CN116269699A - 一种脊柱生长棒系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种脊柱生长棒系统及其控制方法，包括脊柱生长棒和远程控制平台，脊柱生长棒包括固定杆、可移动杆、微型伺服电机、微控制器，远程控制平台包括程控制终端和内置在远程控制终端内的远程控制软件，远程控制软件包括脊柱侧弯有限元建模模块和脊柱生长预测模块，所述微控制器根据所述脊柱生长预测模块预测的生长量，来控制所述微型伺服电机的移动，以控制所述可移动杆进行直线运动，从而进行脊柱生长棒的延长或缩短操作。本申请还涉及一种用于控制脊柱生长棒系统的方法。本发明的优点在于能够在不进行再次手术的情况下，准确预测脊柱生长量，智能调节生长棒长度，以最大限度地减少频繁延长手术带来的并发症和花费。
Description
技术领域
本发明涉及骨科植入式医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于早发型脊柱侧弯治疗的脊柱生长棒系统及其控制方法。
背景技术
年龄小于10岁幼儿发生的脊柱侧弯畸形被称为早发型脊柱侧弯，是幼儿骨骼肌肉系统中最常见的畸形之一。倘若患儿得不到及时治疗或者治疗不当，会对幼儿产生严重的身体畸形和心肺发育受限，影响患儿的生活质量，甚至可引起心肺功能衰竭乃至死亡。研究表明脊柱侧弯在婴幼儿和学龄前儿童有迅速和严重恶化的可能性，10岁以前95％患儿的侧弯会随年龄增长而加重。因此，对于早发型脊柱侧弯患儿往往需要早期进行干预。
干预早发性脊柱侧弯进展的治疗措施有很多，比如锻炼治疗、石膏背心、支具治疗、牵引治疗，但是对于有些严重的早发性脊柱侧弯患者和那些经保守治疗(石膏和支具治疗)无效的患儿，则须行手术治疗。生长棒技术作为干预早发性脊柱侧弯进展中广泛且有效的非融合手术治疗方案，其不仅可以矫正脊柱的畸形，而且可以通过增加胸廓高度促进肺部生长并改善肺功能。
对于第一次接受生长棒手术(生长棒置入术)的患儿，置入手术通常需要2-6个小时；对于接受生长棒延长术(生长棒调节术)的患儿，延长手术通常需要大约1个小时。实施生长棒延长的频率因患者的具体情况和发育速度不同而存在差异，大多数患者需要定期每隔6-9个月对患儿行延长手术。重复多次的手术，对患儿的生理、心理还有家庭的经济均造成了巨大的负担。同时，反复多次的手术会促进脊柱后路自发融合及肋椎关节的自发融合，增加了脊柱侧弯的僵硬度，两三年后大部分病例无法继续撑开。其他并发症如感染、钩端拔出、固定上端交界处的后凸畸形等的发生率也较高。
为解决上述问题，磁控生长棒技术被提出，它只需大约每隔一个月左右在门诊做一次体外延长调整，避免了传统生长棒技术需要每隔6-9个月进入手术延长的问题。然而，磁控生长棒的延长量需要医生根据x光片来确定，频繁的x光检查增加了患者辐射暴露的风险，而且因医生测量错误而引发的过度延长可能会导致严重的骨折。因此，延长操作迫切需要来自患者身体的内部反馈，从控制式生长棒过渡到自主生长的脊柱生长棒系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种脊柱生长棒系统，它具有智能控制系统，允许在不进行再次手术的情况下，准确判断病人的生长状态，智能调节生长棒长度，以最大限度地减少与当前技术相关的并发症，并降低成本和改善治疗。
本发明的第一方面提供了一种脊柱生长棒系统，包括脊柱生长棒和远程控制平台，
其中，所述脊柱生长棒包括：
-固定杆，所述固定杆的一端通过椎弓根螺钉固定到人体脊柱上；
-可移动杆，所述可移动杆的一端通过椎弓根螺钉固定到人体脊柱上，由此通过固定杆和可移动杆将所述脊柱生长棒固定到人体脊柱上；
-微型伺服电机，该微型伺服电机的转子连接到所述可移动杆的另一端，并且在该微型伺服电机的转子上还附接有传感器；以及
