SFIDA DEL CLIENTE
Ci sono 1,4 milioni di lesioni spinali legate a traumi ogni anno nel mondo, di cui il 15% richiede un intervento chirurgico. Molti di questi casi coinvolgono adolescenti che hanno ancora tutta la vita davanti, rendendo l'eliminazione del dolore e il ripristino della mobilità particolarmente importanti. Anche il miglioramento dei tempi di guarigione è essenziale. Secondo un recente studio irlandese, i pazienti con lesioni spinali traumatiche richiedono in media 46 giorni di cure ospedaliere.
L'Istituto di Tecnologia, Tallaght (ITT Dublin), è un'istituzione di livello universitario situata nel sud di Dublino, in Irlanda. Il Bioengineering Technology Center (BTC) fornisce ricerca applicata all'interno della ITT School of Engineering, offrendo un'istruzione intensiva a una manciata di studenti che conseguono lauree avanzate in ingegneria biomeccanica. Il BTC si sforza di applicare i principi ingegneristici ai problemi medici, con l'obiettivo di produrre nuove innovazioni che possono essere utilizzate nella pratica clinica per migliorare la qualità della vita dei pazienti.
Più di recente, il BTC ha concentrato la sua ricerca applicata sull'ottimizzazione di due procedure di chirurgia spinale ampiamente utilizzate – stabilizzazione della frattura spinale e cifoplastica con palloncino – per aiutare i chirurghi a produrre i migliori risultati e ridurre al minimo le complicanze post-operatorie comuni, con conseguente riduzione dei tempi di degenza.
La procedura di stabilizzazione della frattura spinale utilizza viti e aste per stabilizzare meccanicamente la parte lesa della colonna vertebrale. La cifoplastica con palloncino utilizza un palloncino gonfiabile per ripristinare l' altezza di una vertebra collassata, seguita dall'iniezione di cemento osseo per stabilizzare la struttura. Molti pazienti sottoposti a cifoplastica fratturano aree adiacenti della colonna vertebrale dopo la guarigione da un intervento chirurgico.
L'ottimizzazione di entrambe le procedure comporta le stesse sfide per il BTC. I ricercatori devono trovare un modo per raccogliere dati di prova significativi in un ambiente di laboratorio di prova, attraverso la replica precisa di carichi e momenti in vivo della colonna vertebrale umana.
"La colonna vertebrale è un'affascinante area di studio, perché è un sistema meccanico così complesso con così tante incognite", afferma Colin Bright, il dottorando che ha condotto lo studio di stabilizzazione della frattura. "Il nostro obiettivo era acquisire dati da simulazioni di vita reale e adattarli a un ambiente di prova al fine di ridurre le incognite con la stabilizzazione della frattura e la cifoplastica con palloncino ".
SOLUZIONE MTS
Il BTC utilizza un sistema di prova MTS modello 858 Bionix® con controlli MTS FlexTest® e il software MTS MultiPurpose TestWare® per supportare le sue iniziative di ricerca applicata. Questo sistema servoidraulico può simulare con precisione una gamma completa di movimenti per campioni di colonna vertebrale in sei gradi di libertà, tra cui flessione, estensione, flessione laterale, torsione, taglio dell'asse X e taglio dell'asse Z. I dati di carico di prova da una cella di carico a sei gradi di libertà e i dati di spostamento di prova dai trasduttori di spostamento angolare vengono acquisiti durante le simulazioni cinematiche sul sistema di prova.
Sia gli studi di stabilizzazione della frattura che quelli di cifoplastica con palloncino utilizzano campioni vertebrali suini, che sono simili per dimensioni e
strutture alla colonna vertebrale umana. Il sistema di prova MTS Bionix viene utilizzato per la prima volta per indurre lesioni spinali che entrambe le procedure generalmente trattano. Successivamente, ogni procedura viene eseguita sul campione e quindi sottoposta a una serie di prove statiche e meccaniche a fatica.
Per la ricerca sulle fratture vertebrali, il team valuta prima staticamente le prestazioni delle vertebre quando vengono caricate fino al cedimento attraverso l'arco neurale, aiutando a determinare sia la quantità di forza richiesta sia la deflessione ossea in caso di cedimento. Successivamente, estensimetri rettangolari a rosetta sono collegati all'arco neurale per calcolare la direzione e l'entità della deformazione principale sotto vari carichi e movimenti.
Per la ricerca sulla cifoplastica, vengono utilizzati una serie di test di tipo a compressione per valutare l'efficacia della procedura nel ripristino della rigidità e della forza
delle vertebre. I risultati forniranno informazioni preziose ai chirurghi per ridurre al minimo o addirittura eliminare la necessità di fusione spinale, pur mantenendo un supporto adeguato per prevenire ulteriori fratture.
"Con i dati che stiamo raccogliendo da queste prove, siamo sulla buona strada per fornire un modello agli elementi finiti convalidato per analizzare le implicazioni meccaniche del trattamento di cifoplastica", afferma Philip Purcell, il dottorando al comando della ricerca sulla cifoplastica.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Secondo la fondatrice di BTC, la dottoressa Fiona McEvoy, la semplicità, la flessibilità e le capacità del sistema di prova MTS Bionix sono state essenziali per consentire ai suoi team di ricerca di scoprire nuove intuizioni sulla cinematica della colonna vertebrale, molte delle quali alla fine vengono utilizzate in sala operatoria.
"Essere in grado di coreografare attentamente i movimenti spinali nel laboratorio di prova e correlare tali movimenti con i dati delle prove è una capacità rara e ci rende una struttura davvero unica e impegnata", afferma McEvoy. "Dato che l'esperienza utente MTS è così intuitiva e le configurazioni delle prove sono così veloci, i nostri studenti possono davvero essere creativi ed esplorare molteplici approcci".
La comunità irlandese di ricerca spinale attende con impazienza i risultati completi degli studi sulla stabilizzazione della frattura e sulla cifoplastica con palloncino. Questi risultati avranno un impatto potenzialmente globale, perché il BTC mantiene uno stretto rapporto di lavoro con i chirurghi spinali in tutta l'Irlanda, che condividono liberamente le loro innovazioni chirurgiche con colleghi in tutta Europa e oltre.
"Con una migliore comprensione della biomeccanica della colonna vertebrale e del modo in cui vengono alterate dopo la stabilizzazione della frattura e la cifoplastica con palloncino, la comunità chirurgica farà un passo avanti verso l'offerta di procedure più personalizzate per ciascun paziente sulla base di dati convalidati", afferma Philip Purcell. "I pazienti trascorreranno meno tempo sul tavolo operatorio, si riprenderanno più velocemente e avranno molte meno complicazioni post-operatorie. Tutto ciò consente di risparmiare tempo e denaro per tutte le persone coinvolte, per non parlare del miglioramento della qualità della vita".
