頸部屈伸運(yùn)動時上下頸椎的矢狀面運(yùn)動特點(diǎn)

侯黎升，白雪東，葛豐，何勍*，阮狄克，程實(shí)，李歡迎，魏冰，劉婭，李棟

(1.海軍總醫(yī)院骨科，北京 100048；2.海軍總醫(yī)院放射科，北京 100048；3.海軍總醫(yī)院計算機(jī)中心，北京 100048；4.海軍總醫(yī)院耳鼻喉科，北京 100048；5.91181部隊，山東 青島 266000)

上頸椎(upper cervical spine，UCS)指C0～C2，寰枕關(guān)節(jié)是UCS重要組成部分。以往有學(xué)者認(rèn)為頸椎(whole cervical spine，WCS)屈伸主要發(fā)生在寰枕關(guān)節(jié)[1-2]，近來有文獻(xiàn)否定了該觀點(diǎn)[3-4]。我們測量了123例患者的頸椎中立、過伸、過屈位影像資料，計算頸椎屈伸時WCS、UCS及下頸椎(subaxial cervical spine，SCS)的角度變化范圍(range of angle，RA)，以期了解WCS、UCS及SCS的矢狀面運(yùn)動特點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 自2014年2月至2017年1月行頸椎正側(cè)、雙斜、過伸過屈數(shù)字?jǐn)z影(digital radiograph，DR)患者影像資料，選擇側(cè)位照射野涵蓋全部下頜骨的影像。排除脊髓型頸椎病、后縱韌帶骨化、強(qiáng)直性脊柱炎、頸椎感染、骨結(jié)構(gòu)畸形及曾手術(shù)者。共有123例入選，其中男57例，年齡12～84，平均(45.9±15.0)歲；女66例，年齡21～81歲，平均(49.0±15.4)歲。研究獲我院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 攝片姿勢

1.2.1 中立側(cè)位 患者站立，一側(cè)肩緊靠影像接收器(image receptor，IR)，上下齒咬合，WCS的矢狀面(mid-sagittal plane，MSP)平行IR，雙眼平視前方，頭、頸、軀干MSP重合，源像距100～120 cm，曝光電壓65～75 kV，自動曝光控制，呼氣后屏氣攝片，使肩部向下放松，以助顯露C6及C7。

1.2.2 過屈過伸位 側(cè)立同前，上下齒咬合，自然用力分別屈、伸WCS到極限位攝片[2]。

1.3 圖像處理 ImageViewer軟件中打開源圖像，選擇目標(biāo)區(qū)域，另存為JPG格式[5]。

1.4 線段繪制[5]AutoCAD 2007中打開JPG圖像，繪制C2椎體后緣線(posterior edge of C2vertebral body，PEC2)，C6椎體后緣線(posterior edge of C6vertebral body，PEC6)，下頜底線(inferior edge of mandible，IEM)即頦隆突下界與下頜角連線(見圖1)。

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖1 頸椎側(cè)位DR圖像(①為PEC2，②為PEC6，③為IEM，④為頦隆突下界，⑤為下頜角)

1.5 角度測量 測量各姿勢下UCS角(angle of UCS，AUCS)，即IEM與PEC2夾角；SCS角(angle of SCS，ASCS)，即PEC2與PEC6夾角，PEC2向下的延長線在PEC6線前方設(shè)為正值；WCS角(angle of WCS，AWCS)，即IEM與PEC6夾角。理論上，IEM與C7夾角及C2、C7夾角更客觀反映AWCS及ASCS。但部分DR僅顯露出PEC6，遂選IEM與PEC6夾角和PEC2與PEC6夾角分別代表AWCS和ASCS。使用“標(biāo)注”菜單欄的“角度標(biāo)注”功能測量，精度0.1°(見圖2)。

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖2 AutoCAD-2007測量角度(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

2 結(jié) 果

2.1 角度測量結(jié)果(見表1) 男女同一測量值行ITT檢驗(yàn)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。不同姿勢下的同一測量值行ANOVA分析，P=0.000，PTT檢驗(yàn)，P=0.000。AWCS變換時AUCS和ASCS均變化，AUCS+ASCS=AWCS。同一姿勢的不同測量值行ANOVA分析，P=0.000；行PTT檢驗(yàn)，P=0.000。AWCS主要由AUCS組成。

表1 不同姿勢下WCS、UCS及SCS的角度值±s，°)

