李冬梅　劉寶戈　田寶朋　崔維　朱繼超　亢衛(wèi)波　張耀

頸前路零切跡減壓融合術(shù)對鄰近節(jié)段瞬時旋轉(zhuǎn)中心及活動度的影響研究

李冬梅劉寶戈田寶朋崔維朱繼超亢衛(wèi)波張耀

目的探討頸前路零切跡減壓融合術(shù)對鄰近節(jié)段瞬時旋轉(zhuǎn)中心（instantaneous center of rotation，ICR）及活動度（range of motion，ROM）的影響。方法對2011年10月至2014年12月的122例采用頸前路零切跡自鎖式椎間融合器行頸前路減壓融合術(shù)（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）的患者進(jìn)行回顧性分析。收集患者術(shù)前及末次隨訪時的過伸、過屈位X線片，測量鄰近節(jié)段的ICR、ROM以及頸椎整體ROM。采用疼痛視覺模擬量表（visual analogue scale，VAS）評分、日本骨科協(xié)會（Japanese Orthopaedic Association，JOA）評估治療分?jǐn)?shù)、頸椎功能障礙指數(shù)（neck disability index，NDI）評價治療效果。結(jié)果隨訪3～21個月，平均6個月。無論是融合上方還是下方相鄰節(jié)段的ICR，其術(shù)前與末次隨訪時的數(shù)值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；對于頸椎整體和屈、伸位ROM，其術(shù)前與末次隨訪時的數(shù)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），但其上下方相鄰節(jié)段手術(shù)前后的ROM比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；本組手術(shù)前后的VAS評分、JOA評分及NDI的比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。結(jié)論采用頸前路零切跡減壓融合術(shù)治療頸椎病效果良好，對鄰近節(jié)段的ICR和ROM未造成明顯的影響。

脊柱融合術(shù)；頸椎；生物力學(xué)

頸前路減壓融合術(shù)（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）是治療頸椎病的經(jīng)典手術(shù)方式。國內(nèi)外學(xué)者對多節(jié)段鈦板固定術(shù)后的病人進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)術(shù)后整體活動度（range of motion，ROM）減少，鄰近節(jié)段ROM增加，可能加速或出現(xiàn)相鄰節(jié)段退變［1-3］。

頸前路零切跡自鎖式椎間融合器治療頸椎病，維持節(jié)段穩(wěn)定性好，避免了鈦板對組織的并發(fā)癥，且手術(shù)創(chuàng)傷小。為研究其術(shù)后對頸椎整體ROM以及鄰近節(jié)段生物力學(xué)的影響，本文回顧性研究了122例行頸前路零切跡自鎖式椎間融合器治療頸椎病患者的病例資料，探討應(yīng)用該方法治療頸椎病對鄰近節(jié)段瞬時旋轉(zhuǎn)中心（instantaneous center of rotation，ICR）及ROM的影響。

資料與方法

一、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①2011年10月至2014年12月于我院行頸前路零切跡自鎖式椎間融合器（LDR公司，法國）治療頸椎病者；②隨訪資料及影像學(xué)資料完整，術(shù)前術(shù)后均攝過伸、過屈位X線片。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重頸肩部疼痛、頸部畸形、頸椎骨折；②伴有連續(xù)型后縱韌帶骨化，黃韌帶鈣化；③發(fā)育性頸椎管狹窄，以后方壓迫為主的病例；④食管型、椎動脈型頸椎?。虎萦腥砩窠?jīng)肌肉系統(tǒng)疾病、頸部炎癥、腫瘤、結(jié)核、代謝性骨病等病史；⑥有腦部或脊柱手術(shù)史；⑦妊娠婦女。

122例患者納入本研究，男56例，女66例，年齡40～65歲，平均55歲。脊髓型頸椎病26例，神經(jīng)根型頸椎病30例，混合型頸椎病66例。本組共植入自鎖式椎間融合器314枚，2節(jié)段52例（C3-4、C4-54例，C4-5、C5-628例，C5-6、C6-720例）；3節(jié)段70例（C3-4、C4-5、C5-612例，C4-5、C5-6、C6-758例）。術(shù)后隨訪3～21個月，平均6個月。

