Phòng phẫu thuật của tương lai sẽ như thế nào?

Phòng phẫu thuật sẽ thông minh hơn, hiệu quả hơn và ít rủi ro hơn rất nhiều cho bệnh nhân.

Các bệnh viện đang đầu tư vào thiết bị, thiết kế và công nghệ số hứa hẹn một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực phẫu thuật. Đây là một phần trong quá trình chuyển đổi để thoát khỏi các thủ thuật phẫu thuật mở truyền thống bao gồm các vết rạch lớn, mất máu nhiều và nằm viện dài ngày. Chúng cho thấy một tương lai mà ngày càng nhiều bệnh nhân có thể lựa chọn phẫu thuật ngoại trú can thiệp tối thiểu với hồi phục nhanh hơn, ít biến chứng hơn, ít đau và ít sẹo hơn.

Một loạt tiến bộ công nghệ đã được phát triển. Một số trong đó giúp bác sĩ phẫu thuật có thể điều khiển camera robot bằng chuyển động của mắt khi chúng di chuyển vào cơ thể bệnh nhân qua các vết rạch nhỏ. Với một số công nghệ khác, bác sĩ có thể tạo một bản đồ giống như GPS chiếu lên cơ thể bệnh nhân để thấy rõ từng tế bào trước khi phẫu thuật, theo dõi các dụng cụ phẫu thuật và giúp phẫu thuật chính xác hơn.

Những tiến bộ khác nhằm mục đích thiết kế lại phòng phẫu thuật, bằng cách bổ sung thêm không gian hoạt động cho bác sĩ phẫu thuật cũng như các thiết bị hình ảnh cho phép bệnh nhân nhận tia X và các xét nghiệm khác ngay trên bàn mổ thay vì bị đưa đi vòng quanh bệnh viện. Công nghệ học máy và trí tuệ nhân tạo đang được phát triển để bác sĩ phẫu thuật có thể khai thác dữ liệu lớn trước, trong và sau khi phẫu thuật, để được hướng dẫn từ các hệ thống máy tính đã phân tích các thủ tục và học cách đưa ra các khuyến nghị.

Nếu thành công, những thay đổi này có thể có ảnh hưởng sâu sắc đến bệnh nhân. Mặc dù trải qua nhiều năm phát triển, phẫu thuật vẫn là một lĩnh vực nguy hiểm. Nhiễm trùng là biến chứng thường xuyên và có thể gây tử vong. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ngay cả trong cùng một bệnh viện có khác biệt lớn trong kết quả giữa các bác sĩ phẫu thuật, liên quan đến khác biệt trong nhận định, kỹ năng và khả năng cá nhân. Bác sĩ phẫu thuật có tay nghề thấp hơn có tỷ lệ biến chứng, bệnh nhân quay lại bệnh viện và phẫu thuật trở lại cao hơn. Công nghệ mới có thể giúp cân bằng những khác biệt này.

Santiago Horgan, giám đốc bộ phận phẫu thuật can thiệp tối thiểu tại Đại học California, San Diego, kiêm giám đốc điều hành Trung tâm Tương lai Phẫu thuật cho biết: "Lĩnh vực phẫu thuật đang tiến triển rất nhanh và tiến bộ công nghệ đang làm cho lĩnh vực này hiệu quả hơn, tiết kiệm hơn và cải thiện kết quả của bệnh nhân". Trong khi phẫu thuật không bao giờ có thể tự động hoàn toàn, tiến sĩ Horgan cho rằng, "trong tương lai robot sẽ thông minh hơn và tương tác hơn, mang lại thông tin tối đa cho bác sĩ trong quá trình phẫu thuật".

Tất nhiên, nhiều công nghệ vẫn đang được phát triển, và những công nghệ khác vẫn chưa được áp dụng rộng rãi hoặc đánh giá đầy đủ về mức độ an toàn và hiệu quả chi phí. Cùng với đó, một số chuyên gia trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe cảnh báo về việc áp dụng công nghệ mới quá nhanh.

