To what extent does 3D static alignment represent the dynamic function of the spine during gait in Adult Spinal Deformity: a pilot study

Ines De Ceuster Pauline Bataillie
Onze studie werd uitgevoerd bij patiënten met adulte spinale deformiteit. Wij hebben onderzocht of spinopelvische parameters op 2D radiografie representatief zijn voor het statisch alignement van de 3D wervelkolom en in welke mate het 3D statisch alignement de dynamische functie van de wervelzuil tijdens de gangbeweging benadert.

In welke mate is het 3D statische alignement representatief voor de dynamische functie van de wervelkolom in patiënten met adulte spinale deformiteit?

Adulte spinale deformiteit (ASD) houdt een breed spectrum van wervelkolomaandoeningen in. Het heeft een grote impact op het functioneren van deze patiënten, specifiek op hun balans. Uit eerder onderzoek blijkt dat ASD patiënten compenseren voor hun aandoening door op een andere manier te staan en wandelen dan controlesubjecten. Er blijkt ook een discrepantie te zijn tussen de houding in stand en deze tijdens wandelen.

De evaluatie van deze patiënten gebeurt tot op heden meestal op basis van radiografische metingen. Het probleem hierbij is dat deze metingen in een tweedimensionaal (2D) vlak gebeuren, terwijl ons lichaam uiteraard in het driedimensionaal (3D) vlak beweegt. Of er al dan niet een operatie - en welk type - gepland wordt, is tegenwoordig voornamelijk gebaseerd op deze radiografische metingen.

Wij geloven dat het belangrijk is om na te gaan of deze methode accuraat is, aangezien heel wat operaties falen of revisie nodig hebben. Om die reden gingen wij na of de radiografische metingen betrouwbaar zijn en of er alternatieven beschikbaar zijn.

We voerden een vergelijkende studie uit tussen 2D radiografische, 3D statische en 3D dynamische metingen bij 10 ASD patiënten en 1 controlesubject. Voor de 3D metingen maakten we gebruik van een subject-specifiek model. Dit betekent dat de wervelkolom en het bekken als 3D modellen werden gevisualiseerd, waardoor geïndividualiseerde calculaties konden gemaakt worden. In een ganglabo werden de patiënten geïnstrueerd om te wandelen, waaruit we de 3D dynamische beelden en berekeningen hebben gehaald, en om stil te staan, wat de 3D statische waarden opleverde.

Aangezien de groep heel klein en vrij heterogeen is, konden wij geen statistiek toepassen op de verkregen data. Toch hadden we voldoende informatie om belangrijke conclusies te kunnen trekken.

Enerzijds besluiten we dat radiografie alleen onvoldoende informatie biedt over het dynamische gedrag van de wervelkolom bij ASD patiënten. De radiografische metingen zijn sterk afhankelijk van de onderzoeker, kleine inschattingsfouten leveren al snel grote verschillen op in de gemeten parameters. We merkten dat de radiografische waarden vaak sterk afweken van de dynamische en onderzochten daarom ook de overeenkomsten tussen de 3D statische en 3D dynamische parameters. De verschillen tussen deze laatste lagen heel wat lager, 3D statische evaluatie lijkt dus een betere voorspeller te zijn van het dynamische gedrag.

Anderzijds gingen we op zoek naar de verschillen tussen de statische en dynamische parameters, die weergeven in welke mate ASD patiënten zich anders gedragen in stand dan tijdens wandelen. Uit deze vergelijking kunnen we enkele zaken besluiten: ASD patiënten wandelen -net zoals gezonde personen- met de romp meer voorovergebogen dan ze staan. Tijdens stand maken ze gebruik van een achterwaartse bekkenkanteling, die ze verliezen bij het wandelen.

Dit onderzoek geeft een eerste aanzet naar het evalueren van ASD subjecten op basis van dynamische en gepersonaliseerde informatie. Meer onderzoek is nodig om dit verder te exploreren.

