超声引导下特异性脊柱侧凸锻炼治疗轻度青少年特发性脊柱侧凸的临床疗效

摘要

本文介绍了一种评估超声辅助脊柱侧弯特异性锻炼对轻度特发性脊柱侧弯青少年影响的实验方案，参与者被随机分配至一项为期三个月、每周进行三次的训练计划，随后进行三个月的观察期，该方案可提供关于肋间肌激活和呼吸控制的实时反馈。

摘要

本方案描述了一项随机对照临床试验，旨在评估超声辅助脊柱侧凸特异性训练（USSE）对轻度特发性脊柱侧凸青少年患者的疗效。采用随机数字法将受试者随机分配至对照组或治疗组（每组各10人）。干预措施为期三个月，每周进行三次，旨在通过提供实时超声反馈，优化目标治疗性训练过程中胸壁肌肉的激活和呼吸控制，从而防止脊柱侧弯进展并改善肺功能。对照组接受常规功能性训练，而治疗组在家庭功能性训练基础上额外接受USSE干预。主要结构指标包括治疗前后主弯角度的变化以及组间差异；次要结构指标包括呼吸功能参数，如潮气量（TV）、吸气量（IC）、肺活量（VC）和最大自主通气量（MVV）；此外还包括基于超声的测量指标，如肋间隙宽度的变化。研究结果表明，USSE可有效控制并减缓轻度脊柱侧凸的进展，改善凹侧肋间隙结构，并增强膈肌活动能力。

引言

特发性脊柱侧凸（AIS）是一种病因未明的三维（3D）结构性脊柱畸形，其特征包括脊柱轴向旋转、冠状面上的侧方弯曲以及矢状面排列异常，如胸椎后凸减少或腰椎前凸过度¹。AIS 影响健康儿童和青少年（下文简称青少年）的生长发育，在严重情况下可能导致显著的生理并发症，例如慢性背痛、心肺功能障碍以及心理困扰。

目前，脊柱侧弯的诊断主要基于站立位X线成像，以脊柱侧弯上下端椎体之间测得的Cobb角作为标准诊断依据。Cobb角≥10°定义为脊柱侧弯，根据国际分类指南，曲度在10°至25°之间的被归类为轻度青少年特发性脊柱侧弯（AIS）²。在中国，10至18岁青少年中脊柱侧弯的患病率约为1.2%，近年来呈上升趋势³。尽管大多数AIS病例被归类为轻度，但未经治疗患者的曲度进展风险凸显了及时干预的必要性³。

与年龄匹配的健康对照者相比，AIS 患者的肺功能显著降低——包括用力肺活量（FVC）、1 秒用力呼气容积（FEV₁）和峰值呼气流速（PEF）——同时呼吸肌力量也减弱——包括最大吸气压（MIP）和最大呼气压（MEP）（P < 0.01）⁴。这些功能损害与Cobb角和躯干旋转角均呈负相关。胸廓的结构畸形可能使肋间肌和膈肌处于力学不利的位置，从而降低其收缩效率。研究表明，呼吸训练可增强膈肌和肋间肌的收缩能力，改善胸壁顺应性，优化通气/血流匹配，并调节呼吸中枢敏感性，从而显著提升呼吸肌力量和肺功能（P < 0.001）^5,6,7。

国际脊柱侧凸矫形与康复治疗学会（SOSORT）认为，针对脊柱侧凸的物理治疗性特异性训练（PSSE）是预防或延缓轻度青少年特发性脊柱侧凸（AIS）进展的核心干预手段⁸。PSSE 的主要目标是在日常活动中实现针对个体曲线类型的三维矫正，其中矫正性呼吸训练被视为关键组成部分。该训练强调在矫正姿势下维持胸廓与脊柱的协调性，以增强姿势控制能力并改善呼吸功能。然而，在临床实践中，由于缺乏有效的实时反馈机制，患者往往难以将训练负荷准确作用于目标脊柱节段，导致矫正不足且疗效有限⁹。此外，运动控制不稳定可能引发非目标肌群的过度代偿，造成肌肉疲劳或局部疼痛，进一步削弱矫正效果¹⁰。

