Cuộc cách mạng y khoa từ dữ liệu lớn
Mỗi ngày, có thêm nhiều dữ liệu hơn về cuộc sống của bạn được tạo ra. Tất nhiên, dữ liệu lớn hơn sẽ tốt hơn. Các chuyên gia ước tính có đến 90% dữ liệu trên thế gới được tạo ra chỉ trong 2 năm qua, và lý do của con số này là sự tiến bộ ngày càng vượt trội của công nghệ.
Internet, smartphone, camera, thiết bị cảm biến, các loại thẻ ngân hàng và mạng xã hội chỉ là một số trong rất nhiều sản phẩm giúp làm phình to “big data” (dữ liệu lớn) theo mỗi giây. Công nghệ tiến bộ mang lại nhiều cơ hội cho các nhà khoa học, trong đó phải kể đến ngành y. Giải mã trình tự bộ gien người, bao gồm khoảng 3 tỷ phân tử ADN, thường phải mất đến vài năm để hoàn thành.
Nhưng hiện nay chỉ cần chưa đến 1 tuần để làm việc đó. Thông tin mà bộ gien cung cấp giúp cho các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ sở gien của nhiều loại bệnh tật nơi con người. Và một số dự án quy mô lớn như Dự án bản đồ 100.000 bộ gien người – trong đó các nhà khoa học sẽ tiến hành phân tích mã gien của khoảng 75.000 của bệnh nhân ung thư và các căn bệnh hiếm, cũng như họ hàng gần nhất của họ – được chính phủ Anh tài trợ 300 triệu bảng Anh (khoảng 507 triệu USD) sẽ đem lại cơ hội cho một số gia đình chẩn đoán căn bệnh bí ẩn của con cái.
Tổ chức Genomics England do Bộ Y tế Anh thành lập chịu trách nhiệm giám sát dự án. Trong y khoa, bệnh án điện tử (hay số hóa) giúp tạo thành nguồn dữ liệu lớn trong đó chứa đựng mọi dữ liệu về bệnh nhân cho đến thông tin về bệnh học, xét nghiệm (scan, X quang…). Harry Hemingway – giáo sư khoa dịch tễ học lâm sàng và giám đốc Viện Nghiên cứu Tin học Y tế Farr – là người đang khai thác dữ liệu lớn để mang lại lợi ích cho bệnh nhân cũng như cộng đồng.
Nói cách khác, giáo sư Hemingway muốn cải thiện sức khỏe con người và chất lượng chăm sóc y tế dành cho họ bằng cách phân tích mọi loại thông tin đã vô danh hóa (lọc bỏ các thông tin cá nhân). Ví dụ, với sự liên kết dữ liệu từ các bệnh viện, giáo sư Hemingway có thể “xác định tiến trình thời gian quan trọng của bệnh”. Ở Anh, có quá nhiều bệnh nhân ung thư được chẩn đoán ở giai đoạn muộn khi bệnh tình thường đã tiến triển đến mức không thể chữa trị được.
Thế nhưng nguồn dữ liệu từ những bệnh nhân này có thể giúp chẩn đoán bệnh sớm hơn cho những người khác. Vấn đề cũng tương tự với một trong những bệnh giết người nguy hiểm nhất thế giới như bệnh tim mạch và ung thư buồng trứng nổi tiếng khó phát hiện. Giáo sư Hemingway giải thích: “Chúng ta có thể sử dụng dữ liệu và máy tính để quan sát mọi triệu chứng và xác định dấu hiệu của những bệnh này”.
Mối lo ngại chính của giáo sư Hemingway là sự gây tổn hại không cần thiết và cái chết xảy ra quá thường xuyên ở Anh bởi vì nguồn dữ liệu chưa được phân tích. Giáo sư nhận định: “Chúng ta không thể có được một chương trình cải thiện tính hiệu quả của y khoa nếu không có dữ liệu”. Do đó, “dữ liệu lớn” có sức mạnh để trả lời cho rất nhiều câu hỏi trong ngành y.
Đó là lý do Martin Landray, giáo sư dịch tễ học Đại học Oxford (Anh), đang giúp phân tích dữ liệu từ dự án UK Biobank – trong đó tuyển mộ khoảng 500.000 người tuổi từ 40 đến 90 từ khắp nơi trên nước Anh. Tất cả những người được chọn này được yêu cầu cung cấp mẫu máu, nước tiểu và nước bọt dành để phân tích trong tương lai cũng như bao gồm cả thông tin chi tiết về cơ thể, chế độ ăn và lối sống của họ.