Bibliografie

1. Ames CP, Scheer JK, Lafage V, Smith JS, Bess S, Berven SH, Mundis GM, Sethi RK, Deinlein DA, Coe JD, Hey LA, Daubs MD. Adult Spinal Deformity: Epidemiology, Health Impact, Evaluation, and Management. Spine Deform. 2016 Jul;4(4):310-322. doi: 10.1016/j.jspd.2015.12.009.
2. Arima H, Yamato Y, Hasegawa T, Kobayashi S, Yoshida G, Yasuda T, Banno T, Oe S, Mihara Y, Togawa D, Matsuyama Y. Extensive Corrective Fixation Surgeries for Adult Spinal Deformity Improve Posture and Lower Extremity Kinematics During Gait. Spine (Phila Pa 1976). 2017 Oct 1;42(19):1456-1463. doi: 10.1097/BRS.0000000000002138.
3. Sciubba DM, Yurter A, Smith JS, Kelly MP, Scheer JK, Goodwin CR, Lafage V, Hart RA, Bess S, Kebaish K, Schwab F, Shaffrey CI, Ames CP; International Spine Study Group (ISSG). A Comprehensive Review of Complication Rates After Surgery for Adult Deformity: A Reference for Informed Consent. Spine Deform. 2015 Nov;3(6):575-594. doi: 10.1016/j.jspd.2015.04.005.
4. Arima H, Yamato Y, Hasegawa T, Togawa D, Kobayashi S, Yasuda T, Banno T, Oe S, Matsuyama Y. Discrepancy Between Standing Posture and Sagittal Balance During Walking in Adult Spinal Deformity Patients. Spine (Phila Pa 1976). 2017 Jan 1;42(1):E25-E30. doi: 10.1097/BRS.0000000000001709.
5. Ploumis A, Liu H, Mehbod AA, Transfeldt EE, Winter RB. A correlation of radiographic and functional measurements in adult degenerative scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2009 Jul 1;34(15):1581-4. doi: 10.1097/BRS.0b013e31819c94cc.
6. Simon J, Longis PM, Passuti N. Correlation between radiographic parameters and functional scores in degenerative lumbar and thoracolumbar scoliosis. Orthop Traumatol Surg Res. 2017 Apr;103(2):285-290. doi: 10.1016/j.otsr.2016.10.021.
7. Glassman SD, Berven S, Bridwell K, Horton W, Dimar JR. Correlation of radiographic parameters and clinical symptoms in adult scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2005 Mar 15;30(6):682-8.
8. Zhang YP, Qian BP, Qiu Y, Qu Z, Mao SH, Jiang J, Zhu ZZ. Sagittal Vertical Axias, Spinosacral Angle, Spinopelvic Angle, and T1 Pelvic Angle: Which Parameters May Effectively Predict the Quality of Life in Ankylosing Spondylitis Patients With Thoracolumbar Kyphosis? Clin Spine Surg. 2017 Aug;30(7):E871-E876. doi: 10.1097/BSD.0000000000000463.
9. Mahaudens P, Banse X, Mousny M, Detrembleur C. Gait in adolescent idiopathic scoliosis: kinematics and electromyographic analysis. Eur Spine J. 2009 Apr;18(4):512-21. doi: 10.1007/s00586-009-0899-7.
10. Mahaudens P, Detrembleur C, Mousny M, Banse X. Gait in adolescent idiopathic scoliosis: energy cost analysis. Eur Spine J. 2009 Aug;18(8):1160-8. doi: 10.1007/s00586-009-1002-0.
42
11. Yagi M, Ohne H, Kaneko S, Machida M, Yato Y, Asazuma T. Does corrective spine surgery improve the standing balance in patients with adult spinal deformity? Spine J. 2018 Jan;18(1):36-43. doi: 10.1016/j.spinee.2017.05.023.
12. Sarwahi V, Boachie-Adjei O, Backus SI, Taira G. Characterization of gait function in patients with postsurgical sagittal (flatback) deformity: a prospective study of 21 patients. Spine (Phila Pa 1976). 2002 Nov 1;27(21):2328-37.
13. Mahaudens P, Detrembleur C, Mousny M, Banse X. Gait in thoracolumbar/lumbar adolescent idiopathic scoliosis: effect of surgery on gait mechanisms. Eur Spine J. 2010 Jul;19(7):1179-88. doi: 10.1007/s00586-010-1292-2.
14. Engsberg JR, Bridwell KH, Wagner JM, Uhrich ML, Blanke K, Lenke LG. Gait changes as the result of deformity reconstruction surgery in a group of adults with lumbar scoliosis. Spine (Phila Pa 1976). 2003 Aug 15;28(16):1836-43; discussion 1844.
15. Engsberg JR, Lenke LG, Uhrich ML, Ross SA, Bridwell KH. Prospective comparison of gait and trunk range of motion in adolescents with idiopathic thoracic scoliosis undergoing anterior or posterior spinal fusion. Spine (Phila Pa 1976). 2003 Sep 1;28(17):1993-2000.
