So sánh sự phát triển của xương thỏ vào mảnh ghép hợp kim titanium in 3d có cấu hình lỗ rỗng đồng nhất và chuyển đổi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NGUYỄN PHÚ CHÂN SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CỦA XƯƠNG THỎ VÀO MẢNH GHÉP HỢP KIM TITANIUM IN 3D CĨ CẤU HÌNH LỖ RỖNG ĐỒNG NHẤT VÀ CHUYỂN ĐỔI LUẬN VĂN THẠC SĨ Y HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NGUYỄN PHÚ CHÂN SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CỦA XƯƠNG THỎ VÀO MẢNH GHÉP HỢP KIM TITANIUM IN 3D CÓ CẤU HÌNH LỖ RỖNG ĐỒNG NHẤT VÀ CHUYỂN ĐỔI NGÀNH: NGOẠI KHOA (CHẤN THƯƠNG CHỈNH HÌNH) MÃ SỐ: 8720104 LUẬN VĂN THẠC SĨ Y HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ PHƯỚC HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Phú Chân iii MỤC LỤC Lời cam đoan ii Mục lục iii Bảng đối chiếu chữ viết tắt v Bảng đối chiếu thuật ngữ Anh-Việt vii Danh mục bảng ix Danh mục hình x Danh mục sơ đồ - biểu đồ xii ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .3 CHƯƠNG : TỔNG QUAN TÀI LIỆU .4 Cấu trúc sinh học mô xương Giải pháp mảnh ghép giá đỡ thay khuyết hỗng xương đáng kể 10 Giới thiệu vài nghiên cứu giới Việt Nam 22 CHƯƠNG : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 Đối tượng nghiên cứu .30 Phương pháp nghiên cứu 30 Các biến số cần thu thập 47 Thu thập số liệu 50 Xử lý phân tích số liệu 50 Vấn đề y đức nghiên cứu 51 CHƯƠNG : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 52 Trọng lượng ban đầu thỏ .52 Đặc điểm khảo sát CT-scan 53 Đặc điểm quan sát đại thể mô học 58 Sự phục hồi chức biến chứng sau đặt mảnh ghép 64 CHƯƠNG : BÀN LUẬN .68 Đặc điểm mẫu 68 Đặc điểm khảo sát CT-scan 75 Đặc điểm quan sát đại thể mô học 78 iv Sự phục hồi chức biến chứng sau đặt mảnh ghép 81 Các ứng dụng rút từ nghiên cứu 83 Hạn chế đề tài 83 KẾT LUẬN 85 KIẾN NGHỊ .86 Tài liệu tham khảo Phụ lục v BẢNG ĐỐI CHIẾU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3D Three dimension ASTM American Society for Testing and Materials AVMA American Veterinary Medical Association BMP-2 Bone morphogenetic protein-2 CAD Computer-Aided Design CBF-α1 Core binding factor-alpha cs cộng CT Computer tomography EBM Electron Beam Melting FEM Finite element method GPa GigaPascal GTLN Giá trị lớn GTNN Giá trị nhỏ ISO International Organization for Standardization KHXĐK Khuyết hỗng xương đáng kể MPa MegaPascal PTV Phẫu thuật viên vi SLM Selective Laser Melting TGF-β1 Transforming growth factor-beta vii BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH – VIỆT Tiếng Anh Tiếng Việt Additive manufacturing Chế tạo tích lũy American Society for Testing and Hiệp hội Thí nghiệm Vật liệu Hoa Materials Kỳ American Veterinary Medical Association Hiệp hội Thú Y Hoa Kỳ Biocompatibility Tương thích sinh học Computer-Aided Design Thiết kế với trợ giúp máy tính Cortico-trabecular transitional zone Vùng chuyển tiếp vỏ-xốp Critical bone deficiency Khuyết hỗng xương đáng kể Computer Tomography Chụp cắt lớp vi tính Cytocompatibility Tương thích tế bào Demineralized bone matrix Chất xương khử khống Electron Beam Melting Phương pháp nóng chảy tia electron Elastic modulus Mô đun đàn hồi Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn Foam-like structure Cấu trúc dạng bọt biển viii Histomorphometry Mô học hình thái định lượng In vitro Nghiên cứu ống nghiệm In vivo Nghiên cứu thể sống International Organization for Standardization Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn hóa Lattice structure Cấu trúc dạng tổ ong Mega-prothesis Dụng cụ cấy ghép lớn Metal injection moulding Phun in bột kim loại Nano particle jetting Phun in hạt siêu nhỏ Porosity Độ rỗng Press-fit Lắp-ép Selective Laser Melting Phương pháp nóng chảy laser chọn lọc Stress Ứng suất Stress shielding Tiêu xương khác biệt độ cứng Three dimension Không gian ba chiều Tissue engineering Kiến trúc mô Ultimate strength Độ bền tới hạn Yield strength Độ bền uốn ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số học Titanium cho vật liệu cấy ghép y sinh theo tiêu chuẩn ASTM .16 Bảng 1.2: Bốn giai