頸部屈伸運動時上下頸椎的矢狀面運動特點

侯黎升，白雪東，葛豐，何勍*，阮狄克，程實，李歡迎，魏冰，劉婭，李棟

(1.海軍總醫院骨科，北京 100048；2.海軍總醫院放射科，北京 100048；3.海軍總醫院計算機中心，北京 100048；4.海軍總醫院耳鼻喉科，北京 100048；5.91181部隊，山東 青島 266000)

上頸椎(upper cervical spine，UCS)指C0～C2，寰枕關節是UCS重要組成部分。以往有學者認為頸椎(whole cervical spine，WCS)屈伸主要發生在寰枕關節[1-2]，近來有文獻否定了該觀點[3-4]。我們測量了123例患者的頸椎中立、過伸、過屈位影像資料，計算頸椎屈伸時WCS、UCS及下頸椎(subaxial cervical spine，SCS)的角度變化范圍(range of angle，RA)，以期了解WCS、UCS及SCS的矢狀面運動特點。

1 資料與方法

1.1 一般資料 自2014年2月至2017年1月行頸椎正側、雙斜、過伸過屈數字攝影(digital radiograph，DR)患者影像資料，選擇側位照射野涵蓋全部下頜骨的影像。排除脊髓型頸椎病、后縱韌帶骨化、強直性脊柱炎、頸椎感染、骨結構畸形及曾手術者。共有123例入選，其中男57例，年齡12～84，平均(45.9±15.0)歲；女66例，年齡21～81歲，平均(49.0±15.4)歲。研究獲我院醫學倫理委員會批準。

1.2 攝片姿勢

1.2.1 中立側位 患者站立，一側肩緊靠影像接收器(image receptor，IR)，上下齒咬合，WCS的矢狀面(mid-sagittal plane，MSP)平行IR，雙眼平視前方，頭、頸、軀干MSP重合，源像距100～120 cm，曝光電壓65～75 kV，自動曝光控制，呼氣后屏氣攝片，使肩部向下放松，以助顯露C6及C7。

1.2.2 過屈過伸位 側立同前，上下齒咬合，自然用力分別屈、伸WCS到極限位攝片[2]。

1.3 圖像處理 ImageViewer軟件中打開源圖像，選擇目標區域，另存為JPG格式[5]。

1.4 線段繪制[5]AutoCAD 2007中打開JPG圖像，繪制C2椎體后緣線(posterior edge of C2vertebral body，PEC2)，C6椎體后緣線(posterior edge of C6vertebral body，PEC6)，下頜底線(inferior edge of mandible，IEM)即頦隆突下界與下頜角連線(見圖1)。

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖1 頸椎側位DR圖像(①為PEC2，②為PEC6，③為IEM，④為頦隆突下界，⑤為下頜角)

1.5 角度測量 測量各姿勢下UCS角(angle of UCS，AUCS)，即IEM與PEC2夾角；SCS角(angle of SCS，ASCS)，即PEC2與PEC6夾角，PEC2向下的延長線在PEC6線前方設為正值；WCS角(angle of WCS，AWCS)，即IEM與PEC6夾角。理論上，IEM與C7夾角及C2、C7夾角更客觀反映AWCS及ASCS。但部分DR僅顯露出PEC6，遂選IEM與PEC6夾角和PEC2與PEC6夾角分別代表AWCS和ASCS。使用“標注”菜單欄的“角度標注”功能測量，精度0.1°(見圖2)。

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖2 AutoCAD-2007測量角度(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

2 結 果

2.1 角度測量結果(見表1) 男女同一測量值行ITT檢驗，差異無統計學意義(P>0.05)。不同姿勢下的同一測量值行ANOVA分析，P=0.000，PTT檢驗，P=0.000。AWCS變換時AUCS和ASCS均變化，AUCS+ASCS=AWCS。同一姿勢的不同測量值行ANOVA分析，P=0.000；行PTT檢驗，P=0.000。AWCS主要由AUCS組成。

表1 不同姿勢下WCS、UCS及SCS的角度值±s，°)

2.2 WCS屈伸變化時RAWCS、RAUCS及RASCS的變化(見表2) 男女同一RA值的比較行ITT檢驗，F→E時女性RAWCS大于男性RAWCS(P=0.036)；其余各種變換時男女間RA值比較差異無統計意義(P>0.05)。RAWCS=RAUCS+RASCS。RAWCS、RAUCS及RASCS間比較采用ANOVA分析，P=0.000；行PTT檢驗，P<0.05(RAUCS

表2 姿勢變換時RAWCS、RAUCS及RASCS變化±s，°)

2.3 三種姿勢變換時RAUCS及RASCS與RAWCS的比值見表3 WCS在F→N、N→E及F→E變換時，男性分別有11例、23例及17例的RAUCS/RAWCS值大于50%，女分別有11例、19例及9例的RAUCS/RAWCS值大于50%。即這些病例頸椎屈伸主要發生于UCS。RAWCSF→E波動在16.3°～107.1°間(見圖2～3)。WCS變換時，男性UCS在F→N、N→E及F→E時分別有6例、2例、1例出現逆向運動，SCS僅在N→E時有2例出現逆向運動；女性僅UCS在F→N時有6例出現逆向運動。即WCS由屈向伸時，UCS或SCS角度反而減少(見圖3～6)。

