Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 醫學工程學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/39268
完整後設資料紀錄
DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor王兆麟
dc.contributor.authorYung-Chin Chinen
dc.contributor.author金永欽zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-13T17:25:07Z-
dc.date.available2005-02-02
dc.date.copyright2005-02-02
dc.date.issued2005
dc.date.submitted2005-01-24
dc.identifier.citation1. McGill, S.M., The biomechanics of low back injury: implications on current practice in industry and the clinic. J Biomech, 1997. 30(5): p. 465-75.
2. Marras, W.S. and K.P. Granata, Changes in trunk dynamics and spine loading during repeated trunk exertions. Spine, 1997. 22(21): p. 2564-70.
3. McGill, S.M. and R.W. Norman, Partitioning of the L4-L5 dynamic moment into disc, ligamentous, and muscular components during lifting. Spine, 1986. 11(7): p. 666-78.
4. Shah, J.S., et al., Surface strain distribution in isolated single lumbar vertebrae. Ann Rheum Dis, 1976. 35(1): p. 51-5.
5. Botsford, D.J., S.I. Esses, and D.J. Ogilvie-Harris, In vivo diurnal variation in intervertebral disc volume and morphology. Spine, 1994. 19(8): p. 935-40.
6. 林瑞模. (93)年骨科生物力學研習會講義. 2004: 台灣生物力學學會.
7. Lanyon, L.E., Experimental support for the trajectorial theory of bone structure. J Bone Joint Surg Br, 1974. 56(1): p. 160-6.
8. Shah, J.S., W.G. Hampson, and M.I. Jayson, The distribution of surface strain in the cadaveric lumbar spine. J Bone Joint Surg Br, 1978. 60-B(2): p. 246-51.
9. Carter, D.R., Anisotropic analysis of strain rosette information from cortical bone. J Biomech, 1978. 11(4): p. 199-202.
10. Carter, D.R., D.P. Fyhrie, and R.T. Whalen, Trabecular bone density and loading history: regulation of connective tissue biology by mechanical energy. J Biomech, 1987. 20(8): p. 785-94.
11. Hongo, M., et al., Surface strain distribution on thoracic and lumbar vertebrae under axial compression. The role in burst fractures. Spine, 1999. 24(12): p. 1197-202.
12. Frei, H., et al., The effect of nucleotomy on lumbar spine mechanics in compression and shear loading. Spine, 2001. 26(19): p. 2080-9.
13. Frei, H., T.R. Oxland, and L.P. Nolte, Thoracolumbar spine mechanics contrasted under compression and shear loading. J Orthop Res, 2002. 20(6): p. 1333-8.
14. Dailly, J.W. and W.F. Riley, Experimental stress analysis. 1999: McGRAW-HILL.
15. 沈清良, 實用解剖學. 2000: 華杏出版社. p.67.
16. Yingling, V.R., J.P. Callaghan, and S.M. McGill, The porcine cervical spine as a model of the human lumbar spine: an anatomical, geometric, and functional comparison. J Spinal Disord, 1999. 12(5): p. 415-23.
17. Timoshenko, Theory of elasticity. 1986: McGraw-Hill.
18. Shirazi-Adl, A., A.M. Ahmed, and S.C. Shrivastava, Mechanical response of a lumbar motion segment in axial torque alone and combined with compression. Spine, 1986. 11(9): p. 914-27.
19. Thomson, W.T., Theory of vibration with applications. 1998: Chapman and Hall. p65.
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/39268-
dc.description.abstract摘要
設計:使用三種標準材料及豬脊椎運動元為試樣,在相同的衝擊位置之下,分別給予相等的衝擊能量,比較四種試樣的力學反應與椎骨前緣應變場的變化情形,並探討剛性材料與軟性材料的差別。
背景:由於大部分的脊椎傷害,是在過大的動態載荷下發生的,因此我們選擇豬頸椎當作研究對象,意圖模擬人體腰椎運動元在承受不同衝擊載荷時,前端應變場的分佈與其力學行為表現。
目標:觀察脊椎運動元在承受外力衝擊時,瞬間的力學反應,以及椎骨前緣的應變場變化情形。
方法:以13個豬頸椎的二節運動單元(七個C3-5、六個C6-T1)與三個工程材料(鋁、聚乙烯、優力膠)作為試樣,於試樣前緣表面黏貼一個三軸向的應變規,分別施予試樣均佈力與集中力偏心負載,並改變撞擊時的輸入能量與接觸時間,量測試樣的力學行為表現與應變場變化。
結果:當脊椎試樣承受的均佈力負載能量越高,椎骨前緣的主應變越大;當集中力偏心負載作用在試樣的前、後側時,主應變較大;主應變最小值發生在第七個撞擊點。勁度(stiffness)大的試樣(如鋁),其軸向輸出力的大小不隨撞擊位置改變而有所變化,但前後向水平輸出剪力與矢狀面輸出力矩則相反,兩者的方向與靜態時相同;勁度小的試樣(如聚乙烯、優力膠、豬頸椎),軸向反作用力的大小會隨撞擊位置而改變,其前後向水平輸出剪力與矢狀面輸出力矩也是如此,但兩者的方向與靜態時相反。
zh_TW
dc.description.abstractAbstract
Study Design.Three standard materials and porcine cervical two-motion segments are used to investigate the mechanical reaction and strain field response to the same loading condition. The effects of material characteristics on subjects’ mechanical performance are also discussed.
Background.Because spinal injuries are frequently resulted by enormous dynamic loading, we intend to simulate the strain distribution of anterior lumbar vertebral bodies and their mechanical behaviors under different impact loading.
Objective.To investigate the mechanical behavior of spinal motion segments and distribution of strain field of anterior vertebral bodies while they are subjected to impact loading.

Method.13 porcine cervical two-motion segments were used. C3-5 (n=7) and C6-T1 (n=6) were dissected from them. Three standard cylinders made of AL, PE and PU, respectively, were used as reference samples. All specimens were applied with axial distributive load and point compressive load with different loading energy and contact period. Surface strains were measured with a three-axis strain gauges rosette attached to the anterior wall of the middle vertebral bodies. The mechanical behaviors of all samples were also analyzed.
Result.Under distributive loading, the principle strain increases as the loading energy rises. Under point loading, the maximum principle strain occurs when the specimens are loaded at anterior and posterior points, respectively, while the strain is minimal when the specimens are loaded at the 7th point. For the specimens of larger stiffness, the axial resultant force remains constant despite the loading location changes. But the horizontal resultant force and sagittal resultant moment show opposite trend. Their directions are the same as expected. However, for the specimens of smaller stiffness, the axial resultant force, the horizontal resultant force and sagittal moment decline with the change of loading location, while the directions of the last two are different from the theoretical results.