Ứng dụng công nghệ 3D thiết kế áo nẹp điều trị vẹo cột sống vô căn ở trẻ em

Vẹo cột sống vô căn là một biến dạng ba chiều đa yếu tố của cột sống, có thể xuất hiện và tiến triển trong bất kỳ giai đoạn tăng trưởng nhanh nào ở trẻ em khỏe mạnh. Tình trạng này nếu không được phát hiện và điều trị kịp thời có thể dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng như biến dạng tư thế, đau lưng mạn tính, rối loạn chức năng hô hấp - tuần hoàn, thậm chí ảnh hưởng đến tâm lý và chất lượng cuộc sống của người bệnh.

Trong số các phương pháp điều trị không phẫu thuật, việc sử dụng áo nẹp thắt lưng - ngực được xem là một biện pháp can thiệp hiệu quả. Nếu được mang áo nẹp đúng chỉ định và đủ giờ trong một giai đoạn còn tăng trưởng, thì độ cong cột sống có thể được kiểm soát, và giúp cho bệnh nhân tránh phẫu thuật về sau. Trong thực tế lâm sàng, quy trình thiết kế và chế tạo áo nẹp vẫn còn mang tính thủ công, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kỹ thuật viên chỉnh hình, sử dụng khuôn thạch cao để tạo hình thân người bệnh nhân. Phương pháp này không những tốn thời gian, công sức mà còn hạn chế về độ chính xác (do việc bó bột tạo khuôn không đảm bảo tính chính xác biên dạng thắt lưng của bệnh nhân, tùy thuộc vào lực quấn vải của Kỹ thuật viên, mỗi biên dạng thắt lưng sẽ khác nhau), gây ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị.

Ứng dụng công nghệ 3D để quét và chế tạo áo nẹp

Trong bối cảnh khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng kỹ thuật số đặc biệt là công nghệ quét 3D, mô phỏng trên phần mềm thiết kế và in 3D vào lĩnh vực sản xuất dụng cụ chỉnh hình đang mở ra những cơ hội đổi mới đáng kể. Thay vì sử dụng phương pháp truyền thống, công nghệ 3D cho phép đo đạc hình thể bệnh nhân một cách nhanh chóng, chính xác, không xâm lấn (không cần bó bột gây khó chịu cho bệnh nhân), đồng thời hỗ trợ quá trình thiết kế áo nẹp tối ưu hơn nhờ khả năng mô phỏng trực quan, cá thể hóa và kiểm soát hình dạng sản phẩm trước khi chế tạo. Công nghệ in 3D ngày càng được hoàn thiện, cho phép sản xuất các sản phẩm y tế có độ chính xác cao, vật liệu nhẹ, bền và có thể thích nghi tốt với yêu cầu lâm sàng, rút ngắn thời gian chế tạo áo nẹp từ vài tuần xuống chỉ còn vài ngày. Hơn nữa, việc tái sử dụng mô hình và giảm bớt sự phụ thuộc vào kỹ thuật viên giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao độ chính xác và hiệu quả của áo nẹp, từ đó cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân.

TS.BSCKII. Nguyễn Hoài Nam - chủ nhiệm nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật in 3D trong thiết kế, chế tạo áo nẹp phục vụ điều trị vẹo cột sống vô căn” cho biết: Ở TP.HCM, nhu cầu về thiết bị chỉnh hình nói chung và áo nẹp cho người bệnh vẹo cột sống nói riêng ngày càng tăng, đặc biệt trong bối cảnh đổi mới hệ thống y tế và định hướng phát triển phục hồi chức năng theo mô hình chuyên sâu, hiện đại, hội nhập với các nước trong khu vực.

Nhiệm vụ do Bệnh viện Phục hồi chức năng - Điều trị bệnh nghề nghiệp chủ trì thực hiện, nhằm xây dựng một quy trình thiết kế và chế tạo áo nẹp ngực - thắt lưng ứng dụng kỹ thuật 3D giúp điều trị vẹo cột sống vô căn ở trẻ em và thanh thiếu niên.