Và mỗi người trong số này đều được theo dõi suốt đời cho đến khi qua đời. Mục đích của dự án là tạo lập “dữ liệu lớn” cho ngành y. Mới đây, một số nhóm người tham gia được test chức năng nhận thức, trong khi các nhóm khác được xác định kiểu gien và những hình ảnh não bộ của họ cũng được chụp. Dữ liệu thu thập được sẽ giúp các nhà khoa học khám phá tại sao một số người mắc phải những bệnh đặc biệt trong khi số khác thì không.
Trước đây, các nhà nghiên cứu có rất nhiều câu hỏi đặt ra về sức khỏe con người song họ phải chờ đến nhiều năm mới tìm thấy câu trả lời. Nhưng giáo sư Landray cho rằng hiện nay họ đã có cơ hội nhận được câu trả lời trong thời gian nhanh nhất. Đó là lợi ích to lớn mà “dữ liệu lớn” mang lại cho khoa học. Nghiên cứu chỉ dựa vào một số nhỏ bệnh nhân sẽ dẫn đến nhiều sai lầm, đặc biệt khi phải phân tích các yếu tố nguy cơ của bệnh. Do đó, hiện nay nhiều nước trên thế giới đang chạy đua sử dụng dữ liệu để cứu mạng bệnh nhân.
Chẩn đoán bằng… smartphone
Yonatan Adiri – doanh nhân người Israel, trước đây là giám đốc công nghệ dưới thời Tổng thống Shimon Peres – khám phá cách smartphone có thể được phát triển thành một công cụ chẩn đoán y tế. Kết quả là sự ra đời của công ty khởi nghiệp Healthy.io, một kiểu “selfie y tế” tiên phong – như cách gọi của Adiri.
Sản phẩm đầu tiên là bộ dụng cụ xét nghiệm nước tiểu sàng lọc các dấu hiệu nhiễm trùng đường tiết niệu, tiểu đường, bệnh thận và ung thư. Xét nghiệm nước tiểu tiêu chuẩn bao gồm một que nhúng đặc biệt gồm 10 miếng nhỏ thay đổi màu sắc nếu chúng phát hiện ra các chất khác nhau – chẳng hạn như máu, đường hoặc protein, trong mẫu nước tiểu. Thông thường, một bác sĩ lâm sàng được đào tạo sẽ phân tích sự thay đổi màu sắc bằng mắt, nhưng ứng dụng di động của Healthy.io có thể làm điều đó tốt không kém bằng thuật toán thị giác máy tính. Một chatbot trên smartphone tên gọi Emily đưa mọi người qua quy trình từng bước bằng cách sử dụng giọng nói, văn bản và video.
Bệnh nhân đặt que thăm vào khung bìa cứng được mã hóa màu, sau đó quét toàn bộ bằng điện thoại. Hình ảnh được gửi lên đám mây để phân tích và kết quả được gửi đến bác sĩ của bệnh nhân. “Đây không phải là một thiết bị chăm sóc sức khỏe đơn thuần mà là thiết bị y tế” – Adiri nhấn mạnh sản phẩm này đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) và các cơ quan quản lý của Liên minh Châu Âu phê duyệt.
Do xét nghiệm có thể được thực hiện rất dễ dàng tại nhà, Adiri tin rằng nó có khả năng tiết kiệm cho các hệ thống y tế đến “hàng trăm triệu bảng Anh”. Ứng dụng và bộ sản phẩm có giá 9,99 bảng Anh đã được sử dụng hơn 100.000 lần trên toàn thế giới – công ty cho biết. Chuỗi cửa hàng dược phẩm Boots hiện đang thử nghiệm dịch vụ ở Anh và Dịch vụ Y tế Quốc gia Anh (NHS) đang sử dụng dịch vụ này để theo dõi bệnh nhân ghép thận và bệnh nhân tiểu đường.
Ưu điểm chính của smartphone là có “sức mạnh tính toán khổng lồ, màn hình độ phân giải cao, máy ảnh tuyệt vời và quan trọng hơn là được kết nối và có sẵn trên toàn thế giới” – tiến sĩ Andrew Bastawrous, người sáng lập và giám đốc điều hành của Peek Vision. Công ty này cũng giới thiệu công nghệ tiên phong kiểm tra mắt đơn giản cho các nước đang phát triển.
Khoảng 36 triệu người trên thế giới bị mù và nhiều người mắc các bệnh dễ điều trị, theo Bastawrous. Chẩn đoán sớm có thể cứu được thị giác của phần lớn những người này. Nhưng người dân những vùng xa xôi nghèo nàn trên thế giới có thể khó tiếp cận được những thiết bị y tế cồng kềnh và đắt tiền. Ứng dụng kiểm tra mắt của Peek Vision – gọi là Peek Acuity.
Kết quả kiểm tra được lưu trữ trên đám mây và gửi đến bác sĩ lâm sàng được đào tạo ở vị trí gần nhất. Tiến sĩ Bastawrous, một bác sĩ phẫu thuật mắt và học giả làm việc tại Trung tâm Sức khỏe Mắt Quốc tế (ICEH) Trường Y học Nhiệt đới và Vệ sinh Luân Đôn (LSHTM), giải thích: “Ứng dụng của chúng tôi được thiết kế để hầu hết mọi người đều có thể sử dụng được. Công tác đào tạo chỉ mất vài phút, vì vậy nó có thể được sử dụng bởi những người không chuyên – bao gồm giáo viên, lãnh đạo cộng đồng và nhân viên y tế nói chung”.
Camera điện thoại cũng có thể mô phỏng thế giới trông như thế nào đối với người được thử nghiệm, giúp cha mẹ hiểu rõ lý do tại sao con cái có thể cần điều trị, Bastawrous nói. Cho đến nay, hơn 250.000 người đã được sàng lọc ở Kenya, Botswana và Ấn Độ, với chi phí được các tổ chức từ thiện và chính phủ chi trả. Ứng dụng đã giành được sự chấp thuận thử nghiệm lâm sàng ở châu Âu và Bastawrous tuyên bố nó “chính xác như một xét nghiệm mắt thông thường”.
Bastawrous kết luận: “Khả năng ghi lại dữ liệu tại điểm chăm sóc và ảnh chụp được phân tích bằng trí tuệ nhân tạo hoặc bởi các chuyên gia không thể có mặt ở mọi nơi cùng một lúc, từ đó giúp tăng khả năng chăm sóc sức khỏe toàn cầu”. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công ty và nhà nghiên cứu khác khám phá tiềm năng của smartphone như một công cụ chẩn đoán y tế, thường được kết hợp với các bộ phụ kiện bổ sung.
Chẳng hạn, Cellscope phát triển một tệp đính kèm cho camera của smartphone cho phép cha mẹ thăm dò tai của trẻ và quay video bên trong, sau đó được bác sĩ kiểm tra từ xa. Ý tưởng là cha mẹ có thể loại trừ các báo động sai và tiết kiệm cho các chuyến đi lãng phí đến bác sĩ. Trong khi đó, các nhóm nghiên cứu khác phát triển các cảm biến plug-in có thể phát hiện một loạt các bệnh, từ HIV đến Ebola, từ một mẫu máu nhỏ.
Và các tệp đính kèm có thể biến máy ảnh smartphone thành kính hiển vi có khả năng kiểm tra các tế bào hồng cầu truy tìm dấu hiệu bệnh sốt rét. Niamh McKenna, trưởng bộ phận y tế công ty tư vấn Accdvisor, cho biết: “Đã có một số phát triển thú vị trong quá trình phát triển của smartphone như một công cụ chẩn đoán. Chẩn đoán lâm sàng khi đang di chuyển có tiềm năng lớn để áp dụng ở các vùng sâu vùng xa”.
Ứng dụng liệu pháp VR
Bệnh viện nhi Shriners là một trong những trung tâm nổi tiếng nhất nước Mỹ trong điều trị bỏng cho trẻ em và trong số đó có những bệnh nhi bị bỏng kinh khủng nhất – 70% cơ thể bị đốt cháy và vết bỏng xâm chiếm hết cả gương mặt. Điều trị bỏng gây đau đớn khủng khiếp bởi vì mỗi ngày phải tước bỏ những lớp da chết.
Hunter Hoffman, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Hiện thực ảo (VRRC) Đại học Washington, nói: “Mức độ đau đớn của các bệnh nhi phải nói là tột cùng, bất chấp sự chỉ định dùng những loại thuốc giảm đau cực mạnh”. Đó là lý do thúc đẩy Hoffman, chuyên gia khoa tâm lý học nhận thức, có mặt tại Bệnh viện Nhi Shriners để cung cấp cho các bệnh nhi phương pháp điều trị rất khác biệt mang tính cách mạng – đó là liệu pháp hiện thực ảo (VR).
