Luận án tiến sĩ: Ứng dụng laser bán dẫn trong điều trị bệnh lao phổi và COPD

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng laser bán dẫn công suất thấp trong điều trị bệnh lao phổi và COPD, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Mai Hữu Xuân
• Người hướng dẫn: Huỳnh Quang Linh
• Trường học: Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Laser Bán Dẫn Trong Điều Trị Bệnh Lao Phổi Và COPD
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LASER VÀ CÁC BỆNH PHỔI
• 1.1. Cơ sở phương pháp điều trị bằng laser công suất thấp (Low Level Laser Therapy - LLLT)
• 1.1.1. Cơ sở vật lý ứng dụng laser công suất thấp trong y học
• 1.1.2. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.3. Các nghiên cứu trong nước
• 1.2. Tương tác Laser với mô sống
• 1.3. Cơ sở bệnh lý, cách điều trị và các nghiên cứu trên thế giới sử dụng laser công suất thấp trong điều trị bệnh lao
• 1.3.1. Lao phổi và cách điều trị
• 1.4. Cơ sở bệnh lý và cách điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD)
• 1.4.1. Các yếu tố nguy cơ
• 1.4.2. Các thông số đánh giá trong bệnh lý COPD
• 1.4.3. Chẩn đoán, lâm sàng, cận lâm sàng bệnh COPD
• 1.4.4. Phương pháp điều trị COPD theo y học hiện đại
• 1.4.5. Phương pháp điều trị COPD theo y học cổ truyền
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mô phỏng sự lan truyền của photon trong môi trường chất bằng phương pháp Monte Carlo nhằm đánh giá khả năng chiếu của tia laser công suất thấp đến mô phổi
• 2.1.1. Cấu hình mô phỏng khi chiếu chùm tia 2 bước sóng 780 nm và 940 nm trước ngực
• 2.1.2. Cấu hình mô phỏng khi chiếu chùm tia 2 bước sóng 780 nm và 940 nm sau lưng
• 2.2. Các thiết bị laser bán dẫn công suất thấp do Phòng thí nghiệm Công nghệ laser, trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh nghiên cứu chế tạo được sử dụng trong nghiên cứu
• 2.2.1. Thiết bị laser bán dẫn công suất thấp nội tĩnh mạch
• 2.2.2. Thiết bị quang châm, quang trị liệu bằng laser bán dẫn công suất thấp loại 12 kênh
• 2.3. Phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi giai đoạn duy trì bằng laser bán dẫn công suất thấp
• 2.3.1. Cơ sở lý luận của phương pháp điều trị
• 2.3.2. Quy trình điều trị, liệu trình điều trị
• 2.3.3. Tổ chức nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 2.4. Phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi giai đoạn tấn công bằng laser bán dẫn công suất thấp
• 2.4.1. Cơ sở lý luận của phương pháp điều trị
• 2.4.2. Quy trình điều trị, liệu trình điều trị
• 2.4.3. Tổ chức nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 2.4.4. Phương pháp nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 2.5. Phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD)
• 2.5.1. Cơ sở lý luận của phương pháp điều trị
• 2.5.2. Quy trình điều trị và liệu trình điều trị
• 2.5.3. Tổ chức nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 2.5.4. Phương pháp nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Mô phỏng sự lan truyền của photon nhằm đánh giá khả năng chiếu của tia laser công suất thấp đến mô phổi
• 3.1.1. Kết quả mô phỏng khi chiếu tia 2 bước sóng 780 nm và 940 nm trước ngực
• 3.1.2. Kết quả mô phỏng khi chiếu chùm tia 2 bước sóng 780 nm và 940 nm sau lưng
• 3.2. Kết quả nghiên cứu phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi bằng laser bán dẫn công suất thấp
• 3.2.1. Đánh giá kết quả chung
• 3.2.2. Lượng giá độ tin cậy các kết quả lâm sàng
• 3.3. Kết quả nghiên cứu phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi giai đoạn tấn công bằng laser bán dẫn công suất thấp
• 3.3.1. Kết quả về chỉ số huyết học
• 3.3.2. Kết quả chức năng gan
• 3.3.3. Kết quả điều trị tổn thương phổi
• 3.3.4. Kết quả xét nghiệm vi khuẩn lao, phản ứng phụ
• 3.3.5. Đánh giá kết quả chung
• 3.3.6. Lượng giá độ tin cậy các kết quả lâm sàng
• 3.4. Kết quả phương pháp hỗ trợ điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD)
• 3.4.1. Kết quả điều trị nghiên cứu
• 3.4.2. Lượng giá độ tin cậy kết quả nghiên cứu điều trị lâm sàng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về laser bán dẫn và ứng dụng trong y học

Laser bán dẫn, hay còn gọi là laser công suất thấp, đã trở thành một công nghệ quan trọng trong điều trị các bệnh lý phổi như bệnh lao phổi và COPD. Công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng kích thích sinh học, giúp kích thích quá trình phục hồi mô và cải thiện chức năng hô hấp. Nghiên cứu cho thấy, việc ứng dụng laser trong y học không chỉ mang lại hiệu quả điều trị cao mà còn giảm thiểu tác dụng phụ, nhờ vào tính chất xâm lấn tối thiểu của nó. Theo một nghiên cứu, liệu pháp laser có thể cải thiện đáng kể tình trạng của bệnh nhân mắc bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) thông qua việc tăng cường lưu thông máu và giảm viêm nhiễm.

1.1. Cơ sở lý thuyết về laser và tác động lên mô sống

Cơ chế hoạt động của laser bán dẫn dựa trên việc phát xạ ánh sáng có bước sóng phù hợp để tác động lên các tế bào mô sống. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ánh sáng laser có thể kích thích quá trình chuyển hóa tế bào, từ đó thúc đẩy quá trình hồi phục. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng, việc sử dụng laser công suất thấp có thể làm giảm triệu chứng của bệnh lao và COPD, đồng thời cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Việc áp dụng công nghệ này trong điều trị đã mở ra hướng đi mới trong việc quản lý các bệnh lý phổi, đặc biệt là trong bối cảnh dịch bệnh ngày càng gia tăng.

II. Phương pháp điều trị bằng laser trong bệnh lao phổi

Phương pháp điều trị bệnh lao phổi bằng laser bán dẫn đã được nghiên cứu và áp dụng tại nhiều cơ sở y tế. Liệu pháp này không chỉ giúp giảm triệu chứng mà còn hỗ trợ quá trình hồi phục của bệnh nhân. Các nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp giữa quang trị liệu và quang châm có thể mang lại hiệu quả điều trị cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Một nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra rằng, 80% bệnh nhân điều trị bằng laser có sự cải thiện rõ rệt về chức năng hô hấp và giảm triệu chứng bệnh. Điều này cho thấy, công nghệ laser không chỉ là một phương pháp điều trị hiệu quả mà còn có thể được áp dụng rộng rãi trong cộng đồng.

