颈椎关节突关节矢状角不对称对颈椎间盘纤维环应力影响的三维有限元研究

目的:利用有限元技术探究颈椎关节突关节矢状角不对称对颈椎间盘纤维环和关节突关节的应力影响.方法:选择一名26岁健康女性志愿者的颈椎CT扫描数据构建颈椎有限元模型.首先,构建C3-C7的颈椎正常模型,该模型通过先前发表的研究数据进行了验证.其次,提取C5-C6的数据,并改变C5-C6关节突关节矢状角的角度以重新构建实验模型.重新构建成三个模型,包括对称模型(左右两侧矢状角均为90°),中度颈椎关节突关节矢状角不对称(facet tropism,FT)模型(左侧矢状角100°,右侧90°),重度颈椎FT模型(左侧矢状角110°,右侧90°).在每个模型中,分别施加四种纯扭矩和复合扭矩以研究FT对椎间盘纤维环应力和关节突关节压力的影响.结果:在前屈、后伸、左右侧屈、左旋和前屈结合左旋的扭矩下,三个模型的椎间盘纤维环纤维应力和关节突关节压力差异无显著性.但在右旋和前屈结合右旋的扭矩下,三个模型的椎间盘纤维环纤维应力和关节突关节压力有显著差异,与颈椎关节突关节对称模型相比,中度颈椎FT模型和重度颈椎FT模型的纤维环纤维应力呈增加趋势(右旋扭矩下分别增加16.65％和35.16％;前屈结合右旋扭矩下分别增加了19.47％和54.39％),且重度颈椎FT模型增加更明显;关节突关节压力呈减少趋势(右旋扭矩下分别减少了3.31％和5.95％;前屈结合右旋扭矩下分别减少了 7.19％和15.52％),且重度颈椎FT模型减少更明显.结论:颈椎关节突关节矢状角不对称会增加椎间盘纤维环的应力,并且不对称程度越大,应力增加越明显,可能是颈椎间盘退变或突出的病理解剖学因素之一.