超声是一种广泛使用的医学技术，用于成像人体内部结构，如肌腱、肌肉、关节、血管和器官，同时也用于某些治疗应用。已有若干研究报道了超声在评估慢性阻塞性肺疾病（COPD）或呼吸衰竭患者膈肌运动中的应用，并用于指导旨在改善膈肌功能的呼吸训练干预^11,12。

基于这一理念，本研究创新性地将超声技术应用于AIS患者的呼吸训练。通过提供可视化反馈，患者能够直接观察呼吸训练过程中双侧肋间隙宽度、肋间肌厚度以及膈肌移动度的变化，从而增强训练效果，并促进更精确的脊柱侧凸矫正¹³。

方案

伦理声明：
本研究方案已获得苏州大学附属无锡第九人民医院人类研究伦理委员会的批准（批准号：KS2025036）。在试验开始前，所有参与者均签署了书面知情同意书。本方案描述了一项使用超声剪切波弹性成像（USSE）来防止脊柱侧弯曲线进展（通过Cobb角量化）并改善青少年脊柱侧弯患者呼吸功能的试验。

2024年5月至2025年5月期间，从无锡市第九人民医院康复科招募了20名符合纳入标准的青少年特发性脊柱侧凸（AIS）患者。参与者被随机分配至对照组或治疗组，每组各10名患者。所有干预实施人员均需熟悉脊柱解剖学知识以及本研究中所采用的特异性脊柱侧凸锻炼技术。

1. 患者的招募

1. 纳入标准如下：患者需存在骨骼发育未成熟（Risser征<5），年龄在9至19岁之间^14,15；确诊为特发性或结构性胸椎侧弯，顶椎位于T3至T10之间（以确保可评估肋间对称性）；Cobb角在15°至25°之间⁸；未使用矫形支具；认知功能正常；并具备配合呼吸训练的能力。
2. 排除标准包括：存在严重心肺疾病、肋骨畸形或胸外科手术史；神经肌肉性脊柱侧弯；或其他形式的继发性脊柱侧弯。

2. 对照组的运动方案

1. 鼓励青少年特发性脊柱侧凸（AIS）患者每日进行至少60分钟的体力活动，以符合世界卫生组织（WHO）的建议；在本研究中，目标为每日30分钟。USSE组也应鼓励达到相同的活动量^16,17。
2. 对对照组患者实施如下所述的功能性锻炼治疗方案¹⁸。
3. 由物理治疗师完整示范Bird-Dog动作序列，从起始姿势开始，进行对侧上下肢伸展，再返回原位。同时示范正确的呼吸模式和动作节奏。
   注：应培训患者家长监督家庭锻炼。让患者使用镜子或超声屏幕观察腰部、背部和骨盆的对称性，以获得即时姿势反馈。
4. 采用起始姿势（图1A），让患者呈四肢着地姿势，双手位于肩部正下方，双膝位于髋部正下方，保持脊柱中立位，颈部放松，目光朝前，同时通过将肚脐轻柔内收来激活核心肌群。
   注：在患者腰部中心和胸部中心各放置一个空纸杯。若脊柱发生偏移或塌陷，纸杯会掉落，从而提供即时的姿势反馈。
5. 要求患者进行1-2次深呼吸。吸气时避免耸肩，使下胸部充分扩张；呼气时轻柔地收缩腹部，以稳定躯干。
6. 呼气的同时，将右臂向前、左腿向后沿肩关节和髋关节连线方向伸展（图1B）。保持上下肢均与地面平行，维持平稳呼吸，激活核心肌群，避免腰椎下塌。
   注：在腰骶交界处放置一本轻质书本。若锻炼过程中书本掉落，提示骨盆或脊柱存在不稳定性。
7. 吸气并缓慢将手臂和腿收回至起始位置，保持脊柱中立，避免任何旋转或偏移。
8. 换对侧重复动作，即伸展左臂和右腿，每组两侧交替进行8次，每日完成3-5组。
9. 由医师或物理治疗师完整示范侧卧侧平板支撑动作，讲解动作原理、关键肌肉激活点及常见错误，并要求患者在监督下完成一次动作，以确认其对目标和动作机制的理解。
10. 侧卧于瑜伽垫上，下方手臂弯曲，肘部位于肩部正下方。耳、肩保持对齐，脊柱维持中立位，避免塌陷或旋转（图1C）。
11. 轻微屈曲下方膝关节以提供额外支撑，上方腿伸直，脚尖轻触地面以维持平衡。保持骨盆与肩部处于同一平面。
12. 目光朝前，以放松颈椎。根据训练目标，将上方手臂自然置于髋部或向上伸向天花板，全程保持脊柱中立及骨盆对齐。
13. 从起始位置抬起臀部，使肩、髋、膝至足形成一条直线。激活核心肌群，稳定骨盆和肩胛骨以维持对齐，保持该姿势10-15秒，同时维持平稳呼吸和躯干稳定性（图1D）。
14. 缓慢返回起始位置，然后在对侧重复相同动作。
    注：在对照组中，受试者被指导进行Bird-Dog锻炼和侧卧侧平板支撑，每侧每组重复8次，每日进行3-5组。干预自入组起每日持续，直至观察期结束。
    注：在功能性训练过程中，应遵循逐步、连续地从轻负荷到重负荷、从小活动范围到大活动范围的渐进原则。指导患者避免长时间单侧负重，避免长时间维持同一姿势，并保持适当的活动水平。

