基于动作捕捉及Opensim仿真技术分析脊髓型颈椎病的颈椎运动生物力学特征
Biomechanical characteristics of cervical spine movement in cervical spondylotic myelopathy analyzed based on motion capture and Opensim simulation technology
摘要背景:既往研究已经证实颈部肌肉肌力和颈椎椎体间应力可影响颈椎退变进程,但未量化分析脊髓型颈椎病的生物力学机制改变与颈椎椎体应力及椎旁肌肉的互相作用关系.目的:基于生物力学探讨脊髓型颈椎病患者的颈椎运动模式,量化脊髓型颈椎病患者椎旁肌力与椎间应力的协同失衡效应,讨论和揭示中医理论脊髓型颈椎病的"筋骨失衡"与现代生物力学"动静力失衡"的辨证关系.方法:选择于广西中医药大学第一附属医院骨科门诊和住院就诊的脊髓型颈椎病患者20例,为脊髓型颈椎病组;来源于健康体检中心及"治未病"中心的健康个体10例,为健康组.记录所有受试者的年龄、性别,通过动作捕捉和Opensim虚拟仿真模型采集颈部6自由度运动数据,重复测量3次.将数据优化整理后通过前向动力学工具算法,量化两组的运动范围、运动角度变化峰值、椎体压力中心分布、各肌肉平均肌力、平均最大关节压力和平均最大关节剪切力.结果与结论:①两组受试者的性别和年龄无统计学差异;②在左旋、右旋和后伸运动方向,脊髓型颈椎病组的运动角度变化峰值显著小于健康组;在侧屈、旋转和后伸方向,脊髓型颈椎病组的运动范围显著大于健康组;③在C4、C5的压力中心对比提示脊髓型颈椎病患者的关节压力中心更为弥散;④脊髓型颈椎病患者的平均肌力要远低于健康人群;⑤脊髓型颈椎病患者的后伸动作对C4-C6的最大关节压力显著大于健康组,而前屈、侧屈和旋转运动时C3-C7的最大关节压力则小于健康组;健康组的侧屈和旋转运动对C4-C7的平均最大关节剪切力大于脊髓型颈椎病组;⑥提示在颈部运动中,脊髓型颈椎病患者的颈部肌力下降,椎体应力基线失调,改变椎体小关节的应力以及压力中心分布,加速颈椎的骨性结构和肌肉的退变进程,破坏了颈椎的稳定性,脊髓型颈椎病"筋骨失衡"与"动静力失衡"的生物力学改变机制具有相关性.
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