MTS ayuda a los investigadores biomecánicos a facilitar a los cirujanos una mejor información antes de la operación de escoliosis.
RETO DEL CLIENTE
Cerca de cuatro de cada 1000 niños desarrollarán una curvatura no natural de la columna vertebral que requerirá supervisión médica. Uno de estos cuatro eventualmente necesitará una importante cirugía correctiva de escoliosis. Esta cirugía consiste en corregir físicamente la curvatura de la columna vertebral y estabilizarla mediante la fusión vertebral y/o la inserción permanente de instrumentos metálicos.
El Institute of Technology, Tallaght (ITT Dublin) es una institución de nivel universitario que se ubica al sur de Dublín, Irlanda. El Bioengineering Technology Centre (BTC) es un centro de investigación dentro de la Facultad de Ingeniería, que ofrece instrucción intensiva a un grupo reducido de estudiantes que cursan estudios superiores de ingeniería biomecánica. Una de las estudiantes es Nor Amalina Binti Muhayudin. Comenzó sus estudios de maestría en el BTC en enero de 2009, en la búsqueda de nuevos métodos para el diagnóstico de escoliosis.
Históricamente, el diagnóstico de la escoliosis ha implicado una técnica de medición bidimensional (2D) conocida como ángulo de Cobb. Esta técnica requiere el uso de una imagen de la columna en 2D para identificar la vértebra más inclinada por encima y por debajo del vértice de la curvatura en el plano frontal, y dibujar líneas a lo largo de las vértebras superior e inferior más inclinadas. Cuando se dibujan dos líneas perpendiculares a estas líneas, el ángulo creado donde las líneas se cruzan es el ángulo de Cobb.
Sin embargo, las mediciones del ángulo de Cobb no pueden cuantificar el ángulo de rotación vertebral de la columna, que es una medida esencial para el diagnóstico y el tratamiento de la escoliosis. El reto de Muhayudin fue desarrollar un bioprototipo espinal detallado para cada paciente. Este prototipo podría proporcionar un diagnóstico completo en tres dimensiones (3D) antes de una cirugía correctiva mayor, con datos sobre el ángulo de rotación vertebral.
“Hasta la fecha, los cirujanos llegaban al quirófano con información limitada sobre el grado de curvatura de la columna vertebral del paciente, lo que significaba que tenían que dedicar tiempo a realizar estas evaluaciones durante la cirugía”, menciona Muhayudin. “Mi investigación tiene como objetivo proporcionar un cálculo preciso de cuánta fuerza será necesaria para enderezar una columna antes de entrar, lo que reduce el tiempo de la cirugía. Estos datos también podrían conducir a mejores resultados para los pacientes a largo plazo, porque pueden ayudarnos a predecir mejor las posibles recaídas bajo cargas y movimientos espinales naturales a lo largo del tiempo”.
SOLUCIÓN DE MTS
En marzo de 2009, el BTC actualizó sus capacidades de prueba mecánica relacionadas con la columna al comprar un sistema de prueba MTS Bionix® con controles MTS FlexTest® y el software MTS MultiPurpose TestWare® (MPT).
Como se podía utilizar una columna cadavérica por razones éticas, Muhayudin comenzó su investigación desarrollando una columna artificial realista para usarla con el nuevo sistema de prueba Bionix. Tomó una tomografía computarizada en 3D de la región torácica media de una columna pediátrica y fabricó un prototipo utilizando una máquina de sinterización selectiva por láser (SLS). El prototipo se amplió al doble de su tamaño para adaptarse al dispositivo de prueba Bionix. Se construyó una columna artificial a partir de un molde del prototipo, fabricado con materiales de poliuretano y silicona.
El sistema de prueba Bionix se puede utilizar para simular una gama completa de movimientos de la columna artificial y otras muestras en seis grados de libertad, incluidos los desplazamientos axiales, flexión, extensión, flexión lateral y torsión. Las células de carga capturan datos de prueba a medida que se aplican las fuerzas y los momentos.
“Con el nuevo sistema de prueba MTS, Nor ahora puede aplicar una precarga a una probeta de columna para identificar con precisión las fuerzas necesarias para mover la columna de nuevo a una alineación natural durante la cirugía”, indica la Dra. Fiona McEvoy, fundadora del BTC. “Este proceso tiene un enorme potencial para saber más sobre lo que se necesitará durante un procedimiento de fusión espinal, en función de la curvatura única de la columna de cada paciente”.
El método de caracterización de Muhayudin es el reverso de las pruebas convencionales de columna. En lugar de aplicar fuerzas y momentos a la columna artificial, utiliza el desplazamiento como modo de control. Las fuerzas y los momentos resultantes que actúan sobre la probeta de la columna determinan el grado de desplazamiento con cada caso de escoliosis, lo que permite a los cirujanos cuantificar cuánta fuerza y torsión serán necesarios para corregir de manera óptima la curvatura.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Muhayudin afirma que si su nueva técnica de diagnóstico llega a ser validada y se utiliza en el campo, el resultado final será un procedimiento de fusión espinal más rápido y fluido y un mejor pronóstico para los pacientes a largo plazo. “Prevemos que esta nueva técnica reducirá el tiempo en el quirófano en un 25 %, lo cual es considerable si se tiene en cuenta que estas cirugías pueden durar hasta 12 horas”, explica.
“Este ahorro de tiempo ayudará a reducir en gran medida el riesgo de infección y acelerar el tiempo de recuperación, sin mencionar el impacto potencial positivo en la productividad del cirujano”.
Muhayudin empezará pronto a utilizar columnas vertebrales de animales vivos para validar los resultados de su investigación. Para ello será necesario agregar una cámara ambiental con baño salino al sistema de pruebas Bionix, como medio para preservar las muestras biológicas y mejorar la precisión de la simulación de las condiciones de la columna vertebral in vivo.
“Es muy emocionante que se pueda fabricar un prototipo artificial para cada paciente que se somete a una cirugía de fusión espinal”, comenta. “Estamos abriendo nuevos caminos y es brillante que un sistema de pruebas tan complejo sea tan fácil de usar. Esto me permite dedicar más tiempo a mi investigación y menos a tratar de dominar el equipo de prueba”.
