4 công nghệ nổi bật của robot AI phẫu thuật thay khớp

Khác với các robot chỉ định hướng, Cuvis-Joint tích hợp AI dựng mô hình 3D, chủ động cắt xương, camera hồng ngoại và thư viện khớp nhân tạo, hỗ trợ mổ thay khớp chính xác.

Tính đến cuối tháng 8, hệ thống robot AI Cuvis‑Joint đã được Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh ứng dụng trong hơn 100 ca thay khớp, chủ yếu là những trường hợp phức tạp mà kỹ thuật truyền thống hoặc robot thế hệ cũ khó xử lý tốt. Theo TTƯT.TS.BS Lê Văn Tuấn, Giám đốc Trung tâm Chấn thương Chỉnh hình, Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh TP HCM, có 4 lớp công nghệ trong robot này, tạo chuỗi quy trình liên tục, hỗ trợ bác sĩ phẫu thuật thay khớp nhân tạo chính xác hơn:

AI phân đoạn ảnh CT, dựng mô hình khớp xương 3D

Trước phẫu thuật, người bệnh được chụp CT với lát cắt 1-1,5 mm. Từ chuỗi ảnh hai chiều, phần mềm chuyên dụng sẽ tách phần xương cần khảo sát và dựng mô hình 3D của xương đùi, xương chày. Đây là bước lập kế hoạch phẫu thuật 3D "thực tế ảo" trên phần mềm trước khi mổ chính thức. Trong quá trình này, AI của robot hỗ trợ phân đoạn tự động, rút thời gian dựng mô hình từ khoảng 30 phút xuống còn 1-2 phút.

Trên mô hình 3D, hệ thống định vị chỏm xương đùi, tâm khớp gối và vùng mắt cá để xác lập trục cơ học. Phần mềm hỗ trợ tính góc cắt, góc xoay, độ dày lát cắt, cao độ đường khớp, cùng kích thước, vị trí và hướng đặt khớp nhân tạo.

Cuối cùng, bác sĩ kiểm tra và điều chỉnh toàn bộ phương án phẫu thuật, cân nhắc dựa trên độ căng dây chằng và khoảng cân bằng khe khớp thực tế sẽ được đánh giá trong phòng mổ. AI của robot cũng giúp bác sĩ tính toán, quyết định kích thước khớp nhân tạo trước khi phê duyệt kế hoạch.

Toàn bộ quá trình nói trên thường kéo dài 10-15 phút. Việc dựng trước mô hình giúp ekip nghiên cứu các phương án mổ khác nhau trên dữ liệu giải phẫu của từng người bệnh, thay vì chỉ ước lượng từ ảnh hai chiều. Nhờ đó, bác sĩ có thể chủ động chọn phương án mổ tối ưu, định vị chính xác vị trí xương cần cắt và lựa chọn khớp nhân tạo phù hợp nhất cho người bệnh.

Robot tự cắt xương dựa trên bản đồ ảo ghép với xương bệnh nhân

Mô hình CT cho hệ thống biết hình dạng xương nhưng chưa xác định vị trí xương cần can thiệp. Để ghép hai nguồn thông tin, phẫu thuật viên cố định các bộ mốc phản quang vào xương đùi và xương chày, sau đó dùng đầu dò ghi nhận các điểm giải phẫu trên bề mặt xương. Hệ thống đối chiếu những điểm này với mô hình mổ 3D trước đó, đưa bản đồ ảo và xương thật về cùng một hệ tọa độ.

Sau bước đăng ký giải phẫu, robot xác định tương quan giữa cánh tay máy, xương người bệnh và các mốc trong kế hoạch. Bác sĩ kiểm tra lại khoảng gấp - duỗi, tình trạng mô mềm và điều chỉnh đường cắt nếu cần.

Khi kế hoạch được phê duyệt, cánh tay robot sáu trục điều khiển lưỡi mài theo quỹ đạo đã tính. Hệ thống có thể tạo các bề mặt và chi tiết cố định theo thiết kế của từng khớp nhân tạo, kể cả những vị trí hẹp hoặc có hình dạng phức tạp.

Việc chuyển trực tiếp kế hoạch số thành quỹ đạo máy giúp hạn chế chênh lệch giữa thông số đã duyệt và thao tác cắt thực tế. Lưỡi mài robot chỉ loại bỏ phần xương nằm trong thể tích được thiết lập, hỗ trợ bảo tồn vùng xương ngoài kế hoạch.

