Theo dõi sức khỏe từ bên trong cơ thể

Thiết bị đeo khai thác âm thanh cơ thể để theo dõi sức khỏe liên tục

 Để mở rộng phạm vi của cuộc kiểm tra như vậy, một nhóm nhà nghiên cứu Đại học Northwestern (NU) trình bày công nghệ thiết bị đeo mới tiên tiến hơn nhiều so với số biện pháp được thực hiện trong cuộc kiểm tra y tế định kỳ. Thiết bị được gắn nhẹ nhàng vào da liên tục theo dõi những âm thanh nhỏ ở nhiều điểm khác nhau trên hầu hết mọi bộ phận của cơ thể.

John A. Rogers, nhà tiên phong về điện tử sinh học tại NU và người đứng đầu phát triển thiết bị, cho biết: “Hiện tại, không có phương pháp nào để theo dõi liên tục và lập bản đồ không gian âm thanh cơ thể tại nhà hoặc bệnh viện”.

Thiết bị nhỏ, nhẹ này được gắn micrô kỹ thuật số và gia tốc kế hiệu suất cao, nhẹ nhàng bám vào da để xây dựng một mạng lưới cảm biến rộng khắp, không xâm lấn. Thiết bị lập bản đồ vật lý cách không khí di chuyển vào, qua và ra khỏi phổi, cũng như nhịp tim thay đổi như thế nào ở mọi trạng thái nghỉ ngơi và hoạt động khác nhau cũng như cách thức ăn, khí và chất lỏng di chuyển qua ruột bằng cách đồng thời ghi lại tiếng ồn và kết nối những âm thanh đó. Mỗi thiết bị dài 40 mm, rộng 20 mm và dày 8 mm được bọc trong lớp silicon mềm.

Thiết bị có hai micrô nhỏ, một micrô hướng vào trong thân máy và micrô còn lại hướng ra ngoài, ổ nhớ flash, pin nhỏ, linh kiện điện tử và tính năng Bluetooth. Một thuật toán phân biệt giữa tiếng ồn bên trong cơ thể và âm thanh bên ngoài (âm thanh xung quanh hoặc cơ quan lân cận) bằng cách ghi lại âm thanh theo cả hai hướng.

Nhóm nhà nghiên cứu nói rằng âm thanh do phổi tạo ra nhìn chung quá yếu để một người bình thường nghe được vì nó không đủ lớn và tiếng ồn xung quanh trong bệnh viện có thể góp phần gây ra thách thức này. Tiến sĩ Ankit Bharat, bác sĩ phẫu thuật lồng ngực tại Northwestern Medicine và người đứng đầu nghiên cứu lâm sàng ở đối tượng người lớn, giải thích: “Một khía cạnh quan trọng trong công nghệ của chúng tôi là nó có thể điều chỉnh những âm thanh xung quanh đó”.

Việc thu thập tiếng ồn xung quanh phục vụ mục đích kép bằng cách hỗ trợ khử tiếng ồn và cung cấp thông tin ngữ cảnh có giá trị về môi trường xung quanh của bệnh nhân - một yếu tố quan trọng trong việc chăm sóc trẻ sinh non. Khi tạo ra thiết bị mới, nhóm nhà nghiên cứu xem xét hai nhóm đối tượng dễ bị tổn thương: người lớn sau phẫu thuật và trẻ sinh non trong phòng chăm sóc đặc biệt dành cho trẻ sơ sinh (NICU). Các vấn đề về tim mạch, hô hấp và tiêu hóa là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong ở trẻ em và trẻ sơ sinh trong 5 năm đầu đời.

Theo nhóm nghiên cứu, chứng ngưng thở - đặc biệt phổ biến ở trẻ sinh non - là nguyên nhân chính khiến trẻ phải nằm viện kéo dài và có khả năng tử vong. Tiến sĩ Debra E. Weese cho biết những thiết bị nhỏ gọn này giúp “xác định ‘dấu hiệu’ của từng trẻ sơ sinh liên quan đến chuyển động không khí (vào và ra khỏi đường thở và phổi), âm thanh của tim và nhu động ruột cả ngày lẫn đêm, chú ý đến nhịp sinh học”. Ngoài ra, đặc biệt là giảm tiếng ồn trong ruột có liên quan đến các vấn đề về tiêu hóa. Những âm thanh này có thể là dấu hiệu cảnh báo sớm về tình trạng rối loạn nhu động ruột và có nguy cơ tắc nghẽn.

Mayer, đồng tác giả nghiên cứu và trưởng khoa y học tự trị tại Bệnh viện nhi Ann & Robert H. Lurie ở Chicago, tuyên bố: “Khi ‘dấu hiệu’ âm thanh của một bệnh nhân được xác định, những sai lệch so với dấu hiệu được cá nhân hóa đó có khả năng cảnh báo cá nhân và nhóm chăm sóc sức khỏe về tình trạng sức khỏe kém sắp xảy ra, trong khi vẫn còn thời gian để can thiệp phục hồi sức khỏe”. Những tiện ích này cho phép nhóm nhà nghiên cứu phân tích một hơi thở trên nhiều vùng phổi ở người lớn bằng cách đồng thời ghi lại sự phân bố chuyển động của cơ thể và âm thanh của phổi ở nhiều vị trí khác nhau. Bharat cho biết, bằng cách hỗ trợ theo dõi thời gian thực, bác sĩ có thể “xác định xem sức khỏe phổi đang trở nên tốt hơn hay xấu đi và đánh giá mức độ phản ứng của bệnh nhân với một loại thuốc hoặc phương pháp điều trị cụ thể”.