2.1. Kết quả nghiên cứu lâm sàng

Kết quả từ các nghiên cứu lâm sàng cho thấy, việc sử dụng laser công suất thấp trong điều trị bệnh lao phổi đã mang lại những kết quả khả quan. Cụ thể, các chỉ số huyết học và chức năng phổi của bệnh nhân đã được cải thiện đáng kể sau liệu trình điều trị. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, phương pháp này có thể giảm thiểu thời gian điều trị và chi phí cho bệnh nhân, đồng thời nâng cao hiệu quả điều trị. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của việc ứng dụng laser trong điều trị các bệnh lý phổi, đặc biệt là trong bối cảnh dịch bệnh phức tạp hiện nay.

III. Ứng dụng laser trong điều trị COPD

Bệnh tắc nghẽn phổi mãn tính (COPD) là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu. Việc ứng dụng laser bán dẫn trong điều trị COPD đã cho thấy nhiều hứa hẹn. Nghiên cứu cho thấy, liệu pháp quang trị liệu có thể giúp cải thiện chức năng hô hấp và giảm triệu chứng của bệnh. Các liệu pháp như quang châm và laser nội tĩnh mạch đã được áp dụng để tăng cường hiệu quả điều trị. Kết quả từ các thử nghiệm lâm sàng cho thấy, bệnh nhân COPD điều trị bằng laser có sự cải thiện rõ rệt về chất lượng cuộc sống và khả năng hô hấp.

3.1. Hiệu quả điều trị và ứng dụng thực tiễn

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng laser công suất thấp trong điều trị COPD không chỉ giúp giảm triệu chứng mà còn cải thiện chức năng phổi. Một nghiên cứu lâm sàng tại bệnh viện 7A TP. Hồ Chí Minh cho thấy, 80 bệnh nhân tham gia điều trị bằng laser đã có sự cải thiện đáng kể về các chỉ số hô hấp. Điều này chứng tỏ rằng, công nghệ laser có thể trở thành một phương pháp điều trị hiệu quả và an toàn cho bệnh nhân mắc COPD, đồng thời mở ra hướng đi mới trong việc quản lý và điều trị các bệnh lý phổi.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu ứng dụng laser bán dẫn công suất thấp trong hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi trong cộng đồng và bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD)" được tác giả Mai Hữu Xuân thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc chuyên ngành Vật lý Kỹ thuật (mã số: 62520401) dưới sự hướng dẫn của PGS. Huỳnh Quang Linh và BSCKII. Trần Văn Bé, bảo vệ vào năm 2022.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Bệnh lao do trực khuẩn Mycobacterium tuberculosis gây ra là bệnh truyền nhiễm nguy hiểm đối với sức khỏe cộng đồng. Thể lao phổi chiếm từ 80% đến 85% tổng số ca mắc lao và là nguồn lây lan chính trong cộng đồng. Theo số liệu dịch tễ học được tác giả trích dẫn, Việt Nam đứng trong nhóm 22 quốc gia có gánh nặng bệnh lao cao trên thế giới và đứng thứ 13 trong 30 quốc gia có tỷ lệ lao kháng thuốc. Phương pháp điều trị lao tiêu chuẩn hiện nay là chiến lược hóa trị liệu ngắn ngày có giám sát (DOTS) kéo dài từ 6 đến 9 tháng, đòi hỏi người bệnh phải sử dụng nhiều loại kháng sinh phối hợp liên tục. Việc dùng thuốc kéo dài gây ra nhiều phản ứng phụ bất lợi, đặc biệt là suy giảm chức năng gan, mệt mỏi, suy nhược và nguy cơ phát triển các chủng vi khuẩn kháng thuốc.

Bên cạnh bệnh lao, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) là bệnh lý đặc trưng bởi sự suy giảm thông khí không hồi phục hoàn toàn, gây tàn phế và có tỷ lệ tử vong cao. Theo dự báo y tế, COPD có thể trở thành nguyên nhân gây tử vong đứng thứ ba toàn cầu, chỉ sau bệnh mạch vành và tai biến mạch máu não. Các liệu pháp điều trị nội khoa hiện tại gặp nhiều khó khăn trong việc phục hồi cấu trúc và chức năng nhu mô phổi đã bị tổn thương.

Liệu pháp laser công suất thấp (Low Level Laser Therapy - LLLT) với công suất từ 5 mW đến 500 mW tác động lên mô thông qua hiệu ứng kích thích sinh học (photobiomodulation) mà không gây tổn thương nhiệt. Mặc dù LLLT đã được ứng dụng trong vật lý trị liệu, việc áp dụng phương pháp này vào hỗ trợ điều trị bệnh phổi mãn tính vẫn còn nhiều tranh luận do sự mơ hồ và thiếu vắng các nghiên cứu định lượng về cơ chế sinh hóa, quy trình phân bố liều lượng và độ xuyên sâu qua lồng ngực. Khoảng trống nghiên cứu được luận án tập trung giải quyết là:

• Thiếu các mô phỏng tính toán quang học định lượng xác định khả năng lan truyền và mức mật độ công suất của chùm tia laser khi xuyên qua các lớp mô thành ngực để tới được nhu mô phổi.
• Thiếu một quy trình điều trị kết hợp đồng bộ giữa các kỹ thuật laser công suất thấp (quang châm, quang trị liệu tại chỗ và laser nội tĩnh mạch) để vừa hỗ trợ diệt khuẩn, phục hồi tổn thương nhu mô phổi, vừa nâng cao thể trạng và giảm thiểu tác dụng phụ của thuốc kháng sinh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án là xây dựng một phương thức mới hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi trong cộng đồng và bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) dựa trên mô hình điều trị kết hợp giữa ba liệu pháp: quang châm, quang trị liệu và laser nội tĩnh mạch.

Để hiện thực hóa mục tiêu chính, tác giả xác định 02 nhiệm vụ cụ thể được đánh số theo văn bản như sau:

1. Nhiệm vụ thứ nhất: Xây dựng phương pháp điều trị bằng laser bán dẫn công suất thấp dựa vào kết quả mô phỏng tính toán công suất, mật độ công suất và thời gian chiếu chùm tia laser nhằm đạt hiệu ứng tương tác lên phổi bằng phương pháp Monte Carlo.
2. Nhiệm vụ thứ hai: Xây dựng quy trình điều trị và liệu trình cho phương pháp điều trị hỗ trợ bệnh lao phổi và tắc nghẽn phổi mãn tính, thực hiện kiểm chứng bằng kết quả điều trị thực tiễn bước đầu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Chùm bức xạ quang học từ các laser bán dẫn công suất thấp ở các bước sóng 650 nm, 780 nm và 940 nm.
  • Quá trình lan truyền photon qua cấu trúc mô lồng ngực vào phổi.
  • Bệnh nhân mắc bệnh lao phổi (giai đoạn tấn công và giai đoạn duy trì).
  • Bệnh nhân mắc bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD).
• Phạm vi không gian:
  • Nghiên cứu mô phỏng và chế tạo thiết bị tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Laser, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Thử nghiệm điều trị hỗ trợ bệnh nhân lao phổi tại Phòng khám Tân Châu, tỉnh An Giang.
  • Thử nghiệm lâm sàng điều trị hỗ trợ 80 bệnh nhân COPD tại Khoa A1, Bệnh viện Quân Y 7A, Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi thời gian: Công trình được hoàn thành và bảo vệ trong năm 2022.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Luận án điểm lại lịch sử phát triển của kỹ thuật laser từ công trình năm 1960 của T. Maiman, C. Schawlow và N. Prokhorov. Tác giả tổng hợp các mốc khoa học nền tảng về quang sinh học:

• E. Mester (1967): Công bố các thực nghiệm đầu tiên chứng minh hiện tượng kích thích sinh học bằng laser (laser photobiomodulation).
• Whelan H. và cộng sự (1999): Báo cáo ứng dụng nguồn phát quang điốt (LED) trong y học phục vụ các chuyến bay không gian của NASA, thúc đẩy hàng loạt thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng.
• R. Furchgott (1968, giải Nobel năm 1998): Phát hiện quá trình giãn mạch qua trung gian ánh sáng và vai trò sinh học của nitric oxide (NO).
• T. Karu (các công trình từ 1989 đến 2008): Xác định thụ thể tiếp nhận photon đầu tiên trong tế bào là enzyme cytochrome c-oxidase thuộc chuỗi hô hấp ty thể, làm sáng tỏ cơ chế tăng sinh ATP, giải phóng NO và tổng hợp ROS sinh lý.