"Chúng ta không muốn tham gia vào cuộc chạy đua để tạo ra các liệu pháp tốn kém hơn, và chúng ta phải cẩn thận không áp dụng công nghệ trừ khi nó hiệu quả hơn và cải thiện kết quả theo thời gian", Steven J. Corwin, chủ tịch và Giám đốc điều hành của New York-Presbyterian Hospital cho biết.

Dưới đây là một số công nghệ mới, và cách chúng sẽ cải tổ cách điều trị bệnh nhân trong những năm tới.

Mở rộng phòng phẫu thuật

Một trong những thay đổi cơ bản nhất là thiết kế lại phòng phẫu thuật. Một số bệnh viện đang tạo ra các cơ sở "lai" kết hợp các phòng mổ thông thường với các thiết bị hình ảnh được sử dụng trong các phương pháp điều trị can thiệp tối thiểu dựa vào các ống nhỏ được đưa vào mạch máu hoặc khoang cơ thể. Bằng cách đó, bác sĩ có thể thực hiện cả phẫu thuật mở và thủ thuật can thiệp tối thiểu thay vì thực hiện chúng vào những thời điểm khác nhau. Đối với bệnh nhân, điều đó có nghĩa là tránh được hai thủ thuật gây mê riêng biệt, ít thời gian ở trong bệnh viện và cần ít thời gian phục hồi hơn.

Thay đổi này có thể cải thiện điều trị như thế nào? Hãy lấy ví dụ với kỹ thuật can thiệp đặt ống thông tim, trong đó ống được đưa vào mạch máu để tới các động mạch vành. Bác sĩ có thể sử dụng ống thông để chèn khung đỡ nhằm cải thiện lưu lượng máu đến các động mạch, nhưng bệnh nhân cũng có thể cần phẫu thuật mở để đi qua động mạch bị tắc. Trong phòng phẫu thuật lai, bác sĩ có thể ngay lập tức chuyển từ thủ thuật can thiệp sang phẫu thuật mở.

Có một cách khác là vận dụng tốt hơn phòng phẫu thuật có độ rộng tiêu chuẩn hơn 18m2. Anjali Joseph, Giám đốc Trung tâm Thiết kế và Thử nghiệm Cơ sở Y tế tại Đại học Clemson cho biết: "Phòng phẫu thuật thường chật chội không có chỗ đi lại và mọi người trèo cả qua xe đẩy và uốn cong thiết bị, tạo ra một môi trường cực kỳ không an toàn". Tiến sĩ Joseph đang cùng tiến hành một dự án do liên bang tài trợ với Scott Reeves, bác sĩ gây mê tại Đại học Y khoa Nam Carolina, để thiết kế một phòng phẫu thuật làm tăng sự an toàn của bệnh nhân và dễ dàng hơn cho đội ngũ bác sĩ có thể di chuyển xung quanh.

Một nguyên mẫu được công bố vào tháng 1 sẽ cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các mô phỏng phẫu thuật và kiểm tra các cải tiến như tổ chức lại việc lưu trữ thiết bị để đưa công cụ đến gần bàn phẫu thuật hơn và giữ cho bác sĩ tập trung vào bệnh nhân cũng như cải thiện lưu lượng di chuyển trong phòng.

Nhóm cũng đang nghiên cứu cách tiếp cận truyền thống về việc có một "hành lang vô trùng" giữa các phòng mổ liền kề để giảm nguy cơ nhiễm trùng. Trong khi ý tưởng là giảm nhiễm trùng bằng cách giảm lượt người di chuyển từ các khu vực bị ô nhiễm, dữ liệu sơ bộ của dự án cho thấy số lần cửa vào phòng mổ được mở và không có sự hiện diện hay vắng mặt của yếu tố vô trùng là điều quan trọng. "Điều này sẽ đi ngược lại 50 năm thiết kế phòng phẫu thuật thông thường", Tiến sĩ Reeves chia sẻ.

