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目的:(1)测定生理载荷下颈椎轴向旋转时各运动节段的三维运动数据并分析颈椎轴向旋转时各节段间的耦合运动特点;(2)测定生理载荷下颈椎侧弯时各运动节段的三维运动数据并分析颈椎侧弯运动时各节段间的耦合运动特点;(3)测定生理载荷下颈椎屈伸时各运动节段的三维运动数据并分析颈椎屈伸运动时各节段间的耦合运动特点。方法:招募16名健康志愿者,排除颈椎病史、颈部疼痛不适及发育畸形,年龄22-29岁(中位年龄23岁)。采用双X线透视成像系统(dual fluoroscopic imaging system,DFIS)和螺旋CT相结合的二维-三维匹配技术,首先用螺旋CT扫描受试者颈椎,并将获得的颈椎CT影像导入计算机三维建模软件,建立颈椎三维模型;然后将该三维模型与双X线透视成像系统捕获的不同运动状态时(“中立位、最大左旋、右旋位”、“中立位、最大左侧屈位、最大右侧屈位”、“中立位、最大前屈、后伸位”)颈椎的双平面透视二维影像相匹配,从而在计算机软件中再现颈椎在不同运动状态下的位置。这样,通过在三维坐标系中测量颈椎各运动节段上下两椎体在运动前后和相对位置和角度变化,可以计算出颈椎在轴向旋转、侧弯运动及屈伸运动时各节段的三维运动数据,并由此得出轴向旋转、侧弯运动及屈伸运动时颈椎各节段的耦合运动规律。结果:1、颈椎轴向运动时,(1)C1/2、C2/3、C3/4、C4/5、C5/6、C6/7节段的平均旋转角度分别为71.0°、0.1°、8.9°、3.4°、6.7°、2.8°;颈椎轴向旋转时,C1/2旋转范围占C1-C7整体旋转角度的77%;下颈椎各节段中以C3/4、C5/6节段轴向旋转范围最大,C2/3最小(P<0.05);(2)C1/2(18.5°)耦合侧屈方向与轴向旋转方向相反;C2/3(1.1°)、C3/4(5.0°)、C4/5(6.2°)、C5/6(5.3°)、C6/7(3.8°)节段的耦合侧屈方向与轴向旋转方向相同,其中C2/3的耦合侧屈角度明显小于C3/4、C4/5、C5/6节段(P<0.05)。2、颈椎侧屈运动时,(1)C1/2、C2/3、C3/4、C4/5、C5/6、C6/7节段的平均侧屈角度分别为11.7°、3.2°、9.0°、7.7°、9.1°、9.9°,以C2/3节段运动范围最小(P<0.05);(2)C1/2耦合轴向旋转方向与主运动方向相反,平均轴向旋转角度为26.4°;C2/3(1.7°)、C3/4(8.9°)、C4/5(3.5°)、C5/6(4.4°)、C6/7(4.6°)节段的耦合轴向旋转方向与主运动方向相同,其中耦合轴向旋转角度以C2/3的较小,C3/4最大(P<0.05);上颈椎与其下方各节段的耦合轴向旋转相互抵消,使得颈椎整体在侧弯运动时并不表现出明显的轴向旋转。3、颈椎屈伸运动时,(1)C1/2、C2/3、C3/4、C4/5、C5/6、C6/7节段的平均屈伸角度分别为8.4°、6.6°、11.5°、17.3°、17.4°、9.1°,其中C4/5、C5/6屈伸角度较其他各节段均大(P<0.05),其次C3/4节段,以C2/3节段运动范围最小;(2)各节段均未表现出明确的耦合旋转及耦合侧屈运动;前后方向上耦合屈伸同向位移,其中以C3/4、C4/5、C5/6节段较大,C1/2、C2/3、C6/7节段耦合位移较小。结论:本研究应用二维-三维匹配技术测量了颈椎各节段的三维运动数据,得出颈椎轴向旋转、侧弯运动及屈伸运动时的耦合运动特点。这些结果有助于提高人们对颈椎运动学的认知水平,使我们更深入地了解颈椎的生理运动特征并有助于阐述颈椎疾病发展的潜在机械力学机制,并为颈椎疾病的诊断、治疗及假体设计提供数据支持。