Ở Viện Nam, việc thay khớp gối nhân tạo đã được thực hiện ngày càng nhiều trong các bệnh việ chấn thương chỉnh hình.. Phần mềm như Mimics, Solidworks được sử dụng để xây dựng nên hình dá
TỔNG QUAN VỀ KHỚP GỐI NHÂN TẠO
Cấu tạo khớp gối toàn phần tự nhiên
Khớp gối bao gồm phần dưới của xương đùi (được gọi là Lồi cầu) và phần trên của xương chày (được gọi là Mâm chày) Hai đầu xương được bọc bởi lớp sụn khớp Một lớp sụn đệm vào giữa chúng gọi là sụn chêm trong và một lớp sụn bên ngoài gọi là Sụn chêm ngoài Hai đầu xương được giữ lại với nhau bằng các dây chằng, ở hai bên là dây chằng trong và dây chằng ngoài, ở trung tâm khớp là dây chằng chéo trước và dây chằng chéo sau Bánh chè hay còn gọi là Xương vừng là một cấu trúc xương nằm trong gân và trượt trên mặt khớp, nó nằm ở cuối của cơ gân tứ đầu và có vai trò bảo vệ gân tứ đầu cũng như tăng cánh tay đòn của gân này
Ngoài ra còn có Bao hoạt dịch nằm ở mặt trong gối có cấu tạo là các sợi xơ mềm và mỡ, nó có thể tiết dịch hoạt dịch để làm trơn và nuôi dưỡng sụn khớp, nó cũng có vai trò chống lại viêm nhiễm
Hình 1.1 Cấu tạo khớp gối
Xương đùi và xương chày được nối với nhau bằng các dây chằng Có 4 dây chằng chính ở khớp đầu gối bao gồm: dây chằng bên ( LCL), dây chằng giữa (MCL), cũng như dây chằng sau (PCL) và dây chằng trước (ACL) Các dây chằng được biểu diễn ở hình trên Phần lõi được bao phủ bằng một lớp mỏng sụn Các LCL và MCL đảm bảo sự ổn định của khớp ACL nằm ở phía trước, trung tâm của khớp gối nhằm hạn chế chuyển động trước của xương chày so với xương đùi Trong khi đó PCL chịu trách nhiệm hạn chế chuyển động sau.
Chuyển động của đầu gối
Hình dạng hình học của các phần nối cũng như các dây chằng ảnh hưởng đến sự di chuyển của khớp gối Các khớp gối có 6 bậc tự do Nó thật sự không phải như một bản lề thuần túy nhưng có thể dịch chuyển bởi các mặt và quay trong 6 bậc tự do Chuyển động bình thường bao gồm chuyển động trượt, quay giữa xương chày và xương đùi Các chuyển động được hạn chế bởi các mặt xương chày, xương đùi cũng như các cơ và dây chằng
Hình 1.2 Khả năng dịch chuyển của xương gối
Chuyển động tương đối giữa xương chày và xương đùi
Dạng hình học giữa vị trí tiếp giáp giữa xương chày và xương đùi lần đầu tiên được báo cáo là có dạng tròn và các kích thước trong năm 1836 bởi Weber and Weber ( Freeman & Pinskernova, 2005) Giả thuyết này đã được sử dụng để nghiên cứu và đưa ra nhiều chuyền động của xương : (Elias et al., 1990), (Hollister et al., 1993), (Freeman, 2001), (Williams & Logan, 2004) và còn phổ biến đến ngày hôm nay Freeman (2001) đề xuất rằng các vòng chuyển động của xương được chia làm 3 đoạn Các dạng ăn khớp khau nhau cũng như hình dạng thay đổi ở mỗi đoạn Khả năng hoạt động của xương dao động từ 0 o đến 155 o Phần này được biết đến như là bề mặt uốn (FFC) Vị trí khoảng 45 o được biết đến như sự mở rộng của dây chằng (EFC) Vị trí thứ 3 được biết đến như là phần cung bị động và kéo dài trong khoảng 155 o
Hình 1.3 Ba vòng cung của đường cong chuyển động xương
Hình 1.4 Chu kì chuyển động của xương gối
Các chấn thương dẫn đến điều trị thay khớp gối nhân tạo
Xương đầu gối là một trong những khu vực quan trọng trong cấu tạo cơ thể, là nơi chịu lực cao và lớn nhất trong cơ thể Do tính chịu lực cao nên đầu gối dễ bị tổn thương nhất trong cơ thể
Quá trình mắc bệnh liên quan đến khớp gối thường được phân loại thành: bẩm sinh, do quá trình trao đổi chất, thần kinh – cơ, do truyền nhiễm, do miễn dịch và sau khi bị chấn thương