-微控制器，该微控制器与所述传感器和所述微型伺服电机连接，用于控制所述传感器数据的采集并且控制微型伺服电机的运动，该微控制器以无线的方式与所述远程控制平台联接，
其中，所述远程控制平台包括：
-远程控制终端；以及
-远程控制软件，该远程控制软件内置在所述远程控制终端内，
其中，所述远程控制软件包括脊柱侧弯有限元建模模块和脊柱生长预测模块，所述脊柱侧弯有限元建模模块基于患者在进行脊柱生长棒植入手术前采集的CT图像，进行脊柱侧弯患者的有限元建模，所述脊柱生长预测模块用于对脊柱的生长量进行预测，
其中，所述微控制器根据所述脊柱生长预测模块预测的生长量，来控制所述微型伺服电机的移动，以控制所述可移动杆进行直线运动，从而进行脊柱生长棒的延长或缩短操作。
在一个有利的实施例中，所述传感器为压阻式压力传感器，用于测量所述脊柱生长棒上受到的压缩力。
在另一个有利的实施例中，所述脊柱生长棒还包括电源，用于向所述脊柱生长棒的微型伺服电机、传感器和微控制器供电。
在另一个有利的实施例中，所述远程控制终端为微型计算机或服务器。
在又一个有利的实施例中，所述脊柱生长预测模块通过椎体纵向生长控制函数来控制脊柱椎体的纵向生长，所述椎体纵向生长控制函数被表述为：G＝Gm[1+β(σ-σm)]，其中，G是实际生长速率，σ为椎体生长板实际应力，Gm和σm分别表示没有侧弯畸形的正常脊柱在给定年龄下的基准生长速率和生理应力，β为缩放参数。
本发明的第二方面涉及一种用于控制第一方面的生长棒系统的方法，该方法包括以下步骤：
通过所述脊柱侧弯有限元建模模块建立脊柱侧弯有限元模型；
校准所述脊柱侧弯有限元模型并且模拟脊柱生长棒的植入；
分析脊柱生长棒上压缩力的安全范围；以及
通过所述脊柱生长预测模块预测脊柱的生长，
其中，所述脊柱生长棒系统按给定的时间定期计算该时间周期内脊柱固定节段的脊柱长度的增量，将该增量作为脊柱生长棒的待延长量，并且传输到所述微控制器，然后控制所述微型伺服电机移动相同的距离，以使所述脊柱生长棒执行延长的操作；或者当传感器所测量的压缩力与压缩力的初始值的差值超过阈值时，所述脊柱生长棒系统自动计算该时间段内脊柱固定节段的脊柱长度的增量，将该增量作为脊柱生长棒的待延长量，并且传输到微控制器，然后控制微型伺服电机移动相同的距离，以使所述脊柱生长棒执行延长的操作。
在一个有利的实施例中，通过将脊柱侧弯患者术前的CT图像导入到远程控制软件，由个性化脊柱侧弯有限元建模模块建立个性化脊柱侧弯有限元模型。
在另一个有利的实施例中，所述传感器记录患者在临床上接受初次脊柱生长棒植入手术后采集到的压缩力大小，然后在脊柱的有限元模型的椎体上施加重力，在脊柱的有限元模型上植入用于模拟脊柱生长棒的简化生长棒，并且在简化生长棒上施加与临床手术操作过程中相同的位移而实现脊柱侧弯的矫形，通过有限元计算，得到简化生长棒上的压缩力并且比较有限元计算出的压缩力与传感器采集到的压缩力的大小，如果差异较大，则调节模型中椎间盘和韧带的材料属性，再次进行有限元计算，直到二者一致为止，由此完成有限元模型的校准。
在另一个有利的实施例中，在已经完成校准的有限元模型中，在有限元模型的脊柱各椎体上施加重力，并且在简化生长棒上施加不同的位移，通过有限元计算，得到简化生长棒上的压缩力和脊柱受力情况，并且分析不同压缩力时脊柱的受力情况，确定压缩力的安全范围。