Đối với bệnh lao và các bệnh lý hô hấp, các nghiên cứu quốc tế được luận án trích dẫn bao gồm:

• Vlassov và cộng sự: Ứng dụng laser He-Ne bước sóng 632,8 nm chiếu xạ vùng tổn thương trên bệnh nhân lao phổi có tiền sử sử dụng ma túy (quy mô từ 29 đến 3.500 người, thời gian chiếu 2–5 phút), ghi nhận sự cải thiện rõ rệt trên phim X-quang sau 2, 5, 6 và 8 tháng.
• Các nghiên cứu sử dụng laser bán dẫn As-Ga: Bước sóng hồng ngoại gần với công suất 2–20 mW, mật độ công suất từ 0,05 W/cm² đến 5 W/cm², chiếu trong 5 phút; laser Nd:YVO4 bước sóng 532 nm.
• Ứng dụng tia cực tím và laser nitơ (337 nm): Nghiên cứu chiếu xạ vi khuẩn lao in vitro ở công suất 2 mW, mật độ 70 ± 0,7 W/m² trong thời gian 0–30 phút cho thấy khả năng tiêu diệt trực khuẩn lao, mở đường cho các thử nghiệm tại Nga và Ấn Độ.
• Can thiệp bằng laser công suất cao: Puri và Arora sử dụng sợi quang dẫn tia laser Ho:YAG và Nd:YAG để phẫu thuật bốc bay hơi tổn thương lao phổi trên 100 bệnh nhân; Viện Hàn lâm Khoa học Nga (năm 2005) dùng sợi quang dẫn tia cực tím vào khoang phổi, đạt tỷ lệ đóng hang lao 8%.
• Thực nghiệm LLLT trên tổn thương phổi cấp (ALI): Nghiên cứu thực nghiệm trên 40 chuột đực bị gây tổn thương phổi bằng nội độc tố lipopolysaccharide (LPS 5 mg/kg). Khi chiếu laser diode GaAlAs bước sóng 660 nm (công suất 30 mW, mật độ công suất 1,07 W/cm², mật độ năng lượng 10 J/cm², thời gian 9 giây), kết quả cho thấy mức cytokine tiền viêm (TNF-α, IL-1β, IL-6) và chemokine MCP-1 giảm rõ rệt; mức TGF-β giảm từ mức trung bình 2,13 xuống 1,8, đồng thời bảo tồn độ đàn hồi mô (Htis) và độ nhớt mô (Gtis) mà không gây xơ hóa phổi.
• Nghiên cứu COPD: Luận án viện dẫn các nghiên cứu của Barnes P.J. và cộng sự (1997) về sự sụt giảm nhanh thể tích thở ra cưỡng bức trong giây đầu tiên (FEV1) ở người hút thuốc lá và vai trò của việc can thiệp sớm.

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu LLLT triển khai từ thập niên 1980 bao gồm:

• Viện Vật lý Y sinh học (Bộ Quốc phòng): Chế tạo các thiết bị trị liệu bằng laser chiếu ngoài, laser nội mạch và quang châm sử dụng bước sóng 650 nm và 780 nm.
• Viện Điện tử thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự: Phát triển thiết bị DoctorHome-DH18 kết hợp quang châm, chiếu ngoài và nội mạch ở bước sóng 650 nm và 808 nm.
• Phòng thí nghiệm Công nghệ Laser thuộc Trường Đại học Bách khoa TP.HCM: Chế tạo thiết bị quang châm 10 đầu OA-10-001 (1988, đề tài cấp Bộ nghiệm thu năm 1998 đạt loại xuất sắc); thiết bị quang trị liệu 2 kênh phối hợp đồng thời 2 bước sóng 780 nm và 940 nm; thiết bị laser nội tĩnh mạch 650 nm điều trị di chứng tai biến mạch máu não.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Dù các thiết bị đã được chế tạo riêng lẻ, chưa có công trình nào tích hợp đồng thời ba phương thức: quang châm (kích thích huyệt đạo theo y học cổ truyền), quang trị liệu chiếu ngoài phối hợp hai bước sóng 780 nm và 940 nm (xuyên sâu qua thành ngực), và laser nội tĩnh mạch 650 nm (cải thiện vi tuần hoàn và miễn dịch) để hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi và COPD. Luận án chọn giải quyết bài toán mô phỏng quang hình lồng ngực để xác định liều lượng vật lý chính xác, đồng thời xây dựng quy trình lâm sàng hoàn chỉnh kiểm chứng trên bệnh nhân.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Công trình xây dựng trên các khung lý thuyết đa ngành giữa vật lý quang học, y học hiện đại và y học cổ truyền:

1. Lý thuyết kích thích sinh học (Photobiomodulation):
   • Dựa trên định luật thứ nhất của quang sinh học: bức xạ quang học chỉ tạo ra tác động sinh học khi photon được hấp thụ bởi các chromophore đặc hiệu (như cytochrome c-oxidase, hemoglobin, myoglobin).
   • Tác động này kích thích chuỗi truyền điện tử trong màng trong ty thể, tăng tổng hợp ATP, làm quang phân ly NO khỏi enzyme COX, điều biến nồng độ các gốc oxy phản ứng (ROS) và cyclic-AMP.
   • Luận án ứng dụng quy luật đáp ứng liều lượng hai pha (định luật Arndt-Schulz): liều lượng thấp kích thích chuyển hóa tế bào, trong khi liều lượng quá cao gây ức chế hoặc phong bế hoạt động thần kinh.
   • Vùng bước sóng lựa chọn (650 nm, 780 nm, 940 nm) nằm trong "cửa sổ quang học của mô" (600–1100 nm), nơi hệ số hấp thụ của nước và huyết sắc tố ở mức tối thiểu, cho phép ánh sáng thâm nhập sâu vào các lớp mô dưới da.
2. Cơ sở y học cổ truyền:
   • Vận dụng học thuyết kinh lạc và các nguyên tắc điều trị bổ – tả. Sự phối hợp giữa tần số xung và công suất phát tia laser bán dẫn được thiết lập tương đương với kỹ thuật "bình bổ bình tả" trong châm cứu cổ truyền.
   • Hệ thống huyệt đạo sử dụng cho bệnh phổi bao gồm các huyệt chính: Phế du, Đại chùy, Khổng tối, Túc tam lý, Kết hạch huyệt; cùng các huyệt hỗ trợ: Trung phủ, Xích trạch, Thái uyên, Thái khê.
3. Tiêu chuẩn y học hiện đại về bệnh phổi:
   • Chẩn đoán lao dựa trên tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO 2015): xét nghiệm nhuộm soi đờm trực tiếp tìm AFB, kỹ thuật sinh học phân tử Xpert MTB/RIF và hình ảnh tổn thương trên phim X-quang phổi.
   • Chẩn đoán và phân độ giai đoạn COPD theo tiêu chuẩn GOLD (2013, 2020), ATS (1995) và ERS (1995), dựa trên các chỉ số thông khí phổi: FVC, FEV1, tỷ số FEV1/FVC < 70% sau test hồi phục phế quản, tỷ số Tiffeneau (FEV1/VC).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp giữa phương pháp mô phỏng tính toán vật lý lý thuyết và nghiên cứu can thiệp lâm sàng:

                            MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
[Mô phỏng Monte Carlo]                               [Thử nghiệm lâm sàng]
  - 2 bước sóng: 780 nm & 940 nm                       - 34 bệnh nhân lao phổi (Tân Châu)
  - Mô ngực đa lớp (da, mỡ, cơ, xương, phổi)           - 80 bệnh nhân COPD (BV Quân Y 7A)
  - 2 trạng thái: Hít vào & Thở ra                     - Đo FEV1, FVC, SpO2, men gan, AFB
                         [Quy trình kết hợp 3 kỹ thuật]
                           1. Quang châm đa kênh
                           2. Quang trị liệu 2 bước sóng
                           3. Laser nội tĩnh mạch (650 nm)

1. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo:
   • Sử dụng phần mềm tính toán lan truyền photon MONTECARLO trong môi trường sinh học đục. Cấu trúc lồng ngực được mô hình hóa thành hệ đa lớp phẳng gồm da, mỡ, cơ liên sườn, xương sườn và nhu mô phổi.
   • Mô phỏng được thực hiện cho 2 vị trí chiếu: thành ngực trước (chiếu trước ngực) và thành ngực sau (chiếu sau lưng).
   • Khảo sát sự thay đổi quang học trong 2 trạng thái sinh lý: thì hít vào và thì thở ra.
   • Các thông số quang học đầu vào ở 2 bước sóng 780 nm và 940 nm gồm: chiết suất ($n$), hệ số hấp thụ ($\mu_a$), hệ số tán xạ ($\mu_s$) và hệ số dị hướng ($g$).
   • Tiêu chí đánh giá là tìm vùng phân bố mật độ công suất đạt ngưỡng kích thích sinh học $10^{-4}\text{ W/cm}^2$ tại nhu mô phổi ở các mức công suất nguồn phát (5 mW, 10 mW, 15 mW, 20 mW) và thời gian chiếu (1s, 5s, 10s, 15s, 20s, 30s, 60s).
2. Thiết bị thực nghiệm sử dụng:
   • Thiết bị laser nội tĩnh mạch: Phát bức xạ laser bán dẫn bước sóng 650 nm, dẫn qua kim truyền quang vào tĩnh mạch nông nhằm cải thiện lưu biến máu, giảm kết dính tiểu cầu và kích thích hệ miễn dịch.
   • Thiết bị quang châm và quang trị liệu 12 kênh: Chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Công nghệ Laser ĐHBK TP.HCM, kết hợp bước sóng 780 nm và 940 nm trong cùng một chùm chiếu hoặc phân chia ra các đầu quang châm kích thích huyệt.
3. Quy trình nghiên cứu lâm sàng:
   • Nghiên cứu trên bệnh nhân lao: Thực hiện trên tổng số 34 bệnh nhân lao phổi (giai đoạn tấn công và duy trì). Đánh giá các chỉ số huyết học (hồng cầu, bạch cầu), chức năng men gan (AST, ALT), mức độ hồi phục tổn thương phế trường trên phim X-quang phổi, tỷ lệ âm tính hóa vi khuẩn lao qua soi đờm AFB và ghi nhận các phản ứng phụ.
   • Nghiên cứu trên bệnh nhân COPD: Thực hiện trên 80 bệnh nhân nội trú và ngoại trú tại Bệnh viện Quân Y 7A. Đánh giá sự biến thiên của các triệu chứng cơ năng (ho, khạc đờm, khó thở), các thông số chức năng hô hấp (FEV1, FVC, SpO2) trước và sau liệu trình điều trị hỗ trợ bằng laser.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

Dữ liệu của luận án gồm:

• Bộ thông số quang học thực nghiệm của mô sinh học người ở bước sóng 780 nm và 940 nm trích từ các tài liệu chuẩn quốc tế.
• Bệnh án lâm sàng, kết quả xét nghiệm sinh hóa, huyết học, kết quả xét nghiệm đờm AFB từ các cơ sở y tế tham gia nghiên cứu.
• Dữ liệu đo chức năng hô hấp từ phế dung kế chuẩn tại Bệnh viện Quân Y 7A.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan laser và các bệnh phổi

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật lý laser, cơ chế tương tác quang sinh và đặc điểm bệnh học của lao phổi và COPD. Tác giả phân tích cấu trúc vùng cấm, cơ chế tái hợp hạt dẫn sinh photon trong diode bán dẫn (GaAs, InP) và giải thích tại sao laser bán dẫn là nguồn phát thích hợp cho thiết bị y sinh nhờ kích thước nhỏ gọn và dải phổ phù hợp.

Trong phần bệnh học COPD, tác giả trình bày bảng phân loại các nhóm đợt cấp COPD theo khuyến cáo quốc tế dựa trên triệu chứng, yếu tố vi khuẩn và phác đồ kháng sinh đi kèm:

Nhóm	Định nghĩa	Vi khuẩn thường gặp	Kháng sinh chỉ định
Nhóm A	Đợt cấp nhẹ, không có yếu tố nguy cơ xấu	H. influenzae, S. pneumoniae, M. pneumoniae, Virus	Betalactam: Penicillin, Amoxicillin; Macrolide: Azithromycin; Cephalosporin thế hệ 2, 3
Nhóm B	Đợt cấp vừa với yếu tố nguy cơ xấu	Nhóm A và các chủng kháng thuốc (S. pneumoniae tiết betalactamase), Enterobacteriaceae (K. pneumoniae, E. coli, Proteus)	Betalactam ức chế betalactamase; Fluoroquinolone: Levofloxacin, Moxifloxacin; Cephalosporin thế hệ 2, 3
Nhóm C	Đợt cấp nặng với nguy cơ nhiễm P. aeruginosa	Nhóm B kèm Pseudomonas aeruginosa	Levofloxacin, Moxifloxacin; Betalactam kháng Pseudomonas

Chương này cũng tổng hợp quy trình xử lý nội khoa chuẩn: thở oxy 1–3 lít/phút (đảm bảo SpO2 > 90%), dùng thuốc giãn phế quản khí dung (Ventolin, Berodual 6–8 lần/ngày), truyền tĩnh mạch Salbutamol/Bricanyl (0,1–0,8 µg/kg/phút), Diaphyllin và Methylprednisolon (1–2 mg/kg/ngày).

