DÉFI DU CLIENT
Fondé à la fin des années 1970 à Minneapolis (Minnesota), l’Excelen Center for Bone & Joint Research examine et teste les implants, les instruments et les interventions chirurgicales orthopédiques. L’organisation à but non lucratif aide les communautés médicales, académiques et commerciales à travers un engagement indéfectible envers la recherche translationnelle : la pratique consistant à assurer un lien étroit entre un besoin existant et les résultats attendus.
La recherche translationnelle est très demandée. L’ostéoporose, l’arthrose et les maux de dos chroniques sont tous grandissants et aggravés par le vieillissement rapide de la population américaine, ce qui augmente le besoin de développer des innovations orthopédiques plus efficaces le plus rapidement possible.
« Nous ne voulons pas faire des recherches qui prendront 30 ans pour produire des résultats », a déclaré Andy Freeman, scientifique principal et ingénieur en chef chez Excelen. « Nous examinons différentes technologies et nous nous demandons comment nous pouvons les utiliser pour répondre aux besoins immédiats des patients. »
Excelen est confronté au défi permanent de répondre à la demande croissante tout en maintenant des essais et des résultats d’essai très précis. Maintenir une telle précision est particulièrement difficile avec les essais liés à la colonne vertébrale, qui représentent 60 à 70 % du travail du laboratoire. Ces essais doivent être conçus pour de nombreux types de dispositifs, et les mouvements de la colonne vertébrale ont été historiquement difficiles à reproduire dans le laboratoire d’essai.
« Il existe de nombreuses techniques pour tester la cinématique de la colonne vertébrale, chacune avec des défis uniques », a déclaré Freeman. « Vous pouvez pousser la colonne vertébrale avec une configuration de type levier, mais cela peut provoquer une flexion involontaire. Les essais sur câbles/poulies sont les plus courants, mais ils prennent du temps et nécessitent parfois l’application manuelle d’une charge, et vous ne pouvez les effectuer que dans une seule direction. Les échantillons de colonne vertébrale cadavérique se dégradent rapidement, vous n’avez donc que peu de temps. »
SOLUTIONS MTS
Excelen utilise trois systèmes d’essai MTS pour la majorité de ses essais, y compris les études de la colonne vertébrale : un système multiaxial MTS Bionix®, un système uniaxial MTS Bionix et un ancien bâti de charge MTS modèle 810, qui est toujours utilisé au quotidien malgré qu’il date de plus de 30 ans. Ces systèmes fonctionnent grâce à une combinaison de contrôleurs numériques MTS FlexTest® et de logiciels MTS MultiPurpose TestWare®.
« Nous trouvons le système multiaxial particulièrement utile pour les études de cinématique de la colonne vertébrale, car nous pouvons simultanément faire des essais dans plusieurs directions », a déclaré Freeman. « Combiner la flexion, l’extension, la courbure et la torsion en même temps nous permet de simuler toute l’amplitude des mouvements de manière très réaliste, sans perdre du temps à s’arrêter et à se réajuster. »
La configuration d’essai Excelen offre également la flexibilité nécessaire pour effectuer une variété de techniques sur un large éventail de types et de tailles d’échantillons d’essai, y compris des essais de cinématique de la colonne vertébrale pour de nouveaux dispositifs permettant la préservation du mouvement et la fusion vertébrale, ainsi que des travaux plus innovants. Par exemple, l’équipe de Freeman intègre un dispositif à arceau et une fluoroscopie pour « voir » comment les dispositifs implantables fonctionnent en temps réel. L’équipe suit également le mouvement des échantillons d’essai avec plusieurs caméras simultanément, fournissant des caractérisations détaillées sur l’effet du dispositif. Toutes les acquisitions de données sont orchestrées à partir de l’interface MTS MultiPurpose TestWare.
« Un autre processus cinématique complexe que nous examinons est la résistance d’un dispositif de fixation sur un site de fracture lorsque vous appliquez une torsion ou une flexion », a déclaré Joanie Bechtold, PhD, directrice de recherche chez Excelen. « Récemment, nous avons effectué un essai de torsion avec sept combinaisons différentes de vis verrouillables et non verrouillables. Les chirurgiens ont utilisé nos résultats pour réduire au minimum le nombre de vis de verrouillage nécessaires, qui sont plus coûteuses et difficiles à retirer. Les résultats ont également permis d’identifier les modèles de vis les plus efficaces. »
AVANTAGES CLIENTS
Selon Freeman, le matériel et les logiciels MTS aident non seulement Excelen à compléter plus rapidement les caractérisations cinématiques de la colonne vertébrale, mais ils améliorent également le caractère réaliste des essais en général.
« Les forces et les moments que nous créons sont presque identiques à ceux des mouvements quotidiens d’une personne réelle », a déclaré Freeman. « Les signaux peuvent rester déphasés les uns par rapport aux autres, ce qui nous permet de reproduire un mouvement de marche ou d’exécuter une charge cyclique agressive pour les essais de fatigue, par exemple. La caméra, les jauges de déformation et tous les autres capteurs peuvent également être déclenchés et coordonnés simultanément. Tout cela nous donne une confiance totale dans les résultats de nos essais. »
L’équipe Excelen a récemment adopté une approche plus scientifique pour valider sa configuration d’essai, grâce à une série d’essais à répétition effectués dans des laboratoires d’essai à travers le pays.
« Nous avons testé des segments de mouvement de la colonne vertébrale intacts dans notre laboratoire, puis testé les mêmes échantillons à l’Université du Minnesota, puis en Californie avec une configuration de câble/poulie, et enfin en Arizona avec une autre configuration de la colonne vertébrale, puis nous sommes retournés dans notre laboratoire pour un second essai », a déclaré Freeman. « Cela nous a permis de voir comment d’autres laboratoires effectuent ces essais et de comparer les résultats de divers protocoles d’essai en utilisant exactement le même échantillon. Après analyse des résultats, je suis plus que jamais satisfait que notre configuration soit parfaitement adaptée à nos besoins. »
Freeman cite la collaboration continue entre les ingénieurs biomécaniques, les chirurgiens et le personnel technique de MTS comme étant essentielle à la validation réussie des dispositifs et des techniques chirurgicales chez Excelen.
« Les chirurgiens traumatologues apportent leur expertise unique en ce qui concerne les besoins des patients. Nous appliquons nos connaissances en recherche translationnelle. Et MTS nous soutient avec son expérience significative en matière d’essais mécaniques », a déclaré Freeman. « Ce travail d’équipe continue de permettre à de meilleurs implants, instruments et procédures chirurgicales d’entrer plus rapidement sur le marché. Lorsque vous parlez de l’amélioration de la vie réelle de personnes, ce gain de temps signifie tout. »