đoạn phát triển xương vào lỗ rỗng hợp kim Titanium 21 Bảng 3.1: Trọng lượng thỏ trước phẫu thuật đặt mảnh ghép 52 Bảng 3.2: So sánh trọng lượng ban đầu thỏ nhóm 52 Bảng 3.3: Số lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương mọc vào quan sát CT-scan nhóm A 53 Bảng 3.4: Số lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương mọc vào quan sát CT-scan nhóm B 54 Bảng 3.5: Số lỗ rỗng mô dạng xương phủ mặt tiếp xúc mảnh ghép 59 Bảng 3.6: Bản chất mô học mô mật độ dạng xương lỗ rỗng .62 Bảng 3.7: Chênh lệch trọng lượng thỏ trước mổ lấy khối ghép so với ban đầu .65 Bảng 3.8: Quá trình phục hồi chức thỏ tính theo ngày hậu phẫu đặt mảnh ghép 66 Bảng 4.1: So sánh cỡ mẫu nghiên cứu 68 Bảng 4.2: So sánh giống thỏ, độ tuổi trọng lượng thỏ nghiên cứu 69 Bảng 4.3: So sánh vị trí đặt mảnh ghép nghiên cứu .71 Bảng 4.4: So sánh cấu hình mảnh ghép nghiên cứu .72 Bảng 4.5: So sánh kĩ thuật chế tạo, kích thước hình dạng mảnh ghép nghiên cứu 73 Bảng 4.6: So sánh thời điểm phẫu thuật lấy khối ghép nghiên cứu 74 Bảng 4.7: So sánh khảo sát xương phát triển vào mảnh ghép nghiên cứu.75 Bảng 4.8: So sánh kết mô học nghiên cứu .80 Bảng 4.9: So sánh phục hồi chức biến chứng nghiên cứu 82 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 88 Wen Xiaopeng, Gao Shan, Feng Jinteng, et al (2018) "Chest-wall reconstruction with a customized titanium-alloy prosthesis fabricated by 3D printing and rapid prototyping" Journal of cardiothoracic surgery, 13 (1), pp 89 Wieding Jan, Jonitz Anika, Bader Rainer (2012) "The effect of structural design on mechanical properties and cellular response of additive manufactured titanium scaffolds" Materials, (8), pp 1336-1347 90 Wieding Jan, Lindner Tobias, Bergschmidt Philipp, et al (2015) "Biomechanical stability of novel mechanically adapted open-porous titanium scaffolds in metatarsal bone defects of sheep" Biomaterials, 46, pp 35-47 91 Wirtz Dieter Christian, Schiffers Norbert, Pandorf Thomas, et al (2000) "Critical evaluation of known bone material properties to realize anisotropic FE-simulation of the proximal femur" Journal of biomechanics, 33 (10), pp 1325-1330 92 Wolff Julius (1893) "Das gesetz der transformation der knochen" Deutsche Medizinische Wochenschrift, 19 (47), pp 1222-1224 93 Zadpoor Amir A (2016) "Mechanical meta-materials" Materials Horizons, (5), pp 371-381 94 Zebaze R, Ghasem-Zadeh A, Mbala A, et al (2013) "A new method of segmentation of compact-appearing, transitional and trabecular compartments and quantification of cortical porosity from high resolution peripheral quantitative computed tomographic images" Bone, 54 (1), pp 8-20 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC Bảng thu thập số liệu Thỏ số: Ngày mổ lần 1: Cân nặng: (kg) Loại mảnh ghép: Quá trình phục hồi chức (ngày hậu phẫu): • Đi chân: • Chạy chân: • Đi chân: • Đứng chân sau: Ngày mổ lần 2: Cân nặng: (kg) Khảo sát Cone Beam CT-scan • Số lỗ rỗng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: • Số lỗ rỗng khơng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: • Tổng số lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: • Tọa độ lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: Mặt Mặt lòng tủy Trên Dưới Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Trước Sau Sau Trước Trên Dưới Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh • Hiện tượng tiêu xương quanh mảnh ghép: ☐ Có ☐ Khơng Quan sát đại thể: • Mơ bao phủ mặt tiếp xúc cơ: • Mơ bao phủ mặt tiếp xúc lịng tủy: • Số lỗ rỗng có xương phủ mặt tiếp xúc / lịng tủy: • Tọa độ lỗ có xương phủ: / Mặt Mặt lịng tủy Trên Trên • Vị trí mảnh ghép: ☐ Đúng vị trí cố định ☐ Di lệch cố định Trước Dưới Kết khảo sát mô học mô mật độ dạng xương lỗ rỗng: Biến chứng: ☐ Có ☐ Khơng • • • Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Sau Sau Trước ☐ Lỏng rời Dưới Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh CÁC TRƯỜNG HỢP MINH HỌA Trường hợp minh họa Thỏ số: 10 Ngày mổ lần 1: 08/02/2021 Cân nặng: 2.80 (kg) Cân trọng lượng thỏ trước mổ Loại mảnh ghép: A Thỏ gây