青少年特发性脊柱侧弯是青少年中较为常见的一种脊柱畸形,严重的影响了青少年的身心健康。目前治疗特发性脊柱侧弯的方案有两种:对于重度的脊柱侧弯,手术治疗为主要治疗方案,但是手术治疗较为复杂,存在较高的风险,由手术引起的并发症会对青少年的身体造成不可逆的伤害;对于轻度和中度的脊柱侧弯患者,保守治疗即矫形器治疗为首选方案。传统的脊柱侧弯矫形器虽然广泛应用于临床,但其在制作效率、制作成本和舒适程度上存在着改进空间。其普遍存在制作周期过长、材料消耗高和生物力学矫治效果不明确等缺点。目前,针对脊柱侧弯治疗的生物力学矫正机制还未达成明确的共识,并且3D打印脊柱侧弯的强度和矫正效果也不清晰。针对这些问题,本文利用有限元分析对脊柱侧弯的生物力学进行了初步探索,同时通过计算机辅助设计的3D打印脊柱侧弯矫形器的仿真分析以及对分析结果的验证,对其强度和治疗效果进行了一定的研究。本文基于有限元的优化设计对3D打印脊柱侧弯矫形器的分析,采用正交试验对局部镂空结构进行了研究,并对矫形器进行生物力学镂空化设计和拓扑优化,使其具有良好的力学强度、模型轻量化等特点。主要研究内容如下:（1）建立脊柱侧弯矫形器数字化模型。本文在完成数据收集前的准备工作后,利用手持式三维扫描仪对脊柱侧弯患者躯干轮廓进行扫描,初步获得患者体表轮廓的数据,利用3-matic等设计软件对异常的面片数据进行处理,完成对模型孔洞的修补以及多余面片的去除,从而重建出患者体表的数字化模型。针对患者的体表模型,根据三点力原理、牵引及免荷原理,对其进行修型,设计出压力区和释放区,牵引脊柱的运动并对脊柱提供支撑力,从而实现对脊柱的矫正。最后利用逆向软件Geomagic提取出脊柱侧弯矫形器的轮廓曲线,重建出所需的矫形器实体模型。（2）脊柱侧弯矫形器的局部优化设计。本文采用正交试验方法对32种不同尺寸的镂空组合进行局部优化对比研究,根据正交试验的结果分析得,半径为9mm的圆孔,间距23 mm的局部镂空优化设计（局部减重约40%）为最佳镂空方案。在此基础上,对脊柱侧弯矫形器模型进行镂空处理,分析比较镂空设计前后的3D打印脊柱侧弯矫形器的应力分布。经过验证,镂空后的矫形器强度符合要求,并且在重量、透气性和舒适度等方面更具有优势。（3）脊柱侧弯矫形器模型的拓扑优化设计。为了进一步确定镂空孔的位置,使其更具有理论依据,在不影响矫形器的治疗效果和强度的基础上,本文采用SIMP法的连续体拓扑优化模型,将矫形器模型受到的最小应变能设为目标函数,小于等于原模型体积的80%设为约束条件,在有限元软件ABAQUS中对其进行优化,获得了合适的减材区域。最后采用熔融沉积技术完成脊柱侧弯矫形器的制造,并对矫形器进行后处理。