Phần 1: Tiến bộ công nghệ và những thách thức
Công nghệ robotics đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu và thử nghiệm nhiều trong lĩnh vực y tế, do những lợi ích mà nó mang lại: hỗ trợ bác sĩ, nhân viên y tế trong quá trình đánh giá, chăm sóc và điều trị người bệnh. Mặc dù còn nhiều thách thức đặt ra liên quan đến chi phí bảo trì, sự an toàn, độ tin cậy,… của robot, nhưng với những tiến bộ công nghệ cùng hiệu quả tích cực trong các thử nghiệm đã giúp robot được dự báo trở thành ứng viên tiềm năng, đồng hành và hỗ trợ chăm sóc sức khỏe cho con người trong tương lai.
Sử dụng robot hỗ trợ chăm sóc sức khỏe không phải là một nội dung mới trên thế giới, công nghệ này đã được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980 của thế kỷ XX. Trong nghiên cứu “A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery”, công bố năm 1988 trên tạp chí IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Robot Unimation Puma 200 được giới thiệu để sử dụng cùng với máy chụp cắt lớp vi tính (CT) và bộ dẫn hướng đầu dò nhằm sinh thiết khối u não dưới hướng dẫn của CT. Đây được xem là một trong những ứng dụng đầu tiên được ghi nhận về robot chăm sóc sức khỏe.
Sơ đồ phòng phẫu thuật với Robot Unimation Puma 200 và ứng dụng lần đầu trong ca phẫu thuật sinh thiết khối u não năm 1985 (Nguồn: Nghiên cứu “A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery” (Kwoh Y.S. et al., 1988))
Nghiên cứu công nghệ robotics trong lĩnh vực trong chăm sóc sức khỏe đã tăng trưởng đáng kể trên thế giới trong những năm gần đây. Với 10,3% GDP toàn cầu được chi cho chăm sóc sức khỏe trong năm 2021 (theo Báo cáo Global spending on health: Coping with the pandemic - WHO), robotics là những đổi mới về kỹ thuật số đang ngày càng trở nên quan trọng và có tác động mạnh đến các hoạt động chăm sóc sức khỏe, giúp giảm chi phí và cải thiện kết quả điều trị.
Các ứng dụng chính của robot trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe
Robot thường được xếp thành 2 loại: robot công nghiệp và robot dịch vụ. Robot công nghiệp được dùng trong tự động hóa các dây chuyền sản xuất, còn robot dịch vụ dùng để phục vụ cho nhu cầu cụ thể của con người (ví dụ như dùng trong nhà, văn phòng làm việc, bệnh viện,…). Robot chăm sóc sức khỏe là loại robot dịch vụ cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Nó có thể hoạt động trong môi trường độc hại hoặc xử lý các vật liệu nguy hiểm cho con người, thực hiện các hoạt động lặp đi lặp lại với độ chính xác cao, không bị ảnh hưởng bởi tâm lý, mang lại khả năng chăm sóc bệnh nhân ở mức độ cao, năng suất và đảm bảo an toàn cho cả bệnh nhân và nhân viên y tế. Theo nghiên cứu “Robotics in Healthcare: A Survey” đăng trên tạp chí SN Computer Science, từ các kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế, robot trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe có thể được phân thành 5 nhóm chính: robot dịch vụ (service robot); robot hỗ trợ (assistive robot); robot hỗ trợ xã hội (socially-assistive robot); robot điều khiển từ xa (teleoperated robot) và robot can thiệp (interventional robot).
