目的:(1)腰椎骨折椎弓根螺钉固定的三维术前规划。(2)椎弓根螺钉治疗腰椎骨折的三维有限元分析方法:(1)志愿者均以解剖学姿势平躺于CT床,扫描数据以DICOM格式进行储存。CT数据导入Boholo医学图像处理软件中,重建生成正常及骨折脊柱的三维模型。通过不同的图像阈值仔细观察骨折形态、位置、粉碎程度,有无异物坠入椎管压迫脊髓或神经,评估软组织损伤程度。(2)在充分评估基本生命体征伤情及骨折周围骨及软组织损伤后,在软件的横切面、冠状面及矢状面三个视图窗口下分别识别与置钉相关的结构,利用Mimics软件自带的测量工具,精确评估钉道相关参数。(3)然后将计算机辅助设计软件(Solidworks软件)设计的椎弓根螺钉以STL格式导入模型中。调整置钉方向及角度,模拟手术操作将椎弓根螺钉置入相应位置的过程,并观察椎弓根螺钉与周围骨结构的位置关系,从而确定螺钉置入点。(4)利用有限元分析各动作状态下力学相关参数。结果:(1)利用该软件可对常规CT扫描而成的DICOM数据生成三维影像,模型精确重建了脊柱相关结构,将爆裂骨折的细微结构展现于临床医师面前。对脊柱进行周围组织显像并位置拟合后,可清楚的观察骨性结构与周围器官与组织的位置关系及相互关系,并进行快速的器官,组织损伤的快速可视化评估。(2)第11胸椎椎弓根宽度为4.34~4.83mm,置入角度为0~14.79,置入长度为36.10~51.37 mm;第一腰椎椎弓根宽度5.57~671 mm,置入角度0~16.92,置入长度39.13~52.72 mm;第2腰椎椎弓根宽度5.66~7.32 mm,置入角度0~23.96,置入长度39.28~51.13 mm。(3)内固定在平卧状态下受力最小,应力分布较为均匀;正常站立动作下,内固定物的应力在骨折处也相对较小,其中椎弓根螺钉的应力较平卧状态下增加约25%;上楼梯动作下,椎弓根应力明显增加且出现应力集中现象,较平卧动作下椎弓根受力约增加100%。结论:(1)本研究利用Boholo医学图象处理软件可以对伤椎进行快速伤情评估,进而辅助医疗决断。(2)利用Mimics可以进行初步的术前规划,精确测量椎弓根相关参数,辅助手术,以减少手术并发症的发生。(3)利用相关软件可以进行有限元模型的建立,进而分析脊柱在各种动作下的力学参数。