Kỹ Thuật Shirley: Tái Tạo Hàm Mới Cho Bệnh Nhân Ung Thư

Trên vai trái của Shirley Anderson có một hình xăm trái tim đã mờ dần với dòng chữ “Della” – tên người vợ đã gắn bó với ông suốt 50 năm. Họ gặp nhau khi còn là những cô cậu học sinh trung học ở Evansville, Indiana và kết hôn ngay trước khi Shirley gia nhập hải quân tham chiến trong Chiến tranh Việt Nam. Khi trở về, ông làm thợ máy, còn bà là trợ lý hành chính. Họ nhanh chóng có hai người con và sau này là ba đứa cháu. Đến nay, họ vẫn sống tại Evansville và có một cuộc hôn nhân viên mãn qua bao năm tháng. Cho đến tận bây giờ, Shirley vẫn luôn mang theo ảnh của Della trong ví.

Cuộc hôn nhân bền chặt của họ bị lung lay vào năm 1998, khi Shirley phát hiện một khối u ung thư trên lưỡi. Từ đó trở đi, Della nói: “Mọi chuyện cứ tệ đi hết lần này đến lần khác.” Suốt nhiều năm, Shirley phải chịu đựng các ca phẫu thuật và xạ trị. Các bác sĩ đã cấy một mảnh radium vào hàm của ông, nhưng nó đã phá hủy các mô trên khuôn mặt. Các bác sĩ phẫu thuật đã cố gắng tái tạo lại phần mặt dưới của ông bằng cách sử dụng cơ từ ngực, nhưng không thành công – cuối cùng, ông mất cả xương hàm và yết hầu. Không thể ăn thức ăn rắn, ông đã giảm 36 kg chỉ trong ba tháng. Giờ đây, ông đeo khẩu trang phẫu thuật khi ra ngoài để che đi phần dưới khuôn mặt, và thường giao tiếp bằng cách viết lên bảng trắng cầm tay hoặc thông qua Della.

Vận may của họ bắt đầu thay đổi vào năm 2012 khi họ gặp bác sĩ Travis Bellicchi, một bác sĩ nội trú tại Trường Nha khoa Đại học Indiana, chuyên về phục hình xương hàm mặt. Trường hợp của Shirley là một thách thức lớn – ông cần một bộ phận giả trên khuôn mặt có kích thước lớn gấp bốn lần so với bất kỳ thứ gì từng được chế tạo tại IU. Tuy nhiên, bác sĩ Bellicchi quyết tâm tạo ra một chiếc xương hàm nhân tạo cho Shirley.

Ban đầu, bác sĩ Bellicchi sử dụng các kỹ thuật truyền thống để chế tạo bộ phận giả cho Shirley. Với phương pháp này, Shirley phải ngồi yên trong nhiều giờ với lớp thạch cao phủ trên mặt. Một số bệnh nhân trải qua quy trình này có thể hoảng loạn vì cảm giác ngột ngạt khi khuôn mặt bị bao phủ trong thạch cao, buộc họ phải thở qua một chiếc ống nhỏ. Tiếp theo, bác sĩ Bellicchi đúc một bản sao khuôn mặt của Shirley bằng thạch cao để điêu khắc bộ phận giả bằng đất sét. Sau đó, ông dùng bản điêu khắc này để đúc phiên bản cuối cùng bằng silicon. Một nghệ sĩ đã tỉ mỉ sơn thủ công bề mặt để khớp với tông da của Shirley, một quá trình được gọi là đặc tả thẩm mỹ. Mặc dù có nhiều hạn chế, đây từ lâu đã là phương pháp tiêu chuẩn để chế tạo các bộ phận giả trên khuôn mặt.

“Quy trình truyền thống từ lấy dấu, điêu khắc, tạo khuôn đến đặc tả thẩm mỹ là một công việc rất tốn công sức,” bác sĩ Bellicchi giải thích. Bộ phận giả này quá khó chịu đến mức Shirley không thể đeo quá bốn tiếng mỗi lần, nó quá nặng khiến thường xuyên bị trượt xuống, và bề mặt thiếu các chi tiết da chân thực. Bác sĩ Bellicchi nhận ra: “Tôi biết rằng cần có một giải pháp kỹ thuật số.”

Giáo sư Zeb Wood, giảng viên tại Trường Nghệ thuật và Khoa học Truyền thông, đã kết nối bác sĩ Bellicchi với các công nghệ quét kỹ thuật số, điêu khắc kỹ thuật số, tạo khuôn kỹ thuật số và in 3D độ phân giải cao. Để tạo bộ phận giả mới cho Shirley, thay vì phải chịu đựng quá trình lấy dấu truyền thống khó chịu, họ đã phát triển một mô hình gọi là “bệnh nhân ảo” — một bản mô phỏng kỹ thuật số khuôn mặt của Shirley bằng cách sử dụng dữ liệu chụp CT để thu được chi tiết cấu trúc xương, sau đó chồng lên bản quét 3D khuôn mặt. Bác sĩ Bellicchi đã kinh ngạc khi chứng kiến Cade Jacobs, một sinh viên tại IU, thiết kế bộ phận giả bằng phần mềm điêu khắc 3D ZBrush trong khoảng thời gian ngắn hơn rất nhiều so với việc điêu khắc bằng đất sét.