Các ứng dụng chính của robot trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe (Nguồn: Biên dịch từ nghiên cứu “Robotics in Healthcare: A Survey” (Silvera-Tawil, D., 2024))
• Robot dịch vụ (Service Robot)
Service Robot chủ yếu được dùng để vận chuyển vật liệu, thuốc hoặc người; quản lý dược phẩm, tự động hóa quy trình, và đào tạo nhân viên y tế. Để hỗ trợ vận chuyển, có các robot vận chuyển trang thiết bị giữa các phòng bệnh viện, máy bay giao hàng không người lái (UAV) hoặc giường bệnh có động cơ tự động để di chuyển bệnh nhân. Trong đào tạo cho nhân viên y tế, robot có thể được dùng để mô phỏng bệnh nhân, với các khả năng hô hấp, chảy máu, giao tiếp bằng giọng nói và phản ứng với thuốc như bệnh nhân thật, giúp các bác sĩ lâm sàng thực hành đồng thời cả kỹ năng giao tiếp, quy trình chăm sóc và điều trị. Trong lĩnh vực dược phẩm, robot phân phối và theo dõi tình trạng thuốc, giảm thiểu nguy cơ sai sót trong lựa chọn thuốc, đếm thuốc thủ công và quản lý thuốc tồn kho, cũng như tiết kiệm và đảm bảo thời gian thời gian phân phối thuốc từ nhân viên y tế đến bệnh nhân. Trong phòng thí nghiệm, robot tự động xử lý các mẫu bệnh lý, tối ưu hóa các quy trình, hợp lý hóa hoạt động, nâng cao hiệu quả và tốc độ xử lý công việc. Ngoài ra, trong đại dịch Covid-19, việc ứng dụng robot vệ sinh hỗ trợ công tác khử trùng, khử khuẩn phòng bệnh, cũng đã được thử nghiệm và thu hút được khá nhiều sự quan tâm của cộng đồng và các cơ sở y tế.
Công nghệ robotics ứng dụng trong hệ thống phân phối dược phẩm tự động của Công ty Dược phẩm Willach (Úc) (Nguồn: https://willach.com.au/)
• Robot hỗ trợ (Assistive Robot)
Assistive Robot được sử dụng chủ yếu để hỗ trợ những người bị hạn chế khả năng vận động thực hiện các thao tác, di chuyển và phục hồi chức năng. Một số dạng robot điển hình trong nhóm này là: Cánh tay robot hỗ trợ người khuyết tật chi trên ăn uống, đánh răng, nhặt, rửa đồ vật và mở cửa; Xe lăn thông minh giúp người khuyết tật cả về mắt và tay chân di chuyển dễ dàng; Xe tập đi thông minh giúp bệnh nhân giữ thăng bằng, đứng và đi lại; Robot tay chân giả mô phỏng chi bị thiếu và cho phép kiểm soát trực quan chi, phản hồi khi chạm vào người đeo; Robot chỉnh hình/Khung xương ngoài thường được thiết kế dưới dạng khung xương ngoài để bảo vệ, hỗ trợ hoặc cải thiện chức năng của các phần cơ thể như mắt cá chân, đầu gối và cột sống; Robot phục hồi chức năng hỗ trợ cho toàn bộ các phần trên cơ thể, giúp gia tăng cường độ trị liệu và đánh giá sự tiến bộ so với việc hỗ trợ trị liệu của con người. Robot loại này thường được sử dụng trong điều trị chấn thương tủy sống, chấn thương thể thao, đột quỵ, hội chứng đau cơ xương, đau xơ cơ và chấn thương sọ não.
Công nghệ robotics ứng dụng trong phục hồi chức năng – Lokomat, được xem là hệ thống phục hồi chức năng chi dưới nổi tiếng trên thế giới (Nguồn: https://summitmedsci.co.uk/)
• Robot hỗ trợ xã hội (Socially-Assistive Robot)
Socially-Assistive Robot (SAR) được dùng để hỗ trợ con người qua các tương tác xã hội. Dựa trên hình dáng bên ngoài, có thể chia SAR thành ba loại: Robot hình người (anthropomorphic robot) có thiết kế giống con người, có thể cung cấp hành vi tương tác, gợi các hành vi và nhận thức xã hội ở những người mà chúng tương tác; Robot mô phỏng động vật (zoomorphic robot) là những robot giống các loài động vật, thể hiện các tín hiệu xã hội phù hợp với hình dạng vật lý của chúng, hành vi tương tác của những robot này thường đơn giản hơn so với những hành vi của robot hình người; Robot không mô phỏng sinh học (non-biomimetic robots) là những robot được thiết kế không giống với bất kỳ loài sinh vật nào, được sử dụng để thu hút trẻ em chơi tự do hoặc làm vật xúc tác để tạo tương tác với người lớn hoặc trẻ em.