二、ICR和ROM的測量

每位患者行頸椎標(biāo)準(zhǔn)前屈、后伸位數(shù)字化X線攝片檢查。攝片時患者呈標(biāo)準(zhǔn)直立體位，雙肩下垂，聽鼻線平行于水平面，左側(cè)身體靠近X線膠片，光束聚焦C4椎體水平，獲得標(biāo)準(zhǔn)側(cè)位片。要求患者盡量彎曲頸部得到前屈位X線片，后伸頸部得到后伸位X線片。所有影像攝片采用同一臺柯達(dá)數(shù)字放射成像設(shè)備（Kodak Direct View DR 9500，日本）。

所有影像資料導(dǎo)入Mimics 16.0軟件（Materialise公司，比利時），由3位脊柱外科醫(yī)生采用雙盲法分別測量全部數(shù)值，取平均值計(jì)入統(tǒng)計(jì)。設(shè)定頸椎前凸角為正值，后凸角為負(fù)值。

1.ICR的測量：利用Mimics 16.0軟件的圖像配比功能自動疊加兩張動力位圖像，減少人工誤差。皮髓質(zhì)交界處作為椎體和附件的輪廓，椎體和附件的輪廓線轉(zhuǎn)折處作為影像標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。建立直角坐標(biāo)系，重疊椎體上緣作X軸，重疊椎體上緣與后緣交點(diǎn)為原點(diǎn)O，作Y軸，上位椎體前緣連線的中垂線與椎體后緣連線的中垂線之交點(diǎn)為ICR，用（X，Y）表示其位置［4］（圖1）。

2.頸椎ROM的測量：分別測量頸椎整體ROM及鄰近節(jié)段ROM。參照Penning等［5］設(shè)計(jì)的測量法，利用Mimics 16.0軟件圖像配比功能自動疊加兩張動力位圖像，以減少人工誤差。皮髓質(zhì)交界處作為椎體和附件的輪廓，椎體和附件的輪廓線轉(zhuǎn)折處作為影像標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。配比重疊C7椎體。描繪前屈位、后伸位C2下終板連線及重疊后C7下終板連線，得到C2～C7的前屈ROM、后伸ROM和整體ROM值，以及鄰近節(jié)段ROM［6］（圖2）。

三、療效評價

收集并比較術(shù)前、末次隨訪時的疼痛視覺模擬量表（visual analogue scale，VAS）評分、日本骨科協(xié)會（Japanese Orthopaedic Association，JOA）評估治療分?jǐn)?shù)、頸椎功能障礙指數(shù)（neck disability index，NDI），以評價治療效果。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

圖1　頸椎ICR的測量方法：自動重疊目的椎體及其附件，建立直角坐標(biāo)系，重疊椎體上緣作X軸，上緣與后緣交點(diǎn)為原點(diǎn)O，作Y軸，上位椎體前緣連線的中垂線與椎體后緣連線的中垂線之交點(diǎn)為ICR，用（X，Y）表示（a）；手術(shù)節(jié)段為C4-5、C5-6時，自動重疊C4（b）/C7（c）椎體及其附件，建立直角坐標(biāo)系，以重疊椎體上緣作X軸，上緣與后緣交點(diǎn)為原點(diǎn)O，作Y軸，C3（b）/C6（c）椎體前緣連線的中垂線及后緣連線的中垂線的交點(diǎn)為相鄰上、下緣椎體的ICR，用（X，Y）表示

圖2　頸椎ROM的測量：配比重疊C7椎體，前屈位、后伸位C2下終板連線及重疊后C7下終板連線，得C2～C7前屈ROM、后伸ROM和整體ROM值（a）；手術(shù)節(jié)段為C4-5、C5-6，前屈（b）、后伸位（c）C3下終板連線和C4上終板連線，C6下終板連線和C7上終板連線，得融合上方和下方相鄰節(jié)段的ROM

