1、目的：探討基于CT掃描數(shù)據(jù)建立個體化的AIS三維有限元模型的技術路線和方法。將該模型應用于手術和支具治療基礎研究領域，對不同的治療方法和相關策略進行了仿真和生物力學評價，為側凸治療的優(yōu)化和個體化提供理論和實驗依據(jù)。 方法：用32排螺旋CT(GEMEDICALSYSTEMS，LightSpeed16，軟件版本LightSpeedApps405I.2_H4.0M5)，對一例青少年特發(fā)性側凸患者(KingⅢ型，頂椎T9)從T1上緣至骶

2、尾骨末端進行連續(xù)掃描。掃描層距1.25mm，共513張。獲取患者的影像學資料，以DICOM格式存儲。用上海交通大學生命質(zhì)量與機械工程研究所研發(fā)的圖像處理軟件MedGraphics抽取骨性結構的邊界。按點-線-面一體的程序建立側凸患者脊柱(頸椎除外)、胸廓、骨盆和腹壁軟組織的幾何模型，以IGES格式輸出。借助ANSYS軟件的前處理模塊功能，參考文獻初步賦予材料屬性、劃分網(wǎng)格形成三維有限元模型。將建成的三維有限元模型分段與相關文獻進行比較，

3、初步驗證模型的可信程度。按照正交實驗設計進行五因素三水平分析，結合臨床bending試驗和牽引試驗的數(shù)據(jù)，對上胸段、主胸彎段，胸腰段和下腰段等4個區(qū)域的椎間盤材料屬性和皮質(zhì)骨厚度進行參數(shù)優(yōu)化和個體化。本課題將個體化模型初步用于以下二個領域：(1)基于有限元模型，進行Zielke手術矯形進行不同策略的設計和仿真實現(xiàn)。綜合考慮矯形效果滿意、螺釘拔出的并發(fā)癥風險，提出合理的治療方案。(2)根據(jù)Boston支具治療的原則和患者側凸形態(tài)特點在模型

4、上裝配支具模型?；谟邢拊Ｐ停M行支具不同加載加載方式治療的仿真和生物力學分析。 結果：1.基于CT掃描數(shù)據(jù)建立了解剖相似性好、可靠性高，即形態(tài)和生物力學特征均符合個體化特點的脊柱側凸軀干、骨盆和腹壁的三維幾何和有限元模型。模型包括椎體、椎間盤、終板、后部結構、肋骨、胸骨、骨盆、肋椎關節(jié)、肋橫突關節(jié)、關節(jié)突關節(jié)、骶髂關節(jié)和各種韌帶(前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、關節(jié)囊、棘上韌帶、棘間韌帶、和肋間韌帶等)，模型共包括20種材料的屬

5、性，80003個體單元，22232個殼單元，136個索單元，共266422個節(jié)點。2.基于AIS患者的三維有限元模型，通過Zielke前路手術治療仿真模擬的生物力學分析，在頭端椎體和中間椎體上固定的螺釘受到軸向拉伸力，其余螺釘上產(chǎn)生軸向壓力；頭端和尾端的螺釘受較大的剪力；在頭端運動節(jié)段的強力矯形方案導致軸向拉伸的和橫向剪切的力量加大。3.束帶力為60N時，矯形率為60％，后凸畸形沒有顯著變化，頂椎的旋轉部分改善。 結論：1.本課

6、題基于人體CT斷層解剖數(shù)據(jù)，建立了一套臨床上AIS患者(包括軀干、骨盆和腹壁)三維有限元模型的快速建模的技術路線和方法。2.AIS三維有限元模型經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化處理后，具有很高的幾何和生物力學可信度，并且具有了形態(tài)學和生物力學特性個體化的特點，可以用來深入研究特定AIS患者的生物力學。3.基于模型對Zielke前路手術治療仿真模擬和生物力學分析，得出采取在頭尾兩端適度矯形、在中間節(jié)段強力矯形的手術策略可以獲得滿意的矯形效果，同時降低了頭端螺