Một khuyến nghị khác từ nhóm dự án là các trạm làm việc di động của nhân viên, màn hình kỹ thuật số cao trên tường để mọi người trong nhóm phẫu thuật có thể xem thủ thuật trong thời gian thực và giá treo thiết bị phẫu thuật gắn tường "cắm vào là chạy" để thích nghi với những công nghệ mới.

Phòng phẫu thuật ngoại trú này tại Trung tâm David H. Koch của NewYork-Presbyterian, được khai trương vào tháng 4, nhằm mục đích mang lại sự linh hoạt, giảm rủi ro nhiễm trùng và cải thiện góc nhìn và quy trình làm việc của nhóm phẫu thuật.

NewYork-Presbyterian đã kết hợp một số phương pháp tiếp cận mới vào Trung tâm David H. Koch mới, mở cửa vào tháng 4 với 12 phòng phẫu thuật ngoại trú, X quang can thiệp, chẩn đoán hình ảnh và các dịch vụ khác.

Các cơ sở cũng cố gắng giải quyết một vấn đề dai dẳng khác trong phòng mổ: nhiễm trùng. Sàn nhà làm bằng gạch terrazzo không ‘tiếp tay' cho sự phát triển của vi khuẩn, trong khi hệ thống tường bằng thép không gỉ dễ dàng giữ tình trạng vô trùng và có thể được điều chỉnh để chứa thiết bị mới. Ba giá treo thiết bị phẫu thuật với phạm vi tiếp cận cực dài cho phép thiết bị được treo trên trần nhà, loại bỏ nguy cơ dây điện và dây cáp trên sàn nhà. Đèn LED cung cấp ánh sáng với ít nhiệt hơn, lưu thông luồng không khí làm giảm thiểu vi sinh vật trong không khí.

Công nghệ cũng sẽ giúp bệnh nhân có trải nghiệm tốt hơn, Tiến sĩ Corwin cho biết. Trước khi phẫu thuật tại trung tâm mới, bệnh nhân và gia đình có thể hoàn thành thủ tục giấy tờ từ xa và nhận được thông tin về lịch trình và chỉ dẫn phòng trước phẫu thuật và phòng phục hồi của riêng họ. Tại phòng chờ của người nhà có một màn hình hiển thị thông tin về nhóm bác sĩ và gia đình sẽ nhận được cập nhật điện tử về tình trạng của bệnh nhân và khi nào họ ra khỏi phòng phẫu thuật.

Robot phản ứng nhanh hơn

Nghiên cứu được kết hợp với lợi ích của phẫu thuật có robot hỗ trợ, được giới thiệu cách đây gần hai thập niên như là một giải pháp thay thế cho phẫu thuật ít can thiệp thông thường, hoặc phẫu thuật "lỗ khóa", trong đó bác sĩ phẫu thuật tạo ra vết mổ nhỏ và sử dụng ống nghe - một kính thiên văn mỏng với đèn và một máy quay video - để chèn các thiết bị đặc biệt với các dụng cụ dài và mỏng. Nhiều nghiên cứu cho thấy phẫu thuật có robot hỗ trợ ít biến chứng hơn và thời gian nằm viện ngắn hơn, nhưng những nghiên cứu khác cho thấy tỷ lệ thành công thấp hơn ở một số loại phẫu thuật và các điểm trừ khác, bao gồm chi phí cao hơn.

Các nhà phát triển cố gắng làm cho hệ thống như vậy thông minh hơn, rẻ hơn và tự chủ hơn. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đang làm việc trên robot lập trình để thực hiện các nhiệm vụ như khâu mô sau khi bác sĩ phẫu thuật xong việc, có thể giúp ngăn ngừa các vấn đề cho bệnh nhân như rò rỉ từ các đường chỉ không chặt.

