客户面临的挑战
植入物性能实验室位于加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 骨外科附属骨科医院，提供骨科植入物生物力学领域的研究和教育。该小组专门研究和模拟骨科植入物的体内性能，方法是识别植入物生物力学、外科技术和临床结果之间的关键联系，并建立模型来研究这些相互作用。该团队将植入设备置于临床使用所处的力和力矩下，以便准确预测其临床性能。
植入物开发人员运行各种强度、疲劳和磨损测试，以了解和描述预测的植入设备性能。这些结果通常成为监管审批流程中提交的信息主体的一部分。
植入物性能实验室的 Sophia Sangiorgio 博士指出，“这些测试对于一个设备能否投放市场至关重要，但此类测试需要不断更新和升级，以确保该设备不会随时间变化而产生其他问题。” “例如，在二十世纪七十年代，全髋关节置换术中出现股骨柄的疲劳断裂是比较常见的问题。因此，现在制造的股骨柄都有出色的抗疲劳断裂能力。
Sangiorgio 补充说，“但是，多年以来，患者的期望值和活动量提高了，导致了其他类型的植入物断裂，比如松脱或脱位，这对患者来说和骨折一样后果严重，” “我们专注于此类问题，帮助外科医生和设备开发人员改善患者的治疗效果。”
植入物性能实验室是骨科医院 J. Vernon Luck 骨科研究中心的一部分，该中心由若干专门从事骨科研究不同方向的实验室组成。这些研究方向包括轴承表面摩擦学、磨粒分析、植入物收回装置分析、骨骼与结缔组织愈合的生物力学以及计算机建模。根据植入物性能实验室主任 Eddie Ebramzadeh 博士的观点，相比其他方法，力学测试在评估植入物性能方面有许多优势。
Ebramzadeh 表示，“动物太小，在患者身上评估原型也不合适，而且通常很难使用基于计算机的模型来复制与人类肌肉骨骼系统相关的高度复杂的生物环境。” “但力学建模则很适合，因为在人体中，骨骼、肌肉和组织以力学模式相互作用。但是，这种方法的成功取决于我们设计和实施的力学测试的准确性和可重复性。
MTS 解决方案
植入物性能实验室采用多种 MTS 载荷框架、测试软件和控制系统来支持其生物力学测试。我们将正在开发的骨科设备植入人造骨骼或尸体结构中，然后用定制设计的固定工装安装在测试系统中，使其承受生理载荷和运动，有时要经受数千甚至数百万次周期。
团队的研究几乎涉及人类肌肉骨骼系统的所有部位，包括髋关节、膝关节和踝关节，以及脊柱、股骨、胫骨、肘部和手部。
目前设有五个力学测试站支持紧张的实验计划，包括两个单轴载荷框架，其中一个已经转换为定制的椎间盘成形术磨损模拟器，以及用于模拟植入物固定界面微运动的微动磨损模拟器。另外还有一个双轴载荷框架用于评估髋关节、膝关节和脊柱关节成形术的固定和稳定性。双轴系统用于施加扭转和轴向载荷，而定制系统可承受特定于每个解剖位置的弯矩和其他复杂的生理载荷规例。
实验室还配备有一个六站 MTS 脊柱椎间盘磨损模拟器和一个 MTS 脊柱运动学测试系统，便于八自由度仿真模拟。这些系统用于评估腰椎后部动态稳定设备的不同设计。近期，研究人员一直在评估矫正青少年脊柱畸形的各种外科技术，这是一个复杂的生物力学问题。
Sangiorgio 认为，“对于力学测试装置，我们有信心可以准确并可重复地模拟许多关节置换植入物和骨折固定装置的体内和外科手术条件。”
客户收益
据 Ebramzadeh 称，他的团队当前的力学测试能力完全满足实验室对解决骨科界直接关心的日常问题的重要需求。
“我们装备精良，可支持在实际临床应用方面的重要需求。” Ebramzadeh 说，“我们具备评估植入物设备性能的能力，为骨外科医生及其患者提供全面的服务。
Ebramzadeh 还表示，“我们与在 Luck 研究中心工作的经验丰富的工程师、生物学家和外科医生团队开展合作，可提供对骨科领域有价值的研究,” “在提供高度预测植入物在其功能寿命期间性能的测试数据方面，我们已经赢得了良好声誉。”
植入物性能实验室已成为洛杉矶地区工科学生理想的实习场所。Sangiorgio 认为这种吸引力来自这项工作的医学转化特性。
“学生们有机会接触前沿的骨科技术，并获得实际的动手经验，而这些经验无法通过参与注重理论研究的工程项目获得,” Sangiorgio 说，“显而易见，我们的研究能够改善患者的生活质量，这使得这项工作对参与其中的每个人来说既振奋人心又充满意义。”
