Tổng quan nghiên cứu

Ung thư vú là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong ở phụ nữ trên toàn thế giới và tại Việt Nam. Theo số liệu của GLOBOCAN 2020, toàn cầu ghi nhận khoảng 2.419 trường hợp ung thư vú mới mỗi ngày, chiếm 11,7% tổng số các loại ung thư, với gần 685.000 ca tử vong. Tại Việt Nam, năm 2020 có hơn 21.555 ca mắc mới và trên 9.345 ca tử vong do ung thư vú. Tỷ lệ mắc ung thư vú ở nữ giới chiếm 25,8% trong các loại ung thư, đặc biệt tại miền Bắc Việt Nam tỷ lệ mắc là 27,3/100.000 dân, miền Nam là 17,1/100.000 dân, với 70% bệnh nhân đến khám ở giai đoạn muộn.

Phát hiện sớm ung thư vú đóng vai trò quyết định trong việc nâng cao tỷ lệ chữa khỏi, đặc biệt ở người trẻ tuổi. Các phương pháp chẩn đoán hiện đại như siêu âm, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp PET/CT đã được ứng dụng rộng rãi nhưng vẫn tồn tại hạn chế về chi phí và khả năng tiếp cận tại các cơ sở y tế tuyến dưới.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị tìm ven mạch máu và phát hiện sớm ung thư vú dựa trên phương pháp phổ năng lượng, ứng dụng vật lý quang học và y sinh. Thiết bị được phát triển nhằm mục tiêu cung cấp giải pháp chẩn đoán sớm, hiệu quả, chi phí hợp lý, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2021-2023 tại Viện Vật lý Kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội phối hợp với các bệnh viện Ung Bướu Hà Nội, K3 Tân Triều và Đa khoa Thái Nguyên.

Việc phát triển thiết bị này không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sàng lọc ung thư vú mà còn hỗ trợ kỹ thuật tiêm truyền tĩnh mạch chính xác, giảm thiểu tổn thương cho bệnh nhân, đặc biệt là trẻ em. Các chỉ số đánh giá hiệu quả thiết bị bao gồm độ chính xác phát hiện ven mạch, khả năng phân biệt mô ung thư và mô bình thường, độ xuyên thấu của chùm sáng qua các lớp mô, cùng với các chỉ số nhiệt độ vùng chiếu và độ rọi ánh sáng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết vật lý quang học và y sinh, cụ thể:

  • Lý thuyết hấp thụ và phát xạ của hồng cầu: Hemoglobin trong hồng cầu có phổ hấp thụ đặc trưng ở vùng bước sóng 540-580 nm, với các cực đại tại 542 nm, 556 nm và 578 nm. Sự hấp thụ ánh sáng của hemoglobin thay đổi theo mức độ oxy hóa, tạo cơ sở cho việc phát hiện mạch máu và mô ung thư dựa trên phổ năng lượng.

  • Cơ chế hấp thụ và tán xạ của tế bào ung thư: Tế bào ung thư có khả năng tán xạ ánh sáng cao hơn mô bình thường do cấu trúc tế bào và mật độ mao mạch tăng. Các điện tử trong tế bào ung thư tương tác mạnh với ánh sáng ở bước sóng khoảng 633 nm, cho phép phân biệt mô ung thư qua hình ảnh phổ.

  • Mô hình điều khiển dòng điện và điều biến độ rộng xung (PWM): Sử dụng mạch ổn dòng IC 1221 để cấp dòng ổn định cho chip LED phát sáng, kết hợp điều biến độ rộng xung để điều chỉnh cường độ sáng phù hợp với từng loại mô và độ sâu chiếu sáng.

  • Cảm biến hồng ngoại (IR): Ứng dụng cảm biến IR để phát hiện vật cản và điều chỉnh hoạt động của thiết bị, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình soi chiếu.

Các khái niệm chính bao gồm: phổ hấp thụ, tán xạ quang học, điều biến độ rộng xung, cảm biến hồng ngoại, và mô hình quang học mô sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm thu thập từ các bệnh nhân và tình nguyện viên tại Bệnh viện Ung Bướu Hà Nội, Bệnh viện K3 Tân Triều và Bệnh viện Đa khoa Thái Nguyên. Tổng số mẫu thử nghiệm bao gồm khoảng 30 tình nguyện viên và 20 bệnh nhân ung thư vú.

  • Thiết kế và chế tạo thiết bị: Thiết bị BKA-06 được thiết kế với kích thước nhỏ gọn (kích thước trung bình 210 x 41 x 50 mm), sử dụng chip LED phát sáng vùng hồng ngoại gần (650-1600 nm), kết hợp camera hồng ngoại và kính hiển vi kỹ thuật số 400X để thu nhận hình ảnh.

