Follower load 文獻回顧

圖 3-12 Follower load 示意圖與實驗方法[35]

3.1.3 Follower load 文獻回顧

Follower load 之體外實驗討論

Rohlmann 等人[50]以 Patwardhan[35]的實驗結果做為基礎，更進 一步測試在不同力矩的負載條件下，比較施加與不施加 Follower load 在腰椎的椎間盤壓力及旋轉角度的變化。當腰椎樣本受到純力矩時，

椎間盤的壓力遠小於正常椎間盤所受之壓力，施加 Follower load 後則 可達到正常的壓力大小。Follower load 原本就是模擬局部肌肉所達到 的穩定各椎節脊椎的效果，由於不知道肌肉的作用力為多少，此文獻 假設了 280N，此力約是一個 66 公斤重之成年人於 L1 之上部份體重。

所得到穩定椎節的趨勢與 Patwadhan[35]的 1200N 相同，證實了 Follower load 可達到穩定脊椎的效果。

  圖 3-13 Rohlmann 等人的 Follower load 實驗設置圖[50]

Kim 等人[51]建立了在矢狀面上的 2D 腰椎模型，椎節的範圍從 T12 至 S1(圖 3-14)，且更進一步的考慮了 117 對的軀幹肌肉的作用 力。在這篇文獻中考慮了兩種不同負載的情形：第一種是將上身重 300N 和前彎彎矩 3N-m 加載於 T12 之上，椎節重量 10N 則各加在 L1 至 L5 之上；第二種則是在前述的情況下在另外加上 200N 的負載於 T12 前方 100mm，模擬手持 200N 負重的狀況。通過各椎節的 Follower force、剪力和關節力矩輔以各自的權重，以最佳化的方式，計算出 Modified follower load 。如上所述目前已有多篇文獻證實了通過 Follower load 確實能增加腰椎承受負載的能力，但在現實生活的許多 活動中，剪力的產生卻是難以避免的，此篇文獻透過分析得知，若要 靠肌肉群負載作用力的 Follower load path 達成理想無剪力效果，是相

當複雜困難，必須以最佳化的方式呈現 Modified follower load 模型。

圖 3-14 Kim 所建立的矢狀面上的 2D 腰椎模型[51]

Patwardhan 等人[52]研究使用 14 具屍骨樣本並在 L5-S1 之間植入 兩個 Threaded cylindrical cage，並配合 Follower load 的使用(圖 3-15)，給定的範圍則從 0 至 1200N 逐步增加，觀察 L5-S1 的 ROM 在 前彎以及後彎兩種動作時，與 INT 樣本之比較。相較於單純靠環帶 拉伸力造成不穩定，Follower load 的施加明顯的改善了腰椎的穩定性 (減低椎節的 ROM)。並且發現到 Follower load 對於有放置 Cage 的樣 本會有較佳的穩定效果，而隨著 Follower load 增加其穩定的效果越 好。

      圖 3-15 Patwardhan 之實驗示意圖[52]

Follower load 之有限元素討論

Shirazi-Adl 等 人 [53] 利 用 自 行 撰 寫 軟 體 發 展 出 Wrapping element，依照 Follower load 的原則，對腰椎施予壓縮力負載，令其 在變形過程中仍舊垂直於各椎間盤的中間面，以達到減少剪力與彎矩 負載。Wrapping element 固定於 L1 的中心點，然後滑過各椎節的上 下端板，然後於 S1 的部份給予施力，完整的模擬 Follower load 體外 實驗的情形(圖 3-16)。Wrapping element 也可以對各椎節施予不同的 負載，例如對於 L1 端施予 80%負載，剩餘負載則平均施加在其他椎 節，而且模擬結果也充分達到減少腰椎剪力與彎矩的目的。雖然 Wrapping element 所有設定條件皆近似於體外實驗，用於檢測模型的 準確性方面相當具有可信度，但由於是自行撰寫軟體，因此重現度不 高，後續皆有利用商用軟體加入 Follower load 而建立的模型。

圖 3-16 Wrapping element 應用於 L1-S1 示意圖[53]

Renner 等人[28]使用商用軟體 ADINA 在六節腰薦椎模型上 (L1-S1) 建 立 Follower load 分 析 模 型 ， 並 加 上 五 對 二 節 點 的 Thermo-isotropic truss element (Follower load truss)，在腰椎的兩側連 接鄰近椎節的瞬時旋轉中心(圖 3-17)。以降低溫度的方式，來給定壓 縮力。而且由於壓縮力是通過 Truss 的軸所給定，所以不會有力矩產 生。此文獻也加入了前彎、後彎、側彎與扭轉等動作的分析，證實了 在三種平面上 Follower load 確實可以增強腰椎的穩定性。由於 Follower load 的概念是模仿軀幹肌肉的作用力，因此也間接闡明軀幹 肌肉對於改善腰椎穩定的重要性。

圖 3-17 Thermo-isotropic truss element 應用於 L1-S1 之側視圖[28]

Rohlmann 等人[49]利用 MSC/PATRAN 及 ABAQUS 建立一個五 節腰椎模型(L1-L5)，在各椎節的中心點施予一連接至下一椎節中心 方向之力，做為 Follower load 模型(圖 3-18)，並施予各不同的彎矩以 及肌肉作用力的負載與實驗進行比較。得到的結果證實 Follower load 的施加可以替代多數卻微小的局部肌肉作用力，且 Trunk muscle 的力 必須透過間接的方法測試是因為直接測定是相當困難的。

  圖 3-18 Rohlmann 等人之 Follower load 示意圖[49]