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本研究聚焦于腰椎在不同负重条件下的运动学特征，通过双荧光成像系统（DFIS）技术，揭示了腰椎旋转中心（COR）在屈伸及侧弯运动中的变化规律，为理解腰椎运动模式及脊柱疾病机制提供了重要依据。
本研究由天津医科大学研究生院、天津医院脊柱外科及天津大学医学工程与转化医学研究院的研究人员共同完成。研究团队利用双荧光成像系统（DFIS）技术，结合三维建模和运动学分析，深入探讨了腰椎在不同负重条件下的旋转中心（COR）位置变化及其运动模式。研究结果表明，腰椎旋转中心的位置在屈伸和侧弯运动中表现出显著差异，且随着负重的增加而发生动态变化。这一发现为理解腰椎运动机制、指导脊柱手术治疗及人工椎间盘设计提供了重要的理论依据。论文发表于《BMC Musculoskeletal Disorders》。
研究背景与问题
腰椎作为人体脊柱的重要组成部分，承担着大部分体重的传递和支撑功能。然而，随着现代生活方式的改变，久坐、体力劳动减少以及肥胖等因素导致腰椎疾病（如腰椎间盘退变、脊柱侧弯等）的发病率逐年上升。这些疾病不仅影响患者的生活质量，还可能导致长期的慢性疼痛和残疾。目前，对于腰椎运动模式的研究多集中于单一的屈伸运动，而对于日常生活中复杂的多模式运动（如屈伸、侧弯及旋转的耦合运动）的研究相对较少。此外，现有研究多基于尸体标本或有限元模型，难以完全模拟活体生理条件下的运动状态。因此，深入研究腰椎在不同负重条件下的运动学特征，尤其是旋转中心（Center of Rotation, COR）的位置变化，对于理解腰椎疾病的发病机制、优化手术治疗方案及设计更符合生理需求的人工椎间盘具有重要意义。
研究方法
本研究采用的主要技术方法包括：
双荧光成像系统（DFIS）：通过两台垂直放置的荧光成像设备，实时捕捉腰椎在运动过程中的三维空间位置信息。
三维建模：基于CT图像重建腰椎的三维模型，并将其与DFIS图像结合，用于分析腰椎在不同运动状态下的运动学特征。
运动学分析：利用垂直平分线法计算腰椎旋转中心（COR）的位置，并通过重复测量分析（ANOVA）比较不同负重条件下COR位置的变化。
样本队列来源于18名健康志愿者（10名男性和8名女性），年龄在18至39岁之间，均无腰椎相关疾病史。
研究结果
腰椎旋转中心（COR）在屈伸运动中的变化
在屈伸运动中，腰椎旋转中心（COR）的位置表现出明显的负重依赖性。具体而言，L3-4和L4-5节段的COR在前后方向（A-P）上随着负重的增加逐渐向后移动。在上下方向（S-I）上，COR位置在0-5 kg负重时向下移动，而在5-10 kg负重时则逐渐向上移动。这一结果表明，腰椎在不同负重条件下的运动模式存在显著差异，且L3-4和L4-5节段的COR位置变化模式在屈伸运动中具有相似性。
腰椎旋转中心（COR）在侧弯运动中的变化
在侧弯运动中，L3-4和L4-5节段的COR位置变化模式则表现出显著差异。随着负重的增加，L3-4节段的COR在左右方向（L-R）上逐渐向右移动，而L4-5节段的COR位置则基本保持不变。这表明在侧弯运动中，腰椎的不同节段可能具有不同的运动模式，且这种差异可能与腰椎的解剖结构和生物力学特性有关。
COR位置在屈伸与侧弯运动中的比较
研究还发现，L3-4和L4-5节段的COR位置在屈伸运动和侧弯运动中存在显著差异。在屈伸运动中，COR位置相对较低，且主要位于下椎体上表面的后方；而在侧弯运动中，COR位置则大致位于椎间盘的中心。这一结果进一步证实了腰椎在不同运动模式下的运动学特征具有显著差异。
研究结论与讨论
本研究通过双荧光成像系统（DFIS）技术，首次系统地揭示了腰椎在不同负重条件下的旋转中心（COR）位置变化及其运动模式。研究结果表明，腰椎旋转中心的位置不仅在屈伸和侧弯运动中表现出显著差异，且随着负重的增加而发生动态变化。这一发现对于理解腰椎的生理运动机制、指导脊柱手术治疗（如人工椎间盘置换术）及设计更符合生理需求的人工椎间盘具有重要的理论和临床意义。此外，研究还指出，未来的研究应进一步探索腰椎在复杂耦合运动（如屈伸、侧弯及旋转的联合运动）中的运动学特征，并结合更多的脊柱节段进行分析，以更全面地揭示腰椎的运动规律。
