第一部分椎间盘退变影响邻近椎体松质骨生物力学的有限元分析目的:建立腰椎(L2-4)三维有限元模型,分析椎间盘退变对邻近椎体松质骨生物力学的影响。方法:对一名24岁正常男性自愿者进行腰椎螺旋CT横断扫描,层厚0.699mm;以Dicom格式输出扫描图像导入三维重建软件Mimics17,根据CT骨窗成像逐层选取L2-L4松质骨骨性结构重建L2-4三维椎体模型。在3-Matic软件中处理三维骨性结构细节,在此基础上按既定的参数构建终板、髓核和纤维环。各部件以IGES格式导入Abaqus CAE软件进行材料属性的赋予、装配、分析步设置、接触定义、设定载荷及边界条件,完成网格划分后进行提交运算。根据椎间盘退变程度,设置为:正常、轻度退变、中度退变和重度退变;轻度退变,仅增大髓核材料的杨氏模量;中度退变,增大髓核材料杨氏模量同时减少髓核的面积百分比;重度退变,增大髓核材料杨氏模量、减少髓核的面积百分比同时降低椎间隙高度。L2椎体上表面加载500N的轴向静态压力模拟站立姿势下腰椎的压力,对有限元模型L3-4椎间盘内压力进行有效性验证,比较L3椎体松质骨应力分布的变化。结果:通过L3-4椎间盘内应力云图观察,正常椎间盘髓核内部压力范围为:0.1MPa—0.2MPa;而严重退变椎间盘髓核内压力显著下降为:0.06MPa—0.09MPa与体外L3-4椎间盘内压检测相符。椎间盘正常时L3椎体下表面应力分布相对均匀,椎体后方最大应力1.0MPa,椎体前方最大应力为0.8MPa。随着椎间盘退变,椎体前方最大应力范围逐渐缩小。严重椎间盘退变伴有椎间隙狭窄时,L3椎体后方最大应力范围增大而椎体前中部最大应力范围明显缩小。矢状剖面应力云图观察:正常和轻度退变椎间盘能将脊柱的轴向载荷较均匀地通过终板传至邻近椎体;中度椎间盘退变将椎体前方轴向载荷转移至椎体后方,严重椎间盘退变伴有椎间隙狭窄时椎体后方应力集中更加显著。结论:脊柱有限元模型能够有效模拟腰椎间盘退变的生物力学变化。椎间盘退变影响邻近椎体应力分布:椎体前方应力载荷减小,椎体后方应力载荷集中。第二部分椎间盘退变影响椎体松质骨微结构的实验研究目的:建立大鼠尾椎应力载荷和椎间盘退变模型,探讨椎间盘退变对邻近椎体松质骨微结构的影响。方法:三十只雄性SD大鼠随机平均分为5组。第1组,作椎间盘退变评估,针刺大鼠尾椎Co8-9、Co9-10椎间盘,以邻近尾椎Co7-8、Co10-11椎间盘作对照。第2组,作组间松质骨微结构空白对照。第3组,外支架固定大鼠尾椎第8和第10椎体,弯曲成角40°。第4组,在第3组大鼠尾椎弯曲成角的基础上,凸侧给予4.5N的压力载荷。第5组,针刺诱导椎间盘退变后外支架固定弯曲大鼠尾椎第8和第10椎体,成角40°,凸侧给予4.5N的压力载荷。针刺7天后对第1组大鼠尾椎Co7-11椎间盘行磁共振、组织切片染色评分;RT-PCR检测合成代谢基因(Collagen 1-α1,Collagen 2-α1 and Aggrecan)、分解代谢基因(MMP-3 and MMP-13),评估针刺对Co8-9、Co9-10椎间盘退变的影响。外支架固定弯曲大鼠尾椎14天后对2-5组大鼠第9尾椎进行整体、凸侧和凹侧松质骨Micro-CT检测,通过松质骨容量(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)和骨小梁间隙(Tb.Sp)比较组间不同区域松质骨微结构的变化。结果:针刺大鼠尾椎Co8-9、Co9-10椎间盘7天后诱导显著椎间盘退变,与邻近Co7-8、Co10-11椎间盘比较,磁共振、组织学评分和代谢基因RT-PCR检测均有显著差异(P<0.05)。外支架固定弯曲大鼠尾椎14天,大鼠第9尾椎松质骨微结构:第3组与第2组比较,整体、凸侧和凹侧结构参数均没有显著差异(P>0.05);第4组与第3和2组比较,整体、凸侧和凹侧均有显著差异(P<0.05);第5组整体、凹侧结构参数显著优于第4组(P<0.05)而凸侧结构参数显著劣于第4组(P<0.05)与第3和2组凸侧比较无显著差异(P>0.05);凹侧与凸侧的结构差异显著高于其他组(P<0.05)。结论:本模型可以模拟应力作用下椎间盘退变对邻近椎体松质骨微结构的影响。通过研究发现:椎间盘退变会引起椎体松质骨微结构继发性改变,加重椎体松质骨结构的不均一性,凸侧松质骨结构显著差于凹侧松质骨结构。第三部分腰椎间盘与邻近椎体矢状结构的年龄变化目的:观察腰椎间盘和椎体矢状解剖结构的年龄变化,分析椎间盘结构变化与椎体结构变化的相关性,比较男女结构变化的差异。方法:通过PACUS医学影像软件收集2010年1月-2015年12月在我院门诊行腰椎磁共振(MRI)检查共17098人,排除椎体骨折、畸形、肿瘤和椎间盘突出,按Pfirrmann椎间盘MRI退变分类,入选Ⅱ级或Ⅲ级椎间盘评分影像资料。按性别男女和年龄范围(20-64)岁,每个年龄入组10人共900人。以DICOM格式导出入组磁共振T2矢状影像资料,导入Mimics17软件中测量L1-L5椎体和椎间盘正中矢状高度,分前、中、后三部分;同时测量正中矢状角度,包括:各椎间隙角度、腰椎前凸角、整体腰骶角和漏斗角。按5岁一个年龄段比较不同年龄段腰椎间盘和椎体矢状解剖结构的变化和男女之间的差异,分析椎间盘结构变化与椎体结构变化的相关性。结果:椎间盘中部高度随年龄而变大,L1-L5椎间盘中部高度的变化男女无显著统计学差异(P值均>0.05);男性L5-S1椎间盘中部高度随年龄的增大显著大于女性(P<0.001)。L3/L4椎体中部高度的年龄变化男女无显著统计学差异(P值分别为0.54和0.12);L1/L2/L5男性椎体中部高度随年龄降低的幅度显著大于女性(P值均<0.05)。椎间盘中部高度的增大和椎体中部高度的降低男女均存在线性相关,相关系数分别为-0.74和-0.65。L5-S1椎间隙角度、腰椎前凸角和整体腰骶角随年龄增长而增大,男女无显著差异(P值均>0.05)。结论:腰椎矢状结构随年龄变化而发生改变,男女椎间盘中部高度的增大和椎体中部高度的降低均存在密切相关性。第四部分椎体级联骨折的临床分析目的:观察椎体级联骨折的临床特征,分析骨折和再骨折的相关性,比较椎体强化术和未手术治疗对再骨折的影响。方法:回顾性分析2012年7月-2016年8月我院骨科因椎体骨折入院行椎体强化术治疗的1363名患者,其中存在椎体级联骨折的患者共190例,女性160例、男性30例;最小年龄54岁,最大年龄95岁,平均年龄(73.9±9.4)岁。统计所有患者陈旧骨折和新骨折发生部位和顺序,按陈旧骨折治疗情况分为:椎体强化术组和未手术组。按椎体序列统计骨折发生的人次和分布,分析骨折与再骨折的相关性。比较椎体强化术和未手术治疗对再骨折的影响。结果:陈旧椎体骨折293个,新椎体骨折275个,主要分布于脊柱胸腰段(T11-L2),比例分别占63%和57%,其中T12、L1骨折占胸腰段骨折比例为60%。距离陈旧骨折椎体越近新骨折发生率越高,相邻椎体骨折发生率为36%,间隔一个椎体骨折发生率为26%,间隔两个椎体骨折发生率15%,间隔三个椎体骨折发生率11%,间隔四个椎体骨折发生率4%。骨折椎体与新骨折椎体的分布存在线性相关,Person相关系数r=0.90,95%可信区间为(0.72,0.97)。按陈旧骨折治疗情况分:椎体强化组和未手术治疗组;椎体强化组75人,陈旧骨折椎体110个,新骨折椎体89个;未手术治疗组115人,陈旧骨折椎体183个,新骨折椎体160个。两组年龄分布、陈旧骨折椎体分布经统计学检验无显著差异(P>0.05),新骨折椎体分布亦无显著统计学差异(P>0.05)。椎体级联骨折按发展方向分为:向上、向下、两端和中间,级联骨折发生率分别为39.8%、39.2%、8.4%和12.6%。结论:椎体级联骨折发生的部位与陈旧性骨折密切相关,距离陈旧性骨折越近新骨折发生率越高;椎体级联骨折以胸腰段为中心单向上或向下发展概率相近,同时向两端发展或两端向中心发展概率较小;椎体级联骨折是脊柱退行性改变的结果,椎体强化术不影响椎体级联骨折发生的分布。