お客様の挑戦
1970 年代後半にミネソタ州ミネアポリスに設立された Excelen Center for Bone & Joint Research では、整形外科用のインプラントや器具、手術方法などの検査と試験を行っています。この非営利団体は医学界、学術界、ビジネス界に貢献していますが、これはトランスレーショナルリサーチを忠実に実践、つまり既存のニーズと予想される結果との間の緊密な関係を保つよう取り組んでいるためです。
トランスレーショナルリサーチには大きな需要があります。米国では骨粗鬆症、変形性関節症、慢性腰痛はいずれも増加傾向にあり、急速に高齢化が進んでおり、より効果的な整形外科のイノベーションを早急に開発する必要性が高まっています。
「結果が出るまでに 30 年もかかるような研究はしたくありません」と Excelen の研究主幹兼主任技術者である Andy Freeman 氏は語っています。「私たちはさまざまな技術に目を向け、それをどのように使えば患者のニーズに応えられるかを考えます。」
Excelen は精度の高い試験および試験結果を維持しながら、増加する需要に対応するという課題に直面しています。このような精度を維持することは、実験室の業務の 60 ～ 70 ％ を占める脊椎関連の検査では特に困難です。これらの試験は多くの種類のデバイス用に設計する必要がありますが、これまで脊椎の動きを試験実験室で再現することは困難でした。
「脊椎の運動学的検査には多くの手法があり、それぞれに固有の課題があります」と Freeman 氏は述べています。「レバータイプの手法で背骨を押すこともできますが、それでは意図せずに曲がってしまうことがあります。ケーブル / プーリー試験が最も一般的ですが、それには時間がかかり、時には手動で負荷をかけなければならず、一方向にしか試験できません。死体の脊椎サンプルはすぐに劣化してしまうので、時間が限られています。」
MTS のソリューション
Excelen は脊椎試験を含む試験の大半に 3 台の MTS 試験システムを採用しています。MTS Bionix® 多軸システム、MTS Bionix 一軸システム、そして 30 年以上前に作られたにもかかわらず、今でも日常的に使用されている伝統的な MTS モデル 810 ロードフレームです。これらのシステムは、MTS FlexTest® デジタル制御と MTS MultiPurpose TestWare® ソフトウェアを組み合わせて動作します。
「多軸システムでは複数の方向から同時に試験できるため、脊椎の運動特性の研究に特に役立ちます」と Freeman 氏は述べています。「屈曲、伸展、曲げ、ねじりを同時に組み合わせることで、停止や再調整に時間を費やすことなく、全可動域を極めてリアルにシミュレーションすることができます。」
Excelen の試験装置は、動きの維持や脊椎固定、より革新的な作業などを可能にする新しいデバイスのための脊椎運動学試験を含む、さまざまな種類やサイズの被験物質に対してさまざまな技巧を実行できる柔軟性を備えています。例えば、Freeman 氏のチームは C アーム装置と透視法を組み合わせて、埋め込み型装置の動作をリアルタイムで「見る」ことができます。このチームは複数のカメラで被験物質の動きを同時に追跡することで、装置の効果を詳細に把握することができます。すべてのデータ収集は MTS MultiPurpose TestWare インターフェース内で行われます。
「私たちが研究している別の複雑な運動学的プロセスは、骨折部位の固定器具にねじりや曲げを加えたときの耐久性です」と Excelen の研究委員長である Joanie Bechtold 博士は述べています。「最近、ロック式とノンロック式のネジを 7 種類組み合わせてねじり試験を行いました。外科医は今回の結果を利用して、高価で取り外しが難しい止めネジの数を最小限にすることができました。この結果は、どのようなネジパターンが最も効果的であるかを特定するのにも役立ちました。」
お客様のメリット
Freeman 氏によると、MTS のハードウェアとソフトウェアは、Excelen が脊椎運動特性の評価を迅速に完了させるためだけでなく、試験の全体的なリアリズムを向上させるためにも役立っています。
「私たちが作り出す応力とモーメントは、実際の人間の日常的な動作とほぼ同じです」と Freeman は述べています。「信号は互いに位相がずれたままでも構わないため、例えば歩行運動を再現したり、疲労試験のために積極的な周期的負荷をかけたりすることができます。カメラ、ひずみゲージ、その他すべてのセンサーに同時にトリガーをかけて連動させることもできます。これらのことから、私たちは試験結果に完全な自信を持っています。」
Excelen チームは最近、より科学的な手法で試験セットアップを検証するために、全国の試験実験室でラウンドロビン試験を実施しました。
「私たちの研究室では、無傷の背骨の運動セグメントを試験した後、ミネソタ大学で同じ試料を試験し、次にカリフォルニアでケーブル/プーリーを使ったセットアップを行い、最後にアリゾナでさらに別の背骨のセットアップを行い、その後、私たちの研究室に戻って繰り返し試験を行いました」と Freeman は述べています。「これにより、他の実験室がどのようにこれらの試験を行っているかを確認し、全く同じ検体を使って様々な試験プロトコルの結果を比較することができました。結果を分析した結果、私たちのセットアップが自分たちのニーズに理想的にマッチしていることがわかり、これまで以上に満足しています。」
Freeman 氏は、生物力学エンジニア、外科医、MTS の技術スタッフの継続的な協力体制が、Excelen での装置や手術技術の検証を成功させるために不可欠であると述べています。
「外傷外科医は患者のニーズに関して独自の専門知識を提案します。私たちは、トランスレーショナルリサーチの知識を応用します。そして MTS は機械試験の豊富な経験で私たちをサポートしてくれます」と Freeman 氏は述べます。「このようなチームワークにより、より優れたインプラント、器具、手術方法をより早く市場に投入することができるようになります。現実の人々の現実の生活を向上させるためには、この時間短縮が重要です。」