Bộ công cụ của bác sĩ phẫu thuật

Lĩnh vực này bị chi phối bởi Hệ thống phẫu thuật da Vinci của Intuitive Surgical Inc., đã được sử dụng trong hơn năm triệu ca phẫu thuật trên toàn thế giới. Bác sĩ phẫu thuật ngồi ở một bàn điều khiển với một màn hình video, sử dụng cánh tay robot để thao tác các dụng cụ nhỏ thông qua các vết rạch nhỏ. Ngoài các hình ảnh tốt hơn về giải phẫu của bệnh nhân, nó cũng lọc ra các chấn động tay và được thiết kế để giữ cho bác sĩ phẫu thuật ở một vị trí thoải mái cho các thủ thuật kéo dài và phức tạp. Intuitive đang phát triển các cải tiến cho các hệ thống của mình, bao gồm một ống thông robot linh hoạt giúp bác sĩ phẫu thuật dễ dàng tìm vị trí trong phổi hơn để lấy mẫu mô trong khi giảm nguy cơ gây hại cho bệnh nhân.

Giám đốc điều hành của Intuitive Gary Guthart cho biết công ty cũng đang nghiên cứu trên các robot tiên tiến hơn, có thể giúp "tăng cường phối hợp và kiểm soát giữa máy tính và bác sĩ phẫu thuật", giống như giữa phi công máy bay và hệ thống điều khiển tự động hiện đại.

Một số công ty mới cũng gia nhập thị trường, bao gồm cả gã khổng lồ về thiết bị y tế Medtronic PLC và TransEnterix Inc., đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm phê duyệt năm ngoái cho Hệ thống phẫu thuật Senhance của mình trong một số thủ thuật phẫu thuật.

Hệ thống Senhance có cảm biến quang học cho phép bác sĩ phẫu thuật di chuyển camera và lựa chọn các lệnh bằng chuyển động mắt và cung cấp phản hồi xúc giác, mang lại cảm giác sờ và cảm nhận trong quá trình phẫu thuật dựa trên áp lực và sức căng trong các dụng cụ, "giống như một lái xe có thể cảm nhận sau tay lái khi va chạm tốc độ", Todd M. Pope, người sáng lập và giám đốc điều hành của TransEnterix cho biết.

Quyết định tốt hơn với dữ liệu lớn

Thế hệ mới của các công cụ phẫu thuật số nhằm mục đích kết hợp robot, dữ liệu lớn và các công nghệ khác để bác sĩ phẫu thuật đưa ra quyết định tốt hơn khi đang phẫu thuật cho bệnh nhân.

‘Lính mới' đáng chú ý nhất trong lĩnh vực này là Verb Surgical Inc., một hợp tác giữa Verily Life Sciences của Google Alphabet Inc. và bộ phận thiết bị phẫu thuật Ethicon của Johnson & Johnson. Các bên đang đề cập đến khái niệm "phẫu thuật 4.0", bước tiếp theo sau các thủ thuật mở truyền thống, phẫu thuật can thiệp tối thiểu và sử dụng robot.

Verb chỉ mới cung cấp một vài chi tiết về cách hệ thống hoạt động. Nhưng ý tưởng liên quan đến việc sử dụng học máy - các chương trình máy tính có thể thu thập dữ liệu từ hàng nghìn thủ thuật phẫu thuật trong quá khứ để xác định thực tiễn tốt nhất và các sai sót tiềm năng.

Verb cho biết hệ thống có thể cho phép bác sĩ phẫu thuật đào tạo trước khi phẫu thuật, và sau đó đánh giá công việc của họ, đo lường các thứ như thời gian phẫu thuật, lợi thế chuyển động, số lượng và loại dụng cụ được sử dụng. Cuối cùng, công ty cho biết hệ thống sẽ giúp bác sĩ phẫu thuật đưa ra quyết định ở giữa một cuộc phẫu thuật, từ gợi ý kỹ thuật đúng trong một cuộc phẫu thuật cụ thể cho đến cảnh báo về những sai lầm tiềm tàng như việc cắt đứt mạch máu.

