Dụng cụ chỉnh hình cổ bàn chân được sử dụng rộng rãi trong điều trị phục hồi chức năng ở người. Nẹp tác dụng lực lên chi thể của bệnh nhân giúp điều chỉnh, phục hồi vận động và các hoạt động hằng ngày, đặc biệt là dáng đi. Vì mỗi bệnh nhân là một cá thể riêng biệt và duy nhất, nẹp cổ bàn chân (AFO) cần được chế tạo chính xác, phù hợp cho từng chi thể (chân, tay), mới có thể giảm thời gian điều trị, nâng cao hiệu quả phục hồi chức năng cho người bệnh.

Hiện nay, nẹp cổ bàn chân trong nước được chế tạo theo phương pháp thủ công truyền thống, gồm các bước như thăm khám, bó bột tạo khuôn, tạo mô hình chân, chế tạo nẹp, cắt nhựa khỏi cốt bột, thử nẹp trên người bệnh, hoàn thiện nẹp,… Với phương pháp này, công đoạn đo đạc còn thủ công, thiếu chính xác, dẫn đến sản phẩm chế tạo cần chỉnh sửa nhiều lần, gây khó chịu cho bệnh nhân.

Ngoài ra, việc làm nẹp phụ thuộc nhiều vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thợ, để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu điều trị, cũng như sự hài lòng của bệnh nhân. Thời gian chế tạo thường kéo dài từ một đến hai tuần, năng suất thấp, không đáp ứng kịp thời cho yêu cầu điều trị. Quá trình bó bột gây khó chịu cho bệnh nhân, việc tạo khuôn bằng thạch cao còn gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, với phương pháp truyền thống, không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng nẹp AFO trong nước đang có xu hướng tăng như hiện nay.

Trên thế giới, kỹ thuật 3D đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ chỉnh hình, thông qua việc sử dụng các công cụ quét 3D, hỗ trợ thiết kế (CAD), hỗ trợ tính toán (CAE), hỗ trợ sản xuất (CAM) và in 3D để thiết kế tùy chỉnh và chế tạo sản phẩm chính xác, phù hợp với chi thể của bệnh nhân..

Để khắc phục những nhược điểm của việc chế tạo nẹp truyền thống, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống (Trường Đại học Bách khoa TPHCM) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo nẹp cổ bàn chân bằng công nghệ in 3D”.

Trước tiên, nhóm sử dụng công cụ quét 3D để thu thập biên dạng vùng bàn chân bệnh nhân (dữ liệu số chi thể) rồi dựng hình chi thể bệnh nhân dựa trên dữ liệu số đã đo. Khi hoàn thành các bước trên, nhóm thiết kế nẹp, kiểm tra đặc tính kỹ thuật, độ bền của nẹp, tối ưu hóa cấu trúc để giảm khối lượng vật liệu in 3D; sau đó chuyển sang chế tạo nẹp bằng máy in 3D.

Quét 3D cẳng bàn chân cho bệnh nhân. Ảnh: NNC

Sản phẩm nẹp in 3D được gia nhiệt, sấy khô, phun cát làm mịn, đóng đai hoàn thiện. Trước khi cho bệnh nhân mang thử, nẹp được kiểm tra lại biên dạng, kích thước và cấu trúc bằng các dụng cụ đo.

Sản phẩm nẹp AFO in 3D được thử nghiệm điều trị cho 34 bệnh nhân tại Bệnh viện Y học cổ truyền, Bệnh viện Phục hồi chức năng và Điều trị bệnh nghề nghiệp TPHCM. Kết quả, chất lượng nẹp đáp ứng yêu cầu điều trị, chức năng đi lại của bệnh nhân được cải thiện sau một tháng mang nẹp. Bệnh nhân đánh giá cảm thấy thoải mái khi mang vì nẹp nhẹ, thoáng, kích thước vừa vặn, thẩm mỹ. Không có bệnh nhân bị đau khi mang nẹp, không ảnh hưởng đến da chân.

TS. Lê Phan Hoàng Chiêu, Chủ nhiệm đề tài, cho biết, vật liệu được sử dụng in 3D là Nylon PA12, có tính chất hóa lý tương đương nhựa PP đang được sử dụng làm nẹp AFO truyền thống. Với quy trình nói trên, thời gian thiết kế, chế tạo AFO được rút ngắn chỉ còn khoảng ba ngày.

Sản phẩm nẹp AFO từ in 3D. Ảnh: NNC

Theo nhóm tác giả, việc kết hợp hai giải pháp quét 3D và thiết kế 3D khắc phục được các hạn chế trong quy trình chế tạo dụng cụ chỉnh hình truyền thống. Quét 3D thay thế công đoạn bó bột tạo khuôn, không gây ra sự khó chịu cho bệnh nhân, không tiếp xúc với hóa chất có thể ảnh hưởng đến sức khỏe. Đặc biệt, việc quét 3D chỉ thực hiện một lần duy nhất là có thể lưu trữ dữ liệu số hóa chi thể bệnh nhân.

Từ dữ liệu 3D chi thể, áo nẹp được thiết kế trên phần mềm CAD, đảm bảo chính xác hơn so với áo nẹp làm thủ công. Việc thiết kế 3D nẹp trên phần mềm cho phép kỹ thuật viên cùng các bác sĩ điều chỉnh nẹp trực tiếp trên máy tính, tạo ra sản phẩm phù hợp, đáp ứng các yêu cầu vị trí tỳ đè. Dữ liệu thiết kế được chuyển qua máy in 3D để chế tạo nẹp cho kích thước chính xác hơn sản phẩm làm thủ công hiện nay.

Ngoài ra, công nghệ in 3D có thể sử dụng đa dạng các loại vật liệu nhựa khác nhau (hoặc phối trộn nhiều loại vật liệu) để tạo ra sản phẩm có tính thẩm mỹ cao, tiện lợi, đáp ứng yêu cầu điều trị cho từng cá thể bệnh nhân.

Đề tài đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu, kết quả đạt. Quy trình công nghệ này có thể chuyển giao cho các xưởng sản xuất dụng cụ chỉnh hình trong nước.