采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Levene法分析數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，計(jì)量資料采用表示，術(shù)前與術(shù)后末次隨訪ROM、VAS評分、JOA評分、NDI的比較采用配對t檢驗(yàn)，對鄰近節(jié)段ICR的比較采用配對方差分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α值取雙側(cè)0.05。

結(jié)果

一、鄰近節(jié)段ICR

融合上方相鄰節(jié)段的ICR，術(shù)前為（0.43±0.17，-0.64±0.57）、末次隨訪時為（0.42±0.14，-0.68±0.60），差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1.367，P=0.083；F=1.119，P= 0.341）；融合下方相鄰節(jié)段的ICR，術(shù)前為（0.37± 0.27，-0.16±0.52）、末次隨訪時為（0.47±0.19，-0.25± 0.41），差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1.748，P=0.100；F= 1.919，P=0.128）。

術(shù)前與末次隨訪時鄰近節(jié)段的ICR未發(fā)生明顯變化。

二、頸椎ROM

術(shù)前頸椎整體ROM為（49.22±10.90）°，末次隨訪時為（29.72±9.02）°，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.368，P=0.021）；術(shù)前頸椎前屈ROM為（-21.15±10.67）°，末次隨訪時為（-7.66±8.07）°，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-11.003，P=0.000）；術(shù)前頸椎后伸ROM為（28.07± 10.01）°，末次隨訪時為（22.06±7.11）°，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=4.653，P=0.000）。術(shù)前融合上方相鄰節(jié)段ROM為（9.99±3.60）°，末次隨訪時為（9.10±4.01）°，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.705，P=0.483）；術(shù)前融合下方相鄰節(jié)段ROM為（6.19±4.12）°，末次隨訪時為（6.51±5.72）°，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.557，P= 0.579）。詳見表1。

三、療效評分

術(shù)前VAS評分為（8.98±5.75）分，末次隨訪時為（0.80±0.50）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.630，P= 0.010）；術(shù)前JOA評分為（12.32±2.47）分，末次隨訪時為（16.62±0.05）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.350，P=0.020）；術(shù)前NDI為（34.75±16.44）%，末次隨訪時為（15.72±7.20）%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=11.885，P= 0.000）。

討論

一、ACDF對ICR的影響

ICR的基本概念來自于物理學(xué)，主要用來描述剛體平面運(yùn)動，后被應(yīng)用于脊柱運(yùn)動學(xué)研究?；竞x為：剛體平面運(yùn)動時在其運(yùn)動平面上存在一點(diǎn)，在剛體進(jìn)行運(yùn)動的瞬間，這個點(diǎn)的瞬時速度為0［7］。通過ICR垂直運(yùn)動平面的直線稱為瞬時旋轉(zhuǎn)軸。ICR作為點(diǎn)描述平面運(yùn)動，而瞬時旋轉(zhuǎn)軸作為軸線描述空間運(yùn)動，由于空間運(yùn)動的復(fù)雜性，在脊柱運(yùn)動學(xué)研究中，ICR用于描述上位椎體相對于下位椎體的運(yùn)動，即脊柱功能單位（functional spinal unit，F(xiàn)SU）運(yùn)動［8］。

表1　122例患者術(shù)前與末次隨訪時的ROM（，°）

表1　122例患者術(shù)前與末次隨訪時的ROM（，°）

節(jié)段　術(shù)前ROM末次隨訪ROM伸伸C2～C7上方相鄰節(jié)段下方相鄰節(jié)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整體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整體29.72±9.02 9.10±4.01 6.51±5.72

Bible等［9］指出ROM能夠反映椎間運(yùn)動數(shù)量變化，無法反映椎間運(yùn)動性質(zhì)變化，在一些情況下ROM未發(fā)生變化，而ICR可反映出異常運(yùn)動學(xué)變化。Bogduk等［10，11］報道ICR的變化能反映頸椎運(yùn)動學(xué)性質(zhì)變化，對病理變化的敏感性較好。本課題將ICR與ROM進(jìn)行結(jié)合，更加客觀地分析ACDF對鄰近節(jié)段生物力學(xué)影響。

Anderst等［12］將研究對象分成無癥狀組和頸椎融合術(shù)組，研究ICR的變化與鄰近節(jié)段退變之間關(guān)系，結(jié)果頸椎融合術(shù)后ICR的運(yùn)動路徑未發(fā)生改變，鄰近節(jié)段應(yīng)力未增加，表明頸椎融合術(shù)后患者的ICR未發(fā)生變化。

本課題研究得出ACDF后手術(shù)節(jié)段鄰近節(jié)段的ICR未發(fā)生變化，鄰近節(jié)段退變的發(fā)生可能與其他因素有關(guān)。Wilder等［13］對707例未進(jìn)行融合手術(shù)的患者進(jìn)行隨訪，平均年齡66.8歲，平均隨訪時間5.8年，最終發(fā)現(xiàn)48%的患者在影像學(xué)上出現(xiàn)椎間盤退變，每年退變率高達(dá)8%～9%，表明鄰近節(jié)段退變的自然病程也不容忽視。Lundine等［14］回顧性研究106例患者頸椎MRI，發(fā)現(xiàn)鄰近節(jié)段退變并非直接由融合手術(shù)造成，更與退變的自然病程有關(guān)。Okada等［15］對223例健康自愿者隨訪（11.7±0.8）年，通過其MRI發(fā)現(xiàn)退變發(fā)生率高達(dá)58%。

二、ACDF對ROM的影響

Baba等［16］回顧性研究106例接受頸椎融合術(shù)患者的頸椎X線片，隨訪8.5年發(fā)現(xiàn)有10%的患者出現(xiàn)鄰近節(jié)段ROM增加。Capen等［17］對59例患者行ACDF，隨訪3.5年，發(fā)現(xiàn)有64%患者出現(xiàn)鄰近節(jié)段退變。Cho等［18］對7具尸體標(biāo)本研究，顯示頸椎融合術(shù)后鄰近節(jié)段退變與其矢狀位整體ROM降低、鄰近節(jié)段ROM增加有關(guān)。

本課題研究得出頸前路零切跡減壓融合術(shù)后頸椎整體ROM有所下降，但是鄰近節(jié)段ROM較術(shù)前并未發(fā)生變化。Saavedra-Pozo等［19］報道鄰近節(jié)段退變是多因素造成的一種病理過程，ACDF并非主要因素，只是緩解患者癥狀、體征，不能阻止鄰近節(jié)段退變自然病程的發(fā)展。Rao等［20］指出鄰近節(jié)段退變的自然發(fā)展史比融合手術(shù)更重要。

綜上所述，ACDF對頸椎鄰近節(jié)段ICR和ROM未產(chǎn)生明顯影響，對鄰近節(jié)段生物力學(xué)在短期隨訪內(nèi)無影響。但本研究隨訪時間短，且因患者主觀原因不敢活動，造成整體ROM明顯下降。有待多中心、大樣本、長時間的臨床隨機(jī)對照研究，進(jìn)一步評價零切跡自鎖式椎間融合器治療頸椎病對鄰近節(jié)段生物力學(xué)及退變的影響。

［1］行勇剛，田偉，劉波，等.頸椎融合術(shù)對鄰近節(jié)段矢狀位活動度影響研究［J］.中華醫(yī)學(xué)雜志，2010，90（35）:2458-2460.

［2］Hilibrand AS，Robbins M.Adjacent segment degeneration and adjacent segment disease:the consequences of spinal fusion？［J］. Spine J，2004，4（6 Suppl）:190S-194S.

