Kỹ thuật in 3D trong chế tạo khớp nhân tạo cá thể hóa đang mở rộng khả năng chuẩn bị và thiết kế implant trong một số tình huống giải phẫu phức tạp. Thay vì chỉ lựa chọn một sản phẩm có sẵn, ê-kíp có thể xây dựng mô hình giải phẫu từ hình ảnh CT hoặc MRI, mô phỏng kế hoạch phẫu thuật, tạo dụng cụ hỗ trợ và trong một số trường hợp phát triển implant phù hợp với cấu trúc xương của từng người bệnh [1][2][10]. Tuy nhiên, các tài liệu được cung cấp chủ yếu mô tả ứng dụng trong chấn thương chỉnh hình, tái tạo ổ cối và thay khớp gối một ngăn; chúng chưa đủ để kết luận rằng phương pháp này phù hợp cho mọi loại khớp nhân tạo.
Khớp nhân tạo cá thể hóa là gì?
Khớp nhân tạo cá thể hóa là implant được thiết kế dựa trên đặc điểm giải phẫu và kế hoạch điều trị của một người bệnh cụ thể. Ý tưởng này đặc biệt đáng chú ý khi biến dạng xương hoặc thiếu hụt xương khiến implant tiêu chuẩn khó đạt độ phù hợp cần thiết. Trong tái tạo ổ cối với khuyết xương lớn, implant tùy chỉnh có thể được thiết kế từ dữ liệu CT; các mặt bích, vị trí vít và hướng vít được lập kế hoạch để tận dụng vùng xương còn nguyên vẹn [9].
Khái niệm “cá thể hóa” không chỉ có nghĩa là in ra một implant mới. Công nghệ 3D còn có thể được dùng để tạo mô hình xương cầm tay, hướng dẫn cắt hoặc hướng dẫn khoan, cũng như giúp uốn định hình trước nẹp cố định xương. Vì vậy, cần phân biệt implant cá thể hóa với dụng cụ phẫu thuật cá thể hóa: hai thành phần này có thể được sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp trong cùng một kế hoạch [1][2][7].
Quy trình in 3D trong chế tạo khớp nhân tạo cá thể hóa
1. Thu thập và xử lý hình ảnh
Quy trình bắt đầu bằng đánh giá lâm sàng và lựa chọn phương tiện hình ảnh phù hợp. Với thay khớp gối một ngăn cá thể hóa, tài liệu mô tả việc sử dụng X-quang chịu lực, một số tư thế đánh giá khe khớp, sau đó bổ sung CT hoặc MRI. Hình ảnh được chuyển thành thể tích 3D để phục vụ việc chuẩn bị implant và dụng cụ hướng dẫn cắt [10]. Trong tái tạo ổ cối, CT có thể được xử lý để dựng mô hình khuyết xương và xác định vùng xương lành có thể hỗ trợ implant [9].
2. Dựng mô hình và lập kế hoạch phẫu thuật
Mô hình 3D giúp bác sĩ quan sát tổn thương theo nhiều hướng, đánh giá biến dạng, dự kiến đường tiếp cận, mô phỏng nắn chỉnh và xác định vị trí implant hoặc vít trước khi phẫu thuật [2]. Ở một số trường hợp gãy vùng chậu, bên xương lành đối diện có thể được phản chiếu trên phần mềm để làm mẫu tham chiếu cho việc phục hồi hình dạng giải phẫu [1]. Với khuyết ổ cối lớn, mô hình xương và implant dự kiến có thể được tạo trước để kiểm tra sự tương hợp cũng như hỗ trợ tham khảo trong mổ [3][9].
3. Sản xuất implant hoặc dụng cụ hỗ trợ
Sau khi bác sĩ chấp thuận kế hoạch, dữ liệu có thể được chuyển sang giai đoạn sản xuất. Trong thay khớp gối một ngăn, hướng dẫn cắt in 3D được tạo riêng cho xương đùi và xương chày; implant được chế tạo theo kế hoạch đã thống nhất giữa bác sĩ, kỹ thuật viên và kỹ sư [4]. Tài liệu cũng ghi nhận thời gian cung ứng các thành phần và dụng cụ trong quy trình được mô tả có thể nằm trong khoảng từ 2 đến 6 tuần sau khi có hình ảnh và chỉ định implant [4]. Đây là thông tin của quy trình cụ thể, không nên xem là thời gian áp dụng cho mọi cơ sở.
