应用计算机三维重建技术结合瞬时旋转轴理论评估腰椎节段稳定性及其临床意义

应用计算机三维重建技术结合瞬时旋转轴理论评估腰椎节段稳定性及其临床意义

据统计，大多数人一生都会受到腰痛的困扰，其中30%与腰椎失衡有关。由于腰椎节段运动是一种三维的、多达6个自由度的、复杂的三关节耦联运动,并且受到椎间盘、关节突关节、周围韧带以及相关肌肉筋膜等多重因素的影响本研究旨在将计算机三维重建技术与瞬时旋转轴(IAR)理论相结合,建立一套能够将腰椎6个自由度考虑在内且不受周围解剖因素影响的客观、精确的腰椎节段运动评估系统,初步归纳出健康成人与腰椎失稳两个群体的不同腰椎节段运动IAR相关参数,发现腰椎节段运动形式的多样性,同时将进一步证实IAR在腰椎节段不稳研究中的应用价值。现将结果报告如下。1对象和方法1.1性别基因型及年龄分布选取2017年1月—2018年3月在我院经动力位X线检查确诊L4-5单节段不稳并伴有半年以上下腰痛症状患者42例,男18例,女24例;年龄30～50岁,平均(36.4±10.3)岁。选取无腰背痛症状及脊柱外科手术史志愿者70例作为对照组,男33例,女37例;年龄20～50岁,平均(32.6±12.3)岁。所有纳入研究对象均签署知情同意书。两组一般资料比较,差异无显著性(P>0.05),具有可比性。1.2扫描影像的获取所有研究对象采用GEOptima670CT扫描分别获得仰卧中立位和仰卧右旋50°位全腰椎扫描影像,参数选取:电压120kV,电流量300mA,厚度1mm,并以DICOM格式保存。1.3终板重心及上关节突表面重心的测算将DICOM影像文件输入图像处理软件Mimics19.0,重建腰椎三维图像,获取L1～S1每个椎体的上下终板的点云影像,并测算出每个终板的重心坐标和终板的向量(图1),在L1～L5双侧上关节突表面的点云资料上应用OTSUKA等1.4iar相关矩阵的计算以每个腰椎运动节段中的上位椎体为运动椎体,相邻下位椎体为相对固定椎体,进行各运动节段两个相邻椎体间的相对运动分析。经上述方法获得L1～L5每个椎体上、下终板和双侧上关节突的表面重心后,即拥有了IAR相关矩阵计算的4个非共面的点。以下位椎体上终板重心为原点,以该终板的方向为向量,建立每个腰椎节段的局部坐标系,Y轴位于冠状面由右侧指向左侧,X轴位于矢状面由腹侧指向背侧,Z轴垂直于X-Y平面由尾侧指向头侧。将上位椎体四个非共面点的坐标转换为在该节段中的局部坐标,包括运动前的局部坐标和运动后的局部坐标(图3)。1.5计算方法应用KINZEL等1.6两组旋转角度、iar到坐标原点最东北部的比较应用SPSS23.0软件进行统计学分析。两组同节段运动椎体沿IAR旋转角度、IAR到坐标原点最短距离差异的比较采用独立样本t检验,对照组内的不同腰椎节段间的运动椎体沿IAR旋转角度、IAR到坐标原点最短距离比较采用单因素方差分析,采用SNK-q检验进行两两比较。两组同腰椎节段之间P点弥散程度差异的比较采用卡方检验。以P<0.05为差异有统计学意义。2结果2.1两组到坐标原点最东北部112例试验对象中从L1～S1评估了560个运动节段。腰椎运动椎体沿IAR平均旋转角度及IAR到坐标原点最短距离见表1。病例组L4-5节段IAR到坐标原点最短距离大于对照组(t=6.36,P<0.05),两组间其他节段比较差异无统计学意义(P>0.05)。对照组中IAR到坐标原点最短距离的平均值自L1-2至L4-5逐渐增大而L5-S1节段却突然减小,其中L4-5节段上IAR到坐标原点最短距离大于其他节段,差异具有统计学意义(F=10.05,q=3.69～8.78,P<0.05);L5-S1节段上IAR到坐标原点最短距离小于其他节段(q=3.34～8.78,P<0.05)。2.2分散p点的地方IAR到坐标原点最近的点P(P2.3《著有2.052.0.053.5.2.0》,第5页著录2.5和第2号,第5页著录2.5和第2.5,第5做数字身份证,第5.第5.第5.5和第5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5和第55.5和第5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5.5病例组各腰椎节段运动椎体沿IAR旋转的角度与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05),见表1。对照组中L1～S1运动椎体沿IAR旋转角度的平均值逐渐增大,其中L5-S1节段旋转角度的平均值明显大于其他的节段,差异具有显著统计学意义(F=4.98,q=3.95～5.93,P<0.05)。3腰椎节段稳定性的测量人体脊柱通过杠杆、运动轴、致动体和限制体协同作用实现其生理功能,是一个精密的生物力学结构,其动力学机制非常复杂。此结构不仅使脊柱具有良好的柔韧性和活动度,满足了身体平衡和运动的需要,而且又能确保脊柱获得良好的稳定性,有效限制各节段间的过度位移,保护神经组织,防止畸形和疼痛的发生正常情况下,腰椎节段间的相对运动控制在一定的生理范围内,而当椎间盘和关节突退变,以及各类手术操作对腰椎周围组织造成破坏时,则将影响腰椎节段的稳定性,压迫或牵拉邻近的神经组织,和(或)导致纤维环、终板、关节囊和韧带组织发生异常形变,诱发顽固的腰背痛PEARCY等本研究结果显示,IAR到坐标原点最短距离及P点的弥散程度是衡量腰椎节段稳定性的两个重要指标。假设腰椎节段运动只存在单纯旋转性质,IAR理论上应穿过坐标原点,然而由于椎间盘这个柔软的弹性组织在脊柱扭转过程中的拉伸或者压缩,使IAR都偏离了坐标原点,因此偏离越大,IAR到坐标原点最短距离越大,P点的分布也就越分散,这一节段的稳定性也就越差。本研究结果显示,L1～L5的IAR到坐标原点最短距离逐渐增大,而L5-S1的最短距离却突然减小,这一特性符合腰椎关节突关节解剖特性,即L1～L5的角度逐步增大,并且方向由近似矢状位向下逐渐变为斜位,至L5-S1节段时几乎呈冠状位,也证实腰椎小关节在限制腰椎运动、维持腰椎稳定性起到重要作用综上所述,本研究结果显示,IAR到坐标原点最短距离及P点的弥散程度为早期诊断腰椎失稳的重要指标,运动椎体沿IAR的旋转角度与椎间盘盘内压力的相关性需进行相关研究来验证。本试验研究对象较少,需增加样本量进行研究,以建立国人腰椎各节段IAR的相关参数。同时由于受CT设