摘要：脊柱矫形学是美学、几何学和生物力学完美交叉融合的学科。强直性脊柱炎（AS）后凸畸形是骨科领域的难点和热点，而重度/极重度AS后凸截骨矫形是脊柱外科乃至整个骨科领域难度最高、风险最大而复杂的手术之一。科学的截骨矫形手术对改善AS后凸畸形患者的生活质量至关重要，需

脊柱矫形学是美学、几何学和生物力学完美交叉融合的学科。强直性脊柱炎（AS）后凸畸形是骨科领域的难点和热点，而重度/极重度AS后凸截骨矫形是脊柱外科乃至整个骨科领域难度最高、风险最大而复杂的手术之一。科学的截骨矫形手术对改善AS后凸畸形患者的生活质量至关重要，需遵循序列完美、力线平衡、视觉舒适的原则，因此选择合适的截骨部位、适当的截骨范围和有效的截骨方式成为矢状面序列重建的关键。术前规划常需要借助几何模型，此前该领域一些专家设计了不同截骨位置和截骨角度预测方案，为脊柱医生提供了大量借鉴，但时常忽略骨盆后旋状态、设计流程复杂、涉及大量测算数据，对于初学者而言理解与应用也存在较大难度。

在北京大学人民医院脊柱外科刘海鹰教授和曾岩教授的指导下，科室徐帅医生课题组与北京理工大学张金英教授团队、北京大学阳恩林教授团队联合，设计了一种关于AS后凸截骨几何设计新方案（简称“人民脊柱方案”），实现了医学和理工科学完美融合。在2024年第十六届COA学术大会上，徐帅医生全面围绕“创新与转化”这一主题，代表团队系统地介绍了“人民脊柱方案”的核心内容，并凭借该方案的创新性和实用性，在一众中青年医师论文参赛选手中脱颖而出，荣获脊柱专业第一名。

获奖掠影

徐帅课题组认为当前对于AS截骨矫形术前规划仍较为复杂且难以量化，团队在总结学习大量前人经验的基础上，通过反复临床实践，提出以下思考：（1）AS患者最终是要恢复整体平衡、重建局部序列和视觉满意三个重要条件，那么满足三个条件的指标是什么？（2）整体平衡重建的前提是恢复骨盆中立位，如何通过X线上矢状位参数和最终平衡参数计算躯干总体旋转（以股骨头为旋转中心）角度？（3）躯干总体旋转角度与截骨位置和截骨角度（以双节段截骨为例）密切相关且必然存在几何关联，如何通过函数运算建立局部与整体的关系是本方案面临的关键理论问题。（4）如何将算法隐藏且只需要为专科提供简便清晰的操作界面？（5）在上述基础上，如何将操作界面升级转化为软件平台，进一步体现该方案的一站式运算优势，这是本方案需解决的关键技术问题。

⭐ 针对问题（1），课题组总结他人或自己团队既往拟合公式，来表征矢状位平衡的理想状态（图1）。整体平衡通过OD-HA表示（C2齿状突与股骨头连线），正常为-5~2°；骨盆平衡PT=0.44×PI−11.4；脊柱各节段平衡：LL=0.54×PI+27.6，L4-S1=0.66×L1-S1，TLK=0±15，T1-T12=0.75×L1-S1，TK：10~40，SCA：83±9；视野舒适用颌眉角（CBVA）表示，正常为-15~5（AS患者可适当放宽）。如无法同时满足上述条件，可分别以满足OD-HA、CBVA和PI-LL作为优先级。

图1 恢复矢状位平衡的约束条件示意图

⭐ 针对问题（2），课题组参考前人经验，把骨盆摆放至预设中立位（根据PT=0.44×PI−11.4），即让骨盆发生前旋，旋转的角度为θ2，θ2=mPT-iPT（图2-A）。当骨盆旋转时，根据数学模型可知，头和躯干也会发生顺时针旋转，旋转角度同样为θ2（图2-B）。即通过上述操作，躯干整体围绕股骨头旋转了θ2。

