自1911年Albee和Hibbs分别报道对脊柱结核和脊柱侧凸的患者行脊柱融合手术至今已有100年的历史，现在脊柱植骨融合是脊柱外科最常用的术式之一，已经被广泛的应用于脊柱肿瘤、退变、爆裂骨折、不稳等方面的治疗。随着脊柱融合术的不断发展，新的手术方式、固定融合方式及植骨材料也将呈现多样性，但是任何一种融合方式在应用于临床之前必须经过各种动物模型的实验，尤其是近几年随着骨组织生物学及分子生物学的发展，新的植骨融合材料不断涌现，脊柱动物模型的作用更加突出。自钛笼内植骨的方式在脊柱外科应用以来,钛笼常常用于治疗骨缺损,对钛笼进行合理的剪裁后将其内填充自体骨块,并置于目标区域以提供支撑作用，该技术明显提高了脊柱的植骨融合率。但临床上对椎体切除后，置入钛笼的长度没有一定的限制，如果椎体切除节段过长，超出骨爬行替代的能力，造成了融合率下降，融合强度不够。准确而及时的对脊柱融合做出评价，是减少脊柱融合失败，增加手术成功率的基本保证，同时也是脊柱融合研究中最根本的问题。目的：本实验建立腰椎切除重建的动物模型，通过切除不同长度的椎体节段，并置入钛笼，观察钛笼内的植骨生长情况，并对其影像学、生物力学及组织学情况进行对比分析，来指导临床上置入钛笼长度以及手术方式的选择，以达到骨性愈合，获得更好的临床治疗效果。方法：1、选用成熟山羊为实验动物，随机分为三组，每组三只，根据切除椎体长度分为A组（切除1/2椎体）、B组(切除1个椎体)、C组（切除1个半椎体）。麻醉后经前路腹膜外入路到达预切除椎体，直视情况下将其切除并将填充骨粒的钛笼置入，合适长度的钛板固定上下椎体，造模成功后在动物室内饲养。2、分别在制作动物模型之后的0、3、5、7、14、30天抽取静脉血样3ml，检测BGP、BALP、BMP-2、TGF-β、VEGF的水平变化，分析这些细胞因子在骨再生和修复中的表达。3、所建立动物腰椎融合模型人工饲养4个月后处死，获得新鲜山羊腰椎融合标本9具，摄X片、64排螺旋CT薄扫行冠状位、矢状位、横轴位多平面重建，观察骨痂情况及不同位置（钛笼和椎体接触面、距接触面5mm及10mm处两点）的CT值，对比分析不同长度钛笼内骨的生长情况。4、将新鲜山羊腰椎融合标本置于生物力学测试仪上，进行生物力学测试。标本加载载荷0-150N，加载速率为1.5mm/min，测量前屈(Flex)、后伸(Ext)、侧弯(LB)、扭转等不同运动工况下的变形与位移情况。同时利用三维CT重建提供的数据进行有限元分析，测定相邻椎间盘及钛笼和椎体接触面的应力变化。本实验在正常生理负荷下进行加载，不进行破坏性生物力学实验。5、将山羊腰椎融合标本，经过固定、脱水、金属切片机切片、染色后观察不同位置（钛笼和椎体接触面纵切面及距接触面5mm、10mm处两点横切面）的骨小梁生长情况。结果：1、成功建立了脊柱椎体切除钛笼植骨融合的动物模型。2、在骨损伤修复过程中，可以检测到血清中骨代谢标志物BGP、BALP和促骨形成细胞因子BMP-2、TGF-β、VEGF的浓度变化,其中B组与C组术后3天数值开始升高，且于7天—14天达到峰值，随后开始下降，持续时间较短。3、通过三维CT测量钛笼和椎体接触面（a点）、距接触面5mm处（b点）、距接触面10mm处（c点）三点CT值，结果显示：三组三点的CT值均较正常椎体的CT值低，不同组别相同点CT值由大到小：A组＞B组＞C组，但A组与B组无明显统计学差异，A组与C组及B组与C组统计学有差异；相同组别的不同点CT值由大到小：a点＞b点＞c点，每组间都有统计学差异。4、生物力学检测显示：相同载荷作用下，不同长度实验组位移不同，A组位移最小，C组位移最大，A组、B组及C组比较有明显统计学差异。在相同扭矩作用下A组扭角最小，C组扭角最大，A组、B组及C组比有统计学意义。有限元分析显示：钛笼的应力集中情况A组在不同工况下均大于B组及C组，上下邻近间盘的应力A组在每个工况所受应力都最小，而C组最大。5、组织切片观察各组钛笼和椎体接触面的纵切面（a点）、距接触面5mm横切面（b点）、距接触面10mm横切面（c点）的骨小梁密度、形态显示：相同组别不同点的骨小梁密度、形态比较由高到低、由粗变细：a点＞b点＞c点。不同组别相同点的骨小梁密度、形态比较由高到低、由粗变细：A组＞B组＞C组。结论：本实验证实应用陆眠宁对山羊进行麻醉，是一种安全有效的麻醉方法，可以保证造模手术的顺利完成。经前路腹膜外入路建立腰椎椎体切除融合的动物模型操作简单，具有可重复性，为今后脊柱融合技术的基础研究提供了一种成功的造模方法。骨形成调节因子及代谢标志物只是代表成骨细胞活动及骨形成时的代谢产物的变化，对成骨的监测非常有价值，还不能作为评价骨融合的方法。影像学与组织学评价都证实不同组别钛笼与椎体界面均有骨小梁形成，其生长情况无明显差异，但对距界面一定长度两点横切面的结果观察有明显不同，钛笼越短其内骨生长情况越好，钛笼越长其内的骨生长情况越差。生物力学也证实钛笼长度对其活动度、刚度、界面应力及上下间盘应力有明显影响，越长其活动度越大、抗变形能力越差、界面应力越小、上下间盘应力越大。综上所述影像学、生物力学及组织学都可以作为评价脊柱融合的手段，综合应用是比较合理的评价方法，但在临床上影像学仍是最基本的方法，我们期待微-CT在临床上的应用。骨融合作为一个动态过程需要考虑时间因素，如要判断融合的最佳时间点，需进一步实验来解决这一问题。