Robot hình người (NAO và QT), Robot mô phỏng động vật (Probo và Paro), Robot không mô phỏng sinh học (Sphero) (Nguồn: “Robotics in Healthcare: A Survey” (Silvera-Tawil, D., 2024))
SAR mang lại sự thoải mái, giảm căng thẳng hoặc làm bạn đồng hành, nâng cao chất lượng sống cho người già, người suy giảm nhận thức hay trẻ em bị rối loạn phát triển xã hội. SAR cũng hỗ trợ chẩn đoán và điều trị chứng rối loạn phổ tự kỷ và suy giảm nhận thức, hỗ trợ trị liệu và giáo dục thông qua khả năng kiểm soát hành vi và lặp lại hành động.
SAR cũng được sử dụng để huấn luyện về dinh dưỡng và lựa chọn thực phẩm lành mạnh, theo dõi sức khỏe, quản lý cân nặng và tạo động lực thúc đẩy hoàn thành các bài tập thể dục ở người lớn tuổi; nhắc nhở những người mắc bệnh mãn tính, người già, người bị suy giảm nhận thức theo dõi sức khỏe và dùng thuốc hàng ngày. Ngoài ra, SAR còn được thử nghiệm làm nhân viên hướng dẫn hoặc lễ tân để chỉ dẫn trong bệnh viện; kiểm tra các cuộc hẹn hay cung cấp thông tin, giáo dục sức khỏe cộng đồng.
Robot ứng dụng trong gia đình (Nguồn: “Robotics in Healthcare: A Survey” (Silvera-Tawil, D., 2024))
• Robot điều khiển từ xa (Teleoperated Robot)
Teleoperated Robot hay Telerobots, được xem là một phần của telehealth, hỗ trợ các công tác chăm sóc sức khỏe từ xa như phẫu thuật, chẩn đoán và điều trị. Trong chẩn đoán bệnh, telerobots có thể hỗ trợ bác sĩ thực hiện siêu âm từ xa, đánh giá và phục hồi chức năng từ xa. Một dạng ứng dụng khác của telerobots là robot hiện diện từ xa, với phương thức sử dụng chủ yếu là trò chuyện video trên nền tảng di động, giúp các bác sĩ kiểm tra và tư vấn từ xa cho bệnh nhân, hoặc cung cấp giải pháp an toàn cho người nhà đến thăm bệnh nhân mà không khiến họ gặp nguy hiểm.
Robot RP-VITA, phát triển bởi iRobot và InTouch Health năm 2012, đã được FDA phê chuẩn cho phép các bác sĩ lâm sàng kiểm tra bệnh nhân từ xa (Nguồn: Internet)
Trong phẫu thuật, robot đã được ứng dụng trong ca phẫu thuật từ xa “Lindbergh Operation” diễn ra vào tháng 9/2001, do nhóm bác sĩ phẫu thuật người Pháp ở New York thực hiện trên một bệnh nhân ở Strasbourg (Pháp). Đây là ca phẫu thuật từ xa thành công đầu tiên trên thế giới bằng cách sử dụng mạng truyền dẫn đa dịch vụ chuyên dụng do France Telecom cung cấp và robot phẫu thuật nội soi Zeus.