“Họ thực sự không thể tin được mọi thứ lại dễ dàng đến vậy. Trước đây, họ đã chật vật rất lâu để đạt được kết quả tương tự khi sử dụng quy trình truyền thống.” — Cade Jacobs

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy in 3D Formlabs để chuyển bản điêu khắc kỹ thuật số thành khuôn in 3D, sẵn sàng để đúc bộ phận giả cuối cùng. Ban đầu, họ đã thử nghiệm với công nghệ in FDM, nhưng sau đó họ quyết định sử dụng máy in 3D SLA Form 2 vì nó có thể tái tạo các chi tiết bề mặt cực nhỏ, đến mức lỗ chân lông và tạo ra khuôn đúc kín nước.

Khuôn in 3D mới có nhiều cải tiến so với phiên bản ban đầu. Nó trông chân thực hơn, nhẹ hơn và thoáng khí hơn, giúp Shirley cảm thấy thoải mái khi đeo trong thời gian dài hơn. Bộ phận giả mới cũng có phần viền “feather-edge margin”, một mép silicon mỏng dần giúp tạo điểm tiếp giáp tự nhiên hơn.

“Chúng tôi đã sử dụng công nghệ in 3D để thay thế khoảng 75-80% quy trình chế tạo bộ phận giả truyền thống.” — Bác sĩ Travis Bellicchi

“Chúng tôi bắt đầu với Shirley Anderson,” bác sĩ Bellicchi giải thích. “Và giờ chúng tôi đã mở rộng quy trình này cho nhiều bệnh nhân khác.” Một trong số đó là Jackie Barnard, một người đàn ông bị mất tai trái do một tai nạn nghiêm trọng. Ngay trong lần gặp đầu tiên, bác sĩ Bellicchi đã quét kỹ thuật số khuôn mặt của Jackie, và Cade bắt đầu làm mô hình điêu khắc kỹ thuật số. Chỉ sáu tuần sau, khi Jackie quay lại IU lần thứ hai, anh và gia đình đã được giới thiệu bản mẫu tai trái mới cùng với hướng dẫn phẫu thuật để căn chỉnh bộ phận giả khi gắn vào.

Nhóm nghiên cứu tại IU đã áp dụng phương pháp đột phá này cho sáu bệnh nhân khác và vẫn đang tiếp tục tìm kiếm các ứng viên phù hợp. Bác sĩ Bellicchi cảm thấy biết ơn vì Shirley là bệnh nhân đầu tiên. Ông chia sẻ: “Được làm việc với một bệnh nhân như Shirley là một đặc ân, bởi vì Shirley biến quá trình này thành một sự hợp tác. Ông ấy tham gia vào công việc của tôi để cải thiện bộ phận giả của mình. Mặc dù đây có lẽ là thách thức lớn nhất trong sự nghiệp làm bộ phận giả của tôi, nhưng tôi nghĩ nó cũng là điều đáng giá nhất.”

Hiện tại, Shirley và Della Anderson không tập trung vào những gì họ đã mất, mà trân trọng những gì họ vẫn còn. Gần đây, Shirley đã viết trên bảng trắng của mình: “Tôi đang sống đúng như những gì tôi mong muốn.” Giờ đây, ông có một điều mà rất ít người có được — một quy trình y khoa mang tên mình. Bác sĩ Bellicchi đã đặt tên cho phương pháp kỹ thuật số mới trong việc tạo bộ phận giả trên khuôn mặt là “Kỹ thuật Shirley”.

Bạn có câu hỏi về Kỹ thuật Shirley? Hãy liên hệ với nhóm nghiên cứu tại IU qua email IU3DFace@iupui.edu.

Tương Lai Của Ngành Y Tế Đã Đến

Tìm hiểu thêm về cách các nhà cung cấp dịch vụ y tế trên toàn cầu đang sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các ứng dụng y khoa có tác động lớn, đồng thời giúp tổ chức tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí – từ phòng thí nghiệm đến phòng phẫu thuật.

Bạn quan tâm đến việc in 3D mô hình tùy chỉnh cho bệnh nhân? Hãy tải xuống white paper của chúng tôi để có hướng dẫn từng bước về quy trình tạo mô hình tham chiếu xúc giác có độ chính xác cao, hỗ trợ lập kế hoạch trước phẫu thuật, nâng cao quá trình tư vấn bệnh nhân, cải thiện hình dung trong khi phẫu thuật, cũng như đo kích thước và thử trước các thiết bị y tế.