Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong y tế
Không còn mới mẻ trên thế giới nhưng việc ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong y tế mới được triển khai một cách dè dặt ở Việt Nam thông qua sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Công nghệ thông tin (ĐH Quốc gia Hà Nội) và các bác sỹ bệnh viện Trung ương Quân đội 108 khi cùng thực hiện một phần dự án “Nâng cao nguồn nhân lực chất lượng cao cho Việt Nam trong thiết kế và phát triển sản phẩm, sáng tạo và khởi nghiệp” (HAPIE) do Hội đồng Anh tài trợ. Dự án đã góp phần mở ra một hướng nghiên cứu mới về kỹ thuật y sinh tại Việt Nam.
PGS. TS Trần Đức Tăng giới thiệu về ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh tại tọa đàm “Nâng cao cơ hội việc làm cho sinh viên KH&CN”. Ảnh: Thu Quỳnh.
Tại tọa đàm “Nâng cao cơ hội việc làm cho sinh viên KH&CN” do tạp chí Tia Sáng và một số nhà nghiên cứu thuộc các trường đại học, công ty công nghệ phối hợp tổ chức vào tháng 4/2017, PGS. TS Trần Đức Tăng (Trưởng Trung tâm Công nghệ, Học viện Kỹ thuật quân sự) giải thích vì sao có sự kết hợp của cơ học điện tử và y học: “Công nghệ thông tin là cầu nối cơ học điện tử, lĩnh vực sử dụng nhiều ứng dụng phần mềm trong thiết kế mẫu, điều khiển máy móc, với ngành y, vốn được trang bị nhiều máy móc hiện đại như máy chụp cắt lớp CT, máy cộng hưởng từ MRI… nên có nhiều dữ liệu hình ảnh, số liệu. Dựa trên những dữ liệu này, các nhà nghiên cứu dùng các công nghệ phần mềm tạo mẫu nhanh của ngành cơ điện tử để mô hình hóa những chi tiết, bộ phận cần được cấy ghép, sau đó ‘chế tạo’ chúng trên máy in 3 D chuyên dụng. Áp dụng quy trình kỹ thuật này sẽ tạo ra rất nhiều tiềm năng ứng dụng cho y học Việt Nam”.
Việc đưa những công nghệ phần mềm của cơ điện tử vào ứng dụng trong y tế có khó thực hiện? TS. Lê Hoài Châu, nhà nghiên cứu và sáng lập BM Research&Development, một startup chuyên cung cấp các dịch vụ về kết cấu tối ưu chịu lực cho nhiều hãng ô tô, cơ khí của Mỹ, giải thích, “việc dùng các thuật toán để tính toán và dùng các phần mềm chuyên dụng của cơ điện tử vào y sinh để mô hình hóa hình ảnh cũng không quá phức tạp. Nhìn chung, phương pháp thực hiện và phân tích tối ưu ở cả hai lĩnh vực này đều giống nhau, sự khác biệt chỉ là cần biến đổi giao diện đồ họa cho phù hợp với yêu cầu chuyên môn từng lĩnh vực”. Trên cơ sở kinh nghiệm đúc rút từ thực tế, PGS. TS Trần Đức Tăng nhấn mạnh, “nhà nghiên cứu phải biết kết hợp nhiều công cụ phần mềm trong quá trình xử lý hình ảnh dữ liệu, sử dụng nó một cách thuần thục để chuyển các hình ảnh dữ liệu thành mô hình có kích thước, hình dáng sát với thực tế và ít sai số”.
Chính vì thấy cơ hội ứng dụng của cơ điện tử trong y sinh, PGS. TS Trần Đức Tăng đã cùng đồng nghiệp thực hiện đề tài nhánh “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong y tế” của HAPIE, dự án quy tụ các nhà nghiên cứu thuộc năm trường đại học Anh và hơn 10 trường đại học, công ty khởi nghiệp Việt Nam, thực hiện từ tháng 3/2016 đến tháng 5/2017.