图2 骨盆由后旋位旋转为中立位时旋转角度计算

⭐ 针对问题（3），对患者实施虚拟截骨（双节段），度数分别为α和β。如把患者骨盆由后旋位放在中立位（图3-A）。然后在下方节段实施楔形截骨（角度为α），实现了截骨远端躯干旋转（图3-B），然后再于上方节段实施楔形截骨（角度为β），其远端再次旋转闭合后最初点P刚好落在点P2（图3-C）。将上述过程模型整合为图3-D，此时可知角度POP2就是躯干整体旋转的角度θ。（注：X线上测量的POP2不是真正的θ而是θ1，因为普通X线上骨盆还处于后旋位置。所以存在θ=θ1+θ2）

图3 AS患者双节段虚拟截骨示意图

随后，课题组与北京大学数学学院阳恩林教授团队合作，根据三角函数和方程运算（图4），只需要在X线上测量5个线段长度和3个角度就可以建立起α和β的关系。线段长度分别为OM (a)、MN (b)、NP (c)、ON (d)、OP (l1)，角度为X线上实际的θ1、PI 和PT。

图4 关于整体旋转角度θ与截骨角度α和β的函数关系

⭐ 针对问题（4），课题组与阳恩林团队合作设计出清晰简单的操作界面（图5，专利号：202311692448.X）。当然，α和β的具体数值需要根据上述约束条件确定。整体上，使用者不会看到如此复杂的计算过程，该过程被隐藏在后台语言中，而且可以重复多次测量，省时省力。

图5 “人民脊柱方案”的整体流程和设计操作界面（未开放）

⭐ 针对问题（5），课题组为进一步提高该方案的简便性，随后与北京理工大学张金英教授团队合作，开发了一款软件模拟该截骨矫形过程，模拟结果直观展示了截骨后的脊柱矫形效果（软著号：2024R11S2778213）。

（点击查看大图）

该方案的核心理论在于寻找到术后躯干整体旋转角度、截骨位置和截骨角度之间的关系，以整体旋转角度为“果”，由果推因，量化截骨节段和角度的联系。与传统计算方式相比，脊柱医生可借助“人民脊柱方案”，在操作界面实时拖动拟截骨位置，进行量化求解，实现了“一站式”和无限次模拟截骨效果。同时，该方法纳入了常常忽略的颈椎和颈胸段后凸畸形情况，对此类患者理论计算方法依然奏效。通过简明的工作站界面，节省了脊柱医生尤其是初学者的手术设计时间，进一步加深了脊柱外科医生对于矢状面平衡代偿机制理论的理解。

团队通过学科交叉实现了脊柱矫形领域的科学创新，诠释了骨科学“创新与转化”的深刻内涵。尽管“人民脊柱方案”的实用性需要更多AS患者来验证并且存在一些不足，但课题组将会不断优化与完善。更重要的是，AS后凸截骨矫形设计“人民脊柱方案”突破了国人长期参照国外截骨矫形理论的瓶颈，在很大程度上为中国医生提供了本土化脊柱后凸截骨矫形理论和方法，更彰显了北京大学人民医院脊柱外科团队锐意开拓科研创新的“人民风采”。

北京大学人民医院脊柱外科团队

徐帅

北京大学人民医院脊柱外科主治医师。

国际颈椎侧凸学会亚太地区（CSRS-AP）成员，国家儿童青少年脊柱侧弯防控工作组秘书，国家《儿童青少年脊柱弯曲异常防控技术指南》编委，中国中西医结合学会骨科微创专业委员BEIS脊柱内镜学组委员，中国初级卫生保健基金会大数据统计与空间流行病学专业委员会委员，北京预防医学会儿少青专业委员会委员，北京大学医学部优秀住院医师。

重点研究方向为脊柱后凸畸形、儿童青少年脊柱畸形的诊断和干预、藏区儿童青少年脊柱健康监测，青少年特发性脊柱侧凸流行病学调查和脊柱健康管理、基于人工智能的特发性脊柱侧凸生物力学研究。目前以第一作者或通讯作者发表论文46篇，其中SCI论文共34篇，在《SPINE》《European Spine Journal》《Oxid Med Cell Longev》《Journal of Global Health》《Global Spine Journal》等脊柱外科领域知名期刊发表论文12篇，主持北京市自然科学基金面上项目、中国科协农技中心西藏产业发展项目、国家疾控局委托项目、北京大学青年科学家计划和北京大学临床医学+X等基金7项，参与国家重点研发计划、国家自然科学基金及多项省部级基金10余项，参与编写和翻译著作4项，获发明专利、实用新型专利及软著8项。

教授，主任医师，博士生导师，博士后合作导师。现任北京大学人民医院脊柱中心主任。

国家儿童青少年脊柱侧弯防控工作组组长，中华预防医学会常务理事，中华预防医学会脊柱疾病预防与控制专业委员会主任委员，北京海鹰脊柱健康公益基金会理事长，中国科学技术协会脊柱外科领域首席科学传播专家，北京医学会骨科学分会常委。首都公益慈善联合会副会长，中国科协“脊柱外科领域首席科学传播专家，并兼任《中华医学杂志》等多家杂志编委。

在脊柱疾病的基础与临床方向深耕三十余年，擅长脊柱退行性疾患、脊柱畸形矫形等骨科复杂疑难疾病的外科治疗，主刀手术愈万例。在国内外高水平期刊发表论文100余篇，撰写著作2部、译著4部。在国际上率先研究退变性脊柱畸形的手术治疗技术；2003年完成我国首例胸腔镜下胸椎间盘突出手术，首创单侧植入椎间融合器矫正退变性脊柱畸形，首次提出了“中老年下肢关节疾病与脊柱疾病处理顺序”。与此同时，牵头制定《儿童青少年脊柱弯曲异常防控技术指南》和《腰椎管狭窄症手术治疗规范》。主持承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科委等国家级/省部级多项项目十余项。牵头组建了中华预防医学会脊柱疾病预防与控制专业委员会。获得第三届“国之名医卓越建树”、民政部第十一届中华慈善奖“慈善楷模”、第八届“首都道德模范”、“2016年度中国最美医生、第十五届全球华人公益大奖“爱心奖”等二十余项荣誉称号。2011年成立北京海鹰脊柱健康公益基金会，担任理事长，长期公益免费救助贫困患者，义诊患者数万人。

曾岩

教授，主任医师，博士生导师，博士后合作导师，现任北京大学人民医院脊柱外科主任。

研究领域：脊柱畸形，包括胸腰椎角状后凸畸形、强直性脊柱炎后凸畸形、老年骨质疏松性压缩骨折后凸畸形，腰椎退变性疾病的微创手术治疗，椎旁肌退变对脊柱功能的影响和分子生物学机制。

主要成就：年手术量400余台。近20年来，潜心于脊柱畸形的临床诊治和研究，对于不同类型脊柱畸形的病情特点，开展有针对性的治疗，目前已完成脊柱畸形手术千余台，治疗效果良好。同时，针对脊柱畸形临床诊治过程中的难点，进行了深入研究，包括相关基础研究。作为完成人之一获得北京市科委成果奖项。另外，针对腰椎间盘突出症和腰椎管狭窄症采用各类微创手术治疗。

主持国家级或省部级基金项目4项。作为第一或通讯作者在国内外学术期刊上发表了相关论文60余篇。编译专业书籍5部。获得专利4项。在中国医师协会、中华预防医学会、中国医药教育学会、中国医疗保健国际交流促进会等多个专业学会担任常务委员或委员学术兼职。

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来源：骨科在线