Luận văn: Đo lường biên dạng mảnh ghép xương nhân tạo bằng ánh sáng cấu trúc

Luận văn nghiên cứu đo lường biên dạng mảnh ghép xương nhân tạo bằng ánh sáng cấu trúc, xây dựng quy trình kiểm tra và đánh giá độ chính xác sản phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thị Khánh Huyền
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Vinh
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Đo Lường Biên Dạng Các Mảnh Ghép Xương Nhân Tạo Bằng Phương Pháp Ánh Sáng Cấu Trúc
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và nguyên lý đo biên dạng mảnh ghép xương bằng ánh sáng cấu trúc

Đo biên dạng mảnh ghép xương nhân tạo là quá trình đánh giá độ chính xác hình học của các mảnh xương được chế tạo so với yêu cầu kỹ thuật y tế. Ánh sáng cấu trúc là phương pháp quang học hiện đại cho phép thu thập dữ liệu 3D với độ chính xác cao. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc chiếu các mô hình ánh sáng có cấu trúc lên bề mặt mảnh xương và phân tích sự biến dạng của các mô hình này. Dữ liệu thu được được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng để tạo mô hình 3D chính xác, từ đó xác định các sai lệch chiều dài, độ dày và hình dạng của mảnh ghép.

1.1. Định nghĩa ánh sáng cấu trúc trong đo lường 3D

Ánh sáng cấu trúc là kỹ thuật quang học sử dụng các mô hình ánh sáng có nhịp điệu nhất định để quét bề mặt vật thể. Phương pháp này có khả năng đo lường chính xác các chi tiết phức tạp với độ phân giải cao, đặc biệt phù hợp cho các mảnh ghép xương có hình dạng không đều. Kỹ thuật này không tiếp xúc trực tiếp với mẫu, giúp bảo vệ tính toàn vẹn của sản phẩm y tế.

1.2. Ứng dụng trong kiểm tra độ chính xác mảnh xương nhân tạo

Ứng dụng chính của phương pháp này là kiểm tra độ chính xác kích thước và hình dạng của mảnh ghép xương trước khi cấy ghép. Quá trình này giúp giảm thời gian phẫu thuật và tăng hiệu quả cấy ghép bằng cách xác định chính xác sai lệch so với mẫu gốc. Các thông số đo lường 3D được lưu trữ để điều chỉnh công nghệ chế tạo trong các lần sản xuất tiếp theo.

II. Quy trình và phương pháp đo lường hiện đại

Quy trình đo lường mảnh ghép xương bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, quét 3D, xử lý dữ liệu và phân tích kết quả. Hiện nay có hai phương pháp chính: phương pháp tiếp xúc sử dụng máy đo tọa độ CMM và phương pháp không tiếp xúc sử dụng ánh sáng cấu trúc. Phương pháp không tiếp xúc có ưu điểm vượt trội như không làm hư hại mẫu, tốc độ quét nhanh, và khả năng đo lường các bề mặt phức tạp. Phần mềm chuyên dụng như GOM Inspect và Geomagic Control X được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu 3D thu được.

2.1. Phương pháp đo tiếp xúc và không tiếp xúc

Phương pháp tiếp xúc (CMM) có độ chính xác cao nhưng tốc độ chậm và có thể làm hư hại bề mặt. Phương pháp không tiếp xúc sử dụng ánh sáng cấu trúc cho phép quét nhanh toàn bộ bề mặt trong vài giây mà không tiếp xúc vật thể. Điều này đặc biệt quan trọng cho các mẫu mảnh xương sinh học có tính chất nhạy cảm cao.

