穩定度測試夾具對手術後脊椎之傳力機制影響的有限元素分析與生物力學測試; Finite-Element Analysis and Biomechanical Evaluation of Jig-Related Influence on the Load-Transferring Mechanism of the Instrumented Spinal Column

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題名:	穩定度測試夾具對手術後脊椎之傳力機制影響的有限元素分析與生物力學測試;Finite-Element Analysis and Biomechanical Evaluation of Jig-Related Influence on the Load-Transferring Mechanism of the Instrumented Spinal Column
作者:	林上智
貢獻者:	機械工程系
關鍵詞:	脊椎;植入物;生物力學測試;穩定度;夾具;有限元素分析;醫學工程
日期:	2006-07-01
上傳時間:	2010-12-21 16:24:38 (UTC+8)
出版者:	行政院國家科學委員會
摘要:	目前已有各式的脊椎手術植入物已被開發，並且成功地被使用來治療相關的脊椎疾病了。新型的脊椎手術植入物在臨床使用之前，必須經過各種材質與生物力學的測試，以確定其機械與臨床的可行性。目前某些生物力學的評估已有標準的測試規範，如美國測試暨材料協會對脊椎固定器與椎間盤護架的靜態剛性與動態疲勞強度，就訂有詳細的規範測試。因此對於受測脊椎的負荷與邊界等條件，均已有一致測試的標準可供依循，但這些測試均偏向於評估植入器材的機械性能。但是對於某些期望評估植入物臨床效果的測試，例如是將植入物與生物體脊椎結合的穩定度測試，由於測試之目的在是於瞭解植入物對脊椎的治療效果，因此測試的方式就可能與單純評估植入物之剛性或疲勞強度者不同。以脊椎內固定器而言，穩定度測試的目的可能用來評估脊柱椎間盤的受壓程度、固定器的應力遮蔽效應、骨螺絲與脊椎骨的鬆脫情形等，因此測試的夾持與施力條件是否能模擬臨床上的情況，對於測試的結果將有重要的影響。從生物力學測試的觀點來看，受測生物體脊椎的負荷與邊界條件是受夾具所控制的，但目前文獻中所使用的夾具差異很大。某些以側推力來使受測脊椎產生往前的屈曲動作，有些則是軸向壓迫受測脊椎以達到屈曲變形，而有些則是直接對受測脊椎施加彎矩，同時也有的夾具綜合此三種施力的模式，另外受測脊椎的上端也可分成自由與受拘束等兩種。由於受測脊椎的破壞機制及機械效能與受力及拘束的條件密切相關，但目前文獻中幾乎沒有探討此一主題的研究論文，因此本計畫將針對夾具設計所造成的受力與拘束條件，來探討對脊椎測試結果的生物力學影響。本計畫首先將蒐集正常與不穩定脊椎的數位化醫學影像資料，並且利用醫學影像軟體以重建三維的脊椎電腦幾何模型。然後依序以內固定器、椎間盤護架、椎骨支撐器與人工椎間盤等器材，來植入脊椎以建立有限元素模型，並且以不同的夾具設計來進行電腦輔助動靜態分析。本計畫的研究目的分為兩方面：首先瞭解夾具設計對於受測脊椎的生物力學影響，並且找出明顯受影響的力學與醫學指標，例如是傳力機制或植入物與骨質間的介面破壞等，以釐清測試條件差異對實驗結果的影響。另一方面，期望開發一套最能模擬脊椎受力變形行為的測試夾具，提供國內外相關人員的研究參考。最後並利用豬隻脊椎與後方桿狀內固定器為試片，配合上述最佳化的夾具設計來進行穩定度測試，以驗證數值分析結果之傳力機制與介面破壞的一致性。研究期間：9503 ~ 9507
關聯:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
顯示於類別:	[機械工程學系] 研究計畫

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