MTS 帮助生物力学研究人员在脊柱侧弯手术前为外科医生提供更完善的信息。
客户面临的挑战
每 1000 名儿童中约有 4 名会出现需要医治的非自然脊柱弯曲。其中一名最终需要接受大型脊柱侧弯矫正手术。这种手术包括对脊柱曲度进行物理矫正，并通过脊柱融合和/或永久插入金属仪器来稳定脊柱曲度。
塔拉理工学院 (ITT Dublin) 是位于爱尔兰南都柏林的一所大学级教育机构。生物工程技术中心 (BTC) 是工程学院一个著名的研究中心，为少数追求生物力学工程高等学位的学生提供深入指导。Nor Amalina Binti Muhayudin 是其中一名学生。2009 年 1 月，她在 BTC 开始硕士研究工作，探寻新的脊柱侧弯诊断方法。
从历史上看，脊柱侧弯的诊断采用二维 (2D) 测量技术，称为 Cobb 角。这项技术需要使用 2D 脊柱图像来识别额平面中弯曲顶点上方和下方倾斜幅度最大的椎骨，并沿着位置最靠上和最靠下的倾斜椎骨画线。垂直于这些线条画两根线，线条相交处形成的角度即为 Cobb 角。
但是，无法通过测量 Cobb 角来量化脊柱侧弯诊断和治疗所必需的脊柱椎骨旋转角度。Muhayudin 面临的挑战是为每位患者建立一个详细的脊柱生物原型。这个原型可以在进行重大矫正手术之前提供完整的三维 (3D) 诊断，包括有关脊柱旋转角度的数据。
“截至今天，外科医生进入手术室时掌握的患者脊柱曲度相关信息还很有限，这意味着他们必须花时间在手术期间进行这些评估，”Muhayudin 表示，“我的研究目标是在介入之前精确计算拉直脊柱所需的力，从而缩短手术时间。这些数据还可以改善患者的长期结局，因为它们可以帮助我们更好地预测自然脊柱载荷和动作随时间推移可能引起的复发。”
MTS 解决方案
2009 年 3 月，BTC 通过购买 MTS Bionix® 测试系统和 MTS FlexTest® 控件及 MTS MultiPurpose TestWare® (MPT) 软件，升级了脊柱相关的力学测试能力。
由于出于伦理原因无法使用人体脊柱，Muhayudin 开始研究时开发了一种模拟人工脊柱，用于新的 Bionix 测试系统。她对小儿脊柱的胸椎中段区域进行了 3D CAT 扫描，然后使用选择性激光烧结 (SLS) 机器制作了一个原型。原型采用放大两倍的尺寸，以适应 Bionix 测试固定工装。人造脊柱由原型模具制成，使用聚氨酯和硅胶材料制作。
Bionix 测试系统可用于模拟人工脊柱和其他样本在六个自由度内的全部运动，包括轴向位移、弯曲、延伸、横向弯曲和扭转。在施加力和力矩时，载荷传感器捕获测试数据。
BTC 创始人 Fiona McEvoy 博士介绍道：“借助新的 MTS 测试系统，Nor 现在可以对脊柱样本施加预载，以精确确定手术期间将脊柱移回自然对中所需的力。这个进程潜力巨大，可以根据每个患者的独特脊柱曲度，更多地了解脊柱融合过程中需要什么。”
Muhayudin 的表征方法与传统的脊柱测试相反。她使用位移作为控制模式，而不是对人工脊柱施加力和力矩。由此作用在脊柱样本上的力和力矩可确定每个脊柱侧弯病例的位移程度，从而帮助外科医生量化最佳校正曲度所需的力和扭矩。
客户收益
Muhayudin 表示，如果她的新诊断技术最终在现场得到验证和使用，会带来更快、更顺利的脊柱融合手术和更好的长期患者预后。她说：“我们预计这项新技术可将手术室内时间缩短 25%，考虑到这些手术可能需要长达 12 个小时，这一点非常重要。
节省时间有助于显著降低感染风险并加快恢复时间，更不用说对外科医生效率的积极潜在影响。”
Muhayudin 很快会开始使用动物脊柱来验证她的研究成果。这需要在 Bionix 测试系统中增加一个带盐浴的环境箱，以便保存生物样本并提高仿真体内脊柱情况的精确性。
她说：“能够为每位接受脊柱融合手术的患者制造人工原型，这非常令人振奋。我们正在实现新的突破，这样一套复杂的测试系统却这么易于使用，真是太棒了。这样我就能花更多时间进行研究，减少学习使用测试设备的时间。”