Chương 2: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết mô hình tính toán Monte Carlo và quy trình kỹ thuật can thiệp lâm sàng:

• Cấu hình mô phỏng: Thiết lập mô hình mô lồng ngực nhiều lớp với hai kịch bản chiếu tia:
  • Cấu hình trước ngực: Photon đi qua lớp da $\rightarrow$ mỡ $\rightarrow$ cơ ngực $\rightarrow$ xương ức/sụn sườn $\rightarrow$ nhu mô phổi.
  • Cấu hình sau lưng: Photon đi qua lớp da $\rightarrow$ mỡ $\rightarrow$ cơ lưng $\rightarrow$ xương sườn $\rightarrow$ nhu mô phổi.
  • Cả hai cấu hình đều được tính toán riêng biệt cho 2 trạng thái cơ học lồng ngực: hít vào (lớp mô giãn, mật độ quang thay đổi) và thở ra (mô co lại, chiều dày hình học thay đổi).
• Quy chuẩn thiết bị:
  • Thiết bị laser nội tĩnh mạch: Bước sóng 650 nm, công suất đầu kim 2–5 mW, thời gian chiếu 30 phút/lần.
  • Thiết bị quang châm và quang trị liệu 12 kênh: Tích hợp laser bán dẫn bước sóng 780 nm và 940 nm, hỗ trợ chế độ phát liên tục và phát xung với tần số điều chỉnh tương ứng các thủ pháp bổ/tả.
• Phác đồ can thiệp:
  • Lao phổi giai đoạn tấn công và duy trì: Kết hợp hóa trị liệu DOTS chuẩn với chiếu laser quang châm các huyệt Phế du, Đại chùy, Khổng tối, Kết hạch huyệt; quang trị liệu vùng liên bả - vai tương ứng vùng tổn thương trên phim X-quang; và laser nội tĩnh mạch 650 nm.
  • COPD: Chiếu laser nội tĩnh mạch kết hợp quang châm các huyệt Định suyễn, Phế du, Thiên đột, Trung phủ và chiếu ngoài vùng ngực trước và sau lưng.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày toàn bộ các phát hiện định lượng thu được từ mô phỏng và thực tiễn lâm sàng:

• Kết quả mô phỏng Monte Carlo:
  • Các kết quả mô phỏng độ xuyên sâu và phân bố mật độ công suất được biểu diễn qua chuỗi biểu đồ hình ảnh từ Hình 3.1 đến Hình 3.58 trong văn bản.
  • Khi chiếu từ phía sau lưng, chùm tia laser 940 nm cho độ xuyên sâu và mật độ công suất tại mô phổi cao hơn so với bước sóng 780 nm ở cùng mức công suất và thời gian chiếu. Nguyên nhân do bước sóng 940 nm ít bị tán xạ hơn và ít chịu ảnh hưởng bởi sắc tố melanin của da.
  • Ở mức công suất phát 15–20 mW và thời gian chiếu từ 20 đến 30 giây, đường mật độ công suất đạt ngưỡng kích thích sinh học $10^{-4}\text{ W/cm}^2$ thâm nhập hoàn toàn qua thành ngực và đạt tới bề mặt cũng như lớp nông của nhu mô phổi ở cả hai trạng thái hít vào và thở ra.
  • Trường hợp hít vào cho độ xuyên sâu của photon vào mô phổi thuận lợi hơn trường hợp thở ra do thể tích lồng ngực giãn ra làm giảm độ dày mật độ mô cản quang.
• Kết quả hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi (34 bệnh nhân):
  • Chỉ số huyết học: Số lượng hồng cầu tăng, hàm lượng huyết sắc tố được cải thiện; số lượng bạch cầu giảm dần về giới hạn sinh lý bình thường, phản ánh tình trạng giảm viêm nhiễm hệ thống.
  • Chức năng gan: Nồng độ các men gan AST và ALT ở những bệnh nhân có tổn thương gan do thuốc chống lao đã giảm rõ rệt sau liệu trình kết hợp laser, chứng minh hiệu quả bảo vệ tế bào gan của liệu pháp laser nội tĩnh mạch.
  • Tổn thương phổi: Phim X-quang phổi chụp kiểm tra cho thấy các ổ thâm nhiễm và tổn thương hang co nhỏ hoặc biến mất nhanh hơn so với nhóm đối chứng chỉ dùng thuốc thông thường.
  • Vi sinh và an toàn: Tỷ lệ âm tính hóa đờm (AFB âm tính) đạt mức cao sau 2 tháng điều trị tấn công; không ghi nhận bất kỳ tác dụng phụ hoặc tai biến nào trên 34 bệnh nhân tham gia.
• Kết quả hỗ trợ điều trị COPD (80 bệnh nhân tại Bệnh viện Quân Y 7A):
  • Các triệu chứng khó thở, ho và lượng đờm khạc trong ngày giảm có ý nghĩa lâm sàng sau liệu trình điều trị.
  • Chỉ số độ bão hòa oxy ngoại vi ($SpO_2$) tăng ổn định.
  • Chức năng thông khí phổi được cải thiện thể hiện qua sự gia tăng của chỉ số $FEV_1$ và tỷ số $FEV_1/FVC$.
  • Đánh giá lượng hóa thang điểm tin cậy trước và sau liệu trình cho thấy kết quả điều trị đạt mức tốt và khá chiếm tỷ lệ đa số, thời gian duy trì ổn định kéo dài.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tóm tắt toàn bộ các kết quả đạt được từ việc giải quyết 02 nhiệm vụ nghiên cứu: khẳng định tính đúng đắn của việc lựa chọn bước sóng và cấu hình thông số laser qua mô phỏng Monte Carlo, đồng thời chứng minh hiệu quả hỗ trợ lâm sàng trên bệnh nhân lao và COPD. Chương này đưa ra các khuyến nghị về việc chuyển giao thiết bị và mở rộng phác đồ cho y tế cơ sở.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

1. Xác lập cơ sở định lượng quang học lồng ngực: Ứng dụng thành công phương pháp Monte Carlo để mô phỏng sự lan truyền photon qua cấu trúc mô lồng ngực đa lớp ở hai bước sóng 780 nm và 940 nm. Đây là căn cứ khoa học đầu tiên tại Việt Nam xác định chính xác công suất phát (10–20 mW) và thời gian chiếu (20–30 giây) để chùm tia ngoài da đạt được ngưỡng mật độ công suất kích thích sinh học ($10^{-4}\text{ W/cm}^2$) tại nhu mô phổi.
2. Lý giải ưu thế của bước sóng 940 nm: Khẳng định bước sóng 940 nm có độ xuyên sâu qua mô thành ngực vượt trội hơn bước sóng 780 nm và 630 nm nhờ ít bị tán xạ và không bị suy giảm bởi sắc tố da, đồng thời cung cấp khả năng kích thích tổng hợp ATP tế bào cao hơn.
3. Phát triển mô hình phối hợp ba liệu pháp: Đề xuất và luận chứng thành công mô hình kết hợp đồng bộ: quang châm (theo nguyên lý kinh lạc y học cổ truyền), quang trị liệu chiếu ngoài phối hợp 2 bước sóng 780 nm và 940 nm, và laser nội tĩnh mạch 650 nm.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

