RETO DEL CLIENTE
Cada año se producen 1,4 millones de lesiones en la columna relacionadas con traumatismos en todo el mundo1, de las cuales el 15 % necesita intervención quirúrgica2. En muchos de estos casos se trata de adolescentes con toda la vida por delante, por lo que es especialmente importante eliminar el dolor y recuperar la movilidad. Además, es fundamental mejorar el tiempo de curación. Según un reciente estudio irlandés, los pacientes con lesiones traumáticas de la columna requieren un promedio de 46 días de atención hospitalaria.
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) realiza investigación aplicada dentro de la ITT School of Engineering, ofreciendo instrucción intensiva a un pequeño grupo de estudiantes que aspiran a obtener títulos avanzados en ingeniería biomecánica. El BTC se esfuerza por aplicar los principios de la ingeniería a los problemas médicos, con el objetivo de obtener nuevas innovaciones que puedan utilizarse en la práctica clínica para mejorar la calidad de vida del paciente.
Recientemente, el BTC centró su investigación aplicada en la optimización de dos procedimientos quirúrgicos de la columna vertebral ampliamente utilizados, la estabilización de fracturas vertebrales y la cifoplastia con balón , para ayudar a los cirujanos a obtener los mejores resultados y minimizar las complicaciones postoperatorias habituales, lo que reduce el tiempo de hospitalización.
El procedimiento de estabilización de fracturas vertebrales utiliza tornillos y varillas para estabilizar mecánicamentela parte lesionada de la columna. La cifoplastia con balón utiliza un balón inflable para restaurar la altura de una vértebra colapsada, seguida de una inyección de concreto óseo para estabilizar la estructura. Muchos pacientes con cifoplastia se fracturan áreas adyacentes de la columna después de curarse de la cirugía.
Optimizar ambos procedimientos implica los mismos retos para el BTC. Los investigadores deben encontrar una manera de recopilar datos de prueba significativos en un entorno de laboratorio de pruebas, a través de la réplica precisa de cargas y momentos in vivo de la columna vertebral humana.
“La columna vertebral es un área de estudio fascinante, porque es un sistema mecánico tan complejo con tantas incógnitas”, señala Colin Bright, el estudiante de posgrado que lidera el estudio de estabilización de fracturas. “Nuestro objetivo era capturar datos de simulaciones de la vida real y adaptarlos a un entorno de prueba para reducir las incógnitas con respecto a la estabilización de fracturas y la cifoplastia con balón”.
SOLUCIÓN DE MTS
El BTC utiliza un sistema de pruebas MTS Model 858 Bionix® con controles MTS FlexTest® y el software MTS MultiPurpose TestWare® para apoyar sus iniciativas de investigación aplicada. Este sistema servohidráulico puede simular con precisión una gama completa de movimientos para las probetas de la columna vertebral en seis grados de libertad, incluidos la flexión, la extensión, la flexión lateral, la torsión, el cizallamiento en el eje X y el cizallamiento en el eje Z. Durante las simulaciones cinemáticas en el sistema de prueba se adquieren datos de carga de prueba de una celda de carga de seis grados de libertad y datos de desplazamiento de prueba de transductores de desplazamiento angular.
Tanto los estudios de estabilización de fracturas como los de cifoplastia con balón utilizan probetas vertebrales porcinas, que son similares en tamaño y
estructura a la columna vertebral humana. El sistema de pruebas MTS Bionix se utiliza primero para inducir las lesiones de la columna vertebral que suelen tratar ambos procedimientos. A continuación, cada procedimiento se realiza en la probeta y luego se somete a una serie de pruebas mecánicas estáticas y de fatiga.
Para la investigación de las fracturas vertebrales, el equipo evalúa primero de forma estática el comportamiento de las vértebras cuando se cargan hasta la falla a través del arco neural, lo que ayuda a determinar tanto la cantidad de fuerza necesaria como la deflexión del hueso en el momento de la falla. Luego, se colocan calibres extensométricos rectangulares en forma de roseta en el arco neural para calcular la dirección y la magnitud de la deformación principal bajo diversas cargas y movimientos.
Para la investigación de la cifoplastia, se utilizan una serie de pruebas de compresión para evaluar la eficacia del procedimiento en la restauración de la rigidez y la fuerza de las vértebras
. Los resultados proporcionarán información valiosa a los cirujanos para minimizar o incluso eliminar la necesidad de una fusión espinal, al mismo tiempo que se mantiene un soporte adecuado para evitar nuevas fracturas.
“Con los datos que estamos recopilando de estas pruebas, estamos en camino de proporcionar un modelo de elementos finitos validado para analizar las repercusiones mecánicas del tratamiento de cifoplastia", afirma Philip Purcell, el estudiante de postgrado que dirige la investigación sobre la cifoplastia”.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Según la Dra. Fiona McEvoy, fundadora de BTC, la sencillez, flexibilidad y capacidad del sistema de pruebas MTS Bionix han sido esenciales para que sus equipos de investigación hayan podido descubrir nuevos conocimientos sobre la cinemática de la columna vertebral, muchos de los cuales se utilizan en última instancia en el quirófano.
“Ser capaz de coreografiar cuidadosamente los movimientos de la columna en el laboratorio de pruebas y correlacionar esos movimientos con los datos de las pruebas es una capacidad poco común, y nos convierte en una instalación única y ocupada”, menciona McEvoy. “Como la experiencia del usuario de MTS es tan intuitiva y la configuración de las pruebas es tan rápida, nuestros estudiantes pueden demostrar su creatividad y explorar múltiples enfoques”.
La comunidad irlandesa de investigadores de la columna vertebral espera con impaciencia los resultados completos de los estudios de estabilización de fracturas y de cifoplastia con balón. Estos resultados tendrán un impacto potencialmente global, ya que el BTC mantiene una estrecha relación de trabajo con los cirujanos de la columna vertebral de toda Irlanda, que comparten libremente sus innovaciones quirúrgicas con colegas de toda Europa y más allá.
“Con una mejor comprensión de la biomecánica de la columna y cómo se alteran después de la estabilización de la fractura y la cifoplastia con balón, la comunidad quirúrgica dará un paso importante para ofrecer procedimientos más individualizados para cada paciente basados en datos validados”, indica Philip Purcell. “Los pacientes pasarán menos tiempo en la mesa de operaciones, se recuperarán más rápido y sufrirán muchas menos complicaciones postoperatorias. Todo esto ahorra tiempo y dinero para todos los involucrados, sin mencionar la mejora de la calidad de vida”.
