CHƯƠNG 1. Nhu cầu sử dụng trang thiết bị y tế cấy ghép ở Việt Nam. Cấu trúc của cột sống. Cấu trúc chung và vai trò của cột sống.
Thần kinh tủy sống. Tổng quan về thiết bị cấy ghép cột sống. Thiết bị y tế cấy ghép có hàn xương. Cấy ghép không hàn xương.
Tổng quan về lồng xương sử dụng trong cấy ghép cột sống. Lồng xương có chiều cao cố định. Lồng xương có thể tăng chỉnh chiều cao. Lý do chọn đề tài.
Mục tiêu của đề tài. Phân tích lực tác dụng lên các đốt sống. Mô hình lực. Các kết quả đo lực từ thực nghiệm In vivo.
Kết quả tính toán lực dựa vào phương pháp số. Các yếu tố chính quyết định chất lượng sản phẩm lồng xương. Vật liệu dùng trong y tế cấy ghép. Các yêu cầu quan trọng về vật liệu sử dụng trong y tế cấy ghép.
THIẾT KẾ SẢN PHẨM. Yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho sản phẩm. Yêu cầu về chức năng. Yêu cầu về kích thước.
Yêu cầu về độ bền. Yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho lồng xương điều chỉnh chiều cao. Phân tích và lựa chọn phương án. Lựa chọn vật liệu.
Lựa chọn phương án thiết kế phần thân lồng xương. Thiết kế mặt đế tiếp xúc. Biên dạng mặt tiếp xúc. Góc nghiêng của mặt đế tiếp xúc.
Thiết kế biên dạng gai liên kết giữa mặt đế và mặt thân đốt sống. Tính toán thiết kế phần ren tăng chỉnh chiều cao. Tính toán độ bền phần thân ren ngoài. Tính toán độ bền cắt chân ren.
Thiết kế hoàn thiện của lồng xương. MÔ PHỎNG KIỂM TRA SẢN PHẨM. Mô phỏng kiểm tra độ bền nén tĩnh của lồng xương. Mô hình 3D và đơn giản hóa mô hình 3D cho việc mô phỏng.
Chia lưới mô hình. Khai báo các bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết. Khai báo điều kiện biên. Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả.
Mô phỏng kiểm tra độ bền mỏi. CHẾ TẠO MẪU VÀ THỬ NGHIỆM. Chế tạo mẫu. Thiết bị sử dụng.
Lập trình gia công. Chế tạo mẫu. Mẫu sau khi chế tạo. Thử nghiệm độ bền nén của lồng xương.
Mô hình thí nghiệm và thiết bị sử dụng. Kết quả thử nghiệm và đánh giá. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Những kết quả đã đạt được của luận văn.
Đề xuất hướng phát triển trong tương lai. 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 92 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG. 93 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.
Cấu trúc cột sống bình thường ở người trưởng thành. Mặt cắt một phần các đốt sống thắt lưng. Cấu trúc đốt sống cổ C1. Cấu trúc đốt sống ngực T6.
Cấu trúc đốt sống thắt lưng. Hình ảnh minh họa cấu trúc đĩa đệm trên người lớn. Các loại dây chằng ở cột sống. Các nhóm cơ cột sống: (a) Nhóm cơ lớp sâu, (b) Nhóm cơ lớp giữa, (c) Nhóm cơ lớp nông.
Thần kinh tủy sống. Phẫu thuật làm cứng cột sống thắt lưng lối sau có hàn xương. Thiết bị cấy ghép cột sống có hàn xương: (a) Hệ thống vít – thanh nối, (b) Hệ thống cấy ghép cột sống sử dụng lồng xương kết hợp nẹp, (c) Hệ thống cố định cột sống thắt lưng lối sau sử dụng đĩa đệm và vít – thanh nối, (d) Vít chân cung. Một số đĩa đệm động tiêu biểu trên thế giới: (a) Đĩa đệm Prodisc L của hãng Sentinel Spine, (b) Đĩa đệm Active L của hãng BBraun, (c) Đĩa đệm Mobidisc L của hãng Zimmer Biomet, (d) Đĩa đệm Freedom L của hãng Axiomed.
