In 3D trong phẫu thuật cá thể hóa thay khớp gối

Chia sẻ tại hội thảo phân tích xu hướng công nghệ với chủ đề “Công nghệ in 3D và một số ứng dụng trong thực tiễn” do Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (Sở KH&CN TP.HCM) tổ chức, GS.TS Trần Xuân Dũng - Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu công nghệ in 3D Y sinh - cho biết trợ cụ cá thể hóa (PSI) là các trợ cụ được thiết kế và in 3D dựa trên bước lập kế hoạch mổ từ các thông số trên cắt lớp vi tính hoặc cộng hưởng từ của người bệnh. Cụ thể, các bác sĩ chỉ cần đặt bộ trợ cụ vào vị trí xương đã được tính toán trước của bệnh nhân, phần âm bản trợ cụ sẽ vào vị trí sát với bề mặt xương. Phẫu thuật viên sẽ dựa vào trợ cụ để đặt các khay cắt xương trong mổ như mong muốn, từ đó có thể giúp cải thiện độ chính xác vị trí đặt khớp nhân tạo.

Được thành lập vào tháng 4/2022, Trung tâm Nghiên cứu công nghệ in 3D Y sinh hiện đã thành công trong việc tính toán và in 3D tạo ra trợ cụ, kết hợp lên kế hoạch phẫu thuật cụ thể từ trước cho từng bệnh nhân.

Bản chất của trợ cụ in 3D chính là cá thể hóa việc cắt xương ở các bệnh nhân khác nhau dựa trên các thông số giải phẫu mốc xương thu thập trước mổ trên hình ảnh cắt lớp vi tính hoặc cộng hưởng từ khớp gối. Bằng cách sử dụng phần mềm chuyên dụng, các thông số về góc nghiêng, góc xoay, chiều dày lát cắt, kích cỡ của phần lồi cầu đùi được tính toán và in ra thành khuôn cắt; tương tự khuôn cắt cũng được in ra dựa vào các thông số góc nghiêng sau (Slope), trục cơ học xương chày.

Thông thường, các ca phẫu thuật kiểu truyền thống phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề, kinh nghiệm của phẫu thuật viên cũng như các trợ cụ - thước ngắm. Điều này khiến bác sĩ rất khó đạt được độ chính xác đến phần lẻ của độ (hoặc phần lẻ của đơn vị đo là mm). Trong khi đó, các ca phẫu thuật xương khớp yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn yêu cầu cắt 4mm, cắt 6mm, cắt ở mức độ vẹo là 2,8 độ v.v. Với công nghệ in 3D, các hạn chế này giải quyết được thông qua các tính toán trên phần mềm máy tính và cụ thể hóa vào trợ cụ phẫu thuật.

Giá cả phải chăng

Để có được một trợ cụ phù hợp chính xác với tình trạng xương của bệnh nhân, các bác sĩ sẽ phải chụp cắt lớp vi tính toàn trục chi dưới. Sau đó, họ sẽ đo đạc chỉ số của bệnh nhân, bao gồm mức độ biến dạng và vẹo trục khớp được đánh giá bằng các chỉ số như góc trục cơ học đùi - chày, độ lệch tâm khớp gối, góc cơ học đầu dưới xương đùi (góc đường khe khớp xương đùi và trục cơ học), góc cơ học đầu trên xương chày (góc đường khe khớp xương chày và trục cơ học).

Từ những số liệu này, các bác sĩ sẽ lập kế hoạch trước mổ trên phần mềm MediCAD, xác định vị trí mặt phẳng lát cắt phù hợp với tổn thương của bệnh nhân. Kỹ sư và các bác sĩ lâm sàng cùng hội chẩn để đưa ra phương pháp tối ưu nhất (Bao gồm giảm tối thiểu tổn thương phần lành, loại bỏ tối đa phần xương biến dạng do thoái hóa), thiết kế trợ cụ phẫu thuật.

Trợ cụ phẫu thuật cá thể hóa sau đó được in bằng vật liệu MED-610 của hãng Stratasys đạt chuẩn tiếp xúc với mô niêm mạc < 2 tiếng và với mô da < 30 ngày.