mê, cố định bàn mổ trải săn vô khuẩn Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Đầu xa Đầu gần Tạo khuyết hỗng mặt 1/3 xương chày Đầu xa Đầu gần Đóng lắp-ép mảnh ghép vào khuyết hỗng vừa tạo Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Đầu xa Đầu gần Khâu băng vết mổ Quá trình phục hồi chức (ngày hậu phẫu): • Đi chân: • Chạy chân: • Đi chân: • Đứng chân sau: Ngày mổ lần 2: 05/04/2021 (8 tuần) Cân nặng: 3.10 (kg) Đầu xa Đầu gần Xương cẳng chân thỏ khối ghép cắt rời Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Khảo sát Cone Beam CT-scan: • Số lỗ rỗng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: 20 • Số lỗ rỗng khơng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: 12 • Tổng số lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: 32 • Tọa độ lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: Mặt Mặt lòng tủy Trên X X X X X X X X X X X X X X X X Trước X Sau X Sau Trước Trên X X X X X X X X X X X X X X Dưới • Hiện tượng tiêu xương quanh mảnh ghép: ☐ Có Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Dưới ☒ Khơng Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Quan sát đại thể: • Mơ bao phủ mặt tiếp xúc cơ: mơ dạng màng • Mơ bao phủ mặt tiếp xúc lịng tủy: mơ dạng tủy xương • Số lỗ rỗng có xương phủ mặt tiếp xúc / lịng tủy: 13 / • Tọa độ lỗ có xương phủ: Mặt Mặt lịng tủy Trên Trên • Vị trí mảnh ghép: ☒ Đúng vị trí cố định X ☐ Lỏng rời X X Sau X Sau Trước ☐ Di lệch cố định Trước X X X X X X X X X Dưới Mặt tiếp xúc Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Dưới Mặt tiếp xúc lòng tủy Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Kết mơ học: Mơ xương trưởng thành, có diện tạo cốt bào hủy cốt bào Mặt cắt thực tế mô dạng Mặt cắt Cone Beam CT-scan xương lấy từ lỗ rỗng mảnh ghép Mẫu thử mô xương trưởng thành với phiến xương đồng tâm bao quanh ống Havers, chất xương lắng đọng nhiều cốt bào (x20) Biến chứng: ☐ Có ☒ Khơng Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Trường hợp minh họa Thỏ số: Ngày mổ lần 1: 03/11/2020 Cân nặng: 2.52 (kg) Cân trọng lượng thỏ trước mổ Loại mảnh ghép: B Thỏ gây mê, cố định bàn mổ trải săn vô khuẩn Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Đầu xa Đầu gần Tạo khuyết hỗng mặt 1/3 xương chày Đầu xa Đầu gần Đóng lắp-ép mảnh ghép vào khuyết hỗng vừa tạo Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Đầu xa Đầu gần Khâu vết mổ lớp Q trình phục hồi chức (ngày hậu phẫu): • Đi chân: • Chạy chân: • Đi chân: • Đứng chân sau: Ngày mổ lần 2: 26/01/2021 (12 tuần) Cân nặng: 3.12 (kg) Đầu xa Đầu gần Xương cẳng chân thỏ khối ghép cắt rời Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Khảo sát Cone Beam CT-scan: • Số lỗ rỗng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: 30 • Số lỗ rỗng khơng tiếp xúc xương có mơ mật độ dạng xương: • Tổng số lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: 39 • Tọa độ lỗ rỗng có mơ mật độ dạng xương: Mặt lòng tủy Mặt Trên Trên X X X X X X X X X X X X Sau X X X Trước X X Sau Trước X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Dưới Dưới • Hiện tượng tiêu xương quanh mảnh ghép: ☐ Có Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn ☒ Không Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Quan sát đại thể: • Mô bao phủ mặt tiếp xúc cơ: mô dạng màng • Mơ bao phủ mặt tiếp xúc lịng tủy: mơ dạng tủy xương • Số lỗ rỗng có xương phủ mặt tiếp xúc / lòng tủy: 25 / • Tọa độ lỗ có xương phủ: • Vị trí mảnh ghép: ☒ Đúng vị trí cố định Mặt Mặt lòng tủy Trên X X X Trên X X ☐ Lỏng rời X X X X Sau X X Sau Trước ☐ Di lệch cố định Trước X X X X X X X X X X X X X X Dưới Mặt tiếp xúc Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Dưới Mặt tiếp xúc lịng tủy Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh Kết mơ học: Mô xương trưởng thành Mặt cắt thực tế mô dạng Mặt cắt Cone Beam CT-scan xương lấy từ lỗ rỗng mảnh ghép Mẫu thử mô xương trưởng thành với phiến xương đồng tâm bao quanh ống Havers, chất xương lắng đọng nhiều cốt bào (x20) Biến chứng: ☐ Có ☒ Khơng Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn