Micro-CT评估C_(2)-C_(7)关节突微结构区域特征及其结构功能稳定性

摘要

背景:颈椎关节突关节是参与颈椎运动的重要结构,也是引起颈椎病、颈源性疾病的重要原因,量化颈椎关节突骨小梁微结构的空间分布对于早期诊断骨骼疾病和潜在的骨折风险非常重要。目的:确定颈椎关节突不同区域骨小梁微观形态学的空间分布特征,并研究骨小梁微体系结构区域差异对机械能力的影响,以评估颈椎的稳定性和安全性能。方法:共144个颈椎关节突区域标本试样,每个关节被分为上前、上后、下前、下后4个感兴趣区域;Micro-CT扫描体积为5 mm×5 mm×5 mm试样,计算每个试样的微观结构,总结关节突区域微结构的变化规律,揭示其结构和受力优势及薄弱区域,评价颈椎安全稳定性能。结果与结论:①关节突不同区域间骨小梁体积分数、骨表面积体积比、骨小梁分离度差异有显著性意义,偏Eta分别为5.5%,4.8%和4.3%(Eta%是变量相互影响的百分比,值越大,影响越大),其中骨小梁体积分数值在关节突区域间差异最大;②C_(2)-C_(7)椎序间骨小梁体积分数、骨小梁数目、骨表面积体积比、骨小梁厚度、骨小梁分离度、骨小梁模块因子值差异有显著性意义,其中骨小梁数目的Eta最大,表明不同椎序间骨小梁数值差异最大;③左、右侧仅骨小梁厚度差异有显著性意义,偏Eta为2.0%,C_(2)-C_(7)骨小梁体积分数值左侧大于右侧关节突,最大区域均为上前区,最小区域均集中于C_(7);④骨小梁数最大值主要集中在上前、上后区域,而最小值集中在下后区域,C_(2)-C_(5)呈下降趋势,C_(5)-C_(6)则呈上升趋势,而C_(6)-C_(7)则显著下降;⑤骨表面积/骨体积总体变化趋势与小梁体积分数相反,主要集中区域最大在上后、最小在上前区域,符合该实验微观结构参数间变化特征;⑥C_(2)骨小梁厚度的左侧大于右侧,上后>上前>下前>下后的变化与小梁体积分数相似,最大区域集中在上前且C_(5)关节突达到峰值,C_(2)-C_(7)左右两侧变化趋势相似;⑦骨小梁分离度最大和最小值集中在上后和上前区域(提示骨骼结构适合功能且具有明显的各向异性);⑧骨小梁模块因子最大和最小值多集中于C7和C5;⑨C_(2)-C_(7)微结构和力学性能对其运动的贡献不同,与骨质量呈正相关的微结构参数小梁体积分数、骨小梁数、骨小梁厚度区域值越大,说明该区域骨质量越好,应力载荷能力越强,属于结构性能的优势区域不易发生损伤;反之亦然,与骨质量呈负相关的微结构参数骨表面积/骨体积、小梁分离度、骨小梁模块因子值越大,单位面积内骨小梁质量越差,其载荷应力能力也越弱,该区域发生损伤的风险将较高。