고객이 직면한 과제
매년 전 세계적으로 140만 건의 외상 관련 척추 부상이 발생하며1 이 중 15%는 외과적 개입이 필요합니다2. 이러한 사례 중 상당수는 아직 앞날이 창창한 10대 청소년이므로, 통증 제거와 이동성 회복이 특히 중요합니다. 치유 시간을 개선하는 것도 필수적입니다. 최근 아일랜드에서 진행한 연구에 따르면 외상성 척추 손상 환자는 평균 46일의 병원 내 치료가 필요합니다.
Tallaght Institute of Technology(ITT 더블린)는 아일랜드 사우스 더블린에 위치한 대학 수준의 기관입니다. Bioengineering Technology Center(BTC)는 ITT School of Engineering 내에서 응용 연구를 제공하여 생체 역학 엔지니어링에서 고급 학위를 추구하는 소수의 학생에게 집중적인 교육을 제공합니다. BTC는 환자의 삶의 질을 개선하기 위해 임상 실습에서 사용할 수 있는 새로운 혁신을 산출하기 위해 의료 문제에 공학 원리를 적용하기 위해 노력하고 있습니다.
최근 BTC는 널리 사용되는 두 가지 척추 수술 방법인 척추 골절 안정화 및 풍선 척추 성형술을 최적화하여 이를 통해 외과 의사가 수술 후 경과를 개선하고 이러한 수술 후 발생하는 일반적인 합병증을 최소화하는 응용 연구에 집중하여 두 가지 모두 입원 시간을 단축했습니다.
척추 골절 안정화 과정에서는 나사와 로드를 사용해 척추의 손상된 부분을 기계적으로 안정화합니다. 풍선 척추 성형술은 팽창하는 풍선을 사용하여 함몰된 척추뼈의 높이를 맞추고 뼈 구조를 안정화하기 위해 골 시멘트를 주입합니다. 경피적 풍선 척추성형술을 받은 많은 환자들은 수술을 받고 치유된 후 척추의 인접 부위가 골절됩니다.
두 절차를 모두 최적화하는 것은 BTC에 대해 동일한 과제를 수반합니다. 연구진은 테스트 실험실 환경에서 사람의 척추에 체내 부하와 순간을 정확하게 재현하여 의미 있는 테스트 데이터를 수집할 방법을 찾아야 합니다.
"척추는 매우 복잡하게 작동하며 아직 모르는 부분이 많기 때문에 매력적인 연구 분야입니다." 골절 안정화 연구를 주도하는 대학원생인 Colin Bright가 말합니다. "저희 목표는 실제 시뮬레이션에서 데이터를 캡처하고 테스트 환경에 적용하여 골절 안정화 및 풍선 후만 성형술과 관련해 알려지지 않은 부분을 줄이는 것이 었습니다."
MTS 솔루션
BTC는 응용 연구 이니셔티브를 지원하기 위해 MTS FlexTest® 컨트롤 및 MTS MultiPurpose TestWare® 소프트웨어가 포함된 MTS 모델 858 Bionix® 테스트 시스템을 사용합니다. 이 서보유압 시스템은 굴곡, 확장, 측면 굽힘, 비틀림, X축 전단 및 Z축 전단을 포함하여 6자유도로 척추 시편에 대한 전체 동작 범위를 정밀하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 6자유도 부하 셀의 테스트 부하 데이터와 각 변위 변환기의 테스트 변위 데이터는 테스트 시스템의 운동학 시뮬레이션을 수행하는 동안 수집됩니다.
골절 안정화 및 풍선 후만 성형술 연구는 모두 인간 척추와 크기 및 구조가 유사한 돼지
척추 시편을 사용합니다. MTS Bionix 테스트 시스템은 먼저 두 절차 모두 일반적으로 치료하는 척추 부상을 유도하는 데 사용됩니다. 다음으로 각 절차는 시편에 수행된 다음과 같은 일련의 정적 및 피로 기계적 테스트를 거칩니다.
척추 골절 연구의 경우, 팀은 먼저 신경궁을 가로질러 파손될 때 척추의 성능을 정적으로 평가하여 필요한 힘의 양과 파손 시 뼈의 편향을 결정하는 데 도움을 줍니다. 다음으로 직사각형 로제트 패턴 스트레인 게이지를 신경궁에 부착하여 다양한 하중과 동작에서 주요 스트레인의 방향과 크기를 계산합니다.
척추 후만 성형술 연구의 경우 일련의 압축 유형 테스트를 사용하여
척추의 강성과 강도를 복원하는 절차의 효과를 평가합니다. 결과는 추가 골절을 방지하기 위해 적절한 지지를 유지하면서 외과의가 척추 융합의 필요성을 최소화하거나 제거하는 데 유용한 정보를 제공할 것입니다.
후만 성형술 연구를 주도하는 대학원생인 Philip Purcell "이러한 테스트에서 수집한 데이터를 통해 척추 후만 성형술 치료의 기계적 의미를 분석하기 위해 검증된 유한 요소 모델을 제공하는 방향으로 가고 있습니다."라고 합니다.
고객 혜택
BTC 설립자 Fiona McEvoy 박사에 따르면 MTS Bionix 테스트 시스템의 단순성, 유연성 및 기능은 그녀의 연구팀이 척추 운동학에 대한 새로운 통찰력을 발굴할 수 있도록 하는 데 필수적이며, 그 중 많은 부분이 궁극적으로 수술실에서 사용됩니다.
McEvoy 박사는 "테스트 실험실에서 척추의 움직임을 신중하게 추적하고 이러한 움직임을 테스트 데이터와 연관시키는 기능은 드물며 덕분에 저희 실험실은 매우 독특하고 바쁜 시설이 되었습니다."라고 합니다. "MTS의 사용자 경험은 매우 직관적이고 테스트 설정이 매우 빠르기 때문에 저희 학생들은 실제로 창의력을 발휘하고 다양한 접근 방식을 탐색할 수 있습니다."
아일랜드 척추 연구 커뮤니티는 골절 안정화 및 경피적 풍선 척추 성형술 연구에 대한 완전한 결과를 간절히 기다리고 있습니다. 이들 결과는 잠재적으로 전 세계에 영향을 줄 수 있습니다. BTC는 아일랜드 전역의 척추 외과의와 긴밀한 협력 관계를 유지하고 있으며 이들은 유럽 및 기타 지역의 외과의와 수술 혁신을 자유롭게 공유합니다.
Philip Purcell은 "척추 생체 역학에 대한 더 나은 이해와 골절 안정화 및 경피적 풍선 척추 성형술 후 경과를 더 잘 이해함에 따라 외과 커뮤니티는 검증된 데이터를 기반으로 각 환자에게 보다 개별화된 절차를 제공하는 데 한 걸음 더 다가갈 것입니다."라고 합니다. "환자가 수술받는 시간은 줄어들고 회복 기간이 짧아지며 수술 후 합병증도 훨씬 줄어듭니다. 이 모든 것이 관련된 사람들의 시간과 돈을 절약해주고 삶의 질을 개선해줍니다."
