MTS は、生体力学研究者をサポートして、脊柱管狭窄症手術の前に外科医により正確な情報を提供しています。
お客様の挑戦
約 1,000 人に 4 人の子供が、医学的管理を必要とする不自然な背骨の湾曲を起こすと言われています。この4人のうち1人は、最終的に大きな脊柱側湾症矯正手術が必要になります。この手術では、脊椎の湾曲を物理的な矯正、脊椎椎体固定術による安定化、または金属製器具の永久挿入を行います。
タラ技術学院（ITT ダブリン）は、アイルランドの南ダブリンにある大学レベルの教育機関です。生体工学技術センター（BTC）は、工学部内に設立された研究所で、生体力学エンジニアリングの上級学位取得を目指している少数の学生に集中教育を行っています。そのうちの一人の学生が Nor Amalina Binti Muhayudin 氏です。彼女は 2009 年 1 月に BTC の修士課程を開始し、脊柱側弯症の新しい診断法を研究しています。
従来、脊柱管狭窄症の診断には、コブ角と呼ばれる2次元（2D）の測定法が用いられてきました。この手法では、2Dの脊椎画像を用いて、正面から見て湾曲頂点の上方および下方で最も傾いている椎骨を特定し、その上方および下方で最も傾いた椎骨に沿って線を引きます。この線に対して垂直に2本の線を引いたとき、線が交わるところにできる角度がコブ角です。
しかし、コブ角測定では、脊柱管狭窄症の診断や治療に不可欠な脊椎の回転角度を定量化することはできません。Muhayudin 氏の課題は、各患者の詳細な脊柱の生体プロトタイプを作ることでした。このプロトタイプにより、大規模な矯正手術の前に、脊椎の回転角度のデータを含む、完全な3次元（3D）診断を提供することができるようになりました。
「これまでは、外科医が手術室に入るときには、患者の脊柱湾曲度について限られた情報しか分かっていなかったため、手術中にこうした診断に時間を割かなければなりませんでした」と Muhayudin 氏は述べています。「私の研究の目的は、脊椎を真っ直ぐにするためにどれだけの力が必要かを手術前に正確に計算し、手術時間を短縮することでした。このデータにより、長期的な患者の転帰も改善します。なぜなら、時間の経過とともに自然な脊柱への負荷や運動によって症状が再発する可能性をよりよく予測することができるからです。」
MTS のソリューション
2009 年 3 月、BTC は MTS FlexTest® 制御装置と MTS MultiPurpose TestWare® (MPT)ソフトウェアを搭載した MTS Bionix® 試験システムを購入し、脊柱関連の機械的試験能力を更新しました。
倫理的な理由から死体の脊椎を使用することができなかったため、Muhayudin 氏は新しい Bionix 試験システムで使用する本物そっくりの人工脊椎を開発することから研究を開始しました。小児脊柱の胸部中央を 3D CAT スキャンし、SLS（選択的レーザー焼結）装置を使ってプロトタイプを作りました。このプロトタイプは、Bionix の試験治具に合わせ 2 倍の大きさに拡大しました。人工脊柱はプロトタイプの型から作り、ポリウレタンとシリコン材を使用して製作しました。
Bionix 試験システムを利用して、軸方向の変位、屈曲、伸長、横方向の曲げ、ねじりを含め、6 自由度で、人工脊柱やその他の試料に対するあらゆる範囲の動作をシミュレートすることができます。ロードセルは、負荷やモーメントが加わったときの試験データを取り込みます。
BTC の創設者である Fiona McEvoy 博士は、「新しい MTS 試験システムにより、Nor 氏は脊柱の試料に予め負荷をかけ、手術中に脊柱を自然な位置に戻すのに必要な力を正確に把握できるようになりました」と述べています。「このプロセスは、それぞれの患者の脊柱の曲率湾曲に基づいて、脊椎固定術の際に何が必要かをより詳しく知る上で、非常に大きな可能性を秘めています。」
Muhayudin 氏の特性化手法は、従来の脊柱試験の逆を行くものです。人工脊柱に負荷や動きをかけるのではなく、彼女は変位を制御モードとして使用しています。その結果、脊柱試料にかかる負荷と動きは、脊柱側弯症の症例ごとに変位の度合いを決定し、外科医は湾曲を最適に矯正するためにどれだけの負荷とトルクが必要かを定量化することができます。
お客様のメリット
Muhayudin 氏は、この新しい診断技術が最終的に検証され、現場で使用されるようになれば、脊椎固定術がより迅速かつ円滑に行われ、長期的に患者の予後が改善されるだろうと述べています。「この新技術により、手術室での処置時間を 25％ 短縮できると予想しています。このような手術には最大 12 時間かかることもあるので、これは大きなことです。
「この時間の短縮によって、外科医の生産性にプラスの影響があることは言うまでもなく、感染のリスクが大幅に減り、回復時間が短縮されます。」
Muhayudin 氏は、研究結果を検証するために、生きた動物の脊柱の使用を間もなく開始します。これには、生体試料を保存し、生体内の脊柱条件のシミュレーション精度を高めるための手段として、Bionix 試験システムに生理食塩水槽を備えた環境実験室を追加する必要があります。
「脊柱固定手術を受ける患者ごとに人工的なプロトタイプを制作できるのは、非常にエキサイティングなことです」と彼女は述べています。「これは新分野の開拓であり、このような複雑な試験システムが、これほど使いやすいことは素晴らしいことです。これにより、私は研究に多くの時間を費やすことができ、試験機器を使いこなすことに時間をかけなくて済みます。」
