人类尸体模型主要缺点在于标本已经脱离生理环境，缺少肌肉、韧带相关组织联系，并且在生化试剂的处理下，椎间盘材料特性已经部分或者完全改变，这属于大多数体外研究的共性缺点；此外还存在来源少、成本高等一系列经济问题。这些问题限制了尸体模型试验的发展，但在被一点点逐一研究解决。无论是动物标本还是人类尸体标本由于脱离生理环境，都需要考虑获取、保存、操作环境以及载荷等一系列问题。标本新鲜获取立即实验往往最合适，但是实际标本一般需要深度冷冻保存，单一冻融往往对标本影响较小，但多次冻融循环之后，关节活动度会明显改变，机械特性已经存在较大的差异[30]，但精确的冷冻温度和时间对标本的影响有待研究。实验过程中需要严格维持稳定和控制水合，复制生理环境，不同温度和水合条件下椎间盘的刚度、压缩形变会有区别。实验过程中试样的水化可以通过以下方法来维持：①定期喷水；②用盐水浸泡的纱布包裹；③在湿度室中实验。由椎间盘材料特性决定，实验负荷加载速率越快，椎间盘刚度越大，这种非线性特性意味着，如果在另一种加载模式之前施加压缩预加载，其刚度也会增加。因此，通常在测试过程中采用压缩预加载来模拟附加体质量。

(3)有限元分析：现有标本或多或少都有上述局限性，有限元分析方法是一种经济有效的替代手段[31]。有限元的基本原理是用离散化的单元模型代替原有的物体，根据原有物体的几何材料特性及受力条件，通过控制有限单元、节点、自由度等实验条件，用计算机模拟人体体内情况[32]。有限元模型的主要优点是能够参数化地改变影响因子并评估其对结果的影响[33]。自1972年被首次应用于脊柱生物力学的研究后，经过40年来的发展改进，有限元已经被广泛应用于生物力学理论分析和临床实践中。从二维线性模型发展到非线性模型，进一步发展到三维非线性模型。目前建立的有限元模型不仅包括了椎体、椎间盘、韧带等主要部分，同时对于椎间盘中的髓核和纤维环进行了更加精细化地建模，甚至考虑到了肌肉对于整个腰椎的支撑作用[34]。

BASHKUEV等[35]参考40例患者L4，5椎间盘几何参数，建立四个退化等级椎间盘退变有限元模型，系统评估了不同退变等级对运动节段机械应力的影响。MASNI-AZIAN等[36]同样建立了L4，5椎体的三维非线性有限元模型，引入退变因子模拟不同程度退变后，加载不同方向载荷进行六自由度运动，研究了椎间盘各成分对运动节段力学影响。许多研究用有限元方法模拟了椎间盘内液体的流体力学变化[37-39]，SCHMIDT等[39]发现髓核内压力梯度分布规律，轴向朝向终板并径向朝向核-环界面逐渐减小。

2.2.2 体内研究

(1) X射线：自从20世纪70年代计算机X射线成像技术发明以来，经过数十年的科技进步发展，数字化成像技术已经更加成熟。相较于其他检查来说，X射线技术具有辐射量低、操作简便、费用低廉等优势，适合作为患者的常规检查。在腰椎方面，X射线可以完成不同体位条件记录，减少了器材对运动的限制，能配合各类脊柱内固定技术的使用。AUERBACH等[40-41]利用X射线技术研究全椎间盘置换后脊柱运动学变化，发现手术平面对腰椎整体运动贡献有轻微下降。随着荧光透视技术的发展，研究开始关注动态情况下脊柱的连续变化[42-43]。TAKAYANAGI等[43]基于连续动态运动分析，比较了退行性腰椎滑脱以及正常人之间腰椎运动模式的区别，结果显示滑脱患者屈曲运动紊乱。WONG等[42]开发了一种可以进行自动椎骨分割和跟踪的新系统，能够自动准确地分析来自视频荧光图像的腰椎椎间运动。但研究过程中科研人员逐渐发现X射线摄影确定矢状面旋转和平移的时候，易于受到光学误差及主观影响，造成精度不高等问题。

(2) CT：CT技术运用X射线连续扫描一定厚度人体组织，极大提高X射线的分辨能力，获得显像清晰、精度较高的组织断层影像，并可通过三维重建后，在计算机软件辅助下进行统计学处理和临床分析。但是CT检查辐射剂量大，目前是世界主要人工辐射源，致畸风险远高于普通X射线检查[44]，并且检查需要在仪器中静止操作，难以捕捉记录个体的运动过程。

目前大量研究人员运用这一技术进行脊柱形态学研究，分别测量不同人群中腰椎形态数据，包括椎弓根、椎体、椎间盘各项参数，为生物力学研究提供了基础[45-46]。OCHIA等[47-48]使用定制校准的旋转夹具，在三维CT重建的脊柱平面中使用欧拉角和体积合并法计算腰椎节段运动参数，观察到不同体位状态下脊柱节段运动特点。GODA等[49]归纳总结上百位患者CT影像学表现，发现腰椎峡部裂患者的关节突关节退行性改变比正常患者更为严重。CT技术与其他影像方法以及计算机辅助软件相结合，能获得更好的成果。