颈部屈伸运动时上下颈椎的矢状面运动特点

侯黎升，白雪东，葛丰，何勍*，阮狄克，程实，李欢迎，魏冰，刘娅，李栋

(1.海军总医院骨科，北京 100048；2.海军总医院放射科，北京 100048；3.海军总医院计算机中心，北京 100048；4.海军总医院耳鼻喉科，北京 100048；5.91181部队，山东 青岛 266000)

上颈椎(upper cervical spine，UCS)指C0～C2，寰枕关节是UCS重要组成部分。以往有学者认为颈椎(whole cervical spine，WCS)屈伸主要发生在寰枕关节[1-2]，近来有文献否定了该观点[3-4]。我们测量了123例患者的颈椎中立、过伸、过屈位影像资料，计算颈椎屈伸时WCS、UCS及下颈椎(subaxial cervical spine，SCS)的角度变化范围(range of angle，RA)，以期了解WCS、UCS及SCS的矢状面运动特点。

1 资料与方法

1.1 一般资料 自2014年2月至2017年1月行颈椎正侧、双斜、过伸过屈数字摄影(digital radiograph，DR)患者影像资料，选择侧位照射野涵盖全部下颌骨的影像。排除脊髓型颈椎病、后纵韧带骨化、强直性脊柱炎、颈椎感染、骨结构畸形及曾手术者。共有123例入选，其中男57例，年龄12～84，平均(45.9±15.0)岁；女66例，年龄21～81岁，平均(49.0±15.4)岁。研究获我院医学伦理委员会批准。

1.2 摄片姿势

1.2.1 中立侧位 患者站立，一侧肩紧靠影像接收器(image receptor，IR)，上下齿咬合，WCS的矢状面(mid-sagittal plane，MSP)平行IR，双眼平视前方，头、颈、躯干MSP重合，源像距100～120 cm，曝光电压65～75 kV，自动曝光控制，呼气后屏气摄片，使肩部向下放松，以助显露C6及C7。

1.2.2 过屈过伸位 侧立同前，上下齿咬合，自然用力分别屈、伸WCS到极限位摄片[2]。

1.3 图像处理 ImageViewer软件中打开源图像，选择目标区域，另存为JPG格式[5]。

1.4 线段绘制[5]AutoCAD 2007中打开JPG图像，绘制C2椎体后缘线(posterior edge of C2vertebral body，PEC2)，C6椎体后缘线(posterior edge of C6vertebral body，PEC6)，下颌底线(inferior edge of mandible，IEM)即颏隆突下界与下颌角连线(见图1)。

a 过屈 b 中立 c 过伸

图1 颈椎侧位DR图像(①为PEC2，②为PEC6，③为IEM，④为颏隆突下界，⑤为下颌角)

1.5 角度测量 测量各姿势下UCS角(angle of UCS，AUCS)，即IEM与PEC2夹角；SCS角(angle of SCS，ASCS)，即PEC2与PEC6夹角，PEC2向下的延长线在PEC6线前方设为正值；WCS角(angle of WCS，AWCS)，即IEM与PEC6夹角。理论上，IEM与C7夹角及C2、C7夹角更客观反映AWCS及ASCS。但部分DR仅显露出PEC6，遂选IEM与PEC6夹角和PEC2与PEC6夹角分别代表AWCS和ASCS。使用“标注”菜单栏的“角度标注”功能测量，精度0.1°(见图2)。

a 过屈 b 中立 c 过伸

图2 AutoCAD-2007测量角度(α为AUCS，β为ASCS，γ为AWCS)

2 结 果

2.1 角度测量结果(见表1) 男女同一测量值行ITT检验，差异无统计学意义(P>0.05)。不同姿势下的同一测量值行ANOVA分析，P=0.000，PTT检验，P=0.000。AWCS变换时AUCS和ASCS均变化，AUCS+ASCS=AWCS。同一姿势的不同测量值行ANOVA分析，P=0.000；行PTT检验，P=0.000。AWCS主要由AUCS组成。

