Trung tâm Công nghệ Hỗ trợ Phục hồi Chức năng Hồ Bắc ứng dụng phần mềm Geomagic Freeform trong thiết kế chân tay giả và nẹp chỉnh hình in 3D.
Công nghệ in 3D và thiết kế 3D đang mở ra những đổi mới mang tính đột phá trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Tại Trung Quốc, Trung tâm Công nghệ Hỗ trợ Phục hồi Chức năng Hồ Bắc (HRATC) đã nhận thấy tiềm năng này và tận dụng các công nghệ tiên tiến để sản xuất chân tay giả tùy chỉnh cho từng bệnh nhân. Hiện tại, người dùng của họ đã bắt đầu hưởng lợi từ những thành quả đó.
Dưới đây là ví dụ về một bệnh bị mất cả hai chân trong một tai nạn lao động. Ban đầu, ông sử dụng chân giả sản xuất theo phương pháp truyền thống, nhưng chúng có hai nhược điểm lớn – nặng và bí khí, khiến ông đổ mồ hôi và ngứa khi hoạt động.
Để giải quyết vấn đề này, đội ngũ HRATC đã thiết kế thành công cặp chân giả mới bằng phần mềm thiết kế hữu cơ 3D – Geomagic Freeform.
Bệnh nhân chia sẻ:
“Trước đây tôi luôn cảm thấy mình là gánh nặng cho gia đình. Kể từ khi sử dụng đôi chân trợ giúp được sản xuất bằng công nghệ in 3D, tôi có thể tự làm nhiều việc nhà như đi chợ, nấu ăn, giặt giũ, thậm chí là khiêng cả bình gas. Tôi từng đi bộ được 2.5 km. Công nghệ này đã trao sức mạnh cho những người khuyết tật như tôi.”
Bệnh nhân di chuyên bằng chân giả in 3D
Đây chỉ là một trong rấtnhiều bệnh nhân đã được hưởng lợi từ cách tiếp cận tiên phong của Trung tâm Công nghệ Hỗ trợ Phục hồi Chức năng Hồ Bắc (HRATC) trong sản xuất các thiết bị hỗ trợ phục hồi.
Trung tâm hoạt động trong nghiên cứu – phát triển (R&D), cung cấp và phân phối các loại chân tay giả và thiết bị trợ giúp cho người khuyết tật và người cao tuổi.
Từ năm 2014, HRATC đã đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ sản xuất bồi đắp để chế tạo chân tay giả và nẹp chỉnh hình, mở ra hướng đi mới cho lĩnh vực thiết bị y tế phục hồi chức năng tại Trung Quốc.
Định hình lại quy trình chế tạo chân tay giả
Theo phương pháp truyền thống, chân tay giả thường được chế tạo từ da, nhôm và các vật liệu khác. Trong đó, công nghệ phổ biến nhất để tạo ổ cắm nhựa (resin socket) – bộ phận nối giữa phần chi còn lại và chân tay giả – là dùng băng thạch cao để tạo khuôn, sau đó cắt gọt, định hình và lắp ráp cùng vật liệu nhựa. Quy trình này đòi hỏi nhiều công sức, tốn thời gian, và sản phẩm cuối cùng thường có trọng lượng lớn.
Sự xuất hiện của công nghệ sản xuất bồi đắp đã mang đến bước ngoặt lớn cho lĩnh vực nẹp chỉnh hình và chân tay giả (O&P), giúp cải thiện đáng kể độ vừa vặn và thoải mái cho người dùng.
Để triển khai công nghệ mới này, đội ngũ tại HRATC đã phải vượt qua nhiều thách thức trong quy trình chế tạo và lựa chọn vật liệu. Họ đã phát triển một loạt thiết bị phục hồi chức năng in 3D có bản quyền sở hữu trí tuệ độc lập, hiện đã được đưa vào sử dụng cho bệnh nhân.
Quy trình sản xuất chân tay giả in 3D bắt đầu bằng việc quét 3D chi thể của bệnh nhân. Phương pháp không tiếp xúc này giúp loại bỏ nguy cơ chấn thương thứ cấp, vốn có thể xảy ra khi sử dụng thạch cao truyền thống. Dữ liệu quét được xử lý bằng phần mềm thiết kế 3D, tạo ra mô hình khớp chính xác với giải phẫu cơ thể. Toàn bộ quy trình chỉ mất khoảng 24 giờ để hoàn thành.
