Kỹ thuật ngược trong y học

WMT

Active Member
Moderator
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính, công nghệ CAD/CAM/CAE được ứng dụng ngày càng sâu rộng trên rất nhiều lĩnh vực của đời sống, trong đó ứng dụng trong y học đã mạng lại hiệu quả rất cao trong chuẩn đoán hình ảnh và chế tạo các bộ phận giả thay thế cho con người. Các ứng dụng của kỹ thuật quang học trong công nghệ ngược (Reverse Engineering) để chuẩn đoán và điều trị y khoa có thể kể đến:
- Chuẩn đoán bằng hình ảnh
- Điều trị nha khoa
- Phẫu thuật thay thế đầu gối
- Phẫu thuật thay tim nhân tạo

1. Chuẩn đoán hình ảnh
Đây là phương pháp sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn và cực ngắn chiếu xuyên qua vật thể để thu hình ảnh (khác với các phương pháp dùng trong cơ khí là thu ảnh bằng ánh sáng phản xạ) mặt cắt ngang của vật.
Có hai dạng ảnh sử dụng là: Chụp cắt lớp bằng máy tính (Computerized Tomography_CT) và chụp ảnh bằng cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging_MRI). Đây là hai phương pháp tiên tiến nhất cho chuẩn đoán hình ảnh y khoa và các ứng dụng của kỹ thuật ngược

1.1 CT là một công nghệ hiện đại cho phép xây dựng lại cấu trúc 3D của vật thể từ dữ liệu ảnh 2D. Ra đời từ đầu thập niên 70, công nghệ này thực sự đã làm nên một cuộc cách mạng trong chuẩn đoán hình ảnh y khoa, đặc biệt là các chuẩn đoán khó thuộc các mô mền và cơ quan nội tạng con người.
CT là phương pháp không phá hủy cho phép hiện thị một cách trực quan cấu trúc 3 chiều bên trong của một đối tượng. Công nghệ cho phép sử dụng tia X để tạo ảnh mặt cắt ngang 2D xoay quanh một trục của đối tượng.

Các phân tử vật chất ở các mức trạng thái khác nhau có khả năng hấp thụ năng lượng khác nhau nên chùm tia đi qua sẽ có mức năng lượng thay đổi.Trên cơ sở đó bằng việc chiếu một chùm mỏng tia X (hoặc Y) xuyên qua một mặt phẳng của đối tượng từ nhiều góc độ khác nhau và đo số lượng các bức xạ đi qua dọc theo những phương khác nhau, mật độ suy giảm của chùm tia sau đó được hình thành cho bề mặt mà chùm tia quét qua. Đó chính là cơ sở của ảnh mặt cắt ngang thể hiện cấu trúc vật chất bề mặt mà chùm tai đi qua.
CT được sử dụng nhiều cho các ứng dụng y học, tuy nhiên, hiện tại nó còn được mở rộng và thích nghi đa dạng trong công nghiệp và các công việc mô hình hóa 3D khác.Ngày nay, công nghiệp cắt lớp bằng máy tính CT và các công nghệ liên quan ( digital computer laminography) có tính thương mại cao và chuyên dụng cho các ứng dụng công nghiệp. Những thiết bị chụp X quang và vi cắt lớp chính xác có thể giải quyết được những chi tiết nhỏ cỡ vài phần mười mi-crong, thậm trí tạo ảnh từ những vật liệu có mật độ phân tử tương đối cao. Nó phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau, từ đá cứng, xương, gốm, kim loại cho đến các mô mềm.

2.2. MRI là công nghệ tạo ảnh trạng thái đối tượng bằng việc sử dụng từ tính và sóng điện từ, cho ảnh mặt cắt ngang của cơ thể người mà không sử dụng bức xạ trực tiếp. Đây là phương pháp cho ảnh chất lượng cao. Nguyên lý của phương pháp này là đặt cơ thể trong một trường điện từ mạnh, điều chỉnh tần số dao động điện từ, từng proton có trong cơ thể sẽ hấp thu năng lượng khác nhau chuyển mức trạng thái và phát ra tín hiệu bằng các bức xạ. Những tín hiệu này được thu và xử lý để xây dựng ảnh cắt ngang. So với CT, MRI cho chất lượng ảnh cao hơn khi phân tích tình trạng các mô mền trong cơ thể như : cơ quan nội tạng, tổ chức cơ, gân , dây chằng, sụn của nhiều bộ phận trong cơ thể
Hinh1. Nguyên lý làm việc của thiết bị quét cắt lớp bằng máy tính​
 

WMT

Active Member
Moderator
re

2. Điều trị nha khoa
Chỉnh nha là một chuyên ngành của Răng Hàm Mặt, chuyên chuẩn đoán, điều trị những lệch lạc răng và khuôn mặt như răng khấp khểnh, chen chúc, cắn chìa, cắn sâu, cắn chéo, cắn hở, răng xô lệch, răng thưa, vẩu hoặc móm. Điều trị chỉnh nha đòi hỏi những hiểu biết và kỹ năng chuyên biệt để thiết kế, sử dụng và kiểm soát những khí cụ chỉnh nha để dịch chuyển răng và xương hàm vào vị trí đúng và tạo nên khuôn mặt cân đối.
Theo công nghệ truyền thống, để điều chỉnh răng, cần có một khung thép không gỉ gắn cứng vào hàm, bao gồm các mắc cài gắn lên bề mặt răng, đai giữ và dây liên kết có tính đàn hồi để tạo lực nắn răng theo yêu cầu. Hệ thống này khi điều trị đòi hỏi kéo dài, phần nào ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ khi cười và ít nhiêu gây khó chịu trong sinh hoạt.

Hinh2. Chỉnh nha bằng hai phương pháp​
Phục hồi nha là công tác tái tạo lại các bộ phận của răng bị chết, gẫy, thay thế răng bị lão hóa, hàn_phủ thẩm mỹ. Khi chưa có công nghệ quét 3D răng được lấy mẫu bằng cách in lên nền chất dẻo, do độ chính xác không đảm bảo nên thường với toàn bộ hàm răng giả có thể dẫn đến không phù hợp và cân đối làm các cơ hàm dễ bị lệch dẫn đến khuôn mặt không cân đối.

Theo công nghệ hiện đại có ứng dụng CAD CAM, quá trình điều trị có sự thay đổi từ khâu thiết kế, phân tích và thực thi. Công nghệ tiên tiến nhất hiện tại được biết đến là công nghệ Invisalign, với việc ứng dụng CAD và CAE trong thiết kế phân tích đối tượng để phù hợp với từng khuôn mặt, CAM trong chế tạo và các vật liệu tiên tiến giúp cho công tác chỉnh nha không còn những bất tiện của việc sử dụng hệ thống mắc cài và rút ngắn rất nhiều thời gian chế tạo mẫu thay thế đồng thời cho độ chính xác rất cao
Do mang tính đặc thu cao nên hệ thống trang bị nha khoa có ứng dụng CAD CAM là một mạng khép kín bao gồm máy quét 3D, phần mền thiết kế ngược, máy tạo mẫu, máy phay 5 trục, bàn, tủ vật liệu, tất cả đều được điều khiển bởi một máy tính.

Hình 3. Hệ thống CAD CAM Everest cho nha khoa

Hình 4, Gia công răng giả (vật liệu hợp kim Titan)​

Quá trình chỉnh nha bằng công nghệ Invisalign trải qua 6 bước xử lý sau
1. Quét tạo hình: Nghiên cứu kết cấu của hàm răng, thực hiện quét cắt lớp toàn bộ hàm răng
2. Xử lý dữ liệu: dữ liệu được mô hình hóa trên máy tính, tại đây các thông số về độ lệch , tỷ lệ không cân đối giữa hai hàm, các nghiên cứu này dựa trên sự phát triển bình thường của răng.
3. Phân tích: đánh giá khả năng nắn chỉnh, dữ liệu được mô phỏng tiến độ điều chỉnh sau hai tuần dưới dạng 3D, khi đó bệnh nhân có thể trực tiếp quan sát quá trình răng phát triển có sự can thiệp.Quá trình này giống như mô phỏng phân tích CAE trong cơ khí.
4. Đánh giá quá trình : Quá trình lặp lại cho bước trên, dữ liệu bây giờ là giai đoạn kế tiếp sau hai tuần ở trên.
5. Tạo mẫu: với chỉnh nha, mẫu được tạo nhanh bằng các vật liệu đặc biệt, trong suốt rất mỏng và nhẹ để bệnh nhân đeo. Với phục hồi, tùy theo vật liệu, răng được gia công trên máy CNC 5 trục hay tạo mẫu nhanh.
6. Hoàn thiện: sau thời gian khoảng 6 tháng, quá trình trên cơ bản hoàn thện. Toàn bộ dữ liệu được lưu trữ và theo dõi.


Hình 5. Hàm răng đẹp có trợ giúp của CAD CAM​
 
Last edited:
Top