椎體嚴重骨質疏鬆情況下，利用骨水泥強化脊椎骨釘力學表現之研究---骨泥灌注於預先植入椎體之中空骨釘及實心骨釘植入於預先灌注骨泥之椎體之生物力學比較

對於嚴重骨質疏鬆的病患而言，脊椎骨釘的有效固定，是脊椎手術中的一大考驗。以往為了解決這個問題，常需加長脊椎固定的節數，以加強脊椎固定的效果，但往往造成很大的傷口，而且需要較多的鋼釘，增加手術的時間及成本。現階段骨科界常採用的方法，是先在疏鬆椎體內灌注骨泥後，再鎖入骨釘，以提高骨釘之界面強度。個人過去曾經以自行開發之骨泥灌注式中空脊椎骨釘，利用人造骨材以體外實驗的方法比較預先鑿孔與否（Tapped and Untapped Pilot Holes）對於骨釘拉出強度之影響。結果顯示，若相較於未使用骨水泥之骨釘固定，以骨泥灌注於預先植入疏鬆椎體內之中空骨釘，將可有效提升骨釘界面強度。此外，預先鑿孔將局部破壞骨質結構造成骨釘界面強度的顯著下降。雖然上述兩種不同植入方式皆可有效固定脊椎骨釘，但是並未有相關文獻以力學觀點探討二者間的差異性。本研究的目的乃在利用自行開發之新型骨泥灌注式中空脊椎骨釘及實心骨釘，分別在：（A）骨泥灌注於預先植入椎體之中空骨釘及（B）實心骨釘植入於預先灌注骨泥之椎體等兩種不同植入的情況下，對於術後骨釘界面強度及內固定器結合組裝後之力學穩定度的影響。希望借由所獲結果，解決嚴重的骨鬆病人於施行脊椎手術時，骨釘無法有效固定的問題，並瞭解並比較中空及實心骨釘分別在前述兩種不同植入的情況下，其使用壽限及力學行為之差異性。其中，中空骨釘設計理念簡要說明如下：設計一個中空式的脊椎骨釘，並在骨釘徑側予以鑿孔。骨釘植入脊椎體內後，利用加壓器經由中空式的骨釘注入骨泥，驅使骨泥在鑿孔處滲出骨釘體外，進而滲入脊椎體內，達成骨泥、脊椎體及骨釘的一體融合，增加骨釘與椎體間之界面強度，解決骨鬆病人骨釘治療的問題。本研究規劃以兩年的期間，以生物力學的體外實驗(in vitro) ，分別進行骨釘元件（中空及實心骨釘）及脊椎內固定器結合組裝後在單一活動單元情況下（One Motion Segment）之力學穩定度，分別比較上述兩種不同植入的情況下，骨釘元件界面強度及結合組裝後之力學穩定度。希望借由力學觀點比較利用中空骨釘及實心骨釘施行脊椎固定手術後力學行為之差異性。茲簡述兩年研究內容如下:第一年度研究內容: 骨釘元件力學測試為消除人類真實骨因先天尺寸、骨質密度、溼度…差異所造成的實驗誤差，本研究將利用已廣被認可，骨質密度與嚴重骨質疏鬆椎體相當之人造骨材(Test Block) 取代脊椎骨質疏鬆骨做為實驗模型。依循ASTM F543-02、ASTM F2193-02 及ASTM F1839-01 等相關測試規範，將幾何外型相同之中空及實心骨釘分別在前述兩種不同植入的情況下，利用長庚醫院骨科現有之MTS 材料試驗機分別進行：（1）骨釘拉出（pull-out）；（2）骨釘抗彎（Bending）及（3）骨釘扭轉旋出（Torsion）測試，借以分別比較二者間軸向界面強度、抵抗側向壓力及扭轉界面強度的差異性。其中，中空式骨釘之設計將包括以下參數:中空孔內徑尺寸、徑側孔數量及孔徑……等。所獲結果，將做為骨釘中空內徑與孔洞數量、型態等重要參數最佳化設計的參考依據。第二年度研究內容: 固定器元件結合組裝後疲勞測試將中空及實心骨釘依前述兩種不同方式植入椎體後，採用相同之螺帽與固定棒（Rod）等元件進行脊椎內固定器之結合組裝。依循ASTM P5-94測試規範，進行固定器元件結合組裝後之動態疲勞力學測試，借以瞭解並比較中空及實心骨釘分別在前述兩種不同植入的情況下，將固定器所有元件結合組裝後，其使用壽限及力學行為之差異性。

系統編號:PC9902-1698
原計畫編號:NSC98-2314-B182-013-MY2