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研究背景及目的:随着学者们对腰椎小关节的不断认识和研究,腰椎小关节的运动和力学研究成为了当今的热点。然而,腰椎小关节的生物力学研究成果极少,研究方法总局限于二维静态、传统有限元和尸体标本的研究。因此我们旨在通过双C臂正交成像系统(DFIS)结合2维-3维(2D-3D)配准技术去探讨生理载荷下腰椎小关节退变对椎体在体三维运动的影响。方法:我们采用双C臂正交成像系统(DFIS)结合2维-3维(2D-3D)图像配准技术,模拟7种功能体位下腰椎小关节和椎体的在体三维活动(精度为0.3mm/0.7°)并且测量椎体6自由度(6-DOF)的活动度值。入选病例的年龄和性别进行描述性统计学分析,另外对照分析椎小关节在正常组、退变组、重度退变组对椎体在体三维活动的影响。结果:首先通过One-way ANOVA分析和卡方检验,结果显示年龄在腰椎小关节正常组和腰椎小关节重度退变组之间有统计学差异(P<0.05,见Table 2),而性别在三组之间无明显统计学差异(P>0.05见Table 2。其次我们采用描述性统计学分析,我们发现腰部在最大左右旋转位功能体位时,椎体的左右位移明显大于前后和上下位移,Z轴旋转角度明显大于X、Y轴旋转角度(见Table 3);腰部在最大左右侧弯功能体位时,椎体的左右位移明显大于前后和上下位移,Y轴旋转角度明显大于X、Z轴旋转角度(见Table 3);腰部在最大前屈后仰功能体位时,椎体的前后位移明显大于左右和上下位移,X轴旋转角度明显大于Y、Z轴旋转角度(见Table 3);最后我们用Two-way ANOVA分析了三组之间主维运动的差异,结果显示严重退变的腰椎小关节组在左右旋转功能体位下椎体的主维Z轴旋转角度对比正常组有明显统计学差异(P<0.001,见Fig8,9,10);严重退变的腰椎小关节组在左右侧弯功能体位下椎体的主维左右位移对比正常组有明显统计学差异(P<0.001,见Fig8,9,10);严重退变的腰椎小关节组在前屈后仰功能体位下椎体的主维前后位移和X轴旋转角度对比正常组有明显统计学差异(P<0.001,见 Fig8,9,10)。结论:腰部在左右旋转、左右侧弯和前屈后仰功能体位时,椎体都存在一个主维位移和一个主维旋转角度,两个伴随位移和两个伴随旋转角度;腰椎小关节严重退变可能会减小旋转功能体位下椎体的主维Z轴旋转角度,侧弯功能体位下椎体的主维左右位移和前屈后仰功能体位下椎体的前后位移以及X轴旋转角度。本实验研究数据和结果为临床研究上腰椎小关节退变对脊柱的生物力学研究提供了参考依据。