Thiết bị nuốt theo dõi các dấu hiệu quan trọng bên trong cơ thể

Thiết bị VM Pill là một phần của lĩnh vực thiết bị tiêu hóa đang phát triển cho phép thực hiện nhiều chức năng khác nhau bên trong cơ thể. Thiết bị mới nuốt được giống như viên thuốc theo dõi những dấu hiệu quan trọng như nhịp thở và nhịp tim từ bên trong cơ thể. Thiết bị cung cấp một cách đơn giản và thuận tiện để chăm sóc những người dễ bị sử dụng quá liều opioid. Giovanni Traverso, tác giả chính của nghiên cứu và phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) và bác sĩ tiêu hóa tại Bệnh viện Brigham và Phụ nữ, giải thích: “Thiết bị giúp chẩn đoán và theo dõi nhiều tình trạng sức khỏe mà không cần đến bệnh viện giúp bệnh nhân dễ tiếp cận và hỗ trợ chăm sóc sức khỏe hơn”.

Không giống như thiết bị cần được cấy ghép bằng phẫu thuật, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim, loại thiết bị tiêu hóa rất dễ sử dụng và không liên quan đến các thủ tục xâm lấn. Ví dụ, bác sĩ sử dụng những chiếc máy ảnh nhỏ có thể nuốt được để thực hiện nội soi, thường phải chỉ định nhập viện. Benjamin Pless, đồng tác giả nghiên cứu và là người sáng lập Celero Systems, một công ty thiết bị y tế ở Massachusetts, cho biết: “Ý tưởng là bác sĩ kê đơn những viên nang này và bệnh nhân chỉ cần nuốt chúng. Mọi người đã quen với việc uống thuốc và chi phí sử dụng thiết bị tiêu hóa thấp hơn nhiều so với việc thực hiện loạt xét nghiệm y học truyền thống”.

Viên nang VM Pill hoạt động bằng cách cảm nhận những rung động nhỏ của cơ thể liên quan đến nhịp thở và hoạt động của tim. Thiết bị có thể phát hiện xem một người có ngừng thở từ bên trong ruột hay không. Để thử nghiệm VM Pill, nhóm nhà nghiên cứu đặt nó vào dạ dày của những con lợn đã được gây mê. Sau đó, họ cho lợn uống một liều fentanyl - một loại thuốc phiện mạnh có thể gây suy hô hấp ở người. Thiết bị đo nhịp thở của lợn theo thời gian thực và cảnh báo cho nhóm nhà nghiên cứu, những người có thể đảo ngược tình trạng quá liều.

Nhóm nhà nghiên cứu cũng thử nghiệm thiết bị ở người lần đầu tiên bằng cách chỉ định nó cho những người được đánh giá mắc chứng ngưng thở khi ngủ. Nhiều người mắc chứng ngưng thở khi ngủ không biết về tình trạng của mình, một phần vì việc chẩn đoán bệnh này đòi hỏi phải dành một đêm trong phòng thí nghiệm về giấc ngủ được kết nối với thiết bị bên ngoài để theo dõi những dấu hiệu quan trọng của họ. Pless bình luận: “Vì quan tâm đến sự an toàn của opioid nên chúng tôi nhận thấy rằng chứng ngưng thở khi ngủ có nhiều dấu hiệu tương tự như mọi vấn đề về hô hấp do opioid gây ra”.

Nhóm nhà nghiên cứu chỉ định VM Pill cho 10 bệnh nhân mắc chứng ngưng thở khi ngủ tại Đại học West Virginia (Mỹ). Thiết bị phát hiện thời điểm bệnh nhân ngừng thở và theo dõi nhịp thở của họ với độ chính xác 92,7%. So với loại thiết bị bên ngoài, viên thuốc có thể theo dõi nhịp tim với độ chính xác ít nhất là 96%. Thử nghiệm cũng cho thấy thiết bị an toàn và tất cả bệnh nhân đều vượt qua thiết bị này trong vài ngày tiếp theo sau cuộc thử nghiệm.

Ali Rezai, đồng tác giả của nghiên cứu và là nhà khoa học thần kinh tại Viện khoa học thần kinh Rockefeller thuộc Đại học West Virginia, trình bày: “Chất lượng và tính nhất quán của những bản ghi này rất tuyệt vời so với loạt nghiên cứu lâm sàng tiêu chuẩn mà chúng tôi đã thực hiện trong phòng thí nghiệm về giấc ngủ. Thiết bị này cho phép chúng tôi theo dõi từ xa những dấu hiệu quan trọng của bệnh nhân mà không cần bất kỳ dây dẫn hoặc nhân viên y tế nào. Điều này mở ra khả năng theo dõi bệnh nhân trong môi trường tự nhiên thay vì ở phòng khám hoặc bệnh viện”.

Traverso tuyên bố phiên bản hiện tại của VM Pill chỉ tồn tại trong cơ thể khoảng một ngày, nhưng họ đang nỗ lực cải tiến thiết bị để có thể tồn tại lâu hơn nhằm mục đích theo dõi lâu dài. Họ cũng hy vọng có thể nâng cấp thiết bị để nó có thể tự động đưa thuốc vào điều trị những tình trạng bệnh như quá liều opioid khi phát hiện ra một số triệu chứng. Theo Traverso, thiết bị hữu ích trong nhiều tình huống khác nhau trong tương lai, chẳng hạn như dùng quá liều opioid, các vấn đề về hô hấp và mọi vấn đề về tim.