Do phát triển phôi thai không đầy đủ hoặc bị suy giảm của đầu gối có thể do bẩm sinh bất thường như giảm sinh xương bánh chè hoặc sụn chêm hình đĩa, có thể dẫn đến suy giảm chức năng đầu gối, bệnh thoái hóa khớp hoặc mất cân bằng cơ chế co duỗi Điều trị ngoại khoa về sự sắp xếp sai, không ổn định hoặc mất cân bằng cơ chế co duỗi có thể cần thiết để cho phép phục hồi chức năng
Hình 1.5 Cấu trúc xương thay đổi do bẩm sinh
Do rối loạn xương liên quan đến sót trong quá trình chuyển hóa canxi thứ phát nội tiết tố, di truyền hoặc mất cân bằng dinh dưỡng có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của xương và dây chằng đầu gối, dẫn đến phá hủy khớp Như vậy rối loạn cần phải được chẩn đoán chính xác và điều trị thích hợp với y tế quản lý ngoài việc xem xét có thể nội soi khớp cho nội bộ xáo trộn và khắc phục cho các vấn đề về chuyển hóa
Bệnh ảnh hưởng đến các dây thần kinh và cơ bắp của đầu gối có thể gây ra đáng kể rối loạn di chuyển và các vấn đề bất ổn khác Bệnh có thể gây ra việc vô hiệu hóa tác dụng trên cơ bốn đầu và chức năng chấn thương gân kheo nếu rễ thần kinh bị ảnh hưởng Các yếu tố thần kinh khác làm suy yếu chức năng của động cơ đầu gối hoặc gây ra dị tật về vô hiệu các hoạt động đi lại của một bệnh nhân nếu không có các dụng cụ hỗ trợ Nếu không có sự ổn định chức năng vận động, thay thế đầu gối sẽ trở thành một lựa chọn hợp lý như cần thiết để phục hồi chức năng hoạt động của chi dưới
Nhiễm trùng huyết của đầu gối từ một số loại vi khuẩn có thể dẫn đến phá hủy các khớp gối, được gọi là viêm khớp nhiễm khuẩn Các khớp ở nguy cơ tái nhiễm trùng, nhưng việc thay thế đầu gối như vậy là vô hiệu hóa nhiều mà nỗ lực chữa nhiễm trùng bằng cách cố gắng sử dụng xi măng xương ngâm tẩm kháng sinh, miễn là một cơ chế hoạt động duỗi có sẵn và ổn định dây chằng có thể đạt được hoặc thay thế trong quá trình thay thế đầu gối phẫu thuật Thay thế hoặc cắt bỏ khớp là lựa chọn cuối cùng trong trường hợp nhiễm trùng khớp gối dai dẳng
Viêm khớp gối có thể là một kết quả của rối loạn tự miễn dịch như thấp khớp hoặc viêm khớp vẩy nến, mà cơ thể nhận thức một kháng nguyên lạ có mặt, yêu cầu trung hòa bởi sự bảo vệ của cơ thể , mặc dù nó không phải là kháng nguyên lạ Trên thực tế, đó là những cấu trúc sụn bình thường của cơ thể Trong quá trình bảo vệ bình thường, cơ thể phá hủy sụn bình thường của mình do nhầm lẫn Bằng chứng cho thấy viêm xương khớp do một thành phần di truyền có thể liên quan đến một bệnh tự miễn dịch trong cơ thể Trong mọi trường hợp, những điều kiện viêm khớp có những bệnh lý tương tự nhau, việc làm phù hợp nhất là thay thế để cải thiện chức năng của khớp
Hình 1.6 Khớp gối trước và sau khi thoái hóa khớp
Gãy xương, trật khớp hoặc chấn thương dây chằng nghiêm trọng có thể làm tổn hại khớp gối chức năng và trong nhiều trường hợp gây ra sự phá hủy sụn nghiêm trọng, tương tự như viêm xương khớp Ở những bệnh nhân bị dị tật sửa chữa, dây chằng có thể hồi phục và một cơ chế hoạt động duỗi đầu gối, thay khớp cung cấp một chức năng thay thế tuyệt vời để vô hiệu hóa đau và biến dạng
Phẫu thuật thay khớp gối được chỉ định cho các tổn thương cấu trúc giải phẫu khớp gối không hồi phục Thường gặp nhất là sau bệnh lý thoái hóa khớp nguyên phát (do tuổi già) và thoái hóa khớp thứ phát (sau các bệnh lý khớp khác như viêm khớp dạng thấp) Phẫu thuật thay khớp gối cũng như tất cả các phẫu thuật thay khớp khác, có thể hiểu một cách đơn giản là thay thế phần mặt khớp đã bị tổn thương bằng vật liệu nhân tạo Thay thế phần khớp tổn thương bằng vật liệu nhân tạo sẽ giải quyết được hai vấn đề chính là: cải thiện tình trạng đau và biến dạng chi, từ đó giúp cho việc đi lại của bệnh nhân được dễ dàng.