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-13T17:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-94-R90548031-1.pdf: 1039733 bytes, checksum: c6330dd99d1f99957dcab8a75220fce2 (MD5)
Previous issue date: 2005
en
dc.description.tableofcontents第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 章節陳述 3
第二章 實驗的設備簡介 5
2-1 連續式衝擊測試平台 5
2-1-1 測試機台本體 6
2-1-1-1 撞擊錘 6
2-1-1-2 撞擊承受器 6
2-1-1-3 緩衝件 6
2-1-2 測試機台控制系統 6
2-1-3 訊號量測系統 7
2-1-3-1 訊號放大器 8
2-1-3-3 類比數位轉換卡 8
2-2 微應變量測系統 8
2-2-1 惠司通電橋 9
2-2-2 微應變量測原理 9
第三章 材料與方法 12
3-1 研究的動機與目的 12
3-2 試樣準備過程 14
3-2-1 動物試樣 14
3-2-1-1 解剖階段 14
3-2-1-2 包埋階段 14
3-2-1-3 應變規安置階段 16
2-2-1-4 實驗與保存階段 17
3-2-2 標準試樣 18
3-2-2-1材料的選擇與加工階段 18
3-2-2-2包埋階段 18
3-2-2-3 實驗階段 18
3-3 實驗設計 19
3-4 資料分析 21
3-4-1 主應變分析的大小與方向 21
3-4-2 應變能密度分析 23
3-5 常規化處理 25
3-5-1 應變部分 25
3-5-2 力量響應部分 27
第四章 實驗結果 29
4-1 均佈力負載實驗結果 29
4-1-1 應變 29
4-1-2 力量響應 32
4-2 集中力偏心負載實驗結果 39
4-2-1 應變 39
4-2-2 力量響應 45
第五章 討論與結論 57
5-1均佈力負載 57
5-1-1 應變 57
5-1-2 力量響應 58
5-1-3 結論 60
5-2 集中力偏心負載 61
5-2-1應變 61
5-2-2力量響應 62
5-2-2-1 軸向力 62
5-2-2-2 剪力與彎矩 64
5-2-3 結論 66
參考文獻 68
圖(2-1)連續式衝擊測試平台示意圖 5
圖(2-2)訊號處理流程圖 7
圖(2-3)應變訊號處理流程圖 8
圖(2-4)惠司通電橋電路 9
圖(2-5)轉換電路配置圖 10
圖(2-6)轉換電路(A)實際製作完成圖(B)控制面板 10
圖(3-1)前凸曲線圖(A)豬頸椎(B)人體腰椎 12
圖(3-2)動物試樣準備流程圖 13
圖(3-3)包埋流程圖 15
圖(3-4)應變規安置階段使用材料 15
圖(3-5)應變規黏貼流程圖 16
圖(3-6)標準試樣準備流程圖 17
圖(3-7)負載施加型態(A)均佈力負載(B)集中力偏心負載 18
圖(3-8)負載點與試樣的關係 19
圖(3-9)負載點與實際試樣位置圖 19
圖(3-10)衝擊實驗負載與座標系統圖 20
圖(3-12)實驗系統架構圖 21
圖(3-13)椎骨前緣表面之應變規(A)實體圖(B)示意圖 22
圖(3-14)脊椎試樣包埋與擺設的誤差 25
圖(3-15)應變資料常規化處理圖 25
圖(3-16)最大拉伸應變之方位角 26
圖(3-17)常規化處理後的最大拉伸應變之方位角 26
圖(3-18)試樣受均佈力負載作用圖 27
圖(3-19)試樣受集中力偏心負載作用圖 27
圖(3-20)矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖 28
圖(3-21)常規化處理後的矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖 28
圖(4-1)主應變之大小與輸入能量關係圖 29
圖(4-2)主應變之方位角與輸入能量關係圖 30
圖(4-3)最大剪應變與輸入能量關係圖 30
圖(4-4)應變能密度與輸入能量關係圖 31
圖(4-6)體積膨脹能密度與輸入能量關係圖 32
圖(4-7)不同接觸時間軸向輸入力量的變化(1.2 J) 33
圖(4-8)不同接觸時間軸向輸入力量的變化(2.4 J) 33
圖(4-9)不同接觸時間軸向輸入力量的變化(3.6 J) 34
圖(4-10)不同接觸時間軸向輸出力量的變化(1.2 J) 34
圖(4-11)不同接觸時間軸向輸出力量的變化(2.4 J) 35
圖(4-12)不同接觸時間軸向輸出力量的變化(3.6 J) 35
圖(4-13)不同接觸時間下軸向力量傳遞情形(1.2 J) 36
圖(4-14)不同接觸時間下軸向力量傳遞情形(2.4 J) 36
圖(4-15)不同接觸時間下軸向力量傳遞情形(3.6 J) 37
圖(4-16)不同接觸時間軸向壓縮量的變化(1.2 J) 37
圖(4-17)不同接觸時間軸向壓縮量的變化(2.4 J) 38
圖(4-18)不同接觸時間軸向壓縮量的變化(3.6 J) 38
圖(4-19)最大主應變與負載位置分佈圖 39
圖(4-20)最小主應變與負載位置分佈圖 39
