穩定度測試

為量測試樣的穩定度，本實驗使用本實驗室自行開發之 Hybrid 力學測試機台，

能夠以扭矩控制(Moment Control)以及角度控制(Angle Control)進行測試，故稱為 Hybrid 力學測試機台(圖 2. 12)，而本實驗僅使用到扭矩控制。機台分別由致動模 組、控制模組與量測模組所組成。致動模組包含馬達、導桿、直線軸承、萬向接 頭以及用來固定試樣的上夾具，主要用來給予及傳遞負載給試樣；控制模組利用 訊號擷取卡與訊號放大卡擷取並放大上夾具上之單軸扭力計和雙軸角度計的電壓 訊號，再經由 LabVIEW 程式進行回饋控制；而量測模組則由兩台 CCD 攝影機所 組成，藉由紀錄裝設在試樣上之旗標光點的移動，經由直接線性轉換法，可計算 出試樣的運動角度變化。

圖 2. 12 Hybrid 力學測試機台

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假設椎體為不會變形的剛體，在 T1、T2、T3、T8 椎體上插上旗標，插旗標的 位置為我們想要觀察其角度變化的椎體，T2-T8 為長節組的植入節，T3-T8 為短節 組的植入節；在長節組時 T1 為上鄰近節，在短節組時 T2 為上鄰近節(圖 2. 13)。

參考 Wilke 學者所提出的脊椎植入物體外測試法²⁷，給予正方向與負方向之扭矩控 制，直到試樣承受到正負 5 牛頓米之負載後返回起始位置。利用 CCD 相機捕捉旗 標隨著試樣受到負載時的各方向角度變化，藉由調整試樣與旗標面對 CCD 相機的 方向，可量測側彎(Lateral Bending)及前彎後仰(Flexion /Extension)的穩定度，不同 組別在同樣測試條件下均會重複測試三次穩定度，再取其平均。

圖 2. 13 實驗條件

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2.4.1 健康組試樣處理

本實驗使用六個月大、體重為 120 公斤之新鮮豬試樣胸椎。從市場購得包含 肋骨之完整胸椎後，將胸椎第一節到第九節(T1-T9)取下，並去除肋骨後，利用手 術刀小心去除周圍肌肉組織，避免傷害到韌帶、椎間盤以及小面關節(Facet Joint)，

最後再將脊索抽出，如圖 2. 14。試樣處理完畢後，會覆蓋上沾有生理食鹽水之紗 布，放入密封袋中，保存於零下 20 度之冰箱中。實驗當天，會放置於室溫中等待 完全退冰後，會在頭尾兩端椎體上打上數支木螺釘，尾側包埋進補土、頭側包埋 進石膏。補土及石膏為穩定度測試時機台之夾具附著於試樣上之媒介，在包埋補 土時上下兩端須保持水平，才能確保試樣在測試機台上於測試前不會產生預應力，

因此在包埋前會將試樣以尼龍繩吊起並稍微懸於空中，再將試樣包埋進補土及石 膏，同時會使用水平儀確認是否水平，方法如圖 2. 14。

圖 2. 14 健康組試樣處理方法

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2.4.2 健康組穩定度測試

待試樣處理完畢，並插上旗標後，裝設到 Hybrid 力學測試機台上進行健康組 的穩定度測試(圖 2. 15)，量測並計算其總活動度、待植入節活動度、待植入節之 上下鄰近節活動度以及中性區。

圖 2. 15 健康組穩定度測試

2.4.3 小兒脊椎側彎體外模型與其穩定度測試

健康組穩定度測試完成後，為了使在做穩定度測試時，能夠更符合實際體內中 的情形，我們將試樣 T4、T5、T6 之椎體切開分離成兩半，再使用高分子材料 PE 製作 10 度楔形塊，塞入已分離之椎體中並利用螺絲及鐵絲固定，製造共 30 度之 側彎角度(圖 2. 16)。為了使椎體分離前及分離後力學性質不改變太多，在分離的 過程需盡量避免破壞到小面關節、脊間韌帶等可活動元件，分離方法如圖 2. 17 所 示。最後，會將原包埋在頭側之石膏敲碎，並重新包埋進補土，方法同健康組之 包埋方法。

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圖 2. 16 體外側彎模型

圖 2. 17 塞入楔形塊之方法

體外模型完成後，插上旗標後，裝設到 Hybrid 力學測試機台上進行穩定度測 試，量測並計算其總活動度、待植入節活動度、待植入節之上下鄰近節活動度以 及中性區。

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2.4.4 長節自我調適生長桿組與金屬棒組穩定度測試

根據文獻指出，雙側安裝生長桿比起單側安裝生長桿有較佳穩定度¹⁵，因此本 實驗之植入方法皆為雙桿結構。在將植入物安裝上體外側彎模型之前，金屬棒及 自我調適生長桿皆會貼上應變規，量測桿件安裝在試樣上進行穩定度測試時的應 力。在桿件距下方固定端兩公分處，根據桿件主要受力方向會貼上 4 個應變規觀 察在穩定度測試時桿件的受力情形，如圖 2. 18 所示，應變規一(gage 1)、應變規 二(gage 2)裝在凸測桿件；應變規三(gage 3)、應變規四(gage 4)裝在凹測桿件，應變 規二(gage 2)和應變規三(gage 3)量測前彎後仰時的應變；而應變規一(gage 1)和應變 規四(gage 4)量測側彎動作時的應變。

圖 2. 18 桿件與應變規之安裝

圖 2. 19 為自我調適生長桿與金屬棒安裝所需零件及應變規黏貼位置。本實驗 所 使 用 之 應 變 規 為 日 本 共 和 電 業 株 式 會 社 (KYOWA ELECTRONIC INSTRUMENTS CO., LTD.)所製造販售，其應變規因數(Gage Factor)為 2.08。應變 規經由應變訊號處理盒後所輸出之訊號會藉由訊號放大卡放大(放大倍率:513)，由 訊號擷取卡解取訊號至電腦。

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圖 2. 19 自我調適生長桿(a)與金屬棒(b)安裝所需零件及應變規

將自我調適生長桿及金屬棒植入長節(T2-T8)上後(圖 2. 20)，插上旗標並放入 機台進行穩定度測試，量測並計算其總活動度、植入節活動度、植入節之上下鄰 近節活動度、中性區以及凹側與凸側桿件之應變。

圖 2. 20 長節組之(a)自我調適生長桿與(b)金屬棒之安裝

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2.4.5 短節自我調適生長桿組與金屬棒組穩定度測試

在長節自我調適生長桿組與金屬棒組穩定度測試完成後，會將原本植入在頭 側(T2)之一對椎弓根螺釘卸下並打入 T3，因此植入節改為 T3 至 T8，再將自我調 適生長桿或金屬棒安裝上脊椎側彎模型(圖 2. 21)，進行穩定度測試，同時量測並 計算其總活動度、植入節活動度、植入節之上下鄰近節活動度、中性區以及凹側 與凸側桿件之應變。

圖 2. 21 短節組之(a)自我調適生長桿與(b)金屬棒之安裝

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