13~18岁青少年腰椎间盘突出症关节突关节骨性关节面三维数字化测量及有限元分析

来源 :内蒙古医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:playallprogram
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目的1.观察13~18岁正常与青少年腰椎间盘突出症(Adolescent Lumbar disc herniation,ALDH)的关节突关节骨性结构的相关指标,为腰椎间盘突出症早期诊断和治疗提供解剖学参考。2.观察不同关节突关节不对称(Facet Tropism,FT)标准下,建立ALDH与正常人腰椎生物力学有限元模型,总结其生物力学变化特点,为其病因分析提供参考。材料与方法1.回顾性收集内蒙古地区32例13~18岁腰椎间盘突出患者CT影像学资料(分别经2名影像科及2名脊柱外科副主任医师以上确诊,排除其他脊柱畸形等疾患),选择同期健康检查(同年龄段无脊柱疾患)者62例为对照组,将CT连续扫描的腰椎影像资料以DICOM格式存盘,导入Mimics 21.0进行测量关节突关节骨性关节面相关指标,包括关节突关节面高、关节突关节面宽、关节突厚、关节突关节面间距、关节突关节厚、关节突关节面横截面积、关节突关节角、关节突关节冠状位角、关节突关节横断角。ALDH组与对照组分别测量左右两侧观测指标,左右对比采用配对t检验;对照组按“3岁一组”年龄段分成两组,记为13~15岁组、16~18岁组,对不同性别间观测指标进行独立样本t检验;ALDH组与对照组两两比较采用独立样本t检验。2.联合应用软件MIMICS 21.0、3-Matic Medical 13.0、Geomagic Wrap、HYPERMESH和有限元软件ABAQUS建立下腰椎正常与青少年腰椎间盘突出症三维有限元模型,按照不同的下腰椎关节突关节不对称标准,包括对称模型FT 0°模型、不对称模型FT 5°模型、不对称模型FT 10°模型,收集13~18岁正常青少年和L4-5节段突出的青少年腰椎间盘突出症患者资料各3例,共计6例,均为男性,平均年龄(16.67±2.07)周岁,分成对照组与ALDH组,分析比较施加不同力矩载荷下(中立位、侧屈、旋转工况)椎间盘应力大小。结果1.(1)关节突关节面高:对照组中13~15岁组L5S1节段男女对比(P<0.05),差异有统计学意义,男性(15.57±1.71)mm小于女性(16.81±2.62)mm;L4-5节段与L5S1节段存在组内差异(P<0.05),L5S1数值最大为(16.27±2.27)mm。(2)关节突关节面宽:L3-4、L4-5、L5S1椎序间两两比较均存在差异(P<0.05),随椎序增加而增大。(3)关节突厚:上关节突厚随椎序增加而减小,下关节突厚随椎序增加而增大。(4)关节突关节面间距:随椎序增加而减小。(5)关节突关节厚:男性(1.63±0.32)mm与女性(1.38±0.25)mm(P<0.05),差异有统计学意义。L3-4、L4-5、L5S1椎序间关节突关节厚两两比较均存在差异(P<0.05),L3-L5随椎序先增加后减小,L4-5最大(1.6±0.31)mm,L5S1最小(1.37±0.38)mm。(6)关节突关节面横截面积:对照组中16-18岁组男女对比(P<0.05),差异有统计学意义,男性(22.1±3.04)mm2大于女性(18.92±3.71)mm2。L3-4分别与L4-5、L5S1节段两两比较均存在差异(P<0.05),L3-4节段最小为(21.61±4.01)mm2。(7)关节突关节角:对照组L3-L5自上而下分别为(39.67±8.49)°、(48.55±8.89)°、(51.64±8.83)°;ALDH组L3-L5自上而下分别为(44.09±8.48)°、(50.25±7.63)°、(54.2±10.14)°;L3-L5随椎序变化呈现递增趋势。L3-4、L5S1节段对照组小于ALDH组(P<0.05),差异有统计学意义。(8)关节突关节冠状位角、关节突关节横断角:L3-4与L4-5节段对比差异无统计学意义(P>0.05),均在L5S1节段最大,分别为(171.84±4.76)°、(81.84±4.76)°。(9)对照组与ALDH组对比,L3-4关节突关节角(P<0.05),差异有统计学意义,L4-5节段关节突关节面高、下关节突厚、关节突关节厚(P<0.05),差异均有统计学意义,L5下关节突厚、L5S1关节突关节厚、关节突关节角(P<0.05),差异有统计学意义。(10)根据卡方检验,ALDH组关节突关节不对称在FT10°时与对照组(P<0.05),差异有统计学意义。2.(1)建立6例男性正常与青少年腰椎间盘突出症患者的L3-L5节段三维有限元模型,获得中立位、前屈、后伸、侧屈和旋转工况正常与青少年腰椎间盘突出症应力、位移云图;(2)正常青少年关节突关节角左右对称在中立位时,L4-5纤维环后侧应力增大;(3)不同工况下,椎间盘应力纤维环均大于髓核,纤维环应力前屈>中立位>后伸。(4)ALDH组下腰椎关节突关节左侧大于右侧10°模型,后伸工况L4-5节段纤维环后侧应力明显增大。侧屈工况下,左侧屈纤维环左侧应力与右侧屈纤维环右侧应力(P<0.05),差异有统计学意义,右侧屈纤维环右侧应力大于左侧屈纤维环左侧应力。旋转工况下,纤维环左右两侧应力>后侧应力。结论1.ALDH发生在L5S1节段时,关节突关节角侧别间数值大小比较存在明显差异,对照组未见明显差异;对照组中,L3-L5节段男女性关节突关节厚、关节突关节面横截面积对比存在差异,男性普遍大于女性。2.关节突关节面高度偏大、下关节突偏大、关节突关节厚偏小能够提示容易发生腰椎间盘突出,关节突关节不对称可认为是ALDH发生的一个危险因素。3.对照组与ALDH组对比,不同姿态下,椎间盘应力均增大,可能导致椎间盘剪切力负荷增加,加剧椎间盘退变的进程。4.对照组与ALDH组对比,不同姿态下,椎间盘应力均增大,可能导致椎间盘剪切力负荷增加,产生青少年腰椎间盘突出。5.在关节突关节左右不对称度数大于10°时,度数小的一侧应力大。关节突关节不对称会导致椎体、椎间盘负荷过重,导致脊柱失稳。6.后伸时椎间盘应力小于中立位、前屈时的应力,后伸动作可以缓解椎间盘压力,对青少年腰椎间盘突出症患者的恢复起到辅助作用。
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