Phương pháp mới có thể đo đạc huyết sắc tố mà không cần lấy mẫu máu

Năng lực để thực hiện một trong những xét nghiệm lâm sàng phổ biến nhất mà không cần lấy máu có thể giúp giảm thiểu việc đi tới các phòng khám của mỗi người, qua đó giúp các bác sĩ có thể dễ dàng giám sát các bệnh nhân nặng, và cải thiện khả năng chăm sóc y tế trong các quốc gia thu nhập trung bình và thấp, nơi người dân không có nhiều cơ hội tới phòng khám.“Cách tiếp cận y tế linh hoạt mới của chúng tôi đang tiến từng bước trên đường đưa các mức xét nghiệm huyết sắc tố cho việc dò các bệnh thiếu máu, tổn thương thận và xuất huyết, hoặc để đánh giá các bệnh lý liên quan đến máu như bệnh hồng cầu hình liềm”, Young Kim của trường đại học Purdue và là người dẫn dắt nghiên cứu, nói. “Đại dịch COVID-19 đã làm tăng thêm nhận thức về sự cần thiết mở rộng chăm sóc y tế cơ động và dịch vụ y tế từ xa”.

Kim và đồng nghiệp từ trường đại học Indianapolis, trường Y thuộc trường đại học Vanderbilt (Mỹ) và trường Y thuộc trường đại học Moi ở Kenya đã công bố cách tiếp cận mới “mHealth spectroscopy of blood hemoglobin with spectral super-resolution” trênOptica.

Các nhà nghiên cứu sử dụng phần mềm để chuyển đổi camera trong một điện thoại thông minh thành một máy ảnh siêu phổ có thể đo đạc được các mức sắc tố một cách tin cậy (một biện pháp đo lượng oxy trong máu) mà không cần đến bất kỳ biến đổi phần cứng nào phải bổ sung thêm các thiết bị. Một xét nghiệm lâm sàng thử nghiệm với các tình nguyện viên của Bệnh viện trường đại học Moi cho thấy các lỗi dự đoán của kỹ thuật điện thoại di động so với các kỹ thuật đo đạc trong các xét nghiệm máu lâm sàng vào khoảng 5 đến 10%.

Phòng thí nghiệm của Kim tập trung vào phát triển các công nghệ y tế trước hết được thiết kế và thử nghiệm trong những điều kiện giới hạn nguồn lực của các quốc gia thu nhập thấp và trung bình. Những đổi mới sáng tạo đó sau đó được ứng dụng trong những vấn đề thách thức quan trọng của y tế trong những quốc gia phát triển như Mỹ.

“Công nghệ mới này có thể hữu dụng với việc dò tình trạng thiếu máu, vốn là đặc điểm của những mức độ thấp của huyết sắc tố”, Kim giải thích. “Đây là một vấn đề y tế công cộng lớn trong các quốc gia đang phát tiển nhưng có thể là nguyên nhân của bệnh ung thư và điều trị ung thư”.

Thông tin phổ từ điện thoại thông minh

Các phân tích quang phổ được dùng để đo đạc lượng huyết sắc tố bởi nó có một phổ hấp thụ ánh sáng dễ nhận thấy trong phạm vi bước sóng nhìn thấy được. Dẫu vậy, kiểu phân tích này đòi hỏi những thành phần quang học cồng kềnh và đắt tiền mang tính đặc thù.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản y tế cơ động cho phép phân tích này bằng việc áp dụng một phương pháp tiếp cận là quang phổ siêu phân giải phổ. Kỹ thuật này sử dụng phần mềm để chuyển các bức ảnh thực mang tính chất mô tả bệnh với các hệ phân giải thấp như camera điện thoại thông minh thành các tín hiệu phổ số hóa với độ phân giải cao.

Các nhà nghiên cứu sau đó đã chọn mí mắt trong như một điểm cảm biến bởi hệ mạch máu vi mô dễ dàng nhìn thấy ở đây; nó dễ dàng để đánh giá và có màu đỏ đồng dạng. Mí mắt trong cũng không bị màu da ảnh hưởng, vốn là yếu tố khiến gia tăng những hiệu chuẩn cá nhân.

Để xem việc thực hiện đo đạc huyết sắc tố bằng kỹ thuật mới như thế nào, các bệnh nhân đẩy mí mắt xuống cho bác sĩ xem các mạch máu nhỏ phía dưới. Một bác sĩ hoặc một người được trải qua các khóa tập huấn sau đó sử dụng ứng dụng điện thoại thông minh do các nhà nghiên cứu này phát triển để chụp các bức ảnh mí mắt. Một thuật toán siêu phân giải phổ được dùng để trích xuất ra những thông tin phổ chi tiết từ các hình ảnh camera rồi thuật toán trên máy tính khác định lượng huyết sắc tố bằng việc dò các đặc điểm phổ độc nhất vô nhị của chúng.

Ứng dụng điện thoại này có nhiều đặc điểm được thiết kế để ổn định hóa chất lượng hình ảnh trên điện thoại thông minh và đồng bộ hóa đèn nháy của điện thoại nhằm có được những hình ảnh thích hợp. Nó cũng cung cấp những hướng dẫn về sự sàng lọc để đảm bảo người sử dụng giữ một khoảng cách nhất định giữa camera điện thoại với mắt bệnh nhân. Dẫu thông tin phổ này được lấy ra bằng một thuật toán trên máy tính riêng rẽ, các nhà nghiên cứu chờ đợi thuật toán này có thể được tích hợp vào ứng dụng điện thoại.

Thử nghiệm lâm sàng

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm kỹ thuật mới với 153 tình nguyện viên liên quan đến những xét nghiệm máu thông thường tại Bệnh viện trường đại học Moi. Họ dùng dữ liệu từ nhóm được lựa chọn một cách ngẫu nhiên, sau đó thử nghiệm ứng dụng sức khỏe mới này với 15 tình nguyện viên còn lại. Những kết quả cho thấy thử nghiệm y tế này có thể cung cấp các biện pháp với những hiệu quả về huyết sắc tố ở phạm vi lớn hơn so với xét nghiệm máu truyền thống.

Trong một nghiên cứu lâm sàng riêng rẽ, ứng dụng điện thoại được sử dụng để đánh giá các bệnh nhân ung thư tại Trung tâm Ung thư Simon ở trường đại học Indiana. Các nhà nghiên cứu đang hợp tác với đồng nghiệp ở trường đại học Rwanda để tiến hành những nghiên cứu tiếp theo và đang lập kế hoạch hợp tác với Bệnh viện Shrimad Rajchandra ở Ấn Độ để sử dụng công cụ y tế này để đánh giá các tình trạng dinh dưỡng quốc gia, sự thiếu máu và bệnh hồng cầu hình liềm trên các bệnh nhân ở đây.

“Công trình của chúng tôi chứng tỏ nghiên cứu dựa trên dữ liệu và nghiên cứu tập trung vào dữ liệu phổ ánh sáng có thể cung cấp các cachs mới để tối giản hóa sự phức tạp của phần cứng và tạo điều kiện cho những biện pháp y tế cơ động”, Kim nói. “Việc kết hợp các cảm biến sẵn có trong các điện thoại thông minh hiện nay với các cách tiếp cận dựa vào dữ liệu có thể nhanh chóng gia tăng tốc độ đổi mới sáng tạo và dịch chuyển nghiên cứu trong lĩnh vực này”.