Background: There is an increasing recognition of the clinical importance of the sagittal plane alignment of the spine. A prospective study of several radiographic parameters of the sagittal profile of the spine was conducted to determine the physiological values of these parameters, to calculate the variations of these parameters according to epidemiological and morphological data, and to study the relationships among all of these parameters. Methods: Sagittal radiographs of the head, spine, and pelvis of 300 asymptomatic volunteers, made with the subject standing, were evaluated. The following parameters were measured: lumbar lordosis, thoracic kyphosis, T9 sagittal offset, sacral slope, pelvic incidence, pelvic tilt, intervertebral angulation, and vertebral wedging angle from T9 to S1. The radiographs were digitized, and all measurements were performed with use of a software program. Two different analyses, a descriptive analysis characterizing these parameters and a multivariate analysis, were performed in order to study the relationships among all of them. Results: The mean values (and standard deviations) were 60° ± 10° for maximum lumbar lordosis, 41° ± 8.4° for sacral slope, 13° ± 6° for pelvic tilt, 55° ± 10.6° for pelvic incidence, and 10.3° ± 3.1° for T9 sagittal offset. A strong correlation was found between the sacral slope and the pelvic incidence (r = 0.8); between maximum lumbar lordosis and sacral slope (r = 0.86); between pelvic incidence and pelvic tilt (r = 0.66); between maximum lumbar lordosis and pelvic incidence, pelvic tilt, and maximum thoracic kyphosis (r = 0.9); and, finally, between pelvic incidence and T9 sagittal offset, sacral slope, pelvic tilt, maximum lumbar lordosis, and thoracic kyphosis (r = 0.98). The T9 sagittal offset, reflecting the sagittal balance of the spine, was dependent on three separate factors: a linear combination of the pelvic incidence, maximum lumbar lordosis, and sacral slope; the pelvic tilt; and the thoracic kyphosis. Conclusions and Clinical Relevance: This description of the physiological spinal sagittal balance should serve as a baseline in the evaluation of pathological conditions associated with abnormal angular parameter values. Before a patient with spinal sagittal imbalance is treated, the reciprocal balance between various spinal angular parameters needs to be taken into account. The correlations between angular parameters may also be useful in calculating the corrections to be obtained during treatment.

In Brief Study Design. Prospective radiographic and forceplate analysis in adult volunteers. Objective. Assess gravity line (GL) location and foot position regarding anatomic spinal structures to evaluate key correlations and age-related changes in balance. Summary of Background Data. Global spinal balance is commonly assessed by the C7 plumbline. This radiographic parameter does not offer information on foot position or forces transmitted, and poor correlation with the true GL has been demonstrated. Methods. A total of 75 asymptomatic adult volunteers were equally distributed into three age groups. Full length, free-standing spine radiographs were obtained with simultaneous acquisition of GL and feet location (forceplate). GL and heels were projected on each radiograph to compute their distance from anatomic entities and to investigate correlations with radiologic parameters and age-related changes. Results. In this study group, advancing age led to a significant increase in thoracic kyphosis. The plumbline from C7 shifted anteriorly with age. In the sagittal plane, the GL was anterior to the vertebral column for all groups. With age, the GL location regarding the heels remained constant, while the pelvis moved posteriorly toward the heels and underwent a small retroversion (increasing pelvic tilt). The acetabulum was the most reliable radiographic marker of the GL location. Conclusions. This quantitative study in volunteers reveals clear age-related changes in the spino-pelvic association and offers quantitative support to the "cone of economy" concept proposed by Dubousset. The pelvis can be seen as a regulator to help maintain a rather fixed GL-heel association with age-related changes in the spinal column. Further study in patients suffering from deformity can confirm the importance of radiographic-gravity line correlations and enhance our understanding of optimal balance. Integrating gravity line analysis with spino-pelvic radiographs permits detailed quantitative analysis of balance. Adult volunteers in this study revealed some constant and some age-related spino-pelvic/gravity line correlations. Advancing age leads to anterior trunk inclination, posterior pelvic shift, while the gravity line remains fixed in relation to the feet.

In Brief Study Design. Prospective study of 131 patients and volunteers recruited for an analysis of spinal alignment and gravity line (GL) assessment by force plate analysis. Objective. To determine relationships between GL, foot position, and spinopelvic landmarks in subjects with varying sagittal alignment. Additionally, the study sought to analyze the role of the pelvis in the maintenance of GL position. Summary of Background Data. Force plate technology permits analysis of foot position and GL in relation to radiographically obtained landmarks. Previous investigation noted fixed GL-heel relationship across a wide age range despite changes in thoracic kyphosis. The pelvis as balance regulator has not been studied in the setting of sagittal spinal deformity. Methods. The 131 subjects were grouped by sagittal vertical axis (SVA) offset from the sacrum: sagittal forward (>2.5 cm), neutral (−2.5 cm ≤ SVA ≤ 2.5 cm), and sagittal backward (SVA <−2.5 cm). Simultaneous spinopelvic radiographs and GL measure were obtained. Offsets between spinopelvic landmarks, heel position, and GL were calculated. Group comparisons were made for all offsets to determine significance. Results. Aside from the offset T9-GL and GL-heels, all other offsets between spinopelvic landmarks and GL revealed significant differences (P < 0.001) across the 3 subject groups. However, with increasing SVA, the GL kept a rather fixed location relative to the feet. A correlation between posterior pelvic shift in relation to the heels with increasing SVA in this study population was confirmed (r = 0.6, P < 0.001). Conclusion. Increasing SVA in standing subjects leads to a posterior pelvic shift in relation to the feet. However, no significant difference in GL-heel offset is noted with increasing SVA. It thus appears that pelvic shift (in relation to the feet) is an important component in maintaining a rather fixed GL-Heels offset even in the setting of variable SVA and trunk inclination. A key concern in the treatment of adult spinal deformity is the achievement of ideal balance. Integrating forceplate technology and radiographic measurement will further define ideal balance. The purpose of the study was to describe GL position regarding spinopelvic parameters and to analyze its evolution with sagittal imbalance.

Reconstruction methods from biplanar X-rays provide 3D analysis of spinal deformities for patients in standing position with a low radiation dose. However, such methods require an important reconstruction time and there is a clinical need for fast and accurate techniques. This study proposes and evaluates a novel reconstruction method of the spine from biplanar X-rays. The approach uses parametric models based on longitudinal and transversal inferences. A first reconstruction level, dedicated to routine clinical use, allows to get a fast estimate (reconstruction time: 2 min 30 s) of the 3D reconstruction and accurate clinical measurements. The clinical measurements precision (evaluated on asymptomatic subjects, moderate and severe scolioses) was between 1.2° and 5.6°. For a more accurate 3D reconstruction (complex pathologies or research purposes), a second reconstruction level can be obtained within a reduced reconstruction time (10 min) with a fine adjustment of the 3D models. The mean shape accuracy in comparison with CT-scan was 1.0 mm. The 3D reconstruction method precision was 1.8 mm for the vertebrae position and between 2.3° and 3.9° for the orientation. With a reduced reconstruction time, an improved accuracy and precision and a method proposing two reconstruction levels, this approach is efficient for both clinical routine uses and research purposes.

In clinical routine, lower limb analysis relies on conventional X-ray (2D view) or computerised tomography (CT) Scan (lying position). However, these methods do not allow 3D analysis in standing position. The aim of this study is to propose a fast and accurate 3D-reconstruction-method based on parametric models and statistical inferences from biplanar X-rays with clinical measurements' (CM) assessment in standing position for a clinical routine use. For the reproducibility study, the 95% CI was under 2.7° for all lower limbs' angular measurements except for tibial torsion, femoral torsion and tibiofemoral rotation ( < 5°). The 95% CI were under 2.5 mm for lower limbs' lengths and 1.5 to 3° for the pelvis' CM. Comparisons between X-rays and CT-scan based 3D shapes in vitro showed mean differences of 1.0 mm (95% CI = 2.4 mm). Comparisons of 2D lower limbs' and 3D pelvis' CM between standing 'Shifted-Feet' and 'Non-Shifted-Feet' position showed means differences of 0.0 to 1.4°. Significant differences were found only for pelvic obliquity and rotation. The reconstruction time was about 5 min.

This in vivo biomechanical study was undertaken to analyze the consequences for sagittal balance and lumbar spine movement in three different lumbar disc prostheses. A total of 105 patients underwent total disc replacement in three different centers. The Maverick® prosthesis was used in 46 patients, the SB Charité® device was used in 49 patients and the Prodisc® device was utilized in 10 patients. The analysis was computer assisted, using Spineview® and Matlab® softwares. The intra and inter-observer reliability and measurement uncertainty was performed. The analysis of lateral X-ray films in flexion–extension allowed to measure the prosthesis positioning, the range of motion (ROM), the localization of the mean center of rotation (MCR), the vertebral translation and the disc height, for each prosthesis device. The sagittal balance was analyzed on a full spine film. The parameters studied were described by Duval-Beaupère. The results were compared to the data found in literature, and compared to 18 asymptomatic volunteers, and 61 asymptomatic subjects, concerning the sagittal balance. The prostheses allowed an improvement of the ROM of less than 2°. The ROM of L5–S1 prostheses ranged from 11.6 to 15.6% of the total lumbar motion during flexion–extension. At L4–L5 level, the ROM decreased when there was an arthrodesis associated at the L5–S1 level. There was no difference of ROM between the three prostheses devices. The MCR was linked to the ROM, but did not depend on the prosthesis offcentering. The disc height improved for any prosthesis, and decreased in flexion or in extension, when the prosthesis was offcentered. An increase of translation indicated a minor increase of the ROM at L4–L5 level after Maverick® or SB Charité® implantation. The L5–S1 arthrodesis was linked with an increase of the pelvic tilt. The lumbar lordosis curvature increased between L4 and S1, even more when a prosthesis was placed at the L3–L4 level. Total disc arthroplasty is useful in the surgical management of discogenic spinal pathology. The three prostheses studied allowed to retorate the disc height, the ROM, without disrupting the sagittal balance, but induced modification of the lumbar curvature.

Purpose Our study aims to describe the postural alignment of young asymptomatic subjects from head to feet from bi-planar standing full-body X-rays, providing database to compare to aging adults. Novelty resides in the inclusion of the head and lower limbs in the erected posture's analysis. Methods For 69 young asymptomatic subjects (18–40 years old) 3D reconstructions of the head, spine, pelvis and lower limbs segments were performed from bi-planar full-body X-rays. Usual studied spinal, pelvic and lower limbs' parameters were computed in 3D, sagittal and frontal planes of the patient. Relationships between these parameters were investigated. Inclinations of different lines were studied to characterize the erected posture. Results Values found for spinal curvatures, pelvic parameters and lower limbs geometrical parameters agreed with the literature: thoracic kyphosis, lumbar lordosis, pelvic incidence, pelvic tilt and sagittal vertical axis were respectively in average of 26.9° (SD 7.2°), 30.5° (SD 7.5°), 51.0° (SD 9.4°), 11.1° (SD 5.6°) and −8.9 mm (SD 21.6 mm). The angle between the vertical and the line joining the most superior point of dentiform apophyse of C2 (OD) and the center of the bi-coxofemoral axis (HA) was the less variable one (SD 1.6°). Conclusions This study on 3D postural alignment reports the geometry of the spine, pelvis and lower limbs, of the young asymptomatic adult. The less variable angle is the one of the line OD–HA with the vertical, highlighting the vertical alignment of the head above the pelvis. This study provides a basis for future comparisons when investigating aging populations.

The Cotrel–Dubousset (CD) scoliosis surgery was simulated for 10 patients with idiopathic scoliosis using a 3D finite element model (FEM) of the patient's entire spine. The geometry of the FEM was extracted from a 3D stereo-radiographic reconstruction, and mechanical properties were personalized using lateral bending films. Finally, each step of the CD correction was simulated and results were compared with the post-operative 3D stereo-radiographic reconstruction. The whole procedure was applied for 10 patients, and quantitative comparison was performed between post-operative spine configuration and predicted configuration. For all patients, mean differences between post-operative measurements and predicted values of vertebral rotation were estimated at 5° (max: 13°) and those for linear position at 6 mm (max: 12 mm). Furthermore, intermediate steps of surgery simulation were consistent with the literature. Then, for one scoliotic patient, the model was used to investigate three alternative surgical strategies. It was found that a one-level change in the instrumentation limit may have a significant effect on spine alignment and correction.

In Brief Study Design. A combined in vitro and finite-element analysis was completed to assess the biomechanical effect of a new interspinous implant on the lumbar spine. Objective. The aim was to investigate the effect of an interspinous implant on the biomechanical behavior of a vertebral segment. Methods. An in vitro study on L3–L5 segments from fresh human cadavers was conducted combined with a 3-dimensional finite-element analysis. Intact, injured, and instrumented states of L4–L5 were compared loaded in flexion-extension, lateral-bending, and torsion. The evaluated implant is an interspinous spacer fixed to the spine by 2 polyester braids looped around the proximal and distal spinous. Results. The effect of the implant appeared mainly in flexion-extension: experimental results showed reduced range of motion of the instrumented spine regarding the injured and intact one; and finite-element analysis indicated a decrease of disc stresses and increase of loads transmitted to the spinous processes. Conclusion. In this in vitro and finite-element analysis, the role of the new interspinous implant appeared to reduce motion without suppressing it and to lower stress in the disc fibers and anulus matrix. Further in vivo investigations are necessary to draw definitive conclusions. The biomechanical behavior of a new interspinous implant was assessed using a combined in vitro and finite-element analysis. The effect of this implant appeared mainly in flexion-extension: the in vitro experiment underlined a motion reduction and the finite-element analysis showed a stress reduction in disc fibers and anulus matrix.