A diagnostic method for quantitatively measuring spinal instability within a patient includes capturing a series of multi-frame stereoscopic radiographs of a target region of the patient's spine. The patient moves over a range of motion that allows the motion of the vertebrae in the target area of the spine to be captured in a series of multi-frame stereoscopic radiographs. The diagnostic method further comprises reconstructing a three-dimensional model of the target area of the patient's spine that moves over the range of motion. The relative three-dimensional position and orientation of each vertebra in the target area is calculated based on the X-ray images of each frame of a series of multi-frame stereoscopic X-ray images. The diagnostic method further comprises measuring a relative three-dimensional position and orientation change of each vertebra in the three-dimensional model of the target area over the movement. The measured change reflects the amount of spinal instability in the patient.患者内の脊椎不安定性を定量的に測定するための診断方法は、患者の脊椎のターゲット領域の一連のマルチフレーム立体X線撮影画像を取込む段階を有する。患者は、脊椎のターゲット領域内の椎骨の運動が一連のマルチフレーム立体X線撮影画像に取込まれることを可能にする運動の範囲にわたって移動する。診断方法は、更に、運動の範囲にわたって移動する患者の脊椎のターゲット領域の3次元モデルを再構成する段階を有する。ターゲット領域内の各椎骨の相対的な3次元位置及び向きは、一連のマルチフレーム立体X線撮影画像の各フレームのX線撮影画像に基づいて計算される。診断方法は、更に、運動にわたってターゲット領域の3次元モデル内の各椎骨の相対的な3次元位置及び向きの変化を測定する段階を有する。測定された変化は、患者の脊椎不安定性の量を反映する。