表1 不同姿势下WCS、UCS及SCS的角度值±s，°)

2.2 WCS屈伸变化时RAWCS、RAUCS及RASCS的变化(见表2) 男女同一RA值的比较行ITT检验，F→E时女性RAWCS大于男性RAWCS(P=0.036)；其余各种变换时男女间RA值比较差异无统计意义(P>0.05)。RAWCS=RAUCS+RASCS。RAWCS、RAUCS及RASCS间比较采用ANOVA分析，P=0.000；行PTT检验，P<0.05(RAUCS

表2 姿势变换时RAWCS、RAUCS及RASCS变化±s，°)

2.3 三种姿势变换时RAUCS及RASCS与RAWCS的比值见表3 WCS在F→N、N→E及F→E变换时，男性分别有11例、23例及17例的RAUCS/RAWCS值大于50%，女分别有11例、19例及9例的RAUCS/RAWCS值大于50%。即这些病例颈椎屈伸主要发生于UCS。RAWCSF→E波动在16.3°～107.1°间(见图2～3)。WCS变换时，男性UCS在F→N、N→E及F→E时分别有6例、2例、1例出现逆向运动，SCS仅在N→E时有2例出现逆向运动；女性仅UCS在F→N时有6例出现逆向运动。即WCS由屈向伸时，UCS或SCS角度反而减少(见图3～6)。

2.4 以WCS中立位为参照，屈曲角度范围与过伸角度范围

表3 姿势变化时ARUCS、ARSCS占ARWCS比率±s，%)

a 过屈 b 中立 c 过伸

图3 WCS由中立向过屈变换时UCS发生逆向运动(α为AUCS，β为ASCS，γ为AWCS)

a 过屈 b 中立 c 过伸

图5 WCS由过屈向过伸变换时UCS发生逆向运动(α为AUCS，β为ASCS，γ为AWCS)

RA(F→E)=RAF→N+RAN→E，同一测量指标在WCS屈伸不同阶段的RA行ANOVA分析，P=0.000，进而行PTT检验，男性，RASCSF→N与RASCSN→E无差别，P=0.153；RAUCSF→N小于RAUCSN→E，P=0.016<0.05，而RAF→N明显小于RAN→E，(P=0.000<0.01)。即除男性SCS外，余情形下UCS、SCS及WCS的中立到过屈的角度变化要明显小于从中立到过伸的角度变化。

同一测量指标在F→N及N→E阶段的RA占各自总RA的比率见表4。男性UCS、SCS及WCS各有22例、22例及16例的RAF→N/RA(F→E)>50%，女性UCS、SCS及WCS各有13例、23例及17例的RAF→N/RAF→E>50%。

表4 各区域F→N和N→E时RA值占F→E时RA值的百分比±s，%)

a 过屈 b 中立 c 过伸

图4 WCS由中立向过伸变换时UCS发生逆向运动(α为AUCS，β为ASCS，γ为AWCS)

a 过屈 b 中立 c 过伸

图6 WCS由中立向过伸变换时SCS发生逆向运动(α为AUCS，β为ASCS，γ为AWCS)

3 讨 论

3.1 WCS屈伸并非主要发生在UCS 判定WCS屈伸时角度变化主要发生于UCS还是SCS，即RAWCS主要来自RAUCS还是RASCS，不是看UCS或SCS的静态值即AUCS或ASCS的大小，而应比较RAUCS与RASCS。颈椎角度测量的参考线有多种[1，3]，致测出的静态值即AUCS及ASCS有不同，但角度差值即RAUCS及RASCS是一致的[6]。本文分别以IEM与PEC2、PEC2与PEC6及IEM与PEC6的夹角作为AUCS、ASCS及AWCS，目的是为比较RAUCS与RASCS对RAWCS的贡献大小提供基础值。IEM清晰易辨，在AutoCAD中电子测量，数值更准，不易发生大的偏差。有学者指出坐位与立位时测量的角度会有变化[7]，本研究统一选站位测量，以排除姿势不同的干扰。