  • Phương pháp phân tích: Dữ liệu hình ảnh thu được được xử lý bằng phần mềm OpenCV trên nền tảng C++ để điều chỉnh độ sáng, tương phản, phóng to, thu nhỏ và phân tích phổ năng lượng. Các phép đo nhiệt độ vùng chiếu được thực hiện bằng thiết bị đo nhiệt độ laser FIRT 1600 không tiếp xúc.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2021 đến tháng 3/2023, bao gồm các giai đoạn thiết kế mạch điện tử, chế tạo vỏ thiết bị, thử nghiệm trên mô hình sinh học và đánh giá lâm sàng.

  • Phương pháp chọn mẫu: Mẫu được chọn theo phương pháp thuận tiện, bao gồm các tình nguyện viên khỏe mạnh và bệnh nhân ung thư vú tự nguyện tham gia, nhằm đảm bảo tính đại diện và đa dạng về độ tuổi, giới tính.

  • Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Phương pháp phổ năng lượng kết hợp xử lý ảnh kỹ thuật số cho phép phát hiện sớm các tổn thương ung thư với độ nhạy cao, đồng thời thiết bị có thể ứng dụng đa năng trong soi mạch máu, hỗ trợ kỹ thuật tiêm truyền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả phát hiện ven mạch: Thiết bị BKA-06 cho phép soi mạch máu rõ nét trên bề mặt da người lớn và trẻ em, với độ sâu xuyên thấu mô đạt khoảng 10 mm. Kết quả thử nghiệm trên 15 tình nguyện viên cho thấy thiết bị giảm 30% thời gian xác định vị trí tĩnh mạch so với phương pháp truyền thống.

  2. Phát hiện sớm ung thư vú: Qua thử nghiệm trên 20 bệnh nhân ung thư vú, thiết bị phát hiện được các vùng mô có phổ hấp thụ năng lượng khác biệt rõ rệt so với mô bình thường, với độ chính xác chẩn đoán đạt khoảng 85%, so sánh với kết quả MRI và sinh thiết tế bào.

  3. Đo nhiệt độ vùng chiếu: Nhiệt độ cục bộ tại vùng soi chiếu tăng không quá 1,5°C trong suốt quá trình chiếu sáng 10 phút, đảm bảo an toàn cho bệnh nhân. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian chiếu được biểu diễn qua biểu đồ tuyến tính với hệ số tương quan R² = 0,98.

  4. Độ ổn định và độ bền thiết bị: Thiết bị hoạt động ổn định trong các điều kiện thử nghiệm với dòng điện ổn định 14V và độ rọi ánh sáng đạt 0,21 mm⁻¹, phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn y tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị BKA-06 có khả năng ứng dụng hiệu quả trong việc tìm ven mạch máu và phát hiện sớm ung thư vú dựa trên nguyên lý phổ năng lượng. Việc sử dụng chip LED vùng hồng ngoại gần giúp tăng khả năng xuyên thấu mô và phân biệt mô ung thư nhờ sự khác biệt về phổ hấp thụ và tán xạ ánh sáng của tế bào ung thư so với mô bình thường.

So với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại như MRI hay PET/CT, thiết bị có ưu điểm về chi phí thấp, dễ sử dụng và có thể áp dụng tại các cơ sở y tế tuyến dưới. Tuy nhiên, độ chính xác chẩn đoán còn phụ thuộc vào kỹ thuật xử lý ảnh và kinh nghiệm người vận hành, do đó cần tiếp tục hoàn thiện thuật toán phân tích và đào tạo nhân lực.

Việc kiểm soát nhiệt độ vùng chiếu đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, tránh các tổn thương do nhiệt. Các kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng phổ năng lượng trong y học, đồng thời mở ra hướng phát triển thiết bị chẩn đoán ung thư sớm đa năng, tích hợp nhiều chức năng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh độ chính xác chẩn đoán giữa thiết bị và các phương pháp chuẩn, bảng thống kê nhiệt độ vùng chiếu theo thời gian, và hình ảnh minh họa phổ hấp thụ của mô ung thư và mô bình thường.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hoàn thiện thuật toán xử lý ảnh: Phát triển các thuật toán phân tích phổ năng lượng nâng cao, tích hợp trí tuệ nhân tạo để tăng độ chính xác và tự động hóa quá trình chẩn đoán, dự kiến hoàn thành trong 12 tháng tới, do nhóm nghiên cứu tại Viện Vật lý Kỹ thuật thực hiện.

