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新型斜外側椎籠系統設計與生物力學分析

為了解決e530的問題，作者劉佩欣 這樣論述：

斜外側椎間融合術(OLIF) 臨床容易發生椎籠單獨放置沉降問題。本研究欲開發具較佳抗沉降之新型OLIF椎籠系統，以前路內嵌式螺釘固定、解剖型椎籠曲面、仿生微結構為三大設計考量，提升椎籠手術穩定性並增加椎籠融合速率。使用骨質疏鬆患者終板幾何曲面建構新型椎籠，考量人體腰椎生理運動如屈伸、側彎與旋轉力量，以拓樸最佳化結果完成椎籠設計並結合內嵌入式螺釘。將椎籠以金剛石型與B型晶格進行晶格化，使椎籠具有利於骨融合之仿生微結構。為驗證本研究之椎籠系統於脊椎內之穩定性，以有限元素方法進行力學模擬分析，建立三款有限元素模型(OLIF椎籠、OLIF椎籠配合內嵌式螺釘、OLIF椎籠配合側方骨板螺釘)，比較不同椎

籠固定方式之穩定性差異。OLIF椎籠搭配內嵌式螺釘在伸展、側彎與旋轉力量可減少73%~99%手術區段ROM值，並減少18%~68%上終板最大應力值，比現今臨床使用之骨板螺釘固定方式減少2~5%ROM與12~51%應力，證實本研究OLIF椎籠之內嵌式螺釘設計可更有效提升伸展、側彎及旋轉三種運動之脊椎穩定性。透過微觀次模型有限元素法，分析腰椎終板與椎籠介面之仿生微結構力學表現，計算金剛石型與B型晶格在椎籠受力下之骨生長能力，在不利骨生長力量下(彎曲、側彎)，骨生長能力平均分別為5%與10.5%，確立B型晶格為較適合本研究OLIF椎籠之仿生微結構。透過金屬積層技術與CNC加工完成椎籠系統製造，實際組

裝測試機構之運作有效且符合尺寸精準度標準。最終將椎籠系統進行臨床前功能性試驗，椎籠系統於靜態壓力達到150000N、靜態剪力達到25000N皆未產生椎籠破壞，動態剪力通過260~2600N循環疲勞測試，證實本研究椎籠在靜態壓力與靜動態剪力具有與市售產品相當或更高強度，但在動態壓力下椎籠椎籠未能通過600~6000N疲勞測試，發現椎籠於邊界產生破壞裂痕，應增加椎籠仿生結構周邊壁厚加強椎籠強度。本研究成功建立出內嵌式固定之OLIF椎籠系統，且具合適人體生理環境之仿生微結構，經生物力學模擬分析證實可有效提升椎籠手術初期穩定性與骨融合能力，有效減少椎籠沉降發生可能性。