目的:本研究利用螺旋CT连续扫描获得的CT影像学资料,将CT资料导入计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)软件进行图像处理分析,建立了Lenke3型成人特发性脊柱侧凸及胸椎钉道导靶3D模型;依据有限元模型的要求添加材料属性,同时对材料属性的参数进行修正以及有效性进行验证,胸椎钉道导靶通过3D打印模型模拟置钉验证其置钉的有效性及科学性;在修正好的模型上分别模拟不同的手术方式,了解不同手术方式椎弓根螺钉的应力大小及其矫形效果,为Lenke3型成人特发性脊柱侧凸患者不同手术方式螺钉的应力研究及不同的手术方案的矫形效果评价和优化提供了一定的理论支持,为其远期疗效提供科学依据。方法:选择l例28岁男性的Lenke3型成人特发性脊柱侧凸志愿者为研究对象,仰卧位从C7上缘至尾骨的螺旋CT连续扫描,层厚0.625mm,将获得的CT图像以Dicom格式导入Mimics16.0逆向工程软件中,对该模型进行几何清理、优化,建立完整的包括胸廓结构在内的脊柱侧凸几何模型,于胸椎椎体上利用设计模块建立Lenke3型成人特发性脊柱侧凸胸椎钉道导靶;将完整的几何模型导入Ansys14.0有限元分析软件中进行网格划分,划分体网格及面网格,参照文献对实体单元赋予材料属性,建立包括椎间盘及韧带等的完整lenke3型成人特发性脊柱侧凸有限元模型。依据左右侧屈实验将上胸段、胸椎侧凸、腰椎侧凸等3个区域的椎间盘材料属性分为柔软型、僵硬型和中间型三个水平。按照正交实验设计,通过直观分析法筛选出有限元模型的材料参数,从而获得有限元模型的个体化生物力学属性。将优化后的模型进一步模拟卧位左右侧屈试验并与临床的x线片对比,筛选出最佳的组合,并在有限元模型中提取t1-t4、t5-t8和l6-s1三个节段,对各节段模型进行约束加载,将结果与体外实验进行对比研究,最终多角度对模型的有效性进行验证。在优化后的lenke3型成人特发性脊柱侧凸有限元模型上,分别进行有限元手术模拟,case1:上下端椎双侧置钉结合后路关节突关节松解;case2:模拟后路关键椎置钉结合后路关节囊松解;case3后路关键椎置钉结合后路关节囊松解及前路侧凸处胸椎松解;case4:关键椎置钉结合后路关节囊松解结合前路腰椎侧凸处松解;case5:关键椎置钉结合后路关节囊松解结合前路胸腰椎侧凸处松解。探讨lenke3型成人特发性脊柱侧凸不同手术方案的三维矫形效果及生物力学特征。结果:利用有限元软件建立了完整的lenke3型成人特发性脊柱侧凸,包括全部胸椎、腰椎、骶尾骨、胸廓、肋骨、肋软骨、椎间盘和关节囊、韧带等结构。建立的的模型包括四面体单元440975个和杆单元580个,共计441555单元,1077318个节点。成功建立了12个胸椎的钉道导靶模型,导靶模型包括四面体单元4682个,7390个节点。通过正交实验后获得的有限元模型和患者真实情况差异最小的组合为:a1b2c3,直观分析表的结果显示各因素对模拟实验结果差异的影响大小顺序为:b>c>a,即因素b影响最大,而因素a影响最小。经参数修正后的有限元模型在左右侧屈位的模拟结果与患者真实情况无明显的统计学差异。同时,t1-t4和t5-8及l6/s1三个节段有限元模型加载结果基本符合各自参照的其它作者实验结果。在优化后的模型上,顺利完成了设计的case1-case5共5种手术方案。case1结果显示:矫形应力最大处位于l4左侧,螺钉的最大应力值为205.64mpa;case2结果显示:矫形应力最大处位于l4左侧,螺钉的最大应力值为313.83mpa,case3结果显示:矫形应力最大处位于l4左侧,螺钉的最大应力值为337.08mpa;case4结果显示:矫形应力最大处位于l4左侧螺钉的最大应力值为331.3mpa;case5结果显示:矫形应力最大处位于l4左侧,螺钉的最大应力值为280.48mpa,各组最大值均低于螺钉本身的折弯临界值;各组应力最小值,case1应力最小:72.12mpa,位于胸12左侧;case2最小值:83.76mpa,位于胸7右侧,case3应力最小值:67.20mpa,位于胸7右侧;case4应力最小值:63.17mpa,位于胸7右侧;case5应力最小值:48.82mpa,位于胸7右侧;case1-5手术方案脊柱胸椎侧凸的矫形率分别为63.9%,59.9%,67.6%,61.5%,66.4%,腰椎侧凸的矫形率分别为39.1%,32.2%,36.8%,42.9%,49.3%。case3、5俩种胸椎松解术的实验在胸椎矫形过程中其矫正效果未明显提高,但其相应结构的椎弓根螺钉应力确明显减低,case5结果显示在腰椎去旋转及降低胸腰椎螺钉的应力上明显优于其它组。结论:通过有限元分析软件建立了完整Lenke3型成人特发性脊柱侧凸的有限元模型,建立的模型与患者的X线片相比,其形态形象、逼真,几何形态相似度高。同时对该模型进行了参数优化、修正、有效性验证,在修正后的模型上有效模拟了五种手术方案,并对每一种手术方案进行矫形测量,分析不同置钉及矫形方案的螺钉应力,结果显示其手术矫形效果较好。关键椎置钉可获得与双侧置钉一样的矫形效果,后路关键椎置钉结合胸椎松解术,相应的胸椎椎弓根螺钉应力明显降低,关键椎置钉结合胸腰椎前路松解术去旋转效果佳,单存腰椎松解,腰椎去旋转度不优于单存后路松解,对于Lenke3型成人特发性脊柱侧凸患者中为了提高患者腰椎去旋转及减轻椎弓根螺钉的应力及载荷,可以选择胸腰椎联合前路松解术。各组椎弓根钉应力高值主要集中在下端椎L4位置,并且应力主要集中在钉尾与钉身交界处以及钉尾与矫形棒联接处的两个部位,该俩处可能是发生螺钉断裂的高发部位。实验结果为成人特发性脊柱侧凸的有限元生物力学实验提供量化指标,为Lenke3型成人特发性脊柱侧凸的矫形手术治疗效果的预测以及结合临床进行手术方案的制定提供了一定的理论基础。