Camera hồng ngoại theo dõi chuyển động liên tục theo thời gian thực

Trong phẫu thuật, vị trí chân có thể xê lệch, thay đổi khi bác sĩ kiểm tra gấp - duỗi hoặc khi xảy ra va chạm ngoài dự kiến. Để tránh sai lệch do vị trí thay đổi, robot Cuvis-Joint dùng camera hồng ngoại nhận diện các quả cầu phản quang trên bộ mốc gắn với xương, đầu dò và robot. Hệ thống nhờ đó theo dõi liên tục vị trí xương đùi, xương chày, tư thế chi, hướng dụng cụ và tương quan giữa robot với người bệnh.

Theo ThS.BS.CKI Đặng Khoa Học, Trưởng khoa Chấn thương Chỉnh hình Tổng quát, Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh TP HCM, do mốc tham chiếu gắn trực tiếp vào xương, hệ thống có thể cập nhật tọa độ khi chân thay đổi vị trí trong phạm vi cho phép. Camera đồng thời hỗ trợ kiểm soát an toàn trong quá trình cắt. Nếu mất dấu mốc trên phần xương đang được xử lý, robot sẽ ngừng cắt xương ngay lập tức do không còn đủ dữ liệu vị trí. Khi bộ mốc bị xê dịch, hệ thống cảnh báo để bác sĩ thực hiện lại bước đăng ký giải phẫu.

Phần mềm còn giới hạn quỹ đạo để lưỡi mài chỉ hoạt động trong ranh giới đã được bác sĩ phê duyệt. Hai lớp kiểm soát này giúp máy phản ứng khi vị trí phẫu trường thay đổi và hạn chế lưỡi mài đi vào vùng ngoài kế hoạch. Với người bệnh, cơ chế này hỗ trợ bảo vệ phần xương, dây chằng và mô mềm không cần can thiệp.

Thư viện implant biến thiết kế khớp thành quỹ đạo máy

Theo bác sĩ Học, mỗi dòng khớp nhân tạo có hình học và cấu trúc riêng. Phần mềm cần dữ liệu 3D về bề mặt tiếp xúc và các chi tiết cố định để xác định phần xương cần loại bỏ, đồng thời thiết lập quỹ đạo đầu phay. Bác sĩ đặt mẫu khớp ảo lên mô hình xương, điều chỉnh kích thước, vị trí và kiểm tra thông số trước khi duyệt kế hoạch.

Thư viện khớp nhân tạo tương thích với robot hiện có khoảng 30 mẫu khớp khác nhau, trong đó bảy loại của bảy hãng đã được kích hoạt tại Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh. Để bổ sung mẫu mới, nhà sản xuất khớp phải cung cấp dữ liệu, phối hợp tích hợp, thiết lập đường cắt và thử nghiệm hệ thống. Quá trình này thường kéo dài 6-12 tháng, đồng thời việc đưa khớp vào sử dụng còn phụ thuộc quy định tại từng thị trường.

Khi bác sĩ lựa chọn một mẫu, phần mềm cập nhật đường cắt theo đúng hình học của sản phẩm, giảm thao tác thiết lập thủ công. Thư viện mở cũng giúp người bệnh có thêm lựa chọn khớp nhân tạo phù hợp với giải phẫu, bệnh lý và điều kiện điều trị.

Bác sĩ Lê Văn Tuấn đánh giá robot AI Cuvis-Joint hỗ trợ chuẩn hóa các bước cần độ ổn định cao trong phẫu thuật thay khớp, từ dựng mô hình xương, xác định vị trí khớp đến chuyển kế hoạch thành đường cắt. Hệ thống mang lại hiệu quả cao ngay cả với các ca phức tạp, biến dạng giải phẫu, cần cá thể hóa căn chỉnh hoặc xử lý nhiều bề mặt xương theo thiết kế khớp nhân tạo. Robot không thay thế phẫu thuật viên mà giúp ê-kíp thực hiện nhất quán, chuẩn xác kế hoạch đã được bác sĩ phê duyệt.

Tiềm năng ứng dụng robot AI Cuvis-Joint trong phẫu thuật thay khớp vẫn tiếp tục mở rộng. Về lâu dài, hệ thống có thể trở thành nền tảng để bệnh viện chuẩn hóa quy trình thay khớp, mở rộng lựa chọn khớp nhân tạo và hỗ trợ đào tạo phẫu thuật viên trên cùng một quy trình số. Khi số ca và dữ liệu theo dõi đủ lớn, bệnh viện có thể đánh giá kết quả theo từng phương án căn chỉnh, loại khớp và đặc điểm giải phẫu, từ đó tiếp tục hoàn thiện chỉ định cho từng nhóm người bệnh.

Văn Hà