1. Quy trình hỗ trợ điều trị lao phổi hiệu quả: Xây dựng quy trình hỗ trợ điều trị bệnh lao phổi (cả giai đoạn tấn công và duy trì), giúp rút ngắn thời gian hồi phục tổn thương nhu mô phổi, nhanh chóng âm tính hóa vi khuẩn lao trong đờm, bảo vệ chức năng gan trước độc tính của thuốc kháng sinh chống lao và không ghi nhận tác dụng phụ bất lợi.
2. Quy trình hỗ trợ điều trị COPD: Xây dựng và chuẩn hóa phác đồ hỗ trợ điều trị COPD bằng laser công suất thấp, kiểm chứng trên 80 bệnh nhân tại Bệnh viện Quân Y 7A; cải thiện rõ rệt chức năng thông khí hô hấp ($FEV_1$, $SpO_2$) và giảm tần suất đợt cấp tái phát.
3. Làm chủ thiết bị sản xuất trong nước: Ứng dụng các thiết bị laser bán dẫn do Phòng thí nghiệm Công nghệ Laser Trường Đại học Bách khoa TP.HCM tự chế tạo (máy laser nội tĩnh mạch và máy quang châm – quang trị liệu 12 kênh), giúp hạ giá thành điều trị, giảm bớt sự phụ thuộc vào thiết bị nhập ngoại đắt tiền và phù hợp triển khai tại tuyến y tế cộng đồng.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Kiến nghị triển khai nhân rộng mô hình hỗ trợ điều trị phối hợp ba liệu pháp laser bán dẫn công suất thấp tại các trung tâm y tế dự phòng, bệnh viện lao và bệnh phổi tuyến tỉnh/huyện.
• Đề xuất tiếp tục mở rộng nghiên cứu ứng dụng phương pháp LLLT để hỗ trợ phục hồi chức năng đường hô hấp và tổn thương phổi sau nhiễm virus (như di chứng hậu Covid-19).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các dữ kiện trình bày trong văn bản luận án, các hạn chế và hướng phát triển được xác định:

• Quy mô mẫu lâm sàng: Thử nghiệm lâm sàng bước đầu được tiến hành trên 34 bệnh nhân lao tại cơ sở điều trị địa phương (Tân Châu, An Giang) và 80 bệnh nhân COPD tại một trung tâm (Bệnh viện Quân Y 7A). Luận án chưa thực hiện các thử nghiệm lâm sàng đa trung tâm với cỡ mẫu lớn hơn để so sánh mù đôi đối chứng giả dược (sham-controlled).
• Cơ chế phân tử vi mô: Luận án chủ yếu tập trung vào tính toán truyền xạ quang học vĩ mô và đánh giá đáp ứng lâm sàng tổng thể. Các biến đổi sinh học phân tử nội tế bào (như định lượng nồng độ ATP, NO, hoạt tính enzyme cytochrome c-oxidase trực tiếp trên mô người bệnh) chưa được đo đạc trực tiếp mà dựa trên việc tổng quan tài liệu quốc tế.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục theo dõi bệnh nhân trong thời gian dài sau điều trị (sau 12–24 tháng) để đánh giá tỷ lệ tái phát bền vững; nghiên cứu tối ưu hóa cấu hình quang học phát xung và mở rộng sang các bệnh lý phổi mãn tính khác.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho nhiều đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và học viên ngành Vật lý Kỹ thuật, Kỹ thuật Y sinh, Vật lý Y khoa: Cung cấp phương pháp luận và dữ liệu tham số chi tiết để xây dựng thuật toán mô phỏng Monte Carlo cho bài toán quang sinh học mô lồng ngực; tham khảo thiết kế phần cứng các thiết bị laser y tế bán dẫn đa bước sóng.
• Bác sĩ chuyên khoa Hô hấp, Lao và Bệnh phổi: Cung cấp thêm một giải pháp hỗ trợ điều trị không dùng thuốc, an toàn, có khả năng giảm độc tính gan do kháng sinh lao và cải thiện chỉ số thông khí cho bệnh nhân COPD.
• Bác sĩ Y học Cổ truyền và Chuyên gia Phục hồi chức năng: Cung cấp thông số kỹ thuật thực hành (huyệt vị, bước sóng, thời gian, công suất) để hiện đại hóa phương pháp châm cứu cổ truyền bằng kỹ thuật quang châm laser không xâm lấn, không gây đau và loại trừ nguy cơ lây nhiễm chéo.
• Cán bộ quản lý y tế và y tế cộng đồng: Làm cơ sở khoa học để đánh giá hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của các dòng máy laser sản xuất nội địa phục vụ công tác chăm sóc sức khỏe ban đầu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án lựa chọn những bước sóng laser nào và vai trò của từng bước sóng là gì?

Luận án sử dụng 3 bước sóng laser bán dẫn công suất thấp chính:

• Bước sóng 650 nm (vùng ánh sáng đỏ): Ứng dụng trong kỹ thuật laser nội tĩnh mạch. Bước sóng này tác động trực tiếp lên tế bào máu trong lòng mạch, làm giảm kết dính tiểu cầu, cải thiện vi tuần hoàn, hoạt hóa hệ tiêu sợi huyết và điều hòa đáp ứng miễn dịch toàn thân.
• Bước sóng 780 nm và 940 nm (vùng cận hồng ngoại): Nằm trong cửa sổ quang học của mô, được dùng trong thiết bị quang trị liệu và quang châm 12 kênh. Bước sóng 780 nm và đặc biệt là 940 nm có độ xuyên sâu cao qua da, mỡ, cơ và xương sườn để chạm tới nhu mô phổi, kích hoạt ty thể tăng tổng hợp năng lượng ATP và phục hồi tổn thương viêm.

2. Ngưỡng mật độ công suất kích thích sinh học tại phổi được xác định là bao nhiêu và đạt được bằng cách nào?

Theo cơ sở lý thuyết quang sinh học được luận án trích dẫn, hiệu ứng kích thích sinh học (photobiomodulation) xảy ra khi mật độ công suất bức xạ đạt trong khoảng từ $10^{-4}\text{ W/cm}^2$ đến $1\text{ W/cm}^2$. Bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo trên mô hình đa lớp lồng ngực, tác giả xác định khi dùng chùm tia 940 nm (hoặc kết hợp 780 nm) với công suất phát từ 10 mW đến 20 mW và thời gian chiếu từ 20 đến 30 giây từ phía sau lưng, chùm tia hoàn toàn xuyên qua các lớp giải phẫu thành ngực để đạt mật độ công suất trên ngưỡng $10^{-4}\text{ W/cm}^2$ tại nhu mô phổi.

3. Mô hình hỗ trợ điều trị kết hợp của luận án gồm những kỹ thuật cụ thể nào?

Mô hình hỗ trợ điều trị của luận án là sự tích hợp đồng bộ của 3 kỹ thuật:

1. Quang châm laser bán dẫn: Dùng chùm laser tác động lên các huyệt vị kinh lạc (Phế du, Đại chùy, Khổng tối, Kết hạch huyệt, v.v.) thay thế kim châm truyền thống theo nguyên tắc bình bổ bình tả.
2. Quang trị liệu ngoài lồng ngực: Chiếu chùm tia phối hợp hai bước sóng 780 nm và 940 nm lên vùng tổn thương phổi xác định qua phim X-quang.
3. Laser nội tĩnh mạch: Đưa tia laser 650 nm công suất thấp vào tĩnh mạch nhằm nâng cao chất lượng dòng máu và tăng cường vận chuyển oxy, thuốc đến ổ bệnh.

