Cấy ghép khớp háng in 3D tùy chỉnh: Giải pháp cho các dị tật xương phức tạp

Phẫu thuật thay khớp háng nhân tạo là một trong những thủ thuật hiệu quả nhất để điều trị các bệnh lý nghiêm trọng của khớp háng. Tuy nhiên, các cấy ghép tiêu chuẩn thường không thể đáp ứng hoàn hảo cho mọi bệnh nhân, đặc biệt là những người có cấu trúc xương phức tạp, dị tật bẩm sinh hoặc tổn thương do chấn thương. Những hạn chế này có thể dẫn đến sự không tương thích, lỏng cấy ghép sớm và kết quả chức năng không tối ưu. Công nghệ in 3D đã mở ra một kỷ nguyên mới, cho phép chế tạo các cấy ghép khớp háng hoàn toàn cá nhân hóa, khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống và mang lại kết quả lâu dài tốt hơn.

Dựa trên hình ảnh chụp CT 3D chi tiết khớp háng của bệnh nhân, một mô hình xương thể hiện tình trạng hiện tại của bệnh nhân một cách chính xác đã được tạo ra. Từ mô hình này, một bộ cấy ghép khớp háng cá nhân hóa được thiết kế, bao gồm cả chỏm xương đùi và ổ cối. Cả hai bộ phận đều có cấu trúc lưới xốp bên trong, như hình ảnh minh họa , giúp tối ưu hóa sự tương thích với xương và giảm trọng lượng cấy ghép.

I. Cấu tạo xương phần cấy ghép

Cấy ghép khớp háng in 3D, như hình ảnh bạn cung cấp, bao gồm ba phần chính:

                1.Chỏm xương đùi (Femoral component):

• • Thân cấy ghép (Stem): Phần thân này được thiết kế để cắm vào ống tủy xương đùi. Với cấy ghép in 3D, phần này có thể được tạo hình để phù hợp chính xác với đường cong của ống tủy.
  • Cổ và chỏm (Neck and Head): Cổ cấy ghép có thể được điều chỉnh góc nghiêng và độ dài để phù hợp với giải phẫu của bệnh nhân, đảm bảo khả năng vận động tối ưu. Chỏm cấy ghép có thể là kim loại hoặc gốm sứ. Một số thiết kế in 3D còn có lớp lưới xốp ở cổ cấy ghép để tăng cường tích hợp xương.

Hình ảnh cấy ghép chỏm xương đùi được chế tạo bằng in 3D kim loại tại Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học

                2.Ổ cối (Acetabular cup):

• • Đây là phần cấy ghép được đặt vào xương chậu. Ổ cối in 3D được thiết kế với hình dạng và độ sâu tùy chỉnh, đảm bảo vừa vặn hoàn hảo với xương ổ cối đã bị tổn thương.
  • Phần bề mặt tiếp xúc với xương của ổ cối có cấu trúc lưới xốp (porous lattice). Cấu trúc này không chỉ làm giảm trọng lượng mà còn tạo ra một môi trường lý tưởng cho xương của bệnh nhân phát triển và bám vào, thúc đẩy quá trình tích hợp xương (osseointegration).

Hình ảnh cấy ghép ổ cối xương đùi được chế tạo bằng in 3D kim loại tại Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học

                3.Lớp lót (Liner):

• • Nằm giữa chỏm xương đùi và ổ cối, lớp lót thường được làm bằng polyethylene có trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE) hoặc gốm sứ. Vật liệu này giúp giảm ma sát và mài mòn, đảm bảo khớp hoạt động trơn tru.

II. Ứng dụng công nghệ in 3D

Quy trình chế tạo cấy ghép khớp háng cá nhân hóa là một sự kết hợp chặt chẽ giữa y học và kỹ thuật.

1. Thu thập dữ liệu: Bệnh nhân được chụp CT scan để có dữ liệu 3D chi tiết và chính xác nhất về cấu trúc xương.
2. Thiết kế 3D: Dữ liệu được chuyển sang phần mềm chuyên dụng để tạo mô hình 3D. Bác sĩ và kỹ sư sẽ cùng nhau thiết kế cấy ghép, tinh chỉnh mọi chi tiết để phù hợp với giải phẫu bệnh nhân. . Điều này cho phép bác sĩ đánh giá mức độ vừa vặn và lên kế hoạch chính xác trước khi thực hiện ca mổ.
3. In 3D kim loại: Sử dụng công nghệ thiêu kết laser trực tiếp kim loại (DMLS) hoặc nóng chảy chùm tia điện tử (EBM), bột hợp kim titan y tế (Ti6Al4V) được nung chảy từng lớp bằng laser hoặc chùm tia điện tử. Quá trình này tạo ra cấy ghép với cấu trúc lưới xốp phức tạp mà các phương pháp gia công truyền thống không thể làm được.
4. Gia công và tiệt trùng: Cấy ghép sau khi in được gia công bề mặt để đạt độ nhẵn cần thiết, sau đó được kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt và tiệt trùng trước khi sử dụng.

III. Ưu điểm của phương pháp này

• Tương thích giải phẫu hoàn hảo: Thiết kế tùy chỉnh giúp cấy ghép vừa khít với xương của bệnh nhân, giảm thiểu nguy cơ lỏng cấy ghép và biến chứng.
• Tăng cường tích hợp xương: Cấu trúc lưới xốp thúc đẩy xương tự nhiên phát triển vào cấy ghép, tạo ra một liên kết bền vững và lâu dài.
• Giảm trọng lượng: Cấu trúc rỗng bên trong giúp cấy ghép nhẹ hơn, mang lại sự thoải mái cho bệnh nhân.
• Cải thiện chức năng và tuổi thọ: Việc phục hồi chính xác giải phẫu giúp bệnh nhân lấy lại chức năng vận động tốt nhất, kéo dài tuổi thọ của khớp háng nhân tạo.
• Giải pháp cho ca bệnh phức tạp: Đây là phương pháp lý tưởng cho các trường hợp tổn thương nặng hoặc dị tật bẩm sinh mà các cấy ghép tiêu chuẩn không thể giải quyết.

IV. Kết luận

Công nghệ in 3D đã chứng minh vai trò không thể thay thế trong lĩnh vực phẫu thuật thay khớp háng nhân tạo. Khả năng tùy chỉnh thiết kế giúp tạo ra các cấy ghép hoàn toàn phù hợp với giải phẫu riêng biệt của từng bệnh nhân, từ đó giải quyết những thách thức lớn nhất mà các bác sĩ chỉnh hình phải đối mặt trong các trường hợp phức tạp.