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目的当前,椎弓根螺钉固定技术是脊柱外科广泛应用的一项手术技术。尽管该技术用于脊柱疾病治疗时多数患者可以获得显著的术后改善,然而自该技术发明和应用以来,关于该技术负性手术效果的文献报道层出不穷。因此,如何优化手术技术,以提高临床治疗效果,进而减少医疗资源消耗和家庭社会负担,一直是脊柱外科领域关心的难点和热点问题。针对目前后路腰椎椎体间融合术（Posterior Lumbar Interbody Fusion,PLIF）存在两项易忽视和争议性问题,即术中钛棒弯曲存在主观性与经验性,和横连接使用的必要性与最佳安装位置,本研究开展了数值模拟和回顾性病例研究用于分析钛棒曲率和横连接在生物力学性能和术后结果方面对于PLIF手术的影响,优化了术中弯棒操作方式,以期指导临床实践。本研究拟达到以下目标:（1）利用有限元分析技术探究钛棒曲率对单节段PLIF手术的生物力学影响,提供术中弯棒操作过程中合适钛棒曲率的参考依据;（2）通过回顾性病例研究探究钛棒曲率对PLIF手术预后的影响;（3）优化术中精准弯棒的操作方法以满足临床需求;（3）利用有限元分析技术探究横连接对PLIF的生物力学影响,阐明横连接使用的必要性和最佳安装位置。方法1、在全腰骶椎仿真建模基础上,通过有限元分析评估不同钛棒曲率对单节段PLIF手术的影响。钛棒曲率设计分为四种,三种借鉴临床常用的腰椎前凸测量方法用于弯棒操作,包括质心法（Centroid）、Cobb角法（Cobb）和后切线法（Posterior Tangent）,第四组是直棒（Straight）。测量指标包括全腰骶椎活动度（Range of Motion,ROM）、邻近节段节间活动度（Intersegmental Rotation Angle,IRA）、邻近节段椎间盘内压（Intradiscal Pressure,IDP）、钉棒固定系统最大应力值（Maximum Von Mises Stress in Fixation,MSF）。2、通过开展回顾性病例研究比较PLIF术后效果满意（正常组）和术后因邻近节段退变恢复不佳需要翻修手术（翻修组）的腰椎管狭窄症患者的资料特征。其中一般资料包括年龄、性别、身高、体重、BMI;手术资料包括融合节段数量、手术时长、手术失血量、住院天数。影像学测量指标主要包括腰椎前凸角（Lumbar Lordosis,LL）、骨盆倾斜度（Pelvic Tilt,PT）、骨盆入射角（Pelvic Incidence,PI）、骶骨倾斜角（Sacral Slope,SS）、骨盆入射角与腰椎前凸差值（Pelvic Incidence Minus Lumbar Lordosis,PI-LL）、融合节段Cobb角、钛棒曲率（Rod Curvature,RC）、融合节段后切线角（Posterior Tangent Angle,PTA）、钛棒曲率与融合节段后切线角之差（RC-PTA）。3、本研究以脊柱正常曲率为参考指导钛棒曲率设计,利用手术规划软件与投影成像技术发明了一种便捷、精确的弯棒操作方式。4、在全腰骶椎仿真建模基础上,模拟设计L4/5单节段和L3-S1多节段PLIF模型。通过有限元分析评估横连接使用与否、安装位置对单节段或多节段PLIF的影响。单节段PLIF模型包括无横连接和有横连接;多节段PLIF模型包括无横连接、上方横连接、中间横连接和下方横连接。测量指标包括全腰骶椎ROM、邻近节段IRA和邻近节段IDP和MSF。结果1、对L4/5单节段PLIF手术,Centroid、Cobb、Posterior Tangent和Straight模型在前屈、后伸、侧向弯曲和轴向旋转加载条件下全腰骶椎ROM、邻近节段IRA和邻近节段IDP未见明显差异。与其他组模型相比,Posterior Tangent模型在前屈、后伸和轴向旋转加载条件下具有较小的MSF。四种模型的钉棒系统应力集中主要分布在双侧钛棒和螺钉尾部,以侧方弯曲和轴向旋转加载条件下更为明显。2、该回顾性研究共纳入97例腰椎管狭窄症患者,正常组53例,翻修组44例。翻修组患者年龄中位数显著大于正常组（63.5岁[Q1,Q3 53.75,67]和53岁[Q1,Q3 43,64],P=0.002）,手术失血量中位数显著大于正常组（325 ml[Q1,Q3 237.5,500 ml]和300 ml[Q1,Q3 200,300 ml],P=0.033）。两组在性别、身高、体重、BMI、手术时长、住院天数方面无统计学差异。在影像学参数方面,翻修组RC、RCPTA均显著低于正常组（RC:10.71°±7.98°和22.04°±7.9°,P＜0.001;RC-PTA:-8.4°[Q1,Q3-19.43°,-4.8°]和0°[Q1,Q3 6°,5.9°],P＜0.001）。多因素回归分析显示,低年龄（OR=0.94;95%置信区间:0.89-0.99;P=0.0187）,较大的RC（OR=1.35;95%置信区间1.20-1.51）和较小的PTA（OR=0.91;95%置信区间0.85-0.96）有更高几率获得更好的手术效果。受试者工作特征曲线分析显示,RC分类器预测手术效果的ROC曲线下面积是0.851（0.769-0.932）,最佳临界值为13.70。最佳临界值的灵敏度为89%,特异度为75%,阳性预测值为0.81,阴性预测值为0.85,阳性似然比为3.55,阴性似然比为0.16。RC-PTA分类器预测手术效果的ROC曲线下面积是0.801（0.713-0.888）和最佳临界值为-1.30。最佳临界值的灵敏度为60%,特异度为89%,阳性预测值为0.86,阴性预测值为0.65,阳性似然比为5.31,阴性似然比为0.45。3、本研究设计了一种用于脊柱后路钉棒固定术的术中弯棒装置。在手术中将置钉满意的影像学检查导入手术规划系统,通过手术测量规划矫正脊柱生理曲度,模拟钛棒弯曲及匹配;将手术规划的弯曲钛棒图像通过实物比例投影至操作台,手术助手或护士、技师等可直接根据投影进行匹配弯棒操作。4、（1）对于L4/5单节段PLIF手术,无论横连接使用与否,在前屈、后伸、侧向弯曲和轴向旋转加载条件下全腰骶椎ROM、邻近节段IRA和邻近节段IDP未见明显差异。在前屈和后伸加载条件下,有横连接模型MSF比无横连接模型MSF低。在侧向弯曲和轴向旋转加载条件下,有横连接模型MSF比无横连接模型MSF高。侧向弯曲和轴向旋转加载条件下的差异比前屈和后伸加载条件下更明显。无横连接、有横连接模型的应力集中分布均分布在侧方弯曲加载条件下的双侧钛棒和轴向旋转加载条件下的螺钉尾部。横连接添加降低了轴向旋转加载条件下下方螺钉的应力集中分布范围。（2）对于L3-S1多节段PLIF手术,无横连接、上方横连接、中间横连接、下方横连接模型在前屈、后伸、侧向弯曲加载条件下全腰骶椎ROM和邻近节段IRA差异性微小,但是安装横连接的三组模型与未使用横连接模型相比在轴向旋转加载条件下具有稍小的全腰骶椎ROM和邻近节段IRA,以上方横连接最为明显。四组模型在前屈、后伸、侧向弯曲和轴向旋转加载条件下的IDP未见明显差异性。与未使用横连接模型相比,安装横连接的三组模型在前屈、侧向弯曲和轴向旋转加载条件下均显示出较小的MSF;且以侧向弯曲加载条件下中间横连接、轴向旋转加载条件下下方横连接更为明显。四组横连接模型以侧方弯曲和轴向旋转加载条件下应力集中更为明显;应力集中主要分布在双侧钛棒、最上方和最下方的螺钉尾部。使用横连接降低了轴向旋转加载条件下双侧钛棒上的应力分布。结论1、四种钛棒曲率模型在前屈、后伸、侧向弯曲、轴向旋转加载条件下表现出近似的生物力学行为,但是后切线法与其他组相比,在前屈、后伸、轴向旋转加载条件下其钉棒系统应力分布优于其他组。2、与PLIF术后疗效满意的腰椎管狭窄症患者相比,PLIF术后因邻近节段退变预后较差且需要翻修手术的患者具有较大的年龄、较多的手术失血量、较小的钛棒曲率、较大的钛棒曲率与融合节段后切线角之差。研究证明RC和RC-PTA是用于预测术后效果的良好指标。3、利用手术规划软件和投影成像技术可以优化术中弯棒操作,以解决目前临床弯棒操作过程中存在的主观性、不确定性、标准化水平差等问题。4、横连接的使用对单节段PLIF手术并无益处,而在多节段PLIF手术中使用横连接具有抗旋转优势,且可以降低内固定失效风险。此外,多节段PLIF手术时将横连接安装与中间或下方具有更小的内固定失效风险。