2.2. Công nghệ xử lý dữ liệu 3D và phần mềm phân tích

Sau khi quét, dữ liệu thô được xử lý bằng các thuật toán tái thiết lập 3D để tạo mô hình chính xác. Phần mềm GOM Inspect cho phép so sánh mô hình với dữ liệu CAD gốc, xác định sai lệch hình học và tạo báo cáo chi tiết. Geomagic Control X cung cấp công cụ quản lý chất lượng và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

III. Kiểm tra độ chính xác kích thước và hình dạng mảnh xương

Kiểm tra độ chính xác là giai đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất mảnh ghép xương nhân tạo. Quá trình này bao gồm đo lường kích thước (chiều dài, chiều rộng, độ dày) và đánh giá độ chính xác hình dạng (độ cong, độ lồi lõm, độ nhám bề mặt). Các thông số này được so sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật y tế để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu phẫu thuật. Sai lệch chấp nhận được thường nằm trong khoảng ±0.5mm đến ±1.0mm tùy theo loại mảnh xương và vị trí giải phẫu.

3.1. Tiêu chuẩn đo lường và sai lệch chấp nhận

Tiêu chuẩn kỹ thuật cho mảnh ghép xương dựa trên yêu cầu của Y tế và các quy định ISO. Các mảnh hộp sọ nhân tạo phải đạt sai lệch ≤ ±1.0mm về kích thước tuyến tính. Độ chính xác hình dạng được đánh giá bằng cách so sánh mô hình 3D quét với mô hình CAD gốc, tính toán độ lệch trung bình bề mặt và phân phối sai lệch.

3.2. Quy trình kiểm tra và báo cáo kết quả

Quy trình kiểm tra bao gồm: chuẩn bị mẫu, quét 3D, xử lý dữ liệu, so sánh với tiêu chuẩn, và tạo báo cáo. Báo cáo chi tiết cung cấp thông tin về vị trí sai lệch, mức độ sai lệch, và khuyến cáo điều chỉnh công nghệ chế tạo. Kết quả giúp các kỹ sư tối ưu hóa quy trình sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm.

IV. Ưu điểm và triển vọng ứng dụng phương pháp ánh sáng cấu trúc

Phương pháp ánh sáng cấu trúc mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống trong đo lường mảnh ghép xương nhân tạo. Ưu điểm chính bao gồm: độ chính xác cao (≤ 0.1mm), tốc độ quét nhanh (vài giây cho một mẫu), không tiếp xúc (bảo vệ sản phẩm), và khả năng quét các hình dạng phức tạp. Phương pháp này không chỉ giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm mà còn hỗ trợ tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và tăng hiệu suất. Trong tương lai, kỹ thuật này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y tế, chế tạo cơ khí và công nghiệp.

4.1. Lợi ích trong kiểm soát chất lượng sản phẩm y tế

Kiểm soát chất lượng là yếu tố sống còn trong sản xuất mảnh ghép xương. Phương pháp ánh sáng cấu trúc cho phép phát hiện lỗi sớm trước khi sản phẩm được cấy ghép, giảm rủi ro biến chứng cho bệnh nhân. Độ chính xác cao đảm bảo tương thích tốt giữa mảnh ghép và vị trí ghép, tăng tỷ lệ thành công phẫu thuật.

4.2. Triển vọng phát triển và ứng dụng rộng rãi

Triển vọng tương lai của công nghệ này rất tươi sáng với chi phí ngày càng giảm và độ chính xác ngày càng cải thiện. Phương pháp sẽ được tích hợp vào quy trình sản xuất tự động, ứng dụng cho các bộ phận xương khác như xương sống, khớp, và mở rộng sang các lĩnh vực khác như chế tạo mô nhân tạo và y học cá nhân hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.TONG QUAN VE CHI TIET XUONG THEO YEE CAUCEAY TE VA PHUONG PHÁP ĐO SỬ DUNG ANH SANG CAU TRUC LL. Tổng quan về các chỉ tiết xương theo yêu cầu của Y tế 1. Thánh phần và vai trỏ của xương hộp sọ 112. Mănhvá xương hộp so 1.

Tổng quan phương pháp đo sử dụng ảnh sáng cầu trúc - 17 1. _ Khải miêm ánh sâng câu trúc[2] - 17 12 “Nguyên lý phương pháp đo lưỡng sử đựng ảnh sig edu trúc 17 1. Phương pháp đo sử dụng ánh sảng câu trúc mi dịch pha kết hợp Gray. Tỉnh hình nghiên cứu trong và ngoài nước 31 1.

