客户面临的挑战
Excelen 骨关节研究中心成立于 20 世纪 70 年代末，位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市，主要从事骨科植入物、器械和手术程序的研究和测试工作。该非营利组织长期坚持从事转化研究工作，为医疗界、学术界和商业界服务。转化研究指确保现有需求和预期结果之间存在紧密联系的实践。
转化研究的需求量很大。骨质疏松症、骨关节炎和慢性背痛发病率的不断上升，加上美国人口迅速老龄化，这些都需要尽快开发出更有效的骨科创新。
“我们不想从事需要 30 年才能出成果的研究，”Excelen 的高级科学家兼首席工程师 Andy Freeman 说。“我们研究不同的技术，并询问自己如何利用这些技术来满足患者的迫切需求。”
Excelen 面临着持续的挑战，既要满足不断增长的需求，又要保持高度准确的测试和测试结果。对于与脊柱相关的测试来说，保持这样的准确性尤其具有挑战性，而这些测试却占实验室工作量的 60-70%。这些测试必须针对多种设备进行设计，而脊柱运动历来难以在测试实验室中复制。
“用于脊柱运动学测试的技术很多，而每种技术都有独特的挑战，”Freeman 说。“你可以用杠杆式的设置来推动脊柱，但那会造成意外弯曲。线缆/滑轮测试最为常见，但很耗时，有时需要手动施加载荷应用，而且只能在一个方向上测试。尸体脊柱样本会迅速退化，所以你的测试时间不多。”
MTS 解决方案
Excelen 采用了三种 MTS 测试系统完成其大部分测试，包括脊柱研究，这三种系统为：MTS Bionix® 多轴系统、MTS Bionix 单轴系统和旧式 MTS 810 型载荷框架，后者虽然已经有 30 多年的历史，但仍在日常工作中使用。这些系统在 MTS FlexTest® 数字控制装置与 MTS MultiPurpose TestWare® 软件的组合控制下运行。
“我们发现多轴系统对脊柱运动学研究尤其有用，因为我们可以同时在多个方向进上行测试，”Freeman 说。“通过同时将屈曲、伸展、弯曲和扭转结合起来，使我们能够以逼真的方式模拟全部运动范围，而无需花费时间停下来进行重新调整。”
而且，Excelen 测试设置非常灵活，可以在多种测试样本类型和尺寸上执行各种技术，包括针对实现脊柱运动功能保留和脊柱融合的新设备的脊柱运动学测试，以及创新性更强的工作。例如，Freeman 的团队将 C 形臂设备和 X 光透视检查结合起来，实时“查看”植入式设备的工作情况。该团队还用多个摄像头同时跟踪测试样本的运动，对设备的效果进行了详细的特征描述。所有的数据采集都是在 MTS MultiPurpose TestWare 界面内进行的。
“我们研究的另一个复杂的运动学进程是，当施加扭转或弯曲时，骨折部位固定装置的支撑能力如何，”Excelen 研究总监 Joanie Bechtold 博士说。“最近，我们用 7 种不同的锁紧螺钉和非锁紧螺钉的组合做了一个扭转测试。外科医生利用我们的成果，很大限度减少了所需锁紧螺钉的数量，因为锁紧螺钉的价格较高，且难以取出。这些结果还有助于确定哪些螺钉模式是有效的。”
客户收益
Freeman 称，MTS 硬件和软件不仅能帮助 Excelen 更快地完成脊柱运动学特征描述，还能提高测试的整体真实性。
“我们创造的力和力矩与真人的日常动作几乎完全相同，”弗里曼说。“信号之间可以保持异相，这一点意义很大。举例来说，这样我们就能够复制行走运动，或者执行积极的循环加载进行疲劳测试。也可以同时触发和协调摄像机、应变计和所有其他传感器。所有这一切都让我们对测试结果充满信心。”
最近，Excelen 团队采取了更科学的方法来验证其测试设置，即在美国各地的测试实验室进行一系列的循环测试。
“我们在实验室里测试了完整的脊柱运动节段，然后在明尼苏达大学测试了同样的样本，然后在加利福尼亚用线缆/滑轮设置进行了测试，最后在亚利桑那州用另一个脊柱设置进行了测试，然后回到我们的实验室进行重复测试，”Freeman 说。"这样我们就能够看到其他实验室如何进行这些测试，并比较在使用完全相同样本的情况下各种测试方案的结果。分析完结果之后，我比以往任何时候都更满意，因为我们的设置非常适合我们的需求。”
Freeman 称，生物力学工程师、外科医生和 MTS 技术人员之间的持续合作，对于 Excelen 成功验证设备和手术技术至关重要。
"创伤外科医生带来了在患者需求方面的独有专业知识。我们应用自己的转化研究知识。而 MTS 以其丰富的力学测试经验为我们提供支持，”Freeman 说。“这种团队合作会不断将更好的植入物、器械和手术更快推向市场。当谈及改善真实的人的真实生活时，这种时间的节省意味着一切。"