在又一个有利的实施例中，在脊柱生长预测模块中，根据患者的年龄确定椎体纵向生长控制函数G＝Gm[1+β(σ-σm)]中各参数的取值，其中，G是实际生长速率，σ为椎体生长板实际应力，Gm和σm分别表示没有侧弯畸形的正常脊柱在给定年龄下的基准生长速率和生理应力，β为缩放参数。通过有限元计算，分析出各椎体的长度增加量，并根据该增加量的值调整各椎体长度。计算各椎体长度沿简化生长棒方向的分量，并对固定节段各椎体的所述分量进行求和，根据该值调整简化生长棒长度，通过对各椎体和简化生长棒长度的调整实现有限元模型的更新，然后在更新后的模型上进行下一次生长模拟，从而实现脊柱持续生长的模拟。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明专利相比现有产品，允许在没有X射线或其他扫描成像的情况下准确预测脊柱生长量，然后自动调整生长棒，从而实现在不进行再次手术的情况下，准确判断病人的生长状态，智能调节生长棒长度，以最大限度地减少与当前技术相关的并发症，并降低成本和改善治疗。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1是本发明一种脊柱生长棒系统的构成示意图；
图2是本发明的一个实施例的个性化脊柱侧弯有限元模型结构示意图；
图3是本发明的脊柱生长棒系统的控制方法流程图。
附图标记列表：
1-脊柱生长棒，2-远程控制平台，3-可移动杆，4-固定杆，5-微型伺服电机，6-传感器，7-微控制器，8-电源，9-外壳，10-定子，11-转子，12-远程控制终端，13-远程控制软件，14-个性化脊柱侧弯有限元建模模块，15-脊柱生长预测模块，16-个性化脊柱侧弯有限元模型，17-简化生长棒。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
如图1所示，示出了本发明的一种可植入人体脊柱上的脊柱生长棒系统，其包括脊柱生长棒1和远程控制平台2。
脊柱生长棒1包括可移动杆3、固定杆4、微型伺服电机5、传感器6、微控制器7、电源8和外壳9。
可移动杆3和固定杆4的一端可以分别与椎弓根螺钉连接，以便将脊柱生长棒1固定到人体脊柱上，其中可移动杆3和固定杆4的直径可以在5.5mm-6.5mm之间。在本发明的一个实施例中，可移动杆3和固定杆4的直径均设置为6mm，并且其材料均可以选用可植入人体的316L医用不锈钢。
微型伺服电机5为中空轴直线微型伺服电机，其定子10固定到外壳9，其转子11上附有传感器6，并与可移动杆3的一端连接，从而控制可移动杆3作直线运动，实现脊柱生长棒的延长或缩短。在本发明的一个实施例中，微型伺服电机5的可移动距离为20cm。
传感器6为压阻式压力传感器，用于测量生长棒上受到的压缩力。在本发明的一个实施例中，选择量程为1000N、精度为0.1N的压阻式压力传感器。
微控制器7通过电缆与传感器6、微型伺服电机5连接，从而控制传感器6数据的采集和微型伺服电机5的运动。微控制器7通过无线连接方式与远程控制平台2连接，从而将传感器6采集到的压力信息传输给远程控制平台2，并且接受远程控制平台2的指令，然后按该指令执行脊柱生长棒的延长或缩短操作。
电源8用于给脊柱生长棒1的微型伺服电机5、传感器6和微控制器7供电。
外壳9用于封装微型伺服电机5，传感器6、微控制器7和电源8，并为用于上述部件之间连接的电缆提供电缆管道。根据年龄小于10岁幼儿的解剖特征，确定外壳的直径小于25mm。在本发明的一个实施例中，该外壳设计为20mm，材料选用可植入人体的316L医用不锈钢。
远程控制平台2包含远程控制终端12和内置的远程控制软件13。
远程控制终端12为微型计算机或服务器，内置有远程控制软件13。在本发明的一个实施例中，远程控制终端选用微型计算机，其内存为32G，处理器为英特尔i7-12700H。
远程控制软件13包含个性化脊柱侧弯有限元建模模块14和脊柱生长预测模块15。
个性化脊柱侧弯有限元建模模块14用于实现脊柱侧弯患者的个性化有限元建模。具体地，其基于患者在进行生长棒植入手术之前采集的CT图像来建立几何模型，在该几何模型上植入用于模拟脊柱生长棒的简化生长棒，以方便后续的矫形手术的模拟。
