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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。