Thi hình nghiên cứu trên thể giới - - 31 1. Tinh hinh nghién cửu trong nước. edd CHƯƠNG 2.XAY DING QUY TRINA BO TONG QUAT ¢cHo cm TIET MANH VA HOP sO. Cáo phương pháp đo lường hiện đại.

Phương pháp đo tiếp xúc eo 35 2. Phương pháp đo không tiếp xúc. So sinh hai phương pháp đo tiếp xúc và không tiến xúc. Kiểm tra độ chính xác về kích thước của mảnh vá hộp sọ.

Phương pháp kiêm tra. Tam chọn thiết bị đo dễ kiểm tra độ chính xác về kich tude cia minh val 2. Quy trình kiểm tra. Kiểm tra độ chủnh xác về hình dụng của trônh và hộp sọ 43 2.

Phương pháp kiểm tra. - HHHHhgưec AB 2. Giới thiệu nhân mềm kiểm tra độ chính xác hình hưng _. Đo lường kiểm tra hình dạng của mảnh và hộp so.

Kết luận - - - 46 Đại hạc Bách Khoa Hà Nội Luin van thạc sĩ khoa hoc DAT VAN DE ‘Viet Nam lá một trong những quốc gia có dẫn số đông nhất trên thể giới, tăng, nihanh trong những năm đây kéo theo tỷ lê bệnh tật, tai nạn giao thông cững theo đó mà tang. C’ac tai nan có thể xây ra trong quá trình sản xuất, tham gia giao thông, đời sông. Và một trong nhimg chân thương nghiêm trong nhất là chân thương sọ nao. Đặc biệt lrơng những; năm gần đây, số lượng bệnh nhân chân thương sọ tão có xu.

hưởng tầng nành đo sử đụng bia rượu hoặc không đội mũ bảo hiểm trong qui tink tham gia giao thông lảm hư hỏng hoặc khiểm khuyết rnột phần xương hộp sọ. Ngoi ra, còn những bệnh nhân xuất phát từ vận đề bệnh lý dẫn đẫn hội chứng khuyết xương sọ. Hộp sợ vốn là phần xương bảo vệ não bộ, khi bị hư hớng hay khiểm khuyết sẽ gây ảnh Tướng nghiêm trọng tới size Khỏe của người bệnh và làm mắt tính thắm mỹ, ánh hưởng tới cuộc sống sau này. Trước đây, những bệnh nhân này thường sống mặc cám, gặp Thiền khỏ khẩn, bất tiện trong cuộc sông hãng ngày thì giờ đây, dưới sự phát triển của Xóa học công nghệ cũng với sự hỗ trợ cá vật liệu y sinh, áp dụng các thành tựu dã dat được dễ khắc phục các tinh trạng trên, giúp bệnh nhân có thê nhanh chóng hồi phục, hòa nhập với công đồng.

Tiếp bước thành công của để tải “ Nghiễn cứu phương pháp thiết kế chỉ tiết 3D cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh hoc “ của tác giá Nguyễn Thành Quyết nghiền cửu tại LAB C45-307, đề hoàn thuận hon trong quá trình. sản xuất các mảnh vá xương phục vụ cho các bệnh nhân khuyết so, tôi quyết đỉnh chọn. để tại "Do hường biên dạng các mảnh ghép xương nhân tạo sử dụng phương pháp ánh sảng cầu trúc" cụ thể là mảnh vả xương hộp sọ để kiểm tra độ chính xác của mảnh. và hộp sọ sau khí ïn sơ với đữ liệu thiết kế sau khí in dang may in 3D, gop phan hoan thiện công nghệ để sớm đưa công nghệ này vào trong thực tế 1.