16. Nishida M, Nagura T, Fujita N, Hosogane N, Tsuji T, Nakamura M, Matsumoto M, Watanabe K. Position of the major curve influences asymmetrical trunk kinematics during gait in adolescent idiopathic scoliosis. Gait Posture. 2017 Jan;51:142-148. doi: 10.1016/j.gaitpost.2016.10.004.
17. Pichelmann MA, Lenke LG, Bridwell KH, Good CR, O'Leary PT, Sides BA. Revision rates following primary adult spinal deformity surgery: six hundred forty-three consecutive patients followed-up to twenty-two years postoperative. Spine (Phila Pa 1976). 2010 Jan 15;35(2):219-26. doi: 10.1097/BRS.0b013e3181c91180.
18. Lee NJ, Kothari P, Kim JS, Shin JI, Phan K, Di Capua J, Somani S, Leven DM, Guzman JZ, Cho SK. Early Complications and Outcomes in Adult Spinal Deformity Surgery: An NSQIP Study Based on 5803 Patients. Global Spine J. 2017 Aug;7(5):432-440. doi: 10.1177/2192568217699384.
19. Hostin R, McCarthy I, OʼBrien M, Bess S, Line B, Boachie-Adjei O, Burton D, Gupta M, Ames C, Deviren V, Kebaish K, Shaffrey C, Wood K, Hart R; International Spine Study Group. Incidence, mode, and location of acute proximal junctional failures after surgical treatment of adult spinal deformity. Spine (Phila Pa 1976). 2013 May 20;38(12):1008-15. doi: 10.1097/BRS.0b013e318271319c.
20. Riley MS, Bridwell KH, Lenke LG, Dalton J, Kelly MP. Health-related quality of life outcomes in complex adult spinal deformity surgery. J Neurosurg Spine. 2018 Feb;28(2):194-200. doi: 10.3171/2017.6.SPINE17357.
43
21. Sánchez-Mariscal F, Gomez-Rice A, Izquierdo E, Pizones J, Zúñiga L, Álvarez-González P. Survivorship analysis after primary fusion for adult scoliosis. Prognostic factors for reoperation. Spine J. 2014 Aug 1;14(8):1629-34. doi: 10.1016/j.spinee.2013.09.050.
22. Ferrero E, Lafage R, Diebo BG, Challier V, Ilharreborde B, Schwab F, Skalli W, Guigui P, Lafage V. Tridimensional Analysis of Rotatory Subluxation and Sagittal Spinopelvic Alignment in the Setting of Adult Spinal Deformity. Spine Deform. 2017 Jul;5(4):255-264. doi: 10.1016/j.jspd.2017.01.003. Erratum in: Spine Deform. 2019 Mar;7(2):379.
23. Kato S, Fok KL, Lee JW, Masani K. Dynamic Fluctuation of Truncal Shift Parameters During Quiet Standing in Healthy Young Individuals. Spine (Phila Pa 1976). 2018 Jul 1;43(13):E746-E751. doi: 10.1097/BRS.0000000000002521.
24. Marks MC, Stanford CF, Mahar AT, Newton PO. Standing lateral radiographic positioning does not represent customary standing balance. Spine (Phila Pa 1976). 2003 Jun 1;28(11):1176-82.
25. Somoskeöy S, Tunyogi-Csapó M, Bogyó C, Illés T. Accuracy and reliability of coronal and sagittal spinal curvature data based on patient-specific three-dimensional models created by the EOS 2D/3D imaging system. Spine J. 2012 Nov;12(11):1052-9. doi: 10.1016/j.spinee.2012.10.002.
26. Bruno AG, Bouxsein ML, Anderson DE. Development and Validation of a Musculoskeletal Model of the Fully Articulated Thoracolumbar Spine and Rib Cage. J Biomech Eng. 2015 Aug;137(8):081003. doi: 10.1115/1.4030408.
27. Actis JA, Honegger JD, Gates DH, Petrella AJ, Nolasco LA, Silverman AK. Validation of lumbar spine loading from a musculoskeletal model including the lower limbs and lumbar spine. J Biomech. 2018 Feb 8;68:107-114. doi: 10.1016/j.jbiomech.2017.12.001.
28. Christophy M, Faruk Senan NA, Lotz JC, O'Reilly OM. A musculoskeletal model for the lumbar spine. Biomech Model Mechanobiol. 2012 Jan;11(1-2):19-34. doi: 10.1007/s10237-011-0290-6.
29. Melhem E, Assi A, El Rachkidi R, Ghanem I. EOS(®) biplanar X-ray imaging: concept, developments, benefits, and limitations. J Child Orthop. 2016 Feb;10(1):1-14. doi: 10.1007/s11832-016-0713-0.
30. Morris WZ, Fowers CA, Yuh RT, Gebhart JJ, Salata MJ, Liu RW. Decreasing pelvic incidence is associated with greater risk of cam morphology. Bone Joint Res. 2016 Sep;5(9):387-92. doi: 10.1302/2046-3758.59.BJR-2016-0028.R1.
