研究背景脊柱侧弯在希腊文中称Scoliosis,Galen(公元131-201年)首先用此名词命名。脊柱侧弯是脊柱最常见的畸形,早在希波克拉底时代已对脊柱弯曲有过描述。Andree于1741年就用弯曲的脊柱作为矫形外科学的标记。脊柱侧弯的定义为脊柱前后位X线照片上有超过100的侧方弯曲由于脊柱向侧方弯曲,其弧度范围内的椎体会发生旋转,常导致下维变形复杂的畸形在下个方面有异常:(1)椎体在矢状面上有伸展,使侧弯段有脊柱前突;(2)额状面椎体向一侧倾斜;(3)轴面上有旋转从而使脊柱扭曲,其最主要的变形在弧度的顶端畸形逐渐加重,椎体和胸廓都会发生结构性改变胸腔腹内的器官和椎管的脊髓彼此的解剖关系逐渐失常,而器官功能受损的并不多见。脊柱侧弯从病因学上分为:1、先天性/发育不良性脊柱侧弯,2、青少年特发性脊柱侧弯,3、麻痹性脊柱侧弯。脊柱侧弯较有效的治疗,是50年代开始的Rinse氏石膏矫形法及后融合术,60年代初Harrinnton手术法的问世使脊柱侧弯的治疗得到了质的飞跃。我国对脊柱侧弯的治疗始于70年代末期采用Harrinnton手术。近10年多来,出现了多种术式‘如后路手术:Harrinnton手术Luque手术联合Harrinnton-Luque手术Galveston手术,C-D手术,TSRHI和“中华长城”手术等:前路脊柱松动术,前路半椎体切除术,DWYER手术及ZIelke手术等,均在个国各地得到推广和应用。手术矫形是有效的治疗中重度脊柱侧弯方法。但由于手术难度高、风险大,故一直是矫形外科医生关注的领域。目前临床实施手术时,主要依靠手术者的经验大致估计。随着临床大量高精度医学成像设备的涌现和高速计算机的运用,使得在过去的短短的30年间,医学图像技术取得了显著的提高。X线计算机断层(Computed Tomography,CT)、超声(Ultrasound)、磁共振、数字减影(DigitalSubstration Angiography,DSA)、正电子发射断层(Positron EmissionTomography,PET)、单光子发射计算机断层(Single Photon Emission-CT,SPECT)等多种先进的影像技术已经成功地用于临床,正成为临床医学研究、诊断和治疗的必备和常规手段,为人们提供了丰富宝贵的图像数据信息,同时也促进了医学图像分割研究的进一步发展,在手术导航(Image-Guided Surgery)、模拟手术(Surgical Simulation)、治疗评估(Therapy Evaluation)、功能图像的局部容积校正(PartialVolume Correction)和计算机辅助诊断(Computer-Aided Diagnosis)等计算机辅助外科手术(computer-assisted surgery,CAS)技术的发展而迅速发展起来的一门综合学科,它通过计算机辅助图像数据代替外科医生进行手术方案的三维构思,能合理、定量地制定手术方案,对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对邻近组织损害、提高定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义,且其信息可供整个手术组成员共享。但是目前研究主要集中于脊柱侧弯矫形手术,很少有相关研究针对脊柱侧弯患者内脏矫形前后对比研究。本课题引入计算机辅助设计脊柱侧弯矫形前肺脏气管支气管、肺动脉及肾脏三维重建模型。研究目的(1)作为医学术前评估;(2)对人体组织、器官的边界、截面面积以及体积等进行测量。通过在治疗前后对这些指标的测量和分析,帮助医生进行诊断、制定和修改对病人的治疗方案;(3)三维重建和医学图像可视化的基础,可用于手术方案的制定和仿真,术后疗效的评估等;(4)还可以用于在不丢失感兴趣区域信息的前提下,对图像进行压缩和传输。这对PACS、远程诊断等网络数据传输具有重要意义,能够有效地提高网络的数据传输能力。研究方法一例脊柱侧弯畸形患者在手术前进行胸腰椎CT扫描,获得的数据导入Mimics 10.01软件进行三维重建。在脊柱重建模型基础上进行肺及肾脏重建。结果初步建立脊柱侧弯患者部分内脏三维模型,并予以建立有限元分析初步网格模型,对个体化分析患者术前术后内脏功能评估做出初步工作。结论应用计算机对脊柱侧弯患者手术进行仿真模拟设计的方法具有可行性,能比较直观、精确反映矫形效果,可为制定手术方案提供较科学的依据。