MRI、虚拟仿真及动作捕捉技术分析脊髓型颈椎病颈椎旁肌的生物力学特征OA

背景:以往对脊髓型颈椎病的生物力学研究大多局限于单一化数据分析,而目前动态分析已被用于证明健康受试者与脊髓型颈椎病患者间骨骼肌肉疾病的运动模式差异。目的:通过分析脊髓型颈椎病与健康人群颈椎旁肌的横截面积,并仿真模拟颈椎旁肌肌肉力的差异及颈椎旁肌肌肉协调激活情况,为脊髓型颈椎病颈椎旁肌生物力学研究提供更全面的证据支撑。方法:前瞻性地纳入30例受试者,其中脊髓型颈椎病组20例,健康组10例。采用Siemens MAGNETOM Verio 3.0 T系统对受试者实施细致化扫描,扫描范围从C_(1)-T_(2)椎体水平,扫描部位涵盖所有椎体、椎间盘以及椎旁软组织等结构。成像技术选用自旋回波序列、反转恢复序列进行数据处理,成像扫描参数设置层厚为3 mm,层间距为1 mm,图像矩阵则为320×224,导出影像序列图像。随后通过Image J软件选取颈椎前方屈肌与颈椎后方伸肌进行图像分析,测量肌肉横截面积。多边形选择工具描记肌肉边界并参照在MRI图像中的原始比例尺标识计算出肌肉面积。通过6个惯性传感器捕捉头颈部运动轨迹,将转化后的头颈部运动轨迹参数导入OpenSim虚拟仿真系统以建立肌肉仿真模型。依据对肌肉进行细致化扫描的结果,按比例调整仿真肌肉模型的肌肉力参数以调整和训练肌肉模型。最后,通过计算机算法静态优化惯性传感器捕捉到的颈椎运动数据,并计算肌肉激励及分析肌肉协调状态。结果与结论:①脊髓型颈椎病与健康人群两组间性别、年龄未见明显差异(P>0.05);②颈椎旁肌MRI锚定测量结果显示,健康组的胸锁乳突肌横截面积显著大于脊髓型颈椎病组(t=-2.501,P=0.019);健康组的多裂肌横截面积显著大于脊髓型颈椎病组(t=-2.437,P=0.022);其余肌肉两组间比较差异均无显著性意义(P>0.05);③与正常人群组相比,脊髓型颈椎病患者的颈前肌群和颈侧肌群中有更明显的肌肉萎缩现象;④OpenSim虚拟仿真肌肉力的参数显示:脊髓型颈椎病组肌肉力相较于健康人群显著减弱;⑤肌肉激活结果显示:脊髓型颈椎病组肌肉协同激活显著低于健康人组,说明脊髓型颈椎病患者存在颈部肌肉群的协同失衡;⑥提示脊髓型颈椎病患者与健康人群间在MRI影像和头颈部活动状态方面存在差异。