如图2所示，示出了本发明的一个实施例的个性化脊柱侧弯有限元模型结构示意图。所建立的个性化脊柱侧弯有限元模型16包含T1-S1共17节椎体和一节骶骨，以及用于上述骨头之间连接的椎间盘和韧带。在本发明的一个实施例上，在T3和L4椎体上植入椎弓根螺钉，然后将椎弓根螺钉与简化生长棒17连接，从而完成生长棒系统的植入操作，以方便后续的矫形手术模拟。
首先对脊柱的材料属性进行设定，然后进行有限元网格划分。
在本发明的一个实施例中，松质骨弹性模量设置为100MPa,泊松比设置为0.2；皮质骨弹性模量设置为12000MPa,泊松比设置为0.3；骶骨弹性模量设置为3500MPa,泊松比设置为0.25；髓核弹性模量设置为1MPa,泊松比设置为0.499；纤维环弹性模量设置为4.2MPa,泊松比设置为0.45；韧带设置为超弹性，简化生长棒17设置为不锈刚材质。
对于皮质骨，划分二维网格单元，对于骨、椎间盘和生长棒划分三维网格单元，对于韧带，划分一维网格单元。除每根韧带划分成一个单元外，其余网格大小设为0.5mm。
脊柱生长预测模块基于椎体纵向生长的力学调控原理来实现。椎体纵向生长控制函数可表述为：G＝Gm[1+β(σ-σm)]，其中，G(μm/天)是实际生长速率，σ为椎体生长板实际应力(压应力取负值)，Gm和σm分别表示没有侧弯畸形的正常脊柱在给定年龄下的的基准生长速率和生理应力，β为缩放参数。通过文献可确定给定年龄下的Gm、σm和β三个参数的值。
在本发明的一个实施例中，患者的年龄为9岁，确定Gm为0.035mm/月、σm为0.5MPa，β为1.5MPa-1。将上述椎体纵向生长控制函数整合到上一步建立的脊柱侧弯有限元模型16里。在脊柱各椎体上施加重力，其中，T1椎体加载患者体重的14％，T2-L5每个椎体加载体重的2.6％。在本发明的一个实施例中，在简化生长棒17上施加8mm的位移实现脊柱侧弯的矫形，患者Cobb角从初始值65°减小到39°。
通过有限元计算，得到每节椎体生长量，计算出其沿简化生长棒17方向的分量，并对固定节段各椎体的上述分量进行求和，得到固定节段脊柱长度沿简化生长棒17方向的增量。在本发明的一个实施例中，该值为1.67mm，将其作为生长棒的待延长量，一方面用于模型中简化生长棒17的长度调整，另一方面传给脊柱生长棒1的微控制器7，然后微控制器7控制微型伺服电机5运动相同的距离，从而实现脊柱生长棒1的延长。
为了能够科学合理地实现生长棒的智能调节，本发明还提供了一种用于控制所述脊柱生长棒系统的控制方法，图3是本发明的脊柱生长棒系统的控制方法流程图，包括以下步骤：
步骤S1：个性化脊柱侧弯有限元建模。采集脊柱侧弯患者术前的CT图像，导入到远程控制软件13的个性化脊柱侧弯有限元建模模块14建立个性化脊柱侧弯有限元模型16。在本发明的一个实施例中，患者为9岁的女孩，术前Cobb角为65°，CT图像层厚为0.67mm。
步骤S2：有限元模型的校准及生长棒的植入模拟。在本发明的一个实施例中，患者在临床上接受初次脊柱生长棒1植入手术后，记录此时传感器6采集到的压缩力大小，其值为295.3N。然后，在前一步建立的有限元模型16上，在脊柱各椎体上施加重力，其中，T1椎体加载患者体重的14％，T2-L5每个椎体加载体重的2.6％。植入用于模拟脊柱生长棒的简化生长棒17并在简化生长棒17上施加与临床手术操作过程中相同的8mm位移实现脊柱侧弯的矫形。
通过有限元计算，得到简化生长棒17上的压缩力大小为227N，如果该压缩力与传感器6采集到的压缩力的差异较大，则调节模型中椎间盘和韧带的材料属性，再次进行有限元计算，直到二者一致为止，完成有限元模型的校准。
步骤S3：生长棒上压缩力安全范围分析。在已经完成校准的有限元模型中，在脊柱各椎体上施加重力，在简化生长棒17上施加不同的位移，通过有限元计算，得到简化生长棒17上的压缩力和脊柱受力情况；分析不同压缩力时脊柱的受力情况，确定压缩力的安全范围为650N。