Geomagic Freeform đóng vai trò cốt lõi trong dây chuyền sản xuất của HRATC. Phần mềm thiết kế 3D này kết hợp với thiết bị phản hồi xúc giác (haptic), cho phép tạo hình dạng hữu cơ một cách dễ dàng và trực quan, giúp người thiết kế có cảm giác “chạm” và “nặn” mô hình kỹ thuật số như đang thao tác thủ công thực tế – một giải pháp lý tưởng cho việc thiết kế chân tay giả và nẹp chỉnh hình.
Một số mẫu chân tay giả và nẹp chỉnh hình được chế tạo bởi HRATC và thiết kế bằng phần mềm Geomagic Freeform.
Để chân tay giả hoạt động hiệu quả, hình dạng và độ vừa khít của ổ cắm (socket) đóng vai trò quan trọng hàng đầu. Chỉ cần một sai lệch nhỏ trong thiết kế cũng có thể gây khó chịu nghiêm trọng và dẫn đến rối loạn chức năng cơ học cơ thể.
Công nghệ sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing) mang lại mức độ tự do cao hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống, cho phép đội ngũ kỹ thuật HRATC chế tạo ổ cắm được tối ưu hóa về hình dạng và cấu trúc thông khí. Với Geomagic Freeform, người thiết kế có thể kiểm soát hoàn toàn các thông số thiết kế như kiểu lưới, mật độ và kích thước, đạt độ chính xác cao để tạo ra ổ cắm và các bộ phận khác phù hợp với đặc điểm sinh lý và thói quen sử dụng riêng của từng bệnh nhân.
Một trong những ưu điểm nổi bật của Geomagic Freeform là các thiết bị trợ giúp được thiết kế trong phần mềm có thể in trực tiếp mà không cần qua bước chuyển đổi định dạng phức tạp. Mô hình 3D được chuyển thẳng sang thiết bị in công nghiệp chỉ với một thao tác, giúp loại bỏ các vấn đề thường gặp như lỗi chuyển đổi dữ liệu hoặc không tương thích định dạng.
Những cải tiến vượt trội mà Geomagic Freeform và in 3D mang lại được thể hiện rõ trong các mẫu chân tay giả do HRATC phát triển. Đội ngũ kỹ thuật đã tạo ra kết cấu nhiều lớp với các vi lỗ thoáng khí, cùng lưới rỗng nhẹ, giúp thoát mồ hôi hiệu quả ở phần tay áo hoặc ống silicon bên trong. Bên cạnh đó, phần ống chân (crus) được thiết kế không có chi tiết kim loại, giúp dễ vệ sinh và bảo trì. Kết quả là một chân tay giả nhẹ hơn, bền chắc, chống nước và thông thoáng.
Tùy chỉnh cao hơn – Hiệu suất tốt hơn
HRATC cũng đã đạt được những bước tiến lớn trong việc nâng cấp thiết bị trợ giúp. Trung tâm đã thu thập hơn 100 bộ dữ liệu và mô hình liên quan đến chân tay giả in bằng công nghệ bồi đắp, với độ tuổi bệnh nhân trải dài từ 7 đến 93 tuổi, trong đó có người sử dụng thiết bị lâu nhất trên 72 tháng.
Nhờ những nỗ lực này, HRATC đã đạt được 7 bằng sáng chế quốc gia, 1 bản quyền phần mềm, cùng nhiều giải thưởng cấp quốc gia trong lĩnh vực thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng. Các sản phẩm của trung tâm đã được trưng bày tại Triển lãm Phục hồi Chức năng Quốc tế Trung Quốc (China International Rehabilitation Expo) trong 5 năm liên tiếp.
Để thúc đẩy sự phát triển của ngành thiết bị trợ giúp và công nghệ lắp chân tay giả trong nước, HRATC đã thành lập Trung tâm Dịch vụ Công nghệ Số vào năm 2022. Với hệ thống phần cứng và phần mềm tiên tiến, cùng sự tích hợp giữa quy trình số hóa và truyền thống, trung tâm hướng đến việc tạo ra nhiều thiết bị trợ giúp tùy chỉnh, hiệu suất cao hơn, đồng thời thúc đẩy sự phát triển chung của lĩnh vực phục hồi chức năng tại Trung Quốc.
