上颈椎失稳的运动力学分析及其动态模型建立

上颈椎失稳是脊柱科临床常见的一种疾患，可引起一系列临床症状，是脊柱疾患研究的热点和难点。上颈椎失稳与脱位相比较，其区别主要在于失稳的程度。上颈椎失稳发生于运动过程中，造成了影像学诊断的困难。中医学早已认识到上颈椎失稳的存在，将其归为"骨错缝、筋错槽"范畴。在临床实践中，中医手法治疗上颈椎失稳具有良好的疗效。因缺乏基础研究支持，上颈椎失稳的生物力学机理尚未明确，影响了该疾病的临床研究和疗效评价。本课题以此为切入点，拟通过离体颈椎标本研究，采用连续加载导致韧带应力松弛的方法建立上颈椎失稳模型，运用运动捕捉技术动态测量上颈椎生理、失稳和脱位3种状态的活动过程，并后期采用有限元分析方法对已限定运动状态的上颈椎失稳模型进行力学分析，探讨上颈椎韧带结构力学变化与失稳程度的关系。最后，采用动态虚拟互动技术建立上颈椎失稳的动态三维仿真模型，为教学及临床研究提供视觉材料。

上颈椎失稳是指当寰枕、寰枢关节因各种原因导致其结构功能减退，以致在生理载荷下出现的过度活动或异常活动。由于上颈椎位于枕颈部交界处，其内穿行颈髓、椎动脉等重要组织，因此上颈椎失稳可引起一系列临床症状，如颈痛、头晕、头痛，严重时可致四肢瘫痪甚至死亡。加强上颈椎失稳的生物力学研究，对于上颈椎疾患的诊断和治疗均具有重要意义。既往关于颈椎失稳的生物力学研究中，多通过损伤关键韧带或椎间盘来引起颈椎的失稳。该类模型适合于上颈椎脱位的基础研究，但不符合慢性劳损造成的上颈椎失稳的发生机制。本课题以此为切入点，针对慢性劳损造成的上颈椎失稳状态进行了生物力学研究。本课题采用新鲜上颈椎标本作为研究对象，通过疲劳加载方式导致韧带应力松弛的方法建立上颈椎失稳模型，运用运动捕捉系统动态测量上颈椎正常模型和上颈椎失稳模型的前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转的活动过程；实验过程中，选取条件较好的标本进行CT扫描，采用MIMICS10.01软件进行上颈椎三维几何模型重建，经图像配准后根据上颈椎正常模型和上颈椎失稳模型的运动状态调整韧带参数，建立上述两种状态的有限元模型，并进行力学分析，探讨上颈椎韧带结构力学变化与失稳程度的关系。实验结果显示，通过反复屈伸及旋转疲劳加载可导致枕寰关节（C0-1）后伸活动不稳定，寰枢关节（C1-2）前屈活动不稳定以及旋转活动不稳定。该实验分析并总结了上颈椎正常状态与失稳状态的动态运动规律及其内部应力变化，为相关临床疾患的研究提供了基础研究依据。