Lịch sử phát triển khớp gối toàn phần nhân tạo
First Generation Designs Đầu những năm 1950, nhưng thiết kế đầu tiên của khớp gối ra đời, chẳng hạn như "Waldius" và sau đó là "GUEPAR" Ở những bản thiết kế ban đầu này, khớp gối bị hạn chế chỉ cho phép chuyển động theo một trục mở rộng duy nhất Mặc dù ban đầu khớp làm việc khá tốt, khi chỉ đơn giản là cấy khớp vừa khít vào xương có sử dụng xi măng y sinh, sau đó họ sớm nhận thấy khớp bị nới lỏng Nới lỏng này là do siêu định vị do thiếu trục và sự mở rộng góc quay dẫn đến trục quay lớn và sinh ra moment varus-valgus như hình minh họa 6.25
Hình 1.8 Thiết kế đầu tiên của khớp gối
Loosening Resulting from Lack of Axial Rotation in Hinge Type Knees
Sau đó lại nổi lên các thiết kế của những năm 60 cuối, chẳng hạn như
"Geomedic" và "Geometric", cũng nhanh chóng thất bại do thiếu sự quay quanh trục, như trong hình 1.12 và thiếu hổ trợ cho cuộn trở lại của khớp như minh họa 1.13
Hình 1.9 Lỏng khớp kết quả của việc thiếu trục xoay trên bề mặt gối của khớp loại
Hình 1.10 Quá moment lật trước sau do việc thiếu hỗ trợ dịch chuyển trở lại
Các thiết kế ít hạn chế như "Marmor" và "Gunston" - thiết kế của cuối những năm 60, đã thất bại do ứng suất tại điểm tiếp xúc quá lớn và vật liệu vượt quá giới hạn độ bền
Hình 1.11 Worn Gunston Tibial Component
Cuối cùng, không mẫu thiết kế nào trong thế hệ đầu tiên được đưa ra sử dụng thay thế xương bánh chè
Những năm 1970, chứng kiến sự ra đời của những bản thiết kế có cải tiến tái tạo bề mặt được dùng trong khớp gối Các thiết kế như "Total Condylar" và
"Townley" làm việc khá tốt Những vấn đề chủ yếu là; thiếu dữ liệu đường cong, xương bánh chè bị mài mòn và nới lỏng, trật khớp sau khi thay thế Total Condylar và xương chày nới lỏng và bị mài mòn quá mức với cả hai thiết bị Vấn đề xương chày bị nới lỏng dẫn đến sự ra đời của vòng bi hồi tiếp, mà chiếm lĩnh thị trường ngày hôm nay Đã có rất nhiều nổ lực được thực hiện để phát triển thiết kế khớp có thể quay quanh trục Khớp "Spherocentric", minh họa trong hình 1-12, cho phép quay quanh trục và thậm chí một số chuyển động varus-valgus
Hình 1.12 Lỏng chiều xoắn trong khớp Spherocentric
Từ giữa đến cuối những năm 1970, chứng kiến sự ra đời những thiết kế sử dụng vòng bi di trượt, điển hình là các phiên bản "Oxford” và "New Jersey LCS"
Những thiết kế này cung cấp khả năng di trượt và tương thích khi sử dụng một bề mặt bi trượt để đỡ khối xương chày bằng kim loại Việc sử dụng vòng bi di trượt đã giải quyết được tình trạng tương thích với giới hạn bề mặt khớp gối theo thời gian được giới thiệu trong hình 1.13
Hình 1.13 Vòng bi di trượt đã giải quyết được tình trạng tương thích với giới hạn bề mặt khớp gối theo thời gian
