材料與方法

本研究使用由六副西方高加索人屍骨取得的 12 個人體胸椎椎骨試樣(T9~T12)，

平均年齡為 63.5±17 (範圍: 51~91)歲。在進行人體試樣解剖前，所有的試樣皆先拍 攝電腦斷層掃瞄(Lightspeed VCT, GE Inc, CT, USA)以排除已有嚴重的變形及骨折。

另外也對椎骨進行骨質密度測定儀 (Dual Energy X-ray Absorptiometry, DEXA) (Hologic Inc, MA, USA)掃描，從 DEXA 中可得椎骨的骨質密度(bone mineral density, BMD)為 0.74±0.1 g/cm² (範圍: 0.62~0.87 g/cm²)，試樣資料如表 2.1 所示，過去研究 顯示其骨質密度低於 0.9 g/cm²可視為骨質疏鬆⁶⁵。

人體試樣進行過初步分解後，將神經、肌肉、韌帶等軟組織剔除乾淨，留下完 整椎骨部份(圖 2.2)。將試樣覆蓋上溼生理食鹽水紗布，放入雙層密封袋裡，保存 於恆溫攝氏零下-20°C 的冷凍冰箱中。在實驗前，再將試樣由冷凍冰箱中取出放置 於室溫下退冰。以上處理步驟經過文獻證明能保有其正常的生物力學特性⁶⁶。

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表 2.1 人體屍骨試樣資料

Gender Age

BMD (g/cm²)

T9 T10 T11 T12 TX07051530 Male 51 0.82 0.87 0.66 -- AZ07041420 Male 73 0.80 0.83 0.86 0.75 FL07031326 Male 91 -- 0.83 -- 0.78

圖 2.2 人體椎骨試樣

T9 T10 T11 T12

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MD07052345 Male 43 -- 0.66 0.68 0.71 MD08030813 Male 65 -- -- 0.71 --

CA07082739 Female 74 0.74 0.62 -- 0.62 (-- 代表此節椎骨不適用)

2.2.2 緻密骨於椎弓根內的比例量測

利用本實驗室自製的 CT 分析影像軟體，將之前的 CT 量測影像資訊重建為 3D 立體的模型，並選取椎弓根最狹窄的平面進行量測。量測的項目包含有此椎弓根平 面的總面積及緻密骨、鬆質骨各所占的面積，緻密骨與鬆質骨的分界由資深骨科醫 生判斷，以 CT 影像上大於 350 Hounsfield unit 的為緻密骨，小於 350 Hounsfield unit 的為鬆質骨。為了計算緻密骨於椎弓根內的比例，本研究將緻密骨面積除以椎 弓根平面的總面積(cortical bone ratio)(圖 2.3)。

圖 2.3 重建椎弓根 3D 模型，並計算緻密骨於椎弓根內的比例

Cortical bone area ratio =

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2.2.3 椎弓根螺釘植入

本研究所使用的椎弓根螺釘屬於錐形螺釘，是由 Dynesys 公司所研發的動態 穩 定 系 統 專 用 錐 形 螺 釘 [Protasul-100 Titanium alloy Ti6A17Nb (Synthes GmbH, Solothurn, Switzerland)](圖 2.4)，螺牙部分深度為 40mm，直徑為 4-6mm(圖 2.4)。

圖 2.4 本研究所使用之椎弓根螺釘

植入過程由資深骨科醫師指導，其步驟詳細說明如下：

步驟 1. 於椎弓根螺釘植入前，先使用游標卡尺測量椎弓高度及寬度，如圖 2.5 所 示，為避免椎弓破裂，當椎弓根高度或寬度小於椎弓根螺釘的直徑(6mm) 時，則不使用此側椎弓根。

圖 2.5 量測椎弓根高度及寬度

步驟 2. 經醫師的指導下，選取合適的進入點後採用標準後方植入方式，不預鑽孔 直接將椎弓根螺釘穩定旋入，直到螺牙部份完全進入椎骨(圖 2.6)。

pedicle height pedicle width

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步驟 3. 植入完全後，拍攝側向及上下向 X-ray 影像以確保椎弓根螺釘正確植入且 未造成椎弓根破壞(圖 2.7)。

2.2.4 疲勞負載

於所有試樣植入椎弓根螺釘後，將試樣隨機分成三組：健康組/1mm 間隙組 /2mm 間隙組，每組各包含 8 個椎弓根試樣。將包埋完成的試樣固定在本實驗室自 行設計的油壓材料測試機台(圖 2.8)，機台上配有位移感測器(potentiometer)和荷重 元(load cell)來量測實驗中位移和力量變化，藉由電腦上的資料擷取卡(PCI 6040E, National Instrument)即時擷取實驗訊號。試樣架設完成後先對試樣拍攝 X 光影像，

圖 2.6 鎖入椎弓根螺釘

圖 2.7 利用 X-ray 確認椎弓根螺釘正確植入

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然後將位移感測器安置在椎弓根螺釘頭上記錄起始位置，接著利用油壓測試機台 對椎弓根螺釘施加力量 20-200 牛頓⁶⁷、頻率 5Hz 的疲勞負載，過程中會利用油壓 測試機台上的位移感測器於實驗開始前紀錄椎弓根螺釘頭的起始位置，並在疲勞 負載過程中持續記錄椎弓根螺釘頭的沉陷量，直到椎骨和椎弓根螺釘交界面達到 1mm/2mm 的間隙破壞時停止負載，接著拍攝 X 光，最後才進行拉出測試。

圖 2.8 油壓材料測試機台及試樣架設

2.2.5 椎弓根螺釘拉出強度測試

以自製夾具同軸固定椎弓根螺釘，夾具上方連接油壓測試機台，依照 ASTM F1691-96 測試規範，以每分鐘 5mm 的速率將椎弓根螺釘軸向拉出，並記錄其過程 中最大拉出力量，如圖 2.9 所示。

Load cell Potential meter

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Human cadaveric thoracic pedicle specimens

CT scan Cortical bone ratio

Intact

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2.2.6 統計分析

單因子變異數分析(One-Way ANOVA)將用於探討健康組/1mm 間隙/2mm 間隙 組的拉出強度是否有所差異。發現有顯著性的差異後即使用 Tukey HSD post-hoc test 來找出各組間的差異。Pearson 關聯性分析將用以找出緻密骨於椎弓根內的比 例與拉出強度間的關係。所有統計檢驗在 p 值小於 0.05 時，視為有顯著性差異。

本研究使用 SPSS version 20 (IBM Corp, NY, USA) for Windows 進行統計分析。