  2. Mở rộng thử nghiệm lâm sàng: Tiến hành khảo sát trên quy mô lớn hơn với ít nhất 200 bệnh nhân tại nhiều bệnh viện trên toàn quốc trong vòng 18 tháng để đánh giá toàn diện hiệu quả và độ tin cậy của thiết bị.

  3. Đào tạo nhân lực sử dụng thiết bị: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho bác sĩ và kỹ thuật viên y tế tại các cơ sở y tế tuyến dưới nhằm nâng cao kỹ năng vận hành và phân tích kết quả, dự kiến triển khai trong 6 tháng.

  4. Hợp tác sản xuất và thương mại hóa: Liên kết với các doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế trong nước để hoàn thiện quy trình sản xuất hàng loạt, giảm giá thành và đưa thiết bị vào sử dụng rộng rãi trong hệ thống y tế, mục tiêu trong 24 tháng tới.

  5. Nâng cấp thiết bị đa chức năng: Nghiên cứu tích hợp thêm các cảm biến sinh học khác như đo pH, nhiệt độ mô sâu để tăng khả năng chẩn đoán đa chiều, dự kiến nghiên cứu trong 2 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu vật lý kỹ thuật và quang học y sinh: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế thiết bị ứng dụng phổ năng lượng trong y học, hỗ trợ phát triển các công nghệ chẩn đoán hình ảnh mới.

  2. Bác sĩ chuyên khoa ung bướu và kỹ thuật viên y tế: Cung cấp kiến thức về thiết bị chẩn đoán sớm ung thư vú, giúp nâng cao hiệu quả sàng lọc và hỗ trợ điều trị, đặc biệt tại các bệnh viện tuyến dưới.

  3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế: Tham khảo quy trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị y tế cầm tay, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường trong nước và quốc tế.

  4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành vật lý kỹ thuật, y sinh: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng vật lý quang học trong y học, phương pháp nghiên cứu và xử lý dữ liệu thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thiết bị BKA-06 hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
    Thiết bị sử dụng nguyên lý phổ năng lượng, dựa trên sự khác biệt về hấp thụ và tán xạ ánh sáng của hemoglobin và tế bào ung thư trong vùng bước sóng hồng ngoại gần (650-1600 nm), giúp phát hiện ven mạch và mô ung thư sớm.

  2. Độ chính xác của thiết bị trong phát hiện ung thư vú là bao nhiêu?
    Qua thử nghiệm lâm sàng, thiết bị đạt độ chính xác khoảng 85% so với kết quả MRI và sinh thiết tế bào, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong sàng lọc ung thư vú sớm.

  3. Thiết bị có an toàn khi sử dụng trên người không?
    Nhiệt độ vùng chiếu tăng không quá 1,5°C trong quá trình sử dụng, đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, không gây tổn thương mô do nhiệt hay bức xạ.

  4. Thiết bị có thể sử dụng cho đối tượng nào?
    Thiết bị phù hợp với người lớn và trẻ em, đặc biệt hỗ trợ kỹ thuật tiêm truyền tĩnh mạch và sàng lọc ung thư vú tại các cơ sở y tế tuyến dưới.

  5. Chi phí và khả năng tiếp cận thiết bị ra sao?
    Thiết bị được thiết kế với chi phí thấp hơn nhiều so với các thiết bị nhập ngoại như MRI hay PET/CT, dễ dàng sản xuất trong nước, phù hợp với điều kiện tài chính của các bệnh viện tuyến dưới.

Kết luận

  • Thiết bị BKA-06 đã được nghiên cứu và chế tạo thành công, ứng dụng hiệu quả trong tìm ven mạch máu và phát hiện sớm ung thư vú dựa trên phương pháp phổ năng lượng.
  • Kết quả thử nghiệm lâm sàng cho thấy độ chính xác chẩn đoán đạt khoảng 85%, với khả năng xuyên thấu mô sâu tới 10 mm và an toàn về nhiệt độ vùng chiếu.
  • Thiết bị có ưu điểm chi phí thấp, dễ sử dụng, phù hợp với các cơ sở y tế tuyến dưới, góp phần nâng cao hiệu quả sàng lọc ung thư vú tại Việt Nam.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu, hoàn thiện thuật toán xử lý ảnh và đào tạo nhân lực để tăng cường ứng dụng thiết bị trong thực tế.
  • Kêu gọi các tổ chức y tế, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu hợp tác phát triển, thương mại hóa thiết bị nhằm nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng.