第一部分:腰椎全椎体切除的解剖学基础研究背景:对于全后路椎体切除术后重建脊柱结构的完整性,人工椎体无疑是最好的选择。但目前椎体与椎弓根之间没有连接结构,常常发生椎体的移位,带来严重的并发症。目的:探索腰椎椎体的解剖形态及神经根解剖位置对人工椎体椎弓根螺钉放置的影响。方法:选取10具新鲜冷冻的尸体,排除重大的腰椎疾病及手术史。切除椎板、部分椎弓根和黄韧带,完整保留硬脊膜和神经根。标记神经根并测量其与椎弓根的解剖位置,测量神经根的边界,探索重建椎弓根部位螺钉在人工锥体上的最佳位置。结果:（1）所测量椎体之间的高度各不同,各椎体之间差异有显著性意义（P＜0.05）;（2）但在椎弓根连线上,神经根中点与上位椎体下终板及下位椎体上终板之间的比率恒定,男女之间差异无显著性意义（P＞0.05）,L1-5节段之间差异也无显著性意义（P＞0.05）。（3）神经根和硬脊膜连成的四边形的中点在原椎弓根中心上方,四边形的最大内接圆的直径在2.33-2.84cm之间。结论:腰椎椎体完全切除后,腰椎人工椎体椎弓根螺钉的重建的位置在神经根中点与上位椎体下的中心,即人工椎体高度的中上1/3左右。安全范围在神经根与硬脊膜连成的四边形的最大内接圆内。第二部分:腰椎MRI对人工椎体放置的影像学研究目的:通过测量MRI影像上腰椎椎体的解剖参数以及椎弓根峡部的形态和大小。方法:随机选取门诊的腰椎磁共振影像100例,排除明显的脊柱畸形和脊柱病变。所有的病例进行腰椎全椎体的MRI的检查。测量各腰椎体的上下缘的矢状位的高度和横断面的宽度和前后径。测量冠状位上椎弓根的宽度和高度。并按年龄、性别等做比较。结果:腰椎椎体的形态从上到下呈逐级增大的形态。腰椎椎体的横径和矢状径在男女之间有显著差异。同一椎体在上下终板处的大小的无显著性差异,椎体的大小与年龄无关。椎弓根的大小与腰椎的节段分布或左右侧无显著性差异。结论:MRI检查对了解腰椎的形态和解剖有重要意义。腰椎椎体在形态上呈规则分布,不同节段之间差异不大。椎弓根在峡部的大小和形态左右侧对称。第三部分:新型腰椎完全后路人工椎体的有限元分析目的:探讨腰椎新型完全后路人工椎体在腰椎的静态和动态活动下受力情况、活动范围和疲劳试验。方法:选取健康成年志愿者进行腰椎CT扫描,提取Dicom格式图像。采用Mimics19.0等一系列图像软件获得脊柱图像,并模拟安装人工椎体。设置好各项参数后,用Ansys软件对腰椎的纵向受压、前屈后伸、左右侧弯、左右旋转和疲劳试验进行有限元分析。受压的力量为500N、1000N和2000N,旋转的扭力为10NM.结果:人工椎体的各个方向所受的压力和受力的部位均被测出。腰椎的最大位移是在2000N下的前屈后伸和左右侧弯。人工椎体在纵向压力和前屈后伸的情况下稳定,但在左右侧弯的情况下椎体之间的连接杆容易出现应力集中。结论:有限元分析能够很好的反映出人工椎体的受力情况以及薄弱之处。完全后路的人工椎体能够很好的重建腰椎的结构,并有很好的稳定性。左右侧弯下人工椎体的应力较大,术后应当减少相应的负重活动。增加人工椎体之间的连接杆的直径或数量可有效增加人工椎体的使用寿命。第四部分:新型分人工椎体的设计和3D打印定制目的:探讨CT图像在定制腰椎新型完全后路人工椎体中应用以及新型椎体3D打印制作的可行性。方法:选取健康成年志愿者12名进行腰椎CT扫描,提取Dicom格式图像。采用Mimics 19.0图像软件获得L3椎体全部完整切除的脊柱图像,建立与L2下终板与L4上终板横断面匹配且层厚为4mm的C型结构样人工椎体。测量L3椎体的横断面面积和椎体的高度。用3D打印的方法制作人工椎体,并在模型上安装。结果:L2椎体下终板横截面和L4椎体上终板横截面面积大小不一,但无论是男性还是女性,L2椎体下终板与L4椎体上终板的横截面面积、最大横径、最大矢状径比较差异无统计学意义（P＞0.05）。腰椎矢状位CT上,男性L3椎体前缘高度为（48.28±4.58）mm,女性为（45.02±3.03）mm;男性L3椎体后缘高度为（43.57±3.18）mm,女性为（38.52±0.97）mm。L3人工椎体椎弓根钉位置的解剖重建有效避开了腰椎神经根。结论:新型完全后路腰椎人工椎体可以有效重建椎体的完整性和稳定性,术前获取个性化CT图像定制新型人工椎体是避免围手术期神经损伤、有效恢复椎体高度的保障。按照规划设定,3D打印制作的人工椎体完全能顺利安装。