9   我要说

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【摘要】 脊柱的矢状位平衡状态对于机体的功能具有重要的意义。本文回顾性分析了多项脊柱骨盆参数在临床中的运用,探讨了脊柱矢状位曲线的影响因素,并总结了多种矫形度数的估算方法。脊柱外科医师应当加深对于脊柱骨盆参数的理解,区分功能性失衡与结构性失衡,对于手术患者应通过详细的术前计划恢复合适的矢状位曲线,避免过度矫形的发生。

  【关键词】 矢状位曲线;脊柱骨盆参数;骨盆腰椎匹配值;功能性失衡;矫形度数计算方法

  直立行走是人类进化史中具有里程碑意义的事件之一,而人类能够长时间保持站立姿势得益于独有的腰椎前凸曲线。在经济圆锥的范围内背部的肌肉只需要较低的耗能便能维持躯干稳定[1],可见腰椎前凸对于人体的活动功能具有重要的意义。

  脊柱退变的主要特点为矢状位腰椎前凸的显著减少,同时可伴有冠状位的侧凸畸形。有文献报道,相比冠状位,矢状位失衡对患者的生活质量影响更为显著[2]。对于脊柱退行性疾病,部分患者保守治疗难以获得满意的临床效果,仍需考虑手术治疗。

  手术治疗的目的为解除神经压迫,纠正畸形,恢复和谐的脊柱曲线。然而退变性畸形的患者往往是高龄老年人,存在内科合并症多、骨质疏松等相关问题,矫形手术仍具有较大的手术风险。

  准确的预测成人脊柱畸形术后的矢状位平衡状态仍是一项棘手的难题,约50%的患者术后并不能获得理想的矢状位曲线[3]。如何选用合适的方法确定具体的矫形度数是十分值得脊柱外科医生探讨的问题。

一、理想的矢状位曲线

  1998年Legaye等[4]提出骨盆投射角(pelvic incidence,PI)的概念,这一概念的提出,使骨盆在维持矢状位平衡中发挥的重要作用逐渐受到重视。

  近10年来,脊柱骨盆矢状位平衡一直是脊柱外科的研究热点之一,围绕PI衍生出一系列的脊柱骨盆参数,其中最常用的包括骨盆倾斜度(pelvic tilt,PT)和骶骨倾斜角(sacral slope,SS)。骨盆相关参数与患者的健康相关生活质量(health-related quality of life,HRQOL)紧密相关[5]

骨盆参数PI、PT、SS示意图

  通过对健康人群的大样本测量分析,Schwab等[6]提出理想的腰椎前凸(lumbar lordosis,LL)与PI近似相等(LL = PI±9°)。而Jackson等[7]此前的研究结果则显示,正常情况下胸椎后凸(thoracic kyphosis,TK)与LL的比值TK/LL为0.15~0.75。

  根据我们的经验TK应<LL-10°。矢状位曲线的完整性不仅仅反应在LL及TK的整体度数上,还与节段性的协调比例有关。生理状态下,下腰椎(L4~S1)的前凸约占腰椎整体曲线的2/3。[7]以水平线可将LL分为上弧和下弧,下弧曲度与SS的数值相等。若站立位L4椎体水平为LL的顶点,则下腰椎的前凸正好与SS相等,此时SS=2/3×LL

  而理想的PT值tPT(theoretical normal pelvic tilt,tPT)=0.37*PI-7°[8]。因此,通过测量患者术前的PI值,我们可以推导出相对理想的矢状位曲线。例如对于一个PI值为45°的患者,其理想的LL为45°,其中下腰椎LL为30°,TK应<35°,tPT=10°。

  根据计算出的矢状位参数值和实际测量值进行对比,可以帮助判断患者目前的代偿机制,包括邻近节段过伸或后滑、TK减小、骨盆后倾等。术前通过全脊柱X线侧位片测量PI等脊柱骨盆相关参数能够精确的评估患者的失衡程度,为术前计划提供参考。

二、矢状位平衡状态的判断标准

  在骨盆参数广泛应用之前,评估矢状位整体平衡的主要参数为矢状垂直轴(sagittal vertical axis,SVA),SVA>5cm定义为矢状位正平衡。随着对矢状位颈椎-胸椎-腰椎-骨盆曲线认识的深入,现在已很少单独使用SVA判断矢状位平衡状态。

