脊柱胸腰段骨折(T10-L2)是在脊柱外科临床上最为常见的外伤部位,在脊柱胸腰段,脊柱由运动度较小的胸段移行为运动幅度较大的腰段,在外力下应力集中在此处,容易导致骨折发生。据报道,北美每年约有16万例患者发生胸腰段脊柱骨折。在我国由于工业、农业及建筑业发展,胸腰段骨折的发病率更高。胸腰段骨折的并发症包括截瘫,疼痛,畸形及功能障碍。通常胸腰段脊柱骨折由巨大暴力引起,大部分是高空坠落伤和车祸伤,骨折常不稳定,因损伤暴力较大,这一类型的骨折往往合并有其他多个脏器的损伤。尽管到目前为止,治疗脊柱骨折的器械和策略一直在改进,但其治疗的最终目标并没有改变,即在稳定骨折的基础上保护或者促进脊髓神经功能的恢复,预防脊柱畸形发生,最大限度的改善临床功能预后。胸腰段压缩和粉碎骨折而不伴神经损伤,常采取支具和早期活动等保守治疗。若骨折并神经损伤和/或不稳,常需手术治疗,对多发伤和不稳而不适于支具治疗者,亦需手术治疗。这些情况下,手术可减压神经结构,恢复矢状面曲度和早期活动。对于不稳的胸腰段压缩和粉碎骨折的正确手术技术,尚存在争论。术式包括前路前柱重建、固定,后路固定融合或前后联合。前柱重建可直接恢复椎体高度,但存在入路相关并发症。后路手术更常用于减压固定,而非重建前柱。随着椎弓根螺钉的推广,固定节段模仿传统的钩-棒系统,包括伤椎上下各2-3个节段固定,称为长节段后路固定。然而固定脊柱5个节段以上可限制动度,引起邻近节段退变,而演变为伤椎上下各1个节段固定,称为短节段后路固定(两组螺钉+棒),然而短节段固定存在内固定失败和进行性矢状面畸形的高发率。为此,演变为伤椎置钉,然而,伤椎置钉能否真正发挥生物力学优势,尚不明确。临床上及各种论著中没有明确胸腰椎骨折后路椎弓根螺钉固定节段的选择,选择伤椎固定及增加节段固定,各有优点,缺点。有限元建模(Finite element modeling FE)是计算机技术发展的产物,已经在生物力学中应用了30多年,其研究的范围已经涵盖了人体几乎所有组织,作为一种工程学的工具已经在骨科学中应用多年,它通过分析载荷的转换及骨形态的关系来优化骨科内固定的优化设计。有限元建模可以演示骨折发生细节,可以分析载荷的转换及骨形态的关系,可以优化内植物与组织间作用。例如分析在内固定后骨组织内应力的分布。本课题通过有限元分析方法,分析内固定的应力变化,及伤椎内部应力分布及变形情况,来判断各种固定方式的优劣,给临床手术选择提供依据进行选择内固定的植入,本课题首次引进了增加了长节段6钉组,符合临床选择,不仅仅单纯以伤椎固定6钉法和4钉法进行比较。另外以伤椎上终板上变形比较更符合受伤机制,有助于判断固定效果与预后,通过本课题研究,进一步寻找适合临床使用的有限元建模方法。本文的另外一部分,通过对临床病例的分析,从临床角度,对于伤椎固定、长节段固定进行临床效果分析,从另一个角度对有限元模型进行部分验证。第一部分腰椎压缩性骨折后路椎弓根固定3种固定节段方式有限元分析目的：1.建立腰椎压缩性骨折后路短节段4钉固定、伤椎6钉固定及长节段6钉固定有限元模型2.通过有限元分析方法评估腰椎压缩性骨折后路短节段4钉固定、伤椎6钉固定及长节段6钉固定生物力学。方法：选取1例诊断为腰2椎体压缩性骨折男性患者,进行CT扫描,CT数据输入Mimics软件中进行骨骼三维重建,导入绘制好的椎弓根螺钉图像,构建腰2椎体压缩性骨折的有限元模型,在此模型基础上模拟A组短节段4钉内固定、B组伤椎置6钉、C组长节段6钉固定,将模型导入Ansys productsll.0软件进行划分网格,在Mimics软件中进行材料分配,在Ansys productsll.0软件中进行求解,限定固定腰3椎体下缘,在T12椎体上表面持续施加500N载荷,在垂直加载500N载荷的同时,于T,2椎体上表面施加15Nm力矩,分前屈、后伸、侧弯等3种情况加载。对3个模型分别施加垂直压缩、前屈、后伸、侧屈载荷,并测量内固定螺钉、连接棒在各种载荷下的应力分布。测量在前屈负荷下腰2上终板上10个固定点的位移情况。结果：三组固定模式各种载荷下的应力均集中在螺钉根部,上位螺钉较下位螺钉应力大(P<0.05),在前屈负荷下B组(0.89±0.08MPa)、C组(0.8±0.11MPa)上位螺钉应力较A组(1.12±0.13MPa)小(P<0.05)。在前屈负荷下腰2上终板上位移结果为(0.0001mm)A组87±3.06、B组41±5.33、C组13.8±8.20,B组、C组较A组小(P<0.05),C组较B组小(P<0.05)。结论：伤椎固定及长节段固定可以优化内固定的载荷,减少断钉率及螺钉松动,伤椎固定及长节段固定可以减少伤椎的变形,有利于骨折愈合及矫正。第二部分椎弓根螺钉技术在胸腰段骨折中的临床应用目的探讨椎弓根螺钉内固定技术治疗胸腰段B2型骨折的疗效及其矫正丢失原因分析。方法回顾分析2011年6月-2013年7月收治的101例A0分型的B2型胸腰段骨折并获得随访的患者资料。损伤原因：高处坠落伤52例,重物砸压伤16例,车祸43例；损伤部位：T117例,T1220例,L141例,L233例；ASIA脊髓损伤分级：A级：1例,B级：3例,C级2例,E级95例。分为跨伤椎置钉组(伤椎上方固定两个椎体,下方固定一个椎体)35例,其中男性23例,女性12例,年龄22-26岁,平均20.2±11.62岁；单侧伤椎置钉组(伤椎上方固定两个椎体,下方固定一个椎体,伤椎一侧置入椎弓根螺钉)34例,其中男性25例,女性9例,年龄17-62岁,平均42.65±10.71岁；双侧伤椎置钉组(伤椎上方固定两个椎体,下方固定一个椎体,伤椎双侧置入椎弓根螺钉)32例,其中男性26例,女性6例,年龄17-65岁,平均39±13.96岁。记录术前、术后椎体前缘相对高度、Cobb角、复位率,终末随访时矫正丢失情况,利用Denis疼痛分级记录患者主观评价,比较三组之间复位率及终末随访矫正丢失情况,综合分析矫正丢失原因。结果随访1.5-3.5年,平均2年。三组终末随访椎体前缘高度丢失分别为：(14.37±13.33)%、(7.16±2.96)%、(6.03±1.72)%；终末随访Cobb角丢失分别为：3.34。±1.59。、1.91。±0.75。、1.69。±1.72。；复位率分别为：(83.85±7.43)%、(86.93±19.81)%、(90.65±15.03)%；Denis疼痛分级：三组均有1-2级的恢复。跨伤椎置钉组与单侧伤椎置钉组、双侧伤椎置钉组在矫正角度丢失、终末随访椎体前缘相对高度丢失均有统计学差异(P<0.01),复位率与Denis疼痛分级无统计学差异(P>0.05)；单侧伤椎置钉组与双侧伤椎置钉组在矫正角度丢失、终末随访椎体前缘相对高度丢失、复位率、Denis疼痛分级等方面均无统计学意义(P>0.05)。单侧伤椎置钉组与双侧伤椎置钉组均优于跨伤椎置钉组,单侧伤椎置钉组与双侧伤椎置钉组无明显差异。结论椎弓根螺钉技术对B2型骨折均有较好的复位作用,缓解患者疼痛,但伤椎单侧置钉或双侧置钉均可获得更好的稳定性。