RAWCS主要来自RAUCS还是RASCS，文献报道研究结果不同。Rudolfssona等[1]报道，RAUCS、RASCS、RAWCS在F→N时分别为(33.9±6.0)°、(21.1±4.5)°、55.0°，在N→E时分别为(50.9±8.2)°、(5.4±4.2)°、56.3°，在F→E时分别为(84.7±8.0)°、(26.5±6.7)°、111.2°，显示RAWCS主要来自RAUCS。Park等[3]报道20～29岁者RAUCS、RASCS(C2～7)、RAWCS(C0～C7)在F→N时分别为(5.4±7.6)°、(30.5±16.0)°、35.9°，在N→E时分别为(16.3±15.6)°、(25.4±15.3)°、41.7°，在F→E时分别为21.7°、55.9°、77.6°；50～59岁者RAUCS、RASCS(C2～C7)、RAWCS(C0～C7)在F→N时分别为(5.3±4.4)°、(24.6±9.8)°、29.9°，在N→E时分别为(17.9±6.2)°、(16.7±10.2)°、34.6°，在F→E时分别为23.2°、41.3°、64.5°，显示RAWCS主要来自RASCS(50～59岁N→E阶段除外)。

我们的测量结果多与Park等[3]的报道相近。总体而言，不论WCS是F→N、N→E还是F→E过程，男女的RAWCS主要来自RASCS而非RAUCS；由于病例数有限，我们未行年龄分组的比较。但在部分个体又有RAUCS大于RASCS的情形(见图2～3)，表现出颈椎屈伸变化的个体特殊性，这些情形属正常还是异常现象，有待更多研究。

寰枢关节主要是旋转功能，屈伸范围有限，且由于寰椎的解剖标志的特殊性，测量C1～2的角度误差较大，UCS的角度测量实际主要指C0～1而言，多将C0～2合在一起测量。就SCS而言，RA在不同节段也非平均分配，而是呈节段特异性。Liu等[8]报道，WCS在F→E过程中，C2～3至C6～7的RA依次分别为(9.46±4.04)°、(13.66±4.52)°、(15.79±4.15)°、(14.15±6.14)°及(12.47±5.86)°，女性每一节段的RA平均比男性大2°；随年龄增大，每一节段RA会逐渐减小。本研究在于UCS与SCS总体RA的比较，未就单一节段角度进行细化测量。

本研究同时发现，就WCS的RA而言，女性大于男性。但余各种情形，男女间的RA变化并无统计学差异。

由于部分图像显示C7椎体后缘不清，我们将C2与C6的角度值作为ASCS。比较发现，在WCS屈伸过程中，C2～6的RA明显大于C0～2；如加上C6～7的RA，C2～7的RA显然将更大于C0～2。因此，本研究支持WCS屈伸主要发生于SCS。

3.2 WCS中立位与WCS屈伸的中点不是同一概念 理论上WCS中立位时，维持颈椎位置的屈肌及伸肌所需能量最小，为颈椎最佳位置。那么WCS屈伸时WCS、UCS及SCS是否均以WCS中立位为起始点、RAF→N与RAN→E相等呢？Rudolfssona等[1]报道RAUCSF→N=33.9°，RAUCSN→E=50.9°；RASCSF→N=21.1°，RASCSN→E=5.4°，RAWCSF→N=55°，RASCSN→E=56.3°，即WCS中立位分别靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中点(平分RAF→E的点)的屈、伸侧、及WCS中立位；Park等[3]则报道WCS中立位分别靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中点的屈、伸、屈侧；Wang等[9]的报道结果为RAWCSF→N=(51.9±9.3)°，RAWCSN→E=(91.9±16.3)°。本研究发现，除男性RASCSF→N与RASCSN→E相近外，余各水平RAF→N要小于RAN→E，即WCS中立位靠近各自屈伸中点的屈侧。但具体到某一个体，RAN→E却可能小于RAN→F。体现了个体运动的复杂性。考虑到本研究对象多有颈部不适，是否健康个体WCS中立位便是WCS、UCS及SCS屈伸的中点，有待更多深入研究。

