Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu tối ưu các thông số mũ chỉnh hình cho trẻ bị chứng bẹp đầu, đầu phẳng

PHAN CHU TẤN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2023

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ THANH LONG

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS LÊ THANH DANH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM

ngày 24 tháng 06 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS TS NGUYỄN HỮU LỘC 2 Thư ký: TS TRẦN HẢI NAM

3 Phản biện 1: TS LÊ THANH LONG 4 Phản biện 2: PGS TS LÊ THANH DANH 5 Ủy viên: TS NGUYỄN HỮU THỌ

Xác nhận của Chủ Tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phan Chu Tấn MSHV: 1970609 Ngày, tháng, năm sinh: 19/11/1997 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số : 8520103

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về chứng bệnh bẹp đầu, đầu phẳng và cách điều trị bằng mũ chỉnh hình - Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng khả năng làm việc của một số loại mũ chỉnh hình - Nghiên cứu công nghệ in 3D và ứng dụng để kiểm tra khả năng chế tạo một số mẫu

mũ chỉnh hình với các loại vật liệu nhựa khác nhau

- Nghiên cứu các thông số có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của mũ chỉnh hình - Nghiên cứu tối ưu các thông số của mũ chỉnh hình đảm bảo khả năng chịu lực lớn

nhất và khối lượng vật liệu nhỏ nhất

- Phân tích, tổng hợp các thông tin và kết quả, viết thuyết minh luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/06/2023

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ TRẦN NGUYÊN DUY PHƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:

 Tiến sĩ Trần Nguyên Duy Phương là người trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài

liệu, luôn luôn giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, truyền thụ thêm nhiều kiến thức và động lực cho tôi trong suốt thời gian từ khi tôi còn là sinh viên Đại học đến khi hoàn thành luận văn cao học này

 Quý Thầy, Cô ở trường Đại học Bách Khoa đã nhiệt tình truyền thụ bài giảng

 Bạn Võ Đình Thái và Phan Bảo Vy đã đồng hành, giúp đỡ, đóng góp thêm nhiều

thông tin, ý kiến trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu của tôi

 Anh Hồ Gia Huy, bạn Lê Kim Tĩnh, Anh Andrzej Rafael Masters cùng tập thể

các bạn học, đồng nghiệp luôn ủng hộ, góp ý, hỗ trợ tinh thần cho tôi để có thể hoàn thành luận văn này

TP.HCM, Ngày 12 tháng 06 năm 2023 Học viên thực hiện

Phan Chu Tấn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Mũ chỉnh hình cho trẻ bị hội chứng bẹt đầu và đầu phẳng là một loại mũ dùng để điều chỉnh lại biên dạng đầu của đứa trẻ trở lại bình thường, đảm bảo tính thẩm mỹ của hộp sọ và không làm ảnh hưởng đến hoạt động của não bộ Việc sử dụng mũ chỉnh hình cho trẻ là một thủ thuật thường nhật, cách sử dụng đơn giản và hiệu quả đem lại khá tốt Tuy nhiên ở Việt Nam, việc sử dụng mũ chỉnh hình chưa được áp dụng rộng rãi và cũng chưa có nhiều thông tin về phác đồ điều trị Việt Nam cũng chưa có các nghiên cứu về việc thiết kế và chế tạo mũ chỉnh hình cho trẻ

Luận văn này trình bày nghiên cứu về quy trình thiết kế, mô phỏng và phương pháp tìm ra một số thông số tối ưu cho mũ chỉnh hình dựa theo điều kiện đảm bộ độ bền, khả năng chịu lực khi sử dụng trên một trường hợp bệnh nhân cụ thể Từ kết quả này có thể áp dụng để thiết kế và chế tạo mũ hoạt động hiệu quả với lượng vật liệu sử dụng thấp nhất Nội dung của luận văn chia thành 6 chương, mỗi chương có nội dung như sau:

Chương 1: Bao gồm đặt vấn đề, tính cấp thiết, đưa ra mục tiêu để ta nên thực hiện đề

tài này và nội dung của nghiên cứu

Chương 2: Chương này sẽ trình bày những cơ sở cơ – y - sinh nền tảng Chương này

khái quát về chứng bẹt đầu, đầu phẳng ở trẻ sơ sinh và cách điều trị bằng mũ chỉnh hình Cơ sở thiết kế mũ chỉnh hình và tối ưu hóa biên dạng cho sản phẩm

Chương 3: Trình bày quy trình thiết kế và chế tạo một số mũ chỉnh hình

Chương 4: Mô phỏng trên phần mềm để xác định các thông số quan trọng ảnh hưởng

đến khả năng hoạt động của mũ

Chương 5: Chương này sẽ tiến hành thu thập những dữ liệu cần thiết từ chương 4 để

thực hiện bài toán tối ưu Tiến hành lập, giải bài toán tối ưu, tìm ra các kết quả nhằm thỏa mãn các yêu cầu bài toán đã lập ra và cách ứng dụng các kết quả đó

Chương 6: Kết luận và đánh giá kết quả đạt được Đề ra hướng phát triển cho đề tài

ABSTRACT

An orthotic helmet for infants with Plagiocephaly and Brachycephaly is a specialized helmet designed to correct abnormal head shapes in children, ensuring proper skull aesthetics without interfering with brain function While orthotic helmets for infants are simple, effective, and beneficial, their use in Vietnam is not yet widespread, and there is limited information on treatment protocols Additionally, Vietnam lacks research on designing and manufacturing orthotic helmets for infants

This thesis presents a comprehensive study focusing on the design process, simulation, and identification of optimal parameters for orthotic helmets The aim is to ensure durability and weight-bearing capacity when used on specific patients while

minimizing material usage The study's findings can be applied to the efficient design and manufacture of helmets, resulting in cost-effective solutions The thesis is divided into six chapters, each serving a specific purpose:

Chapter 1: Problem setting, urgency, and objectives of the research, providing a clear

rationale for conducting this study and outlining its contents

Chapter 2: Introduction to the medical and biological foundations of flat heads and

their occurrence in infants This chapter discusses the treatment of flat heads using orthotic helmets and explores the facilities and techniques involved in designing these helmets and optimizing their contours

Chapter 3: Detailed explanation of the design and manufacturing process of orthotic

helmets, encompassing all relevant steps and considerations

Chapter 4: Software simulation to analyze the key parameters affecting the helmet's

performance, providing valuable insights into its functionality

Chapter 5: Collection and analysis of data from Chapter 4 to address optimization

problems This chapter formulates and solves optimization problems to obtain results that meet the established requirements, and applies those findings

Chapter 6: Conclusion and evaluation of the study's results This chapter also

recommends directions for future research and development

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên: PHAN CHU TẤN

Học viên lớp: Cao học Kỹ Thuật Cơ Khí – K2019 – Đợt 2 Mã số học viên: 1970609

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo sau đại học, Đại học

Bách Khoa Tp HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu tối ưu các thông số mũ chỉnh hình cho trẻ bị chứng bẹp đầu, đầu phẳng” dưới sự hướng dẫn

của Tiến sĩ Trần Nguyên Duy Phương từ ngày 06/02/2023 đến 11/06/2023

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học do tôi thực hiện Tôi đã thực hiện đúng theo quy định của phòng đào tạo sau đại học, Đại Học Bách Khoa TP.HCM và theo sự hướng dẫn của Tiến sĩ Trần Nguyên Duy Phương

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây Nếu có sai phạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu các hình thức xử lý của phòng đào tạo sau đại học và Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

TP.HCM, Ngày 12 tháng 06 năm 2023 Học viên thực hiện

Phan Chu Tấn

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CƠ – Y – SINH 3

2.1 Hộp sọ của trẻ sơ sinh 3

2.2 Chứng bẹp đầu và đầu phẳng - plagiocephaly and brachycephaly 4

3.2 Yêu cầu thiết kế 21

3.3 Thu thập và xây dựng mô hình 3D đầu trẻ sơ sinh 23

3.4 Xác định thông số thiết kế 27

3.5 Thiết kế mũ chỉnh hình 30

3.6 Chế tạo mẫu thử nghiệm 34

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG 46

4.1 Cơ sở lý thuyết 46

4.2 Thiết lập các thông số 50

4.3 Mô phỏng quá trình biến dạng 52

CHƯƠNG 5: TỐI ƯU THÔNG SỐ MŨ CHỈNH HÌNH 63

5.1 Phương pháp Taguchi và dữ liệu đầu vào 63

5.2 Lập và giải bài toán 64

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 70

6.1 Kết quả đạt được 70

6.2 Hướng phát triển đề tài 70

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đầu của trẻ sơ sinh bị chứng bẹp đầu lệch về phía bên phải 1

