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目的通过小牛脊柱模型的生物力学测试和临床研究,探讨单节段椎弓根内固定及单节段短椎弓根螺钉内固定的可行性。方法应用小牛脊柱制成力学测试模型,模拟体外L1-2边缘型脊柱结核前路病变椎体切除手术,即切除L1/2间盘和邻近终板,自体髂骨支撑植骨,后路采用椎弓根内固定系统进行不同方式的固定,并在试验机上模拟脊柱的轴向压缩、侧弯、屈伸和扭转运动,测试模型在轴向压缩、侧弯、屈伸和扭转方向上的运动范围(ROM, range of movement),计算相对运动范围(RROM, relative range of movement)并进行比较。本研究从4个方面分别探讨了单节段椎弓根内固定的稳定性:(1)比较长节段、短节段、单节段长椎弓根螺钉和单节段短椎弓螺钉内固定的生物力学稳定性:后路分别采用长节段、短节段、单节段长钉、单节段短钉进行固定,依次测量各运动方向上的ROM;(2)比较植骨和非植骨条件下的单节段固定的稳定性:分别测量植骨组和非植骨组在各运动方向上的ROM,同步测量后路固定棒的应力变化;(3)分析了橫连在单节段固定中的作用:分别测量无橫连组、一根横联组、二根横联组在各运动方向上的ROM;(4)对45例单节段固定的临床病例进行了随访观察和疗效分析。结果(1)在各个加载方向上长节段组、短节段组的RROM均小于单节段长钉组和单节段短钉组(P<0.05),而单节段长钉组和单节段短钉组的ROM均小于对照组(P<0.05),单节段短钉组和单节段长钉组的RROM相比较均无显著性差异(P>0.05);(2)在轴向压缩、侧弯、前屈和后伸方向上植骨组的RROM显著小于非植骨组(P<0.05),在扭转方向上两组比较无明显差异(P>0.05),在轴向压缩、侧弯、前屈和后伸方向上非植骨组后路内固定棒的应变较植骨组明显增加(P<0.05);(3)在扭转载荷下,一根橫连组和二根橫连组分别与无橫连组比较RROM显著减少(P<0.05),而在其余方向上的RROM比较无显著性差异(P>0.05),一根橫连组和二根橫连组相比在各个运动方向上均无显著性差异(P>0.05);(4)临床治疗随访结果显示单节段固定植骨融合优良,未见矫正度数的明显丢失;结论(1)单节段长钉固定的稳定性虽然低于短节段和长节段固定,但是高于对照组,达到了重建脊柱术后即刻稳定性的目的;单节段短钉内固定与单节段长钉内固定在轴向压缩、侧弯、屈伸、扭转方向上的即刻稳定性相近。(2)椎间植骨后增加了前中柱脊柱的载荷分享,减少了通过后路内固定器的应力,可明显增加脊柱在轴向压缩、侧弯、前屈后伸运动方向上的稳定性;然而在体外非融合状态下,椎间植骨对于脊柱扭转稳定性的影响不大。(3)在单节段椎弓根螺钉内固定中,橫连仅仅能够增强脊柱在扭转方向上的稳定性,使用一根橫连即能够达到最佳的对抗扭转的效果。(4)临床研究结果表明病椎间植骨融合、单节段内固定术可以有效的恢复和维持脊柱的稳定性。