2.2 WCS屈伸變化時RAWCS、RAUCS及RASCS的變化(見表2) 男女同一RA值的比較行ITT檢驗(yàn)，F(xiàn)→E時女性RAWCS大于男性RAWCS(P=0.036)；其余各種變換時男女間RA值比較差異無統(tǒng)計意義(P>0.05)。RAWCS=RAUCS+RASCS。RAWCS、RAUCS及RASCS間比較采用ANOVA分析，P=0.000；行PTT檢驗(yàn)，P<0.05(RAUCS

表2 姿勢變換時RAWCS、RAUCS及RASCS變化±s，°)

2.3 三種姿勢變換時RAUCS及RASCS與RAWCS的比值見表3 WCS在F→N、N→E及F→E變換時，男性分別有11例、23例及17例的RAUCS/RAWCS值大于50%，女分別有11例、19例及9例的RAUCS/RAWCS值大于50%。即這些病例頸椎屈伸主要發(fā)生于UCS。RAWCSF→E波動在16.3°～107.1°間(見圖2～3)。WCS變換時，男性UCS在F→N、N→E及F→E時分別有6例、2例、1例出現(xiàn)逆向運(yùn)動，SCS僅在N→E時有2例出現(xiàn)逆向運(yùn)動；女性僅UCS在F→N時有6例出現(xiàn)逆向運(yùn)動。即WCS由屈向伸時，UCS或SCS角度反而減少(見圖3～6)。

2.4 以WCS中立位為參照，屈曲角度范圍與過伸角度范圍

表3 姿勢變化時ARUCS、ARSCS占ARWCS比率±s，%)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖3 WCS由中立向過屈變換時UCS發(fā)生逆向運(yùn)動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖5 WCS由過屈向過伸變換時UCS發(fā)生逆向運(yùn)動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

RA(F→E)=RAF→N+RAN→E，同一測量指標(biāo)在WCS屈伸不同階段的RA行ANOVA分析，P=0.000，進(jìn)而行PTT檢驗(yàn)，男性，RASCSF→N與RASCSN→E無差別，P=0.153；RAUCSF→N小于RAUCSN→E，P=0.016<0.05，而RAF→N明顯小于RAN→E，(P=0.000<0.01)。即除男性SCS外，余情形下UCS、SCS及WCS的中立到過屈的角度變化要明顯小于從中立到過伸的角度變化。

同一測量指標(biāo)在F→N及N→E階段的RA占各自總RA的比率見表4。男性UCS、SCS及WCS各有22例、22例及16例的RAF→N/RA(F→E)>50%，女性UCS、SCS及WCS各有13例、23例及17例的RAF→N/RAF→E>50%。

表4 各區(qū)域F→N和N→E時RA值占F→E時RA值的百分比±s，%)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖4 WCS由中立向過伸變換時UCS發(fā)生逆向運(yùn)動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖6 WCS由中立向過伸變換時SCS發(fā)生逆向運(yùn)動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

3 討 論

3.1 WCS屈伸并非主要發(fā)生在UCS 判定WCS屈伸時角度變化主要發(fā)生于UCS還是SCS，即RAWCS主要來自RAUCS還是RASCS，不是看UCS或SCS的靜態(tài)值即AUCS或ASCS的大小，而應(yīng)比較RAUCS與RASCS。頸椎角度測量的參考線有多種[1，3]，致測出的靜態(tài)值即AUCS及ASCS有不同，但角度差值即RAUCS及RASCS是一致的[6]。本文分別以IEM與PEC2、PEC2與PEC6及IEM與PEC6的夾角作為AUCS、ASCS及AWCS，目的是為比較RAUCS與RASCS對RAWCS的貢獻(xiàn)大小提供基礎(chǔ)值。IEM清晰易辨，在AutoCAD中電子測量，數(shù)值更準(zhǔn)，不易發(fā)生大的偏差。有學(xué)者指出坐位與立位時測量的角度會有變化[7]，本研究統(tǒng)一選站位測量，以排除姿勢不同的干擾。

