Từ yêu cầu điều trị một ca bệnh ung thư xương phức tạp, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học, Đại học VinUni đã phát triển giải pháp thiết kế, chế tạo implant (bộ phận cấy ghép) bằng titan ứng dụng công nghệ in 3D, phù hợp với cấu trúc giải phẫu của từng bệnh nhân. Giải pháp không chỉ mở ra hướng tiếp cận mới trong tái tạo các khuyết hổng xương phức tạp mà còn góp phần từng bước làm chủ công nghệ sản xuất thiết bị y tế cá thể hóa tại Việt Nam.

Giải pháp “Implant xương cá thể hóa ứng dụng công nghệ in 3D kim loại” là một trong những dự án gây chú ý tại Cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2026. Điểm nổi bật của công trình là khả năng thiết kế và chế tạo các bộ phận cấy ghép theo đặc điểm giải phẫu riêng của người bệnh, đáp ứng những trường hợp tổn thương xương lớn mà các sản phẩm cấy ghép tiêu chuẩn khó có thể thay thế phù hợp.

Khởi nguồn từ một ca bệnh phức tạp

Theo BS Nguyễn Viết Hoàng, Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học, Đại học VinUni, ý tưởng nghiên cứu được thúc đẩy từ những yêu cầu thực tế trong điều trị ung thư xương và tái tạo các khuyết hổng xương lớn.

Tháng 8/2024, nhóm kỹ sư tại VinUni tiếp nhận yêu cầu hỗ trợ tái tạo thành ngực cho một bệnh nhân nữ 55 tuổi. Khối u lớn đã xâm lấn các xương sườn số 2, 3, 4 bên trái và một phần xương ức. Để loại bỏ tổn thương, các bác sĩ buộc phải cắt bỏ phần xương bị xâm lấn, tạo ra khoảng khuyết lớn ở thành ngực phía trước, gần tim và phổi.

Bài toán đặt ra không đơn thuần là chế tạo một bộ phận thay thế phần xương đã mất. Implant phải có hình dạng phù hợp với cấu trúc giải phẫu của bệnh nhân, đủ độ bền để bảo vệ các cơ quan bên trong, đồng thời phải đáp ứng chuyển động co giãn của lồng ngực trong quá trình hô hấp.

Từ dữ liệu chụp cắt lớp của bệnh nhân, nhóm nghiên cứu tiến hành dựng mô hình giải phẫu ba chiều, xác định chính xác phạm vi xương cần thay thế. Trên cơ sở đó, các kỹ sư tính toán hình dạng, độ dày, vị trí cố định, khả năng chịu lực và phương án đưa implant vào cơ thể trong quá trình phẫu thuật.

Sau quá trình thiết kế, mô phỏng và điều chỉnh, bộ phận cấy ghép được chế tạo bằng công nghệ in 3D vật liệu titan và đưa vào sử dụng trong ca phẫu thuật ngày 11/9/2024. Theo thông tin được Vinmec công bố, đây là trường hợp đầu tiên tại Đông Nam Á sử dụng cấu trúc titan in 3D để tái tạo thành ngực.

Đến nay, implant titan được cấy ghép cho bệnh nhân vẫn hoạt động tốt, duy trì chức năng bảo vệ thành ngực và không cản trở hoạt động hô hấp. Với nhóm nghiên cứu, đây là minh chứng rõ nét cho khả năng đưa sản phẩm công nghệ do đội ngũ trong nước thiết kế, chế tạo vào ứng dụng trực tiếp trong điều trị.

Theo nhóm nghiên cứu, đến nay giải pháp đã hỗ trợ điều trị cho 15 bệnh nhân có tổn thương xương phức tạp, trong đó có những trường hợp mà các phương án cấy ghép thông thường khó đáp ứng đầy đủ yêu cầu chuyên môn.

Làm chủ quy trình thiết kế và chế tạo implant cá thể hóa

Theo BS Nguyễn Viết Hoàng, implant xương hiện nay thường được sản xuất theo kích thước và hình thái giải phẫu tiêu chuẩn. Tuy nhiên, cấu trúc xương của mỗi người có sự khác biệt, đặc biệt ở những bệnh nhân bị tổn thương do ung thư hoặc chấn thương nghiêm trọng. Vì vậy, trong nhiều trường hợp, sản phẩm thương mại có sẵn không thể đáp ứng chính xác yêu cầu điều trị.

Công nghệ implant cá thể hóa đã được ứng dụng tại một số quốc gia, nhưng nếu phải đặt hàng từ nước ngoài, người bệnh có thể phải chờ nhiều tuần, thậm chí nhiều tháng. Khoảng thời gian này có thể ảnh hưởng đáng kể đến tiến trình điều trị, nhất là đối với bệnh nhân ung thư xương.

Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học lựa chọn hướng nội địa hóa toàn bộ quy trình phát triển sản phẩm, từ xây dựng phần mềm thiết kế đến đầu tư hệ thống phần cứng chế tạo ngay tại Việt Nam.

Hệ thống công nghệ gồm các máy trạm xử lý dữ liệu, dây chuyền in 3D hợp kim titan và hệ thống hoàn thiện bề mặt, kiểm tra kích thước, đóng gói sản phẩm. Song song với đó là phần mềm chuyên dụng có khả năng chuyển đổi dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT), cộng hưởng từ (MRI) thành mô hình giải phẫu 3D; hỗ trợ thiết kế implant theo từng bệnh nhân, mô phỏng khả năng chịu lực và xuất dữ liệu phục vụ chế tạo.

Nhờ chủ động quy trình thiết kế và sản xuất, thời gian chế tạo implant cá thể hóa được rút ngắn từ vài tháng xuống còn vài tuần.

Theo nhóm nghiên cứu, thách thức lớn nhất không chỉ nằm ở công nghệ in 3D kim loại mà còn ở khâu thiết kế. Một implant đạt yêu cầu phải đồng thời phù hợp với giải phẫu, đáp ứng chức năng sinh học, bảo đảm độ bền cơ học và có khả năng cố định chắc chắn sau khi cấy ghép.

Yêu cầu kỹ thuật cũng khác nhau tùy vị trí tổn thương. Implant xương chậu phải chịu được lực tác động trong các hoạt động như đứng, đi lại, ngồi hoặc lên xuống cầu thang. Trong khi đó, implant thành ngực cần thích ứng với chuyển động liên tục của lồng ngực khi hô hấp.

Với ca bệnh tái tạo thành ngực năm 2024, nhóm nghiên cứu đã dành gần ba tuần để nghiên cứu, điều chỉnh nhiều phương án, thực hiện hàng chục tình huống mô phỏng trước khi lựa chọn thiết kế phù hợp. Các yếu tố như phương thức cố định, lực tác động, đặc điểm hình học và khả năng triển khai trong phẫu thuật đều được tính toán kỹ lưỡng.

Việc phát hiện và xử lý những vấn đề kỹ thuật ngay từ khâu mô phỏng, thử nghiệm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, giúp hạn chế rủi ro trước khi sản phẩm được đưa vào cơ thể người bệnh.

Rút ngắn thời gian chờ đợi, mở rộng cơ hội điều trị

Một trong những lợi thế nổi bật của giải pháp do nhóm nghiên cứu phát triển là khả năng chủ động thiết kế, điều chỉnh và chế tạo implant ngay trong nước. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn cung từ nước ngoài, đồng thời tạo điều kiện để bác sĩ và kỹ sư phối hợp trực tiếp trong suốt quá trình xây dựng phương án điều trị.

Thực tế, cuối tháng 11/2023, nhóm từng tham gia giải quyết một trường hợp bệnh nhân ung thư xương cần thay thế đồng thời một phần lớn xương chậu và phần trên xương đùi. Với những ca bệnh phức tạp như vậy, quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo implant ở nước ngoài được ước tính cần ít nhất hai tháng.

Đối với tổn thương tại vùng xương chậu, việc thiết kế implant không chỉ nhằm thay thế phần xương bị mất mà còn phải tính toán các điểm bám của gân, cơ để bảo đảm khả năng vận động của người bệnh sau phẫu thuật. Do đó, bác sĩ và kỹ sư phải phối hợp chặt chẽ, liên tục điều chỉnh phương án nhằm bảo đảm tính khả thi trong chế tạo và hiệu quả điều trị.

Ở trường hợp này, ca phẫu thuật được thực hiện vào cuối tháng 12/2023, chưa đầy một tháng sau khi bệnh nhân nhập viện. Theo BS Nguyễn Viết Hoàng, ngay cả khi chưa nội địa hóa hoàn toàn quá trình sản xuất, việc chủ động thiết kế và phối hợp trực tiếp giữa đội ngũ bác sĩ, kỹ sư trong nước đã giúp rút ngắn đáng kể thời gian chờ đợi của người bệnh.

Đối với bệnh nhân ung thư xương, việc tiếp cận sớm phương án phẫu thuật phù hợp có ý nghĩa quan trọng. Vì vậy, khả năng rút ngắn thời gian thiết kế, chế tạo implant không chỉ mang ý nghĩa về mặt công nghệ mà còn góp phần cải thiện cơ hội tiếp cận điều trị cho người bệnh.

Hướng tới ứng dụng thường quy trong các bệnh viện

Đầu tháng 10/2026, giải pháp “Implant xương cá thể hóa ứng dụng công nghệ in 3D kim loại” là một trong năm dự án khoa học doanh nghiệp đạt giải tại Cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2026.

Tại vòng chung kết, Ban Giám khảo đánh giá cao khả năng nội địa hóa quy trình phát triển implant titan của nhóm nghiên cứu. Đây là lĩnh vực đòi hỏi sự kết hợp giữa mô phỏng kỹ thuật phức tạp, kiểm soát độ chính xác, độ bền cơ học và quy trình hoàn thiện, kiểm tra sản phẩm sau in 3D.

Việc làm chủ các công đoạn này giúp đội ngũ y tế có thêm phương án xử lý những khuyết hổng xương phức tạp, chủ động điều chỉnh thiết kế theo từng trường hợp và giảm thời gian chờ đợi của người bệnh.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu hướng tới hoàn thiện quy trình kiểm soát thiết kế, sản xuất, kiểm định an toàn và đáp ứng các yêu cầu pháp lý đối với thiết bị y tế. Mục tiêu là từng bước đưa implant cá thể hóa trở thành giải pháp có thể ứng dụng thường quy tại nhiều bệnh viện, mở rộng khả năng tiếp cận cho bệnh nhân trong nước.

Tuy nhiên, đối với các sản phẩm implant, hiệu quả không chỉ được đánh giá qua khả năng thực hiện thành công ca phẫu thuật mà còn cần tiếp tục theo dõi khả năng phục hồi chức năng, độ ổn định và hiệu quả sử dụng lâu dài sau cấy ghép.

Từ những ca bệnh khó trong thực tiễn, công trình của nhóm nghiên cứu tại VinUni cho thấy tiềm năng của việc kết hợp y học, kỹ thuật cơ khí, công nghệ vật liệu và công nghệ in 3D trong phát triển các giải pháp điều trị cá thể hóa. Quan trọng hơn, việc từng bước làm chủ quy trình thiết kế và chế tạo implant ngay tại Việt Nam góp phần mở ra hướng phát triển mới cho lĩnh vực thiết bị y tế công nghệ cao, giảm phụ thuộc vào sản phẩm nhập khẩu và nâng cao khả năng tiếp cận các phương pháp điều trị tiên tiến cho người bệnh.

Nguồn: Tổng hợp