  SVA受身高影响,测量时需要对比例尺进行标准化。此外,SVA受体位影响,腰背肌的收缩状态、骨盆的旋转情况以及脊柱外的因素例如屈膝、踝背屈等代偿姿势均可造成SVA的显著改变。例如部分患者脊柱呈C型后凸,但由于骨盆极度后倾代偿SVA仍可处于正常范围内。

  确定整体平衡后,还应该注意胸椎、腰椎、骨盆局部的情况。Schwab等[6]提出了成人脊柱畸形SRS分型(SRS-schwab)的3项矢状位修正参数:第1项指标为PI-LL,称为骨盆腰椎匹配值,其中PI-LL<10°为0组,10°≤PI-LL≦20°为+组,PI-LL>20°为++组,这一指标反映腰椎曲线是否与骨盆的形态相适应;第2项指标为矢状垂直轴(sagittal vertical axis,SVA),其中SVA<4cm为0组,4cm≤PI-LL≦9.5cm为+组,SVA>9.5cm为++组,这一指标反映整体的失衡程度;第3项指标为PT,其中PT<20°为0组,20°≤PT≦30°为+组,PT>30°为++组,这一指标反映骨盆的后倾程度。他们认为术后理想的矢状位平衡指标应处于0组,+组为轻度失衡,++组则为重度失衡。

  对于TK而言,个体间存在较大差异。根据计算所得的正常TK范围也可分为3组。第1组胸椎后凸显著减小,提示背部肌肉力量可,参与姿势代偿。

  此类患者可能为腰椎管狭窄导致的前倾体位,术中椎管减压后适当恢复LL,术后TK通常恢复正常。

  第2组TK处于相对正常范围内,应结合骨盆代偿程度判断总体平衡情况。若骨盆存在明显后倾,提示可能存在结构性失衡,应注重对于LL尤其是下腰椎区域的纠正。对于以上两组患者,通常无需长节段融合至下胸椎。

  第3组TK较正常范围增大,提示患者胸椎代偿机制弱,如存在显著矢状位整体失衡,手术节段可能需要融合至胸椎。Lafage等[9]等的研究结果显示,腰椎PSO截骨术后TK平均增大13°,认为在术前计划时应考虑到术后TK的变化。恢复LL后,身体重力线后移,TK相应增大,可能造成矫形效果的丢失。

三、矢状位曲线的影响因素

  1.骨盆投射角:PI值反应骨盆的形态,个体成年后PI值相对稳定。

  骨盆代偿矢状位失衡的能力受PI值的影响[10]。PI值较小的患者骨盆代偿能力弱,容易出现失衡状态。Inami等[11]认为术后理想的PI-LL匹配值与PI有关,通过对术后ODI改善良好的患者进行多因素回归分析得出公式:PI-LL=0.41×PI-11.12。根据该公式,患者PI为50°时PI-LL为9°,PI为30°时PI-LL=1°,提示对于PI值较小的患者,宜将LL恢复与PI值相近。患者PI为80°时PI-LL=22°,对于PI值较大的患者,因为骨盆后倾代偿能力强,术后可以允许一定程度上LL与PI的差值。对于Roussouly I型[12]的患者,PI值偏小,所需要恢复的LL值小,但由于此类患者骨盆代偿能力弱,术中对于矢状位的纠正要求更严格。PI值的正常下限为30°,因此术后LL应≥30°。

  2.年龄:正常生理状态下,随着年龄的增长,椎间盘脱水退变、高度降低,LL逐渐减小,PT逐渐增加。

  Hasegawa等[13]测量了126例日本健康志愿者的脊柱全长矢状位参数,得出理想LL的计算公式为LL=32.9+0.60×PI-0.23×年龄,证实年龄对于矢状位曲线有显著影响。Lafage等[14]认为成人脊柱畸形患者术后的脊柱骨盆参数应根据年龄情况适当调整。对于<35岁人群,理想的PT为11.0°,PI-LL为-10.5°,SVA为-30.5mm;对于>75岁人群,理想的PT为28.8°,PI-LL为17.0°,SVA为79.3mm。“理想的矢状位曲线”定义的各项参数样本来自相对年轻的健康人群,对于老年患者而言并非合适的矢状位曲线。高龄患者生理状态下矢状位可处于轻度正平衡状态。

  3.腰背肌肉状态:临床上在评估矢状位平衡时,同时应该考虑到腰背部肌肉的质量。

  骨盆前倾时,通过肌电图测量显示竖脊肌和多裂肌的活动度明显高于其他肌群[15]。 Hyun等[16]的研究结果表明,腰椎退变性后凸患者L4~L5水平的多裂肌和竖脊肌的肌容量小,肌肉脂肪化程度高。Yagi等[17]通过腰椎MRI对成人腰椎退变性后凸患者L5/S1横截面多裂肌性状的观察结果显示,当多裂肌横截面积<300mm2或者脂肪化程度>80%,患者多合并有严重的脊柱骨盆失平衡。腰背部肌肉的退变,尤其是多裂肌的退变,使得脊柱的稳定性减退,是引起矢状位失衡的危险因素之一。对于退变性畸形手术的患者而言,腰椎MRI已是必需检查,除了常规观察患者腰椎间盘突出、椎管狭窄、侧隐窝等结构的同时,应注意棘突旁肌肉的性状。若肌肉萎缩、脂肪化,提示腰背肌无力,可能需要适当延长固定节段防止矫形效果的丢失。对于退变性畸形的患者,术前应该常规评估患者腰背部肌肉的耐力,并在术后积极指导腰背部肌肉的康复锻炼。

四、区别功能性失衡与结构性失衡

  腰椎管狭窄是最常见的腰椎退行性疾病,由于腰椎屈曲位时,椎管容积比后伸位时增大,故腰椎管狭窄的患者通过身体前倾,减少黄韧带的折叠,缓解神经压迫。

  Hikata等[18]报道一组腰椎管狭窄症患者术前的矢状位正平衡状态对术后的健康相关生活质量评分无显著相关,减压术后矢状位平衡获得改善。腰椎管狭窄患者也可表现出矢状位失衡,但这种失衡是由于功能性体位的自主改变造成的,通过短节段的减压手术便可恢复,在治疗决策上与结构性失衡大相径庭,临床上需要仔细鉴别。

  首先临床症状上腰椎管狭窄的患者表现典型的间歇性跛行症状,休息数分钟下肢症状即有缓解,腰痛症状较轻,而结构性失衡的患者腰痛症状为主,提物时显著加重,症状晨轻暮重,活动后疼痛缓解较慢。

  影像学上腰椎管狭窄患者腰椎过伸过屈位仍有一定活动度,而结构性失衡患者腰椎活动度差,小关节退变及骨质增生明显,腰椎MRI可明确椎管狭窄程度。矢状位曲线方面,根据我们的经验,腰椎管狭窄患者LL虽减小但一般仍>20°,伴随TK明显减小,而骨盆多为轻度代偿PT<1/2PI,若出现典型胸腰椎曲线“直线征”通常为功能性代偿,重度失衡则较少见。

  而结构性失衡多以骨盆代偿为主,骨盆后倾显著,胸腰段常为后凸,重度失衡PI-LL>30°多为结构性失衡。在决策长节段矫形手术时必须慎重除外功能性失衡,必要时可采用神经根封闭等有创方法帮助鉴别。

  目前临床医师对于矢状位平衡有足够的关注度,但部分认识仍不够深刻。评估矢状位平衡切忌通过单一指标判断,例如患者SVA>10cm并非一定存在结构性失衡,而应结合脊柱骨盆矢状位参数综合考虑,对于功能性失衡,避免行长节段融合手术。

76岁女性,诊断腰椎管狭窄症(L3-5),术前矢状位参数SVA=12cm,LL=22°, PI=55°,PT=24°,TK=5°,脊柱矢状位S型曲线消失,近似直线。行L3-5椎管减压PLF术,术后1月复查矢状位参数SVA=-0.4cm,LL=45°, PI=58°,PT=22°,TK=10°,较术前明显改善

五、矢状位矫形度数的计算方法

  对于结构性失衡患者,手术治疗时需要恢复协调的矢状位曲线。PT等参数受体位影响,手术时患者为卧位,且术中透视不易测量PT值,术后站立位时PT值可发生改变,故运用PT等受体位影响的骨盆参数难以准确预测术后骨盆的矢状位状态。