Khớp gối “Oxford” được phát triển bởi Goodfellow và O’Connor bắt đầu từ năm 1976, là khớp gối đầu tiên sử dụng vòng bi di trượt và trở thành khớp gối có vòng bi di trượt được sử dụng đầu tiên trên thế giới
Hình 1.14 Khớp gối Oxford Meniscal
Khớp gối Noiles phát triển những phiên bản khớp bản lề xoay trong năm 1977 Số lượng lớn các thiết kế khớp gối được sử dụng nhiều lần dựa trên bản thiết kế này và vẫn còn được bán cho đến này nay
The New Jersey LCS Knee System, minh họa trong hình 1.15, được phát triển trong khoảng thời gian từ năm 1977 đến năm 1985 Đó là lần đầu tiên, FDA chấp thuận thay thế đầu gối và chỉ số ít các hệ thống khớp gối được phê duyệt sử dụng đến ngày hôm nay tại Hoa Kỳ Hệ thống này đã rất thành công trong thử nghiệm lâm sàng sử dụng hơn ba mươi năm và được chấp thuận cho sử dụng bởi FDA sau khi họ đánh giá rộng rãi, được kiểm soát tốt, các nghiên cứu lâm sàng
Hình 1.15 Hệ thống khớp gối New Jersey Mark II LCS Đĩa chêm sử dụng vòng bi - Posterior Retaining Tibial Platform, đã được thay thế bằng A-P Glide Platform khoảng năm 1997 Thiết bị này sử dụng đĩa chêm 1 vòng bi thay thế cho đĩa chêm 2 vòng bi ở phiên bản ban đầu, và sử dụng Rotating Platform Tibial Component và Control Arm có thể cho phép trục quay xung quanh và dịch chuyển của A-P của vòng bi
Các bản thiết kế khác
Trong những năm 1990, việc thêm vào vòng bi di trượt ở các bản thiết kế đã được phần lớn các nhà sản xuất khớp gối nhân tạo tại Châu Âu giới thiệu Gồm nhiều những nhà sản xuất như: Zimmer MBK, Howmedica’s Interax ISA, J& J’s PFC Sigma RP, Sulzer SAL và còn nhiều nữa Không thiết kế nào trong số chúng thật sự có cải tiến Mà chúng chỉ là những bản thiết kế lại của PFC Sigma RPF được ổn định nhờ Rotating Platform, được cho rằng là không cần thiết
Với kinh nghiệm LCS, sự cải thiện của công nghệ vật liệu và cải tiến quá trình sản xuất đã tạo điều kiện thuận lợi phát triển cao hơn nữa và cho phép sàn lọc, hoặc Buechel - Pappas Mark II – khớp gối nhân tạo sử dụng vòng bi di trượt Một loạt các mẫu thiết kế mới đã được phát triển trong thời gian từ năm 1998 đến 2009 và kết quả là sự ra đời của khới gối nhân tạo toàn phần B-P Mark V
Các thành phần kim loại của khớp gối này được làm bằng hợp kim Titan mà trước đó đã được phủ một lớp chịu mài mòn TiN Loại thiết kế sử dụng Co-Cr vẫn tốt Các bề mặt khớp đã được xử lý tinh do đó hơn nữa số thiết kế Mark V đã làm rất tốt việc chi tiết chịu ứng suất tại cái đỉnh tiếp xúc
Những khới gối này được sản xuất và phân phối trên toàn thế giới bởi công ty Endotec, Inc tại Orlando, Florida và TKK Health Care tại Chennai, India
Hình 1.16 Cấu tạo hoàn thiện của khớp gối hiện nay
Thực trạng trong và ngoài nước
Ngày nay ở các nước tiên tiến trên thế giời, việc thay khớp gối nhân tạo là một thủ thuật thường nhật, vì chất lượng của khớp gối nhân tạo khá tốt Tuy nhiên giá cả cho việc thay thế khớp gối nhân tạo khá cao
Bảng 1.1 Đưa ra giá cả cho việc thay thế khớp gối ở một số nước
Trên thế giới nghiên cứu chủ yếu là khớp gối nhân tạo ma sát lăn như lịch sử đã đưa ra ở trên Ở Việt Nam, việc thay khớp gối nhân tạo đã được thực hiện ngày càng phổ biến ở các bệnh viện có chuyên khoa chấn thương – chình hình Tuy nhiên, hiện tại nước ta có rất ít các nghiên cứu về việc thiết kế và chế tạo khớp gối nhân tạo mà chỉ dừng lại ở việc sử dụng các khớp gối nhân tạo được đặt mua từ nước ngoài Hiện nay chi phí của 1 ca phẫu thuật thay thế khớp gối nhân tạo có giá thành thấp nhất là 40 triệu tùy theo từng loại khớp
Trong luận án này tác giả đã đưa ra đề xuất về cách thiết kế và chế tạo khớp gối nhân tạo đơn hướng ma sát lăn phát triển trên nền tảng khớp gối ma sát trượt
Mục đích là có thế chế tạo được khớp gối nhân tạo đơn hướng ma sát lăn, tạo tiền đề để giảm giá thành cho các bệnh nhân sử dụng khớp gối nhân tạo tại Việt Nam.
Tính cấp thiết của đề tài
Ta thấy khớp gối hiện nạy sử dụng là ma sát trượt như vậy ma sát của khớp là tương đối lớn, đồng thời lượng kim loại bị mòn và thải ra ngoài có thể gây các bệnh về khớp Nghiên cứu về khớp gối ma sát lăn là câng thiết và phù hợp với tình hình hiện nay.
Mục tiêu
Mục tiêu đề tài là thiết kế khớp gối ma sát lăn nhằm tăng khả năng hoạt động và giảm giá thành của khớp gối hiện nay ở Việt Nam.
Nội dung thực hiện
Để đạt được mục tiêu này, cần thực hiện một số nội dung như sau:
Tổng quan về khớp gối nhân tạo
Phân tích bền khớp gối nhan tạo bán phần đơn hướng ma sát lăn
Chế tạo khớp gối nhân tạo bán phần đơn hướng ma sát lăn
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở y sinh, qui trình thiết kế chế tạo Kết hợp nghiên cứu lý thuyết kết cấu của khớp gối của 1 bệnh nhân cụ thể và dựa trên bản chụp CT cụ thể để thiết kế khớp trực tiếp trên bản CT bệnh nhân Sử dụng phương pháp thiết kế ngược, thiết kế đồng thời, phần mềm MIMICS, phần mềm Solid work và Ansys để thiết kế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo khớp gối nhân tạo ma sát lăn một phần lý thuyết làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo
Từ kết quả thiết kế khớp gối nhân tạo đơn hướng ma sát lăn có thể đưa vào chế tạo và thử nghiệm trong tương lai
Kết luận: Chương này đã trình bày được tổng quan về tình hình tình hình nghiên cứu thiết kế khớp gối nhân tạo hiện nay, qua đó có thể thiết kế phù hợp.
CƠ SỞ CƠ Y SINH
Tính chất cơ học của xương
Xương là bất đẳng hướng (các tính chất phụ thuộc vào vị trí của xương), cấu tạo không đồng nhất (gồm nhiều bộ phận với các cấu trúc khác nhau), là một trong những cơ quan thay đổi theo thời gian, là một phần của bộ xương của động vật có xương sống Ở mức độ vĩ mô, xương có thể chia ra thành hai phần chính: phần vỏ và phần xốp Cấu trúc xương được thể hiện ở hình bên dưới:
Hình 2.1 Cấu trúc của xương
Như tên gọi, vỏ xương được tạo thành như lớp vỏ bên ngoài trong hầu hết các xương và nó có cấu trúc nhỏ gọn, cứng với mật độ tối đa khoảng 1.8g/cm3 Phần xương xốp là một vùng xốp trong xương có cấu trúc và độ đậm đặc, cứng với mật độ thay đổi từ 0.05-0.7 g/cm3 Nó chiếm các khu vực bên trong xương và các lỗ chân lông được làm đầy bằng tủy
Sự bất đẳng hướng của xương chủ yếu gây ra bởi sự liên kết của các Osteons đọc theo trục của xương dài như xương đùi và xương chày Osteons có cấu trúc hình trụ, thường dài khoảng vài mm và khoảng 0.2 mm đường kính, có mặt trong vỏ xương của động vật có vú Bởi vì điều này nên module đàn hồi dọc lớn hơn module đàn hồi ngang khoảng 50% Các module biến dạng cũng khác nhau theo hướng dọc, ngang (Shi, 2007) Tính chất cơ học của vỏ xương được mô tả bởi Reilly và Burstein (1975) được thể hiện trong bảng dưới đây Tính chất cơ học của xương phụ thuộc vào nơi họ đo lường và họ cũng cho thấy sự biến đổi giữa các nghiên cứu khác nhau Module biến dạng dao động khoảng 344Pa trong đốt sống con người đến 3230Pa ở cổ xương đùi (Morgan & Keaveny, 2001) Điều này là do tính chất cấu trúc của xương mà sẽ khác nhau ở vị trí cũng như ở từng đối tượng
Bảng 2.1 Tính chất cơ học của xương (Reilly & Burstein, 1975)
Tính chất cơ học Theo chiều dọc Theo chiều ngang
Module đàn hồi (Mpa) 17000 11500 Độ bền kéo (Mpa) 133 51 Độ bền nén (Mpa) 193 133
Xương cũng có những đặc điểm riêng trong việc tái cấu trúc Tái cấu trúc xương là một quá trình liên tục của sự hấp thụ, nén của xương để đáp ứng với sự thay đổi tải
Wolff (1986) đã nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường và cấu trúc xương Giả thuyết rằng xương phát triển bất cứ nơi nào cần thiết và tái hấp thụ ở những nơi không cần thiết Trong thay khớp nhân tạo như thay khớp gối, các chấn thương chỉnh hình là trực tiếp tiếp xúc với xương là làm thay đổi ứng suất trong xương Trong việc thay thế xương, phản ứng của xương có thể kéo dài trong nhiều năm và có thể thất bại hay thậm chí mất xương vĩnh viễn cho việc sửa đồi Xương xung quanh vị trí cấy ghép điều chỉnh mật độ khoáng xương (BMD) và cấu trúc để đáp ứng yêu cầu cơ tính mới
Hazelwool (2001) đã phát triển một mô hình cho việc tu sửa cấu trúc xương và mô phỏng thay đổi thuộc tính vật liệu Hiệu quả của việc tu sửa xương cho thấy sự phân bố không đồng đều có thể ảnh hưởng đến mật độ và cấu trúc xương Điều này sẽ đẫn đến ít hoặc không có xương ở vị trí thay thế Tại xương chày, nó là cần thiết để đảm bảo duy trì hầu hết áp lực từ phần xương chày
Hiện tại trên thế giới, việc thay thế khớp gối nhân tạo khá phổ biến Do đó, quá trình nghiên cứu về tình trạng thực tế của bệnh nhân sau phẫu thuật thay thế khớp đã được thực hiện và có những kết quả nhất định Những hình dưới đây cho thấy việc thay đổi lực tác dụng lên khớp ở những trạng thái di chuyển nhất định Những số liệu này được dựa trên trọng lượng bệnh nhân trung bình 75kg
