脊柱侧弯矫形器设计的生物力学优化：从理论到实践

脊柱侧弯矫形器设计的生物力学优化：从理论到实践

scoliosis

脊柱侧弯

脊柱侧弯

正悄然影响着很多人的健康

侧弯Cobb角度越大

进展风险越高

矫形器的设计

并非“量体裁衣”

接下来
让我们一起走进矫形器设计的奇妙世界！

Scoliosis

#1

矫形器：非手术治疗的关键手段及其原理

正常情况下，我们的脊柱从侧面看呈 S 形，有着独特的生理曲度，这种结构能有效分散身体重量、缓冲运动冲击力。而当脊柱侧弯发生时，力学结构被打破，力的传导出现异常。生物力学原理就如同搭建一座稳固桥梁的蓝图，为矫形器设计提供了关键支撑。通过精准计算，它能确定矫形器该在何处提供支撑力，以及如何施加矫正力，帮助脊柱恢复到正常位置。

设计原理知多少

01

撑开及压缩：

在冠状面上凹侧撑开、凸侧压缩可以矫正畸形(见下图),在矢状面上后方撑开产生后凸(纠正前凸)、 后方压缩产生前凸(纠正后凸)。撑开与压缩操作中， 脊柱所受的力是平行于脊柱长轴的拉力，这种拉力在椎体上可以形成围绕纵轴的弯矩，可以同时矫正脊椎在轴状面的旋转。

02

去旋转技术：

在水平面上通过压力和反压力来减小驼背畸形和脊柱的旋转。抗旋作用与牵引作用应同时进行，以增强矫正效果‌。

#2

三点力原理

你以为的脊柱侧弯

实际上的脊柱侧弯

对于脊柱侧弯畸形，需要正确施加N组3点力才能达到好的矫正效果。所以，它不是一件容易的事情。此外，人体生物力学不同于一般力学，人体是活动的，而且还有痛知觉，矫形器穿戴后，人体有任何不适都会将反作用力施加到矫形器上，引起矫形器的转动，矫形器的力系开始发生变化，直到新的平衡建立。脊柱在矫正的过程中以及身体在生长的过程中，力系同样发生变化，所以矫形器需要及时调整。

#3

矫形器设计优化

目前市面上的许多矫形器在生物力学应用上存在不足。比如传统的硬性塑料矫形器，虽然能提供一定支撑，但在压力分布上差强人意。长时间佩戴后，患者的腋下、髂嵴等部位容易出现压力集中，导致皮肤发红、破损，甚至引发疼痛。

压力传感器模块嵌入

本团队研究出一种添加压力传感器的新型脊柱侧弯矫形器，可分别置于腰部、胸部、髂前上脊等位置，能够对身体施加的压力大小和分布情况进行实时监测，从而确保矫形器提供的矫正力量恰到好处，既不过强导致患者不适，也不过弱影响矫正效果，使矫形器的矫正功能更加精准有效。

随着生物力学技术的不断进步，我们有理由相信，未来的矫形器将更加精准、舒适、高效。它们不仅能帮助脊柱侧弯患者挺直脊梁，更能助力他们重拾自信，追逐梦想。让我们共同期待生物力学在矫形器设计领域绽放更多光彩，为健康生活增添更多可能！

基于松江区科普项目《青少年特发性脊柱侧弯筛查科普推广活动》