Độ chính xác của mô hình y tế in 3D bằng Form 3B

Vừa qua, một nhóm gồm 7 nhà nghiên cứu đến từ các trường đại học tại Mỹ đã công bố một nghiên cứu đánh giá độ chính xác của các mô hình y tế in 3D.

Không tập trung vào một cơ quan và một bệnh lý duy nhất như các nghiên cứu trước đó, công trình này nghiên cứu trên các mô hình y tế liên quan đến nhiều bệnh lý để có cái nhìn toàn diện hơn về bản chất.

Một điểm độc đáo khác đó là nghiên cứu chỉ tập trung vào máy in 3D resin Form 3B của Formlabs. Đây là chiếc máy in được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở y tế như nha khoa, phẫu thuật và ứng dụng cho giáo dục.

Tầm quan trọng của độ chính xác

Hiện nay, ứng dụng của in 3D ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, từ các mô hình giải phẫu đến hướng dẫn phẫu thuật và cấy ghép y tế. Nhiều bệnh viện và trung tâm y tế thậm chí còn có phòng thí nghiệm in 3D, thường được gọi là in 3D tại cơ sở chăm sóc.

Trong số các ứng dụng của in 3D, các mô hình y tế là một trong những ứng dụng phát triển nhất, có tầm quan trọng rất lớn trong việc chăm sóc bệnh nhân. Cùng với công nghệ quét 3D và tia X quang, những công cụ này đem lại giải pháp thay thế, dễ tiếp cận hơn so với việc quan sát tử thi. 

Cụ thể, các mô hình 3D trực quan giúp các bác sĩ phẫu thuật hiểu rõ về vị trí không gian và mối quan hệ giải phẫu giữa các mô và cơ quan, từ đó có được sự chuẩn bị tốt hơn cho phương pháp điều trị và cuộc phẫu thuật sắp tới.

Tuy nhiên, hiện nay thế giới vẫn chưa có một tiêu chuẩn thống nhất về độ chính xác của phép đo có thể chấp nhận được về mặt lâm sàng. Chỉ cần độ chính xác kích thước dưới 1mm là đủ.

Nếu mô hình cơ quan in 3D tồn tại những khiếm khuyết và thiếu chính xác thì sẽ ảnh hưởng đến việc đưa ra kế hoạch điều trị và gây nguy hiểm cho bệnh nhân. Do đó, chúng ta cần hiểu rõ các yếu tố nhất định như vật liệu, hình dạng, định hướng của mẫu in có thể gây ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình 3D như thế nào.

Tiến hành nghiên cứu các mô hình 3D in bằng máy Form 3B

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bằng việc in 3D bảy mô hình cơ quan khác nhau, trong đó có sáu mô hình giải phẫu và một khối tham chiếu – trong ba loại resin (Elastic, Clear và Grey Pro). Các mô hình giải phẫu được thiết kế dựa trên một số bệnh lý phổ biến, liên quan đến thần kinh, tim mạch, bụng và cơ xương.

Để đo độ chính xác của các mô hình 3D, nhóm đã sử tạo ra hai khối căn mẫu rắn đặt xung quanh mỗi bệnh lý và dùng thước panme kỹ thuật số có độ chính xác cao để đo kích thước. Các phép đo này được so sánh với kích thước thiết kế của các tệp 3D tương ứng.

Kết quả thu được là:

• Sai số tuyệt đối tối đa là dưới 1mm trên tất cả các mẫu và sai số tuyệt đối trung bình là khoảng 0.25mm.
• Điều thú vị là các mô hình rỗng lại kém chính xác hơn các mô hình rắn nhiều và các mô hình đàn hồi thì ít chính xác hơn các mô hình cứng.
• Các mẫu in với chiều cao lớp 0.1mm hay 0.05mm thì không có nhiều khác biệt về độ chính xác.
• Các mô hình được định hướng theo phương ngang trong buồng in (chiều cao theo trục Z ngắn hơn) lại có độ chính xác thấp hơn so với các mẫu được định hướng theo chiều dọc (chiều cao theo trục Z cao hơn).

Prashanth Ravi, một trong các tác giả nghiên cứu, đã đưa ra kết luận:

“Tôi tin rằng nghiên cứu này sẽ đem lại những đóng góp quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo, bằng cách kết hợp mô hình giải phẫu chính xác với quá trình thử nghiệm mô hình mô phỏng cơ quan người lần đầu tiên trong lĩnh vực in 3D y học.”

Đọc thêm

Tìm hiểu thêm về nghiên cứu tại đây. Đồng tác giả nghiên cứu Prashanth Ravi, Leonid Chepelev, Nathan Lawera và các cộng sự khác.

Năm ngoái, Đại học Công nghệ Queensland đã thực hiện một nghiên cứu tương tự về độ chính xác của công nghệ in 3D FDM trong việc tái tạo giải phẫu bằng phương pháp sản xuất bồi đắp. Nhóm nghiên cứu đã có thể chứng minh rằng việc thay đổi khoảng cách tâm giữa các lớp liền kề trong dữ liệu quét CT (slice reconstruction interval) có tác động đáng kể đến độ chính xác sao chép không gian của các mô hình giải phẫu in 3D.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Carnegie Mellon trước đây đã phát triển thành công một phương pháp in sinh học 3D mô hình tim người đúng với kích thước thật. Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) – phương pháp tiêm vật liệu polyme tự nhiên, gọi là alginate vào bồn chứa gelatin tùy chỉnh.

Nguồn: https://3dprintingindustry.com/news/u-s-researchers-evaluate-3d-printed-medical-model-accuracy-using-formlabs-technology-188813/
Dịch và biên soạn bởi 3DS Team