新型動態髖骨螺釘之研發與生物力學研究---葉片骨釘、擴張骨釘與中空骨釘

本研究的主要目的是針對疏鬆骨質股骨轉子間不穩定骨折，設計開發臨床效果優於傳統動態髖骨螺釘（Dynamic Hip Screw）之新型動態髖骨螺釘，希能強化術後骨螺釘的固定效果，提高手術成功率。動態髖骨螺釘是目前最常被用來治療股骨轉子間不穩定骨折的裝置。但是此固定器應用在骨質疏鬆之轉子間不穩定骨折的病患，往往因為骨釘與股骨球頭固定不佳而發生骨釘鬆脫或是穿出股骨球頭而導致手術失敗。過去已有文獻證實「可灌注骨泥的中空骨釘」及「擴張骨釘」應用於骨質疏鬆的脊椎手術可巨幅提高椎弓骨釘的固定效果。其中，中空骨釘是先把骨釘鎖進椎體後再沿其孔洞注射骨水泥；擴張骨釘則是利用骨釘前端開瓣機制以提高骨釘的抓持力。作者認為，前述兩種骨釘的設計觀念亦可應用於傳統動態髖骨螺釘之改良。此外，過去作者亦曾嘗試開發一種新型「具葉片擴張功能之骨釘」。主要構想，是在傳統動態髖骨螺釘之外，另外植入一環狀葉片，借由擴張後的葉片，達到提升骨釘的固定效果。初步結果已證實可達到葉片於骨質內有效擴張的功能。為此，本研究擬以傳統動態髖骨螺釘為設計基礎，規劃以三年時間開發三種新型髖骨螺釘：「擴張骨釘」、「中空骨釘」與「具葉片擴張功能之骨釘」。研究方法，是以傳統動態髖骨螺釘為比較基礎，借由體外力學實驗及有限元素分析，希望能有效證實新型動態髖骨螺釘之優越性，借以克服骨質疏鬆轉子間骨折常見之骨釘鬆脫或是穿出股骨球頭的問題。茲簡述三年研究內容如下：第一年度研究內容：新型動態髖骨螺釘之設計、製造三種新型動態髖骨螺釘均將依據現有傳統動態髖骨螺釘進行改良、製造。其中，葉片骨釘之設計參數包含兩種葉片數量（二片及四片）及兩種葉片長度（20mm 及30mm）；擴張骨釘則包含兩種開瓣長度（20mm 及30mm）；而中空骨釘之設計參數包含兩種徑向孔數量（二孔及四孔）。製造完成後，將借由後續之體外力學實驗及有限元素分析，探討上述設計參數對於骨釘固定效果的影響。第二年度研究內容：新型動態髖骨螺釘之體外力學實驗為消除人類真實骨因先天尺寸、骨質密度、溼度…等差異所造成的實驗誤差，本研究將利用已廣泛被認可之人造骨材(Test Block) 取代人類骨做為實驗模型，採用7.5 lbm/ft3, 10 lbm/ft3 and 12.5 lbm/ft3三種不同密度之人造骨材來模擬不同骨質疏鬆程度之海綿骨。針對前述三種新型髖骨螺釘，依循ASTMF543-02、ASTM F2193-02等相關測試規範，利用現有之MTS材料試驗機分別進行：（1）骨釘拉出（Pull-out）、（2）骨釘穿出（Cut-out）及（3）骨釘扭轉旋出（Torsion）測試。探討上述設計參數在不同受力模式情況下，對於骨釘固定效果的影響。第三年度研究內容：新型動態髖骨螺釘之有限元素分析利用人造股骨電腦斷層影像及相關軟體建立實體模型，針對前述三種新型髖骨螺釘在不同設計參數及不同骨鬆程度條件下，分別建立植入髖骨螺釘後之股骨三維有限元素模型。在模擬單腳站立情況下，評估傳統式及三種新型髖骨螺釘對於術後股骨應力分佈的差異，有效證實新型髖骨螺釘的優異性。

系統編號:PC10408-1267
原計畫編號:MOST104-2221-E182-030