客户面临的挑战
全世界每年有 140 万例与外伤有关的脊柱损伤，其中 15% 需要手术治疗。许多这样的案例都涉及到青少年，他们还有很漫长的人生，这使得消除疼痛和恢复行动能力变得尤为重要。提高愈合时间也是至关重要的。根据爱尔兰最近的一项研究，创伤性脊柱损伤患者平均需要住院 46 天。
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) 在 ITT 工程学院内部提供应用研究，为少数攻读生物力学工程高等学位的学生提供深入指导。BTC 致力于将工程学原理应用于医学问题，其目标是开发出可用于临床实践的新创新，以提高患者的生活质量。
最近，BTC 将其应用研究的重点放在优化两种广泛使用的脊柱外科手术程序（脊柱骨折稳定术和球囊后凸成形术）上，以帮助外科医生实现卓越结果并很大程度地减少常见的术后并发症，这两个益处都减少了住院时间。
脊柱骨折稳定手术使用螺钉和杆以力学地方式稳定脊柱的受伤部分。球囊后凸成形术使用可膨胀的球囊恢复椎体塌陷的高度，然后注入骨水泥以稳定结构。许多脊柱后凸成形术患者在术后愈合后会在脊柱邻近区域发生骨折。
对 BTC 而言，优化两个手术过程都面临相同的挑战。研究人员必须找到一种方法，通过精确复制人体脊柱的体内载荷和力矩，在测试实验室环境中收集有意义的测试数据。
负责骨折稳定研究的研究生 Colin Bright 说：“脊柱是一个令人着迷的研究领域，因为它是一个如此复杂的力学系统，具有众多未知数。我们的目标是从现实生活的仿真中捕获数据，并将其适应于测试环境，以减少骨折稳定和球囊后凸成形术的未知因素。”
MTS 解决方案
BTC 使用具有 MTS FlexTest® 控件的 MTS 858 型 Bionix® 测试系统和 MTS MultiPurposeTestWare® 软件来支持其应用研究计划。该伺服液压系统可以精确地模拟脊椎样本在六个自由度上的全部运动，包括弯曲、伸展、横向弯曲、扭转、X 轴剪切和 Z 轴剪切。在测试系统的运动学仿真过程中，获取了来自六自由度载荷传感器的测试载荷数据和来自角位移传感器的测试位移数据。
骨折稳定和球囊后凸成形术研究均使用猪椎骨样本，其大小和结构与
人类、脊柱相似。MTS Bionix 测试系统首先用于诱发两种手术通常都能治疗的脊柱损伤。接下来，对样本执行每个步骤，然后进行一系列的静态和疲劳力学测试。
对于脊椎骨折研究，研究团队首先静态评估了在整个神经弓上施加载荷至断裂时椎骨的性能，从而有助于确定所需的力大小和断裂时的骨骼偏斜。接下来，将矩形玫瑰花形模式应变仪附到神经弓上，以计算各种载荷和运动下主应变的方向和大小。
对于脊柱后凸成形术的研究，团队使用了一系列压缩型测试来评估该手术在恢复椎骨刚度和强度方面的
有效性。测量结果将为外科医生提供有价值的信息，以很大程度地减少甚至消除对脊柱融合术的需求，同时保持足够的支撑以防止进一步的骨折。
负责脊柱后凸成形术研究的研究生 Philip Purcell 说：“利用我们从这些测试中收集的数据，我们正在按预期提供经验证的有限元模型，以分析脊柱后凸成形术治疗的力学影响。”
客户收益
根据 BTC 创始人 Fiona McEvoy 博士的说法，MTS Bionix 测试系统的简易性、灵活性和强大功能对于助力她的研究团队发掘脊柱运动学的新见解至关重要，其中许多见解最终用到了手术室中。
McEvoy 说：“能够在测试实验室中精心编排脊柱运动并将这些运动与测试数据相关联是一种不常见的功能，这使我们成为了一个非常独特而繁忙的机构。由于 MTS 的用户体验如此直观并且测试设置如此之快，我们的学生才能真正发挥创造力并探索多种方法。”
爱尔兰脊柱研究界正热切期待着骨折稳定和球囊后凸成形术研究的完整结果。这些研究结果将具有潜在的全球性影响，因为 BTC 与爱尔兰各地的脊柱外科医生保持着密切的工作关系，而这些外科医生将会自由地与欧洲及其他地区的同事分享他们的外科创新成果。
Philip Purcell 说：“通过更好地了解脊柱生物力学及其在骨折稳定和球囊后凸成形术后的变化，外科界将迈出重要的一步，他们将根据经验证的数据，向每位患者提供更具个性化的手术方案。患者的手术时间将缩短，恢复得更快，术后并发症也更少。所有这些都为每个参与人员节省了时间和金钱，更不用说改善生活质量了。”
