【背景】近年来,随着医疗水平的提高,青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent Idiopathic Scoliosis,AIS)得到了前所未有的重视,它是一种病因未明的脊柱畸形疾病,主要在生长发育期发病,严重影响着青少年的身心健康。尽管AIS病因学暂时尚未明确,但在疾病发生发展的过程与治疗方法的选择来看都与脊柱的生物力学特性息息相关。在病情演变过程中,椎体发育的不平衡以及脊柱、骨盆的倾斜与旋转导致的基座不稳均对角度的进一步加重有着重要影响;从各种理论支撑下的治疗方法来看,支具的发展和椎弓根钉棒内固定等手术治疗方法的不断进步都在以生物力学特性为重要研究对象。其中,椎弓根螺钉内固定矫形技术的发展使AIS的治疗进入了一个新阶段,手术效果及患者的长期生存质量都得到了大幅度的提升,可以说是目前手术治疗AIS的“金标准”。内固定技术虽然疗效确切,但昂贵的费用却使很多患者望而生畏,错过最佳治疗时期甚至放弃手术治疗。在实际手术中,对于家庭贫困的患者,许多脊柱外科医师选择减少置钉数目,以尽可能减少手术费用,减轻患者负担。但在手术过程中常常只凭个人经验,临场发挥,减少螺钉的个数及位置都相对随意,缺乏生物力学方面研究证据的支持。而且,减少置钉数目对于患者病情的长期影响尚不明确。【研究目的】本研究利用已有的通过验证三维有限元脊柱模型,将椎弓根螺钉数据代入,模拟临床上常用的几种选择性置钉方案,通过大量的观察手术情境,在计算机模拟时尽量贴合实际操作,采集在上钉、上棒、旋棒、回弹、锁紧全过程中的应力数据,通过实时计算机力学云图比较各种方案的优劣,探究最佳的置钉方案,并返回临床工作中加以验证并长期随访,以期得出选择性置钉的最佳适用方案。【研究方法】1、建立椎弓根钉、螺帽和棒模型2、确定选择性置钉的策略3、模拟手术过程和分析【结果】1、拔出力:本研究选取受力最大的椎弓根螺钉,在椎弓根螺钉长度方向选取20个不同的截面,计算每个截面的钉子拔出力,矫形方式1的钉子最大拔出力为12.4N,矫形方式2的钉子最大拔出力为15.7N,矫形方式3的钉子最大拔出力为28.6N。从钉子拔出力来看,矫形方式1最佳,矫形方式3最差。2:接触应力:矫形棒和椎弓根螺钉为滑动接触,矫形棒上的接触应力可以直观的看出不同部位椎弓根螺钉的受力大小。图10为不同矫形方式的接触应力,从图中可以发现,矫形方式1的接触应力在棒的两端分布较大,最大接触应力为256.9MPa。从另一方面印证了在转棒过程中,棒的两端受力最大,应是重点关注部位。矫形方式2的接触应力为277.8MPa,数值大小与分布与矫形方式1相似。接触应力发生在棒与椎弓根钉接触的地方,棒的两端应力分布较大,从另一方面印证了在转棒过程中,棒的两端受力最大,应是重点关注部位。矫形方式3的接触力分布与矫形方式1和2相似,最大接触应力为305.2MPa,数值均比其它两种矫形方式大,接触应力发生在棒与椎弓根钉接触的地方,棒的两端应力分布较大,从另一方面印证了在转棒过程中,棒的两端受力最大,应是重点关注部位。从图10中可以发现接触应力的分布,棒的两端接触应力值均为最大,该部位应该是重点关注部分,容易发生钉棒的失效断裂。从接触应力的数值来看,矫形方式1和2的接触应力大小相近,而矫形方式3的接触应力明显大于矫形方式1和矫形方式2。说明矫形方式3是最容易发生钉棒失效的。该结果与椎弓根螺钉的最大拔出应力相符。【结论】在按照矫形方式1予以模拟置钉时,钉棒的拔出力和接触应力最小,力学性能优于全钉置钉法,可以用于AIS手术矫形治疗。