Verb có kế hoạch tung ra sản phẩm đầu tiên vào năm 2020 và cho biết đã demomột hệ thống hoạt động đầy đủ cho các công ty mẹ. "Hiện tại, chúng tôi có một phòng phẫu thuật không kết nối, với các thiết bị và robot bị cô lập, giống như một chiếc xe năm 1970 bị ngắt kết nối mà không có bất kỳ cảm biến hoặc kết nối nào", Giám đốc điều hành Verb Surgical Scott Huennekens cho biết. "Mong muốn của chúng tôi là cuối cùng một hệ thống kết nối sẽ có mặt trong mọi phòng phẫu thuật, cho bác sĩ phẫu thuật những công cụ để đưa ra thay đổi trong phẫu thuật".

Một số bác sĩ phẫu thuật đã bày tỏ sự quan tâm. Umamaheswar Duvvuri, một bác sĩ phẫu thuật đầu và cổ tại Đại học Pittsburgh và là giám đốc trung tâm đổi mới phẫu thuật của đại học đó cho biết: "Các quyết định cần được thực hiện trong từng phút trong quá trình phẫu thuật và bác sĩ phẩu thuật cần được biết về dữ liệu kết quả ngay thời điểm đó để đưa ra quyết định. Nếu chúng ta có thể thu thập dữ liệu lớn và có sẵn tại thời điểm chúng ta đang tiến hành phẫu thuật, thì mọi việc sẽ diễn ra kiểu như: Này Siri, nếu tôi cắt dây thần kinh này, chuyện gì sẽ xảy ra?".

Cái nhìn rõ hơn vào bên trong bệnh nhân

Một loạt công nghệ nhằm mục đích cho bác sĩ phẫu thuật cái nhìn tốt hơn về những gì họ đang thực hiện bên trong bệnh nhân khi phẫu thuật.

Lấy trường hợp của bác sĩ phẫu thuật ung thư. Loại bỏ khối u là một hành động cân bằng tinh tế giữa cắt bỏ phần bệnh và giữ nguyên ven những phần lành. Nhưng thuốc nhuộm tương phản thường được sử dụng để chiếu sáng các khu vực bị bệnh phải được tiêm vào bệnh nhân từ trước, và có thể không phải lúc nào cũng hoạt động như mong đợi. Thuốc nhuộm cũng độc hại và có thể gây ra dị ứng.

Đại học Pittsburgh đang làm việc với ChemImage Corp., một công ty đang phát triển phương pháp cho phép bác sĩ hình dung rõ hơn các cơ quan và mô trong thời gian thực, chẳng hạn như cho thấy khối u kết thúc ở đâu và mô khỏe mạnh bắt đầu từ đâu. Công nghệ của công ty này, hình ảnh hóa học phân tử hay MCI, kết hợp quang phổ, sử dụng ánh sáng để đo vật liệu và hình ảnh kỹ thuật số.

Patrick Treado, người sáng lập và giám đốc công nghệ của ChemImage, nói rằng công nghệ này được áp dụng rộng rãi và sẽ được thiết kế trong tương lai để sử dụng với các thủ thuật nội soi, trong đó bác sĩ chèn một ống với một camera cho phép họ xem và tiến hành phẫu thuật trên các cơ quan. Nó tạo ra hình ảnh theo thời gian thực dựa trên đánh giá các màu sắc riêng biệt trong phổ ánh sáng khả kiến ​​và ngoài những gì mắt có thể nhìn thấy trong phổ ánh sáng hồng ngoại gần. MCI sử dụng nhiều màu sắc hơn so với camera hiện tại, vốn chỉ sử dụng màu đỏ, xanh lam và xanh lá trong phổ ánh sáng khả kiến.