31. Schwab JH. Global sagittal alignment. Skeletal Radiol. 2017 Dec;46(12):1613-1614. doi: 10.1007/s00256-017-2752-0.
32. Geiger EV, Müller O, Niemeyer T, Kluba T. Adjustment of pelvispinal parameters preserves the constant gravity line position. Int Orthop. 2007 Apr;31(2):253-8.
44
33. Yang M, Yang C, Xu Z, Chen Z, Wei X, Zhao J, Shao J, Zhang G, Zhao Y, Ni H, Bai Y, Zhu X, Li M. Role of T1 Pelvic Angle in Assessing Sagittal Balance in Outpatients With Unspecific Low Back Pain. Medicine (Baltimore). 2016 Mar;95(9):e2964. doi: 10.1097/MD.0000000000002964.
34. Polly D, Jones K, Larson N. Pediatric and Adult Scoliosis. Principles of Neurological Surgery. 2018; 561-572. doi: 10.1016/B978-0-323-43140-8.00037-8.
35. Vrtovec T, Janssen MM, Pernuš F, Castelein RM, Viergever MA. Analysis of pelvic incidence from 3-dimensional images of a normal population. Spine (Phila Pa 1976). 2012 Apr 15;37(8):E479-85. doi: 10.1097/BRS.0b013e31823770af.
36. Roussouly P, Pinheiro-Franco JL. Biomechanical analysis of the spino-pelvic organization and adaptation in pathology. Eur Spine J. 2011 Sep;20 Suppl 5:609-18. doi: 10.1007/s00586-011-1928-x.
37. Lee CS, Ph D, Kang SS. Spino-Pelvic Parameters in Adult Spinal Deformities. J Korean Orthop Assoc 2016 Feb;51(1):9-29.
38. Diebo BG, Varghese JJ, Lafage R, Schwab FJ, Lafage V. Sagittal alignment of the spine: What do you need to know? Clin Neurol Neurosurg. 2015 Dec;139:295-301. doi: 10.1016/j.clineuro.2015.10.024.
39. Itoi E. Roentgenographic analysis of posture in spinal osteoporotics. Spine (Phila Pa 1976). 1991 Jul;16(7):750-6.
40. Cheon M, Park J, Lee Y, Lee J. Effect of chiropractic and lumbar exercise program on lumbar muscle strength and Cobb’ s angle in patients with scoliosis for u-Healthcare. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2013:2-7. doi: 10.1186/1687-1499-2013-132.
41. Park S-A, Lee J-H. Clinical implications of spino-pelvic Parameters for the Outcome of Spinal Surgery for Lumbar Degenerative Diseases. J Korean Soc Spine Surg. 2016 Sep;23:188-196.
42. Delp SL, Anderson FC, Arnold AS, Loan P, Habib A, John CT, Guendelman E, Thelen DG. OpenSim: open-source software to create and analyze dynamic simulations of movement. IEEE Trans Biomed Eng. 2007 Nov;54(11):1940-50.
43. Khalsa AS, Mundis GM Jr, Yagi M, Fessler RG, Bess S, Hosogane N, Park P, Than KD, Daniels A, Iorio J, Ledesma JB, Tran S, Eastlack RK; International Spine Study Group. Variability in Assessing Spinopelvic Parameters With Lumbosacral Transitional Vertebrae: Inter- and Intraobserver Reliability Among Spine Surgeons. Spine (Phila Pa 1976). 2018 Jun 15;43(12):813-816. doi: 10.1097/BRS.0000000000002433.
44. Kyrölä K, Repo J, Mecklin JP, Ylinen J, Kautiainen H, Häkkinen A. Spinopelvic Changes Based on the Simplified SRS-Schwab Adult Spinal Deformity Classification: Relationships With Disability and Health-Related Quality of Life in Adult Patients With Prolonged Degenerative Spinal Disorders. Spine (Phila Pa 1976). 2018 Apr 1;43(7):497-502. doi: 10.1097/BRS.0000000000002370.
45
45. Severijns P, Moke L, Overbergh T, Loock K Van De. Are static sagittal compensation strategies preserved during walking in adult spinal deformity? Gait Posture. 2017;57:188-189. doi: 10.1016/j.gaitpost.2017.06.360.
46. Hayden AM, Hayes AM, Brechbuhler JL, Israel H, Place HM. The effect of pelvic motion on spinopelvic parameters. Spine J. 2018 Jan;18(1):173-178. doi: 10.1016/j.spinee.2017.08.234.
47. Ferrero E, Liabaud B, Challier V, Lafage R, Diebo BG, Vira S, Liu S, Vital JM, Ilharreborde B, Protopsaltis TS, Errico TJ, Schwab FJ, Lafage V. Role of pelvic translation and lower-extremity compensation to maintain gravity line position in spinal deformity. J Neurosurg Spine. 2016 Mar;24(3):436-46. doi: 10.3171/2015.5.SPINE14989.

Universiteit of Hogeschool
Revalidatiewetenschappen en kinesitherapie
Publicatiejaar
2019
Promotor(en)
Prof. Ilse Jonkers
Kernwoorden
Share this on: