KUNDENHERAUSFORDERUNG
Das Excelen Center for Bone & Joint Research wurde in den späten 1970er Jahren in Minneapolis im US-amerikanischen Minnesota gegründet und untersucht und testet orthopädische Implantate, Instrumente und chirurgische Verfahren. Die gemeinnützige Organisation dient der medizinischen, akademischen und geschäftlichen Gemeinschaft durch ein beständiges Engagement in der translationalen Forschung: die Praxis, eine enge Verbindung zwischen einem bestehenden Bedarf und den erwarteten Ergebnissen sicherzustellen.
Translationale Forschung ist sehr gefragt. Osteoporose, Arthrose und chronische Rückenschmerzen sind auf dem Vormarsch und werden durch die schnell alternde Bevölkerung in den USA noch verstärkt, was die Notwendigkeit erhöht, so schnell wie möglich effektivere orthopädische Innovationen zu entwickeln.
„Wir wollen keine Forschung betreiben, die erst in 30 Jahren Ergebnisse liefert“, so Andy Freeman, Senior Scientist und Lead Engineer bei Excelen. „Wir schauen uns verschiedene Technologien an und fragen uns, wie wir sie einsetzen können, um die unmittelbaren Bedürfnisse der Patienten zu erfüllen.“
Excelen steht vor der ständigen Herausforderung, der gestiegenen Nachfrage gerecht zu werden und gleichzeitig hochpräzise Tests und Testergebnisse zu gewährleisten. Die Aufrechterhaltung dieser Genauigkeit ist eine besondere Herausforderung bei Wirbelsäulentests, die 60 bis 70 Prozent der Arbeit des Labors ausmachen. Diese Tests müssen für viele Arten von Geräten konzipiert werden, und die Bewegungen der Wirbelsäule waren in der Vergangenheit im Testlabor nur schwer zu reproduzieren.
„Es gibt viele Techniken für Wirbelsäulenkinematik-Tests, jede mit einzigartigen Herausforderungen“, so Freeman. „Sie können mit einem hebelartigen Aufbau auf die Wirbelsäule drücken, aber das kann ungewollte Biegungen verursachen. Kabel-/Rollenprüfungen sind die gebräuchlichsten, aber sie sind zeitaufwändig und erfordern manchmal eine manuelle Lastaufbringung, und Sie können nur in eine Richtung prüfen. Leichenteile der Wirbelsäule degenerieren schnell, man hat also nur begrenzt Zeit.“
MTS-LÖSUNG
Excelen verwendet drei Prüfsysteme von MTS für den Großteil seiner Prüfungen, einschließlich Wirbelsäulenstudien: ein multiaxiales MTS Bionix®-System, ein uniaxiales MTS Bionix-System und einen alten Lastrahmen MTS Modell 810, der trotz seines Alters von mehr als 30 Jahren immer noch täglich im Einsatz ist. Diese Systeme laufen über eine Kombination von digitalen FlexTest®-Steuerungen und die MultiPurpose TestWare®-Software von MTS.
„Wir finden das multiaxiale System besonders nützlich für Wirbelsäulenkinematik-Studien, weil wir in mehreren Richtungen gleichzeitig testen können“, so Freeman. „Durch die gleichzeitige Kombination von Flexion, Extension, Biegung und Torsion können wir den gesamten Bewegungsumfang sehr realistisch simulieren, ohne Zeit für Stopps und Nachjustierungen aufbringen zu müssen.“
Der Prüfaufbau von Excelen bietet außerdem die Flexibilität, eine Vielzahl von Techniken an einer Vielzahl von Prüflingstypen und -größen durchzuführen, einschließlich Wirbelsäulenkinematik-Tests für neue Geräte, die den Bewegungserhalt und die Wirbelsäulenfusion ermöglichen, sowie weitere innovative Arbeiten. Freemans Team verwendet beispielsweise einen C-Bogen und die Fluoroskopie, um zu „sehen“, wie implantierbare Geräte in Echtzeit funktionieren. Das Team verfolgt die Bewegung der Prüflinge mit mehreren Kameras gleichzeitig, was detaillierte Einstufungen über die Wirkung des Geräts ermöglicht. Die gesamte Datenerfassung wird über die MultiPurpose TestWare-Schnittstelle von MTS gesteuert.
„Ein weiterer komplexer kinematischer Prozess, den wir untersuchen, ist, wie gut eine Fixierungsvorrichtung an einer Frakturstelle hält, wenn man Torsion oder Biegung aufwendet“, erklärt Joanie Bechtold, PhD, Director of Research bei Excelen. „Vor kurzem haben wir einen Torsionstest mit sieben verschiedenen Kombinationen von verriegelnden und nicht verriegelnden Schrauben durchgeführt. Die Chirurgen nutzten unsere Ergebnisse, um die Anzahl der benötigten Verriegelungsschrauben zu minimieren, die teurer und schwieriger zu entfernen sind. Die Ergebnisse halfen auch zu erkennen, welche Schraubmuster am effektivsten sind.“
KUNDENVORTEILE
Laut Freeman helfen die Hardware und Software von MTS dem Unternehmen nicht nur dabei, Wirbelsäulenkinematik-Einstufungen schneller abzuschließen, sondern sie verbessern auch den Gesamtrealismus der Tests.
„Die Kräfte und Momente, die wir erzeugen, sind nahezu identisch mit denen der alltäglichen Bewegungen einer realen Person“, so Freeman. „Die Signale können phasenverschoben bleiben, was es uns ermöglicht, eine Gehbewegung nachzubilden oder aggressive zyklische Belastungen für z. B. Ermüdungstests durchzuführen. Kamera, Dehnungsmessstreifen und alle anderen Sensoren können auch gleichzeitig ausgelöst und koordiniert werden. Das alles gibt uns volles Vertrauen in unsere Testergebnisse.“
Das Excelen-Team hat vor kurzem einen wissenschaftlicheren Ansatz zur Validierung seines Testaufbaus gewählt, und zwar durch eine Reihe von Ringversuchen, die in Prüflabors im ganzen Land durchgeführt wurden.
„Wir haben intakte Wirbelsäulen-Bewegungssegmente in unserem Labor getestet, dann dieselben Prüfkörper an der Universität von Minnesota, dann in Kalifornien mit einem Kabel/Rollen-Setup und schließlich in Arizona mit einem weiteren Wirbelsäulen-Setup, dann zurück in unser Labor für einen Wiederholungstest“, so Freeman. „So konnten wir sehen, wie andere Labore diese Tests durchführen, und die Ergebnisse verschiedener Testprotokolle mit exakt demselben Prüfkörper vergleichen. Nach der Analyse der Ergebnisse bin ich mehr denn je davon überzeugt, dass unser Setup ideal für unsere Bedürfnisse geeignet ist.“
Freeman nennt die kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen biomechanischen Ingenieuren, Chirurgen und dem technischen Personal von MTS als wesentlich für die erfolgreiche Validierung von Geräten und Operationstechniken bei Excelen.
„Unfallchirurgen bringen ihr einzigartiges Fachwissen über die Bedürfnisse der Patienten ein. Wir setzen unser Wissen aus der translationalen Forschung ein. MTS unterstützt uns mit umfassender Erfahrung in der mechanischen Prüfung“, so Freeman. „Durch diese Teamarbeit können immer bessere Implantate, Instrumente und chirurgische Verfahren immer früher auf den Markt kommen. Wenn es darum geht, das reale Leben von realen Menschen zu verbessern, bedeutet diese Zeitersparnis alles.“