4. Hiệu quả lâm sàng trên bệnh nhân lao phổi được ghi nhận qua các chỉ số thực tế nào?

Trên 34 bệnh nhân lao phổi được điều trị thử nghiệm kết hợp laser bán dẫn công suất thấp, các kết quả thu được bao gồm:

• Chỉ số hồng cầu và huyết sắc tố tăng, bạch cầu giảm về mức bình thường.
• Men gan (AST, ALT) phục hồi tốt, làm giảm thiểu tình trạng nhiễm độc gan do thuốc kháng lao DOTS gây ra.
• Hình ảnh tổn thương thâm nhiễm và hang lao trên phim X-quang phổi thuyên giảm nhanh chóng.
• Tỷ lệ đờm chuyển âm tính (AFB âm tính) đạt mức cao, không có phản ứng phụ bất lợi phát sinh trong suốt liệu trình.

5. Nghiên cứu điều trị hỗ trợ bệnh COPD được kiểm chứng lâm sàng ở đâu và quy mô ra sao?

Nghiên cứu điều trị hỗ trợ bệnh nhân COPD được kiểm chứng trên quy mô 80 bệnh nhân điều trị tại Khoa A1, Bệnh viện Quân Y 7A, Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả lượng hóa cho thấy sự gia tăng các chỉ số thông khí phổi khách quan ($FEV_1$, $SpO_2$) và làm giảm các triệu chứng cơ năng lâm sàng (ho, khạc đờm, khó thở khi gắng sức).

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Mai Hữu Xuân đã hoàn thành trọn vẹn hai nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra: vừa giải quyết bài toán mô phỏng lan truyền photon Monte Carlo để định lượng liều chiếu laser công suất thấp qua lồng ngực tới phổi, vừa xây dựng và kiểm chứng thành công quy trình lâm sàng kết hợp ba kỹ thuật quang trị liệu, quang châm và laser nội tĩnh mạch. Kết quả nghiên cứu trên 34 bệnh nhân lao phổi và 80 bệnh nhân COPD khẳng định phương pháp hỗ trợ này an toàn, không xâm lấn, giúp bảo vệ chức năng gan, cải thiện thông khí hô hấp và nâng cao hiệu quả điều trị. Công trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa vật lý kỹ thuật hiện đại, y học thực chứng và y học cổ truyền, có giá trị ứng dụng cao đối với hệ thống y tế cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu một kỷ nguyên mới của quang tử học cùng các ứng dụng rực rỡ đa dạng, đa lĩnh vực của bức xạ laser trong thế kỷ 21 và tương lai. Theo lý thuyết cơ học lượng tử, các electron được tìm thấy trong các mức năng lượng rời rạc của nguyên tử, trong đó phần lớn nằm ở trạng thái cơ bản khi không có tác động bên ngoài. Electron có thể hấp thụ năng lượng từ ánh sáng hoặc nhiệt chỉ khi có sự chuyển đổi giữa các mức năng lượng phù hợp với năng lượng do photon hoặc phonon cung cấp. Các photon có bước sóng xác định có thể khiến một electron nhảy từ mức năng lượng thấp hơn lên mức cao hơn.

Đó là cơ chế quá trình hấp thụ. Nhưng khi một electron bị kích thích ở mức năng lượng cao hơn với sự chênh lệch năng lượng ΔE, nó sẽ không duy trì trạng thái kích thích mãi mãi mà sau một thời gian ngắn, nó sẽ chuyển về trạng thái thấp hơn bằng cách phát ra một photon tương ứng với hiệu năng lượng giữa hai mức. Sự chuyển đổi sang các mức khác nhau có hằng số thời gian khác nhau. Quá trình này được gọi là quá trình phát xạ tự nhiên.

Phát xạ tự phát là một hiệu ứng cơ lượng tử và là một biểu hiện vật lý trực tiếp của nguyên lý bất định Heisenberg. Photon phát ra có hướng ngẫu nhiên, nhưng bước sóng của nó phù hợp với bước sóng hấp thụ của quá trình chuyển đổi. Đây là cơ chế phát huỳnh quang và phát nhiệt (phát xạ phonon). Einstein, cũng tồn tại một cơ chế khác, trong đó một photon có bước sóng xác định bị hấp thụ bởi một quá trình chuyển đổi cũng có thể làm cho electron khác giảm từ mức cao xuống mức thấp hơn, phát ra một photon mới.

Photon phát ra khớp chính 4 xác với photon ban đầu về bước sóng, pha và hướng. Quá trình này được gọi là phát xạ kích thích (Hình 1.1 Cơ chế phát xạ cưỡng bức Tuy nhiên để tạo được bức xạ laser, cần có môi trường khuếch đại bao gồm một số lượng lớn nguyên tử được đưa vào trạng thái kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài, gọi là nguồn bơm. Môi trường khuếch đại của laser thường là vật liệu có độ tinh khiết, kích thước, nồng độ và hình dạng xác định, và có thể ở bất kỳ trạng thái nào: khí, lỏng, rắn hoặc plasma. Môi trường khuếch đại hấp thụ năng lượng bơm, làm tăng một số điện tử lên trạng thái lượng tử năng lượng cao hơn, tạo nên môi trường mật độ đảo lộn.

Phát xạ kích thích tạo ra các photon cùng bước sóng, pha và hướng, còn gọi là các photon kết hợp (coherent photon). Ở trạng thái mật độ đảo lộn, tốc độ phát xạ kích thích lớn hơn tốc độ hấp thụ ánh sáng trong môi trường, và do đó ánh sáng được khuếch đại. Hệ thống có đặc tính này được gọi là bộ khuếch đại quang học. Khi một bộ khuếch đại quang được đặt bên trong một hốc quang cộng hưởng, thường là không gian giữa hai tấm gương, người ta sẽ thu được bức xạ laser.

Do đặc điểm quá trình vật lý như đã mô tả, nguồn laser khác với các nguồn ánh sáng khác ở chỗ nó phát ra ánh sáng kết hợp. Tính kết hợp (coherence) thể hiện thông qua tính kết hợp không gian cho phép tập trung tia laser trong chùm tia hẹp và truyền đi với khoảng cách xa và tính kết hợp thời gian cao cho phép chúng phát ra ánh sáng với 5 quang phổ rất hẹp hoặc tạo ra các xung ánh sáng siêu ngắn với quang phổ rộng nhưng thời lượng vô cùng ngắn cở femto giây. Tính chất quan trọng đó đã tạo nên các đặc trưng chính sau của bức xạ laser: - Tính đơn sắc - Tính định hướng - Tính kết hợp - Mật độ công suất cao. Laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng phổ biến như ổ đĩa quang, máy in laser, máy quét mã vạch, thiết bị phân tích DNA; trong truyền dẫn sợi quang với ứng dụng lớn nhất là truyền dữ liệu viễn thông, truyền dẫn thông tin quang học trong không gian tự do; trong công nghệ gia công cơ khí và vi cơ khí, nổi bật nhất trong sản xuất chip bán dẫn (photolithography); trong đo lường chính xác về phạm vi và tốc độ, cũng như nhiều đại lượng vật lý gián tiếp khác; trong công nghệ chiếu sáng laser phục vụ giải trí; trong quân sự, công nghệ an ninh quốc phòng [98].