Hình 2.1 Mặt bên xương sọ của trẻ sơ sinh 3

Hình 2.2 Mặt trên xương sọ của trẻ sơ sinh 4

Hình 2.3 Biên dạng đầu trẻ sơ sinh bình thường (a), bẹt đầu (b) và đầu phẳng (c) 5

Hình 2.4 Hệ số CR (A) và hệ số CVAI (B) 6

Hình 2.5 Trẻ sử dụng gối cố định tư thế ở cổ 8

Hình 2.6 Quá trình phục hồi hộp sọ khi sử dụng mũ chỉnh hình 10

Hình 2.7 Một mẫu mũ chỉnh hình được chế tạo bằng công nghệ in 3D 12

Hình 2.8 Phương pháp chế tạo mũ chỉnh hình bằng phương pháp đúc thạch cao 14

Hình 2.9 Đánh giá hiệu quả của việc điều trị chứng bẹt đầu bằng mũ chỉnh hình bằng cách đo đường chéo trên đầu của bệnh nhân [26] 15

Hình 2.10 Ảnh (A) Chụp CT 3D trước khi điều trị bằng mũ chỉnh hình, CVA=19 mm, CVAI=11,18% Ảnh (B) Chụp CT 3D sau 6,3 tháng điều trị bằng mũ chỉnh hình, CVA=4 mm, CVAI=2,48% [26] 15

Hình 3.1 Quy trình thiết kế, chế tạo mũ cho trẻ sơ sinh với công nghệ in 3D 17

Hình 3.2 Starband ứng dụng công nghệ quét 3D để thu thập dữ liệu đầu trẻ sơ sinh 24

Hình 3.3 Mô hình 3D đầu trẻ thu thập được từ www.sciencephoto.com 25

Hình 3.4 Import mô hình đầu trẻ vào phần mềm Solidworks 26

Hình 3.5 Biên dạng chung của một mũ chỉnh hình cho trẻ sơ sinh 28

Hình 3.6 Cấu tạo mũ chỉnh hình cho trẻ sơ sinh của Docband 31

Hình 3.7 Mũ chỉnh hình Starband cho trẻ sơ sinh chế tạo bằng công nghệ in 3D 32

Hình 3.8 Mũ có biên dạng ôm đầu trẻ, không có lỗ giảm khối lượng 32

Hình 3.9 Mũ có biên dạng ôm đầu trẻ, không có lỗ giảm khối lượng 33

Hình 3.10 Thiết kế của 03 chi tiết trong mũ chỉnh hình số 1 35

Hình 3.11 Quy trình chế tạo mũ chỉnh hình sử dụng công nghệ in 3D 35

Hình 3.12 Máy in 3D Kingroon KP3S Pro S1 38

Hình 3.13 Kích thước thiết kế vỏ trong mũ chỉnh hình 41

Hình 3.14 Mẫu vỏ trong bằng TPU-05A 42

Hình 3.15 Kích thước thiết kế vỏ ngoài mũ chỉnh hình 42

Hình 3.16 Mẫu mũ chỉnh hoàn thiện với vỏ ngoài in từ nhựa PLA+ 43

Hình 3.17 Mẫu mũ chỉnh hoàn thiện với vỏ ngoài in từ nhựa PETG 44

Hình 3.18 Mẫu mũ chỉnh hoàn thiện với vỏ ngoài in từ nhựa ABS+ 44

Hình 4.1 Mô hình ứng suất Von Mises [13] 47

Hình 4.2 Mô phỏng dạng điền đầy theo các đường chéo 52

Hình 4.3 Thiết kế mẫu có mật độ infill bằng phần mềm Solidworks 53

Hình 4.4 Nhập các thông số vật liệu cho các vật liệu vào phần mềm Solidworks 54

Hình 4.5 Phân tích biến dạng và chuyển vị tĩnh của mũ 55

Hình 4.6 Thêm vị trí cố định (ngàm) cho mũ chỉnh hình 56

Hình 4.7 Thêm vị trí đặt lực cho mũ chỉnh hình 57

Hình 4.8 Chia lưới mô hình 58

Hình 4.9 Phần mềm trong quá trình tính toán 58

Hình 4.10 Kết quả phân tích mũ ABS+, 0.6mm, 20% 59

Hình 4.11 Kết quả phân tích mũ ABS+, 0.9mm, 50% 59

Hình 4.12 Kết quả phân tích mũ ABS+, 1.2mm, 80% 59

Hình 4.13 Kết quả phân tích mũ PETG+, 0.6mm, 50% 60

Hình 4.14 Kết quả phân tích mũ PETG+, 0.9mm, 80% 60

Hình 4.15 Kết quả phân tích mũ PETG+, 1.2mm, 20% 60

Hình 4.16 Kết quả phân tích mũ PLA+, 0.6mm, 80% 61

Hình 4.17 Kết quả phân tích mũ PLA+, 0.9mm, 20% 61

Hình 4.18 Kết quả phân tích mũ PLA+, 1.2mm, 50% 61

Hình 5.1 Main Effect Plot for Means 65

Hình 5.2 Main Effects Plot for SN ratios 66

Hình 5.3 Main Effect Plot for Means 68

Hình 5.4 Main Effects Plot for SN ratios 69

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Hệ số đánh giá CR 7

Bảng 2.2 Hệ số đánh giá CVAI 7

Bảng 3.1 Một số thông số chung và tính chất cơ bản của 04 loại nhựa in 3D 21

Bảng 3.2 Kích thước trung bình của chu vi đầu trẻ sơ sinh 26

Bảng 3.3 Chọn vật liệu và độ dày cho các chi tiết của mũ chỉnh hình 29

Bảng 3.4 Lựa chọn các kích thước quan trọng 30

Bảng 3.5 Khối lượng các chi tiết tương ứng với các vật liệu 33

Bảng 3.6 Khối lượng các chi tiết tương ứng với các vật liệu 34

Bảng 3.7 Thông số kích thước và vật liệu để chế tạo 03 mẫu mũ chỉnh hình số 4 36

Bảng 3.8 Thông số vật liệu nhựa in 3D của hãng Esun được sử dụng 36

Bảng 3.9 Một số thông số của máy in được sử dụng để chế tạo mẫu thử nghiệm 39

Bảng 3.10 Thông số cơ bản để chế tạo mẫu 40

Bảng 3.11 Kiểm tra kích thước mẫu in 3D vỏ trong mũ chỉnh hình 41

Bảng 3.12 Kiểm tra kích thước mẫu in 3D vỏ ngoài mũ chỉnh hình 43

Bảng 4.1 Bảng thông số cơ bản của các vật liệu nhựa được nghiên cứu 50

Bảng 4.2 Các mức giá trị cho 3 nhân tố 50

Bảng 4.3 Bảng Quy hoạch L9 với 3 nhân tố theo phương pháp Taguchi 51

Bảng 4.4 Bảng Quy hoạch L9 với 3 nhân tố 51

Bảng 4.5 Khoảng cách các đường nhựa tương ứng với độ điền đầy 52

Bảng 4.6 Khối lượng của vỏ ngoài mũ sau khi thiết kế lại, có độ dày vỏ và mật độ thể tích tương ứng 53

Bảng 4.7 Kết quả mô phỏng chuyển vị và biến dạng 62

Bảng 5.1 Các nhân tố và mức giá trị 63

Bảng 5.2 Kết quả mô phỏng chuyển vị và xử lí kết quả theo Taguchi 64

Bảng 5.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị mũ chỉnh hình 66

Bảng 5.4 Kết quả mô phỏng biến dạng và xử lí kết quả theo Taguchi 67

Bảng 5.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng mũ chỉnh hình 69

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Với khuyến cáo và áp dụng việc nằm ngửa khi ngủ cho trẻ sơ sinh, giúp giảm hơn một

nửa tỷ lệ mắc hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh (SIDS - Sudden Infant Death

Syndrome) Nhưng việc này cũng đem đến một hậu quả khác, đó là sự gia tăng đáng

kể tỷ lệ trẻ bị bất đối xứng sọ não (biến dạng Plagiocephaly - DP) Ở Hoa Kỳ và các

nước Trung Âu đã ghi nhận mức độ gia tăng tỉ lệ mắc hội chứng này ở trẻ có độ tuổi từ 7 đến 12 tuần, nhà khoa học và bác sĩ ở các nước này cũng đang nỗ lực điều trị cho các trường hợp biến dạng nặng Thông thường, hiện tượng này không ảnh hưởng nhiều đến sự phát triển não bộ của bé, nhưng ảnh hưởng đến thẩm mĩ Trong một số trường hợp, bẹt đầu có thể dẫn đến một số biến chứng không tốt cho sự phát triển của trẻ sau này

Hình 1.1 Đầu của trẻ sơ sinh bị chứng bẹp đầu lệch về phía bên phải

Mũ chỉnh hình tròn đầu là một trong những biện pháp điều trị hội chứng bẹp đầu và đầu phẳng Những chiếc mũ chỉnh hình này được thiết kế để tạo áp lực nhẹ nhàng lên một số vùng nhất định của hộp sọ, kích thích hộp sọ của trẻ tăng trưởng và phát triển đúng cách Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn còn đang nghiên cứu về cách tối ưu hóa thiết kế và thông số của những chiếc mũ chỉnh hình này để cải thiện hiệu quả của chúng và đảm bảo kết quả tốt nhất cho trẻ sơ sinh mắc các bệnh này Với sự phát triển của công nghệ in 3D thì việc tối ưu biên dạng và kết cấu vật liệu cho mũ đã trở nên dễ

dàng hơn Đây cũng là xu hướng thiết kế cho nhiều công ty, trung tâm chỉnh hình trên thế giới Trong khi đó ở Việt Nam, mũ chỉnh hình cho trẻ chưa được nghiên cứu phát triển để phù hợp với nhu cầu sử dụng, hầu hết các mũ điều trị đề được nhập khẩu với giá thành rất cao Về mặt công nghệ, Việt Nam hoàn toàn có thể chế tạo mũ chỉnh cho trẻ Do đó, nghiên cứu này sẽ là nền tảng để tiếp tục phát triển sản phẩm này, giúp mở rộng phương hướng điều trị cho những đứa trẻ bị hội chứng bẹt đầu, đầu phẳng

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Tổng hợp được các thông tin cơ bản về đặc điểm của hội chứng bẹt đầu, đầu phẳng ở trẻ sơ sinh và phương pháp điều trị bằng mũ chỉnh hình

+ Tìm hiểu được biên dạng hình học của mũ phù hợp cho việc điều trị đối với một bệnh nhân cụ thể

+ Thiết kế một mẫu mũ chỉnh hình, phù hợp với công nghệ in 3D

+ Mô phỏng khả năng chịu lực sử dụng các phương trình toán và phần mềm

+ Thu thập số liệu từ kết quả mô phỏng, làm đầu vào cho bài toán tối ưu để tìm ra bộ thông số có thể dùng cho công việc phát triển thiết kế mũ chỉnh hình cho trẻ

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 01: Tổng quan về chứng bệnh bẹp đầu, đầu phẳng và cách điều trị bằng mũ chỉnh hình, mức độ hiệu quả của cách chữa trị bằng mũ chỉnh hình

- Nội dung 02: Tìm hiểu các thông số của mũ chỉnh hình có ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị bệnh và một số loại mũ chỉnh hình trên thế giới

- Nội dung 03: Thiết kế và mô phỏng khả năng làm việc của hai loại mũ chỉnh hình - Nội dung 04: Nghiên cứu tối ưu một số thông số quan trọng của mũ chỉnh hình, so sánh với một số kết quả thực nghiệm và lý thuyết đã được công bố

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CƠ – Y – SINH

2.1 Hộp sọ của trẻ sơ sinh

Hộp sọ của trẻ sơ sinh là một cấu trúc phức tạp và sẽ trải qua nhiều thay đổi đáng kể trong những năm đầu đời Khi mới sinh, hộp sọ bao gồm nhiều mảnh xương chưa hợp nhất với nhau Điều này cho phép hộp sọ chịu được lực nén trong quá trình sinh của người mẹ Khi trẻ lớn lên và phát triển, hộp sọ trải qua một quá trình được gọi là cốt hóa sọ, trong đó các xương dần dần hợp nhất với nhau để tạo thành một cấu trúc vững chắc hơn Quá trình này thường xảy ra trong 18-24 tháng đầu đời, với thóp đóng lại trong khoảng 12-18 tháng tuổi

Hình 2.1 Mặt bên xương sọ của trẻ sơ sinh

Yếu tố quan trọng của hộp sọ trẻ sơ sinh là kích thước và hình dạng Hộp sọ tương đối lớn so với phần còn lại của cơ thể, điều này là cần thiết để chứa được bộ não đang phát triển một cách nhanh chóng Ngoài ra, hình dạng của hộp sọ có thể cung cấp manh mối về sự phát triển của não và các cấu trúc khác trong đầu đứa trẻ Ví dụ, hộp sọ biến dạng có thể chỉ ra những bất thường trong não hoặc dây thần kinh sọ

Một vị trí sọ rất quan trọng là thóp, đây là những điểm mềm trên hộp sọ của trẻ sơ sinh, nơi xương chưa hợp nhất với nhau Thông thường có hai thóp trên hộp sọ là: thóp

trước, nằm ở đỉnh đầu và thóp sau, nằm ở phía sau Những thóp này cho phép não

phát triển và mở rộng, và chúng thường đóng lại khi trẻ được 18-24 tháng tuổi

Hình 2.2 Mặt trên xương sọ của trẻ sơ sinh

Cuối cùng, cần lưu ý rằng hộp sọ của trẻ sơ sinh tương đối mỏng manh và dễ bị tổn thương, có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như vị trí và áp lực, có thể dẫn đến các biến dạng Bố mẹ phải cẩn thận để hỗ trợ đầu và cổ của trẻ trong quá trình chăm sóc và di chuyển, đặc biệt là trong những tháng đầu đời Ngoài ra, khi có bất kỳ mối lo ngại nào về hình dạng hoặc sự phát triển của hộp sọ đều phải được bác sĩ nhi khoa hoặc chuyên gia y tế chẩn đoán và điều trị

2.2 Chứng bẹp đầu và đầu phẳng - plagiocephaly and brachycephaly

2.2.1 Hội chứng bẹp đầu và đầu phẳng

Bẹp đầu (plagiocephaly) và đầu phẳng (brachycephaly) là hai loại bất đối xứng hộp

sọ ở trẻ sơ sinh, đầu một đứa trẻ có một phần bị lép hoặc biến dạng

Bẹp đầu (Plagiocephaly) là tình trạng hộp sọ của trẻ bị dẹp một bên, dẫn đến hình

dạng đầu không đối xứng Mặt khác, đầu phẳng (Brachycephaly) là tình trạng hộp sọ

của trẻ bị dẹt ở phía sau, dẫn đến hình dạng đầu phía sau rộng hơn

Tình trạng này xảy ra khi đầu trẻ phải chịu áp lực từ bên ngoài trong những tháng đầu đời, khi mà hộp sọ của trẻ sơ sinh còn khá mềm Nguyên nhân phổ biến nhất là do trẻ phải nằm ở một tư thế quá lâu khiến cho hộp sọ bị đè nén, bên cạnh đó là sự chèn ép

của tử cung trước và trong khi sinh Ví dụ, tật đầu bẹp có thể phát triển khi trẻ sơ sinh dành quá nhiều thời gian nằm nghiêng một bên đầu, trong khi tật đầu phẳng có thể do trẻ nằm ngửa quá nhiều Trong một số trường hợp, bẹp đầu và đầu phẳng cũng có thể liên quan đến các tình trạng bệnh lý tiềm ẩn Ví dụ, tật vẹo cổ (tình trạng cơ cổ bị căng hoặc ngắn ở một bên) có thể góp phần gây ra bẹp đầu Trong khi tật dính khớp sọ (tình trạng các xương trong hộp sọ hợp nhất quá sớm) có thể dẫn đến chứng đầu phẳng

