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目的1、通过测量健康志愿者上颈椎角度及下颈椎曲度,分析上、下颈椎曲度之间的相关性。2、应用健康志愿者的CT平扫数据,并参考相关资料设定颈椎各结构弹性模量、泊松比等参数,建立带有颅底的全颈椎三维有限元模型,并对其进行调整,验证模型有效性,为生物力学研究打好基础。3、通过三维有限元分析方法,研究不同寰枢椎融合角度对下颈椎生物力学的作用差异。4、对非类风湿性关节炎的寰枢椎融合患者进行临床分析,探讨影响下颈椎曲度的因素,验证生物力学分析结果。方法1、招募600名无症状志愿者。纳入标准:无颈椎病或创伤病史,没有颈痛及上肢神经症状,X线片可以清楚显示C7椎体下缘。所有志愿者均行颈椎中立位侧位片检查。拍片标准:在专业人员帮助下,志愿者保持放松站立,颈椎处于中立位并目视前方,球管距离1.5m。在颈椎侧位片上测量Oc-C2、C1-C2及C2-C7角度,前凸记录为正值,后凸记录为负值。每个值重复测量3次,取均值作为最后测量结果。对各角度之间的相关性及角度与年龄的相关性进行分析。2、应用健康志愿者的CT平扫数据,并参考相关资料设定颈椎各结构弹性模型等参数,建立带有颅底的全颈椎三维有限元模型,并对其进行调整,在屈曲、伸展、旋转及侧弯等工况下验证模型的有效性。3、通过调整寰椎前倾角度,改变正常模型寰枢椎矢状面夹角,根据手术操作方法进行双侧经寰枢关节螺钉及寰椎椎板钩内固定系统加载。分析比较不同模型下颈椎椎间盘、关节突关节囊在屈曲、伸展时的最大应力,同时对加载内固定后各功能单位的活动度变化进行分析。4、对临床手术病例进行随访分析,在颈椎侧位片上测量C1-C2及C2-C7角度。我们定义C1-C2角度为C1前、后弓下缘连线与C2椎体下缘切线形成的锐角,C2-C7角为C2椎体下缘切线与C7椎体上缘切线所形成的锐角。前凸为正值,后凸为负值。每个值重复测量3次,取均值作为最后测量结果。记录患者的年龄、性别、病因,分析影响术后C2-C7角度的因素。结果1、寰枢椎角度女性(28.2±4.0°)大于男性(26.4±4.6°)(t=4.379,P=0.000),C2-C7角度男性(16.3±7.3°)大于女性(12.7±6.6°)(t=5.198,P=0.000);Oc-C2角度女性(16.3±7.0°)大于男性(14.9±6.5°)(t=2.193,P=0.029)。无论男女,Oc-C2角度和C1-C2角度均与C2–C7角度均存在相关性,而且C1-C2角度与C2-C7角度的相关性要大于Oc-C2角度与C2-C7角度的相关性;C1-C2角度与Oc-C2角度均存在正相关性。无论男女,C1-C2角度、Oc-C2角度及C2-C7角度均与年龄存在相关性。2、建立的正常全颈椎三维有限元模型共包含664026单元,228557节点。与文献报道数据进行对比验证,发现该模型满足有限元分析的几何相似性和力学相似性要求。3、与未加载内固定模型相比,各加载内固定模型在伸屈工况下的活动度明显降低(P<0.01),而不同寰枢椎固定角度模型之间在屈伸活动度方面无明显的差异(P>0.05)。与未加载内固定的全颈椎模型相比,不同寰枢椎角度加载内固定后C3-C7椎间盘应力在颈椎屈伸工况下明显增大(P<0.05),而C2/3椎间盘的应力值明显减小;正常角度+5°加载内固定模型C3-C7椎间盘应力值大于正常角度加载内固定模型(P<0.05)。正常角度-5°及正常角度+5°加载内固定模型下颈椎关节囊在伸展工况下的应力值均较未加载内固定模型及正常角度加载内固定模型大,而且正常角度-5°模型与正常角度模型之间也存在统计学差异(P<0.05),前者应力值较大。4、所有患者均获得了骨性融合。17例患者术后不同程度的出现了C2-C7角度的减小。术前2例患者下颈椎存在后凸畸形,术后5例患者出现下颈椎后凸畸形,其中1例是在原有后凸畸形基础上的进展。所有术后下颈椎后凸畸形患者有2例出现颈肩部酸痛,其中1例伴有双手的麻木,但均通过保守治疗后症状改善,未进行二次手术治疗。手术前后C1-C2角度的平均值分别为18.2±13.3°(-18.7°～42.1°)和24.0±7.3°(7.8°～37.1°),术后C1-C2角度较术前增大(P=0.011)。手术前后C2-C7角度的平均值分别为13.7±9.6°(-3.4°～28.3°)和9.5±10.9°(-11.9°～31.8°),术后C2-C7角度较术前减小(P=0.041)。术前,C1-C2角度与C2-C7角度存在明显的统计学相关性,两者呈负相关(r=-0.566,P=0.003);术后,C1-C2角度与C2-C7角度存在负相关,但无明显的统计学意义(r=-0.218,P=0.296)。.手术前后C1-C2角度变化值平均为5.8±10.5°(-10.9°～28°),C2-C7角度变化值平均为-4.3±9.9°(-24.7°～13.9°),C1-C2角度变化值与C2-C7角度变化值之间存在明显的相关性(r=-0.522,P=0.004),说明C1-C2复位角度过大将会引起C2-C7角度减小,从而出现下颈椎前凸减小。术后C2-C7角度及手术前后C2-C7角度变化值与年龄、性别及病因均无统计学相关性。结论寰枢椎角度为影响下颈椎曲度的关键因素,寰枢椎角度与下颈椎曲度存在负相关;寰枢椎固定在过伸位置将会导致术后下颈椎代偿性前凸减小,而这种代偿性下颈椎曲度减小与融合后下颈椎的生物力学改变有关。