基于有限元仿真的數(shù)字化脊柱側(cè)彎矯形研究

盛然，蔣國璋，劉融

1.武漢科技大學(xué)機械自動化學(xué)院，湖北武漢430081；2.武漢市普仁醫(yī)院骨科，湖北武漢430081

前言

脊柱側(cè)彎是一種嚴(yán)重影響患者身體正常發(fā)育的疾病，通常會隨著患者的生長發(fā)育而持續(xù)加重，并且生長發(fā)育速度越快加重的速度越快。據(jù)統(tǒng)計，目前我國脊柱側(cè)彎患者超過300 萬人，并以每年30 萬人的速度遞增，其中超過半數(shù)為青少年［1］。中輕度的脊柱側(cè)彎多帶來身體形態(tài)與外觀異樣，重度則會影響患者的心肺功能，壓迫器官，對青少年身心帶來巨大的壓力與負(fù)擔(dān)，不利于他們的正常生活與學(xué)習(xí)。因此，關(guān)于脊柱側(cè)彎的康復(fù)治療越來越受到家長、醫(yī)生以及全社會的關(guān)注［2］。目前，國際上公認(rèn)的脊柱側(cè)彎治療手法主要有兩種，手術(shù)治療與保守治療。手術(shù)治療創(chuàng)傷大、風(fēng)險高、治療費用高，一般來說Cobb 角大于40°時建議進(jìn)行手術(shù)，大多數(shù)青少年達(dá)不到手術(shù)指征，也不愿意采用手術(shù)治療。因此保守治療就成為了患者首選，保守治療包括脊柱側(cè)彎矯形器和其他輔助運動鍛煉［3-6］。然而當(dāng)前脊柱側(cè)彎的矯形方案中，僅依據(jù)三點力矯形原理與臨床治療經(jīng)驗對患者進(jìn)行矯形治療［7］。對矯形力大小、施力點、施力方向等并沒有明確其具體數(shù)值，在矯形器的制備與使用中，往往會因此導(dǎo)致矯形過度或不足，影響患者治療進(jìn)展［8］。為保證患者安全高效地完成矯形治療，提出一種更加科學(xué)合理的系統(tǒng)化矯形方案迫在眉睫。

1 數(shù)字化矯形方案分析

1.1 脊柱側(cè)彎數(shù)字化信息提取

為了實現(xiàn)患者矯形信息數(shù)字化，利用Matlab 軟件進(jìn)行編程計算，自動獲得患者Cobb 角與最大偏移量數(shù)值，并且通過數(shù)學(xué)建模計算對應(yīng)的矯形力與位置?！?br>