A MTS ajuda os pesquisadores biomecânicos a equipar os cirurgiões com melhores informações antes da cirurgia de escoliose.
DESAFIO DO CLIENTE
Aproximadamente quatro em cada 1.000 crianças desenvolverão uma curvatura não natural da coluna vertebral que requer supervisão médica. Um desses quatro acabará precisando de uma grande cirurgia corretiva de escoliose. Esta cirurgia envolve a correção física da curvatura vertebral e sua estabilização através da fusão vertebral e/ou a inserção permanente de instrumentos metálicos.
O Instituto de Tecnologia, Tallaght (ITT Dublin) é uma instituição de nível universitário localizada no sul de Dublin, na Irlanda. O Bioengineering Technology Centre [Centro de Tecnologia de Bioengenharia] (BTC) é um centro pesquisa aplicada dentro da Escola de Engenharia ITT, que oferece instrução intensiva a diversos estudantes que buscam graduação avançada em engenharia biomecânica. Uma das alunas é Nor Amalina Binti Muhayudin. Ela iniciou seus estudos de mestrado no BTC em janeiro de 2009, na busca de novos métodos para o diagnóstico da escoliose.
Historicamente, o diagnóstico da escoliose envolveu uma técnica de medição bidimensional (2D) conhecida como o ângulo Cobb. Esta técnica requer o uso de uma imagem 2D da coluna vertebral para identificar as vértebras mais inclinadas acima e abaixo do ápice da curvatura no plano frontal, e traçar linhas ao longo das vértebras mais inclinadas acima e abaixo. Quando duas linhas são traçadas perpendicularmente a estas linhas, o ângulo criado onde as linhas se interceptam é o ângulo Cobb.
As medidas do ângulo Cobb não podem quantificar o ângulo de rotação vertebral da coluna vertebral, no entanto, o que é uma medida essencial para o diagnóstico e tratamento da escoliose. O desafio de Muhayudin era desenvolver um bioprotótipo espinhal detalhado para cada paciente. Este protótipo poderia fornecer um diagnóstico completo, tridimensional (3D) antes de uma grande cirurgia corretiva, incluindo dados sobre o ângulo de rotação vertebral.
"Até hoje, os cirurgiões têm entrado na sala de cirurgia com informações limitadas sobre o grau de curvatura espinhal de um paciente, o que significa que eles tiveram que gastar tempo fazendo essas avaliações durante a cirurgia", disse Muhayudin. "Minha pesquisa visa fornecer um cálculo preciso de quanta força será necessária para endireitar uma coluna vertebral antes de entrar, reduzindo o tempo da cirurgia". Estes dados também podem levar a melhores resultados a longo prazo para os pacientes, pois podem nos ajudar a prever melhor possíveis recaídas, sob cargas espinhais naturais e movimentos ao longo do tempo."
SOLUÇÃO DA MTS
Em março de 2009, a BTC atualizou suas capacidades de testes mecânicos relacionados a espinha adquirindo um sistema de testes MTS Bionix® com controles MTS FlexTest® e software MTS MultiPurpose TestWare® (MPT).
Como uma coluna cadavérica não podia ser usada por razões éticas, Muhayudin iniciou sua pesquisa desenvolvendo uma coluna artificial verdadeira para uso com o novo sistema de teste Bionix. Ela fez uma varredura CAT 3D da região média da coluna vertebral pediátrica e fabricou um protótipo usando uma máquina Select Laser Sintering (SLS). O protótipo foi ampliado para o dobro de seu tamanho para se adequar ao equipamento de teste Bionix. Uma espinha artificial foi construída a partir de um molde do protótipo, fabricado com materiais de poliuretano e silicone.
O sistema de teste Bionix pode ser usado para simular uma gama completa de movimentos para a coluna artificial e outros corpos de prova em seis graus de liberdade, incluindo deslocamentos axiais, flexão, extensão, flexão lateral e torção. As células de carga capturam dados de teste à medida que as forças e os momentos são aplicados.
"Com o novo sistema de teste MTS, Nor pode agora aplicar uma pré-carga a um corpo de prova de coluna para identificar com precisão as forças necessárias para mover a coluna de volta para um alinhamento natural durante a cirurgia", explica a Dra. Fiona McEvoy, fundadora do BTC. "Este processo possui um tremendo potencial para saber mais sobre o que será necessário durante um procedimento de fusão vertebral, com base na curvatura única da coluna vertebral de cada paciente"
O método de caracterização de Muhayudin é o inverso do teste convencional da coluna vertebral. Em vez de aplicar forças e momentos à coluna vertebral artificial, ela usa o deslocamento como modo de controle. As forças e momentos resultantes atuando sobre o corpo de prova da coluna determinam o grau de deslocamento com cada caso de escoliose, permitindo aos cirurgiões quantificar quanta força e torque serão necessários para corrigir a curvatura de forma otimizada.
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
Muhayudin diz que se sua nova técnica de diagnóstico for finalmente validada e utilizada no campo, o resultado final será mais rápido, procedimentos de fusão vertebral mais suaves e melhores prognósticos a longo prazo para os pacientes. "Prevemos que esta nova técnica reduzirá o tempo na sala de cirurgia em 25%, o que é significativo considerando que estas cirurgias podem levar até 12 horas", disse ela.
"Esta economia de tempo ajudará a reduzir significativamente o risco de infecção e a acelerar o tempo de recuperação, sem mencionar o impacto potencial positivo sobre a produtividade do cirurgião"
Muhayudin logo começará a usar espinhas animais vivas para validar seus resultados de pesquisa. Isto exigirá a adição de uma câmara ambiental com banho salino ao sistema de teste Bionix, como um meio de preservar corpos de prova biológicos e aumentar a precisão da simulação das condições da coluna in-vivo.
"É muito emocionante que um protótipo artificial possa ser fabricado para cada paciente submetido a uma cirurgia de fusão vertebral", disse ela. "Estamos inovando e é brilhante que um sistema de teste tão complexo seja tão fácil de usar. Isto me permite gastar mais tempo em minha pesquisa e menos tempo tentando dominar o equipamento de teste."
