MTS는 생체 역학 연구자들이 척추측만증 수술 전, 외과의에게 더 나은 정보를 제공하도록 도와줍니다.
고객이 직면한 과제
1,000명의 어린이 중 약 4명은 의료 감독이 필요한 부자연스러운 척추 만곡을 갖게 됩니다. 이들 네 명 중 한 명은 결국 주요 척추 측만증 보정 수술이 필요합니다. 이 수술은 척추 만곡을 물리적으로 보정하고 척추 유합 또는 금속 기구를 영구적으로 삽입해 척추를 안정화합니다.
Tallaght Institute of Technology(ITT 더블린)는 아일랜드 사우스 더블린에 위치한 대학 수준의 기관입니다. Bioengineering Technology Center(BTC)는 ITT School of Engineering 내에서 응용 연구를 제공하여 생체 역학 엔지니어링 분야의 고급 학위를 추구하는 소수의 학생에게 집중적인 교육을 제공합니다. Nor Amalina Binti Muhayudin은 이러한 학생 중 한 명입니다. 그녀는 척추 측만증 진단을 위한 새로운 방법을 찾기 위해 2009년 1월 BTC에서 석사 과정을 시작했습니다.
역사적으로 척추 측만증 진단에는 Cobb 각도로 알려진 2차원(2D) 측정 기술이 사용되었습니다. 이 기술은 2D 척추 이미지를 사용하여 정면에서 곡률 정점 위와 아래에서 가장 기울어진 척추를 찾고 가장 위쪽과 아래쪽에서 기울어진 척추를 따라 선을 그리는 작업이 필요합니다. 두 선을 이 선에 수직으로 그을 때 선이 교차하는 위치에 생성되는 각도가 Cobb 각도입니다.
Cobb 각도 측정은 척추의 회전 각도를 정량화할 수 없지만 척추 측만증 진단 및 치료에 필수적인 측정입니다. Muhayudin의 과제는 개별 환자에 대한 상세한 척추 바이오 프로토타입을 개발하는 것이었습니다. 이 프로토타입은 척추의 회전 각도에 대한 데이터를 포함하여 주요 보정 수술 전에 완전한 3차원(3D) 진단을 제공할 수 있습니다.
Muhayudin은 "여태 외과의는 환자의 척추 만곡도에 대한 제한된 정보만을 가지고 수술실에 들어갔으며 이는 수술 중에 이러한 평가를 하는 데 시간을 소비해야 한다는 것을 의미합니다."라고 합니다. "제 연구는 수술을 시작하기 전에 척추를 곧게 펴는 데 필요한 힘을 정확히 계산해 수술 시간을 단축하는 것을 목표로 합니다. 이 데이터는 또한 시간이 경과함에 따라 자연적인 척추 부하 및 운동 하에서 재발할 가능성이 있는 증상을 더 잘 예측하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 환자가 장기적으로 더 나은 경과를 보일 수 있습니다."
MTS 솔루션
BTC는 2009년 3월에 MTS FlexTest® 제어 및 MTS MultiPurpose TestWare®(MPT) 소프트웨어가 포함된 MTS Bionix® 테스트 시스템을 구매하여 척추 관련 기계적 테스트 기능을 업그레이드했습니다.
윤리적인 이유로 사체의 척추를 사용할 수 없었기 때문에 Muhayudin은 새로운 Bionix 테스트 시스템에 사용할 실제와 같은 인공 척추를 개발하여 연구를 시작했습니다. 그녀는 선별 레이저 소결(SLS) 기계로 소아 척추의 중간 흉부를 3D CAT 스캔하여 프로토타입을 제작했습니다. 이렇게 제작된 프로토타입은 Bionix 테스트 고정물에 맞도록 두 배로 확대되었습니다. 폴리우레탄과 실리콘 재료로 만든 프로토타입의 주형을 사용해 인공 척추를 만들었습니다.
Bionix 테스트 시스템은 축 변위, 굴곡, 확장, 측면 굽힘 및 비틀림을 포함하여 6개의 자유도에서 인공 척추 및 기타 시편에 대한 전체 범위의 동작을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 부하 셀은 힘과 모멘트가 적용될 때 테스트 데이터를 캡처합니다.
BTC를 설립한 Fiona McEvoy 박사는 "새로운 MTS 테스트 시스템을 사용하면 척추 시편에 예압을 적용하여 수술 중에 척추를 자연스러운 위치로 되돌리는 데 필요한 힘을 정확하게 계산할 수 있습니다."라고 합니다. "이 프로세스는 환자 척추의 고유한 곡률을 기반으로 척추 융합 절차를 진행하는 동안 필요한 사항에 대해 더 많이 알 수 있으므로 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다."
Muhayudin의 특성화 방법은 기존 척추 테스트의 반대입니다. 그녀는 인공 척추에 힘과 모멘트를 적용하는 대신 변위를 제어 모드로 사용합니다. 척추 시편에 작용하는 결과적인 힘과 모멘트는 각 척추 측만증 사례의 변위 정도를 결정하므로 외과의는 곡률을 최적으로 수정하는 데 필요한 힘과 토크의 양을 정량화할 수 있습니다.
고객 혜택
Muhayudin은 그녀의 새로운 진단 기술이 궁극적으로 검증되고 현장에서 사용된다면 최종적으로 척추 융합 절차를 더 빠르고 원활하게 수행하고 장기 환자 예후가 개선될 것이라고 말합니다. "저희는 이 새로운 기술이 수술실에서 소요되는 시간을 25% 단축할 것으로 예상하는데 이는 이러한 수술이 최대 12시간 걸릴 수 있다는 점을 고려할 때 중요합니다." 그녀의 말입니다.
"이렇게 시간을 절약하면 외과의의 생산성에 긍정적인 영향을 줄 뿐 아니라 감염 위험을 크게 줄이고 회복 시간을 단축하는 데도 도움이 될 것입니다."
Muhayudin은 곧 그녀의 연구 결과를 검증하기 위해 살아있는 동물의 척추를 사용하기 시작할 것입니다. 이를 위해서는 Bionix 테스트 시스템에 식염수 욕조가 있는 환경 챔버를 추가해 생물학적 시편을 보존하고 생물체 내 척추 상태의 시뮬레이션 정확도를 개선해야 합니다.
"척추 융합 수술을 받는 환자를 위해 인공 프로토타입을 제작할 수 있다는 것은 매우 흥미롭습니다."라고 그녀는 말했습니다. "저희는 새로운 영역을 개척하고 있으며 테스트 시스템이 이렇게 복잡한데도 매우 사용자 친화적이라는 것에 만족합니다." 이를 통해 연구에 더 많은 시간을 할애하고 테스트 장비를 숙달하는 데 드는 시간을 줄일 수 있습니다."
