目的：(1)建立人脊柱胸腰段爆裂性骨折的三维可视化模型及其有限元模型。(2)应用有限元方法研究不同椎体成形方式对脊柱胸腰椎爆裂骨折内固定后力学性能的影响。(3)探讨脊柱胸腰段骨折后路手术术前计划的可视化及其在临床中的应用和意义。方法：(1)对年轻健康男性志愿者脊柱胸10-腰2节段进行CT扫描,获得DICOM格式数据,利用MIMICS10.01软件、逆向工程软件Geomagic Studio11、 Pro/ENGINEER Wildfire4.0软件、有限元分析前处理软件Hypermesh10及有限元分析软件Abaqus6.10建立脊柱胸腰段(T10～L2)三维有限元模型并进行有效性验证。(2)建立通用脊柱骨折内固定系统(Universal Spine System, USS)并与脊柱三维模型进行装配。根据Denis三柱理论,建立T12不同程度骨折模型：模型1：切除T12椎体椎体上1/2松质骨,骨折程度较轻；模型2：切除T12椎体椎体上1/2松质骨及皮质骨,骨折程度较重。赋予两种模型上、下终板松质骨材料属性,减少后纵韧带、棘间韧带和棘上韧带的数量。在T12椎弓根前方添加骨水泥PMMA块模拟复位后椎体成形术。其中，单侧强化PMMA体积为2cm3,双侧强化4cm3,中间强化为4cm3。最终,建立脊柱T12段骨折后单纯短节段内固定、内固定联合单侧强化、内固定联合双侧强化及内固定联合中间强化两个系列的八个模型。(3)在有限元软件Abaqus求解器中,约束L1下终板及下关节突。轴向抓缩时,在T11上终板及上关节突施加500N轴向力,其中,T11上终板施加400N、上关节突施加100N；前屈、后伸、侧屈及旋转时,轴向500N垂直压力联合不同方向上7.5N·m力矩。求解各模型在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转五种情况下,不同模型的运动范围,T11椎体下终板与L1椎体上终板及内固定物的应力。(4)回顾性分析脊柱胸腰段骨折后路手术结合椎体成形术的10例脊柱骨折患者。术前、术后行多层螺旋CT扫描,利用MIMICS软件重建脊柱胸腰段骨折3D模型,以评估骨折严重程度,测量钉道参数,将CAD软件制作的螺钉以STL格式导入模型,模拟螺钉经椎弓根置入过程,并观察螺钉与周围骨结构的位置关系,确定螺钉置入点；同时预估骨缺损大小评价椎体内注入骨水泥的效果。结果：(1)经过CT扫描、图像数值化处理三维重建及网格划分,本研究成功地重建了正常人体脊柱胸腰段(T10～L2)的三维有限元模型。与既往文献比较,本文建立的模型在不同工况下的运动范围与文献一致。说明本文建立的模型可以应用于后续相关问题的研究。(2)T12椎体损伤较轻时,与单纯内固定模型相比,内固定联合椎体成形术并未显著减小T11下终板、L1上终板及内固定物的应力；当T12椎体损伤较严重时,额外采用椎体成形术可显著降低内固定物及脊柱自身的应力,椎弓根螺钉应力约减小50%,固定棒应力约减小40%。轴向压缩及前屈时,单侧强化效果弱于另外两种强化方式,其他工况下三种强化方式无明显差异。(3)通过软件胸腰段骨折3D重建可详细评价骨折情况,多数呈现T12椎体呈爆裂性骨折,前后方均可见骨折块,后方骨折块突入椎管,椎板两侧骨折。T11右侧及T12双侧肋椎关节骨折脱位,腰1、2、3右侧横突骨折等。10例患者术前骨缺损平均(2.63±0.69)cm3,术中实际填充平均(2.57±0.65)cm3,差异无统计学意义(t=1.01,P=0.34),复位后伤椎骨缺损得到有效填充。结论：(1)本研究采用MIMICS、Geomagic Studio、Hypermesh等软件可快速建立人体脊柱胸腰段T10-L2五节段的三维有限元模型。有效性验证说明该模型可以用于后续的生物力学研究。(2)椎体成形术对于严重的脊柱胸腰段爆裂性骨折内固定后整体力学性能有明显改善,可减小内固定物及脊柱应力,起到预防远期并发症的作用。对于相对较轻的胸腰段骨折,椎体成形术并未在力学方面提供明显的贡献,其促进椎体骨折愈合的机制有待进一步研究。(3)术前计划的可视化有助于充分了解骨折情况,个性化设计手术方案,从而提高脊柱胸腰椎骨折后路手术的临床效果。