3. 治疗组的运动干预方案

1. 材料准备：超声设备（图2A）、耦合凝胶（图2B）、一次性垫巾（图2C）和一次性手套（图2D）。
2. 向患者及其家长说明检查和训练过程，解释治疗区域将被暴露，且需要在肋骨之间涂抹耦合凝胶。指导患者观察屏幕上实时成像，并强调该操作无辐射、无痛感。
3. 将患者置于坐位或侧卧位，凹侧朝上。若采用侧卧位，在顶椎水平的肋骨下方放置一个5–10 cm高的枕头。双脚保持平放或叠放，维持脊柱中立位，并暴露目标肋间区域。
   注：在坐位时，重力垂直作用于胸廓，可增强竖脊肌和辅助吸气肌的激活，促进胸廓扩张和协调呼吸。相比之下，侧卧时重力侧向作用，平衡能力和核心需求降低，因此对于核心稳定性较差、难以在呼吸训练中维持脊柱中立位的患者，此体位更为适宜。
4. 佩戴一次性手套，将少量医用超声耦合凝胶均匀涂抹于目标肋间隙的皮肤表面。治疗结束后，用一次性纸巾擦去凝胶，并协助患者整理衣物。
5. 开启并设置设备：按下主机右侧的电源按钮，等待约30秒，待系统完成自检并进入主界面。输入患者的姓名、性别、年龄、编号及检查日期。
   注：进行肋间肌成像时，选择肌肉骨骼浅表模式（线阵探头 L10-5）；进行膈肌成像时，选择腹部常规模式（凸阵探头 C5-2）。
6. 定位凹侧肋间隙：根据解剖标志进行初步触诊，将探头置于腋中线上对应顶椎的凹侧肋间隙（图3A），使超声切面垂直于肋骨长轴，以观察肋间肌及肋骨动态变化。
   注：用于定位肋骨的解剖标志包括肩峰，大致与第二肋平齐；肩胛冈，对应第三肋；肩胛下角，大致与第七肋平齐。
7. 调节深度旋钮至2–4 cm，调节2D增益旋钮以清晰显示肋骨界面和筋膜线，使用TGC滑块对不同深度的亮度进行微调，并在触摸屏上将聚焦位置设置于肋间肌层水平。
8. 进行基线测量：在呼气末，于触摸屏上依次按下冻结 → 测量 → 距离，测量肋间隙宽度（mm）和肋间肌厚度（mm）；在吸气末重复测量，保存两张静态图像（保存图像），并分别标记为"呼气末"和"吸气末"。
9. 指导患者缓慢深呼吸，同时观察超声屏幕上凹侧肋间隙的扩张情况（图3B）。
10. 鼓励患者主动控制呼吸，通过将肋骨抬升至最高位置（图3C），保持5秒，然后经口缓慢呼气，以增加凹侧活动度。每组完成10次呼吸，共进行3–5组，组间休息30–60秒。
11. 确保治疗组和对照组患者均接受相同的功能训练。

