人工椎間盤與腰椎椎間融合器之生物力學比較

隨著生活型態的改變，腰椎病變對一般人的威脅及困擾也愈來愈嚴重，更造成社會的負擔。腰椎融合手術對於退化或椎間盤病變所引發的腰椎不穩定問題是一種有效的手術方式，其目的在於治療減輕病患的疼痛。雖然融合手術解決了腰椎不穩定的問題，但長期而言卻有鄰近手術端腰椎組織元件加速退化(junctional degeneration)的臨床併發症，使病患需要再次手術。因此，具有恢復腰椎活動功能的人工椎間盤被開發來解決此問題。人工椎間盤雖能恢復腰椎活動能力，但仍有其他併發症，如脫出、下陷、金屬平台損壞、小面關節退化等問題。因此，本研究希望針對融合手術與植入人工椎間盤所造成的生物力學差異進行比較，以提供腰椎手術改進的參考。本研究採用採用已驗證的五節腰椎有限元素模型，其建立是經由CT斷層掃描去獲得一位正常年輕人的腰椎切面影像(L1-L5)，將影像參數化輸入ANSYS有限元素軟體，建立椎體皮質骨、鬆質骨、後方骨元件。此外會採用SolidWork 2004繪圖軟體進行植入物實體模型建立，並匯入分析軟體與腰椎模型結合。最後，會參考臨床手術方式將植入物放置在腰椎L4-L5以建立模型。預計建立五個模型，分別為正常腰椎模型、前方腰椎融合模型(BAK、Carbon fiber)、植入Charit`e III人工椎間盤模型與ProDisc II人工椎間盤模型。其邊界條件會對模型第五節腰椎所有下表面節點固定，並施予150 N的預負荷於L1椎體上，並加上10 Nm的前彎、後彎、扭轉及側彎力矩。本研究評估之生物力學參數有術後穩定度，即為截取模型之運動範圍進行比較、鄰近椎段椎體與軟組織的應力變化(L3-L4)、手術椎段小面關節最大接觸壓力與後方韌帶的張力變化、人工椎間盤組件之間的應力分佈情形與整體腰椎應力的傳遞情形。以便了解採用人工椎間盤解決脊椎病變與融合手術兩種治療方式其中的生物力學差異，並進一步以最佳化的技巧來改進現今的設計。

系統編號:PB9408-0521
原計畫編號:NSC94-2320-B182-054