Hình 2.2 Lực trung bình khi đi
Hình 2.3 Lực trung bình khi đứng
Hình 2.4 Lực trung bình khi ngồi
Hình 2.5 Lực trung bình khi nhảy
Quá trình thay thế khớp gối nhân tạo
Quá trình thay khớp gối gồm các bước:
Bước 1: Rạch da và bóc tách phần mềm: Các bác sĩ sẽ rạch da mặt trước khớp gối của bệnh nhân, thường đường rạch hơi vào phía trong một chút Độ dài của đường rạch khoảng 15-20 cm tùy theo từng bệnh nhân
Hình 2.6 Minh họa đường rạch da trong phẫu thuật thay khớp gối
Bước 2: Cắt bỏ phần diện khớp tổn thương:
Có 3 phần diện khớp tổn thương sẽ được cắt bỏ là: phần diện khớp xương đùi, phần diện khớp xương chày và phần diện khớp xương bánh chè
Bước 3: Khoan 1 lỗ trên xương đùi làm chuẩn để lắp đồ gá chuyên dụng:
Hình 2.7 Khoan 1 lỗ trên xương đùi
Bước 4: Lắp đồ gá và cắt vị trí tiếp xúc giữa xương đùi và đệm
Hình 2.8 Lắp đồ gá và cắt
Bước 5: Cắt các vị trí còn lại để gắn khớp
Hình 2.9 Cắt các vị trí còn lại
Bước 6: Đo chỉnh kích thước để cắt phần xương chày
Hình 2.10 Đo chỉnh kích thước
Bước 7: Cắt vị trí trên xương chày để lắp phần dưới
Hình 2.11 Cắt vị trí trên xương chày
Bước 8: Mài lại các vị trí
Hình 2.12 Mài lại các vị trí
Hình 2.13 X quang sau mổ thay khớp gối
Mục đích đầu tiên của thay khớp gối là giảm đau, đó chính là lý do mà bệnh nhân quyết định mổ Trong 60% các trường hợp được mổ hết đau hoàn toàn, 30% còn lại đau có tính chất chu kỳ, thường thay đổi theo mùa, có thể chịu được không cần phải dùng bất cứ loại thuốc giảm đau nào Cuối cùng còn 10% trong số các trường hợp là còn đau và phải dùng thuốc giảm đau, mặc dù không có một bất thường nào ở khớp
Khi thay khớp gối ổn định, cho phép vận động gối tốt, các tài liệu chỉ ra việc gấp gối có thể đạt trung bình tới 120°, chỉ số này còn cao hơn trong thay khớp gối bán phần Giảm đau đồng thời lấy lại được vận động cho phép bệnh nhân đi lại được bình thường, không cần nạng, không hạn chế về khoảng cách, và có thể lên xuống cầu thang Như thế đã đem lại cuộc sống bình thường cho người bệnh, đôi khi đem lại cho người bệnh khả năng chơi và hoạt động thể thao: bơi, đi xe đạp, chơi golf Nhưng việc thay khớp gối không phải vì mục đích chơi thể thao, việc đó còn đang chờ đợi một khớp gối mới trong tương lai
Kết quả chức năng không đạt (10%), có thể là do sau những biến chứng xảy ra, hoặc cũng có trường hợp không có biến chứng nào cả, cũng có thể do đau dai dẳng gây hạn chế vận động Khi khớp gối gấp dưới 90° được coi như hạn chế vận động.
Vật liệu
Khi chúng ta vận động, di chuyển hàng ngày, khớp nhân tạo sẽ chịu những lực nén, kéo, đẩy, uốn, ma sát Những lực tác động này về lâu dài sẽ làm mòn hoặc gãy vỡ thiết bị cấy ghép nhân tạo
Ngoài ra các thiết bị đó còn chịu sự tác động của các loại hợp chất hóa học trong cơ thể chúng ta Mặc dù có thể có vài hợp chất giúp giảm quá trình ăn mòn
Do đó để các thiết bị cấy ghép nhân tạo có thể hoạt động tốt trong môi trường trên thì vật liệu chế tạo phải đáp ứng được những yêu cầu nêu trên
Hình 2.14 Biến dạng khi tác động lực lên vật liệu
Tính chất vật lý của vật liệu rất quan trọng khi chọn vật liệu cấy ghép nhưng tính chất hóa sinh của vật liệu cũng không kém phần quan trọng Ngoài việc vật liệu tác động vào cơ thể chúng ta thì cơ thể cũng phản ứng lại với vật liệu cấy ghép