RAWCS主要來自RAUCS還是RASCS，文獻(xiàn)報道研究結(jié)果不同。Rudolfssona等[1]報道，RAUCS、RASCS、RAWCS在F→N時分別為(33.9±6.0)°、(21.1±4.5)°、55.0°，在N→E時分別為(50.9±8.2)°、(5.4±4.2)°、56.3°，在F→E時分別為(84.7±8.0)°、(26.5±6.7)°、111.2°，顯示RAWCS主要來自RAUCS。Park等[3]報道20～29歲者RAUCS、RASCS(C2～7)、RAWCS(C0～C7)在F→N時分別為(5.4±7.6)°、(30.5±16.0)°、35.9°，在N→E時分別為(16.3±15.6)°、(25.4±15.3)°、41.7°，在F→E時分別為21.7°、55.9°、77.6°；50～59歲者RAUCS、RASCS(C2～C7)、RAWCS(C0～C7)在F→N時分別為(5.3±4.4)°、(24.6±9.8)°、29.9°，在N→E時分別為(17.9±6.2)°、(16.7±10.2)°、34.6°，在F→E時分別為23.2°、41.3°、64.5°，顯示RAWCS主要來自RASCS(50～59歲N→E階段除外)。

我們的測量結(jié)果多與Park等[3]的報道相近。總體而言，不論WCS是F→N、N→E還是F→E過程，男女的RAWCS主要來自RASCS而非RAUCS；由于病例數(shù)有限，我們未行年齡分組的比較。但在部分個體又有RAUCS大于RASCS的情形(見圖2～3)，表現(xiàn)出頸椎屈伸變化的個體特殊性，這些情形屬正常還是異?，F(xiàn)象，有待更多研究。

寰樞關(guān)節(jié)主要是旋轉(zhuǎn)功能，屈伸范圍有限，且由于寰椎的解剖標(biāo)志的特殊性，測量C1～2的角度誤差較大，UCS的角度測量實(shí)際主要指C0～1而言，多將C0～2合在一起測量。就SCS而言，RA在不同節(jié)段也非平均分配，而是呈節(jié)段特異性。Liu等[8]報道，WCS在F→E過程中，C2～3至C6～7的RA依次分別為(9.46±4.04)°、(13.66±4.52)°、(15.79±4.15)°、(14.15±6.14)°及(12.47±5.86)°，女性每一節(jié)段的RA平均比男性大2°；隨年齡增大，每一節(jié)段RA會逐漸減小。本研究在于UCS與SCS總體RA的比較，未就單一節(jié)段角度進(jìn)行細(xì)化測量。

本研究同時發(fā)現(xiàn)，就WCS的RA而言，女性大于男性。但余各種情形，男女間的RA變化并無統(tǒng)計學(xué)差異。

由于部分圖像顯示C7椎體后緣不清，我們將C2與C6的角度值作為ASCS。比較發(fā)現(xiàn)，在WCS屈伸過程中，C2～6的RA明顯大于C0～2；如加上C6～7的RA，C2～7的RA顯然將更大于C0～2。因此，本研究支持WCS屈伸主要發(fā)生于SCS。

3.2 WCS中立位與WCS屈伸的中點(diǎn)不是同一概念 理論上WCS中立位時，維持頸椎位置的屈肌及伸肌所需能量最小，為頸椎最佳位置。那么WCS屈伸時WCS、UCS及SCS是否均以WCS中立位為起始點(diǎn)、RAF→N與RAN→E相等呢？Rudolfssona等[1]報道RAUCSF→N=33.9°，RAUCSN→E=50.9°；RASCSF→N=21.1°，RASCSN→E=5.4°，RAWCSF→N=55°，RASCSN→E=56.3°，即WCS中立位分別靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中點(diǎn)(平分RAF→E的點(diǎn))的屈、伸側(cè)、及WCS中立位；Park等[3]則報道WCS中立位分別靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中點(diǎn)的屈、伸、屈側(cè)；Wang等[9]的報道結(jié)果為RAWCSF→N=(51.9±9.3)°，RAWCSN→E=(91.9±16.3)°。本研究發(fā)現(xiàn)，除男性RASCSF→N與RASCSN→E相近外，余各水平RAF→N要小于RAN→E，即WCS中立位靠近各自屈伸中點(diǎn)的屈側(cè)。但具體到某一個體，RAN→E卻可能小于RAN→F。體現(xiàn)了個體運(yùn)動的復(fù)雜性?？紤]到本研究對象多有頸部不適，是否健康個體WCS中立位便是WCS、UCS及SCS屈伸的中點(diǎn)，有待更多深入研究。

