基于运动捕捉技术比较2种颈椎手法治疗后颈椎活动范围的差异

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3864

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (21): 3281-3285.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3864

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 下一篇

基于运动捕捉技术比较2种颈椎手法治疗后颈椎活动范围的差异

林东鑫1，黄学成2，秦庆广3，杨洋1，邓羽平1，谭晋川1，王勉1，苏炜炜４，黄涛1，黄文华1，4，5

1南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科，广东省医学生物力学重点实验室，广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心，广东省广州市 510515；2 广州中医药大学深圳医院(福田)，广东省深圳市 518000；3 南方医科大学中医药学院，广东省广州市 510515；4南方医科大学第三附属医院，广东省医学3D打印应用转化创新平台，广东省广州市 510630； 5广东医科大学附属医院骨科，广东省湛江市 524001

收稿日期:2020-08-18 修回日期:2020-08-21 接受日期:2020-09-26 出版日期:2021-07-28 发布日期:2021-01-21
通讯作者: 黄文华，教授，博士生导师，南方医科大学基础医学院人体解剖学国家重点学科，广东省医学生物力学重点实验室，广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心，广东省广州市 510515
作者简介:林东鑫，男，1996年生，福建省莆田市人，汉族，南方医科大学在读硕士，主要从事颈椎病康复方面的研究。
基金资助:
广东省基础与应用基础研究基金项目(2020A1515010998)，项目负责人：黄学成；广东省科技计划项目(2016B090917001)，项目负责人：黄文华；深圳市医疗卫生“三名工程”高层次医学团队(SZSM201612019)，项目负责人：黄文华；佛山市深入推进创新驱动助力工程项目(2019012)，项目负责人：黄文华

Comparison of motion range of cervical spine after two cervical manipulations based on motion capture technique

Lin Dongxin1, Huang Xuecheng2, Qin Qingguang3, Yang Yang1, Deng Yuping1, Tan Jinchuan1, Wang Mian1, Su Weiwei4, Huang Tao1, Huang Wenhua1, 4, 5

1Guangdong Engineering Research Center for Translation of Medical 3D Printing Application, Guangdong Provincial Key Laboratory of Medical Biomechanics, National Key Discipline of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China; 2Shenzhen Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine (Futian), Shenzhen 518000, Guangdong Province, China

Received:2020-08-18 Revised:2020-08-21 Accepted:2020-09-26 Online:2021-07-28 Published:2021-01-21
Contact: Huang Wenhua, Professor, Doctoral supervisor, Guangdong Engineering Research Center for Translation of Medical 3D Printing Application, Guangdong Provincial Key Laboratory of Medical Biomechanics, National Key Discipline of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China; Guangdong Medical Innovation Platform for Translation of 3D Printing Application, The Third Affiliated Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510630, Guangdong Province, China; Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Guangdong Medical University, Zhanjiang 524001, Guangdong Province, China
About author:Lin Dongxin, Master candidate, Guangdong Engineering Research Center for Translation of Medical 3D Printing Application, Guangdong Provincial Key Laboratory of Medical Biomechanics, National Key Discipline of Human Anatomy, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China
Supported by:
the Foundation for Basic and Applied Basic Research of Guangdong Province, No. 2020A1515010998 (to HXC); the Science and Technology Project of Guangdong Province, No. 2016B090917001 (to HWH); the High-Level Medical Team of “Three-Famous Project” in Shenzhen medical and health, No. SZSM201612019 (to HWH); the Promoting Innovation Driven Project of Shenzhen, No. 2019012 (to HWH)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
亚生理区：颈椎手法操作过程中产生的推力使颈椎超出正常的生理范围，但没有超过正常的解剖边界。通俗地说，亚生理区也就是超出了正常的主动运动与被动运动活动范围，但是还未造成颈椎损伤的活动范围。颈椎的亚生理区活动范围即颈椎旋转手法的扳动幅度，扳动幅度越小，亚生理区活动范围越小，对颈椎造成的损伤越小。
颈椎旋转手法：通过使用颈椎旋转手法治疗神经根型颈椎病可以达到松解神经根及其周围软组织粘连、增加椎间孔的有效容积、恢复椎间关节正常位置等效果。斜扳与旋提手法均属于颈椎旋转手法，通过对比两种手法的运动轨迹与力学参数来评价其临床安全性。