Hệ thống thanh nối động MAGEC của hãng Nuvasive. Lồng xương chiều cao cố định. Một số loại lồng xương có góc nghiêng mặt đế cố định: (a) Lồng xương Synex của Depuy Synthes (Mỹ), (b) Lồng xương Xpand của Globus Medical (Mỹ), (c) Lồng xương ADD của Ulrich Medical (Đức). Một số loại lồng xương có mặt đế tự lựa: (a) Lồng xương T2 Stratosphere của Medtronic (Mỹ), (b) Lồng xương Hydraulift của Aesculap (Đức), (c) Lồng xương Fortify VA của Globus Medical (Mỹ).
Một số lồng xương dạng module: (a) Lồng xương XRL của Depuy Synthes, (b) Lồng xương X – CORE của Nuvasive (Mỹ), (c) Lồng xương Obelisc với các tấm đế rời của Ulrich Medical (Đức). Các cử động chính của phần thân trên của cơ thể [6]. Các thành phần lực tác dụng lên đốt sống [6]. Mô hình phân tích lực tác dụng ở mặt cắt ngang thắt lưn trong nghiên cứu của Schultz [19].
Phân tích lực tác dụng của tải trọng lên cơ thể trong nghiên cứu của Schultz [19]. Hình chụp cắt lớp thể hiện cách đưa cảm biến áp suất vào nhân đĩa đệm trong thí nghiệm của Nachemson [20]. Thiết bị đo và hình ảnh bệnh nhân đang thực hiện các hoạt động hàng ngày trong thí nghiệm của Wilke. Tỉ lệ cường độ lực tác dụng lên cột sống ở các tư thế khác nhau so vơi đứng thẳng trong thí nghiệm của Wilke.
Kết quả đo lực tại vị trí đốt sống L4/L5 trên 8 tình nguyện viên khỏe mạnh người Nhật. Mô hình cơ xương khớp trong nghiên cứu của C. So sánh phản lực nén lên đốt sống L4/L5 trong thí nghiệm của C. Favier và các tác giả khác.
Mô tả sự hàn xương thành công và không thành công khi cấy ghép. Mô tả phẫu thuật đốt sống cổ theo lối trước. Phẫu thuật hợp nhất đốt sống thắt lưng lối sau sử dụng vít chân cung và đĩa đệm. Phẫu thuật hợp nhất đốt sống thắt lưng lối bên sử dụng đĩa đệm.
Giản đồ pha của hợp kim Ti-6Al-4V [34]. Lồng xương khi lắp thay thế đốt sống thắt lưng L2. Các bộ phận của lồng xương. Mặt đế dạng tròn.
Mặt đế dạng chữ nhật. Một số giá trị góc nghiêng giữa hai mặt đế trên dưới của lồng xương: (a) Không nghiêng, (b) Nghiêng 8°, (c) Nghiêng -8°, (d) Nghiêng 16°, (e) Nghiêng 12°, (f) Nghiêng 4°. Các thông số của gai trong nghiên cứu của Hsi-Ching Hsu et al. Mô hình mô phỏng và thí nghiệm của Wen-Hsien Hsu et al.
về ảnh hưởng của biên dạng gai đến khả năng chống di trượt của lồng xương. Biên dạng gai được lựa chọn. Tiết diện tại mặt cắt nhỏ nhất của thân trên. Hình chiếu các mặt của lồng xương: (a) Hình chiếu đứng, (b) Hình chiếu cạnh, (c) Hình chiếu bằng.
Các hình chiếu và mặt cắt của lồng xương. Lồng xương lắp kết hợp hệ thống cố định lối sau dùng vít chân cung và thanh nối. Lồng xương lắp kết hợp hệ thống cố định lối bên và lối trước sử dụng nẹp và vít: (a) Lồng xương lắp kết hợp hệ thống nẹp vít lối bên, (b) Lồng xương lắp kết hợp hệ thống nẹp vít lối trước. Quy trình thực hiện mô phỏng.
Mô hình 3D sử dụng trong mô phỏng. Chia lưới 2D tại các vị trí quan trọng. Mặt tiếp xúc Endplate trên và Thân trên. Mặt tiếp xúc vòng điều chỉnh và thân trên.