Hình 2.3 Biên dạng đầu trẻ sơ sinh bình thường (a), bẹt đầu (b) và đầu phẳng (c)

Cả hai tật bẹp đầu ngắn và đầu phẳng đều có thể được điều trị bằng nhiều biện pháp can thiệp khác nhau Điều đáng chú ý nhất trong việc điều trị chứng bẹp đầu và đầu phẳng đó là được bắt đầu sớm, lý tưởng nhất là trong vài tháng đầu đời Khi trẻ phát triển thì hộp sọ sẽ trở nên cứng dần, nên cần phải theo dõi và điều trị kịp thời để không ảnh hưởng đến thẩm mỹ của trẻ sau này Cha mẹ nên tham khảo ý kiến bác sĩ nhi khoa chỉnh hình hoặc chuyên gia y tế khác nếu có bất cứ lo lắng nào về hình dạng hoặc sự phát triển hộp sọ của con mình

2.2.2 Đánh giá trình trạng bệnh

Chúng ta sử dụng hai hệ số chính để đánh giá tình trạng bệnh, đó là CR (Caphalic Ratio) và CVAI (Cranial Vault Asymmetry Index)

Hình 2.4 Hệ số CR (A) và hệ số CVAI (B)

CR là viết tắt của Cranial Ratio – tỷ lệ sọ, nó là phép đo tỷ lệ chiều rộng chia cho

chiều dài của hộp sọ của trẻ sơ sinh Nó thường được sử dụng để đánh giá chứng đầu phẳng, một tình trạng đặc trưng bởi hình dạng đầu rộng và ngắn không cân xứng Chỉ

số đầu lớn hơn 80% thường được coi là biểu hiện của tật đầu ngắn

CVAI là viết tắt của Cranial Vault Asymmetry Index - Chỉ số bất đối xứng vòm sọ,

và đây là phép đo sự khác biệt về sự bất đối xứng vòm sọ giữa bên trái và bên phải của đầu trẻ sơ sinh Nó thường được sử dụng để đánh giá chứng đa đầu, một tình trạng đặc trưng bởi hình dạng đầu phẳng hoặc không đối xứng

Cranial Width

Cranial Length ;

Diagonal A - Diagonal B100Diagonal A

Cả CR và CVAI đều được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị chứng bất đối xứng sọ ở trẻ và có thể giúp các bác sĩ lâm sàng theo dõi tiến trình điều trị theo thời gian

Cranial Vault Asymmetry Index

Ngoài ra, chúng ta còn có chỉ số CI là viết tắt của Cephalic Index – chỉ số đầu

CI là phép đo tỷ lệ chiều rộng trên chiều dài của đầu, thường được sử dụng để đánh giá

một loạt các hình dạng đầu Nó được tính bằng cách chia chiều rộng đầu tối đa (điểm rộng nhất của đầu) cho chiều dài đầu tối đa (khoảng cách từ glabella -phần nhẵn của trán phía trên và giữa hai lông mày đến opisthocranion- Điểm nhô ra sau nhất ở mặt sau của hộp não), nhân với 100

Ví dụ: nếu chiều rộng tối đa chiều rộng sọ là 90mm và chiều dài sọ tối đa là 110mm,

CI sẽ là 81,8 (90/110 x 100)

Về bản chất, cả CR và CI đều là phép đo tỷ lệ chiều rộng trên chiều dài của hộp sọ hoặc đầu Sự khác biệt chính là CR được sử dụng cụ thể để đánh giá tật đầu phẳng, trong khi CI là một phép đo tổng quát hơn có thể được sử dụng để đánh giá một loạt

các hình dạng đầu, bao gồm tật đầu phẳng - brachycephaly, tật đầu hai bên (hình dạng

đầu dài và hẹp) -dolichocephaly và tật đầu nhỏ (một hình dạng đầu trung bình hơn) – mesocephaly

Một số phương án điều trị

Nguyên nhân của chứng bẹt đầu, đầu phẳng là do trẻ bị nằm ở một tư thế quá lâu hoặc do ngoại lực tác động, nên thay đổi tư thế liên tục là một cách phòng tránh, điều trị đơn giản, hiệu quả Cách điều trị phổ biến hiện tại là phương pháp điều chỉnh vị trí, thường xuyên thay đổi tư thế nằm cho bé trong các hoạt động hàng ngày để tránh gây áp lực lên vùng lép của đầu Nếu có dấu hiệu nhẹ thì vật lý trị liệu là một phương pháp hiệu quả Trong một số ít trường hợp, phẫu thuật có thể được đề nghị nếu tình trạng nghiêm trọng hoặc nếu các phương pháp điều trị khác không hiệu quả Kết hợp theo dõi hình dạng đầu của trẻ bằng hình chụp sau mỗi tháng Việc theo dõi sẽ giúp các bác sĩ đưa ra được phương án điều trị kịp thời, tùy vào tình trạng thực tế của trẻ

Hình 2.5 Trẻ sử dụng gối cố định tư thế ở cổ

2.3 Mũ chỉnh hình – Orthotic helmet

Dụng cụ chỉnh hình sọ, còn được gọi là mũ chỉnh hình hoặc thiết bị định hình đầu, là một mũ chỉnh hình chuyên dụng được trang bị cho đầu của trẻ sơ sinh để tạo áp lực nhẹ nhàng lên các khu vực nhất định và định hình lại hộp sọ Mũ chỉnh hình thường được làm bằng nhựa nhẹ và có lớp lót xốp mềm Nó được tùy chỉnh cho từng trẻ sơ sinh dựa trên các phép đo cụ thể của đầu chúng

Chỉnh hình sọ được sử dụng phổ biến nhất để điều trị chứng bẹt đầu và đầu phẳng Đối với trẻ bị chứng bẹt đầu nghiêm trọng, thì phương pháp điều trị hiệu quả là sử dụng loại mũ này Trẻ phải đội mũ khoảng 18 giờ/ngày đến 23 giờ/ngày và chỉ được tháo ra để tắm rửa và vệ sinh Mũ chỉnh hình nên được kiểm tra và điều chỉnh thường xuyên bởi một chuyên gia có trình độ để đảm bảo rằng nó vừa vặn và cung cấp áp suất chính xác Khi đầu của trẻ sơ sinh lớn lên và thay đổi hình dạng, mũ chỉnh hình có thể cần được điều chỉnh hoặc thay thế để tiếp tục tạo áp lực lên các khu vực mục tiêu Chỉnh hình sọ có hiệu quả nhất khi nó được bắt đầu sớm, lý tưởng nhất là từ 2 đến 6 tháng tuổi Thời gian điều trị khác nhau tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tình trạng và tuổi của trẻ khi bắt đầu điều trị Độ tuổi thích hợp nhất để sử dụng là từ 4 tháng đến 12 tháng tuổi vì lúc này xương sọ còn mềm dẻo và bộ não đang phát triển nhanh chóng Sau 12 tháng tuổi, xương đã cứng, các khối xương sọ đã dính lại với nhau thì hiệu quả phương pháp này kém hơn nhiều

Trong một số trường hợp, tái định vị và vật lý trị liệu là đủ Tuy nhiên, nếu tình trạng nghiêm trọng hoặc nếu việc định vị lại và vật lý trị liệu không hiệu quả, bác sĩ nhi khoa hoặc chuyên gia về rối loạn sọ mặt có thể đề nghị chỉnh hình hộp sọ

Phương pháp sử dụng mũ chỉnh hình đã phổ biến ở các quốc gia phát triển Ở Việt Nam mặc dù có thể sử dụng nhưng chi phí cần rất cao và khó tiếp cận đến nhiều bệnh nhân thật sự cần điều trị Tuy nhiên, liệu pháp này còn tồn tại nhiều nguy cơ như viêm da tiếp xúc, lở loét do do áp lực từ mũ và kích ứng da tại nhiều điểm nhạy cảm

Hình 2.6 Quá trình phục hồi hộp sọ khi sử dụng mũ chỉnh hình

2.4 Cơ sở thiết kế và chế tạo mũ chỉnh hình

2.4.1 Liệu pháp tái tạo

Liệu pháp tái tạo là một phương pháp điều trị không phẫu thuật được sử dụng để giải quyết tình trạng bất đối xứng hộp sọ ở trẻ sơ sinh Mục tiêu của liệu pháp nắn lại là định hình lại hộp sọ của trẻ sơ sinh bằng cách tạo áp lực nhẹ nhàng và liên tục lên một số vùng nhất định trên đầu, điều này khuyến khích sự phát triển của các xương bên

dưới theo hình dạng đối xứng hơn

Liệu pháp này thường liên quan đến việc sử dụng dụng cụ chỉnh hình sọ, ví dụ như mũ chỉnh hình chuyên dụng được trang bị cho đầu của trẻ sơ sinh Mũ chỉnh hình được thiết kế để tạo áp lực nhẹ nhàng lên các vùng cụ thể của hộp sọ phẳng hoặc không đối xứng, đồng thời chừa chỗ cho các vùng hộp sọ không cần áp lực

Liệu pháp nắn lại thường được coi là an toàn và hiệu quả đối với trẻ sơ sinh có hộp sọ không đối xứng, và đã được chứng minh là cải thiện hình dạng đầu và giảm mức độ nghiêm trọng của hộp sọ không đối xứng trong nhiều trường hợp

2.4.2 Thiết kế mũ chỉnh hình

Thiết kế của mũ chỉnh hình dựa trên nguyên tắc của "liệu pháp tái tạo" Mũ chỉnh

hình được làm bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo nhẹ, có thể được làm nóng và đúc theo các đường viền cụ thể trên đầu của trẻ sơ sinh Quá trình thiết kế chỉnh hình sọ thường bao gồm sự kết hợp giữa các phép đo thủ công và máy tính hỗ trợ để tạo ra mô hình 3D của đầu trẻ sơ sinh Mô hình này được sử dụng để thiết kế mũ chỉnh hình được tùy chỉnh để phù hợp với các đường viền độc đáo của hộp sọ của trẻ sơ sinh và tạo áp lực cần thiết lên các khu vực mục tiêu

Bên cạnh thiết kế mũ chỉnh hình phù hợp với từng bệnh nhân, quá trình xử lý thay đổi thiết kế cũng liên quan đến việc theo dõi và điều chỉnh liên tục để đảm bảo rằng mũ chỉnh hình vừa vặn và áp dụng đúng mức áp suất

Thiết kế một chiếc mũ chỉnh hình mang tính cá nhân hóa và được tối ưu hóa cấu trúc liên kết Thiết kế các vùng không gian tựa và vùng không gian chỉnh hình thích hợp tình trạng biến dạng đầu của từng bé Áp dụng mô phỏng vật lý và phân tích số để tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho phép tăng mật độ vật liệu vào vùng không gian chỉnh hình với các ràng buộc cơ học và vật liệu thích hợp

Mục tiêu thiết kế mũ chỉnh hình sẽ có hai vùng chính: vùng không gian tựa và vùng không gian chỉnh hình Vùng không gian tựa phải đảm bảo cố định được mũ trên đầu và là cơ sở cho các chuyển vị của vùng không gian chỉnh hình Vùng không gian chỉnh hình sẽ được thiết kế theo các yêu cầu về biến dạng hình học, diện tích tiếp xúc thực tế của trẻ và giới hạn lực phân bố tại vùng tiếp xúc, phối hợp với cơ cấu cho phép thay đổi mảnh chỉnh hình (điều trị qua nhiều giai đoạn và giảm tối đa sực khó chịu giai đoạn đầu khi hộp sọ bị chèn ép) phù hợp nhất của tiến trình chỉnh hình hộp sọ Số lượng mảnh chỉnh hình chính là số bậc tự do, mũ cải tiến sẽ có nhiều mảnh chỉnh hình ở các vị trí cần thiết và các mảnh này thay đổi linh hoạt nhờ in 3D

2.4.3 Chế tạo mũ chỉnh hình bằng công nghệ in 3D

Công nghệ In 3D đã cách mạng hóa cách thiết kế và sản xuất sản phẩm, đồng thời cho

phép tùy chỉnh và linh hoạt hơn trong quy trình sản xuất Công nghệ in 3D đang rất phát triển, giúp tiết kiệm nhiều thời gian và tiền bạc trong việc tạo mẫu và tạo ra một số sản phẩm dùng trong thực tế với độ tùy chỉnh cao Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm thiết kế sản phẩm, đồ dùng, cơ khí, xây dựng, kiến trúc, nghệ thuật, và đặc biệt là trong y học Các sản phẩm y học dùng cho bệnh nhân có yêu cầu cao về cá nhân hóa, công nghệ in 3D có thể tạo ra rất nhiều mẫu phù hợp với nhiều người Với khả năng đó, việc ứng dụng công nghệ in 3D để tạo ra sản phẩm mũ chỉnh hình cho trẻ là rất phù hợp Mỗi đứa trẻ sẽ có một biên dạng đầu khác nhau nên cần phải điều chỉnh theo từng trường hợp cụ thể Đặc biệt, mũ chỉnh hình được chế tạo theo công nghệ truyền thống còn tồn tại rất nhiều vấn đề như là khối lượng nặng hơn, bí khí, dễ gây các biến chứng viêm da, dị ứng, mẩn đỏ tại vị trí tiếp xúc Đối với sản phẩm in 3D, ta có thể tối ưu hóa biên dạng, loại bỏ hay gia tăng vật liệu cho những vị trí khác nhau

Hình 2.7 Một mẫu mũ chỉnh hình được chế tạo bằng công nghệ in 3D

Dưới đây là những những ưu điểm của công nghệ in 3D

- Tính cá nhân hóa: Đối tượng sử dụng là các bé nhỏ hơn 12 tháng tuổi, cơ thể còn rất

nhạy cảm nên mũ phải thoáng khí, khối lượng nhẹ nhàng Bằng việc sử dụng công nghệ quét 3D, kích thước, biên dạng chính xác của đầu bệnh nhân có thể được chụp và sử dụng để tạo mô hình 3D của mũ chỉnh hình Điều này cho phép sự phù hợp hoàn hảo và phân phối áp suất tối ưu, có thể dẫn đến điều trị hiệu quả hơn Hoặc thiết kế mũ có nhiều mảnh ghép, cùng với quá trình phân tích CAE nhằm tối ưu hóa trọng lượng, phù hợp cho việc phân bố lực và định hình lại biên dạng đầu của từng trường hợp cụ thể Định hướng tăng mật độ vật liệu cho vùng chịu áp lực sọ, giảm vật liệu cho các vùng ít chịu lực hơn Hình dạng và kết cấu mũ sẽ trở nên khó khăn khi chế tạo bằng những công nghệ truyền thống Khi đó, công nghệ in 3D có thể giải quyết được yêu cầu này, chế tạo các biên dạng phù hợp với đầu của từng bé, ngược lại với các sản phẩm chỉnh hình hộp sọ truyền thống thường cồng kềnh, nặng nề gây khó chịu và có nhiều biến chứng không mong muốn

- Cải thiện thời gian sản xuất: In 3D cũng cho phép thời gian sản xuất nhanh hơn so

với các phương pháp sản xuất truyền thống, ví dụ như đúc thạch cao Khi thiết kế đã được hoàn thiện, máy in 3D có thể tạo mũ chỉnh hình chỉ trong vài giờ, thay vì vài ngày hoặc vài tuần Điều này có thể đặc biệt có lợi cho trẻ sơ sinh cần điều trị ngay lập tức để điều chỉnh biến dạng hộp sọ

- Giảm chất thải: Với các phương pháp sản xuất truyền thống có một lượng đáng kể

chất thải vật liệu được tạo ra trong quá trình sản xuất (ví dụ như đúc có vật liệu nhựa dư thừa và nguyên liệu phụ trợ, rất hao phí khi chế tạo sản phẩm) Tuy nhiên, với in