背景：颈椎旋转手法治疗神经根型颈椎病疗效肯定，但手法使用不当易造成不良后果。通过对比临床上较为常用且均有一套标准操作流程的斜扳与旋提手法，为临床提供手法安全性指导。
目的：利用运动捕捉技术测量颈椎斜扳和旋提手法治疗后颈椎活动范围的差异，探索2种手法的运动特征及安全性。
方法：选取20名健康受试者(男、女各10人)，随机分为2组，各10人(男5人，女5人)。分别对2组受试者行颈椎斜扳和旋提手法。测量两组受试者颈椎主动运动、被动运动以及亚生理区活动度。试验经广州医科大学附属顺德医院伦理委员会批准。
结果与结论：斜板组与旋提组主动运动活动度和被动运动活动度比较差异无显著性意义(P > 0.05)。斜扳组亚生理区活动度大于旋提组，且斜扳组左侧亚生理区活动度大于右侧(P < 0.05)，但不同性别的亚生理区活动度接近(P > 0.05)；而旋提组左右两侧及男女之间亚生理区活动度接近(P > 0.05)。提示颈椎旋提手法亚生理区活动度较斜扳手法小，更稳定均衡。
https://orcid.org/0000-0002-0842-8218(林东鑫)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 运动捕捉, 斜扳法, 旋提手法, 主动运动, 被动运动, 亚生理区, 旋转手法, 神经根型颈椎病, 扳动幅度

Abstract: BACKGROUND: Cervical rotation manipulation has a positive effect on the treatment of cervical spondylotic radiculopathy, but improper use of manipulation can easily cause adverse consequences. By comparing the inclined pull manipulation and rotation-traction manipulation that are commonly used in clinical practice and have a set of standard operating procedures, it provides clinical safety guidance for the manipulation.
OBJECTIVE: To measure the difference in range of motion of cervical spine in the inclined pull manipulation and rotation-traction manipulation by motion capture technology, and to investigate the movement characteristics and the safety of two kinds of manipulations.
METHODS: Totally 20 healthy subjects (10 males and 10 females) were selected and randomly divided into two groups. The 10 subjects (5 males and 5 females) in each group were subjected to inclined pull manipulation (group 1) and rotation-traction manipulation (group 2), respectively, to measure the active and passive movements of cervical spine and the range of motion of the subphysiological areas. This study was approved by the Medical Ethics Committee of Shunde Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University.
RESULTS AND CONCLUSION: The active and passive ranges of motion of the group of inclined pull method and the group of rotation-traction manipulation were not significantly different (P > 0.05). The range of motion in the subphysiological region of the group of inclined pull method was larger than that in the group of rotation-traction manipulation; the range of motion in the left subphysiological region was larger than that in the right region in the group of inclined pull method (P < 0.05). However, the range of motion in the subphysiological region was similar between both sexes (P > 0.05). The range of motion in the subphysiological region was similar between the left and right sides between both sexes in the group of rotation-traction manipulation (P > 0.05). It is concluded that the subphysiological area of cervical rotation-traction manipulation is smaller than that of inclined pull method, and the technique is more stable and balanced.

Key words: motion capture, inclined pull method, rotation-traction manipulation, active movement, passive motion, subphysiological area, rotation technique, cervical spondylotic radiculopathy, pulling range

中图分类号:

林东鑫, 黄学成, 秦庆广, 杨洋, 邓羽平, 谭晋川, 王勉, 苏炜炜, 黄涛, 黄文华. 基于运动捕捉技术比较2种颈椎手法治疗后颈椎活动范围的差异[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3281-3285.

Lin Dongxin, Huang Xuecheng, Qin Qingguang, Yang Yang, Deng Yuping, Tan Jinchuan, Wang Mian, Su Weiwei, Huang Tao, Huang Wenhua. Comparison of motion range of cervical spine after two cervical manipulations based on motion capture technique[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(21): 3281-3285.