3.3 UCS及SCS的逆向運(yùn)動 常規(guī)理解，WCS屈伸時，UCS及SCS應(yīng)與WCS同向變化才對[10]。但Wang等[9]發(fā)現(xiàn)WCS屈伸過程中UCS或SCS可能出現(xiàn)逆向運(yùn)動。本研究在部分病例中也發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象，主要集中在UCS區(qū)，這表現(xiàn)出了頸椎不同水平與WCS屈伸的不一致性。分析其機(jī)理，有將頸椎比作一彈簧結(jié)構(gòu)，深層肌肉維持脊柱穩(wěn)定，淺層肌作WCS屈伸的原動肌。前者精確控制單個頸椎節(jié)段運(yùn)動，后者作用于多關(guān)節(jié)[11]。如前者無同步激活，僅憑后者無法對某一特定關(guān)節(jié)啟動屈或伸運(yùn)動，即逆向運(yùn)動是深層肌與淺層肌相互抵消后的結(jié)果[9]。如果我們能發(fā)現(xiàn)同一個體的某一特定頸椎關(guān)節(jié)在不同次WCS屈伸時可出現(xiàn)或不出現(xiàn)逆向運(yùn)動，上述解釋將更有說服力。這有待于我們進(jìn)一步核實(shí)。

3.4 本研究的意義 本研究澄清了WCS屈伸主要發(fā)生于UCS的錯誤認(rèn)識。對于我們選擇頸部疾患的治療方案有很大幫助。頸椎前路減壓手術(shù)時，有融合及間盤置換選項(xiàng)。如WCS屈伸主要發(fā)生在UCS，則融合對WCS整體屈伸不會明顯影響；否則，則應(yīng)酌情考慮間盤置換[12]。盡管總體而言，WCS屈伸主要位于SCS，但具體到某一個體可能不同，需結(jié)合具體病例甚至關(guān)注某一特殊節(jié)段。SCS上節(jié)段(如C2～C3)手術(shù)時，如UCS屈伸范圍大，可通過UCS后伸避開上頜骨對手術(shù)區(qū)域的干擾(見圖2)，甚至供實(shí)施前路頸椎弓根螺釘置入[13]。術(shù)前應(yīng)重視頸椎動態(tài)影像檢查，了解目標(biāo)節(jié)段及WCS的屈伸特點(diǎn)，為制定手術(shù)方案提供更多信息[14]。

3.5 本研究的不足 有報道，后縱韌帶骨化時頸椎屈伸特點(diǎn)會發(fā)生變化[15]，我們選擇的病例頸椎雖無嚴(yán)重疾患，但多有頸部不適感，這些不適或許對頸椎屈伸特點(diǎn)有一定影響，本研究可能反映不了健康個體的情形[1，9]。普通X線片有一定的放射性，單純出于研究目的，而尋找健康志愿者進(jìn)行有放射性的檢查，即使志愿者同意，我們認(rèn)為也有不妥之處，本研究的來源不是完全健康的個體，為本研究的不足。不過，臨床研究目的是為了對疾患治療，從這個層面講，病理下的頸椎屈伸特點(diǎn)或許對我們的治療選擇能提供更實(shí)際的幫助。隨著科技進(jìn)步，當(dāng)有非放射性設(shè)備供我們準(zhǔn)確測量時，在健康個體中得到的數(shù)據(jù)更為客觀。但本研究發(fā)現(xiàn)部分個體的RAWCSF→E可達(dá)100°以上，提示存在頸部疾患不一定對WCS的RA造成嚴(yán)重影響。本研究僅就患者單次影像結(jié)果分析，如有重復(fù)數(shù)據(jù)或治療后定期復(fù)查，或許會有新發(fā)現(xiàn)。有報道手術(shù)致SCS屈伸受限后，RAUCS可增大來代償[16]，這是需我們進(jìn)一步驗(yàn)證的內(nèi)容。更為專業(yè)性的研究在進(jìn)行屈伸2～3個循環(huán)后，再進(jìn)行屈伸角度的測量，以抵消蠕變等生物力學(xué)特性的影響[17]。也有要求患者保持閉眼狀態(tài)，以消除眼睛視物對位置造成的影響[2]。我們未采取上述措施，所有數(shù)據(jù)僅取單次頸椎屈伸影像，攝片過程中患者保持睜眼，可能對測量結(jié)果有一定的影響。有待以后完善。

總體而言，頸椎屈伸主要發(fā)生于SCS而非UCS，但某一具體個體，可能主要發(fā)生于UCS。除男性SCS外，WCS中立位更靠近頸椎各水平屈伸中點(diǎn)的屈側(cè)。頸椎屈伸過程中，部分個體UCS或SCS會出現(xiàn)逆向運(yùn)動。頸椎屈伸范圍在個體間差異較大，在16.3°～107.1°間波動，UCS在-5.6°～39.4°間波動，SCS在2.4°～81.0°間波動。