步骤S4：脊柱生长预测。在脊柱生长预测模块，根据患者的年龄确定椎体纵向生长控制函数G＝Gm[1+β(σ-σm)]中各参数的取值。在本发明的一个实施例中，患者的年龄为9岁，确定Gm为0.035mm/月、σm为0.5MPa，β为1.5MPa-1。
通过有限元计算，分析出各椎体的长度增加量，并根据该值调整各椎体长度；计算各椎体长度沿简化生长棒17方向的分量，并对固定节段各椎体上述分量进行求和，并根据该值调整简化生长棒17长度。通过对各椎体和简化生长棒17长度的调整实现有限元模型的更新，然后在更新后的模型上进行下一次生长模拟，从而实现脊柱持续生长的模拟。
步骤S5：脊柱生长棒的自动延长操作。脊柱生长棒1的延长操作发生在两种情况，一种是按给定的时间周期定期自动调节，另一种是当传感器6中的压力与初始值的差值超过阈值时自动调节。
在本发明的一个实施例中，设置每隔一个月进行定期自动调整，因为这也是目前市面上磁控生长棒常用的调整周期。系统每隔一个月根据椎体纵向生长控制函数G＝Gm[1+β(σ-σm)]来计算计算该月脊柱固定节段的脊柱长度沿生长棒方向的增量，其中，有限元分析会计算出每节椎体生长板上的应力σ，然后根据公式得到每个椎体的生长量。然后这个生长量是沿椎体方向的量，其与生长棒成一个夹角，然后通过分解得到沿生长棒方向和垂直于它的分量。将固定节段的上述沿生长棒方向分量求和，得到生长棒方向的分量和，作为生长棒的待延长量。将上述增量作为脊柱生长棒1的待延长量，并传输到微控制器7，然后控制微型伺服电机5移动相同的距离，实现脊柱生长棒1的延长操作。在该实施例中，第一个月需延长的量为1.67mm。
在脊柱生长过程中，随着脊柱的生长，脊柱生长棒1上受到的压缩力会发生变化。在本发明的另一个实施例中，传感器6所测压缩力变化值的阈值设为初始值的10％。当传感器6所测压缩力与初始值的差值超过初始值的10％时，系统自动计算此段时间内脊柱固定节段的脊柱长度沿生长棒方向的增量，将该增量作为脊柱生长棒1的待延长量，并传输到微控制器7，然后控制微型伺服电机5移动相同的距离，实现脊柱生长棒1的延长操作。
上述两种脊柱生长棒1的延长操作均是由系统自动完成，且确保操作中传感器6测到的压缩力始终位于本实施例安全范围650N内。当完成一次延长操作后，开始下一周期的脊柱生长预测和延长操作。
本发明允许在没有X射线或其他扫描成像的情况下准确预测脊柱生长量，智能调节生长棒长度，以最大限度地减少频繁延长手术带来的并发症和花费。
上述概述仅仅是为了说明的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
Claims (10)
1.一种脊柱生长棒系统，包括脊柱生长棒和远程控制平台，
其中，所述脊柱生长棒包括：
-固定杆，所述固定杆的一端通过椎弓根螺钉固定到人体脊柱上；
-可移动杆，所述可移动杆的一端通过椎弓根螺钉固定到人体脊柱上，由此通过固定杆和可移动杆将所述脊柱生长棒固定到人体脊柱上；
-微型伺服电机，该微型伺服电机的转子连接到所述可移动杆的另一端，并且在该微型伺服电机的转子上还附接有传感器；以及
-微控制器，该微控制器与所述传感器和所述微型伺服电机连接，用于控制所述传感器数据的采集并且控制微型伺服电机的运动，该微控制器以无线的方式与所述远程控制平台联接，
其中，所述远程控制平台包括：
-远程控制终端；以及
-远程控制软件，该远程控制软件内置在所述远程控制终端内，
其中，所述远程控制软件包括脊柱侧弯有限元建模模块和脊柱生长预测模块，所述脊柱侧弯有限元建模模块基于患者在进行脊柱生长棒植入手术前采集的CT图像，进行脊柱侧弯患者的脊柱的有限元建模，以建立脊柱侧弯有限元模型，所述脊柱生长预测模块用于对脊柱的生长量进行预测，
其中，所述微控制器根据所述脊柱生长预测模块预测的生长量，来控制所述微型伺服电机的移动，以控制所述可移动杆进行直线运动，从而进行脊柱生长棒的延长或缩短操作。