4. 干预后结局评估

1. 评估指标
   1. 评估指标：将主要结构结局定义为治疗前后主弯Cobb角变化差值（ΔCobb），该值基于标准化站立位后前位（PA）X线片测量得出。ΔCobb定义为基线Cobb角减去治疗后Cobb角，因此正值表示矫正程度更大。治疗后测量时应采用基线确定的相同上下端椎，并由两名经盲法评估的阅片者完成测量，记录其平均值。
   2. 肺功能结局：包括治疗前后潮气量（TV）、吸气量（IC）、肺活量（VC）和最大自主通气量（MVV）的评估。
   3. 超声结局：包括治疗前后肋间隙宽度和肋间肌厚度变化的参数评估。
      注：基线测量在治疗前及治疗后1周进行。
2. 评估方法
   ​使用数字X线系统（PACS软件）从站立位PA X线片测量Cobb角。采用肺量计评估肺功能参数（TV、IC、VC、MVV）。使用高频超声（7–12 MHz线阵探头）评估肋间隙宽度和肌肉厚度。
   1. 脊柱弯曲的影像学评估
      1. 指导受试者赤脚直立于X线检查平台上，双脚与肩同宽，双臂自然下垂于身体两侧。确保受试者保持自然站立姿势，不进行主动矫正。
      2. 获取全脊柱站立位后前位（PA）X线片。将X线图像导入PACS软件。
      3. 定位顶椎（AV），即偏离脊柱中心垂直线最远、且两侧椎弓根距中线距离最对称的椎体；该椎体代表弯曲的顶点。
      4. 确定上端椎（UEV），即位于顶椎上方、其上终板向弯曲凹侧倾斜最显著的最倾斜椎体；此为具有明显倾斜终板的最上方椎体。
      5. 确定下端椎（LEV），即位于顶椎下方、其下终板向弯曲凹侧倾斜最显著且其下方椎体逐渐趋于水平对齐的最倾斜椎体。
      6. 绘制第一条参考线：将光标置于UEV上终板一端，点击并沿可见皮质边缘拖动至同一终板的另一端，以建立该直线。
      7. 绘制第二条参考线：点击并沿LEV下终板的皮质边缘从一端拖动至另一端，生成该直线。两条线绘制完成后，软件将自动计算两线之间的夹角作为Cobb角。
         注：通过确认UEV和LEV共同涵盖整个弯曲范围，且其上下方椎体的倾斜程度逐渐减小，以验证选择的准确性。
      8. 由两名独立评估者重复测量，取平均值作为最终结果。
   2. 肺功能评估
      1. 每次测量前根据制造商说明校准肺量计。让受试者舒适就座，双脚平放于地面，佩戴鼻夹以防止鼻部漏气。指导受试者将一次性口嘴紧含于双唇之间，确保形成密闭气道。
      2. 测量潮气量（TV）：指导受试者平静自然呼吸1分钟，记录每次呼吸吸入和呼出的平均气量。
      3. 测量吸气量（IC）：指导受试者在完成一次正常呼气后，尽可能深地吸气，记录最大吸气容积。
      4. 测量肺活量（VC）：指导受试者先进行最大吸气，随后用力呼气至残气量，记录两者之间的容积差值。
      5. 测量最大自主通气量（MVV）：指导受试者在12秒内以最快频率和最大深度进行呼吸，将测得容积外推至1分钟，计算MVV。
         注：每项测试至少重复3次，确保可重复性在5%以内，记录最佳一次结果用于分析。
   3. 肋间隙及肋间肌厚度的超声评估
      1. 让受试者直坐在稳定的检查椅或治疗床上，双脚平放于地面，双臂自然下垂于身体两侧。指导其保持自然坐姿，避免前倾或后仰。
      2. 在目标肋间隙处涂抹足量超声耦合凝胶，以确保良好的声学接触。使用线阵探头（7–12 MHz），设置为肌肉骨骼或高分辨率模式。
      3. 将探头沿胸壁凹侧的肋间隙纵向放置，通常位于腋中线。调整探头角度，直至相邻肋骨及肋间肌层清晰可见。指导受试者进行平静呼吸以定位，分别在呼气末和吸气末采集图像，每个时相保持2–3秒。
      4. 使用超声卡尺工具测量肋间隙宽度，确定相邻两根肋骨内缘之间的距离。分别记录吸气末和呼气末的数值，以评估动态变化。
      5. 识别相邻两根肋骨之间的肋间肌层。将卡尺垂直于肌腹方向，测量内外筋膜之间的垂直距离。分别记录吸气末和呼气末的数值。
      6. 在同一解剖位置对每个参数重复测量3次，计算并记录均值。确保操作者对患者的分组情况设盲，以减少偏倚。