图/表（结果） 4

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计完全随机对照试验。
1.2 时间与地点于2020月6月于南方医科大学基础医学院人体解剖教研室步态分析室完成该试验。
1.3 对象在南方医科大学招募健康受试者。
纳入标准：①年龄24-30岁；②经X射线片检查颈椎正常。
排除标准：①颈椎间盘突出者；②其他类型的颈椎病者；③颈椎管狭窄症者；④颈椎创伤、畸形、感染、肿瘤、骨质疏松及有颈椎手术病史者；⑤信息不完整及图像不清晰者。
共纳入20名受试者，其中男10人，女10人。采用自动平衡男女比例的随机分组软件B2G将受试者分为斜扳组和旋提组，各10人。一名高年资整脊医师参与了这项研究。在试验前对志愿者进行颈部按摩放松5-10 min，并告知和熟悉整个试验流程。所有受试者在参与前均签署知情同意书。试验通过广州医科大学附属顺德医院伦理委员会审批。
1.4 仪器所有图像均由12台红外运动捕捉镜头(型号：Miqus M3，产地：瑞典Qualisys公司，全视野标准模式200万像素340fps采样率，全视野高速模式50万像素650fps采样率，精度0.1 mm)，在整个房间内拍摄，采集运动学数据。所有数据均由Visual3D分析软件(c-motion公司)分析计算相关生物力学参数，同时重建三维图像。
1.5 方法
1.5.1 场地校准首先用L型标定器(含3个光点，2个水平仪)对水平面及坐标原点进行静态标定，接着用T型标定器(含3个光点)在试验场地中持续挥动对空间进行动态标定。通过水平面、坐标原点、空间的标定，定义出三维空间的笛卡尔坐标系。其中X轴代表额状轴、Y轴代表矢状轴、Z轴代表垂直轴。
1.5.2 固定Marker点受试者穿上紧身衣，戴上弹力帽后，共放置13个特制的标记反光点(Marker点)，建立受试者的头部及躯干的三维模型，具体位置为头部5个标志点(双侧颞区各1个点，额部1个点，顶点1个点，枕区1个点)；肩颈4个点(双侧肩峰各1个点，双侧锁骨中线各1个点)；躯干4个点(双侧胸大肌各1个点，剑骨下1个点，上腹部1个点)。
1.5.3 手法操作试验前，第1个受试者在场地中自然站立，展开双臂进行系统标定。受试者均直立坐姿，推拿医师站在受试者身后。推拿医师按分组分别对受试者左右两侧进行斜扳与旋提手法。
斜扳手法采用于天源教授制定的手法操作规范[19]，以右侧斜扳手法为例，见图1A。具体操作步骤：①主动旋转：引导受试者前屈，向右侧旋转至极限；②被动旋转：医师以右手肘压受试者的左肩，右手从受试者头后钩住受试者的颈部，左手置于受试者下颌部，帮助受试者再次右侧曲至极限；③瞬间扳动：医师瞬间用力，加大侧屈，随即松手。
旋提手法按朱立国教授制定的旋提手法操作规范[20]，以右侧旋提手法为例，见图1B。具体操作步骤：①旋转位置：引导受试者头部旋转至右侧极限，然后屈曲，最后再次旋转至右侧极限；②前牵引：受试者的下颌搭在医师的前臂，医师缓慢向上牵引3-5 s。③向上推：头在前牵引后迅速向上推(成功时总能听到一次或多次咔嗒声)。

所有操作均由同一医师完成。操作过程通过动作捕捉系统进行动态拍摄，保存下来的数据通过Visual3D分析软件的分析和处理，计算颈椎生理区和亚生理区活动度。
1.6 主要观察指标在运动捕捉系统中观察主动运动、被动运动、以及亚生理区和活动度。
1.7 统计学分析所有数据以x±s表示，采用SPSS 19.0(美国IBM公司)分析。两组间及每组不同性别间比较采用两独立样本t检验。每组左右两侧比较采用配对t检验。

