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背景和目的:脊髓型颈椎病是造成成年人群非创伤性瘫痪的最主要原因,研究表明:年龄超过50岁的人群脊髓型颈椎病的发病率是25-50%,年龄超过65岁的人群中,脊髓型颈椎病的发病率增高到75-90%,保守治疗的效果一般不是令人非常满意,发病人群中需要手术减压的发生率高达0.7%。近年来随着科技的进步,手术治疗脊髓型颈椎病的方法越来越多。目前常见的手术方法有前路手术中的颈前路椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion ACDF)与颈前路椎体次全切除椎体融合术(cervical corpectomy and fusion ACCF),后路手术中的椎板切除术(Laminectomy)与椎板成形术(Laminoplasty)。其中后路手术中的单开门椎板成形术(Single Open-door Laminoplasty)是治疗多节段脊髓型颈椎病最常用的手术方法。单开门椎板成形术,在利用磨钻研磨骨时,由于缺乏其他客观辅助的反馈措施,只能依靠术者的感官来判断骨研磨的程度,并且在开门侧很难判断磨钻是否穿透腹侧皮质骨。由于脊髓非常脆弱,并且患者椎管狭窄脊髓受压,在单开门椎板成形术中,当利用磨钻研磨骨时,医生只能凭借其操作经验进行研磨操作,但由于椎板的外形,厚度个体之间存在差异,手术操作当中很容易损伤到脊髓,从而造成术后一系列的并发症。对于有经验的外科医生来说,手术中能够通过磨钻与骨研磨发出声音的不同来识别术中骨研磨的程度。但是术者的疲劳度增加会使这种经验判断的准确性也下降。因此在单开门椎板成形术中,骨研磨的过程被认为是存在潜在风险的。我们之前报道过利用骨研磨过程中产生的声压信号(sound pressure signal SPS)不同来识别和控制长管状骨的研磨,至今,未见单开门研磨过程中声压信号不同的研究被报道。本文的目的是提出一种非接触声压信号监测方法用于单开门骨研磨过程中,从而提高手术操作的安全性。实验方法:6只6个月大的猪被用于我们的实验手术中,我们选取实验动物C5椎体作为我们单开门手术中声压信号实验的主要对象。每只动物实验前给予常规的消毒与麻醉,手术中一个标准后入路正中切口来暴露猪的颈椎椎板,并选取C5椎体作为单开门手术研磨操作的对象。一个安装有电动磨钻的双自由度机械臂被用于手术中控制椎板骨研磨操作。手术实验中开门策略被分为两部分:首先第一步利用5mm钻头在椎板两侧沿着椎板的纵轴研磨C5椎板与上下关节突的背侧皮质骨与松质骨,在椎板的两侧开出一个骨槽。然后第二步在开门侧,利用2mm钻头持续穿透椎板腹侧皮质骨(骨槽底部剩余骨组织),从而彻底分离椎板与关节突,开门侧的研磨过程完成。在门轴侧我们保留椎板腹侧皮质骨(骨槽底部剩余骨组织)。一个可以提供10Hz-40KHz覆盖人耳听力范围的广阈麦克风46BE(GRAS,Holte,丹麦)被用于收集实验中产生的声压信号。一台可以提供精度24-bit的模拟数字转换,并且它的最大样本频率为102.4k Hz的USB-4431(National Instruments,Austin,美国)动态信号采集仪被用于对研磨过程中产生的声压信号进行高精度测量。实验中利用5mm钻头研磨C5椎板松质骨与腹侧皮质骨和利用2mm钻头研磨C5椎板腹侧皮质骨与穿透所产生的声压信号被分别测量。实验中产生的声压信号利用MTALAB(版本8.3,2014a)软件在1000Hz,2000Hz,3000Hz,4000Hz,5000Hz,6000Hz,7000Hz,8000Hz,9000Hz,10000Hz分别被程序化输出和表达。我们利用PASW statistics 19(SPSS,Inc.,芝加哥,IL,美国)这款软件对所收集的声压信号幅度(sound pressure signal extent SPSE)进行统计学分析,分析方法为独立样本T检验。实验结果:我们分别在6只猪的C5椎体上重复相同的实验过程。当利用5mm钻头研磨猪C5椎板松质骨与腹侧皮质骨,研磨椎板松质骨与椎板腹侧皮质骨所产生的声压信号幅度在1000Hz,2000Hz,3000Hz频率下具有统计学差异(P<0.05),研磨椎板腹侧皮质骨所产生的声压信号幅度要大于研磨椎板松质骨所产生的声压信号幅度,并且在2000Hz频率下差异性最为明显,均值差异最大。利用5mm钻头研磨椎板松质骨与椎板腹侧皮质骨所产生的声压信号幅度在4000Hz,5000Hz频率下不都具有统计学差异(P>0.05),但是研磨椎板腹侧皮质骨所产生的声压信号幅度的均值大于研磨椎板松质骨所产生声压信号幅度的均值。在开门侧,利用2mm钻头研磨C5椎板腹侧皮质骨到穿透所产生的声压信号幅度,在1000Hz,2000Hz,3000Hz,4000Hz,5000Hz都具有统计学差异(P<0.05),且研磨椎板腹侧皮质骨所产生的声压信号幅度明显大于研磨穿透时的声压信号幅度,在2000Hz频率下差异性最为明显,均值差异最大。讨论:单开门手术中,研磨操作产生的声音信号包含着非常有用的信息,为我们进一步分析提供了可能。在我们的这项研究中,我们通过分析声压信号提出了一种非接触声压信号监测方法。通过分析声压信号可以监测当前椎板骨研磨的程度。通过统计学分析我们发现,利用5mm钻头研磨椎板腹侧皮质骨的声压信号幅度大于椎板松质骨的声压信号幅度,利用2mm钻头研磨椎板腹侧皮质骨的声压信号幅度大于穿透时的声压信号幅度。这说明通过收集和分析研磨骨时产生的声压信号可以监测和识别手术中椎板骨研磨的程度,实验结果证实了我们所提出的非接触声压信号监测方法可以正确的识别椎板骨研磨的状态和程度,从而提高单开门椎板手术的安全性。