颈前路零切迹减压融合术对邻近节段瞬时旋转中心及活动度的影响研究

李冬梅　刘宝戈　田宝朋　崔维　朱继超　亢卫波　张耀

颈前路零切迹减压融合术对邻近节段瞬时旋转中心及活动度的影响研究

李冬梅刘宝戈田宝朋崔维朱继超亢卫波张耀

目的探讨颈前路零切迹减压融合术对邻近节段瞬时旋转中心（instantaneous center of rotation，ICR）及活动度（range of motion，ROM）的影响。方法对2011年10月至2014年12月的122例采用颈前路零切迹自锁式椎间融合器行颈前路减压融合术（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）的患者进行回顾性分析。收集患者术前及末次随访时的过伸、过屈位X线片，测量邻近节段的ICR、ROM以及颈椎整体ROM。采用疼痛视觉模拟量表（visual analogue scale，VAS）评分、日本骨科协会（Japanese Orthopaedic Association，JOA）评估治疗分数、颈椎功能障碍指数（neck disability index，NDI）评价治疗效果。结果随访3～21个月，平均6个月。无论是融合上方还是下方相邻节段的ICR，其术前与末次随访时的数值差异均无统计学意义（均P＞0.05）；对于颈椎整体和屈、伸位ROM，其术前与末次随访时的数值差异均有统计学意义（均P＜0.05），但其上下方相邻节段手术前后的ROM比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）；本组手术前后的VAS评分、JOA评分及NDI的比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。结论采用颈前路零切迹减压融合术治疗颈椎病效果良好，对邻近节段的ICR和ROM未造成明显的影响。

脊柱融合术；颈椎；生物力学

颈前路减压融合术（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）是治疗颈椎病的经典手术方式。国内外学者对多节段钛板固定术后的病人进行研究，发现术后整体活动度（range of motion，ROM）减少，邻近节段ROM增加，可能加速或出现相邻节段退变［1-3］。

颈前路零切迹自锁式椎间融合器治疗颈椎病，维持节段稳定性好，避免了钛板对组织的并发症，且手术创伤小。为研究其术后对颈椎整体ROM以及邻近节段生物力学的影响，本文回顾性研究了122例行颈前路零切迹自锁式椎间融合器治疗颈椎病患者的病例资料，探讨应用该方法治疗颈椎病对邻近节段瞬时旋转中心（instantaneous center of rotation，ICR）及ROM的影响。

资料与方法

一、纳入与排除标准

纳入标准：①2011年10月至2014年12月于我院行颈前路零切迹自锁式椎间融合器（LDR公司，法国）治疗颈椎病者；②随访资料及影像学资料完整，术前术后均摄过伸、过屈位X线片。

排除标准：①严重颈肩部疼痛、颈部畸形、颈椎骨折；②伴有连续型后纵韧带骨化，黄韧带钙化；③发育性颈椎管狭窄，以后方压迫为主的病例；④食管型、椎动脉型颈椎病；⑤有全身神经肌肉系统疾病、颈部炎症、肿瘤、结核、代谢性骨病等病史；⑥有脑部或脊柱手术史；⑦妊娠妇女。

122例患者纳入本研究，男56例，女66例，年龄40～65岁，平均55岁。脊髓型颈椎病26例，神经根型颈椎病30例，混合型颈椎病66例。本组共植入自锁式椎间融合器314枚，2节段52例（C3-4、C4-54例，C4-5、C5-628例，C5-6、C6-720例）；3节段70例（C3-4、C4-5、C5-612例，C4-5、C5-6、C6-758例）。术后随访3～21个月，平均6个月。

二、ICR和ROM的测量

每位患者行颈椎标准前屈、后伸位数字化X线摄片检查。摄片时患者呈标准直立体位，双肩下垂，听鼻线平行于水平面，左侧身体靠近X线胶片，光束聚焦C4椎体水平，获得标准侧位片。要求患者尽量弯曲颈部得到前屈位X线片，后伸颈部得到后伸位X线片。所有影像摄片采用同一台柯达数字放射成像设备（Kodak Direct View DR 9500，日本）。

所有影像资料导入Mimics 16.0软件（Materialise公司，比利时），由3位脊柱外科医生采用双盲法分别测量全部数值，取平均值计入统计。设定颈椎前凸角为正值，后凸角为负值。

1.ICR的测量：利用Mimics 16.0软件的图像配比功能自动叠加两张动力位图像，减少人工误差。皮髓质交界处作为椎体和附件的轮廓，椎体和附件的轮廓线转折处作为影像标志点进行标记。建立直角坐标系，重叠椎体上缘作X轴，重叠椎体上缘与后缘交点为原点O，作Y轴，上位椎体前缘连线的中垂线与椎体后缘连线的中垂线之交点为ICR，用（X，Y）表示其位置［4］（图1）。

