SFIDA DEL CLIENTE
Fondato alla fine degli anni Settanta a Minneapolis, Minnesota, l'Excelen Center for Bone & Joint Research esamina e testa impianti ortopedici, strumenti e procedure chirurgiche. L'organizzazione senza scopo di lucro serve le comunità mediche, accademiche e commerciali attraverso un impegno costante nella ricerca traslazionale: La pratica di assicurare una stretta connessione tra un'esigenza esistente e i risultati previsti.
La ricerca traslazionale è molto richiesta. L'osteoporosi, l'osteoartrite e il mal di schiena cronico sono tutti in aumento e aggravati dal rapido invecchiamento della popolazione statunitense, aumentando la necessità di sviluppare innovazioni ortopediche più efficaci il più rapidamente possibile.
"Non vogliamo fare ricerche che impiegheranno 30 anni per fornire risultati", afferma Andy Freeman, scienziato senior e ingegnere capo presso Excelen. "Osserviamo diverse tecnologie e ci chiediamo come possiamo usarle per soddisfare le esigenze immediate dei pazienti".
Excelen affronta la sfida continua di soddisfare l'aumento della domanda mantenendo prove e risultati delle prove altamente precisi. Mantenere tale precisione è particolarmente difficile con le prove relative alla colonna vertebrale, che rappresentano dal 60 al 70% del lavoro del laboratorio. Queste prove devono essere progettate per molti tipi di dispositivi e i movimenti spinali sono storicamente difficili da replicare in laboratorio.
"Esistono molte tecniche per le prove della cinematica della colonna vertebrale, ognuna con sfide specifiche", afferma Freeman. "Puoi spingere sulla colonna vertebrale con una configurazione a leva, ma ciò può causare piegamenti involontari. Le prove su cavi o pulegge sono i più comuni, ma richiedono molto tempo e talvolta richiedono l'applicazione del carico manuale ed è possibile eseguire le prove solo in una direzione. Gli esemplari di spine cadaveriche si degradano rapidamente, quindi si ha solo un tempo appena sufficiente.
SOLUZIONE MTS
Excelen utilizza tre sistemi di prova MTS per la maggior parte delle sue prove, compresi gli studi sulla colonna vertebrale: Un sistema multiassiale MTS Bionix® , un sistema uniassiale MTS Bionix e un telaio di carico MTS modello 810 legacy, che viene ancora utilizzato quotidianamente, nonostante abbia più di 30 anni. Questi sistemi funzionano attraverso una combinazione di MTS FlexTest® comandi digitali e MTS MultiPurpose testware® Software.
"Troviamo il sistema multiassiale particolarmente utile per gli studi sulla cinematica della colonna vertebrale, perché possiamo testare in più direzioni contemporaneamente", afferma Freeman. "La combinazione di flessione, estensione, flessione e torsione allo stesso tempo ci consente di simulare l'intera gamma di movimento in un modo altamente realistico, senza perdere tempo a fermarci e riaggiustarci."
La configurazione della prova Excelen offre anche la flessibilità per eseguire una varietà di tecniche su un'ampia gamma di tipi e dimensioni di campioni di prova, compresi le prove cinematiche della colonna vertebrale per nuovi dispositivi che consentono la conservazione del movimento e la fusione spinale, oltre a lavori più innovativi. Ad esempio, il team di Freeman incorpora un dispositivo con arco a C e fluoroscopia per "vedere" come funzionano i dispositivi impiantabili in tempo reale. Il team tiene inoltre traccia del movimento dei campioni di prova con più telecamere contemporaneamente, fornendo caratterizzazioni dettagliate sull'effetto del dispositivo. Tutta l'acquisizione dei dati è orchestrata dall'interfaccia MTS MultiPurpose TestWare.
"Un altro processo cinematico complesso che esaminiamo è la resistenza di un dispositivo di fissaggio in un sito di frattura quando si applica la torsione o la flessione", afferma Joanie Bechtold, PhD, direttore della ricerca presso Excelen. "Recentemente, abbiamo eseguito una prova di torsione con sette diverse combinazioni di viti di blocco e non di blocco. I chirurghi hanno utilizzato i nostri risultati per ridurre al minimo il numero di viti di blocco necessarie, che sono più costose e difficili da rimuovere. I risultati hanno anche aiutato a identificare quali modelli di viti sono più efficaci".
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Secondo Freeman, l'hardware e il software MTS non solo aiutano Excelen a completare le caratterizzazioni cinematiche della colonna vertebrale più velocemente, ma migliorano il realismo generale della prova.
"Le forze e i momenti che creiamo sono quasi identici a quelli dei movimenti quotidiani di una persona reale", dice Freeman. "I segnali possono rimanere sfasati tra loro, il che ci consente di replicare un movimento di camminata o di eseguire un carico ciclico aggressivo per le prove di fatica, ad esempio. La telecamera, gli estensimetri e tutti gli altri sensori possono essere attivati e coordinati contemporaneamente. Tutto ciò ci dà completa fiducia nei risultati delle nostre prove".
Il team di Excelen ha recentemente adottato un approccio più scientifico per convalidare la sua configurazione di prova, attraverso una serie di prove round-robin eseguite nei laboratori di prova in tutto il paese.
"Abbiamo testato segmenti di movimento della colonna vertebrale intatti nel nostro laboratorio, poi testato gli stessi campioni all'Università del Minnesota, poi in California con una configurazione cavo/puleggia, e infine in Arizona con un'ulteriore configurazione della colonna vertebrale, quindi di nuovo al nostro laboratorio per una prova ripetuta", dice Freeman. "Questo ci ha permesso di vedere come altri laboratori eseguono queste prove e confrontare i risultati di vari protocolli di prova utilizzando lo stesso identico campione. Dopo aver analizzato i risultati, sono più che mai soddisfatto e certo che la nostra configurazione sia ideale per le nostre esigenze".
Freeman cita la collaborazione in corso tra ingegneri biomeccanici, chirurghi e personale tecnico MTS come essenziale per la validazione di dispositivi e tecniche chirurgiche presso Excelen.
"I chirurghi traumatologici apportano la loro esperienza unica riguardo alle esigenze dei pazienti. Applichiamo la nostra conoscenza della ricerca traslazionale e MTS ci supporta con la sua significativa esperienza nelle prove meccaniche", afferma Freeman. "Questo lavoro di squadra continua a consentire a impianti, strumenti e procedure chirurgiche migliori di entrare prima nel mercato. Quando si parla di migliorare la vita reale delle persone reali, questo risparmio di tempo significa tutto".