2.根据权利要求1所述的脊柱生长棒系统，其中，所述传感器为压阻式压力传感器，用于测量所述脊柱生长棒上受到的压缩力。
3.根据权利要求1或2所述的脊柱生长棒系统，其中，所述脊柱生长棒还包括电源，用于向所述脊柱生长棒的微型伺服电机、传感器和微控制器供电。
4.根据权利要求1或2所述的脊柱生长棒系统，其中，所述远程控制终端为微型计算机或服务器。
5.根据权利要求1或2所述的脊柱生长棒系统，其中，所述脊柱生长预测模块通过椎体纵向生长控制函数来控制脊柱椎体的纵向生长，所述椎体纵向生长控制函数被表述为：G＝Gm[1+β(σ-σm)]，其中，G是实际生长速率，σ为椎体生长板实际应力，Gm和σm分别表示没有侧弯畸形的正常脊柱在给定年龄下的基准生长速率和生理应力，β为缩放参数。
6.一种用于控制权利要求1至5中任一项所述的生长棒系统的方法，该方法包括以下步骤：
通过所述脊柱侧弯有限元建模模块建立脊柱侧弯有限元模型；
校准所述脊柱侧弯有限元模型并且模拟脊柱生长棒的植入；
分析脊柱生长棒上压缩力的安全范围；以及
通过所述脊柱生长预测模块预测脊柱的生长，
其中，所述脊柱生长棒系统按给定的时间定期计算该时间周期内脊柱固定节段的脊柱长度的增量，将该增量作为脊柱生长棒的待延长量，并且传输到所述微控制器，然后控制所述微型伺服电机移动相同的距离，以使所述脊柱生长棒执行延长的操作；或者当传感器所测量的压缩力与压缩力的初始值的差值超过阈值时，所述脊柱生长棒系统自动计算该时间段内脊柱固定节段的脊柱长度的增量，将该增量作为脊柱生长棒的待延长量，并且传输到微控制器，然后控制微型伺服电机移动相同的距离，以使所述脊柱生长棒执行延长的操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过将脊柱侧弯患者术前的CT图像导入到远程控制软件，由个性化脊柱侧弯有限元建模模块建立个性化脊柱侧弯有限元模型。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述传感器记录患者在临床上接受初次脊柱生长棒植入手术后采集到的压缩力大小，然后在脊柱的有限元模型的椎体上施加重力，在脊柱的有限元模型上植入用于模拟脊柱生长棒的简化生长棒，并且在简化生长棒上施加与临床手术操作过程中相同的位移而实现脊柱侧弯的矫形，通过有限元计算，得到简化生长棒上的压缩力并且比较有限元计算出的压缩力与传感器采集到的压缩力的大小，如果差异较大，则调节模型中椎间盘和韧带的材料属性，再次进行有限元计算，直到二者一致为止，由此完成有限元模型的校准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在已经完成校准的有限元模型中，在有限元模型的脊柱各椎体上施加重力，并且在简化生长棒上施加不同的位移，通过有限元计算，得到简化生长棒上的压缩力和脊柱受力情况，并且分析不同压缩力时脊柱的受力情况，确定压缩力的安全范围。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在脊柱生长预测模块中，根据患者的年龄确定椎体纵向生长控制函数G＝Gm[1+β(σ-σm)]中各参数的取值，其中，G是实际生长速率，σ为椎体生长板实际应力，Gm和σm分别表示没有侧弯畸形的正常脊柱在给定年龄下的基准生长速率和生理应力，β为缩放参数，通过有限元计算，分析出各椎体的长度增加量，并根据该增加量的值调整各椎体长度；计算各椎体长度沿简化生长棒方向的分量，并对固定节段各椎体的所述分量进行求和，根据该值调整简化生长棒长度，通过对各椎体和简化生长棒长度的调整实现有限元模型的更新，然后在更新后的模型上进行下一次生长模拟，从而实现脊柱持续生长的模拟。
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