Trong quá trình triển khai nhiệm vụ trên, nhóm thực hiện đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị hỗ trợ quét 3D vùng ngực - thắt lưng nhằm tự động hóa quá trình quét, giúp loại bỏ các biến số trong kiểu vận hành quét thủ công truyền thống như kỹ năng, kinh nghiệm và tính ổn định của kỹ thuật viên, đồng thời giảm đáng kể nguy cơ phải quét lại. Thiết bị thu nhận dữ liệu 3D chính xác, nhanh chóng và không tiếp xúc, tạo nền tảng thiết kế cá thể hóa nẹp để tăng độ vừa vặn với bệnh nhân. Mô hình 3D vùng ngực - thắt lưng của bệnh nhân có độ liền mạch và độ phân giải cao, ít nhiễu và ít lỗ hổng - điều này đặc biệt quan trọng trong thiết kế áo nẹp vì sai lệch nhỏ trên bề mặt có thể ảnh hưởng độ ôm, độ khít và sự thoải mái của sản phẩm. Ở tốc độ quay từ 1 đến 3 vòng/phút, độ đầy đủ dữ liệu đạt 97-100% và mô hình 3D vùng ngực - thắt lưng sau xử lý có độ khớp với cơ thể thật từ 97-99%.

Theo lời TS.BSCKII. Nguyễn Hoài Nam, thiết bị hỗ trợ quét 3D không những hạn chế được sai lệch và nhiễu trong dữ liệu quét, đảm bảo dữ liệu của bệnh nhân được thu thập một cách chính xác, mà còn tạo ra dữ liệu nền tảng để so sánh sự thay đổi của bệnh nhân qua các lần tái khám, từ đó đánh giá khách quan hiệu quả điều trị. Ngoài ra, quá trình thu thập dữ liệu nhanh còn giúp bệnh nhân giảm lo âu và có trải nghiệm tốt hơn vì không cần giữ tư thế lâu, giảm sự khó chịu - nhất là ở trẻ em.

Mô hình 3D vùng ngực - thắt lưng sau đó được dùng để thiết kế áo nẹp in 3D, rồi chuyển cho máy in 3D để chế tạo áo nẹp. Sản phẩm hình thành là áo nẹp nguyên khối, nhẹ, không có hiện tượng cong vênh hay tách lớp. Tổng thời gian sản xuất một sản phẩm áo nẹp bằng công nghệ in 3D theo mô tả như trên khoảng 32-33 giờ, tính từ khi quét 3D đến khi hoàn thiện và đeo thử, bao gồm cả thời gian in 3D và các công đoạn chờ (sấy nhựa, làm nguội bàn in). Chi phí sản xuất mỗi áo nẹp ước tính khoảng 7-8 triệu đồng, tùy theo kích thước và mức độ phức tạp của thiết kế.

Trải nghiệm tốt hơn, mặc 20 giờ mỗi ngày

Ứng dụng công nghệ mô tả như trên, Bệnh viện Phục hồi chức năng – Điều trị bệnh nghề nghiệp đã chế tạo áo nẹp bằng công nghệ in 3D, đưa vào can thiệp thử nghiệm ở 30 bệnh nhân vẹo cột sống vô căn. Đa số bệnh nhân có mức độ vẹo cột sống trung bình (80%), còn lại (20%) ở mức độ nặng.

Khi thử trực tiếp trên bệnh nhân, toàn bộ 30/30 áo nẹp đạt yêu cầu về kích thước, độ ôm sát eo/lưng, khả năng kiểm soát tư thế gập/duỗi, nghiêng và xoay thân, khả năng cố định thân khi đổi tư thế, độ thoáng khí và độ an toàn của vật liệu tiếp xúc da; đạt yêu cầu ở 100% trường hợp. Có 5/30 trường hợp (16,7%) ghi nhận cấn đau hoặc tì đè khi thử nẹp lần đầu, nhưng tất cả đã được chỉnh sửa và khắc phục ngay tại chỗ trước khi giao nẹp cho bệnh nhân sử dụng. Có 4/30 sản phẩm (13,3%) cần chỉnh sửa nhỏ, chủ yếu liên quan đến vị trí dây đeo hoặc khớp nối.

Sau 12 tháng điều trị, 23/30 bệnh nhân (76,7%) đạt mức cải thiện với góc Cobb (chỉ số đo độ cong vẹo của cột sống trên phim X-quang) giảm từ 5 độ trở lên, 7/30 bệnh nhân (23,3%) ở mức ổn định với góc Cobb giảm dưới 5 độ; không ghi nhận trường hợp nào xấu đi. Toàn bộ 30/30 bệnh nhân (100%) đều đạt yêu cầu điều trị. Kết quả này bước đầu cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo nẹp chỉnh hình tại Việt Nam.