Telerobots đã trở nên phổ biến hơn kể từ đại dịch Covid-19, chủ yếu là do nhu cầu chăm sóc sức khỏe không tiếp xúc ngày càng tăng. Tuy nhiên, hai yếu tố chính ảnh hưởng đến phẫu thuật robot từ xa là tốc độ truyền dữ liệu và độ trễ liên lạc, đặc biệt trong các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ trễ có liên quan đến nhiều lỗi trong quá trình thực hiện, do đó việc tiến hành thử nghiệm cải thiện việc truyền dữ liệu, đánh giá hiệu quả cũng như độ an toàn của hệ thống cũng là thách thức lớn cho các nhà khoa học tìm lời giải.
• Robot can thiệp (Interventional Robot)
Mục tiêu chính của Interventional Robot là hỗ trợ bác sĩ thực hiện các quy trình chẩn đoán hoặc điều trị hiệu quả và an toàn, trong đó chú trọng đến độ chính xác, giảm mức độ chuyển động trong quá trình phẫu thuật. Trong những năm 1980, tiến bộ công nghệ đã giúp các thủ thuật phẫu thuật xâm lấn tối thiểu (Minimally invasive surgery (MIS) - sử dụng các vết mổ hoặc lỗ nhỏ hơn so với phẫu thuật thông thường, giúp giảm thời gian phục hồi) trở thành một phương pháp được áp dụng rộng rãi, mở đường cho việc phát triển các robot MIS hỗ trợ đắc lực cho các bác sĩ phẫu thuật (Robot Unimation Puma 200 là robot MIS đầu tiên được phát triển; bản nâng cấp sau này là Puma 560). Một trong những cải tiến quan trọng nhất của những robot này là tạo ra một trạm làm việc, cho phép bác sĩ phẫu thuật điều khiển cánh tay robot bằng một cần điều khiển nhỏ. Robot Da Vinci của Intuitive Surgical Inc. là một robot MIS được sử dụng khá phổ biến trong nhiều thủ thuật phẫu thuật khác nhau, với hơn 4.500 hệ thống được bán trên toàn thế giới. Hầu hết robot MIS được vận hành từ xa trong khoảng cách ngắn, nhưng cũng có một số hệ thống được vận hành bán tự động, chẳng hạn như robot Mako hay Navio sử dụng trong phẫu thuật chỉnh hình đầu gối. Các ứng dụng khác của robot can thiệp bao gồm phẫu thuật răng miệng, can thiệp nhãn khoa, xạ trị, đặt ống thông và đặt kim. Đặc biệt, trong đại dịch Covid-19, đã xuất hiện robot lấy mẫu bệnh phẩm hầu họng tự động và vận hành từ xa mà không cần tiếp xúc gần với bệnh nhân.
Sự tiến bộ của công nghệ hiện đại ngày nay đã mở đường cho các thế hệ robot can thiệp ở dạng nhỏ và siêu nhỏ phát triển, chẳng hạn như: Robot thu nhỏ dạng viên nang với kích thước chỉ vài cm, được sử dụng trong chẩn đoán đường tiêu hóa bằng thông tin hình ảnh và sinh thiết; Robot vi mô và nano được phát triển nhằm phá sỏi thận, phát hiện tế bào ung thư, cung cấp thuốc theo mục tiêu, tiêu diệt mầm bệnh vi sinh hoặc thậm chí đảo ngược tác động của các bệnh di truyền bằng cách thay thế toàn bộ nhiễm sắc thể.
Một số ứng dụng của robot can thiệp trong phẫu thuật, nội soi (Nguồn: Tổng hợp từ internet)
Những thách thức của công nghệ robotics trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu sử dụng robot cho các ứng dụng y sinh khác nhau, nhưng vẫn còn nhiều thách thức đáng kể trong việc triển khai công nghệ này vào thực tế, tùy theo nhu cầu, sự chấp nhận, sự hài lòng của xã hội và hệ thống y tế.
Lý do chính để robot được triển khai trong các cơ sở y tế thường nhờ khả năng mang lại giá trị chăm sóc sức khỏe hiệu quả cùng giá cả phải chăng; khả năng tiếp cận bác sĩ lâm sàng kịp thời và liên tục, cũng như cho phép tối ưu hóa việc chăm sóc, giảm thiểu lỗi của con người và thương tích tại nơi làm việc. Tuy nhiên, thái độ và mối quan ngại tiêu cực từ công chúng, bệnh nhân và nhân viên y tế có thể là rào cản đáng kể cho việc áp dụng, chẳng hạn như nhân viên y tế có thể phản đối việc sử dụng robot do thiếu hiểu biết hay thiếu tin tưởng vào công nghệ, mối đe dọa mất việc do robot thay thế,... Một số nghiên cứu cho thấy, các ứng dụng robot trong các hoạt động ít tương tác với con người thường được đón nhận tích cực hơn trong môi trường có nhiều người, hoặc các robot được thiết kế để hỗ trợ nhân viên chăm sóc sức khỏe mà không thay thế họ sẽ có được mức độ chấp nhận cao hơn.
Chi phí cao liên quan đến việc mua sắm và bảo trì các hệ thống robot cũng là một rào cản lớn. Việc chế tạo robot có khả năng sao chép chính xác cách di chuyển tay, cổ tay, ngón tay của một bác sĩ phẫu thuật rất tốn kém. Bên cạnh đó, để robot phát huy hết tiềm năng, chúng phải được tích hợp vào quy trình làm việc, hệ thống và không gian của cơ sở y tế. Do đó, nếu cơ sở hạ tầng cũ, hạn chế về không gian ở các phòng bệnh, hành lang và phòng thí nghiệm có thể làm tăng đáng kể chi phí và thời gian sử dụng robot.
Các quy định pháp lý chưa theo kịp tốc độ phát triển của công nghệ cũng trở thành một thách thức. Nếu không có các chính sách và quy trình có trách nhiệm, nhiều khả năng của robot có thể trở thành mối đe dọa đối với cả nhân viên y tế và bệnh nhân. Ngoài ra, các nghiên cứu về tương tác giữa người và robot trong bối cảnh chăm sóc sức khỏe mới chỉ tập trung vào tương tác ngắn hạn. Do đó, cần có những nghiên cứu về tác động lâu dài của robot trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe để nâng cao hiệu quả, sự tin cậy và khả năng chấp nhận của các bên liên quan.
***
Trên thực tế, nhu cầu ứng dụng robot và tự động hóa đang ngày càng có xu hướng tăng lên và các sản phẩm mới sẽ tiếp tục được nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Việc giải quyết những thách thức kỹ thuật về hiệu suất pin, cảm biến, sức mạnh xử lý dữ liệu, khả năng tự học của trí tuệ nhân tạo và giao tiếp giữa các nền tảng là chìa khóa cho sự đổi mới công nghệ trong giai đoạn tiếp theo. Bên cạnh đó, việc nâng cấp cơ sở hạ tầng kỹ thuật số và kỹ năng ứng dụng công nghệ robotics tiên tiến cho nhân viên kỹ thuật của cơ sở y tế là điều rất cần thiết. Ngoài ra, để ứng dụng công nghệ robotics thành công trong chăm sóc sức khỏe tại cơ sở y tế, ban quản lý và nhân viên y tế cần phải hiểu rõ công nghệ mới sẽ mang lại nhiều lợi ích, không chỉ cho tổ chức mà còn cho chính họ và những bệnh nhân mà họ chăm sóc.
Duy Sang
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Kwoh Y.S. et al. (1988). A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 35(2), 153 - 160.
[2] Silvera-Tawil, D. (2024). Robotics in Healthcare: A Survey. SN Computer Science.
[3] WHO. (2024). Global spending on health: Coping with the pandemic. WHO.
[4] PGS.TS.BS. Tăng Chí Thượng. (2019). Cơ hội và thách thức trong tiếp cận và ứng dụng trí tuệ nhân tạo của ngành y tế Thành phố Hồ Chí Minh.