Mặt tiếp xúc vòng điều chỉnh và thân dưới. Mặt tiếp xúc thân dưới và Endplate dưới. Khai báo lực tác dụng. Khai báo ràng buộc cho tấm đế dưới.
Chuyển vị của cả hệ ở lần mô phỏng sơ bộ. Kết quả ứng suất trong lần mô phỏng sơ bộ: (a) Ứng suất trên tấm đế trên, (b) Ứng suất trên tấm đế dưới, (c) Ứng suất thân trên, (d) Ứng suất trên vòng điều chỉnh, (e) Ứng suất thân dưới, (f) Ứng suất trên cả hệ. Kết quả kiểm tra chất lượng lưới với kích thước lưới 1mm. Kết quả chia lưới các thành phần với cỡ lưới 1mm: (a) Lưới trên mô hình tổng, (b) Lưới trên thân trên, (c) Lưới trên vòng điều chỉnh, (d) Lưới trên tấm đế, (e) Lưới trên thân dưới, (f) Lưới 2D tại các lỗ thoát dịch ở thân trên.
Kết quả ứng suất trong lần mô phỏng cỡ lưới 1mm: (a) Ứng suất trên tấm đế trên, (b) Ứng suất trên tấm đế dưới, (c) Ứng suất trên vòng điều chỉnh, (d) Ứng suất trên thân trên, (e) Ứng suất trên thân dưới, (f) Ứng suất trên toàn bộ hệ. Kết quả mô phỏng độ bền mỏi: (a) Số chu kỳ chịu được, (b) Độ phá hủy mỏi, (c) Hệ số an toàn độ bền mỏi, (d) Hệ số an toàn độ bền tĩnh, (e) Giá trị biên an toàn, (f) Chỉ số phá hủy mỏi. Quy trình chế tạo mẫu. Thông số kỹ thuật phôi Ti-6Al-4V ELI φ20.
Thông số kỹ thuật phôi Ti-6Al-4V ELI φ24. Các thanh phôi sử dụng để gia công mẫu. Đồng hồ so Mitutoyo và đồng hồ set Z Vertex. Thước cặp điện tử Mitutoyo.
Máy CNC dùng để gia công sản phẩm mẫu: (a) Máy phay HAAS VF5, (b) Máy tiện HAAS ST20. Dụng cụ cắt. Lập trình gia công thân trên: (a) Nguyên công 1, (b) Nguyên công 2. Lập trình gia công thân dưới: (a) Nguyên công 1, (b) Nguyên công 2.
Lập trình gia công vòng điều chỉnh: (a) Nguyên công 1, (b) Nguyên công 2. Mô phỏng gia công trên máy ảo. Sử dụng đồng hồ so để rà độ đồng trục của đồ gá. Sử dụng đồng hồ set Z để lấy giá trị bù chiều dài dao.
Gia công vòng điều chỉnh. Mô phỏng gia công trên máy áo và thực tế. Phay ren cho thân trong và phay cắt đứt. Kiểm tra một số kích thước mẫu sau gia công.
Hình ảnh mẫu sau khi chế tạo. Mẫu thí nghiệm. Đánh dấu vị trí lắp vòng tăng chỉnh khi thử nghiệm nén tĩnh. Máy kéo nén vạn năng Marui.
Đồ gá sử dụng trong thử nghiệm nén tĩnh. Thiết lập hệ thống thử nghiệm. Kết quả nén mẫu 1. Kết quả nén mẫu 2.
Kết quả nén mẫu 3. Kết quả nén mẫu 4. Kết quả nén mẫu 5. Mẫu trước và sau khi nén.
Vị trí phá hủy (cắt chân ren). Báo cáo kết quả thử nghiệm mẫu lồng xương. 92 xvi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Kích thước đốt sống thắt lưng của một số bệnh nhân Việt Nam từ 18 – 35 tuổi.
Kích thước các đĩa đệm cột sống thắt lưng. Tổng hợp giá trị lực tác động lớn nhất lên đốt sống trong các nghiên cứu khác nhau. Cơ tính của một số vật liệu kim loại trong y tế cấy ghép [33]. Thành phần và cơ tính của Titan Grade 5 và Grade 23 [35] [36].
Cơ tính của một số vật liệu ceramic sinh học [33]. Cơ tính của một số loại Polymers trong y tế cấy ghép [33] .