2.4 以WCS中立位為參照，屈曲角度范圍與過伸角度范圍

表3 姿勢變化時ARUCS、ARSCS占ARWCS比率±s，%)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖3 WCS由中立向過屈變換時UCS發生逆向運動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖5 WCS由過屈向過伸變換時UCS發生逆向運動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

RA(F→E)=RAF→N+RAN→E，同一測量指標在WCS屈伸不同階段的RA行ANOVA分析，P=0.000，進而行PTT檢驗，男性，RASCSF→N與RASCSN→E無差別，P=0.153；RAUCSF→N小于RAUCSN→E，P=0.016<0.05，而RAF→N明顯小于RAN→E，(P=0.000<0.01)。即除男性SCS外，余情形下UCS、SCS及WCS的中立到過屈的角度變化要明顯小于從中立到過伸的角度變化。

同一測量指標在F→N及N→E階段的RA占各自總RA的比率見表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 各區域F→N和N→E時RA值占F→E時RA值的百分比±s，%)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖4 WCS由中立向過伸變換時UCS發生逆向運動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

a 過屈 b 中立 c 過伸

圖6 WCS由中立向過伸變換時SCS發生逆向運動(α為AUCS，β為ASCS，γ為AWCS)

3 討 論

3.1 WCS屈伸并非主要發生在UCS 判定WCS屈伸時角度變化主要發生于UCS還是SCS，即RAWCS主要來自RAUCS還是RASCS，不是看UCS或SCS的靜態值即AUCS或ASCS的大小，而應比較RAUCS與RASCS。頸椎角度測量的參考線有多種[1，3]，致測出的靜態值即AUCS及ASCS有不同，但角度差值即RAUCS及RASCS是一致的[6]。本文分別以IEM與PEC2、PEC2與PEC6及IEM與PEC6的夾角作為AUCS、ASCS及AWCS，目的是為比較RAUCS與RASCS對RAWCS的貢獻大小提供基礎值。IEM清晰易辨，在AutoCAD中電子測量，數值更準，不易發生大的偏差。有學者指出坐位與立位時測量的角度會有變化[7]，本研究統一選站位測量，以排除姿勢不同的干擾。

RAWCS主要來自RAUCS還是RASCS，文獻報道研究結果不同。Rudolfssona等[1]報道，RAUCS、RASCS、RAWCS在F→N時分別為(33.9±6.0)°、(21.1±4.5)°、55.0°，在N→E時分別為(50.9±8.2)°、(5.4±4.2)°、56.3°，在F→E時分別為(84.7±8.0)°、(26.5±6.7)°、111.2°，顯示RAWCS主要來自RAUCS。Park等[3]報道20～29歲者RAUCS、RASCS(C2～7)、RAWCS(C0～C7)在F→N時分別為(5.4±7.6)°、(30.5±16.0)°、35.9°，在N→E時分別為(16.3±15.6)°、(25.4±15.3)°、41.7°，在F→E時分別為21.7°、55.9°、77.6°；50～59歲者RAUCS、RASCS(C2～C7)、RAWCS(C0～C7)在F→N時分別為(5.3±4.4)°、(24.6±9.8)°、29.9°，在N→E時分別為(17.9±6.2)°、(16.7±10.2)°、34.6°，在F→E時分別為23.2°、41.3°、64.5°，顯示RAWCS主要來自RASCS(50～59歲N→E階段除外)。

我們的測量結果多與Park等[3]的報道相近。總體而言，不論WCS是F→N、N→E還是F→E過程，男女的RAWCS主要來自RASCS而非RAUCS；由于病例數有限，我們未行年齡分組的比較。但在部分個體又有RAUCS大于RASCS的情形(見圖2～3)，表現出頸椎屈伸變化的個體特殊性，這些情形屬正常還是異常現象，有待更多研究。

寰樞關節主要是旋轉功能，屈伸范圍有限，且由于寰椎的解剖標志的特殊性，測量C1～2的角度誤差較大，UCS的角度測量實際主要指C0～1而言，多將C0～2合在一起測量。就SCS而言，RA在不同節段也非平均分配，而是呈節段特異性。Liu等[8]報道，WCS在F→E過程中，C2～3至C6～7的RA依次分別為(9.46±4.04)°、(13.66±4.52)°、(15.79±4.15)°、(14.15±6.14)°及(12.47±5.86)°，女性每一節段的RA平均比男性大2°；隨年齡增大，每一節段RA會逐漸減小。本研究在于UCS與SCS總體RA的比較，未就單一節段角度進行細化測量。

本研究同時發現，就WCS的RA而言，女性大于男性。但余各種情形，男女間的RA變化并無統計學差異。

由于部分圖像顯示C7椎體后緣不清，我們將C2與C6的角度值作為ASCS。比較發現，在WCS屈伸過程中，C2～6的RA明顯大于C0～2；如加上C6～7的RA，C2～7的RA顯然將更大于C0～2。因此，本研究支持WCS屈伸主要發生于SCS。

