生物力學評估

完成有限元素的模擬及數值運算後，必須找出臨床和生物力學上的意 義，針對特定的參數進行評估。參考前面所列文獻，並根據本研究之研究

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目標，本研究的所觀察的參數包括：(1)穩定性；(2)小面關節的接觸壓力；

(3)鄰近端椎間盤所受之應力；(4)椎足螺釘所受之應力。

3.3.1

進行融合手術後，在融合初期植入端椎節穩定性會影響手術的成功 率。若是手術初期的穩定性不佳，骨骼無法在椎節間生長，使椎節融合，

則達不到融合手術的目的。因此穩定度是本研究最重要的討論對象。一般 臨床上，利用 ROM(Range of Motion)作為評估融合手術後穩定度的標準，

ROM 代表脊椎受力前後之椎節角度的變化[2]。當 ROM 越小時，代表椎節 的穩定程度越大。

本研究中，ROM 的定義為每個椎節受力前後的角度變化量，其計算方 式參考 Leivseth[50]等人的研究，取上下兩椎體中間位置的向量，計算其角 度變化後相減，即得到單一椎節的 ROM。以圖 3-9 為例，此椎節間的 ROM 即為α減β的絕對值。

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圖 3-9 ROM 的定義

3.3.2

因為本研究的主要對象是各種 TLIF 形式的椎間融合器，而進行 TLIF 手術，必須移除掉單側的小面關節；而 PLIF 手術則是保留小面關節而移除 部份椎板和韌帶；為了解這樣的脊椎後部元件移除，是否會對保留的小面 關節產生影響，小面關節所受到的接觸壓力也是評估的重要參數。另外，

在使用單側與雙側椎足螺釘系統的比較上，僅使用單側椎足螺釘系統時，

是否會對另一側的小面關節產生影響；或是被保留的小面關節能發揮作 用，幫助椎節穩定，也是研究此參數的目的。

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在本研究的模型中，小面關節的設定是ㄧ對面對面的接觸元素。受限 於有限元素法的數值運算，小面關節的接觸在幾何上無法緊密貼合，造成 壓力集中的現象；小面關節囊的設定也無法達到在人體中能分散負荷的功 能。因此在評估結果時，本研究截取接觸元素中受到之壓力的平均值，作 為討論的依據。

3.3.3

進行椎間融合手術後，植入端椎節的穩定度提高，亦即椎節的可動程 度減小。如此一來，受到同樣大小的負荷時，對鄰近端的椎間盤造成影響，

是否因此有加速退化的可能，是本研究的重要目標。使用有限元素法建立 完整的五節腰椎進行模擬，不但可以觀察到鄰近椎間盤的情況，更能藉由 其所受的應力分布來探討脊椎結構所受到的影響。

3.3.4

後位脊椎融合手術中，為了幫助植入端椎節的穩定性，使骨融合率提 高，通常會加入椎足螺釘系統形式的內固定器作為輔助。因此植入端椎節 中，會有一部分的受力是由椎足螺釘系統所承受；若是內固定器發生斷裂，

則無法達到幫助椎節穩定的目的。根據 Lindsey[51]等人的研究，通常椎足

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螺釘系統發生斷裂的地方，發生在椎足螺釘與骨骼交接處，如圖 3-10 所 示。為了了解使用單側椎足螺釘系統時，對該內固定器所產生之影響，椎 足螺釘所受應力的情形，也是將重視的項目。

圖 3-10 椎足螺釘系統斷裂處[51]