Hunter Hoffman và các đồng nghiệp được coi là những người đi tiên phong trong việc sử dụng liệu pháp VR chữa trị hội chứng stress hậu chấn thương (PTSD) và các dạng hội chứng sợ hãi (phobia). Sau khi một cánh tay robot đưa cặp kính hiện thực ảo (VR) đến gần sát gương mặt bị bỏng nặng (trong trường hợp bỏng nặng đến phần mặt, bộ thiết bị VR áp vào đầu không thể sử dụng được), bệnh nhi bắt đầu bước vào thế giới liệu pháp kỳ ảo được giáo sư Hunter Hoffman và cộng sự David Patterson thiết kế.
Trong chương trình liệu pháp “SnowCanyon” (Hẻm núi tuyết), những đứa trẻ sẽ trôi nổi trên một hẻm núi phủ dày tuyết cùng với người tuyết, lều tuyết và voi mammoth đầy lông lá. Bọn trẻ sẽ ném banh tuyết vào những mục tiêu bắt gặp lướt trôi qua với âm nhạc nền của ca sĩ Mỹ Paul Simon. Hiện thực ảo giúp bệnh nhi bỏng nặng bị xao lãng tinh thần đến mức không còn mấy chú ý đến những gì đang diễn ra trong thế giới thực đau đớn – đó là lúc các cô y tá đang rửa vết thương cho các em.
Hoffman giải thích: “Vấn đề là con người có một mức độ chú ý giới hạn, trong khi sự đau đớn đòi hỏi nhiều sự tập trung. Do đó, hiện thực ảo khiến cho não bộ kém tập trung khi xử lý các tín hiệu đau”. Theo Hoffman, liệu pháp VR giúp giảm được cảm giác đau đớn đến 50%, hiệu quả hơn nhiều nếu so sánh với các loại thuốc giảm đau dù có mạnh đến đâu.
Ý tưởng sử dụng VR để làm xao lãng tinh thần khiến cho bệnh nhân không còn chú ý đến cơn đau nữa đã làm nên cuộc cách mạng chống đau trong y khoa. Tuy nhiên, đó mới chỉ là một trong nhiều ứng dụng tuyệt vời của VR trong điều trị bệnh. Có lẽ, VR được vận dụng nhiều nhất trong khoa bệnh tâm thần.
Ví dụ, một bệnh nhân mắc chứng sợ bay trong không trung được chỉ định ngồi trên chiếc ghế (hay thậm chí một chỗ ngồi mô phỏng như trong máy bay) và mang vào đầu bộ thiết bị VR để trải nghiệm cảm giác như đang trong một chuyến bay thực thụ – cất cánh, thực hiện hành trình bay, hạ cánh, với tiếng ồn động cơ và thậm chí cả âm thanh trò chuyện trong chuyến bay. Đối với liệu pháp truyền thống, bệnh nhân sẽ phải dần dần làm quen với đối tượng gây ra chứng phobia cho đến thực sự không còn xuất hiện phản ứng sợ hãi tự nhiên nữa.
Liệu pháp truyền thống chỉ dễ thực hiện đối với các chứng sợ thông thường – ví dụ, người sợ chó được tiếp xúc với con vật ở bất cứ nơi đâu; hay người mắc chứng sợ khoảng rộng (agoraphobic) có thể dần dần bước ra không gian ngoài trời trong từng khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên, đối với các chứng sợ đặc biệt như là sợ đi máy bay hay sợ cá mập thì liệu pháp truyền thống khó thực hiện cũng như đòi hỏi chi phí thực hiện khá cao trong thực tế.
Các nhà khoa học nhanh chóng nhận ra rằng VR có nhiều ứng dụng cho điều trị nhiều loại bệnh tâm thần như chứng hoang tưởng (paranoia) – một dạng phổ biến trong số nhiều rối loạn tâm thần khác như là tâm thần phân liệt (schizophrenia). Trong nghiên cứu gần đây được công bố trên tờ British Journal of Psychiatry của Anh, các bệnh nhân bị “phức cảm ảo giác hành hạ” được sử dụng liệu pháp VR mô phỏng những tình huống xã hội bất ổn và kết quả cho thấy rất khả quan.
So với liệu pháp truyền thống, những bệnh nhân được điều trị bằng kỹ thuật VR giảm mạnh chứng ảo giác và hoang tưởng một cách rõ rệt. Các nghiên cứu khác cũng chứng minh VR hữu ích đối với những đứa trẻ mắc chứng bệnh tự kỷ và ở những bệnh nhân bị suy giảm trí nhớ do tổn thương não bộ. Trong một số nghiên cứu sau này của giáo sư Hunter Hoffman và nhóm cộng sự thiết kế chương trình sử dụng VR điều trị những bệnh nhân rối loạn thần kinh bất ổn hay tâm lý không ổn định dẫn đến khó thể duy trì các mối quan hệ trong xã hội.
Công nghệ VR cũng được chỉ định cho những người bị mất chi phải tiếp tục chịu sự đau đớn từ chi đã mất hay còn gọi là “chi ma” – cảm giác như phần chi đã cắt bỏ vẫn còn tồn tại và gây đau. Những người bị đau vì “chi ma” thường được dùng “liệu pháp gương” để cắt triệu chứng đau – tức là, đưa phần chi còn lại vào trong một hộp gương để có vẻ như là 2 tay hay 2 chân vẫn còn nguyên. Vì lý do nào đó chưa được biết rõ, khi nhìn thấy chi đã bị cắt cụt qua gương phản chiếu, bệnh nhân sẽ dịu bớt cơn đau.
- Xem thêm: Tự chẩn đoán bệnh được là tốt, nhưng…
Tuy nhiên, cách xử lý này vẫn có những hạn chế, nhất là với những bệnh nhân bị mất cả 2 tay hay 2 chân. Theo một nghiên cứu mới đây đăng trên tờ Frontiers in Neuroscience cho thấy cách điều trị truyền thống này không hiệu quả đối với một bệnh nhân bị cắt cụt cánh tay và sang hôm sau người này tiếp tục thấy đau trở lại. Sau đó, bệnh nhân được chỉ định thử nghiệm liệu pháp VR sử dụng hoạt động xung điện trong cơ bắp cánh tay còn lại để vận động cánh tay ảo. Sau 10 tuần điều trị tích cực, bệnh nhân bắt đầu trải nghiệm những thời khắc không đau đớn đầu tiên sau nhiều thập niên.
Liệu pháp VR cũng cách mạng hóa các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh trong y khoa. Thay vì chăm chú quan sát hình ảnh quét qua kỹ thuật MRI hay CT, hiện nay các bác sĩ bắt đầu sử dụng VR để tương tác với những hình ảnh 3D về các bộ phận cơ thể.
Trong một phiên thử nghiệm tiến hành tại Đại học Stanford (bang California, Mỹ), các bác sĩ sử dụng hình ảnh không gian 3 chiều để đánh giá tình trạng những em bé chào đời với bệnh hẹp động mạch phổi – dạng bệnh tim bẩm sinh trong đó van động mạch phổi không hình thành đúng cách và ngăn không cho máu lưu thông từ tim đến 2 lá phổi. Trước khi ca phẫu thuật được thực hiện, các bác sĩ phải lập bản đồ chi tiết về toàn bộ mạch máu rất nhỏ của bệnh nhi – một công việc cực kỳ khó khăn và dễ gây sai sót.
Nhưng với công nghệ mới từ công ty VR Mỹ Echopixel, các bác sĩ sử dụng hệ thống lập thể 3D đặc biệt để nghiên cứu hệ thống mạch máu của bệnh nhi. Kết quả cho thấy công nghệ VR chính xác hơn kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh truyền thống rất nhiều và giúp can thiệp ngoại khoa trong thời gian nhanh hơn – một yếu tố quan trọng trong phẫu thuật. Hiện nay, sinh viên ngành y cũng được học tập với công nghệ VR thay vì mổ xẻ tử thi như trước đây.
Các thiết bị VR ngày càng chất lượng cao hơn và dễ sở hữu hơn – trong quá khứ, những thiết bị này có giá đến hàng trăm ngàn USD, trong khi hiện nay công ty Ocilus Rift đề xuất sản phẩm chỉ có giá hơn 700 USD! Nhờ giá thành giảm mạnh mà thiết bị VR được sử dụng rộng rãi hơn trong các bệnh viện và dĩ nhiên đối tượng hưởng lợi nhất chính là bệnh nhân.
Hunter Hoffman cho biết: “Về cơ bản, công nghệ VR là cuộc cách mạng trong y khoa. Hiện thời, chúng tôi đang sử dụng các hệ thống VR quân sự được thiết kế nhằm mục đích huấn luyện phi công. Có thể nói rằng sắp tới đây, bệnh nhân bị đau lưng, đau nửa đầu hay đau khớp không cần phải sử dụng thuốc giảm đau nữa bởi vì họ sẽ được các bác sĩ chỉ định điều trị bằng công nghệ VR hiệu quả.