圖(4-21)最大剪應變與負載位置分佈圖 40
圖(4-22)最大主應變之方位角與負載位置分佈圖(20 MS) 41
圖(4-23)最大主應變之方位角與負載位置分佈圖(30 MS) 41
圖(4-24)最大主應變之方位角與負載位置分佈圖(40 MS) 42
圖(4-25)最大主應變之方位角與負載位置分佈圖(60 MS) 42
圖(4-26)應變能密度與負載位置分佈圖 43
圖(4-27)體積膨脹能密度相對於負載位置的分佈圖 44
圖(4-28)扭曲形變能密度與相對於負載位置的分佈圖 44
圖(4-29)軸向輸入力量與負載位置分佈圖(20 MS) 45
圖(4-30)軸向輸入力量與負載位置分佈圖(30 MS) 46
圖(4-31)軸向輸入力量與負載位置分佈圖(40 MS) 46
圖(4-29)軸向輸入力量與負載位置分佈圖(60 MS) 47
圖(4-33)軸向輸出力量與負載位置分佈圖(20 MS) 48
圖(4-34)軸向輸出力量與負載位置分佈圖(30 MS) 48
圖(4-35)軸向輸出力量與負載位置分佈圖(40 MS) 49
圖(4-36)軸向輸出力量與負載位置分佈圖(60 MS) 49
圖(4-37)軸向力量傳遞比與負載位置分佈圖(20 MS) 50
圖(4-38)軸向力量傳遞比與負載位置分佈圖(30 MS) 50
圖(4-39)軸向力量傳遞比與負載位置分佈圖(40 MS) 51
圖(4-40)軸向力量傳遞比與負載位置分佈圖(60 MS) 51
圖(4-41)前後側水平輸出剪力與負載位置分佈圖(20 MS) 52
圖(4-42)前後側水平輸出剪力與負載位置分佈圖(30 MS) 53
圖(4-43)前後側水平輸出剪力與負載位置分佈圖(40 MS) 53
圖(4-44)前後側水平輸出剪力與負載位置分佈圖(60 MS) 54
圖(4-45)矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖(20 MS) 55
圖(4-46)矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖(30 MS) 55
圖(4-47)矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖(40 MS) 56
圖(4-48)矢狀面輸出力矩與負載位置分佈圖(60 MS) 56
圖(5-1) 椎骨短時間受力之情況 58
圖(5-2)測力元之受力情形 59
圖(5-3)力量傳遞比與相位角曲線圖 59
圖(5-4)負載位置1、7、9之主應變場分佈情形 61
圖(5-5)隨著接觸時間縮短最大拉伸應變與壓縮應變增加的比例 62
圖(5-6)試樣勁度大小與剪力和彎矩作用方向之關係圖 65
表(1-1)文獻中實驗探討應變整理 4
表(2-1)應變規規格表 11
表(2-2)各頻道之校正應變值 11
表(3-1)試樣的勁度表 21
表(4-1)有效樣試樣數與撞擊時的接觸時間表 29
表(4-2)不同撞擊時的接觸時間與有效試樣數表 32
表(5-1)實驗參數與結果比較表 60
表(5-2)撞擊時的接觸時間與撞擊位置對剛性材料之影響 62
表(5-3)撞擊時的接觸時間與撞擊位置對軟性材料之影響(PE) 63
表(5-4)撞擊時的接觸時間與撞擊位置對軟性材料之影響(PU) 63
表(5-5)撞擊時的接觸時間與撞擊位置對脊椎試樣之影響 64
表(5-6)A-P SHEARF與F-E BENDINGM之趨勢線斜率表(AL) 65
表(5-7)A-P SHEARF之趨勢線斜率表(SWINE、PE、PU) 66
表(5-8)F-E BENDINGM之趨勢線斜率表(SWINE、PE、PU) 66
表(5-9)實驗參數與結果比較表(應變) 67
表(5-10)實驗參數與結果比較表(力量響應) 67
dc.language.isozh-TW
dc.subject生物力學zh_TW
dc.subject力學反應zh_TW
dc.subject應變場zh_TW
dc.subjectstrain fielden
dc.subjectforce responseen
dc.subjectbiomechanicsen
dc.title脊椎受軸向矢狀面偏心載荷時之脊骨應變與運動元全局力學反應zh_TW
dc.titleThe bone strain of vertebral body and global force response of motion segment during sagittal eccentric vertical loadingen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear93-1
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee楊炳德,林晉,黃世欽
dc.subject.keyword生物力學,應變場,力學反應,zh_TW
dc.subject.keywordforce response,biomechanics,strain field,en
dc.relation.page69
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2005-01-25
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept醫學工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:醫學工程學研究所

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
ntu-94-1.pdf
  未授權公開取用
1.02 MBAdobe PDF
顯示文件簡單紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved