Rigo B1型AIS患者椎旁肌表面肌电信号RMS与影像学3D参数的相关性研究

【作者】 单宇； 张晓辉； 廖八根；

【机构】 广州体育学院；

【摘要】 研究目的:青少年特发性脊柱侧凸(AIS)是一种确切病因和发病机制尚不清楚的脊柱三维畸形疾病。一般认为其病因是综合因素所致,包括机械、代谢、激素、神经肌肉和遗传异常。在脊柱侧凸发生、发展过程,神经肌肉因素的椎旁肌的异常是其中的重要因素。而椎旁肌凸凹侧活动的差异取决于曲线的大小,Cobb角越大,生物力学结构变化越大,肌肉活动的变化也越大,因此可利用凸凹侧均方根(RMS)比值间接判断曲线的变化,可减少拍x线照射次数,降低对人体的潜在危害。表面肌电直接在皮肤表面收集肌肉的电变化情况,具有无创、相对准确、实时性强、信号可储存等特点,是检测神经肌肉功能的重要手段。而全身影像系统(EOS)通过采集AIS患者正、侧位全身影像,利用负重位三维重建功能,可获得矢状面、冠状面、水平面参数,与传统X线片比较具有成像快、辐射剂量小、精准成像等优点。目前基于EOS 3D参数与椎旁肌表面肌电信号的相关性分析较少。本研究拟将Rigo B1型AIS患者椎旁肌表面肌电信号凸凹侧均方根比值与EOS3D参数的相关性进行分析,为脊柱侧凸的保守治疗提供参考。研究方法:采用横断面研究设计。研究对象:选择2021年6月至10月在脊柱侧弯工程中心就诊的青少年特发性脊柱侧弯患者。纳入标准:年龄在10-18岁。由本研究中心脊柱侧凸专家诊断为Rigo B1型AIS患者,Rigo B1型临床表现和特点:影像学X线片特征是主胸弯(顶椎在T5-T9)和腰弯(顶椎在L2-4)。从外观来看:骨盆向外突出,并往胸凸侧移,胸骨往胸凹侧移;躯干的重心在胸凹侧,且胸凹侧脚承重;后侧胸部有一肋峰,腰部突出明显;往往伴随胸凹侧的足部外翻、髋关节内旋。排除标准:非特发性脊柱侧弯(如神经肌肉或先天性),或任何其他肌肉骨骼改变或矫形史。本学院人体实验伦理委员会已批准本实验方案(2021LCLL-16),患者已签署知情同意书。测量数据:(1)记录参与者的基本信息:性别、身高、体重、年龄。(2)表面肌电信号(sEMG)采集:设置在25℃室温,参与者要求穿着宽松舒适的运动装,用酒精擦拭清洁需贴电极片的皮肤,以减少皮肤阻力。使用Delsys表面肌电进行自然站姿肌电采集,让受试者目视前方,两手臂放在身体两侧。采集10s,采集完成后让患者放松身体,共测三次。表面肌电信号是椎旁肌肌纤维收缩时产生的电位差,通过电极片和传感器采集,并且这种电位差以幅值和时间的波形图表示出来。电极片位置:分别贴在第二和第八胸椎,第二和第五腰椎(T2、T8、L2、L5)即胸椎和腰椎顶椎所相应的椎旁肌的皮肤表层。计算反应椎旁肌放电的平均水平的均方根值(RMS),并取三次RMS的平均值。(3)EOS3D参数采集:由一位影像科医生拍摄,同时获得全脊柱正、侧位X线片,使用sterEOS软件进行全脊柱三维重建,获取参数:(1)矢状面参数:骨盆入射角(PI),骶骨上终板中点的垂线同骶骨上终板中点,与股骨头中心连线之间的夹角;骶骨倾斜角(SS),是矢状面内骶骨上终板切线与水平参考线之间的夹角。(2)水平面参数:顶椎相对旋转角,是旋转顶椎的矢状轴与骨盆的矢状轴的夹角。(3)冠状面:Cobb角,指侧弯角度的大小,上端椎上缘垂线与下端椎下缘垂线的交角。骨盆侧向倾斜(LPT),两侧髋臼最高点之间的垂直高度差。(4)统计学方法:使用SPSS26进行数据分析,所有数据都以平均值±标准差表示,定量资料经正态性检验;通过对收集的原始肌电数据进行整流、信号滤波处理、以及去除干扰信号中的高频成分的预处理,分割成多个小窗口进行特征提取转化为RMS,截取2-8s的时间段,在计算机中计算6s的平均RMS值;同一位置的椎旁肌sEMG的凸凹侧RMS使用配对t检验进行分析;参考文献报道,将同一位置的凸侧椎旁肌RMS除以凹侧的RMS值,计算出侧弯曲线椎旁肌RMS比值;用Pearson相关性分析进一步研究椎旁肌sEMG的RMS比值与EOS影像学3D参数是否存在相关性。P<0.05被认为有统计学差异。研究结果:纳入Rigo B1型患者15例,其中男性3例,女性12例;身高156.75±6.70cm;年龄14.5±2.98岁;体重47±7.48kg。T2、L2的椎旁肌sEMG的凸凹侧RMS的差值d(P=0.082>0.05)服从正态分布,且T8、L2区域的椎旁肌sEMG的RMS比值存在统计学差异(P=0.02<0.05),提示胸弯顶椎、腰弯顶椎区域的椎旁肌激活存在失衡。T8椎旁肌sEMG凸凹RMS比值存在与骶骨倾斜角(SS)存在显著的相关性(r=-0.862,p=0.038<0.05),并且差异具有统计学意义;与骶骨倾斜角(r=-0.758,p>0.05);与顶椎相对旋转角(r=0.823,p>0.05)存在显著相关,但差异无统计学意义。L2椎旁肌sEMG的RMS比值与Cobb角(r=0.527)、顶椎相对旋转角(r=0.422)、骨盆侧向倾斜(r=0.326)存在相关,且p均<0.05,差异具有统计学意义。研究结论:Rigo B1型AIS患者椎旁肌胸弯顶椎(T8)和腰弯顶椎(L2)区域凸侧、凹侧椎旁肌RMS存在差异。胸弯顶椎RMS比值与骶骨倾斜角有相关。腰椎顶椎凸凹侧RMS比值与Cobb角、顶椎相对旋转角、骨盆侧向倾斜相关。更多还原