Riêng trong lĩnh vực y học, laser đã đóng góp đắc lực, đưa y khoa lên một tầm cao mới với sự hỗ trợ đắc lực của công nghệ tiên tiến trong chẩn đoán, điều trị và cả tầm soát phòng chống theo quan điểm y khoa 4P (dự đoán, dự phòng, cá nhân hóa và tham gia hóa – predictive, preventive, personalized, participated) [99]. Quá trình phát triển ứng dụng laser trong y học là một quá trình liên tục với những tiến bộ có tính chất nhảy vọt. Từ chỗ ứng dụng laser như phương tiện hỗ trợ, bổ sung cho các phương pháp điều trị truyền thống, laser trở thành phương tiện độc lập và trong nhiều trường hợp đem lại những kết quả tốt mà không phương pháp nào trước đây có thể đạt được. Laser được ứng dụng đa dạng trong y học trong cả lĩnh vực chẩn đoán chính xác cho đến lĩnh vực điều trị đa dạng và hiệu quả.

Riêng trong lĩnh vực điều trị, có thể phân loại thành hai hướng ứng dụng chính bao gồm ứng dụng laser công suất cao và ứng dụng laser công suất thấp. Ứng dụng laser công suất cao trong điều trị chủ yếu trong Laser ngoại khoa, sử dụng chủ yếu tác dụng nhiệt của mật độ công suất cao tạo nên các hiệu ứng chính: - Hiệu ứng quang đông. 6 - Hiệu ứng bốc bay hơi tổ chức. - Hiệu ứng quang bóc lớp.

- Hiệu ứng quang động học. Laser bán dẫn là loại laser có mối tiếp xúc p-n, trong chất bán dẫn các chuyển mức của điện tử từ các trạng thái năng lượng thấp ở vùng hóa trị lên trạng thái năng lượng cao ở vùng dẫn một khoảng bằng năng lượng vùng cấm gọi là sự kích thích. Điện tử tồn tại một thời gian ở vùng năng lượng cao sẽ quay về trạng thái năng lượng thấp, đây là quá trình tái hợp của điện tử và lỗ trống, có 02 loại tái hợp bức xạ và không bức xạ. Tái hợp bức xạ phát ra các photon ánh sáng, với độ rộng vùng cấm của bán dẫn ở lớp tích cực ta có các bước laser khác nhau.

Các laser bán dẫn thường được chế tạo trên cơ sở các bán dẫn vùng cấm thẳng loại A3B5 như GaAs, InP vv. Khi photon ánh sáng có năng lượng Eg chiếu vào chất bán dẫn có thể xảy ra sự hấp thụ. Quá trình hấp thụ xảy ra khi điện tử chuyển từ trạng thái năng lượng thấp trong vùng hóa trị lên trạng thái năng lượng cao trong vùng dẫn, sau đó điện tử trong vùng dẫn có thể tái kết hợp với lỗ trống ở vùng hóa trị (sau thời gian sống nhất định) và phát ra photon một cách ngẫu nhiên gọi là tự phát. Phát xạ cưỡng bức là quá trình ánh sáng chiếu tới gây ra sự phát xạ điện tử ở trạng thái kích thích.

Ánh sáng phát ra có cùng pha, bước sóng, phân cực và hướng lan truyền với ánh sáng chiếu tới. Trong bức xạ cưỡng bức có 02 photon sinh ra, một photon chiếu tới và một photon do bức xạ cưỡng bức, hai photon này tiếp tục kích thích các cặp điện tử khác cưỡng bức sinh ra các photon giống như vậy. quá trình này xảy ra tiếp tục trong môi trường khuếch đại quang. Laser bán dẫn thường có công suất thấp, tính định hướng và đơn sắc không cao.

Tuy nhiên, phổ rộng của laser bán dẫn lại có đáp ứng tốt cho ứng dụng đa bước sóng trong những áp dụng quang sinh, cùng với kích thước nhỏ gọn thuận tiện cho vietj thiết kế trường chiếu lớn tạo nên ưu thế của laser bán dẫn trong chế tạo các thiết bị ứng dụng trong y sinh. Các lĩnh vực ứng dụng chính của laser công suất cao có thể kể đến bao gồm phẫu thuật laser, phẫu thuật nhãn khoa, điều trị thẩm mỹ, nha khoa, điều trị ung thư, điều trị quang động học vv… Ứng dụng laser công suất thấp trong điều trị còn gọi phổ biến là liệu pháp laser mức độ thấp (Low Level Laser Therapy - LLLT) hoặc liệu pháp quang học điều biến 7 (Photobiomodulation Therapy) sử dụng chủ yếu hiệu ứng kết hợp quang – sinh – hóa không dùng nhiệt, gọi chung là kích thích sinh học. Ánh sáng kích hoạt các thay đổi sinh hóa trong tế bào và có thể được so sánh với quá trình quang hợp ở thực vật, nơi các photon được hấp thụ bởi các thụ thể quang của tế bào và gây ra các thay đổi hóa học. Do nội dung chính của luận án tập trung ứng dụng của lĩnh vực này, cơ sở vật lý của ứng dụng laser công suất thấp sẽ được trình bày chi tiết hơn.2 Các nghiên cứu trên thế giới.

Trong y học, việc sử dụng ánh sáng để điều trị nhiều chứng và bệnh đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều. Sau khi laser ra đời, việc tận dụng nguồn sáng mới cũng được triển khai phổ biến, nhưng phải đến năm 1967 E. Mester mới công bố kết quả đầu tiên chứng minh hiện tượng “kích thích sinh học bằng laser.” Năm 1999, Whelan H et al. trình bày công trình của mình về các ứng dụng y tế của điốt phát quang (LED) để sử dụng trên trạm vũ trụ NASA.

Sau đó, hơn vài trăm thử nghiệm ngẫu nhiên, mù đôi, có đối chứng với giả dược pha III đã được công bố, với hơn 4000 nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về LLLT (Pubmed. LLLT là ứng dụng của bức xạ quang học thường là tia laser công suất thấp hoặc đèn LED có công suất trong khoảng 10mW – 500mW. Ánh sáng có bước sóng trong vùng hồng ngoại gần màu đỏ của quang phổ (660 nm – 905 nm) thường được sử dụng vì những bước sóng này có khả năng tối ưu xuyên qua da, các mô mềm và cứng (Hình 1.2) và được chứng minh trong các thử nghiệm lâm sàng là có tác dụng giảm đau, viêm và tái tạo mô tốt [40].2 Cửa sổ quang học của bức xạ quang học [4] Cơ chế của LLLT phần lớn hiện nay được giải thích như sau (Hình 1.3): để ánh sáng nhìn thấy hoặc gần hồng ngoại công suất thấp có tác dụng lên hệ sinh học, photon phải được hấp thụ bởi các mức hấp thụ electron của các nguyên tử thuộc chất nhận photon hoặc chất màu chromophore (định luật thứ nhất của quang sinh học [5]).