"Mục tiêu của chúng tôi là cung cấp trực quan tiên tiến cho bác sĩ phẫu thuật mà không thay đổi cách bác sĩ phẫu thuật hiện đang thực hiện phẫu thuật, thay vào đó cung cấp cho họ nhiều thông tin tốt hơn theo yêu cầu", ông Treado cho biết. Ví dụ, các hình ảnh có thể làm cho quá trình cắt bỏ tử cung dễ dàng hơn khi xác định các ống mang nước tiểu từ thận đến bàng quang để bác sĩ phẫu thuật không vô tình cắt nhầm. Ngoài việc nhìn thấy mô tốt hơn thông qua chất béo, mô mỡ và máu, MCI có tiềm năng làm cho bác sĩ phẫu thuật hiệu quả hơn với đào tạo ít hơn.

Một nỗ lực để cải thiện những gì bác sĩ phẫu thuật có thể nhìn thấy đang được phát triển bởi một sáng kiến của Cleveland Clinic, Centerline Biomedical. Ý tưởng này là một thay thế cho các thủ thuật được hướng dẫn bằng nội soi huỳnh quang, công nghệ tia X mà bác sĩ hiện đang sử dụng để đặt một miếng ghép stent trong động mạch.

Cách tiếp cận truyền thống không chỉ phụ thuộc vào thuốc nhuộm tương phản mà còn khiến bác sĩ và bệnh nhân tiếp xúc với liều bức xạ cao liên tục. Các hình ảnh được tạo ra bằng nội soi huỳnh quang chỉ là hình ảnh màu xám 2D.

Vì vậy, Centerline đang phát triển một hệ thống để giảm nhu cầu về nội soi huỳnh quang và ngăn chặn các tác hại của bức xạ. Sử dụng thuật toán toán học và theo dõi điện từ an toàn, hệ thống cung cấp hình ảnh màu 3D và cho phép bác sĩ phẫu thuật theo dõi vị trí của dụng cụ trong giải phẫu của bệnh nhân trên màn hình có độ chính xác cao - tương tự GPS cho ô tô.

Với một khoản tài trợ mới của liên bang, Centerline hiện đang thử nghiệm hệ thống với HoloLens, kính thông minh thực tế hỗn hợp được thực hiện bởi Microsoft. Kính sẽ chồng phác thảo 3D hệ thống mạch máu của bệnh nhân vào trường quan sát của bác sĩ, "giống như có tầm nhìn tia X", Karl West, kỹ sư cơ khí và giám đốc giải pháp thiết bị y tế của Cleveland Clinic và cố vấn khoa học của Centerline, cho biết.

Tại Bệnh viện Nhi đồng Lucile Packard, liên kết với Đại học Stanford, Frandics Chan, bác sĩ chuyên nhi khoa, đã làm việc với EchoPixel Inc. để phát triển một công nghệ tương tác thực tế gọi là True3D. Công nghệ này chuyển đổi nội soi cắt lớp MRI, CT và siêu âm thành hình ảnh 3D có thể được xem bằng kính phân cực để lọc hình ảnh tới mắt trái và mắt phải trước màn hình trong khi phẫu thuật. Bác sĩ phẫu thuật sử dụng bút stylus để xoay và kiểm tra mọi lớp giải phẫu, thu thập nhiều thông tin hơn so với hình ảnh 2D. Hệ thống này được sử dụng để tách cặp song sinh dính liền trong 17 giờ tại Bệnh viện Nhi đồng Lucile Packard.

EchoPixel đã tìm thấy một cách để bác sĩ phẫu thuật nhìn thấy những hình ảnh mà không có kính bằng cách sử dụng một màn hình có thể chuyển hình ảnh chính xác cho mắt trái và phải. Tiến sĩ Chan nói điều đó loại bỏ nhu cầu phải thay kính trong quá trình phẫu thuật và nguy cơ gây ô nhiễm cho lĩnh vực phẫu thuật vô trùng. Phương pháp mới sẽ được sử dụng trong trung tâm phẫu thuật mới của bệnh viện mở cửa vào tháng 7.

"Chúng tôi thực sự hy vọng rằng công nghệ này sẽ giúp bác sĩ phẫu thuật được an toàn ở mọi khâu để không cần phải đoán một điều gì đó", Tiến sĩ Chan cho biết.