Những hiểu biết về công cụ phần mềm tích lũy trong nhiều năm đã được PGS. TS Trần Đức Tăng và đồng nghiệp xử lý các dữ liệu hình ảnh và thông số kỹ thuật chụp cắt lớp CT và cộng hưởng từ MRI của ba bệnh nhân Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 bị khuyết thiếu xương hàm dưới và xương hốc mắt trên thành các định dạng tương thích. Với sự hỗ trợ của Phạm Bá Mấy (Viện Công nghệ thông tin, ĐH Quốc gia Hà Nội), tuy đang làm nghiên cứu sinh về kỹ thuật y sinh với TS. Lê Chí Hiếu nhưng đã có khá nhiều kinh nghiệm xây dựng phần mềm các bộ phận cơ thể con người để ứng dụng trong pháp y, họ đã mô hình hóa các bộ phận khuyết thiếu này dưới dạng hình ảnh ba chiều và in mẫu thử bằng nhựa trên máy in 3 D của Học viện Kỹ thuật quân sự.
Trong vòng một năm, ba trường hợp tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 đã được mổ và thay thế bộ phận khiếm khuyết, “đó là số ít ca đầu tiên ở Việt Nam được triển khai bằng công nghệ mới”, bác sỹ Vũ Ngọc Lâm (Khoa Phẫu thuật hàm mặt và tạo hình, Bệnh viện Trung ương Quân đội 108), người phụ trách ba ca mổ này, cho biết.
Kết hợp giữa cơ điện tử và y học
Theo PGS. TS Trần Đức Tăng, cách đây 15 năm, anh vẫn còn tập trung vào các công nghệ CAD, CAE, CAM, RE, RP để thiết kế, chế tạo khuôn mẫu các bộ phận máy móc, sản phẩm cơ khí và chưa mấy quan tâm đến việc ứng dụng các kỹ thuật phần mềm cơ điện tử vào y tế, dù TS. Lê Chí Hiếu, người bạn cùng thầy hướng dẫn của anh ở Học viện Công nghệ châu Á (Thái Lan) đã theo đuổi hướng nghiên cứu này.
Khoảng năm năm trở lại, trong quá trình nghiên cứu và trao đổi với TS. Lê Chí Hiếu, hiện làm việc tại trường Đại học Greenwich (Anh), anh mới hướng dần quan tâm tới lĩnh vực ứng dụng này từ đó. “Tôi đã gửi hồ sơ đề xuất tới Quỹ Nafosted, ‘Xây dựng thuật toán xác định và tránh va chạm cho máy CNC năm trục theo hướng tiếp cận đa mục tiêu’ để có thể điều khiển năm trục của máy CNC trong cùng một thời gian, qua đó gia công được những chi tiết có hình dạng phức tạp, vốn được dùng cho nhiều mục đích khác nhau”, PGS. TS Tăng cho biết.
Mô hình xương hốc mắt trên bằng nhựa được in 3 D. Ảnh: NVCC.
Thực hiện từ năm 2011 đến 2015, tuy đề tài do Quỹ Nafosted tài trợ không liên quan trực tiếp đến y sinh nhưng cũng giúp anh rất nhiều trong việc mô hình hóa những chi tiết phức tạp, tinh tế như những bộ phận cơ thể người và nhất là “mở rộng quan điểm ứng dụng công nghệ vào những địa hạt mới mẻ”, anh chia sẻ với phóng viên Tia Sáng.
Trong buổi báo cáo kết quả nghiên cứu đầu tiên tại bệnh viện Trung ương Quân đội 108 vào năm 2016, bác sỹ Vũ Ngọc Lâm bất ngờ trước khả năng “vô tiền khoáng hậu” mà công nghệ tạo mẫu nhanh mang lại. Thay vì chỉ nhìn thấy hình ảnh hai chiều được chụp cắt lớp trên giấy như trước, nay họ có thể chạm vào bộ phận cơ thể bị khuyết thiếu như xương hàm có hình dáng “chính xác đến ngạc nhiên” so với thực tế. Không chỉ dừng ở đây, mô hình sản phẩm còn giúp họ chuẩn bị tốt cho các ca cấy ghép thông qua việc lập kế hoạch tiền phẫu thuật: xác định các bước phẫu thuật như cắt ghép chính xác ở vị trí nào, đường cắt như ra sao, trực quan hình dáng, kích thước của bộ phận ghép. Bác sỹ Vũ Ngọc Lâm chia sẻ niềm vui với PGS. TS Trần Đức Tăng, “mừng quá Tăng ơi, chỉ hơi tiếc là bây giờ bọn anh mới biết công nghệ này”.
