DESAFIO DO CLIENTE
Há 1,4 milhão de lesões vertebrais relacionadas a trauma todos os anos no mundo1, dos quais 15% requerem intervenção cirúrgica2. Muitos desses casos envolvem adolescentes com toda sua vida pela frente, tornando a eliminação da dor e a restauração da mobilidade crítica. A melhoria do tempo de cura também é essencial. De acordo com um recente estudo irlandês, os pacientes com lesão vertebral traumática requerem em média 46 dias de atendimento hospitalar.
O Instituto de Tecnologia, Tallaght (ITT Dublin) é uma instituição de nível universitário localizada no sul de Dublin, na Irlanda. O Centro de Tecnologia de Bioengenharia (BTC) fornece pesquisa aplicada dentro da Escola de Engenharia ITT, oferecendo instrução intensiva a diversos estudantes que buscam graduação avançada em engenharia biomecânica. A BTC se esforça para aplicar princípios de engenharia a problemas médicos, com o objetivo de produzir novas inovações que possam ser utilizadas na prática clínica para melhorar a qualidade de vida do paciente.
Mais recentemente, a BTC concentrou sua pesquisa aplicada na otimização de dois procedimentos de cirurgia de coluna amplamente utilizados - estabilização da fratura vertebral e cifoplastia com balão - para ajudar os cirurgiões a produzir os melhores resultados e minimizar as complicações comuns após a cirurgia, ambos os quais reduzem o tempo hospitalar
O procedimento de estabilização da fratura vertebral utiliza parafusos e hastes para estabilizar mecanicamente a parte lesada da coluna vertebral. A cifoplastia de balão usa um balão inflável para restaurar a altura para uma vértebra colapsada, seguido de injeção de cimento ósseo para estabilizar a estrutura Muitos pacientes com cifoplastia fraturam áreas adjacentes de sua coluna vertebral após a cicatrização da cirurgia.
A otimização de ambos os procedimentos envolve os mesmos desafios para o BTC. Os pesquisadores devem encontrar uma maneira de reunir dados de teste significativos em um ambiente de laboratório de testes, através do replicação precisa de cargas e momentos in-vivo da coluna humana
"A coluna vertebral é uma área de estudo fascinante, pois é um sistema mecânico tão complexo com tantas incógnitas", disse Colin Bright, o estudante de pós-graduação que lidera o estudo de estabilização da fratura . "Nosso objetivo era capturar dados de simulações da vida real e adaptá-los a um ambiente de teste a fim de reduzir as incógnitas com estabilização de fraturas e cifoplastia de balão."
SOLUÇÃO DA MTS
A BTC emprega um Sistema de Teste MTS Modelo 858 Bionix® com controles MTS FlexTest® e software MTS MultiPurpose TestWare® para apoiar suas iniciativas de pesquisa aplicada. Este sistema servo-hidráulico pode simular com precisão uma gama completa de movimentos para espinhais em seis graus de liberdade, incluindo flexão, extensão, flexão lateral, torção, cisalhamento do eixo X e cisalhamento do eixo Z. Dados de carga de teste de uma célula de carga de seis graus de liberdade e dados de deslocamento de teste de transdutores de deslocamento angular são adquiridos durante as simulações cinemáticas no sistema de teste.
Tanto os estudos de estabilização da fratura quanto os de cifoplastia com balão utilizam corpos de prova vertebrais de suínos, que são semelhantes em tamanho e
estrutura à coluna humana. O sistema de teste MTS Bionix é usado pela primeira vez para induzir lesões na coluna vertebral que ambos os procedimentos normalmente tratam. Em seguida, cada procedimento é realizado no corpo de prova e depois submetido a uma série de testes mecânicos estáticos e de fadiga.
Para a pesquisa de fratura vertebral, a equipe primeiro avalia estatisticamente o desempenho das vértebras quando carregadas até a falha através do arco neural, ajudando a determinar tanto a quantidade de força necessária quanto a deflexão óssea na falha. Em seguida, os medidores de tensão de padrão de roseta retangular são anexados ao arco neural para calcular a direção e a magnitude da tensão principal sob várias cargas e movimentos.
Para pesquisa de cifoplastia, uma série de testes do tipo compressão é usada para avaliar a eficácia do procedimento na restauração da rigidez e força
das vértebras. Os resultados fornecerão informações valiosas para que os cirurgiões minimizem ou mesmo eliminem a necessidade de fusão vertebral, mantendo ao mesmo tempo um suporte adequado para evitar mais fraturas.
"Com os dados que estamos coletando destes testes, estamos bem encaminhados para fornecer um modelo validado de elementos finitos para analisar as implicações mecânicas do tratamento da cifoplastia", disse Philip Purcell, o estudante de pós-graduação que lidera a pesquisa sobre a cifoplastia.
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
De acordo com a fundadora da BTC, a Dra. Fiona McEvoy, a simplicidade, flexibilidade e capacidades do sistema de teste MTS Bionix foram essenciais para capacitar suas equipes de pesquisa a descobrir novas ideias sobre cinemática da coluna vertebral, muitas das quais são finalmente colocadas em uso na sala de cirurgia.
"Ser capaz de coreografar cuidadosamente os movimentos vertebrais no laboratório de testes e correlacionar esses movimentos com os dados de teste é uma capacidade rara, e isso nos torna uma instalação muito singular e ocupada", disse McEvoy. "Como a experiência do usuário MTS é tão intuitiva e as configurações de teste são tão rápidas, nossos alunos podem realmente ser criativos e explorar múltiplas abordagens"
A comunidade de pesquisa irlandesa da coluna vertebral aguarda ansiosamente resultados completos para os estudos de estabilização da fratura e cifoplastia de balão. Estes resultados terão um impacto potencialmente global, porque a BTC mantém uma estreita relação de trabalho com cirurgiões espinhais em toda a Irlanda, que compartilham livremente suas inovações cirúrgicas com colegas de toda a Europa e do mundo.
"Com um melhor entendimento sobre a biomecânica da coluna vertebral e como elas são alteradas após a estabilização da fratura e a cifoplastia com balão, a comunidade cirúrgica se aproximará mais de oferecer procedimentos mais individualizados para cada paciente com base em dados validados", comemora Philip Purcell. "Os pacientes passarão menos tempo na mesa de cirurgia, se recuperarão mais rapidamente e experimentarão muito menos complicações pós-cirúrgicas. Tudo isso economiza tempo e dinheiro para todos os envolvidos, sem mencionar a melhoria da qualidade de vida"