— Tinh cấp thiết của đề tài Bồ não lä cơ quan quan tiọng và phức tạp nhất trong cơ thể cơn người, vẫn được triết đền là trung tầm điều khiển moi hoạt động cúa cơ thể. Vì\y, nhiệm vụ của hộp sọ là võ cùng quan trọng, có chuức năng báo vệ bổ não khỏi những tác động từ bên ngoài, cô định những bộ phần khác trên khuôn mặt, định hình câu trác khuôn mặt. Một khi hộp so bị tổn thương, ví dụ như tỉnh trạng khuyết zưrơng hộp sọ gầy ảnh hưởng nghiềm trong tởi sức khỏe người bệnh, làm rnất thâm mĩ, ảnh hưởng tới quá trình sinh hoại, làm việc Đại hạc Bách Khoa Hà Nội Luin van thạc sĩ khoa hoc CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG QUY TRÌNH ĐO MÃNH VA HOP SQ SU DUNG PHUONG PHAP ANH SÁNG CÁU TRÚC 47 3. Xây đựng hệ thông quét thực nghiệm sử dụng phương pháp ảnh sang cau tract? 3.

Kiểm tra độ chính xác vẻ kích thước đổi với mảnh và hộp sọ cụ thể. Mẫn so trữnhất - $1 3. Kiểm tra đồ chính xác vẻ hình dạng đổi với mảnh vá hộp sọ cụ thể 73 3. 83 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN.

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO TÀI LIỆU THAM KHẢO PAY LY Đại hạc Bách Khoa Hà Nội Luin van thạc sĩ khoa hoc DAT VAN DE ‘Viet Nam lá một trong những quốc gia có dẫn số đông nhất trên thể giới, tăng, nihanh trong những năm đây kéo theo tỷ lê bệnh tật, tai nạn giao thông cững theo đó mà tang. C’ac tai nan có thể xây ra trong quá trình sản xuất, tham gia giao thông, đời sông. Và một trong nhimg chân thương nghiêm trong nhất là chân thương sọ nao. Đặc biệt lrơng những; năm gần đây, số lượng bệnh nhân chân thương sọ tão có xu.

hưởng tầng nành đo sử đụng bia rượu hoặc không đội mũ bảo hiểm trong qui tink tham gia giao thông lảm hư hỏng hoặc khiểm khuyết rnột phần xương hộp sọ. Ngoi ra, còn những bệnh nhân xuất phát từ vận đề bệnh lý dẫn đẫn hội chứng khuyết xương sọ. Hộp sợ vốn là phần xương bảo vệ não bộ, khi bị hư hớng hay khiểm khuyết sẽ gây ảnh Tướng nghiêm trọng tới size Khỏe của người bệnh và làm mắt tính thắm mỹ, ánh hưởng tới cuộc sống sau này. Trước đây, những bệnh nhân này thường sống mặc cám, gặp Thiền khỏ khẩn, bất tiện trong cuộc sông hãng ngày thì giờ đây, dưới sự phát triển của Xóa học công nghệ cũng với sự hỗ trợ cá vật liệu y sinh, áp dụng các thành tựu dã dat được dễ khắc phục các tinh trạng trên, giúp bệnh nhân có thê nhanh chóng hồi phục, hòa nhập với công đồng.

Tiếp bước thành công của để tải “ Nghiễn cứu phương pháp thiết kế chỉ tiết 3D cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh hoc “ của tác giá Nguyễn Thành Quyết nghiền cửu tại LAB C45-307, đề hoàn thuận hon trong quá trình. sản xuất các mảnh vá xương phục vụ cho các bệnh nhân khuyết so, tôi quyết đỉnh chọn. để tại "Do hường biên dạng các mảnh ghép xương nhân tạo sử dụng phương pháp ánh sảng cầu trúc" cụ thể là mảnh vả xương hộp sọ để kiểm tra độ chính xác của mảnh. và hộp sọ sau khí ïn sơ với đữ liệu thiết kế sau khí in dang may in 3D, gop phan hoan thiện công nghệ để sớm đưa công nghệ này vào trong thực tế 1.

