仰卧位枕高与颈椎病发病关系的临床及有限元研究

摘要

目的:通过比较颈椎病与非颈椎病患者仰卧位习惯枕高,探寻其与颈椎病发病的关系,并通过三维有限元法验证,以期为指导正常人合理用枕提供理论依据。
　　 方法:从2010年1月到2010年12月厦门市中医院骨一科所有门诊及住院病人中,随机收集平时惯用仰卧位睡姿的病人120例,其中颈椎病患者60例作为实验组,非颈椎病患者60例作为对照组,对每一个病例分别测量或记录其性别、垫枕位置、年龄、身高、枕高、肩宽、颈长等多个观察参数,使用SPSS16.0统计软件建立数据库并将上述数据录入后,进行统计学分析,探寻仰卧位枕高与颈椎病发病的关系。
　　 然后选取正常男性志愿者一名,通过薄层CT扫描,得到颈椎的连续断层数据图片,通过医学三维图像重建软件Mimics10.01建立三维模型及面网格有限元模型,以Mimics自带的Magic9.9软件对面网格模型进行处理,得到较理想的面网格模型后,导入有限元软件MSC.Patran2004r2,再使用逆向工程软件GeomagicStudio10建立椎骨几何模型,根据相关解剖知识对椎间盘及相关韧带进行建模,得到完整的有限元模型。然后赋予材料属性并确定单元类型,设定边界条件后根据不同工况对模型施加位移载荷,建立分析模型后提交至Nastran2004进行计算分析,将结果回导入MSC.Patran2004r2,得到各椎间盘的von-mises应力云图,最后分析仰卧位不同枕高时颈椎间盘的应力分布差异,与临床研究结果互相验证。
　　 结果:
　　 1共收集临床资料120例,实验过程中脱落3例,实验组完成实验58例,对照组完成实验59例;
　　 2实验组与对照组在性别、垫枕位置、年龄、身高、肩宽、颈长等数据上均无显著性差异(P＞0.05),两组病例之间有可比性;
　　 3实验组枕高均数10.48±5.509cm,对照组枕高均数9.41±2.93cm,两组间枕高存在显著性差异(P＜0.05),而实验组高枕及低枕频数明显高于对照组;
　　 4建立了正常人的全颈椎三维有限元模型,由7块椎骨、5个椎间盘及相关韧带组成,包含44526个节点,248348个单元。并模拟了仰卧位去枕及5cm、10cm、15cm、20cm枕高等五种不同工况,得到了五种不同工况下颈椎间盘的von-mises应力云图;
　　 5去枕平卧工况下,模型最高应力值为18.1MPa,出现在C5-C6椎间盘;最低应力值为0.218MPa,出现在C2-C3椎间盘。整个模型应力主要集中在C5-C6椎间盘,应力值范围4.98-18.1MPa;
　　 65cm枕高工况下,模型最高应力值为9.33MPa,出现在C5-C6椎间盘;最低应力值为0.166MPa,出现在C3一C4椎间盘。整个模型应力主要集中在C5-C6椎间盘,应力值范围2.61-9.33MPa;
　　 710cm枕高工况下,模型最高应力值为6.50MPa,出现在C5-C6椎间盘;最低应力值为0.0888MPa,出现在C3-C4椎间盘。整个模型应力主要集中在C5-C6椎间盘,应力值范围1.80-6.50MPa;
　　 815cm枕高工况下,模型最高应力值为13.2MPa,出现在C5-C6椎间盘;最低应力值为0.221MPa,出现在C2-C3椎间盘。整个模型应力主要集中在C5-C6椎间盘,应力值范围2.82-13.2MPa;
　　 920cm枕高工况下,模型最高应力值为25.3MPa,出现在C5-C6椎间盘;最低应力值为0.225MPa,出现在C2-C3椎间盘。整个模型应力主要集中在C5-C6椎间盘,应力值范围3.57-25.3MPa。
　　 结论:
　　 1枕高与颈椎病发病存在显著相关性,而长期采用仰卧位睡姿的颈椎病患者有非常明显的惯用高枕或低枕的倾向;
　　 2过高或过低的枕头高度均易引起椎间盘应力分布的异常,加快颈椎间盘的退变速度、加重退变的程度;
　　 3中下段颈椎间盘始终处于高应力状态,提示其是颈椎病的病理改变中心;
　　 4身高170cm的成年男性仰卧位合理的枕高是10cm左右,每个人都可以通过三维有限元法探寻最适合自己的枕高。