客户面临的挑战
骨水泥在椎体充填扩张术中起着至关重要的作用。在这种微创手术中，外科医生在脊柱骨折部位注射粘合剂镇痛，增强脊柱稳定性，在某些情况下，还可以恢复骨骼高度。随着老年人口中骨质疏松性骨折的增加，全球对骨水泥的需求前所未有地增多。
聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 是目前用于制造椎体增强骨水泥的首选化合物。椎体充填扩张术中，作为具有生物惰性的固体聚合物，PMMA 粉末可借助单体流体注入脊椎。治愈后，该混合物会变成具有高力学阻力的固体。
近年来，人们开始担心 PMMA 基骨水泥在椎体充填扩张术中表现不佳。PMMA 骨水泥刚性很强，可能是因为刚性过强，被认为是患者邻近椎体骨折的相关因素。此外，一些用于固化的流体成分具有毒性，且固化进程中会产生高温，这会破坏周围的组织。经研究，磷酸钙 (CaP) 无毒，注入后可由身体自然吸收，是不错的替代材料。但是 CaP 易碎，当受到自然施加在脊柱上的弯曲和剪切力时会碎裂。
乌普萨拉大学应用材料科学团队是瑞典乌普萨拉大学工程科学系的一部分，对该团队来说，这两种骨水泥都不能令人满意。该团队由 20 人组成，负责多种生物材料的研究，其中一部分研究人员目前正集中开展骨水泥相关的研究。
“我们研究的根本目的是找到一种兼具 PMMA 强度和磷酸钙无毒特点，又不存在前两者缺陷的新型骨水泥材料，” 乌普萨拉大学应用材料科学团队的项目负责人和学生导师 Cecilia Persson 博士表示，“脊柱运动在实验室里难以复制，能否逼真还原脊柱运动是我们面临的主要问题之一。目前我们主要在准静态压缩条件下评估骨水泥性能，但我们也想要弄清楚骨水泥材料经过长时间使用后的性能如何。”
MTS 解决方案
为支持骨水泥研究工作，乌普萨拉大学与 MTS Systems Corporation 公司合作，在应用材料科学测试实验室引进了 MTS Bionix® 858 型轴向电液伺服桌面型测试系统。
“我早前工作时用过 MTS 测试设施，发现这个测试系统准确可靠，所以我认为乌普萨拉大学引进这套设施是正确的选择，” Persson 说，“我们知道，要全面评估任何可行的材料配方需要经过数百万次周期的测试，因此测试系统的可靠性和可重复性是我们决定引进 MTS 测试系统的关键。我们很高兴 MTS 为我们提供了可靠的测试系统和高水平的技术支持。”
MTS Bionix 系统执行静态和动态轴向测试时均可承受高达 25kN 的载荷。该解决方案还包括 MTS FlexTest® 控制系统、MTS SilentFlo™ 液压动力单位和 MTS 多功能 TestWare® 软件。
结合 MTS Bionix EnviroBath 环境仿真系统，MTS Bionix 解决方案帮助应用材料科学团队在执行保持人体温度恒定的盐水浴的同时对骨水泥施加载荷。可实现的理想结果是，对任何骨水泥在椎体充填扩张术完成很长一段时间后，在患者体内所承受的力和条件进行精确仿真。
“MTS 系统可以评估骨水泥性能随时间而发生的变化，模拟出许多年后人体承受的载荷，” Persson 指出，“MTS 系统非常灵活，还能在未来进行更精细的测试。”
客户收益
据 Persson 所说，MTS Bionix 测试解决方案使她的团队能够将更多时间花在新材料配方的研发上，减少了团队在测试系统性能或测试数据有效性方面的担忧。
“我们有信心，关于骨水泥在人体现实生活中所发挥的作用，我们将会获得准确的记录信息，” 她说，“我们也具有非常灵活地测试设置，因此我们可以自由发挥，探索各个方面的可能性。我们过去几个月已取得重大进展，MTS 的硬件、软件和技术支持在我们获得成果的过程中发挥了重要作用。”
Persson 认为，虽然她的团队在寻找下一代椎体充填扩张术骨水泥材料方面还有许多工作要做，但她相信团队已做好准备攻克这一难关。
“从研究的角度出发，许多领域都有待探索，” Persson 表示，“但我们每天都会离可行性解决方案更近一点，我们拥有解决问题所需要的资源、技术和专业知识，可以尽可能快速且高效地实现这一目标。”
