脊柱侧凸是一种脊柱在冠状位、矢状位及轴位的三维畸形,使得患者的脊柱形成弧度畸形状态的一种疾病,病因目前仍未完全明确。青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent Idiopathic Scoliosis,AIS)发生于青春期或骨骼成熟前,是一种常见的脊柱侧凸类型,占脊柱侧凸患者总数的80%。患有脊柱侧凸的青少年中女性患者多于男性,平均来看,女性患病率可达到男性的5倍。如果没有及时发现治疗脊柱侧凸,将会导致一系列不良后果,比如身体不平衡、影响美观、引起腰背痛、影响儿童及青少年肺脏和胸廓的发育、致胸廓畸形、肺容积减小,呼吸功能受损甚至产生心理影响。目前国内外对青少年特发性脊柱侧凸这一疾病渐渐引起重视,成为研究热点。传统矫形器的精度较低,佩戴的舒适度也无法满足患者的需求,同一个患者的传统矫形器也易受矫形器师的主观影响,受力方向不可控以及无法进行计算机验证等问题逐渐暴露,本课题正是为突破这一临床治疗的瓶颈而设计。本课题的矫形器设计部分可归纳为以下几点:1)通过光学扫描设备structure sensor获得stl/obj格式的体表扫描文件。2)利用Rodin4D矫形器设计软件对光学扫描文件进行修改,将体表扫描文件和X光片进行配准,对侧凸的顶椎和端椎特定位置进行加力,根据受力位置设置对应的释放区,勾勒矫形器轮廓线并提取,生成矫形器,导出stl文件。3)将做好的矫形器文件导入3-matic等逆向工程软件,对矫形器进行光滑、网格细化、加厚等操作。4)进行3D打印,进行适配、随访。本研究的力学仿真可归纳为以下几点:1)通过CT扫描得到患者患处的影像学资料。2)使用Mimics等软件对患者CT进行处理,构建患者的胸椎T9-T12、腰椎L1-L5、骶椎及椎间盘和韧带的三维有限元模型,利用3-matic、magics等软件对其进行光滑、简化、赋值等操作。3)对模型进行有效性验证,以证明模型接近真实情况,可以进行有关实验研究。4)通过电阻式薄膜压力传感器检测矫形器对患者的压力大小,计算脊柱在受力状态下的位移、应力变化分布情况,对比计算机模拟后的脊柱形态和患者佩戴矫形器后所拍摄X光片。本研究为脊柱侧凸的矫形器治疗提供了一种更为简便、快捷的设计方法,并利用3D打印的新技术和新材料实现了更为精准的设计和更高的舒适度,同时实现生物力学验证,实验模型网格划分更精细,计算结果更为准确,经过有效性验证与前人的文献中实验结果吻合,更接近真实情况,仿真试验与随访也初步验证了矫形器的安全性与有效性。本试验属于多学科交叉融合,涉及医学影像、康复、生物力学等多学科专业知识,后续进一步研究将为临床转化奠定基础。