Một nhóm nghiên cứu vừa phát triển thành công thiết bị chụp cắt lớp quang-âm có khả năng tạo lập hình ảnh độ phân giải cao về các mạch máu dưới da. Đây hứa hẹn là công cụ cho phép theo dõi các chỉ số huyết động như nhịp tim, huyết áp, độ bão hoà không khí một cách không xâm lấn, qua đó đánh giá hiệu năng hoạt động của tim.
Đồng hồ chụp cắt lớp quang-âm có khả năng tạo hình ảnh mạch máu dưới da cực nét - Ảnh: Xi Lei, Southern University of Science and Technology
Xi Lei, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu của Southern University of Science and Technology tại Trung Quốc, cho biết: “Mặc dù công nghệ chụp cắt lớp quang-âm cực kỳ nhạy cảm với những biến động mạch máu, công cuộc phát triển thiết bị đeo tay vẫn gặp khó khăn ở khâu thu nhỏ và tối ưu hoá giao diện. Theo chúng tôi được biết thì đây là mẫu thiết bị chụp cắt lớp quang-âm đầu tiên có khả năng áp dụng cho mảng y tế.”
Trong bài báo đăng trên “Optics Letters”, nhóm nghiên cứu mô tả phát minh mới của mình bao gồm một giao diện chụp cắt lớp, một máy tính cầm tay, và một ba-lô mang theo bộ phát laser cùng nguồn pin. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị có khả năng theo dõi biến động dòng máu khi tình nguyện viên thực hiện một số hoạt động như đi bộ chẳng hạn.
Ông Xi hy vọng: “Hệ thống chụp cắt lớp mini như cái chúng tôi đang phát triển ở đây một ngày nào đó có thể được sử dụng ở các trạm y tế địa phương để chẩn đoán bệnh hay theo dõi các chỉ số lưu thông máu trong thời gian dài làm cơ sở cho các phương án chữa trị nhiều bệnh lý khác nhau. Bản cải tiến của hệ thống này còn có thể dự đoán sớm các rối loạn da liễu như vảy nến hay ung thư hắc tố, cũng như phân tích vết bỏng.”
Quá trình phát minh
Công nghệ chụp cắt lớp quang-âm cho phép dựng nên hình ảnh với dữ liệu sóng âm tạo ra từ hiện tượng các cấu trúc hấp thụ ánh sáng khác nhau. Kết quả phân tích cường độ và mật độ tín hiệu quang-âm giúp ta biết được đặc điểm chức năng và cấu trúc vi mạch máu - vốn có thể biến đổi do bệnh lý.
Tuy chủ yếu vẫn được dùng trong nghiên cứu, công cụ này ngày càng có nhiều ứng dụng lâm sàng, đặc biệt trong các lĩnh vực chụp cắt lớp ung thư, tim, và da.
Để có thể “thu nhỏ” thiết bị khá cồng kềnh thành một loại đồng hồ dễ dàng đeo tay, nhóm nghiên cứu đã phát triển hệ thống hiển vi quang-âm với xung laser nhỏ gọn, bó sợi quang kết chặt, và hệ thống điện tử tích hợp bố trí vừa vặn trong một chiếc ba-lô có tổng trọng lượng 7 kg. Nhóm còn thiết kế máy tính cầm tay có khả năng lưu trữ hình ảnh và giao diện dạng đồng hồ có khả năng đổi tiêu cự mặt kính và trình chiếu hình ảnh thời gian thực. Thiết bị cũng có cơ chế thay đổi tiêu điểm laser tự động để chụp các cấu trúc nhiều tầng lớp như da.
Toàn hệ thống được lắp ráp và bố trí sao cho việc chụp cắt lớp không gặp trở ngại ngay cả khi người mang thiết bị di chuyển tự do. Hệ thống chụp cắt lớp quang-âm có độ ly giải bên 8,7 µm cho phép phân biệt hầu hết các vi mạch máu dưới da và giới hạn tầm nhìn đường kính 3 mm, vừa đủ để thể hiện hết các vân máu nhỏ li ti.
Hệ thống bao gồm đồng hồ có khả năng chụp cắt lớp, một máy tính cầm tay, và ba-lô chứa bộ laser và nguồn. Người sử dụng có thể di chuyển tự do mà hình ảnh vẫn sắc nét - Ảnh: Xi Lei, Southern University of Science and Technology
Theo dõi mạch máu theo thời gian thực
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với tình nguyện viên để kiểm tra chức năng thay đổi tiêu điểm của đồng hồ và khả năng theo dõi biến động lưu thông máu trong thời gian dài và trong nhiều tình huống khác nhau như khi người đeo đồng hồ đi bộ hay có ga-rô chặn máu chảy đến tay. Kết quả cho thấy hệ thống nhỏ gọn này có thể hoạt động tương đối ổn định khi người mang di chuyển tự do.
Hiện tại nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển hệ thống có nguồn phát laser nhỏ gọn hơn với tần số lặp lớn hơn, vừa cho phép chụp cắt lớp được an toàn, nhanh nhẹn, vừa làm thiết bị gọn nhẹ hơn. Nhóm cũng đang tìm cách đảm bảo sợi quang dẫn xung hoạt động ổn định trong thời gian dài và trong những điều kiện vận động mạnh như chạy hay nhảy.
Nhóm của Xi cũng muốn tích hợp bộ phận chiếu sáng đa phổ để thiết bị có thể ghi nhận được nhiều chỉ số sinh lý như độ bão hoà oxy và vận tốc máu chảy hay tính toán được số lượng mạch máu và thể tích của chúng. Nếu thu được những dữ kiện trên, thiết bị hoàn toàn có thể chẩn đoán sớm các loại ung thư hay bệnh tim mạch.
Xi tự tin: “Với tốc độ phát triển vũ bão của công nghệ đi-ốt laser và công nghệ thông tin điện tử, phát minh một loại đồng hồ quang-âm thông minh không cần ba-lô là điều hoàn toàn khả thi.”
Huỳnh Trọng Nhân
(Lược dịch)