3D, chỉ sử dụng lượng vật liệu chính xác cần thiết cho mỗi chiếc mũ chỉnh hình, điều này có thể dẫn đến ít chất thải hơn và quy trình sản xuất thân thiện với môi trường hơn

Hình 2.8 Phương pháp chế tạo mũ chỉnh hình bằng phương pháp đúc thạch cao

2.5 Tính hiệu quả mũ chỉnh hình

Một số nghiên cứu đã báo cáo những cải thiện đáng kể về hình dạng đầu và sự đối xứng khi sử dụng mũ chỉnh hình, trong khi những nghiên cứu khác lại phát hiện ra rằng kết quả có thể bị hạn chế, đặc biệt đối với trẻ sơ sinh bị dị tật hình dạng đầu từ nhẹ đến trung bình Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu quả của mũ chỉnh hình là tuổi của bệnh nhân Một số nghiên cứu cho rằng mũ chỉnh hình có thể có hiệu quả nhất khi được sử dụng cho trẻ nhỏ, trước khi hộp sọ được hóa cứng hoàn toàn và xương cứng lại Các nghiên cứu khác lại cho rằng mũ chỉnh hình có thể kém hiệu quả hơn ở trẻ lớn hơn hoặc kết quả có thể phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tình trạng bệnh

Ví dụ một nghiên cứu được công bố trên Japan Medical Association - Tạp chí của

Hiệp hội Y tế Nhật Bản vào năm 2020 đã kết luận rằng liệu pháp mũ chỉnh hình cho trẻ sơ sinh bị bẹp đầu là an toàn và hiệu quả, có tính khả thi để giới thiệu vào môi trường

lâm sàng tại Nhật Bản [24] Một nghiên cứu khác được công bố trên Craniofacial

Surgery - Tạp chí Phẫu thuật sọ mặt vào năm 2014 cho thấy trẻ sơ sinh bị tật đầu hơn

18 tháng tuổi vẫn được điều trị bằng mũ chỉnh hình cho thấy sự cải thiện đáng kể về hình dạng đầu, có cả những trường hợp điều trị thành công [26]

Hình 2.9 Đánh giá hiệu quả của việc điều trị chứng bẹt đầu bằng mũ chỉnh hình bằng cách đo đường chéo trên đầu của bệnh nhân [26]

Hình 2.10 Ảnh (A) Chụp CT 3D trước khi điều trị bằng mũ chỉnh hình, CVA=19 mm, CVAI=11,18% Ảnh (B) Chụp CT 3D sau 6,3 tháng điều trị bằng mũ chỉnh hình,

CVA=4 mm, CVAI=2,48% [26]

Ngoài ra còn có cuộc tranh luận xung quanh việc sử dụng mũ chỉnh hình chỉnh hình để điều trị dị tật hình dạng đầu Một số nhà nghiên cứu đã lập luận rằng mũ chỉnh hình có thể không cần thiết đối với trẻ sơ sinh có tình trạng nhẹ đến trung bình và các biện pháp can thiệp thay thế như định vị lại và vật lý trị liệu có thể có hiệu quả tương đương Ngoài ra, một số nghiên cứu cho rằng mũ chỉnh hình có thể liên quan đến các tác dụng phụ như kích ứng da và khó chịu, mặc dù những tác dụng phụ này thường được coi là nhẹ và tạm thời

Nhìn chung, có bằng chứng cho thấy rằng mũ chỉnh hình chỉnh hình có thể hiệu quả trong việc điều trị dị tật đầu ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, nhưng mức độ hiệu quả của chúng có thể phụ thuộc vào một số yếu tố và vẫn còn nhiều tranh luận và thảo luận xung quanh việc sử dụng chúng Cha mẹ và người chăm sóc nên thảo luận về những lợi ích và rủi ro tiềm ẩn của mũ chỉnh hình chỉnh hình với nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe của họ trước khi quyết định một liệu trình điều trị

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU

3.1 Khảo sát và phân tích

3.1.1 Quy trình thiết kế và chế tạo

Hình 3.1 Quy trình thiết kế, chế tạo mũ chỉnh hình cho trẻ sơ sinh với công nghệ in 3D

- Thu thập dữ liệu: Bác sĩ hoặc kỹ thuật viên chỉnh hình sẽ quan sát và thực hiện các phép đo đơn giản để xác định mức độ bệnh và định hướng điều trị Nếu cần sử dụng mũ chỉnh hình, họ sẽ thu thập dữ liệu chính xác về đầu của em bé, điều này có thể được thực hiện thông qua chụp CT, MRI hoặc quét 3D

- Tạo mô hình 3D: Sau khi dữ liệu được thu thập, nó sẽ được sử dụng để tạo mô hình 3D kỹ thuật số đầu của em bé bằng phần mềm chuyên dụng Mô hình 3D đóng vai trò là nền tảng để thiết kế mũ chỉnh hình chỉnh hình

- Thiết kế và tùy chỉnh: Với mô hình 3D đầu của em bé, thiết kế của mũ chỉnh hình chỉnh hình có thể được tạo ra Thiết kế mũ chỉnh hình liên quan đến việc xem xét các yếu tố như tác dụng điều chỉnh mong muốn, sự thoải mái và tính thẩm mỹ Hình dạng, độ dày, lỗ thông gió và các tính năng khác được xác định trong giai đoạn này

- Mô phỏng và tối ưu hóa: Trước khi tiến hành chế tạo, thiết kế mũ có thể trải qua quá trình mô phỏng và phân tích bằng các phần mềm Điều này giúp đánh giá các yếu tố như phân phối áp suất, ứng suất vật liệu và hiệu suất tổng thể Các điều chỉnh có thể được thực hiện dựa trên kết quả mô phỏng để tối ưu hóa thiết kế

- Lựa chọn vật liệu: Việc lựa chọn vật liệu cho mũ chỉnh hình chỉnh hình là rất quan trọng Nó phải nhẹ, bền, không gây dị ứng và phù hợp để in 3D Các vật liệu phổ biến được sử dụng bao gồm nhựa nhiệt dẻo như PLA, ABS, PETG hoặc TPU, mang lại các đặc tính cần thiết cho sự thoải mái và chức năng

- In 3D: Sau khi thiết kế được hoàn thiện và vật liệu được chọn Máy in 3D được sử dụng để xây dựng từng lớp mũ, tuân theo các thông số kỹ thuật của mô hình kỹ thuật số Các thông số in như chiều cao lớp, mật độ infill và tốc độ in sẽ được cài đặt - Xử lý hậu kỳ: Sau khi quá trình in 3D hoàn tất, mũ chỉnh hình chỉnh hình cần xử lý hậu kỳ Điều này liên quan đến việc loại bỏ các cấu trúc giá đỡ hỗ trợ, làm phẳng các bề mặt gồ ghề và đảm bảo vừa vặn và thoải mái Điều chỉnh bổ sung hoặc sửa đổi có thể được thực hiện khi cần thiết nếu có biên dạng lỗi

- Lắp và thử nghiệm (fitting and testing): Mũ chỉnh hình hoàn thiện được lắp vào đầu

của em bé để đảm bảo sự vừa vặn, thoải mái và đáp ứng chức năng phù hợp Sau đó

bác sĩ, kỹ thuật viên sẽ theo dõi thường xuyên và kiểm tra để đánh giá tiến trình điều trị và thực hiện bất kỳ điều chỉnh cần thiết nào

3.1.2 Một số vật liệu được sử dụng

Loại nhựa đúc thường được sử dụng để làm mũ chỉnh hình:

Polyethylene (PE): Đây là vật liệu nhiệt dẻo, nhẹ và chống va đập, được sử dụng phổ biến trong y tế, bao gồm cả mũ chỉnh hình chỉnh hình Nó nhẹ, bền và có thể dễ dàng đúc khuôn để phù hợp với đầu của bệnh nhân

Polycarbonate (PC): Đây là một loại nhựa cứng, bền và chắc, chịu được nhiệt độ cao,

có màu trong suốt cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng y tế, bao gồm mũ chỉnh hình chỉnh hình PC có khả năng chống va đập, rất lý tưởng để bảo vệ đầu của trẻ sơ sinh Độ trong suốt: PC có độ rõ quang học tốt, cho phép quan sát rõ ràng và theo dõi hình dạng đầu của trẻ sơ sinh trong quá trình điều trị Đặc biệt, PC có khả năng kháng hóa chất tốt, kể cả các chất tẩy rửa thông thường Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc vệ sinh và bảo quản vệ sinh của mũ chỉnh hình một cách dễ dàng

Polypropylene (PP): là một loại polymer nhiệt dẻo nhẹ và có khả năng chống va đập

tuyệt vời, cho phép mũ chỉnh hình hấp thụ và phân bổ lực khi bị va đập hoặc vô tình rơi Nó cung cấp một mức độ bảo vệ nhất định cho đầu của trẻ sơ sinh đồng thời đủ đàn hồi để giữ nguyên hình dạng Đây là chất liệu nhẹ, tạo cảm giác thoải mái cho trẻ sơ sinh khi đeo Tỷ khối của PP nhẹ làm giảm gánh nặng cho đầu của trẻ trong khi vẫn cung cấp sự hỗ trợ cần thiết và điều chỉnh hình dạng hộp sọ

Loại nhựa in 3D có thể được sử dụng để làm mũ chỉnh hình:

Thermoplastic Polyurethane (TPU): TPU là một loại nhựa dẻo và đàn hồi thường

được sử dụng cho lớp lót bên trong của mũ chỉnh hình chỉnh hình Nó phù hợp với hình dạng đầu của trẻ sơ sinh và thường làm lớp đệm để bảo vệ chống lại các tác động của ngoại lực TPU là một vật liệu linh hoạt, đàn hồi có thể được đúc thành các hình dạng

phức tạp Ngoài ra, TPU còn nhẹ và có khả năng chống va đập tốt, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng bảo vệ như mũ chỉnh hình chỉnh hình TPU cũng dễ khử trùng, điều này rất quan trọng để giữ vệ sinh trong quá trình điều trị

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS): Đây là vật liệu nhựa nhiệt dẻo được biết đến

với độ dẻo dai, khả năng chịu nhiệt và độ bền Nó thường được sử dụng trong sản xuất mũ chỉnh hình chỉnh hình do độ bền và tính linh hoạt của nó, dễ dàng đúc thành các hình dạng phức tạp

Polyethylene Terephthalate Glycol (PET-G): các đặc tính như có độ trong suốt, độ

bền, ổn định kích thước và dễ xử lý bề mặt làm cho vật liệu này thích hợp cho mũ chỉnh hình Độ bền và độ ổn định kích thước của PET-G đảm bảo rằng mũ chỉnh hình duy trì hình dạng và cung cấp áp suất nhất quán trong suốt thời gian điều trị

Axit polylactic (PLA): Đây là một loại nhựa nhiệt dẻo có thể phân hủy sinh học, có

nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo như bột ngô hoặc mía PLA là vật liệu phổ biến để in 3D do dễ sử dụng, ít độc tính và có khả năng phân hủy sinh học PLA

thường không được sử dụng trong sản xuất mũ chỉnh hình chỉnh hình cho trẻ sơ sinh bị tật đầu, vì nó không linh hoạt và chống va đập như các loại nhựa khác Tuy nhiên, PLA có thể được sử dụng cho các loại thiết bị y tế in 3D khác hoặc để tạo mẫu thiết kế mũ chỉnh hình chỉnh hình trước khi chúng được sản xuất bằng các vật liệu khác

Loại nhựa được sử dụng để làm mũ chỉnh hình chỉnh hình sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhu cầu của bệnh nhân – đứa trẻ trực tiếp sử dụng, yêu cầu thiết kế mũ chỉnh hình của nhà cung cấp dịch vụ, phòng khám điều trị hoặc nhà sản xuất, một số ít trường hợp còn phụ thuộc và sở thích của phụ huynh

Bảng 3.1 Một số thông số chung và tính chất cơ bản của 04 loại nhựa in 3D

Độ linh hoạt/đàn hồi

Linh hoạt cao Tương đối cứng

Độ linh hoạt trung bình

Tương đối cứng

Khả năng in 3D

Trung bình Tương đối dễ Tương đối dễ Tương đối dễ

Bề mặt hoàn thiện

Tính thích ứng sinh học

Thường được coi là thích hợp sinh học

Thường không được khuyến nghị

Thường được coi là thích hợp sinh học

Thường được coi là thích hợp sinh học

g/cm³

1,04-1,15 g/cm³

1,27-1,37 g/cm³

1,20-1,30 g/cm³

Giá Tương đối cao Giá trung bình Giá trung bình Giá trung bình

Lưu ý: các giá trị trong bảng là phạm vi gần đúng được tổng hợp từ nhiều nhà sản xuất nhựa nên khi nghiên cứu tính toán cần kiểm tra lại đúng thông số từ nhà sản xuất cụ thể với tùy điều kiện thử nghiệm cụ thể

3.2 Yêu cầu thiết kế

Dưới đây là một số yêu cầu quan trọng khi thiết kế mũ chỉnh hình

- Độ vừa vặn tùy chỉnh: Mũ chỉnh hình phải được thiết kế riêng cho phù hợp với hình

dạng và kích cỡ đầu của trẻ sơ sinh Điều này có thể liên quan đến việc thực hiện các

phép đo chính xác và tạo khuôn tùy chỉnh hoặc sử dụng các công nghệ quét tiên tiến để đảm bảo độ vừa vặn chính xác Mũ phải bao phủ các khu vực bị ảnh hưởng của hộp sọ và phân phối áp lực đồng đều

- Lựa chọn vật liệu: lựa chọn vật liệu rất quan trọng đối với sự thoải mái và hiệu quả

của mũ chỉnh hình Các vật liệu phải nhẹ, không gây dị ứng và không gây kích ứng cho da em bé Chúng cũng phải bền và có thể chịu được việc sử dụng hàng ngày Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm bọt y tế, nhựa nhiệt dẻo hoặc vật liệu gốc silicon

- Độ thoáng khí: Thông gió đầy đủ là điều cần thiết để tránh quá nóng và tích tụ quá

nhiều độ ẩm bên dưới mũ Thiết kế nên kết hợp các vật liệu thoáng khí hoặc các kênh thông gió để thúc đẩy luồng không khí và duy trì nhiệt độ dễ chịu cho da đầu của bé

- Dây đai điều chỉnh: Mũ phải có dây đai có thể điều chỉnh hoặc cơ chế buộc chặt để

đảm bảo vừa vặn an toàn và phù hợp với sự phát triển của trẻ sơ sinh Các dây đai phải dễ dàng điều chỉnh và vừa khít nhưng không quá chật Chúng cũng nên được thiết kế để giảm thiểu các điểm áp lực hoặc sự khó chịu

- Dễ dàng vệ sinh: Trẻ sơ sinh có thể rất bừa bộn, vì vậy mũ chỉnh hình nên được thiết

kế để dễ dàng vệ sinh Lớp lót có thể tháo rời và giặt được hoặc làm bằng chất liệu dễ lau chùi giúp bố mẹ thuận tiện trong việc giữ vệ sinh Ngoài ra, vật liệu khô nhanh có thể có lợi cho việc giảm thời gian chết trong quá trình làm sạch

- Độ an toàn: An toàn là điều tối quan trọng khi thiết kế mũ chỉnh hình Mũ không

được cản trở tầm nhìn hoặc thính giác của bé Nó phải được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ mắc kẹt hoặc nghẹt thở Tất cả các vật liệu được sử dụng phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và không chứa các chất độc hại

- Tính thẩm mỹ: Vì trẻ sơ sinh đội mũ trong thời gian dài, nên thiết kế mũ chỉnh hình

có màu sắc, hoa văn hoặc các yếu tố trang trí hấp dẫn sẽ rất có ích Điều này có thể

giúp làm cho chiếc mũ trông bắt mắt và hấp dẫn hơn đối với trẻ, điều này có thể làm tăng sự tuân thủ khi đội mũ

Liệu pháp mũ chỉnh hình yêu cầu thời gian điều trị lâu dài và nhất quán Nên cung cấp hướng dẫn và hướng dẫn rõ ràng cho cha mẹ hoặc người chăm sóc về lịch trình và thời gian đeo Các cuộc hẹn theo dõi thường xuyên nên được lên lịch để theo dõi tiến độ và thực hiện bất kỳ điều chỉnh cần thiết nào đối với chiếc mũ

3.3 Thu thập và xây dựng mô hình 3D đầu trẻ sơ sinh

3.3.1 Phương pháp lấy dữ liệu 3D

Để thu thập được dữ liệu hình ảnh 3D của các bộ phận trên cơ thể người, chúng ta thường sử dụng kỹ thuật chụp CT, MRI Tuy nhiên, kỹ thuật này có một số hạn chế: - Tiếp xúc với tia phóng xạ: Chụp CT và MRI liên quan đến việc sử dụng tia phóng xạ ion, có thể mang theo nguy cơ khi tiếp xúc nhiều lần Điều này đáng lo ngại, đặc biệt đối với trẻ em sơ sinh, phụ nữ mang thai và người lớn tuổi

- Chi phí: Chụp CT và MRI đắt hơn so với các phương pháp chụp ảnh khác như chụp X-quang hoặc siêu âm

- Chất tương phản: Trong một số trường hợp, việc chụp CT có thể yêu cầu sử dụng chất tương phản, được tiêm qua đường uống, tiêm tĩnh mạch hoặc đặt qua hậu môn Tồn tại một số nguy cơ phản ứng phụ hoặc dị ứng với chất tương phản

- Khả năng phân biệt mô mềm bị hạn chế: Chụp CT cung cấp khả năng quan sát tuyệt vời về xương và cấu trúc dày đặc, nó có thể không cung cấp thông tin chi tiết về mô mềm như các phương pháp chụp ảnh khác như MRI

Trong khi yêu cầu để thiết kế được mũ chỉnh hình là biên dạng bên ngoài của đầu đứa trẻ, không yêu cầu biện pháp xâm lấn Nên cách hiệu quả nhất để thu thập dữ liệu về đầu của trẻ sơ sinh là dùng công nghệ quét 3D Quét 3D là một phương pháp giúp ghi

lại hình dạng của một vật thể, trong trường hợp này là đầu của trẻ sơ sinh, ở định dạng kỹ thuật số ba chiều Quét 3D sử dụng một thiết bị hoặc máy quét để thu thập nhiều điểm dữ liệu từ bề mặt đầu của trẻ sơ sinh Những dữ liệu này sau đó được xử lý để tạo ra mô hình 3D Mô hình 3D có thể được phân tích và thiết kế mũ chỉnh hình dành riêng cho nhu cầu của từng trẻ sơ sinh Quét 3D cho phép đo lường và lập bản vẽ hình dạng đầu một cách chính xác, cho phép thiết kế và sản xuất mũ chỉnh hình chỉnh hình vừa vặn, thoải mái và hỗ trợ điều chỉnh tối ưu

Hình 3.2 Starband ứng dụng công nghệ quét 3D để thu thập dữ liệu đầu trẻ sơ sinh

Trung tâm Trị liệu Sọ não tại Hoa Kỳ cung cấp các loại mũ chỉnh hình và liệu pháp điều trị bằng tay cho trẻ sơ sinh bị dị tật sọ não và các tình trạng liên quan Nơi đây sử dụng công nghệ quét 3D và các sản phẩm mũ chỉnh hình từ hãng STARband

Trong một nghiên cứu lâm sàng trên Tạp chí Phẫu thuật sọ mặt năm 2021 đã thực hiện các thí nghiệm so sánh hai kỹ thuật là chụp CT và quét 3D sử dụng máy quét của STARband Các phép đo từ STARscanner và chụp CT đều nhất quán, với ít hơn 1% tổng số lỗi do loại quét cho tất cả các biện pháp đo Cho thấy đây là một giải pháp thay thế không xâm lấn, không tia bức xạ, tăng tốc độ thu thập dữ liệu, giảm chi phí điều trị

3.3.2 Mô hình 3D đầu trẻ sơ sinh thu thập được

Ở Việt Nam có nhiều ca bệnh trẻ sơ sinh bị bẹp đầu, đầu phẳng nhưng chưa được điều trị bằng phương pháp mũ chỉnh hình do chi phí quá cao và chưa có chuyên viên được đào tạo để đủ khả năng để áp dụng kỹ thuật này Nghiên cứu này chưa thu thập được một bộ dữ liệu scan 3D thực tế từ các bệnh viện ở Việt Nam Nên để có dữ liệu đầu trẻ sơ sinh, làm đầu vào cho thiết kế các mẫu mũ chỉnh hình, tác giả sử dụng nguồn dữ liệu từ www.sciencephoto.com

Lưu ý: trong thực tế, khi chẩn đoán, theo dõi và điều trị chứng bẹp đầu, đầu phẳng cho trẻ sơ sinh, chỉ được sử dụng công nghệ quét 3D, không được chụp CT, MRI

Hình 3.3 Mô hình 3D đầu trẻ thu thập được từ www.sciencephoto.com

Với định dạng file OBJ, ta có thể sử dụng phần mềm Solidworks để kiểm tra lại mô hình Solidworks sử dụng các mô hình 3D được thu thập thông qua các phương pháp như quét 3D hoặc hình ảnh y tế, để từ đó có thể thiết kế và tùy chỉnh chính xác các thiết kế mũ bảo hiểm Thêm vào đó là các tính năng và công cụ mô phỏng mạnh mẽ, Solidworks đảm bảo tạo hình chính xác, phân tích cấu trúc và hỗ trợ thiết kế tối ưu cho phần đầu của trẻ sơ sinh Người thiết kế có thể tạo ra mũ bảo hiểm chỉnh hình phù hợp nhằm thúc đẩy sự phát triển đầu khỏe mạnh ở trẻ sơ sinh

Hình 3.4 Import mô hình đầu trẻ vào phần mềm Solidworks

Sau khi kiểm tra lại kích thước đầu của bản vẽ này, chu vi đầu của đứa trẻ là khoảng

390 mm, so sánh với bảng 3.2, ta thấy đây là đầu của một trẻ sơ sinh khoảng 1.5 tháng

tuổi và có biên dạng đầu bình thường

Bảng 3.2 Kích thước trung bình của chu vi đầu trẻ sơ sinh

9.5 454.7908 144.8378

Đặt trường hợp thiết kế mũ chỉnh hình cho trẻ sơ sinh 6 tháng tuổi bị chứng bẹp đầu về

phía bên phải, bị khuyết bên trái như hình 3.2 Chúng ta cần hiệu chỉnh lại kích thước

đầu trẻ, nên phóng to thể tích của mẫu 3D lên 1.12 lần để đạt kích thước của đầu trẻ

khoảng 6 tháng tuổi bằng cách sử dụng lệch Scale trong Solidworks

Với mục tiêu sử dụng mũ trong 6 tháng (dừng điều trị lúc trẻ đạt 12 tháng tuổi), khi đó trẻ có đường kính đầu tương đương lớn hơn khoảng 8mm so với lúc 6 tháng tuổi Nên khoảng cách điều chỉnh của mũ phải giao động từ 0 đến khoảng 8mm

3.4 Xác định thông số thiết kế

Các thông số của mũ chỉnh hình chỉnh hình cho trẻ sơ sinh bị tật đầu ngắn và tật đầu ngắn có thể khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu cá nhân của trẻ sơ sinh, nhưng một số thông số quan trọng cần xem xét có thể bao gồm:

Vật liệu: Mũ chỉnh hình phải được làm bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo, nhẹ, bền và có

thể được tạo khuôn để vừa với đường viền đầu của trẻ sơ sinh

Kích thước: Các kích thước như kích thước bao, chiều dày mũ, khoảng cách với mép

trán, tai, cổ của mũ chỉnh hình phải được tùy chỉnh để vừa với đầu của trẻ sơ sinh và tạo áp lực lên các khu vực mục tiêu

Đường cắt: Mũ chỉnh hình có đường cắt hoặc khoảng trống trên các khu vực không

cần áp lực, chẳng hạn như tai và trán, cho phép thông gió và thoải mái

Phân bố áp lực: Mũ chỉnh hình phải tạo áp lực nhẹ nhàng và liên tục lên các khu vực

mục tiêu của hộp sọ, đồng thời giảm thiểu áp lực lên các khu vực khác