Hầu hết những vật liệu dùng để chế tạo thiết bị cấy ghép là kim loại và một loại nhựa tổng hợp chống thấm nước, cách điện (Polyethylene) Hai loại vật liệu này khi lắp ghép lại với nhau giúp cho các khớp di xoay chuyển êm ả và giảm hao mòn đến mức thấp nhất
Các vật liệu chế tạo thiết bị cấy ghép thường được chế tạo bằng cách trộn lẫn hai hay nhiều kim loại với nhau tạo thành một loại hợp kim thoải mãn hầu hết các điều kiện, yêu cầu ban đầu đặt ra
Thép không gỉ đầu tiên được sử dụng để chế tạo cấy ghép là 18-8 (loại 302 hiện đại)
Sau đó, thép không rỉ 18-8sMo được giới thiệu, trong đó có một tỷ lệ phần trăm nhỏ của molypden để cải thiện khả năng chống ăn mòn trong dung dịch clorua (nước muối) Hợp kim này được biết đến dưới tên thép không rỉ 316
Trong những năm 1950, hàm lượng C trong thép không gỉ 316 đã được giảm từ 0,08 đến tối đa 0,03% để chống ăn mòn tốt hơn trong dung dịch clorua và được gọi là thép không gỉ 316L
Bảng 2.2 Thành phần của thép không gỉ 316
Bảng 2.3 Tính chất cơ học của thép không gỉ 316L
Hình 2.15 Tính chất vật liệu khi nhiệt độ thay đổi
Bảng trên cung cấp các tính chất cơ học của thép không gỉ 316L Một loạt các tính chất tồn tại phụ thuộc vào xử lý nhiệt (ủ để có được vật liệu mềm) hoặc làm việc lạnh (cho sức mạnh và độ cứng lớn hơn) Các kỹ sư do đó phải cẩn thận khi lựa chọn vật liệu thuộc loại này Ngay cả thép không gỉ 316L có thể bị ăn mòn bên trong cơ thể trong những hoàn cảnh nhất định, chẳng hạn như các vị trí liên kết giữa các ốc của tấm xương gãy Vì vậy, những loại thép không gỉ phù hợp để sử dụng trong các thiết bị cấy ghép tạm thời như tấm gãy xương, đinh vít, và móng tay Các phương pháp sửa đổi bề mặt như anodization, thụ động, và nitơ phóng điện phát sáng được sử dụng rộng rãi để cải thiện chống ăn mòn, chịu mài mòn, và sức bền mỏi của thép không gỉ 316L
Hợp kim Co-Cr được sử dụng trong việc cấy ghép các thiết bị có yêu cầu cao về độ cứng rắn, độ nhám bề mặt cao, chống mài mòn tốt như khớp gối, đầu khớp hông, chi tiết nha khoa
Ngoài ra hợp kim Co-Cr cũng được ứng dụng trong lĩnh vực hàng không như tuabin khí, van, vòi phun
Bảng 2.4 Các đặc tính kỹ thuật của hợp kim Co-Cr Đặc tính Giá trị Ghi chú
Khối lượng riêng 8.2g/cc Độ cứng (HRC) 47 Độ căng lớn nhất 655 Mpa 95000 psi Độ căng lớn nhất (uốn cong) 450 Mpa 65000 psi Độ giãn khi gãy 10 triệu chu kì ở 610 Mpa
Hình 2.16 Mặt cắt Co-Cr phóng đại 50 lần Hình 2.17 Mặt cắt Co-Cr phóng đại
Hình 2.18 Biểu đồ Co-Cr
Hợp kim Titan là loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực cấy ghép y khoa bởi những tích chất ưu việt của nó như: trọng lượng nhẹ hơn các loại hợp kim khác, độ bền cao, thích ứng tốt với cơ thể đồng thời còn tương thích với máy CT/MRT không gây cản trở việc theo dõi tình trạng thiết bị cấy ghép sau khi phẫu thuật
Hợp kim Ti6Al4V là vật liệu tiêu chuẩn chế tạo khớp hông, khớp gối, thanh nẹp, ốc vít, nha khoa, thiết bị phẫu thuật
Ngoài ra hợp kim Ti6Al4V còn ứng dụng trong các lĩnh vực như:
- Sản xuất chi tiết xe đua và công nghiêp hàng không
- Ứng dụng trong nghành hàng hải
- Công nghiệp hóa chất và tuabin khí
Bảng 2.5 Thành phần cấu tạo hợp kim Titan
Nitrogen, N
