應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)結(jié)合瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸理論評估腰椎節(jié)段穩(wěn)定性及其臨床意義

應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)結(jié)合瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸理論評估腰椎節(jié)段穩(wěn)定性及其臨床意義

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)人一生都會受到腰痛的困擾，其中30%與腰椎失衡有關(guān)。由于腰椎節(jié)段運(yùn)動是一種三維的、多達(dá)6個(gè)自由度的、復(fù)雜的三關(guān)節(jié)耦聯(lián)運(yùn)動,并且受到椎間盤、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、周圍韌帶以及相關(guān)肌肉筋膜等多重因素的影響本研究旨在將計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)與瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸(IAR)理論相結(jié)合,建立一套能夠?qū)⒀?個(gè)自由度考慮在內(nèi)且不受周圍解剖因素影響的客觀、精確的腰椎節(jié)段運(yùn)動評估系統(tǒng),初步歸納出健康成人與腰椎失穩(wěn)兩個(gè)群體的不同腰椎節(jié)段運(yùn)動IAR相關(guān)參數(shù),發(fā)現(xiàn)腰椎節(jié)段運(yùn)動形式的多樣性,同時(shí)將進(jìn)一步證實(shí)IAR在腰椎節(jié)段不穩(wěn)研究中的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。1對象和方法1.1性別基因型及年齡分布選取2017年1月—2018年3月在我院經(jīng)動力位X線檢查確診L4-5單節(jié)段不穩(wěn)并伴有半年以上下腰痛癥狀患者42例,男18例,女24例;年齡30～50歲,平均(36.4±10.3)歲。選取無腰背痛癥狀及脊柱外科手術(shù)史志愿者70例作為對照組,男33例,女37例;年齡20～50歲,平均(32.6±12.3)歲。所有納入研究對象均簽署知情同意書。兩組一般資料比較,差異無顯著性(P>0.05),具有可比性。1.2掃描影像的獲取所有研究對象采用GEOptima670CT掃描分別獲得仰臥中立位和仰臥右旋50°位全腰椎掃描影像,參數(shù)選取:電壓120kV,電流量300mA,厚度1mm,并以DICOM格式保存。1.3終板重心及上關(guān)節(jié)突表面重心的測算將DICOM影像文件輸入圖像處理軟件Mimics19.0,重建腰椎三維圖像,獲取L1～S1每個(gè)椎體的上下終板的點(diǎn)云影像,并測算出每個(gè)終板的重心坐標(biāo)和終板的向量(圖1),在L1～L5雙側(cè)上關(guān)節(jié)突表面的點(diǎn)云資料上應(yīng)用OTSUKA等1.4iar相關(guān)矩陣的計(jì)算以每個(gè)腰椎運(yùn)動節(jié)段中的上位椎體為運(yùn)動椎體,相鄰下位椎體為相對固定椎體,進(jìn)行各運(yùn)動節(jié)段兩個(gè)相鄰椎體間的相對運(yùn)動分析。經(jīng)上述方法獲得L1～L5每個(gè)椎體上、下終板和雙側(cè)上關(guān)節(jié)突的表面重心后,即擁有了IAR相關(guān)矩陣計(jì)算的4個(gè)非共面的點(diǎn)。以下位椎體上終板重心為原點(diǎn),以該終板的方向?yàn)橄蛄?建立每個(gè)腰椎節(jié)段的局部坐標(biāo)系,Y軸位于冠狀面由右側(cè)指向左側(cè),X軸位于矢狀面由腹側(cè)指向背側(cè),Z軸垂直于X-Y平面由尾側(cè)指向頭側(cè)。將上位椎體四個(gè)非共面點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在該節(jié)段中的局部坐標(biāo),包括運(yùn)動前的局部坐標(biāo)和運(yùn)動后的局部坐標(biāo)(圖3)。1.5計(jì)算方法應(yīng)用KINZEL等1.6兩組旋轉(zhuǎn)角度、iar到坐標(biāo)原點(diǎn)最東北部的比較應(yīng)用SPSS23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。兩組同節(jié)段運(yùn)動椎體沿IAR旋轉(zhuǎn)角度、IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離差異的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),對照組內(nèi)的不同腰椎節(jié)段間的運(yùn)動椎體沿IAR旋轉(zhuǎn)角度、IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離比較采用單因素方差分析,采用SNK-q檢驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較。兩組同腰椎節(jié)段之間P點(diǎn)彌散程度差異的比較采用卡方檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2結(jié)果2.1兩組到坐標(biāo)原點(diǎn)最東北部112例試驗(yàn)對象中從L1～S1評估了560個(gè)運(yùn)動節(jié)段。腰椎運(yùn)動椎體沿IAR平均旋轉(zhuǎn)角度及IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離見表1。病例組L4-5節(jié)段IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離大于對照組(t=6.36,P<0.05),兩組間其他節(jié)段比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。對照組中IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離的平均值自L1-2至L4-5逐漸增大而L5-S1節(jié)段卻突然減小,其中L4-5節(jié)段上IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離大于其他節(jié)段,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=10.05,q=3.69～8.78,P<0.05);L5-S1節(jié)段上IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離小于其他節(jié)段(q=3.34～8.78,P<0.05)。2.2分散p點(diǎn)的地方IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最近的點(diǎn)P(P2.3《著有2.052.0.053.5.2.0》,第5頁著錄2.5和第2號,第5頁著錄2.5和第2.5,第5做數(shù)字身份證,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病例組各腰椎節(jié)段運(yùn)動椎體沿IAR旋轉(zhuǎn)的角度與對照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。對照組中L1～S1運(yùn)動椎體沿IAR旋轉(zhuǎn)角度的平均值逐漸增大,其中L5-S1節(jié)段旋轉(zhuǎn)角度的平均值明顯大于其他的節(jié)段,差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=4.98,q=3.95～5.93,P<0.05)。3腰椎節(jié)段穩(wěn)定性的測量人體脊柱通過杠桿、運(yùn)動軸、致動體和限制體協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)其生理功能,是一個(gè)精密的生物力學(xué)結(jié)構(gòu),其動力學(xué)機(jī)制非常復(fù)雜。此結(jié)構(gòu)不僅使脊柱具有良好的柔韌性和活動度,滿足了身體平衡和運(yùn)動的需要,而且又能確保脊柱獲得良好的穩(wěn)定性,有效限制各節(jié)段間的過度位移,保護(hù)神經(jīng)組織,防止畸形和疼痛的發(fā)生正常情況下,腰椎節(jié)段間的相對運(yùn)動控制在一定的生理范圍內(nèi),而當(dāng)椎間盤和關(guān)節(jié)突退變,以及各類手術(shù)操作對腰椎周圍組織造成破壞時(shí),則將影響腰椎節(jié)段的穩(wěn)定性,壓迫或牽拉鄰近的神經(jīng)組織,和(或)導(dǎo)致纖維環(huán)、終板、關(guān)節(jié)囊和韌帶組織發(fā)生異常形變,誘發(fā)頑固的腰背痛PEARCY等本研究結(jié)果顯示,IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離及P點(diǎn)的彌散程度是衡量腰椎節(jié)段穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。假設(shè)腰椎節(jié)段運(yùn)動只存在單純旋轉(zhuǎn)性質(zhì),IAR理論上應(yīng)穿過坐標(biāo)原點(diǎn),然而由于椎間盤這個(gè)柔軟的彈性組織在脊柱扭轉(zhuǎn)過程中的拉伸或者壓縮,使IAR都偏離了坐標(biāo)原點(diǎn),因此偏離越大,IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離越大,P點(diǎn)的分布也就越分散,這一節(jié)段的穩(wěn)定性也就越差。本研究結(jié)果顯示,L1～L5的IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離逐漸增大,而L5-S1的最短距離卻突然減小,這一特性符合腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)解剖特性,即L1～L5的角度逐步增大,并且方向由近似矢狀位向下逐漸變?yōu)樾蔽?至L5-S1節(jié)段時(shí)幾乎呈冠狀位,也證實(shí)腰椎小關(guān)節(jié)在限制腰椎運(yùn)動、維持腰椎穩(wěn)定性起到重要作用綜上所述,本研究結(jié)果顯示,IAR到坐標(biāo)原點(diǎn)最短距離及P點(diǎn)的彌散程度為早期診斷腰椎失穩(wěn)的重要指標(biāo),運(yùn)動椎體沿IAR的旋轉(zhuǎn)角度與椎間盤盤內(nèi)壓力的相關(guān)性需進(jìn)行相關(guān)研究來驗(yàn)證。本試驗(yàn)研究對象較少,需增加樣本量進(jìn)行研究,以建立國人腰椎各節(jié)段IAR的相關(guān)參數(shù)。同時(shí)由于受CT設(shè)