  而LL可通过术中减压、截骨、弯棒等方法控制,尤其是长节段固定的患者术后LL基本维持不变,因此,术中可通过对LL的恢复情况预测矫形效果。按照SRS-schwab的矢状位修正分型PI-LL<10°,能够简便估算LL减小的患者术中腰椎需要矫形的度数。例如患者PI为50°,术后LL应>40°,若实测LL为20°,则需要矫形的度数至少为20°。

  Zhang等[19]对于平均年龄65.1岁的退变性侧凸患者长节段融合术后的随访分析显示,术后PI-LL位于SRS-schwab的矢状位修正分型+组相比0组和++组,ODI评分及并发症的发生率低。Sun等[20]也得出相似的结论,其研究对象为平均年龄63.7岁的退变性侧凸患者,PI-LL位于+组的患者术后效果更佳。

  分析其原因,Zhang[19]和Sun[20]的研究对象为中国老年患者,除与Schwab研究对象的种族不同,高龄也是一项重要因素。按年龄分组统计,PI-LL匹配值小的患者更容易出现近端交界性后凸的现象[14]

  老年患者脊柱退变的病程长,身体结构如骨骼、肌肉、韧带、关节均出现适应性改变,术中若过度追求“理想的LL”,不但会增加手术的创伤和时间,增加感染风险,而且矫形角度大也增加了椎弓根钉系统与骨面的接触应力,增加螺钉松动的风险,且术后站立位即刻LL显著改变,使得术前长期胸椎前凸减小、骨盆后倾等代偿机制消失,TK增大,矫形远端应力集中,易造成近端交界性后凸、远端交界处失败等内固定相关并发症。

  另外对于老年患者,活动耐量下降,日常生活中可能坐位的时间比站立位时间更长。Hey等[21]对青年人进行站立位和坐位的脊柱骨盆参数进行测量,发现由站立位变为坐位时,骶骨变得更水平,整体脊柱曲线的弧度减少。

  若行长节段融合手术将LL固定于较大值,则患者坐位时不符合正常生理状态,也可能会影响坐位的舒适性。当然,如果矫形度数严重不足,术后仍存在严重的矢状位失平衡,失衡可继续进展,患者症状缓解不明显,且可能加速邻近节段退变等[22]

  根据我们的经验,对于老年尤其是>70岁以上患者,术后LL>30°,SS>20°,存在轻度的矢状位正平衡,SRS-Schwab分型位于+组,也能取得较好的疗效。

77岁女性,术前PI-LL=52°,SVA=21.7cm,PT=44°,ODI评分64.4,行T6-髂骨后凸矫形术,术后1年随访PI-LL=18°,SVA=7.8cm,PT=27°,ODI评分35.6

  PI-LL的计算方法涉及的部位为腰椎和骨盆,而对于胸椎或胸腰段存在明显后凸畸形的患者并不适用。

  Le Huec等[23]提出了胸腰椎及下肢失衡手术矫形度数的整体设计方案。该方法主要涉及三个角:

  (1)C7移位角(angle of C7 translation,C7TA):正常人LL的顶点位于L4椎体水平。因此矫形设计的几何图形以L4为参考点(c点)。良好的平衡时C7椎体位于骶骨平台的上方,故需要将当前C7下终板(a点)移至过骶骨后上角的铅垂线上(b点)。由a,b与c点连线构成的角度为C7TA。

  (2)股骨倾斜角(angle of femur obliquity,FOA):为股骨干与铅垂线间的角度。正常站立位下股骨应该垂直,屈膝时会使得股骨干与铅垂线间呈角,并与屈膝角相同。膝盖屈曲代偿矢状位失衡是一种非经济的方式。重建平衡时应该考虑到该角。

  (3)骨盆倾斜代偿角(angle of tilt compensation,PTCA): PT较理论值明显增大,提示骨盆存在后倾代偿。术前设计时也应该考虑到对骨盆代偿角度的纠正。Le Huec等[23]对上述参数的界定为:PT值<25°时PTCA为5°,PT值>25°时PTCA为10°。整体平衡矫正角(full balance integrated,FBI)=C7TA+FOA+PTCA。

术前计划C7TA、FOA的示意图

  FBI方法的主要不足之处是对骨盆倾斜代偿角度的估算过于笼统,另外对于胸椎存在活动度的患者,失衡时TK减小,矫形术后TK有增加的趋势。为了弥补以上缺陷,Lamartina等[24]提出了另外一种方法。首先确定主要截骨节段水平线与经骶骨后上角铅垂线的交点(a)。定义a点与C7椎体连线和股骨轴线相交所成的角为脊柱股骨角(spino femoral angle, SFA)。SFA可近似等于FOA与C7TA之和。

  Lamartina等[24]认为患者首先通过髋关节过伸(最大限度约10°),若不足以代偿才会屈膝进一步后倾骨盆。因此在测量股骨倾斜角时就已经估测了骨盆的后倾代偿,其值为股骨倾斜角与髋关节后伸度数之和。

  最后对于胸椎存在活动度、TK减小的患者,矫形应包含术后TK可能增加的度数。Lamaritina等[24]假设术后最终的胸椎角与患者胸椎过屈位的值相等。TK增加角(increase in thoracic kyphosis,ITK)为过屈位(acrive flexion thoracic kyphosis,ATK)与站立位TK之差。故最终需要矫形的角度为:SFA+10°+ITK,其中ITK=ATK-TK。

术前计划SFA的示意图

  建议临床上对于成人脊柱畸形患者常规完善脊柱全长过伸过屈位检查,测量胸椎、腰椎活动度,预判融合术后未固定节段的曲线变化幅度,对于融合节段的选择提供参考。

  以上两种矫形度数的计算方法操作起来相对复杂,虽没有PI-LL在临床上运用广泛,但依然可以体会到作者设计时的精妙之处,补充了对于存在胸段后凸畸形及有下肢屈曲代偿患者PI-LL方法的不足,值得学习思考和借鉴。

  目前也有电脑测量软件例如Surgimap影像分析软件 (Nemaris Inc, New York)供临床医师使用,导入图像后可方便地测量脊柱骨盆参数,并且能够在图像上模拟PSO截骨,用于术前制订手术计划时直观地估算截骨度数。

  综上所述,对于脊柱外科医师而言,退变性脊柱畸形的手术治疗仍然充满了挑战。术前测量脊柱骨盆矢状位参数进行详细的术前评估是必不可少的步骤。针对不同的个体,应结合年龄、骨盆参数、代偿机制、肌肉情况、合并症等多种因素综合考虑,首先临床判断患者的失衡性质,若为功能性失衡应避免选择长节段融合手术。对于结构性失衡,充分评估后设计具体的矫形度数,选择合适的矫形节段。对于高龄患者,术后矢状位处于轻度正平衡状态也可获得较好的疗效。


作者简介


赵耀

  北京大学第一医院骨科主治医师

  2013年于北京大学医学部获得外科学专业博士学位,研究方向为脊柱平衡学、老年脊柱退变性疾病的诊疗、腰椎病变的微创治疗。工作期间参与《牛津骨科学》等骨科著作的翻译工作,具有国家、北京市自然科学基金相关科研项目工作经验,并在脊柱骨盆矢状位参数研究方面发表多篇学术论文。




李淳德

  北京大学第一医院骨科主任医师、教授、博士生导师、骨科主任。

  擅长脊柱退行性疾患、脊柱脊髓损伤、脊柱畸形的矫形等骨科复杂疑难疾病的外科治疗。

  担任SICOT国际骨科协会成员、AOSPINE ASIA PACIFIC 成员、中华医学会骨科学会委员、中华医学会北京市骨科分会副主任委员、中华医学会骨科分会脊柱学组委员、中华医学会北京市骨科分会脊柱学组副组长、中国医师协会骨科医师分会常务委员、中国医师协会骨科医师分会脊柱工作委员会委员、中国医师协会骨科医师分会脊柱工作委员会胸腰椎工作组委员、中国医师协会骨科医师分会脊柱畸形工作组委员、中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会常务委员。《中华外科杂志》编委、《中国矫形外科杂志》编委,《中国骨与关节杂志》常务编委, 《医学参考报骨科频道》常务编委、《中华医学杂志》审稿编委、《SPINE杂志》中文版编委、《中国脊柱畸形杂志》常务编委、《中国脊柱脊髓杂志》编委。


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