Không làm trong ngành y nên lúc đó PGS. TS Trần Đức Tăng vẫn chưa hiểu hết niềm vui của bác sỹ Lâm. Chỉ sau khi chứng kiến cả ba ca ghép thành công, anh mới thấy hết giá trị mà ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh đưa lại: nghiên cứu mô hình 3 D giúp các bác sỹ thành thục các động tác và các bước phẫu thuật, thậm chí dự đoán một số tình huống có thể xảy ra, qua đó giảm thời gian phẫu thuật và gia tăng độ thành công của ca mổ.
Xây dựng mạng lưới các nhà nghiên cứu kỹ thuật y sinh
Vào đầu tháng 6/2017, PGS. TS Trần Đức Tăng và cộng sự sẽ có cơ hội báo cáo về ba trường hợp thành công này tại phiên họp tổng kết dự án HAPIE. Tuy có thể mãn nguyện phần nào về kết quả sau một năm triển khai nhưng PGS. TS Trần Đức Tăng vẫn chưa hết suy tư, “vì thấy vẫn có khả năng làm tốt hơn nữa. Hiện nay mình mới chỉ thực hiện được giai đoạn đầu, tức là thiết kế và mô hình hóa để làm ra mẫu thử bằng nhựa, còn công đoạn quan trọng tiếp theo là in sản phẩm trên máy in 3 D chuyên dụng bằng các vật liệu nhân tạo có phủ một loại vật liệu sinh học có khả năng tương thích với cơ thể con người để cấy ghép thì vẫn chưa làm được”. Hiện nay, các bác sỹ vẫn phải thực hiện thêm ít nhất một ca phẫu thuật khác để lấy xương, ví dụ như xương mác, và ghép tự thân cho bệnh nhân.
Nguyên nhân chính là “Việt Nam chưa có máy in 3 D chuyên dụng nên nếu có nhu cầu sẽ phải đặt hàng ở nước ngoài với giá thành rất cao, chưa bệnh nhân nào dám bỏ tiền chi trả”, PGS. TS Trần Đức Tăng cho biết. Vì thế, mơ ước hiện tại của những nhà nghiên cứu là có đủ kinh phí mua một chiếc máy chuyên dụng để có thể chủ động thực hiện các ca cấy ghép hoàn toàn theo công nghệ mới, “lúc đó chỉ cần mổ và lắp đúng phần khuyết thiếu vào, thế là xong” như lời bộc bạch của PGS. TS Trần Đức Tăng. Để hoàn thành theo phương thức hoàn chỉnh “thế là xong” như vậy thì cần tới trên 20 tỷ đồng cho một cỗ máy, khoản đầu tư lớn vào một hướng ứng dụng còn quá mới ở Việt Nam cũng như sự đồng ý cấp phép của Bộ Y tế “vì không thể cứ in 3 D ra cái gì là có thể tự do cấy ghép”, anh cho biết.
Việc triển khai đề tài đã tạo điều kiện cho PGS. TS Trần Đức Tăng quy tụ một mạng lưới “anh em” nòng cốt, những nhà nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực cơ điện tử, công nghệ thông tin, y sinh… có khả năng hỗ trợ nhau rất tốt trong công việc, và cơ hội “móc nối” với những nhà nghiên cứu khác để mở rộng mạng lưới. Theo PGT. TS Trần Đức Tăng, “muốn phát triển hướng mới như thế này, chúng tôi cần nhân rộng số người biết sử dụng các công cụ phần mềm chuyên biệt, nghĩa là trước khi thuyết phục được lãnh đạo đầu tư kinh phí, cần tập hợp được nhân lực”.
Sự cẩn trọng này không thừa. Cách đây 15 năm, TS. Lê Chí Hiếu là người đi tiên phong ở Việt Nam với đề tài về ứng dụng thiết kế, chế tạo mảnh sọ ghép. Đề tài thành công, hứa hẹn hướng đi tiềm năng nhưng lại bị bỏ lửng vì không có ai tiếp nối sau khi TS. Lê Chí Hiếu ra nước ngoài làm việc.
Vì vậy, PGS. TS Trần Đức Tăng đang chuẩn bị cho kế hoạch kết nối với những nhà nghiên cứu ở một số trường đại học, bệnh viện trong và ngoài quân đội với mục tiêu anh chia sẻ với Tia Sáng, “ít nhất thì việc ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh sẽ giúp ích cho công tác giảng dạy ở các trường đại học y cũng như hỗ trợ công việc hằng ngày của các bác sỹ phẫu thuật chỉnh hình, thẩm mỹ…”.
