Công nghệ 3D Từ rạp chiếu phim tới phòng mổ tim mạch

Đặc biệt, trong lĩnh vực y học, tháng 12/2017 vừa qua, lần đầu tiên tại Việt Nam, công nghệ 3D được ứng dụng trong phẫu thuật tim tại Trung tâ m Tim mạch Bệnh viện E. Công nghệ 3D làm cho phẫu thuật trở nên vô cùng “thật”: phẫu trường rõ nét (quả tim, mạch máu, phổi...) giúp phẫu thuật viên tiến hành thao tác thuận lợi, rút ngắn thời gian mổ và hạn chế các tình huống rủi ro.

Công nghệ in 3D và in sinh học 3D - Những thay đổi kỳ diệu và phép màu trong y học

Công nghệ in 3D (còn gọi là công nghệ chế tạo đắp lớp) ra đời năm 1984. Nó là một chuỗi các công đoạn khác nhau được kết hợp để tạo ra một vật thể ba chiều. Các lớp vật liệu (nhựa, kim loại...) được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể.

Một ca phẫu thuật nội soi vá thông liên nhĩ ứng dụng công nghệ 3D tại Trung tâm Tim mạch - Bệnh viện E. Ảnh: T.Xuân

Máy in 3D thực chất là một máy chế tạo công cụ gia công bằng máy tính (CNC - computer-controlled machining tool). Người ta sẽ dùng máy quét 3 chiều để quét bộ phận muốn in, rồi dùng một phần mềm chuyên dụng xuất thành một bản thiết kế CAD (computer-aided-design), tập tin này sẽ chuyển đến máy in 3D để nó in ra. In 3D đã được ứng dụng vào sản xuất đồ chơi, phụ tùng linh kiện ôtô, máy bay, vũ khí... Trong lĩnh vực y khoa và chăm sóc sức khỏe, công nghệ in 3D mang đến một cuộc cách mạng mới.

Công nghệ in sinh học 3D để in các cơ quan cơ thể người thì sử dụng nguồn “mực sinh học” là một dung dịch giàu dưỡng chất chứa các tế bào gốc. Khi “in”, các tế bào gốc được phân bố bằng các van kiểm soát bằng vi tính để hình thành vật muốn in. Quá trình in được theo dõi bằng kính hiển vi và phải đạt điều kiện vô khuẩn tuyệt đối.

Tế bào gốc có những tính năng rất kỳ diệu, chúng có thể hình thành nhiều loại mô của cơ thể con người, giúp cho việc sửa chữa, thay thế hay tái tạo các tế bào, mô hay cơ quan của cơ thể bị tổn hại. Các nhà khoa học đã chế tạo thành công máy in sinh học 3D “in” ra tế bào gốc của phôi thai người. Loại tế bào này được trích ra từ phôi thai người, nó phát triển thành nhiều loại tế bào khác như mô não cho đến cơ bắp hay xương của con người. Đây là bước khởi đầu cho việc in ra các loại mô khác và mở ra triển vọng “in” các tế bào trực tiếp vào các bộ phận cơ thể con người. Giới nghiên cứu hi vọng sẽ tiến xa hơn nữa bằng việc lấy các tế bào sống nạp vào máy in để in ra một mô có thể phát triển thành một quả thận hay trái tim hoàn chỉnh.

Kỳ vọng sản xuất ra những bộ phận thay thế của cơ thể nhờ công nghệ in sinh học 3D

Hiện tại, công nghệ in sinh học 3D chưa thể “in” ra trọn vẹn một cơ quan để cấy ghép cho người. Nhưng các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc in được các tế bào thận, những tấm mô tim có thể đập như tim thật cũng như một số mô của các cơ quan khác.

Các nhà khoa học ở Đại học Rostock (Đức) cũng in được các mạch máu nhân tạo. Đại học Sydney (Úc) và Viện y khoa Harvard (Mỹ) thì đang phát triển phương pháp in những miếng vá tim làm bằng tế bào để điều trị tim bị hư tổn. Họ đã ghép thành công miếng vá này trên loài chuột cũng như sản xuất được các mô tim có các thuộc tính cơ sinh học như tim người thật.Những nhà khoa học dự đoán rằng khoảng một thập niên nữa có thể in được một cơ quan hoàn chỉnh với đầy đủ chức năng hoạt động như bộ phận thật.

Đó là câu chuyện của tương lai không xa. Còn giờ đây, trong tay các nhà phẫu thuật có thêm một công cụ chẩn đoán trước mổ: in hình ảnh 3D cơ quan bị bệnh để nghiên cứu biến đổi giải phẫu, lên kế hoạch mổ chi tiết từ trước khi cuộc mổ diễn ra, phẫu thuật dự kiến trước trên mô hình cơ quan bệnh đúng với kích thước của từng bệnh nhân cụ thể. Công cụ này đã được một số bệnh viện của Mỹ ứng dụng trong chuyên ngành phẫu thuật tim mạch, đặc biệt giúp sửa chữa các dị tật tim bẩm sinh phức tạp. Việc nghiên cứu trước mô hình 3D quả tim bệnh, phẫu thuật giả định trên mô hình giúp lựa chọn phương án tối ưu, rút ngắn rất nhiều thời gian mổ.

Phẫu thuật tim nội soi công nghệ 3D – Như vận hành một chiếc xe hơi đời mới với những tính năng vượt trội

Trung tâm Tim mạch - Bệnh viện E là một cơ sở y tế đi đầu trong cả nước về kỹ thuật vá thông liên nhĩ nội soi toàn bộ. Công trình nghiên cứu về phương pháp phẫu thuật tim nội soi của nhóm tác giả Trung tâm Tim mạch Bệnh viện E báo cáo tại các hội nghị khoa học quốc tế đã nhận được những phản hồi tích cực và được công bố trên tạp chí Innovations - tạp chí uy tín thế giới về phẫu thuật tim mạch.

Với hệ thống máy nội soi 3D hiện đại mà bệnh viện vừa được Nhà nước đầu tư và đi vào sử dụng hiệu quả đã tạo cơ hội mới tốt đẹp hơn cho người bệnh.

Chỉ sau gần 1 tháng triển khai, hàng chục bệnh nhân với các bệnh lý khác nhau (thay van tim, sửa van tim, vá lỗ thông liên nhĩ, lấy u nhầy trong tim, lấy u trung thất) đã được hưởng lợi từ công nghệ này với kết quả cực kỳ ấn tượng: rút ngắn thời gian mổ và hậu phẫu. Công nghệ giúp phóng đại các vi mạch nhỏ, các góc khuất trở nên rõ nét dễ tiếp cận, tập trung được dụng cụ phẫu thuật vào mục tiêu đích, do đó hạn chế làm chấn thương mô lành xung quanh, phẫu thuật viên được làm việc trong không gian 3 chiều giúp các thao tác phẫu thuật chính xác, nhanh chóng, thuận lợi.

Với việc triển khai thành công phẫu thuật nội soi công nghệ 3D, Trung tâm Tim mạch Bệnh viện E trở thành cơ sở đầu tiên trong cả nước ứng dụng công nghệ 3D vào phẫu thuật tim mạch và các bệnh lý lồng ngực - một chuyên ngành phẫu thuật đặc biệt, phức tạp. Nếu so sánh bạn đang phẫu thuật với công nghệ cũ như lái chiếc xe KIA Morning đã qua sử dụng thì giờ đây, với phẫu thuật nội soi công nghệ 3D, bạn đang điều khiển một chiếc Lexus 7 chỗ nhập nguyên chiếc còn mới: thoải mái, hiệu quả và an toàn hơn.

Hy vọng một ngày không xa, công nghệ in quả tim 3D sẽ được ứng dụng tại Việt Nam và trở thành một phương tiện thường quy trước mổ giống như siêu âm tim hiện nay, giúp cho phẫu thuật trở nên thuận lợi hơn, giảm đến mức thấp nhất tỉ lệ rủi ro, đem lại nhiều cơ hội có một trái tim khỏe mạnh hơn cho các bệnh nhân tim mạch, đặc biệt những bệnh nhi không may mắc phải các dị tật tim mạch bẩm sinh.

Máy in sinh học 3D sử dụng nguồn “mực sinh học” là dung dịch giàu dinh dưỡng chứa các tế bào gốc.

Tái tạo một quả tim người thật bằng công nghệ in 3D.

Mô hình tim được in bằng công nghệ 3D có kích cỡ bằng với phiên bản thực. Trái tim 3D này giúp các bác sĩ lên kế hoạch mổ chi tiết và phẫu thuật dự kiến trước trên mô hình trước khi tiến hành phẫu thuật chính thức trên cơ thể người bệnh.

Tái tạo van tim từ công nghệ in 3D.

ThS.BS. Nguyễn Công Hựu