3.2 WCS中立位與WCS屈伸的中點不是同一概念 理論上WCS中立位時，維持頸椎位置的屈肌及伸肌所需能量最小，為頸椎最佳位置。那么WCS屈伸時WCS、UCS及SCS是否均以WCS中立位為起始點、RAF→N與RAN→E相等呢？Rudolfssona等[1]報道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中立位分別靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中點(平分RAF→E的點)的屈、伸側、及WCS中立位；Park等[3]則報道WCS中立位分別靠近UCS、SCS、WCS各自屈伸中點的屈、伸、屈側；Wang等[9]的報道結果為RAWCSF→N=(51.9±9.3)°，RAWCSN→E=(91.9±16.3)°。本研究發現，除男性RASCSF→N與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點的屈側。但具體到某一個體，RAN→E卻可能小于RAN→F。體現了個體運動的復雜性。考慮到本研究對象多有頸部不適，是否健康個體WCS中立位便是WCS、UCS及SCS屈伸的中點，有待更多深入研究。

3.3 UCS及SCS的逆向運動 常規理解，WCS屈伸時，UCS及SCS應與WCS同向變化才對[10]。但Wang等[9]發現WCS屈伸過程中UCS或SCS可能出現逆向運動。本研究在部分病例中也發現同樣現象，主要集中在UCS區，這表現出了頸椎不同水平與WCS屈伸的不一致性。分析其機理，有將頸椎比作一彈簧結構，深層肌肉維持脊柱穩定，淺層肌作WCS屈伸的原動肌。前者精確控制單個頸椎節段運動，后者作用于多關節[11]。如前者無同步激活，僅憑后者無法對某一特定關節啟動屈或伸運動，即逆向運動是深層肌與淺層肌相互抵消后的結果[9]。如果我們能發現同一個體的某一特定頸椎關節在不同次WCS屈伸時可出現或不出現逆向運動，上述解釋將更有說服力。這有待于我們進一步核實。

3.4 本研究的意義 本研究澄清了WCS屈伸主要發生于UCS的錯誤認識。對于我們選擇頸部疾患的治療方案有很大幫助。頸椎前路減壓手術時，有融合及間盤置換選項。如WCS屈伸主要發生在UCS，則融合對WCS整體屈伸不會明顯影響；否則，則應酌情考慮間盤置換[12]。盡管總體而言，WCS屈伸主要位于SCS，但具體到某一個體可能不同，需結合具體病例甚至關注某一特殊節段。SCS上節段(如C2～C3)手術時，如UCS屈伸范圍大，可通過UCS后伸避開上頜骨對手術區域的干擾(見圖2)，甚至供實施前路頸椎弓根螺釘置入[13]。術前應重視頸椎動態影像檢查，了解目標節段及WCS的屈伸特點，為制定手術方案提供更多信息[14]。

3.5 本研究的不足 有報道，后縱韌帶骨化時頸椎屈伸特點會發生變化[15]，我們選擇的病例頸椎雖無嚴重疾患，但多有頸部不適感，這些不適或許對頸椎屈伸特點有一定影響，本研究可能反映不了健康個體的情形[1，9]。普通X線片有一定的放射性，單純出于研究目的，而尋找健康志愿者進行有放射性的檢查，即使志愿者同意，我們認為也有不妥之處，本研究的來源不是完全健康的個體，為本研究的不足。不過，臨床研究目的是為了對疾患治療，從這個層面講，病理下的頸椎屈伸特點或許對我們的治療選擇能提供更實際的幫助。隨著科技進步，當有非放射性設備供我們準確測量時，在健康個體中得到的數據更為客觀。但本研究發現部分個體的RAWCSF→E可達100°以上，提示存在頸部疾患不一定對WCS的RA造成嚴重影響。本研究僅就患者單次影像結果分析，如有重復數據或治療后定期復查，或許會有新發現。有報道手術致SCS屈伸受限后，RAUCS可增大來代償[16]，這是需我們進一步驗證的內容。更為專業性的研究在進行屈伸2～3個循環后，再進行屈伸角度的測量，以抵消蠕變等生物力學特性的影響[17]。也有要求患者保持閉眼狀態，以消除眼睛視物對位置造成的影響[2]。我們未采取上述措施，所有數據僅取單次頸椎屈伸影像，攝片過程中患者保持睜眼，可能對測量結果有一定的影響。有待以后完善。

總體而言，頸椎屈伸主要發生于SCS而非UCS，但某一具體個體，可能主要發生于UCS。除男性SCS外，WCS中立位更靠近頸椎各水平屈伸中點的屈側。頸椎屈伸過程中，部分個體UCS或SCS會出現逆向運動。頸椎屈伸范圍在個體間差異較大，在16.3°～107.1°間波動，UCS在-5.6°～39.4°間波動，SCS在2.4°～81.0°間波動。