Giải thích rõ hơn về quy trình áp dụng, TS.BSCKII. Nguyễn Hoài Nam chia sẻ: “Theo cách truyền thống, áo nẹp được làm bằng cách thủ công, tức là quấn bột xung quang người bệnh nhân chờ bột khô cắt ra tạo thành cốt âm. Sau đó đổ thạch cao vào cốt âm chờ thạch cao khô cắt ra tạo cốt dương (thời gian mất từ 4 - 6 ngày). Sau đó chỉnh sửa bằng tay trên cốt dương. Nhựa PP sẽ được nung mềm và hút chân không bọc quanh cốt dương để tạo thành áo nẹp. Cách này vừa mất thời gian, vừa phụ thuộc vào nhiều tay nghề của kỹ thuật viên. Còn ở phương pháp mới, nhóm thực hiện thay đổi công đoạn thủ công bằng quét 3D thân hình của bệnh nhân, thiết kế áo nẹp trên máy tính và in 3D. Bác sĩ sẽ tham gia trực tiếp vào khâu thiết kế, nên mỗi chiếc áo được cá thể hóa theo từng trường hợp, do đó hình thể và kiểu đường cong của áo nẹp sẽ phù hợp với bệnh nhân tương ứng. Kết quả bước đầu trên 30 bệnh nhân theo dõi đủ 12 tháng, không có ai bỏ cuộc, cho thấy góc vẹo trung bình giảm từ 35 độ xuống còn 26 độ. Hơn 3/4 số bệnh nhân có góc vẹo giảm từ 5 độ trở lên và không có trường hợp nào nặng thêm. Điều đáng mừng nhất là các bệnh nhân chấp nhận áo nẹp. Đến tháng thứ 12 của việc mặc áo nẹp, gần như tất cả bệnh nhân đã mang nẹp trên người 20 giờ mỗi ngày, và cảm giác khó chịu cũng giảm dần theo thời gian.”.

Thúc đẩy chuyển đổi số y tế, giảm chi phí điều trị

Theo đó, việc ứng dụng công nghệ in 3D trong thiết kế và chế tạo áo nẹp giúp giảm đáng kể chi phí và thời gian sản xuất. Áo nẹp in 3D nhẹ hơn, và chính xác hơn nên hạn chế được tình trạng phải chỉnh sửa nhiều lần, đồng thời giảm chi phí phát sinh trong quá trình điều trị, tái khám và biến chứng, từ đó tiết kiệm chi phí cho cả bệnh nhân lẫn cơ sở y tế. Việc rút ngắn thời gian sản xuất, giảm áp lực cho bệnh viện cũng góp phần nâng cao hiệu quả phục vụ và giảm tải hệ thống y tế. Ngoài ra, công nghệ có thể được chuyển giao, nhân rộng ra nhiều bệnh viện và trung tâm chỉnh hình, mở rộng cơ hội tiếp cận điều trị cho người bệnh, đặc biệt ở vùng sâu vùng xa, qua đó mang lại lợi ích xã hội bền vững.

Có thể khẳng định rằng, việc Bệnh viện Phục hồi chức năng - Điều trị bệnh nghề nghiệp xây dựng hoàn chỉnh quy trình quét, dựng mô hình 3D vùng ngực - thắt lưng và quy trình thiết kế, chế tạo áo nẹp bằng công nghệ in 3D có ý nghĩa rất thiết thực vì không chỉ nâng cao chất lượng điều trị cho người bệnh mà còn góp phần đổi mới công nghệ trong lĩnh vực sản xuất dụng cụ chỉnh hình tại TP.HCM. Kết quả này còn đóng vai trò làm cơ sở khoa học và thực tiễn để triển khai rộng rãi công nghệ 3D trong sản xuất thiết bị y tế, góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi số, nâng cao chất lượng khám chữa bệnh và từng bước hội nhập quốc tế trong lĩnh vực phục hồi chức năng và chỉnh hình tại Thành phố.

Quỹ PT KH, CN & ĐMST TP.HCM - tháng 10/2026