5. 统计分析

1. 以均值 ± 标准差（SD）表示连续变量。采用独立样本 t 检验比较两组之间的差异。所有统计检验均为双侧检验，当 P<0.05 时认为差异具有统计学意义。所有分析均使用统计软件完成。

结果

对照组的10名患者和治疗组的10名患者均被纳入最终的统计分析。

基线特征
两组在性别、年龄、体重、身高、主弯Cobb角以及呼吸参数方面具有可比性，呼吸参数包括潮气量（TV）、吸气量（IC）、肺活量（VC）和最大自主通气量（MVV）（P > 0.05）。对照组包括3名男性和7名女性，而治疗组包括5名男性和5名女性。两组患者年龄均为14-18岁，对照组平均年龄为14.7 ± 1.4岁，治疗组为14.6 ± 1.5岁。20例患者的主弯均位于胸椎区域，且所有患者均存在骨骼发育未成熟。在对照组中，6例患者的Risser征为2级，4例为3级；在治疗组中，6例患者的Risser征为2级，3例为3级，1例为4级。对照组平均Cobb角为19.2 ± 2.1°，治疗组为19.7 ± 2.3°。在呼吸功能方面，对照组平均TV为5.2 ± 0.6 mL/kg，治疗组为5.1 ± 0.7 mL/kg；IC在对照组为2.33 ± 0.68 L，治疗组为2.35 ± 0.65 L；VC在对照组为4.5 ± 0.5 L，治疗组为4.48 ± 0.5...

讨论

成功实施本方案依赖于几个关键的技术步骤。使用超声成像准确定位凹陷的肋间隙，对于识别最佳训练部位以及在呼吸过程中持续观察肋骨和胸廓运动至关重要。保持脊柱中立位和正确的患者体位，对于避免可能抵消矫正效果的代偿性躯干或骨盆运动至关重要。此外，治疗师必须提供实时的口头反馈，以确保呼吸动作能够有效活动目标胸段，而非邻近结构。

所述方案可根据患者的个体特征（包括年龄、脊柱柔韧性和侧弯类型）进行灵活调整和轻微修改。对于难以维持矫正姿势的患者，可采用较短的训练周期或增加外部辅助支撑。若因呼吸运动过度或探头接触不良导致超声图像模糊，可轻微调整换能器角度或重新置于肋间隙，以提高图像清晰度。对于无法保持稳定呼吸节律或姿势的患者，应在继续训练前加入暂停时段，以防止肌肉疲劳并确保准确性。

应当指出若干方法学和实际应用方面的局限性。首先，样本量相对较小（n = 20），限制了研究结果的统计效能和普适性。其次，本研究仅纳入了轻度青少年特发性脊柱侧凸（AIS）患者，因此该技术在重度病例或术后康复中的适用性仍有待验证。第三，随访时间仅限于为期三个月的干预阶段，...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
ACUSON Juniper 超声系统	西门子医疗美国公司	553867	用于广泛临床应用的多探头多模态成像系统
超声耦合剂（250 mL）	天津大纸业有限公司	20190019	用于超声耦合的医用、水溶性、低致敏性凝胶
检查手套	Zhende Medical Co., Ltd.	20170091	检查手套
医用敷料	恒通医疗 &安普和健康产品有限公司	20150036	<图片替代文本="公式 1" src="/files/ftp_upload/69486/69486eq1.jpg" 样式="margin: auto;"/>