2.颈椎ROM的测量：分别测量颈椎整体ROM及邻近节段ROM。参照Penning等［5］设计的测量法，利用Mimics 16.0软件图像配比功能自动叠加两张动力位图像，以减少人工误差。皮髓质交界处作为椎体和附件的轮廓，椎体和附件的轮廓线转折处作为影像标志点进行标记。配比重叠C7椎体。描绘前屈位、后伸位C2下终板连线及重叠后C7下终板连线，得到C2～C7的前屈ROM、后伸ROM和整体ROM值，以及邻近节段ROM［6］（图2）。

三、疗效评价

收集并比较术前、末次随访时的疼痛视觉模拟量表（visual analogue scale，VAS）评分、日本骨科协会（Japanese Orthopaedic Association，JOA）评估治疗分数、颈椎功能障碍指数（neck disability index，NDI），以评价治疗效果。

四、统计学分析

图1　颈椎ICR的测量方法：自动重叠目的椎体及其附件，建立直角坐标系，重叠椎体上缘作X轴，上缘与后缘交点为原点O，作Y轴，上位椎体前缘连线的中垂线与椎体后缘连线的中垂线之交点为ICR，用（X，Y）表示（a）；手术节段为C4-5、C5-6时，自动重叠C4（b）/C7（c）椎体及其附件，建立直角坐标系，以重叠椎体上缘作X轴，上缘与后缘交点为原点O，作Y轴，C3（b）/C6（c）椎体前缘连线的中垂线及后缘连线的中垂线的交点为相邻上、下缘椎体的ICR，用（X，Y）表示

图2　颈椎ROM的测量：配比重叠C7椎体，前屈位、后伸位C2下终板连线及重叠后C7下终板连线，得C2～C7前屈ROM、后伸ROM和整体ROM值（a）；手术节段为C4-5、C5-6，前屈（b）、后伸位（c）C3下终板连线和C4上终板连线，C6下终板连线和C7上终板连线，得融合上方和下方相邻节段的ROM

采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，用Levene法分析数据是否符合正态分布，计量资料采用表示，术前与术后末次随访ROM、VAS评分、JOA评分、NDI的比较采用配对t检验，对邻近节段ICR的比较采用配对方差分析，检验水准α值取双侧0.05。

结果

一、邻近节段ICR

融合上方相邻节段的ICR，术前为（0.43±0.17，-0.64±0.57）、末次随访时为（0.42±0.14，-0.68±0.60），差异无统计学意义（F=1.367，P=0.083；F=1.119，P= 0.341）；融合下方相邻节段的ICR，术前为（0.37± 0.27，-0.16±0.52）、末次随访时为（0.47±0.19，-0.25± 0.41），差异无统计学意义（F=1.748，P=0.100；F= 1.919，P=0.128）。

术前与末次随访时邻近节段的ICR未发生明显变化。

二、颈椎ROM

术前颈椎整体ROM为（49.22±10.90）°，末次随访时为（29.72±9.02）°，差异有统计学意义（t=2.368，P=0.021）；术前颈椎前屈ROM为（-21.15±10.67）°，末次随访时为（-7.66±8.07）°，差异有统计学意义（t=-11.003，P=0.000）；术前颈椎后伸ROM为（28.07± 10.01）°，末次随访时为（22.06±7.11）°，差异有统计学意义（t=4.653，P=0.000）。术前融合上方相邻节段ROM为（9.99±3.60）°，末次随访时为（9.10±4.01）°，差异无统计学意义（t=0.705，P=0.483）；术前融合下方相邻节段ROM为（6.19±4.12）°，末次随访时为（6.51±5.72）°，差异无统计学意义（t=0.557，P= 0.579）。详见表1。

三、疗效评分

术前VAS评分为（8.98±5.75）分，末次随访时为（0.80±0.50）分，差异有统计学意义（t=2.630，P= 0.010）；术前JOA评分为（12.32±2.47）分，末次随访时为（16.62±0.05）分，差异有统计学意义（t=2.350，P=0.020）；术前NDI为（34.75±16.44）%，末次随访时为（15.72±7.20）%，差异有统计学意义（t=11.885，P= 0.000）。

讨论

一、ACDF对ICR的影响

ICR的基本概念来自于物理学，主要用来描述刚体平面运动，后被应用于脊柱运动学研究。基本含义为：刚体平面运动时在其运动平面上存在一点，在刚体进行运动的瞬间，这个点的瞬时速度为0［7］。通过ICR垂直运动平面的直线称为瞬时旋转轴。ICR作为点描述平面运动，而瞬时旋转轴作为轴线描述空间运动，由于空间运动的复杂性，在脊柱运动学研究中，ICR用于描述上位椎体相对于下位椎体的运动，即脊柱功能单位（functional spinal unit，FSU）运动［8］。

表1　122例患者术前与末次随访时的ROM（，°）

表1　122例患者术前与末次随访时的ROM（，°）

节段　术前ROM末次随访ROM伸伸C2～C7上方相邻节段下方相邻节段屈-21.15±10.67 -4.25±2.55 -1.28±2.77 28.07±10.01 5.73±2.99 4.91±2.87整体49.22±10.90 9.99±3.60 6.19±4.12 屈-7.66±8.07 -4.31±3.09 -1.73±3.05 22.06±7.11 4.79±2.92 4.77±5.25整体29.72±9.02 9.10±4.01 6.51±5.72

