Phát minh mới mở ra triển vọng trong tương lai gần, hệ thống robot thông minh có thể dẫn các công cụ y tế đến những vị trí chính xác trong cơ thể, lấy sinh tiết hoặc kiểm tra mô bên trong. Phương pháp mới chỉ cần sự có mặt của bác sĩ hoặc y tá để đưa ra những quyết định lâm sàng, robot sẽ thao tác điều khiển thiết bị nội soi.

Phát minh 'Nội soi đại tràng với robot thao tác thông minh sử dụng từ tính ' là thành quả 12 năm nghiên cứu của nhóm nhà khoa học quốc tế do Đại học Leeds dẫn đầu. Công trình nghiên cứu được công bố ngày 12/10/2020 trên tạp chí khoa học “Nature Machine Intelligence”. Những thử nghiệm chữa trị bệnh nhân, sử dụng hệ thống này có thể được bắt đầu vào năm 2021 hoặc đầu năm 2022.

Pietro Valdastri, giáo sư ngành Robot và Hệ thống tự động hóa tại Leeds, giám sát viên nghiên cứu cho biết: "Nội soi đại tràng đối với bác sĩ là một cửa sổ nhìn vào thế giới ẩn sâu bên trong cơ thể con người, đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các bệnh khó điều trị như ung thư đại trực tràng. Nhưng công nghệ điều trị không có thay đổi đáng kể trong nhiều thập kỷ”.

"Chúng tôi đã phát triển là một hệ thống giúp bác sĩ hoặc y tá vận hành dễ dàng và ít gây đau đớn hơn cho bệnh nhân. Công trình khoa học đánh dấu một bước tiến quan trọng khiến nội soi đại tràng trở nên phổ biến hơn – việc cần thiết để phát hiện ung thư đại trực tràng sớm và một số bệnh khác. Hệ thống khai thác sử dụng dễ dàng, có thể thực hiện ở phòng khám và cho phép nhiều bệnh nhân tiếp cận nội soi đại tràng”.

Nội soi là một thủ tục lâm sàng kiểm tra trực tràng và ruột kết. Nội soi đại tràng thông thường la đưa một ống bán mềm quang học vào hậu môn. Quá trình này khiến một số bệnh nhân cảm thấy đau đớn và yêu cầu gây mê.

Máy soi ruột kết từ tính linh hoạt

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một thiết bị nhỏ hơn, hình viên nang gắn với một sợi cáp nhỏ đưa vào hậu môn, được dẫn hướng vào vị trí bằng một nam châm gắn trên cánh tay robot, gắn trên cơ thể bệnh nhân.

Cánh tay robot di chuyển quanh cơ thể bệnh nhân để điều động viên nang. Hệ thống hoạt động trên nguyên tắc lực từ trường hút và đẩy. Nam châm bên ngoài cơ thể bệnh nhân tương tác với những nam châm nhỏ gắn trong viên nang điều hướng “tàu ngầm này” qua ruột kết. Giải pháp này sẽ khiến bệnh nhân ít đau hơn so với nội soi đại tràng thông thường.

 

 Nội soi đại tràng Robot thông minh điều khiển từ tính

Điều khiển cánh tay robot có thể được thực hiện thủ công nhưng đây là một kỹ thuật rất khó. Các nhà nghiên cứu phát triển những cấp độ tự động hóa khác nhau cho robot.

Các cấp độ tự động hóa của robot thông minh ứng dụng từ tính

Điều khiển trực tiếp robot. Đây là trường hợp người vận hành có quyền điều khiển trực tiếp robot bằng cần điều khiển không có trợ giúp tự động hóa.

Điều khiển nội soi thông minh. Người điều hành đặt vị trí viên nang sẽ đến trong ruột kết, hệ thống tính toán những chuyển động cần thiết của cánh tay robot đưa viên nang vào vị trí yêu cầu.

Điều khiển bán tự động. Hệ thống robot tự động điều hướng viên nang qua ruột kết, sử dụng thị giác máy tính – phương pháp này cho phép người điều khiển có thể chiếm quyền điều khiển viên nang trong một giai đoạn thời gian.

Trong cuộc thử nghiệm mô phỏng, 10 nhân viên không phải là chuyên gia y tế thực hành đưa viên nang đến một điểm ở ruột kết trong vòng 20 phút. Các nhân viên y tế đã thực hiện liên tiếp năm lần, sử dụng ba cấp độ tự động hóa.

Kết quả là, điều khiển trực tiếp cánh tay robot, tỷ lệ thành công đạt 58%. Tỷ lệ này đạt đến 96% khi sử dụng hệ thống robot thông minh và 100% khi điều khiển bán tự động.

Thử nghiệm tiếp theo, 2 nhân viên thực hiện đưa một ống soi thông thường vào ruột kết của hai con lợn đã gây mê, sau đó thực hiện với hệ thống robot điều khiển bằng nam châm, sử dụng các cấp tự động hóa khác nhau với sự giám sát của bác sĩ thú y. Thử nghiệm được đánh giá bằng Chỉ số Tải trọng Nhiệm vụ NASA, đo lường độ phức tạp của nhiệm vụ về thể chất và tinh thần.

Chỉ số Tải trọng Nhiệm vụ NASA cho thấy, nội soi ruột già với robot thông minh ứng dụng từ tính dễ dàng hơn. Những nhân viên thực hành gặp khó khăn khi vận hành ống soi ruột kết thông thường và khi trực tiếp điều khiển robot.

James Martin, nghiên cứu sinh tiến sĩ thuộc Đại học Leeds, đồng chủ nhiệm công trình nghiên cứu cho biết: "Vận hành cánh tay robot khá khó khăn, không trực quan và linh hoạt. Thử nghiệm đã chứng minh, có thể giao chức năng đó cho hệ thống robot, người điều khiển tự do suy nghĩ về nhiệm vụ lâm sàng đang thực hiện nâng cao hiệu suất làm việc và có thể phổ cập rộng rãi."

Công nghệ kỹ thuật được phát triển để thực hiện nội soi đại tràng có thể áp dụng cho những thủ thuật nội soi khác, như nội soi đường tiêu hóa hoặc phổi.

Tiến sĩ Bruno Scaglioni, Nghiên cứu viên sau Tiến sĩ tại Leeds, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, nhận xét: "Nội soi đại tràng bằng rô bốt là sáng tạo cách mạng hóa phương thức nội soi. Điểm đặc trưng là người thực hiện nội soi không cần thiết phải là chuyên gia. Điều đó sẽ làm cho kỹ thuật nội soi sẽ được phổ biến rộng rãi hơn, thực hiện tại các phòng khám và trung tâm y tế cộng động."