4. Kiểm tra, tiệt khuẩn và sử dụng trong phẫu thuật
Mô hình thử hoặc implant có thể được kiểm tra trước mổ. Với một số implant cá thể hóa trong tái tạo ổ cối, mô hình xương và implant dự kiến được sản xuất trước khi implant chính thức chế tạo [3]. Trong phẫu thuật chấn thương, implant đã được tạo hình trước hoặc dụng cụ hướng dẫn có thể được tiệt khuẩn và đưa vào sử dụng theo quy trình phù hợp [1]. Điều này cho thấy in 3D cần gắn với hệ thống kiểm soát thiết kế, sản xuất và tiệt khuẩn, chứ không chỉ dừng ở việc tạo một vật thể theo mô hình máy tính.
Vai trò của phối hợp đa chuyên môn
Việc triển khai công nghệ 3D đòi hỏi phần cứng, phần mềm và sự phối hợp chặt chẽ giữa bác sĩ phẫu thuật với kỹ sư hoặc chuyên gia kỹ thuật y sinh. Bác sĩ cung cấp kiến thức về giải phẫu, chỉ định và kỹ thuật mổ; kỹ sư hỗ trợ chuyển kế hoạch lâm sàng thành giải pháp thiết kế và sản xuất khả thi [8]. Người bệnh cũng cần được giải thích về mục tiêu, giới hạn và các bước của quy trình trước khi kế hoạch cuối cùng được phê duyệt.
Lợi ích và giới hạn của bằng chứng hiện có
Mô hình 3D và kế hoạch phẫu thuật ảo có thể giúp ê-kíp hình dung tổn thương phức tạp, dự đoán vị trí implant và chuẩn bị các tình huống trong mổ [2][6]. Một tổng quan được trích trong tài liệu về gãy mâm chày cho biết phẫu thuật có hỗ trợ 3D có thể tác động tích cực đến thời gian mổ, mất máu và tần suất sử dụng chiếu tia; tuy nhiên, đây là kết luận trong phạm vi các nghiên cứu và chỉ định cụ thể, không phải bảo đảm cho mọi ca bệnh [5].
Bằng chứng về một số implant cá thể hóa vẫn còn hạn chế. Tài liệu về thay khớp gối một ngăn cho biết dữ liệu lâm sàng của linh kiện cá thể hóa còn tương đối ít, và chưa có nghiên cứu về hiệu quả chi phí của dụng cụ hướng dẫn cá thể hóa trong lĩnh vực này [4][11]. Vì vậy, quyết định sử dụng implant in 3D cần dựa trên mức độ biến dạng, chất lượng hình ảnh, khả năng sản xuất, kinh nghiệm của ê-kíp và yêu cầu an toàn của từng người bệnh.
Kết luận
In 3D trong chế tạo khớp nhân tạo cá thể hóa là một quy trình liên kết giữa hình ảnh y khoa, thiết kế số, sản xuất implant và lập kế hoạch phẫu thuật. Giá trị rõ nhất của công nghệ nằm ở khả năng chuyển dữ liệu giải phẫu riêng của người bệnh thành mô hình, dụng cụ hoặc implant phục vụ một kế hoạch cụ thể. Dù vậy, đây không phải lựa chọn mặc định cho mọi ca thay khớp; chỉ định cần được cân nhắc bởi ê-kíp chấn thương chỉnh hình và kỹ thuật chuyên môn, trong bối cảnh bằng chứng về hiệu quả lâu dài vẫn khác nhau giữa các ứng dụng.
Tài liệu tham khảo
- [1] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 306
- [2] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 301
- [3] Campbell's Operative Orthopaedics, 15th Edition, 2026, trang 244
- [4] Personalized Hip and Knee Joint Replacement, 1st Edition, 2020, trang 225
- [5] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 310
- [6] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 310
- [7] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 301
- [8] Rockwood and Green's Fractures in Adults, 10th Edition, 2025, trang 301
- [9] Campbell's Operative Orthopaedics, 15th Edition, 2026, trang 244
- [10] Personalized Hip and Knee Joint Replacement, 1st Edition, 2020, trang 225
- [11] Personalized Hip and Knee Joint Replacement, 1st Edition, 2020, trang 225