3.3 UCS及SCS的逆向运动 常规理解，WCS屈伸时，UCS及SCS应与WCS同向变化才对[10]。但Wang等[9]发现WCS屈伸过程中UCS或SCS可能出现逆向运动。本研究在部分病例中也发现同样现象，主要集中在UCS区，这表现出了颈椎不同水平与WCS屈伸的不一致性。分析其机理，有将颈椎比作一弹簧结构，深层肌肉维持脊柱稳定，浅层肌作WCS屈伸的原动肌。前者精确控制单个颈椎节段运动，后者作用于多关节[11]。如前者无同步激活，仅凭后者无法对某一特定关节启动屈或伸运动，即逆向运动是深层肌与浅层肌相互抵消后的结果[9]。如果我们能发现同一个体的某一特定颈椎关节在不同次WCS屈伸时可出现或不出现逆向运动，上述解释将更有说服力。这有待于我们进一步核实。

3.4 本研究的意义 本研究澄清了WCS屈伸主要发生于UCS的错误认识。对于我们选择颈部疾患的治疗方案有很大帮助。颈椎前路减压手术时，有融合及间盘置换选项。如WCS屈伸主要发生在UCS，则融合对WCS整体屈伸不会明显影响；否则，则应酌情考虑间盘置换[12]。尽管总体而言，WCS屈伸主要位于SCS，但具体到某一个体可能不同，需结合具体病例甚至关注某一特殊节段。SCS上节段(如C2～C3)手术时，如UCS屈伸范围大，可通过UCS后伸避开上颌骨对手术区域的干扰(见图2)，甚至供实施前路颈椎弓根螺钉置入[13]。术前应重视颈椎动态影像检查，了解目标节段及WCS的屈伸特点，为制定手术方案提供更多信息[14]。

3.5 本研究的不足 有报道，后纵韧带骨化时颈椎屈伸特点会发生变化[15]，我们选择的病例颈椎虽无严重疾患，但多有颈部不适感，这些不适或许对颈椎屈伸特点有一定影响，本研究可能反映不了健康个体的情形[1，9]。普通X线片有一定的放射性，单纯出于研究目的，而寻找健康志愿者进行有放射性的检查，即使志愿者同意，我们认为也有不妥之处，本研究的来源不是完全健康的个体，为本研究的不足。不过，临床研究目的是为了对疾患治疗，从这个层面讲，病理下的颈椎屈伸特点或许对我们的治疗选择能提供更实际的帮助。随着科技进步，当有非放射性设备供我们准确测量时，在健康个体中得到的数据更为客观。但本研究发现部分个体的RAWCSF→E可达100°以上，提示存在颈部疾患不一定对WCS的RA造成严重影响。本研究仅就患者单次影像结果分析，如有重复数据或治疗后定期复查，或许会有新发现。有报道手术致SCS屈伸受限后，RAUCS可增大来代偿[16]，这是需我们进一步验证的内容。更为专业性的研究在进行屈伸2～3个循环后，再进行屈伸角度的测量，以抵消蠕变等生物力学特性的影响[17]。也有要求患者保持闭眼状态，以消除眼睛视物对位置造成的影响[2]。我们未采取上述措施，所有数据仅取单次颈椎屈伸影像，摄片过程中患者保持睁眼，可能对测量结果有一定的影响。有待以后完善。

总体而言，颈椎屈伸主要发生于SCS而非UCS，但某一具体个体，可能主要发生于UCS。除男性SCS外，WCS中立位更靠近颈椎各水平屈伸中点的屈侧。颈椎屈伸过程中，部分个体UCS或SCS会出现逆向运动。颈椎屈伸范围在个体间差异较大，在16.3°～107.1°间波动，UCS在-5.6°～39.4°间波动，SCS在2.4°～81.0°间波动。