［3］Lunsford LD，Bissonette DJ，Jannetta PJ，et al.Anterior surgery for cervical disc disease.Part 1:Treatment of lateral cervical disc herniation in 253 cases［J］.J Neurosurg，1980，53（1）:1-11.

［4］Liu B，Liu Z，Van Hoof T，et al.Kinematic study of the relation between the instantaneous center of rotation and degenerative changes in the cervical intervertebral disc［J］.Eur Spine J，2014，23 （11）:2307-2313.

［5］Penning L.Normal movements of the cervical spine［J］.AJR Am J Roentgenol，1978，130（2）:317-326.

［6］吳炳軒，劉寶戈，劉振宇，等.頸椎曲度和活動度參數(shù)的影響因素［J］.中華骨科雜志，2014，34（4）:380-386.

［7］White AA，Panjabi MM.Clinical biomechanics of the spine［M］. 2nd ed.Philadelphia:JB Lippincott，1990.

［8］Rousseau MA，Bradford DS，Bertagnoli R，et al.Disc arthroplasty design influences intervertebral kinematics and facet forces［J］. Spine J，2006，6（3）:258-266.

［9］Bible JE，Biswas D，Miller CP，et al.Normal functional range of motion of the cervical spine during 15 activities of daily living［J］.J Spinal Disord Tech，2010，23（1）:15-21.

［10］Bogduk N，Mercer S.Biomechanics of the cervical spine.I:Normal kinematics［J］.Clin Biomech（Bristol，Avon），2000，15（9）:633-648.

［11］Bogduk N，Amevo B，Pearcy M.A biological basis for instantaneous centres of rotation of the vertebral column［J］.Proc Inst Mech Eng H，1995，209（3）:177-183.

［12］Anderst W，Baillargeon E，Donaldson W，et al.Motion path of the instant center of rotation in the cervical spine during in vivo dynamic flexion-extension:implications for artificial disc design and evaluation of motion quality after arthrodesis［J］.Spine（Phila Pa 1976），2013，38（10）:E594-601.

［13］Wilder FV，Hall BJ，Barrett JP.Smoking and osteoarthritis:is there an association？The Clearwater Osteoarthritis Study［J］.Osteoarthritis Cartilage，2003，11（1）:29-35.

［14］Lundine KM，Davis G，Rogers M，et al.Prevalence of adjacent segment disc degeneration in patients undergoing anterior cervical discectomy and fusion based on pre-operative MRI findings［J］.J Clin Neurosci，2014，21（1）:82-85.

［15］Okada E，Matsumoto M，Ichihara D，et al.Aging of the cervical spine in healthy volunteers:a 10-year longitudinal magnetic resonance imaging study［J］.Spine（Phila Pa 1976），2009，34（7）:706-712.

［16］Baba H，F(xiàn)urusawa N，Imura S，et al.Late radiographic findings after anterior cervical fusion for spondylotic myeloradiculopathy［J］. Spine（Phila Pa 1976），1993，18（15）:2167-2173.

［17］Capen DA，Garland DE，Waters RL，et al.Surgical stabilization ofthe cervical spine.A comparative analysis of anterior and posteri or spine fusions［J］.Clin Orthop Relat Res，1985，（196）:229-237.

［18］Cho BY，Lim J，Sim HB，et al.Biomechanical analysis of the range of motion after placement of a two-level cervical ProDisc-C versus hybrid construct［J］.Spine（Phila Pa 1976），2010，35（19）:1769-1776.

［19］Saavedra-Pozo FM，Deusdara RA，Benzel EC.Adjacent segment disease perspective and review of the literature［J］.Ochsner J，2014，14（1）:78-83.

［20］Rao RD，Wang M，McGrady LM，et al.Does anterior plating of the cervical spine predispose to adjacent segment changes？［J］.Spine （Phila Pa 1976），2005，30（24）:2788-2792.

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

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81472137）；北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才資助項(xiàng)目（2014-3-034）

100050北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院骨科

劉寶戈，E-mail：baogeliu@hotmail.com

2015-12-29）