MTS aide les chercheurs en biomécanique à fournir aux chirurgiens de meilleures informations avant la chirurgie de la scoliose.
DÉFI DU CLIENT
Environ quatre enfants sur 1 000 développeront une courbure anormale de la colonne vertébrale qui nécessite une surveillance médicale. L’un de ces quatre nécessitera éventuellement une chirurgie correctrice majeure de la scoliose. Cette chirurgie consiste à corriger physiquement la courbure de la colonne vertébrale et à la stabiliser par fusion vertébrale et/ou l’insertion permanente d’instruments métalliques.
L’Institut de technologie de Tallaght (ITT Dublin) est une institution universitaire située dans le sud de Dublin, en Irlande. Le Bioengineering Technology Centre (BTC) est un centre de recherche établi au sein de l’école d’ingénierie, qui dispense un enseignement intensif à une poignée d’étudiants poursuivant des études supérieures en génie biomécanique. L’une de ses étudiants est Nor Amalina Binti Muhayudin. Elle a commencé ses études de Master au BTC en janvier 2009, dans la poursuite de nouvelles méthodes de diagnostic de la scoliose.
Historiquement, le diagnostic de la scoliose a impliqué une technique de mesure bidimensionnelle (2D) connue sous le nom d’angle de Cobb. Cette technique nécessite l’utilisation d’une image 2D de la colonne vertébrale pour identifier la vertèbre la plus inclinée au-dessus et en dessous du sommet de la courbure dans le plan frontal, et tracer des lignes le long des vertèbres inclinées les plus hautes et les plus basses. Lorsque deux lignes sont tracées perpendiculairement à ces lignes, l’angle créé à l’intersection des lignes est l’angle de Cobb.
Les mesures de l’angle de Cobb ne peuvent cependant pas quantifier l’angle de rotation vertébrale de la colonne vertébrale, qui est une mesure essentielle pour le diagnostic et le traitement de la scoliose. Le défi de Muhayudin était de développer un bio-prototype vertébral détaillé pour chaque patient. Ce prototype pourrait fournir un diagnostic complet en trois dimensions (3D) avant une chirurgie correctrice majeure, y compris des données sur l’angle de rotation vertébrale.
« À ce jour, les chirurgiens sont entrés dans la salle d’opération avec des informations limitées sur le degré de courbure de la colonne vertébrale d’un patient, ce qui signifie qu’ils ont dû passer du temps à faire ces évaluations pendant la chirurgie », a déclaré Muhayudin. « Mes recherches visent à fournir un calcul précis de la force nécessaire pour redresser une colonne vertébrale avant l’intervention, ce qui réduira le temps de l’opération chirurgicale. Ces données pourraient également conduire à de meilleurs résultats pour les patients à long terme, car elles peuvent nous aider à mieux prédire les rechutes possibles sous les charges et mouvements naturels de la colonne vertébrale au fil du temps. »
SOLUTIONS MTS
En mars 2009, le BTC a amélioré ses capacités d’essai mécanique de la colonne vertébrale en achetant un système d’essai MTS Bionix® avec des contrôleurs MTS FlexTest® et le logiciel MTS MultiPurpose TestWare® (MPT).
Etant donné qu’une colonne vertébrale cadavérique ne pouvait pas être utilisée pour des raisons éthiques, Muhayudin a commencé ses recherches en développant une colonne vertébrale artificielle réaliste à utiliser avec le nouveau système d’essai Bionix. Elle a pris un scanner 3D de la région médio-thoracique d’une colonne vertébrale pédiatrique et a fabriqué un prototype à l’aide d’une machine de Frittage laser sélectif (SLS). Le prototype a été agrandi à deux fois sa taille pour s’adapter au banc d’essai Bionix. Une colonne vertébrale artificielle a été construite à partir d’un moule du prototype, fabriqué à partir de matériaux en polyuréthane et en silicone.
Le système d’essai Bionix peut être utilisé pour simuler une gamme complète de mouvements de la colonne vertébrale artificielle et d’autres échantillons dans six degrés de liberté, y compris les déplacements axiaux, la flexion, l’extension, la flexion latérale et la torsion. Les cellules de charge saisissent les données d’essai lorsque les forces et les moments sont appliqués.
« Avec le nouveau système d’essai MTS, Nor peut désormais appliquer une précharge à un échantillon de colonne vertébrale pour identifier avec précision les forces nécessaires afin de ramener la colonne vertébrale dans un alignement naturel pendant la chirurgie », a déclaré la Dre Fiona McEvoy, fondatrice du BTC. « Ce processus offre un potentiel énorme pour en savoir plus sur ce qui sera nécessaire lors d’une procédure de fusion vertébrale, en fonction de la courbure unique de la colonne vertébrale de chaque patient. »
La méthode de caractérisation de Muhayudin est l’inverse des essais conventionnels de la colonne vertébrale. Plutôt que d’appliquer des forces et des moments à la colonne vertébrale artificielle, elle utilise le déplacement comme mode de contrôle. Les forces et les moments résultants agissant sur l’échantillon de colonne vertébrale déterminent le degré de déplacement avec chaque cas de scoliose, ce qui permet aux chirurgiens de quantifier la force et le couple nécessaires pour corriger de manière optimale la courbure.
AVANTAGES CLIENTS
Muhayudin dit que si sa nouvelle technique de diagnostic est finalement validée et utilisée sur le terrain, le résultat final sera des procédures de fusion vertébrale plus rapides et plus fluides et de meilleurs pronostics à long terme pour les patients. « Nous prévoyons que cette nouvelle technique réduira le temps passé en salle d’opération de 25 %, ce qui est important, étant donné que ces chirurgies peuvent prendre jusqu’à 12 heures », a-t-elle déclaré.
« Ce gain de temps contribuera à réduire de manière considérable le risque d’infection et à accélérer le temps de récupération, sans parler de l’impact potentiel positif sur la productivité du chirurgien. »
Muhayudin commencera bientôt à utiliser des colonnes vertébrales d’animaux vivants pour valider les résultats de ses recherches. Cela nécessitera l’ajout d’une chambre environnementale avec bain salin au système d’essai Bionix, afin de préserver les échantillons biologiques et d’améliorer la précision de la simulation des conditions de la colonne vertébrale in vivo.
« C’est très excitant qu’un prototype artificiel puisse être fabriqué pour chaque patient subissant une chirurgie de fusion vertébrale », a-t-elle déclaré. « Nous sommes en train d’innover ici, et c’est génial qu’un système d’essai aussi complexe soit aussi convivial. Cela me permet de consacrer plus de temps à mes recherches et moins de temps à essayer de maîtriser l’équipement d’essai. »
