背景特发性脊柱侧凸的前路手术因矫形力直接作用于椎体、能提供强大的去旋转力,且融合节段少,有利于保留运动节段,适用于胸腰段或腰段脊柱侧凸,但存在假关节形成和内固定失败等并发症发生率较高的问题。随着内固定器械的革新及三维矫形理论的发展,椎弓根钉技术被广泛运用于侧凸矫形。相对于椎板钩及椎弓根钩,椎弓根螺钉通过前、中、后三柱,能提供更佳矫形力和显著的远端向中线矫正能力,节省融合节段。近年来全节段椎弓根螺钉矫形术被广泛用于胸腰段和腰段脊柱侧凸,取得了很好的疗效。因此目前胸腰段或腰段特发性脊柱侧凸在手术入路、融合节段的选择等问题上仍存在争议。有限元法作为一种数字模拟技术,已成为脊柱侧凸生物力学研究的热点。目前侧凸矫形的有限元模拟多集中在后路CD手术,前路手术或前后路手术对比的有限元模拟报道甚少。目的利用相关的CAE软件(Mimics和HyperMesh)建立基于CT图像的Lenke5型青少年特发性脊柱侧凸(AIS)的三维有限元模型。对模型的材料性质和皮质骨厚度的参数进行优化和模型的有效性进行验证后,再分别模拟Lenke5型AIS的前、后路手术矫形操作,比较不同手术入路的各种不同矫形方案的矫形效果,以及脊椎的应力、应变水平。方法1三维有限元模型的建立对1例女性Lenke5型青少年特发性脊柱侧弯患者,行仰卧位胸1至尾骨的CT扫描,将获得的CT图像导入医学建模软件Mimics10.0,通过一系列模块的处理后获得医学三维仿真模型,对模型进行几何清理。再将清理后的医学仿真模型导入有限元分析软件HyperMesh 8.0,利用软件的前处理工具进行网格划分,定义接触与连接,参照文献定义材质属性,添加椎间盘、各种韧带等,建立Lenke5型AIS患者的三维非线性有限元模型。2模型的参数优化和有效性验证对建立的有限元模型赋予不同材料属性和皮质骨厚度,模拟左、右侧屈试验,并与临床试验对照,应用SPSS软件按照正交实验设计进行四因素三水平分析,再用直观分析法对正交实验结果进行分析,实现模型材料性质和皮质骨厚度的参数优化。将所建立的有限元模型与原始卧位X线片比较,验证模型的几何外形。通过模拟临床卧位侧屈实验,参照文献在各脊椎节段施加载荷模拟站立,然后提取脊柱的不同节段,将约束加载得到的结果与各自参照的体外实验结果进行比较等,验证模型的有效性。3不同矫形方案的手术操作模拟在建立的脊柱侧凸有限元模型上构建前、后路手术的钉棒系统有限元模型,根据临床前、后路手术融合节段的不同,设置前路短节段融合、端-端融合和后路下固定椎为下端椎或稳定椎的四种不同矫形方案,模拟各种方案90°去旋转和压缩序贯矫形操作,比较不同方案的位移、冠状面及矢状面成角变化、旋转度变化,手术矫形后脊椎的应力水平。结果1成功建立了包括全部胸腰椎(T1～L5)、骶尾骨、完整胸廓、椎间盘、脊柱所有韧带及关节的特发性脊柱侧弯有限元模型,采用4种单元类型,14种材料性质；共包含节点数170784,四面体单元633668个,壳单元126636个,线缆单元680个和杆单元132个,建立的模型与该患者的X线的脊柱几何形态相似性非常好。2利用材料参数和皮质骨厚度优化后的模型模拟临床侧屈实验、站立实验,其生物力学行为和临床基本符合。分段加载实验验证的结果和与各自参照的体外生物力学实验结果基本吻合。3四种不同方案有限元模拟矫形最终的腰椎侧凸Cobb角分别为：22°、23°、26°、26°,胸腰段和腰椎矢状面生理曲度得到维持。前路短节段融合的脊椎应力水平明显较高。而在下端固定椎止于下端椎时,前路单棒固定与后路全节段椎弓根钉固定获得的顶椎旋转的矫正度分别为41.68°和37.79°。结论1基于个体化的CT图像,利用相关计算机软件建立的Lenke5型AIS的三维有限元模型形态逼真,真实反映了脊柱的形态学特征。2进行参数优化的有限元模型顺利通过有效性验证,真实反映了实际个体脊柱的生物力学特性。3首次成功实现了前、后路手术的90°去旋转和压缩矫形的序贯有限元模拟。有限元模拟为Lenke5型AIS矫形手术方案的优化和治疗效果的评价提供了理论依据。4对柔韧性较差的Lenke5型AIS,前后路手术均可获得满意的矫形效果,但前路短节段融合脊椎应力水平明显较高。在远端融合止于下端椎时,后路全椎弓根螺钉固定可取得与前路单棒固定相同的矫正效果。