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慢性腰痛是全球性的公共卫生问题,给个人及社会增加了巨大负担。慢性腰痛根据致病原因的不同可以分为慢性特异性腰痛和慢性非特异性腰痛（chronic non-specific low back pain,CNLBP）。CNLBP是指无具体原因或结构因素解释的腰痛,其致病因素复杂,治疗相对困难,已成为中老年人活动受限的主要病因之一,对患者的身心健康和工作生活造成严重影响,针对其危险因素管理将有助于该疾病的预防与治疗。既往有关CNLBP危险因素的研究大多数集中于患者个体、心理和社会因素,如肥胖、吸烟、抑郁和职业等。然而,作为脊柱运动单元的重要组成结构,腰椎小关节在慢性腰痛的发生发展中也有可能扮演了重要的角色。小关节是脊柱后方起稳定性作用的关节结构,与邻近的椎间盘共同构成了“三关节复合体”,在脊柱正常功能方面发挥着无可替代的作用。小关节解剖结构异常和退行性变会导致脊柱的功能紊乱,成为相关疾病的潜在危险因素,而腰椎疾患大多伴随着腰痛的症状。已被证实,小关节与腰椎间盘突出之间存在着密切联系,二者彼此影响互为因果关系,任何一个结构的退行性变会导致腰椎整体应力分布异常而影响另一个结构。相似的,在退行性脊柱侧凸中,脊柱的侧弯畸形和小关节的不对称畸形,会互相加剧力学的不对称传递,进而导致应力异常分布与解剖结构破坏进入恶性循环。此外,小关节是一种滑膜关节,其自身的退行性变也会成为腰椎慢性疼痛的来源。腰椎小关节具有复杂的生物力学特征,小关节自身疾病和腰椎相关疾病的发生发展始终伴随着生物力学的改变,针对腰椎小关节生物力学的研究将有助于加深对腰椎相关疾病发病机制以及治疗方式的认识。腰椎小关节作为脊柱后方的稳定结构,承载了脊柱屈伸、压缩、旋转等不同方向的载荷,同时也限制了脊柱的过度运动。小关节的生物力学特征与自身的解剖结构密不可分,反映其解剖关系的指标有两个:小关节方向性（facet orientation,FO）、小关节不对称性（facet tropism,FT）。FO是小关节关节面与矢状方向的夹角,同一节段左右两个小关节的方向性不一致即为FT。在以往的研究中,FO和FT被认为是腰椎退行性病变的影响因素,这可能是因为结构性参数紊乱会致使小关节承担的应力负荷不一致而导致脊柱稳定性破坏,最终影响相关组织结构而出现病理改变。我们认为,腰椎小关节的结构性参数在CNLBP中可能也存在着重要作用,其生物力学特征在脊柱相关疾患的发生发展中扮演着重要角色。查阅文献发现,既往暂无分析FO和FT与CNLBP关系的研究。因此,本论文设计两部分研究来探讨腰椎小关节结构性参数与CNLBP的关系,并引入新的方法来深入分析小关节的生物力学特征。第一部分腰椎小关节与慢性非特异性腰痛关系的研究背景:CNLBP的病因无法明确,危险因素众多。腰椎小关节是维持脊柱稳定性和保持运动功能的重要结构,在脊柱相关疾病的发生发展扮演了重要角色。FO和FT作为小关节的两个重要结构性参数,与大多数脊柱疾病存在相关性。目的:研究腰椎小关节结构性参数FO和FT与CNLBP的关系,为临床预防、治疗CNLBP提供理论依据。方法:2019年9月至2021年12月,于大连医科大学附属第一医院就诊的患者,根据是否患有CNLBP分为CNLBP组和对照组,收集两组患者的一般资料、吸烟饮酒史、糖尿病史、驾驶史、搬举重物和参与运动情况等资料,并在CT轴位层面测量L3-4、L4-5、L5-S1节段的FO和FT值。对两组患者资料进行单因素分析,并采用Logistic回归分析评价FO和FT与CNLBP的关系。结果:CNLBP组纳入患者535例,男性221例、女性314例,平均年龄37.5±8.4岁;对照组患者124例,男性52例、女性72例,平均年龄38.4±8.3岁。组间资料比较显示三个节段的FT（P＜0.001）及L3-4、L5-S1两个节段的FO（0.039、0.008）存在显著差异（P＜0.05）,Logistic回归分析显示,FT是CNLBP的独立危险因素（P＜0.05）,FO仅在L5-S1节段与CNLBP的发生有关。结论:FT是CNLBP的独立危险因素,在该疾病的发生发展中可能扮演着重要角色,可作为预测CNLBP发生风险的危险因素。第二部分腰椎小关节的生物力学特征分析背景:腰椎小关节具有复杂的生物力学特征,在维持脊柱正常功能状态和相关疾病的发生发展中扮演着重要角色。FO和FT作为反映小关节结构关系的参数,对小关节的生物力学具有重要影响。既往针对FO和FT的研究多集中于小关节单个结构性参数的分析,但是由于各个参数之间的相关性,单变量分析不能反映变量之间的相互作用。目的:分析不同FO和FT参数的腰椎小关节生物力学特征,特别是多个参数的协同变化对腰椎生物力学的影响,探究其与腰椎相关疾病的关系,为腰椎疾病的预防和治疗提供理论依据。方法:根据健康成人的腰椎CT影像数据建立具有不同FO、FT参数的腰椎三维有限元模型,然后分析在屈曲、后伸和扭转三种不同力矩工况下椎间盘及小关节的应力分布,并将分析数据等高线图可视化处理。结果:在屈曲、后伸和扭转工况下,椎间盘内应力和小关节关节面接触力随着小关节不对称性的增加而增大。在FT值保持0°、随着FO值的增加,小关节关节面接触力和椎间盘内应力保持较低的水平,没有明显的增加或减小趋势;在FO和FT同时变化的情况下,椎间盘内应力和小关节关节面接触力变化较大。不同参数模型的L3-4椎间盘内的应力分布显示,随着不对称性的增加,椎间盘应力显着增加,并集中在更偏向矢状方向的小关节同侧区域。结论:FO和FT的协同变化对相应的椎间盘和小关节的生物力学有重要影响,其中FT的作用更为显著。此外,当存在FT时,椎间盘内应力集中在与小关节更偏向矢状方向的同侧区域,这可能是导致小关节和椎间盘退变加速的重要原因。