Bible等［9］指出ROM能够反映椎间运动数量变化，无法反映椎间运动性质变化，在一些情况下ROM未发生变化，而ICR可反映出异常运动学变化。Bogduk等［10，11］报道ICR的变化能反映颈椎运动学性质变化，对病理变化的敏感性较好。本课题将ICR与ROM进行结合，更加客观地分析ACDF对邻近节段生物力学影响。

Anderst等［12］将研究对象分成无症状组和颈椎融合术组，研究ICR的变化与邻近节段退变之间关系，结果颈椎融合术后ICR的运动路径未发生改变，邻近节段应力未增加，表明颈椎融合术后患者的ICR未发生变化。

本课题研究得出ACDF后手术节段邻近节段的ICR未发生变化，邻近节段退变的发生可能与其他因素有关。Wilder等［13］对707例未进行融合手术的患者进行随访，平均年龄66.8岁，平均随访时间5.8年，最终发现48%的患者在影像学上出现椎间盘退变，每年退变率高达8%～9%，表明邻近节段退变的自然病程也不容忽视。Lundine等［14］回顾性研究106例患者颈椎MRI，发现邻近节段退变并非直接由融合手术造成，更与退变的自然病程有关。Okada等［15］对223例健康自愿者随访（11.7±0.8）年，通过其MRI发现退变发生率高达58%。

二、ACDF对ROM的影响

Baba等［16］回顾性研究106例接受颈椎融合术患者的颈椎X线片，随访8.5年发现有10%的患者出现邻近节段ROM增加。Capen等［17］对59例患者行ACDF，随访3.5年，发现有64%患者出现邻近节段退变。Cho等［18］对7具尸体标本研究，显示颈椎融合术后邻近节段退变与其矢状位整体ROM降低、邻近节段ROM增加有关。

本课题研究得出颈前路零切迹减压融合术后颈椎整体ROM有所下降，但是邻近节段ROM较术前并未发生变化。Saavedra-Pozo等［19］报道邻近节段退变是多因素造成的一种病理过程，ACDF并非主要因素，只是缓解患者症状、体征，不能阻止邻近节段退变自然病程的发展。Rao等［20］指出邻近节段退变的自然发展史比融合手术更重要。

综上所述，ACDF对颈椎邻近节段ICR和ROM未产生明显影响，对邻近节段生物力学在短期随访内无影响。但本研究随访时间短，且因患者主观原因不敢活动，造成整体ROM明显下降。有待多中心、大样本、长时间的临床随机对照研究，进一步评价零切迹自锁式椎间融合器治疗颈椎病对邻近节段生物力学及退变的影响。

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Kinematic analysis of the cervical spine after anterior cervical discectomy and self-locking cage fusion at an adjacent level.

LI Dongmei，LIU Baoge，TIAN Baopeng，CUI Wei，ZHU Jichao，KANG Weibo，ZHANG Yao.Department of Orthopaedics，Beijing Tiantan Hospital，Capital Medical University，Beijing 100050，China
Corresponding author:LIU Baoge，E-mail:baogeliu@hotmail.com

ObjectiveTo evaluate the instantaneous center of rotation（ICR）and range of motion （ROM）of the cervical adjacent segment after anterior cervical discectomy and self-locking cage fusion.MethodsA retrospective analysis was conducted on 122 patients who underwent anterior cervical discectomy and self-locking cage fusion between October 2011 and December 2014.The flexion and extension cervical X-rays were obtained before surgery and the final post-surgery check up and the ICR，ROM of the cervical adjacent segment were measured.The visual analogue scale（VAS），Japanese Orthopaedic Association（JOA）Scores and neck disability index（NDI）were used to evaluate the clinical effectiveness.ResultsThe patients were followed up for 6 months（range，3-21 months）.There were no significant differences in the cervical adjacent segment before surgery and the final post-surgery check up（all P＞0.05）.The changes of the flexion，extension and the whole cervical before surgery and the final post-surgery check up showed statistically significant difference （all P＜0.05），but there was no significant difference in the ROM of adjacent segment（all P＞0.05）.There was statistically significant difference in VAS scores，JOA and NDI（all P＜0.05）.ConclusionThe effectiveness of anterior cervical discectomy and self-locking cage fusion is satisfactory，and the influence of ICR and ROM on the adjacent segment is not obvious.

Spinal fusion；Cervical vertebrae；Biomechanics

10.3969/j.issn.1674-8573.2016.01.008

国家自然科学基金资助项目（81472137）；北京市卫生系统高层次卫生技术人才资助项目（2014-3-034）

100050北京，首都医科大学附属北京天坛医院骨科

刘宝戈，E-mail：baogeliu@hotmail.com

2015-12-29）