研究背景与目的：小关节的结构及功能紊乱是慢性腰痛的重要原因,然而由于其深在的位置,复杂的形态及微小的体积,目前对小关节微结构的研究较少。本研究拟通过对腰椎小关节各组分的研究,探讨其形态结构特点及变化规律,以期更深入的理解结构与局部应力分布的适应关系以及其在腰痛患者中的变化。研究方法：研究对象包括90名志愿者和12具腰椎尸体标本。分别采用质子密度序列MRI和薄层CT扫描90名志愿者的腰1至骶1,再采用自行设计的Visual C++计算机程序,通过对MRI和CT图像进行双线性插值放大、阈值化处理、三维重建及点云计算,精确测量腰椎小关节的软骨下皮质骨厚度、关节间隙宽度和关节面面积,并分析其在三维空间内的分布特点；对腰椎尸体标本的每个节段小关节分别行MicroCT扫描,分析其松质骨的结构特点,并打开小关节囊,直视下观察关节面软骨的退变程度及分布情况。主要评估指标包括：①软骨下皮质骨厚度：对小关节特定层面的MRI图像进行多阈值化处理,将软骨下皮质骨的内外侧边缘分别转化为点云数据,利用点云间最小距离法计算软骨下皮质骨厚度。②软骨下皮质骨厚度的三维分布特点：将小关节CT扫描图像二值化,选取软骨下皮质骨的内外侧边缘并转化为线状点云,逐层叠加、三维重建为面状点云,利用点云间最小距离法计算各区域软骨下皮质骨的厚度。③关节间隙宽度及三维分布特点：将小关节CT扫描图像二值化,选取关节间隙的内外侧边缘,分别转化并重建为面状点云,利用点云间最小距离法计算各区域关节间隙的厚度。④小关节面面积：基于小关节面的面点云数据,分别计算每两个相邻层面的3个点组成的小三角面的面积,所有面积之和为小关节面的面积。⑤小关节松质骨结构特点：利用Scanco软件包对尸体小关节松质骨的MicroCT图像进行三维重建,并分析各微结构参数。⑥小关节软骨退变特点：将尸体腰椎小关节囊打开,详细观察小关节面软骨的退变情况,并分四度、五区进行记录。分别比较上述各观察指标在上、下关节突间,每侧关节突的五个分区(头侧区,尾侧区,腹侧区,背侧区与中央区)间,男女不同性别间及不同年龄段间的差异。分析各指标随腰椎节段,年龄,性别变化的规律。亦比较腰痛患者与正常人间的差别。研究结果：①软骨下皮质骨厚度：平均厚度为1.56±0.37 mm,左、右侧无明显差别,厚度随腰椎节段及年龄的增加而增厚,上关节突明显较下关节突厚,男性明显比女性更厚。②软骨下皮质骨厚度的三维分布：上关节突头侧区最厚,下关节突尾侧区最厚。中央区的厚度明显小于其他各区。各区之间的差别在低位节段腰椎中更明显。③关节间隙宽度及三维分布：平均宽度为1.46±0.08mm,随年龄增加而变窄,40岁以上者更明显；腰痛患者的小关节间隙显著变窄,女性关节间隙均较男性宽。分区比较时,头侧区间隙较尾侧区宽,中央区的间隙普遍较周围区宽,这些差别在腰痛患者及下3个腰椎节段中更明显。④小关节面面积：平均面积为173.2±3.6mm2,随腰椎节段及年龄的增加而增大,L4/5节段以下及40岁以上更加明显。腰痛患者的小关节面积明显大于正常人。腰痛患者上关节面的面积明显大于下关节面(L5S1节段除外)⑤小关节松质骨三维微结构特点：上关节突骨小梁更接近板状,而下关节突更接近杆状,骨小粱结构在上关节突更坚强。分区比较时可见,上关节突头侧区与尾侧区骨小梁明显较致密,中央区骨小梁较稀疏,而下关节突尾侧区与头侧区骨小梁较致密,中央区骨小梁较稀疏。松质骨的密度随腰椎节段的下移而增加,在L4/5节段达到最高,L5S1节段稍降低。⑥小关节软骨退变特点：软骨退变在腰椎小关节中的发生率较高,且随着腰椎节段的下移及年龄的增加而增高,其中受累最严重的为L4/5节段；上关节突的退变较下关节突更严重,关节面边缘区软骨退变较明显,而中央区的软骨保存较好,软骨缺损发生率由高到低在上关节突分别为：头侧区、尾侧区、背侧区、腹侧区和中央区,在下关节突为尾侧区、头侧区、背侧区、腹侧区和中央区；综合分析发现：①小关节各结构的分布特点相互关联,在软骨退变严重的部位,软骨下皮质骨较厚,骨小梁密度较大,反之亦然。②腰痛患者小关节间隙狭窄,关节面积增大,上关节面面积显著大于下关节面。③以上变化在年龄超过40岁,男性及绝经后女性,L4/5节段,关节面不匹配时更明显。结论：①本研究开创了一种无创性准确测量腰椎小关节结构的方法；②揭示了小关节各种结构参数在腰椎中的分布及其变化规律。这些特点与关节面形态,关节间应力及关节退变等因素有关,反映了长期的负荷状态下人体结构的适应性改变。理解这些特点和差异有助于进一步研究小关节生理和疾病。