一、 脊柱解剖结构分析

正常人体的脊柱 

人体脊柱亦称脊梁骨，由形态特殊的椎骨和椎间盘连结而成，位于背部正中，上连颅骨，中部与肋骨相联，下端和髋骨组成骨盆。自上而下有颈椎7块、胸椎12块、腰椎5块、1块骶骨（由5块骶椎合成）和1块尾骨（由4块尾椎合成）。

关节面

脊椎运动的主要原因是在于关节连接的形状和位置，正是由于这些关节面的位置和定向作用影响着脊椎的力学性能。

韧带

黄韧带与脊柱侧弯有关，黄韧带及关节面限制着正常胸椎绕轴间的旋转。

二、 脊柱侧弯的生物力学定义

形态定义：相对于脊柱正常中心线明显的侧向弯曲。

力学定义：脊椎骨之间和之内不正常的变形，即在正面有过多的弯曲，又在不当的方向上绕竖直轴的转动过大大。

表现：

椎骨之间的相对位置不正常

椎骨变形、额面过度弯曲

一侧椎弓宽而另一侧椎弓窄，中间的横突不对称

棘突发生弯曲且不在中线上

椎板及椎体不对称

三、 脊柱侧弯矫正中轴向力、横向力及复合力之间的比较

将脊柱模型分为3个部分即（如下图）：AC、BC以及连接两者的扭转中心C。这个链接结构在同一个额状面上运动，并模拟Cobb角的畸形。分析模型在接受轴向力、横向力和二者的复合力时的静力学行为。研究表明三种力加载对脊柱侧弯的矫正效果，复合力最为有效(如下图)

四、 3D打印及有限元分析在脊柱侧弯上的应用

矫形器是目前应用最广的非手术治疗方法，但是矫形器大都是采用手工制作，依据患者的X光片所反映的脊柱病理特点，由矫形技师根据经验来确定矫正力的大小和方向，矫形器制作经验依赖性强，矫形器所施加的压力大小、方向，束带张力大小等因素没有定量标准。但是随着生物力学研究及3D打印技术的发展，我们可以首先建立脊柱侧弯矫形器三维模型，其次进行有限元仿真分析和结构优化，最后利用3D打印技术将模型打印，这个过程在一定程度上代替生物力学实验，同时能模拟活体下的力学情况，对病人无任何伤害，且治疗效果更佳。（资料整理：三的部落MR.ZHANG)

参考文献：

 [1]吕伟佳 香港大学骨科学系 《脊柱侧弯力学研究基础》

 [2]李高峰 北京社会管理职业学院假肢矫形器康复系

《 有限元法在脊柱侧弯矫形器生物力学研究中的应用》