2 第二章 背景知識
2.1 脊椎的解剖構造與生物力學特性
脊椎是長條狀的骨骼組織，長度約佔全身高度的五分之二。其組成如 圖 2‐1 所示，是由 33 塊椎骨與 23 個椎間盤所組成，在矢狀面（sagittal plane）
上成彎曲結構。椎骨本身雖然堅硬，但組成之脊椎結構卻具有相當的柔軟 度，可以作出前、後彎曲（flexion-extension），側彎（lateral bending）及扭 轉（axial rotation）的動作。椎骨依其幾何形狀、尺寸和位置的不同，分為 5 個區域，包含：頸椎（cervical vertebrae）7 節（C1-C7）、胸椎（thoracic vertebrae）
12 節（T1-T12）、腰椎（lumbar vertebrae）5 節（L1-L5）、薦椎（sacrum）
和尾椎（coccyx），其中薦椎和尾椎由數塊分離的骨頭合成一塊。從頸椎到 腰椎24 塊椎骨之間，各有一塊由軟骨組成的椎間盤（intervertebral disc）置 於其中，作為吸收衝擊能量和增加脊椎活動度的機構。脊椎的主要用途是 保護脊髓神經和支撐體重，根據脊椎生理構造，越下方的椎骨所承受的重 量越大，其體積也逐漸增大。由於下方的脊椎所承受的壓力較大，所以在 腰椎到第一節薦椎的椎間盤較常發生傷害或退化性病變。因此本研究的目 標將著重在腰椎的部份，以下就腰椎的構造做詳細的說明。
圖 2-1 脊椎解剖構造[17]
2.1.1 腰椎椎體的解剖構造與生物力學特性
一節典型的腰椎構造如圖 2‐2 所示，包含：椎體（vertebral column）、
椎足（pedicle）、椎板（lamina）、脊突（spinous process）、和橫突（transverse process）。為了承受重量，腰椎的椎體扁平且特別大。腰椎的小面關節（facet joint）在矢狀面和橫切面（transverse plane）的夾角則如圖 2‐3 所示，分別 成 90 度與 45 度的角度。椎體和椎間盤間的介面稱為端板（end-plate），是 一種軟骨組織；而脊柱和後方組織之間形成的椎孔（vertebral foramen）則 是讓脊神經通過的空間。椎體本身是由外層的皮質骨（cortical bone）和內 層的鬆質骨（cancellous bone）構成；由於鬆質骨中的骨小樑成縱向排列（圖 2‐4）可知椎體主要能承受壓力（compression force）[18]。
圖 2-2 典型腰椎構造
圖 2-3 小面關節在矢平面和橫切面的夾角[18]
圖 2-4 椎體的內部結構[18]
2.1.2 椎間盤的解剖構造與生物力學特性
椎間盤的組成分為兩大部分（圖 2‐5）：中央由富含水分的膠狀物質
（hydrophilic glycosaminoglycans）構成髓核（nucleus pulposus）；而外層則 是以堅韌的環纖維 （annulus fibers）包覆，稱為環帶（annulus laminates）。
其中纖維環內含有上下成30 度交叉的膠質纖維（collagen fiber）。
椎間盤承受壓力的情形如圖 2‐6 所示，髓核受壓時，可以將壓力均勻 的傳遞到內纖維環，再傳至外纖維環。而藉由外纖維環的張力作用，使得 椎間盤得以承受壓力[2]。
圖 2-5 椎間盤的結構[18]
圖 2-6 椎間盤受壓情形[18]
2.1.3 腰椎韌帶的解剖構造與生物力學特性
韌帶提供張力的特性，幫助關節穩定。腰椎間的韌帶包含有前縱向韌 帶（anterior longitudinal ligament, ALL）、後縱向韌帶（posterior longitudinal ligament, PLL）、黃韌帶（ligamentum flavum, LF）、脊間韌帶（interspinous ligament, ISL ）、 脊 上 韌 帶 （ supraspinous ligament, SSL ）、 橫 突 韌 帶
（intertransverse ligament TL）和小面關節囊（capsular ligament, CL）。韌帶 在腰椎的分布如圖 2‐7。
圖 2-7 腰椎中韌帶的分佈[18]
2.1.4 脊椎的運動方式
兩節脊椎和ㄧ個椎間盤的組合稱為ㄧ個椎節（motion segment），而一 個椎節的運動方式如圖 2‐8。脊椎在矢狀面（Sagittal plane）上的轉動稱為 前後彎曲（flexion, extension）;在冠狀面（frontal plane）上的轉動稱為左右
側彎（left/right lateral bending）；而在橫切面（Transverse plane）上的轉動 則稱為左右扭轉（left/right axial rotation）。脊椎在運動時，主要由椎間盤承 受壓力，由韌帶承受張力；而腰椎的小面關節因為角度的關係，不但可以 承受水平的壓力，亦可以限制腰椎旋轉的範圍。表 2‐1 則是第一腰椎到第 一節薦椎之間，各椎節的運動範圍。由表中可知腰椎在前後彎曲上的運動 範圍較大，而在左右扭轉上是較受到限制的。
圖 2-8 脊椎運動方式[18]
表 2-1 腰椎各椎節運動範圍[18]