讨论

颈椎手法在国内外的临床运用都有着悠久的历史。颈椎斜扳和旋提两种手法在临床上均应用广泛，但利用新型运动生物力学测试手段，客观化测量力学参数对比2种手法在生理区及亚生理区的活动范围及安全性尚属空白。作者采用的三维运动捕捉系统识别通过骨性解剖放置的标记点，精确测量并捕捉志愿者的主动运动、被动运动及操作者扳动过程的轨迹，获得了整个手法过程中志愿者在笛卡尔坐标系里的运动情况及力学参数。运动捕捉技术能帮助理解复杂的人体动作，已经被广泛运用于生物力学研究[21]。冯敏山等[22]利用运动捕捉技术获取了颈椎旋提手法的操作轨迹。李远栋等[23]也利用运动捕捉技术完成了对定点侧屈旋扳整颈手法的在体运动学研究。运动捕捉技术能全方位，更加精准透彻地剖析三维立体结构角度，获得精确的数据。李建国等[24]探讨了在踝部手法量化领域成功应用运动捕捉技术的关键点，为此次研究利用运动捕捉测量两种手法的力学参数提供了参考意义。
试验对比的斜扳和旋提手法均属于非定点旋转手法。斜扳过程主要分为受试者主动旋转至极限-被动运动至极限达到的固定角度-突然斜扳3个过程[25]。旋提手法的主要步骤是受试者主动旋转至极限-操作者对受试者进行向前预牵引达到固定角度-突然向上扳动[26]。作者发现2种手法的主动运动与被动运动活动度接近，且符合颈椎正常活动范围。颈椎手法扳动幅度的大小代表亚生理区的大小，扳动时的振幅是产生手法并发症的最大影响因素[27]。结果显示，斜扳组的亚生理区活动度明显大于旋提组。推测是由于2种手法扳动时旋转幅度的不同所造成的，斜扳手法在扳动时旋转操作为主提拉为辅，而旋提手法在扳动时向上牵提操作为主旋转为辅。所以，斜扳手法扳动时旋转幅度较旋提手法扳动时的旋转幅度大，其亚生理区也较旋提手法的亚生理区大，且旋提手法在向上提拉之前做了向前预牵引的准备动作，此步骤可降低椎间盘髓核内压，有利于手法的安全操作[28]。针对下颈椎，颈椎手法操作时多包含颈椎前屈和旋转运动。有生物力学实验指出，脊柱在前屈加旋转复合力矩时，椎间盘承受较大的剪切力，反复前屈加旋转的复合运动可能会损伤椎间盘，此时过度旋转可能会使椎间盘突出甚至脱垂[29-30]。颈椎手法应用范围较为广泛，可有效缓解颈肌筋膜疼痛及增加颈椎活动度，在正常受试者中操作较为安全[31-34]。但在使用颈椎手法治疗神经根型颈椎病时，如果扳动时旋转的幅度较大则可能会加重颈椎间盘突出、压迫神经根及颈脊髓等。同时，试验发现斜板组左右两侧亚生理区活动度差异有显著性意义，而旋提组左右两侧亚生理区活动度差异无显著性意义，说明旋提手法更加稳定均衡。而斜板组左右两侧亚生理区活动度的差异可能与左右侧扳动的次序有关，有待进一步研究。斜板组和旋提组不同性别亚生理区活动度接近，说明亚生理区的大小与性别无关。虽然女性肌肉耐受力和力量远小于男性[35]，但是试验纳入的是健康受试者，其关节囊张力及小关节摩擦力没有差异，不同性别的亚生理区活动度接近[17]。
试验因时间限制样本量较小，且受试者均为健康人群，下一步将细化研究，筛选人群中神经根型颈椎病患者进行研究。医师操作手法过程中，Marker点不可避免丢失或遮挡，造成数据的丢失，下一步将优化Marker点的放置。研究尚处于起步阶段，对亚生理区更小的旋提手法的运动学特征是否具有规律性，不同医师对不同受试者进行手法操作是否具有共性等问题还有待进一步细化。
综上所述，颈椎旋提手法亚生理区活动度较斜扳手法区小，且操作旋提手法时左右两侧亚生理区活动度接近，而操作斜扳手法时左右两侧对比有差异，故旋提手法操作起来相对更稳定均衡。从亚生理区活动范围的角度，建议临床医生使用旋提手法。利用运动捕捉系统获得在体手法的精确的颈椎活动范围及运动轨迹，解决了传统脊柱生物力学难以直接、非侵入性地获取运动学参数的技术瓶颈，为生物力学机制的研究提供了新的思路。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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