前位腰椎椎间融合器.pdf

前位腰椎椎間融合器之有限元素分析

林建宇,徐稚雯,簡志訓,陳文斌

中原大學醫學工程學系

陳世豪

長庚醫院骨科

FiniteElementAnalysisofLumbarInterbodySpacers

Chien-YuLin,Zhi-WenXu,Chih-HsunChien,Weng-PinChen

DepartmentofBiomedicalEngineering,Chung-Yuan

ChristianUniversity,Chungli,Taiwan

Shih-HaoChen
DepartmentofOrthopaedics,NationalChengKungUniversityHospital
摘要

單純植入椎間融合器是否可以用來治療慢性下背疼痛及恢復椎間盤高度，

目前並無定論，有些手術方式會加入固定裝置以提高椎體穩定度及骨融合率，

本研究目的是利用有限元素分析法，探討植入不同椎間融合器對應力分佈的影

響。由L3-L4原始椎體模型修改四種8度之矩型椎間融合器及一種0度之圓柱

型椎間融合器，給予150N模擬自重而植入物與椎體界面摩擦係數設定為0.4，

在L3椎體給予10Nm力矩，分別模擬前彎、伸展、側彎及扭轉負載，並固定

1
L4椎體底部所有節點。計算植入不同椎間融合器在不同負載情況下，對小面關

節應力、植入物與終板界面滑動距離與上椎體旋轉角度的影響。模擬結果證明

有最大椎間融合器與椎體之接觸面積，可以降低小面關節應力及融合器滑動距

離。在承受垂直、前彎、伸展、側彎及扭轉負載下，單純植入複合式椎間融合

器較其它四種椎間融合器加入後固定器，擁有較小滑動量。計算在各種負載情

況下之上椎體旋轉角度，單純植入複合式椎間融合器在承受前彎及扭轉負載

下，可以降低椎體旋轉角度，但是在承受伸展及側彎負載下與植入其它融合器

並無顯著差異，而在任一負載情況下加入後側固定器皆可以降低椎體旋轉角度。

關鍵詞：椎間融合器、有限元素分析、後側固定器、複合式椎間融合器

Abstract
Initialpromiseofstand-aloneinterbodyfusioncagetotreatchronicbackacheandrestoredisc
heighthasnotbeenmaintained.Othersuseaposteriorspinalfixationinconjunctionwithinterbody
spacerstoenhancethestabilityandpromotefusionrate.Theobjectiveofthisstudywastousefinite
elementanalysis(FEA)toinvestigatethestressdistributionaftertheinsertionofseveralinterbody
fusionspacers.Fourrectangular8°interbodyfusioncagemodelsandonecylinder0°interbody
fusioncagemodelcreatedaccordingtotheanatomicgeometrytheintactL4-5modelwereusedto
simulatea150Ncompressivepreloadwithinterfacialfrictioncoefficientof0.4forthestudyof
interactionbetweenimplantsandvertebralbody.ThenL3vertebralbodywassubjectedto10-Nm
momentinflexion,extension,lateralbendingandtorsion,respectively.Thenodesonthebottom
surfaceofL4wereconstrained.Thechangesofcontactstressonthefacetjoint,maximumslip
displacementoftheimplantsontheendplate,androtationalangleoftheuppervertebrawere
investigatedunderdifferentloadingconditions.Simulationresultsdemonstratedlessfacetcontact
stressandslipdisplacementunderthemaximalinterfacecontactbetweeninterbodyspacersand
vertebralbodies.Thestand-al