Nẹp chấn thương chỉnh hình bằng công nghệ in 3D

Nẹp chấn thương chỉnh hình bằng công nghệ in 3D mà nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện.

Thay thế nẹp truyền thống

ThS Huỳnh Hữu Nghị, Trưởng phòng thí nghiệm CADCAM và in 3D, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa TPHCM (Đại học Quốc gia TPHCM) và cộng sự vừa chế tạo thành công nẹp chấn thương chỉnh hình bằng công nghệ in 3D. Nẹp có kiểu dáng thời trang, độ thông thoáng tốt, song vẫn đảm bảo hiệu quả trong hỗ trợ điều trị vùng xương bị tổn thương của bệnh nhân.

ThS Huỳnh Hữu Nghị cho biết, để cố định vùng xương tổn thương, trước đây người ta dùng nẹp gỗ bọc trong vải lanh. Ngày nay, cách làm này vẫn được áp dụng, chỉ khác ở vật liệu cố định chấn thương chuyển thành bột thạch cao và nẹp bằng hợp kim nhôm có vải lót bên ngoài.

Việc bó bột thường gây khó khăn trong giữ gìn vệ sinh sạch sẽ và khô ráo, tính thẩm mỹ kém, khối lượng lớn, chức năng hạn chế và cản trở trong các công việc hằng ngày, lúc đeo và tháo cũng khó khăn.

Tương tự với nẹp truyền thống, ngoài hạn chế về tính thẩm mỹ, khối lượng, nó cũng có thể gây khó chịu cho người dùng, đặc biệt nếu chỉnh hình không vừa vặn có thể gây ra các điểm áp lực và ma sát.

ThS Huỳnh Hữu Nghị nhận thấy chế tạo nẹp bằng công nghệ in 3D sẽ khắc phục được các nhược điểm này. Ưu điểm của nẹp in 3D là có thể chế tạo theo hướng cá nhân hóa, có trọng lượng nhẹ hơn, sử dụng vật liệu là nhựa nhiệt dẻo, có độ tương thích sinh học cao, an toàn cho người bệnh.

Bản chất của công nghệ in 3D là sử dụng các vật liệu để chế tạo mô hình 3D bằng phương pháp đắp chồng từng lớp vật liệu. Nó cho phép các nhà thiết kế tạo ra các chi tiết phức tạp trong thời gian ngắn và tốn ít chi phí hơn so với các phương pháp khác. “Mục tiêu của chúng tôi là nội địa hóa sản phẩm nẹp in 3D, hướng đến thay thế các sản phẩm nước ngoài bằng sản phẩm trong nước”, ThS Huỳnh Hữu Nghị cho biết.

Nhóm đã lựa chọn công nghệ FDM/FFF - một trong những phương pháp in 3D phổ biến nhất do giá thành rẻ và sử dụng các loại vật liệu thông dụng, dễ kiếm. Nguyên lý của công nghệ này là đùn sợi nhựa được gia nhiệt tới trạng thái bán lỏng qua một vòi phun và bồi đắp theo từng lớp để tạo hình sản phẩm.

Nẹp chỉnh hình cá nhân hóa người dùng

ThS Huỳnh Hữu Nghị cho biết, nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện hai quy trình cung cấp nẹp chấn thương chỉnh hình, một quy trình theo hướng cá nhân hóa và thứ hai là theo hướng dùng chung.

Với quy trình thứ nhất, bệnh nhân sẽ được thiết kế nẹp riêng theo các bước; Dữ liệu quét 3D vị trí cần thiết kế; đánh dấu vị trí thiết kế nẹp; xây dựng hình dáng của nẹp; tạo khoảng hở; tạo lỗ thông khí; phân chia, tạo bộ phận liên kết và tạo bộ phận điều chỉnh; bo tròn các góc cạnh; kiểm tra các tiêu chí thiết kế (không đạt quay lại bước đánh dấu vị trí thiết kế nẹp); xuất tệp thiết kế hoàn chỉnh.

Đối với dùng nẹp chung, bệnh nhân sẽ dùng nẹp chế tạo sẵn theo kích cỡ tiêu chuẩn, nếu chưa phù hợp thì sẽ được bổ sung vào cơ sở dữ liệu để thiết kế nẹp, vừa cung cấp cho bệnh nhân, vừa chế tạo sẵn để dự trữ cho các trường hợp khác. Cả hai loại nẹp này đều có màu sắc tươi sáng, kiểu dáng thời trang, tạo thoải mái cho người dùng.

Hiện, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công nẹp ngón tay (chế tạo sẵn và cá nhân hóa), nẹp cánh tay (chế tạo sẵn và cá nhân hóa), nẹp cổ chân (cá nhân hóa) và nẹp tay (cá nhân hóa).

Nhóm cũng đề xuất các tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm nẹp, bao gồm thiết kế tránh dị hướng; thiết kế để giảm thiểu thời gian chế tạo; thiết kế để tối ưu hóa quá trình hậu xử lý; tận dụng sự phức tạp của thiết kế và khả năng công nghệ; ưu tiên cấu trúc của chi tiết hơn vật liệu; sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết hoặc cấu trúc mạng. Mục tiêu cuối cùng là tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất, đảm bảo chất lượng, độ bền và tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

ThS Nghị cho biết, sản phẩm có một vài tiêu chí mà nhóm chưa đạt được là khả năng điều chỉnh, khóa liên kết và tính đẳng hướng - một yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa độ bền sản phẩm.

Đây là những vấn đề nghiên cứu mà nhóm rất quan tâm và mong muốn sớm hoàn thiện để đưa ra sản phẩm ứng dụng. Điểm mạnh của sản phẩm là sẽ khiến người bệnh cảm thấy dễ chịu, không bức bí và khó di chuyển như bó bột hay dùng nẹp hợp kim. Sản phẩm được thương mại hóa chắc chắn sẽ có giá thành rẻ.

Nhật Phong