Trước phẫu thuật, các bác sĩ sẽ tiến hành hội chẩn, đánh giá độ chính xác và phẫu thuật trước trên mô hình xương của bệnh nhân bằng trợ cụ đã in 3D. Từ quá trình này, họ đã rút ra được đâu là phương án mổ tối ưu nhất, từ đó người bệnh được phẫu thuật thay toàn bộ khớp gối theo kĩ thuật cắt xương chuẩn. Các khuôn cá thể hóa được sử dụng để đánh dấu vị trí đặt khay cắt thay vì sử dụng các bộ thước đo truyền thống.

Phương pháp này hiện đã được ứng dụng cho bệnh nhân thay khớp tại Bệnh viện Đa khoa quốc tế Vinmec Times City. Việc dùng thiết bị cá thể hóa sẽ giúp tỷ lệ chính xác trong ca mổ đạt trên 98%, bệnh nhân giảm đau đớn, tập vận động được sớm, giảm tối thiểu tỷ lệ tái phát và đồng thời đảm bảo tính ổn định sau phẫu thuật.

Một trường hợp tiêu biểu được thay khớp là anh Vũ Minh Tuấn1. Sau 30 năm bị loạn sản xơ xương nhưng không được điều trị ổn định, hai chân của anh chênh nhau đến 4cm do biến dạng một nửa xương chậu và xương đùi, điều này khiến anh phải đi lệch hẳn sang một bên. Những năm trở lại đây, khớp háng đã thoái hóa nặng ở giai đoạn cuối và viêm dính, ở tuổi 44, anh gần như phải dựa vào xe lăn và nạng mới đi lại được.

Cấu trúc của bên chân phải đã bị tàn phá rất nặng nề. Nửa bên phải của khung chậu và xương đùi biến dạng hoàn toàn. Chưa kể, toàn bộ cấu trúc gân, cơ, phần mềm quanh vùng này đã méo mó biến đổi để thích ứng với việc đi lệch suốt 30 năm qua.

Những tưởng anh sẽ phải phụ thuộc vào chiếc xe lăn cả đời, nhưng sau ca mổ vào tháng 4/2023, tại Trung tâm Chấn thương Chỉnh hình và Y học thể thao đã có thể tự đi lại cân bằng trên chính đôi chân mình mà không cần hỗ trợ, có thể ngồi xuống ghế thấp, buộc dây giày, leo cầu thang thoải mái - điều mà theo anh là dường như chỉ có “trong mơ”.

Với phương pháp này, liệu bệnh nhân Việt Nam có đủ sức chi trả hay không? Câu hỏi này đặc biệt quan trọng khi thiết bị dẫn đường phẫu thuật cá nhân hóa theo thông số của bệnh nhân ở nước ngoài có chi phí cao rơi vào khoảng 3.000-5.000 USD cho một bộ trợ cụ và mất 3-5 tuần sản xuất. Tuy nhiên, tại hội thảo, GS. Trần Xuân Dũng nhấn mạnh với các thiết bị dẫn đường thay khớp gối và khớp háng cho phẫu thuật thường quy của nhóm nghiên cứu chế tạo, thời gian in chỉ mất khoảng ba ngày, từ khi nhận được thông số của bệnh nhân, và mức chi phí chỉ khoảng 10 triệu (một bộ trợ cụ).

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu cho biết họ sẽ thiết kế và chế tạo thiết bị cấy ghép implant 3D, với vật liệu là hợp kim titan và vật liệu Peek. Với tâm thế xem người bệnh là chủ thể tham gia vào quá trình chẩn đoán và điều trị, các kết quả trong quá trình nghiên cứu sẽ là cơ sở để nhóm tiếp tục phát triển các phương pháp, sản phẩm giúp giảm tối đa tỷ lệ biến chứng so với các sản phẩm sản xuất hàng loạt từ các chỉ số của người Âu - Mỹ.

Chú thích:
[1] https://www.vinmec.com/vi/co-xuong-khop/cau-chuyen-khach-hang/cong-nghe-3d-cuu-song-doi-chan-bi-thoai-hoa-khop-tan-pha-30-nam/