Các nhà khoa học phát triển thiết bị trợ tim mới: trọng lượng nhẹ, tự
cấp nguồn, kết nối smartphone
Các giáo sư từ đại học Illinois và đại học Washington đã phát triển phương pháp chế tạo thiết bị trợ tim mới với trọng lượng nhẹ, cấy trực tiếp vào tim bệnh nhân, có khả năng phát hiện ra các dấu hiệu bất thường của tim, kết nối với smartphone và thực hiện những cú sốc điện thích hợp nhằm cứu sống tính mạng của bệnh nhân. Đây là một công trình nghiên cứu hứa hẹn sẽ mang lại một phương pháp chăm sóc sức khỏe ưu việt hơn cho người bệnh. Đồng thời, nghiên cứu cũng là một trong những tín hiệu về xu hướng công nghệ của con người trong tương lai: Cấy ghép.
Việc cấy máy trợ tim vào cơ thể người đã được áp dụng trong y tế từ những năm 1970. Tuy nhiên, nhờ những tiến bộ trong khoa học vật liệu và công nghệ hình ảnh 3D hiện nay cho phép các nhà nghiên cứu có thể tạo nên những thiết bị trợ tim mới với nhiều tính năng ngày càng ưu việt hơn so với trước đây.
2 giáo sư là John Rogers tại Đại học Illinois và Igor Efimov đến từ đại học Washington vừa phát triển thành công phương pháp trợ tim mới. Từ các hình ảnh chụp cộng hưởng từ và CT quả tim của bệnh nhân, các nhà nghiên cứu sẽ tạo nên mô hình quả tim bằng công nghệ in 3D. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tạo nên một lớp lưới bằng kim loại bao quanh mô hình quả tim. Cuối cùng, "lớp lưới kim loại" sẽ được cấy vào quả tim thật trong cơ thể người bệnh. Lớp lưới có khả năng phát hiện các dấu hiệu loạn nhịp tim và tự thực hiện những cú sốc điện thích hợp nhằm bảo vệ tính mạng của bệnh nhân.
Sơ đồ chế tạo thiết bị trợ tim theo phương pháp mới
Hiện nay, các máy trợ tim cấy ghép bên trong cơ thể người bệnh thường sử dụng từ 2 đến 3 điện cực để phát hiện ra khi nào cần phải thực hiện những cú kích điện. Thực chất, "mạng lưới kim loại" trong phương pháp trên chính là hơn 30 điện cực có nhiệm vụ tương tự. Các điện cực được bố trí tại những vị trí thích hợp trên tim người, kết hợp với các thuật toán thông minh nhằm nhanh chóng phát hiện ra các dấu hiệu bất thường của tim. Khi cần thiết, mạng lưới điện cực sẽ thực hiện những cú kích điện liên tiếp, tuần tự và nhất quán với nhau nhằm hỗ trợ tim người bệnh một cách tốt nhất.
Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, kích điện chính xác hơn
Trong những tình huống khẩn cấp, máy trợ tim hoàn toàn có thể cứu được mạng sống bệnh nhân. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất mà một số thiết bị trợ tim trước đây mắc phải chính là không thể phân biệt được đâu là một cơn suy tim thật, đâu là một cú loạn nhịp do bệnh nhân bị đứt tay hay một cảm xúc nào đó. Giáo sư Efimov cho biết: "Hãy tưởng tượng bạn đang cười khi xem phim hài thì lại bị một cú kích điện 1000V vào tim. Đó thật sự không dễ chịu chút nào."
Bên cạnh đó, một giới hạn khác của thế hệ máy trợ tim hiện nay là chỉ có một số kích thước điện cực nhất định tương ứng với người lớn và trẻ em. Lý do là các nhà sản xuất không thể nào chế tạo một thiết bị trợ tim hoàn toàn phù hợp với từng bệnh nhân cụ thể được. Giáo sư Efimov cho biết: "Một điện cực dành cho người lớn không thể nào cấy vào cho trẻ em được. Tuy nhiên hiện giờ, bạn có thể scan một bệnh nhân, trích xuất hình ảnh 3 chiều quả tim của họ, chế tạo nên một mô hình quả tim bằng công nghệ in 3D và tạo ra một thiết bị hoàn toàn phù hợp với tim mỗi bệnh nhân."
Đồng thời, cảm biến bên trong thiết bị trợ tim cũng có thể đồng bộ với smartphone bên ngoài nhằm cung cấp cho cả bác sĩ lẫn bệnh nhân những thông tin về tình hình quả tim theo thời gian thực. Khi cần thiết, các bác sĩ cũng có thể điều khiển quá trình kích điện bằng tay theo ý muốn nhằm cứu sống bệnh nhân trong những tình huống khẩn cấp.
Ngoài ra, bác sĩ có thể theo dõi tình hình trao đổi chất, nồng độ pH trong máu và các thông tin sống khác của bệnh nhân thông qua các thông tin do cảm biến gởi về smartphone. Các thông tin này cho phép bác sĩ có thể đưa ra các cảnh báo sớm về những cơn suy tim có thể xảy ngay cả khi bệnh nhân không có mặt tại các cơ sở y tế.
So với một thập kỷ trước đây, các dữ liệu về hoạt động của tim chỉ có thể được ghi lại bởi những cỗ máy to lớn có giá tới hàng triệu đô la và người bệnh cần thiết phải có mặt để thực hiện các bài kiểm tra. Tuy nhiên phương pháp mới cho phép các bác sĩ có thể theo dõi tình hình sức khỏe và đưa ra các giải pháp kịp thời dù không có mặt bên cạnh người bệnh.
Thiết bị trợ tim theo phương pháp mới có thể lấy nguồn điện từ tim đập bằng công nghệ áp điện
Nguồn năng lượng hoạt động từ đâu? Có thể lấy từ chính hoạt động của tim
Trong quá trình chế tạo, việc cung cấp nguồn năng lượng để thiết bị trên hoạt động cũng là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu. Biện pháp cung cấp năng lượng thường được dùng trong các thế hệ máy trợ tim hiện nay thường là pin sạc hoặc pin cảm ứng điện và cần phải được can thiệp từ bên ngoài để sạc.
Phương pháp mới trên hứa hẹn sẽ cung cấp một công cụ trợ tim với giá rẻ và tiện dụng hơn nhiều so với quá khứ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu muốn tạo nên một "giao thức năng lượng sạch" có khả năng sử dụng năng lượng từ tim đập hoặc từ các phản ứng hoá học. Nhóm nghiên cứu hy vọng thiết bị trợ tim mới có thể hoạt động trong cơ thể người với thời gian không dưới 10 đến 15 năm.
Đến thời điểm hiện tại, các nhà nghiên cứu chỉ mới thực hiện các thí nghiệm trên động vật hoặc các tử thi. Loại vật liệu dùng để chế tạo lưới điện cực và các chức năng của nó cần phải được kiểm tra một cách cẩn thận. Các nhà nghiên cứu cần phải trải qua nhiều thí thử nghiệm khác trên cơ thể động vật sau đó là kiểm chứng trên những người tình nguyện trước khi chính thức được áp dụng rộng rãi.
Một vấn đề khác mà các nhà khoa học cần phải tiếp tục nghiên cứu chính là vấn đề an ninh của thiết bị. Do hệ thống trợ tim trên được trang bị cảm biến và kết nối không dây để trao đổi dữ liệu nên vấn đề bảo mật cũng là mối quan tâm hàng đầu trong việc chế tạo. Giáo sư Efimov cho biết: "Chắc chắn bạn sẽ không muốn một kẻ nào đó hack hệ thống trợ tim và giết chết bạn bằng cách thay đổi các chức năng ngay bên trong quả tim của bạn."
Theo nhận định của các nhà phân tích, công trình nghiên cứu của 2 giáo sư là hoàn toàn phù hợp với xu hướng công nghệ hiện nay. Các hãng công nghệ lớn đều đã thực hiện những bước đi đầu tiên trong việc áp dụng khoa học công nghệ cao vào lĩnh vực y tế. Google đang phát triển kính sát tròng có khả năng đo được lường đường trong máu của người đeo. Trong khi đó, Apple cũng nhảy vào lĩnh vực này với các công nghệ sinh trắc học hứa hẹn sẽ được trang bị cho các thiết bị của hãng trong tương lai.
Giáo sư Efimov cho biết: "Các hãng công nghệ lớn đã bắt đầu bước chân vào lĩnh vực chăm sóc sức khỏe con người. Đây là một lĩnh vực rộng lớn và sẽ tiếp tục phát triển một cách mạnh mẽ trong tương lai. Thiết bị đeo là những bước đi chập chững đầu tiên, nhưng "cấy ghép" mới là xu hướng công nghệ của con người trong tương lai."