— Tinh cấp thiết của đề tài Bồ não lä cơ quan quan tiọng và phức tạp nhất trong cơ thể cơn người, vẫn được triết đền là trung tầm điều khiển moi hoạt động cúa cơ thể. Vì\y, nhiệm vụ của hộp sọ là võ cùng quan trọng, có chuức năng báo vệ bổ não khỏi những tác động từ bên ngoài, cô định những bộ phần khác trên khuôn mặt, định hình câu trác khuôn mặt. Một khi hộp so bị tổn thương, ví dụ như tỉnh trạng khuyết zưrơng hộp sọ gầy ảnh hưởng nghiềm trong tởi sức khỏe người bệnh, làm rnất thâm mĩ, ảnh hưởng tới quá trình sinh hoại, làm việc Đại hạc Bách Khoa Hà Nội Luin van thạc sĩ khoa hoc DAT VAN DE ‘Viet Nam lá một trong những quốc gia có dẫn số đông nhất trên thể giới, tăng, nihanh trong những năm đây kéo theo tỷ lê bệnh tật, tai nạn giao thông cững theo đó mà tang. C’ac tai nan có thể xây ra trong quá trình sản xuất, tham gia giao thông, đời sông.

Và một trong nhimg chân thương nghiêm trong nhất là chân thương sọ nao. Đặc biệt lrơng những; năm gần đây, số lượng bệnh nhân chân thương sọ tão có xu. hưởng tầng nành đo sử đụng bia rượu hoặc không đội mũ bảo hiểm trong qui tink tham gia giao thông lảm hư hỏng hoặc khiểm khuyết rnột phần xương hộp sọ. Ngoi ra, còn những bệnh nhân xuất phát từ vận đề bệnh lý dẫn đẫn hội chứng khuyết xương sọ.

Hộp sợ vốn là phần xương bảo vệ não bộ, khi bị hư hớng hay khiểm khuyết sẽ gây ảnh Tướng nghiêm trọng tới size Khỏe của người bệnh và làm mắt tính thắm mỹ, ánh hưởng tới cuộc sống sau này. Trước đây, những bệnh nhân này thường sống mặc cám, gặp Thiền khỏ khẩn, bất tiện trong cuộc sông hãng ngày thì giờ đây, dưới sự phát triển của Xóa học công nghệ cũng với sự hỗ trợ cá vật liệu y sinh, áp dụng các thành tựu dã dat được dễ khắc phục các tinh trạng trên, giúp bệnh nhân có thê nhanh chóng hồi phục, hòa nhập với công đồng. Tiếp bước thành công của để tải “ Nghiễn cứu phương pháp thiết kế chỉ tiết 3D cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh hoc “ của tác giá Nguyễn Thành Quyết nghiền cửu tại LAB C45-307, đề hoàn thuận hon trong quá trình. sản xuất các mảnh vá xương phục vụ cho các bệnh nhân khuyết so, tôi quyết đỉnh chọn.

để tại "Do hường biên dạng các mảnh ghép xương nhân tạo sử dụng phương pháp ánh sảng cầu trúc" cụ thể là mảnh vả xương hộp sọ để kiểm tra độ chính xác của mảnh. và hộp sọ sau khí ïn sơ với đữ liệu thiết kế sau khí in dang may in 3D, gop phan hoan thiện công nghệ để sớm đưa công nghệ này vào trong thực tế 1. — Tinh cấp thiết của đề tài Bồ não lä cơ quan quan tiọng và phức tạp nhất trong cơ thể cơn người, vẫn được triết đền là trung tầm điều khiển moi hoạt động cúa cơ thể. Vì\y, nhiệm vụ của hộp sọ là võ cùng quan trọng, có chuức năng báo vệ bổ não khỏi những tác động từ bên ngoài, cô định những bộ phần khác trên khuôn mặt, định hình câu trác khuôn mặt.

Một khi hộp so bị tổn thương, ví dụ như tỉnh trạng khuyết zưrơng hộp sọ gầy ảnh hưởng nghiềm trong tởi sức khỏe người bệnh, làm rnất thâm mĩ, ảnh hưởng tới quá trình sinh hoại, làm việc Đại học Bách Khoa Hà Nội Tuân vẫn thạc sĩ khoa học DANH MỤC BẰNG Bảng 2-1: So sánh tru nhược điểm của hai phương pháp đo. 40 Bảng 3-1 Kết quả sau khi quét 3D. - - 30 Bảng 3-2 Ví trí đo thứ nhất — mẫu sợ 1.