Đột phá trong công nghệ theo dõi sức khỏe

AI tiết lộ sức khỏe thông qua bản đồ nhiệt độ khuôn mặt

Nhóm nhà nghiên cứu nhấn mạnh tiềm năng công nghệ này trong việc thúc đẩy quá trình lão hóa lành mạnh bằng cách sử dụng hình ảnh nhiệt trên khuôn mặt dự đoán tình trạng sức khỏe và tuổi sinh học của một người. Nghiên cứu cũng phát hiện những hoạt động thể chất thường xuyên như nhảy dây có thể làm giảm tuổi nhiệt của một người, cho thấy mối liên hệ có thể có giữa tập thể dục và một số dấu hiệu lão hóa do nhiệt.

Mũi lạnh hơn và má ấm hơn có thể là dấu hiệu cảnh báo huyết áp tăng cao. Nhóm nhà nghiên cứu phát hiện nhiệt độ ở các vùng khuôn mặt khác nhau có liên quan đến nhiều bệnh mãn tính khác nhau - chẳng hạn như bệnh tiểu đường và huyết áp cao. Những khác biệt về nhiệt độ này không dễ nhận biết bằng cách chạm vào cơ thể mà thay vào đó có thể được xác định bằng cách sử dụng các mẫu nhiệt độ không gian cụ thể do AI tạo ra, đòi hỏi phải có camera nhiệt và mô hình được đào tạo dữ liệu.

Một đứa trẻ với thiết bị có dây truyền gắn vào cánh tay trái và thiết bị được phát triển bám vào cánh tay phải, cung cấp thuốc kích thích tuyến mồ hôi.

Với nhiều nghiên cứu sâu hơn, một ngày nào đó bác sĩ có thể sử dụng phương pháp tiếp cận đơn giản và không xâm lấn này giúp phát hiện sớm nhiều bệnh. Jing-Dong Jackie Han, tác giả liên lạc của bài báo tại Đại học Bắc Kinh (Trung Quốc), cho biết: “Lão hóa là một quá trình tự nhiên. Nhưng công cụ của chúng tôi có tiềm năng thúc đẩy quá trình lão hóa lành mạnh và giúp mọi người sống không bệnh tật”.

Nhóm nghiên cứu trước đây sử dụng cấu trúc khuôn mặt 3D dự đoán tuổi sinh học con người, cho biết cơ thể đang lão hóa tốt như thế nào. Tuổi sinh học có liên quan chặt chẽ đến nguy cơ mắc bệnh, bao gồm ung thư và tiểu đường. Họ tò mò liệu các đặc điểm khác của khuôn mặt, chẳng hạn như nhiệt độ, cũng có thể dự đoán tốc độ lão hóa và tình trạng sức khỏe hay không.

Han và đồng nghiệp phân tích nhiệt độ khuôn mặt của hơn 2.800 người tham gia Trung Quốc trong độ tuổi từ 21 đến 88. Sau đó, nhóm nhà nghiên cứu sử dụng thông tin để đào tạo các mô hình AI cho phép dự đoán tuổi nhiệt của một người. Họ xác định được một số vùng chính trên khuôn mặt, nơi nhiệt độ có liên quan đáng kể đến tuổi tác và sức khỏe - bao gồm mũi, mắt và má.

Nhiệt độ trung bình khuôn mặt của ba nhóm trạng thái lão hóa ở phụ nữ 50 đến 60 tuổi.

Nhóm nghiên cứu phát hiện nhiệt độ ở mũi giảm theo tuổi nhanh hơn các bộ phận khác trên khuôn mặt, nghĩa là những người có mũi ấm hơn có tuổi nhiệt trẻ hơn. Đồng thời, nhiệt độ quanh mắt có xu hướng tăng theo tuổi. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện những người mắc chứng rối loạn chuyển hóa như bệnh tiểu đường và bệnh gan nhiễm mỡ có quá trình lão hóa nhiệt nhanh hơn. Họ có xu hướng có nhiệt độ vùng mắt cao hơn so với những người khỏe mạnh cùng độ tuổi.

Những người bị huyết áp cao cũng có nhiệt độ má cao hơn. Bằng cách phân tích mẫu máu những người tham gia, nhóm nghiên cứu tiết lộ nhiệt độ tăng quanh mắt và má chủ yếu là do sự gia tăng hoạt động của tế bào liên quan đến tình trạng viêm, chẳng hạn như sửa chữa DNA bị hư hỏng và chống lại nhiễm trùng. Sự gia tăng các hoạt động này dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ ở một số vùng trên khuôn mặt. Han giải thích: “Đồng hồ nhiệt có liên quan chặt chẽ đến các bệnh chuyển hóa đến mức các mô hình chụp ảnh khuôn mặt trước đây không thể dự đoán được những tình trạng này”.

Sử dụng camera nhiệt và AI, nhóm nhà nghiên cứu có thể phát hiện các bệnh mãn tính bằng cách phân tích nhiệt độ khuôn mặt.

Do mối liên hệ này, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm xem liệu tập thể dục có thể ảnh hưởng đến tuổi nhiệt hay không. Họ yêu cầu 23 người tham gia nhảy dây ít nhất 800 lần mỗi ngày trong hai tuần. Điều khiến nhóm nghiên cứu ngạc nhiên là những người tham gia này đã giảm tuổi nhiệt của họ xuống 5 năm chỉ sau hai tuần tập thể dục.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu xem liệu họ có thể sử dụng hình ảnh nhiệt trên khuôn mặt để dự đoán các bệnh khác như rối loạn giấc ngủ hoặc các vấn đề về tim mạch hay không. Han bình luận: “Chúng tôi hy vọng có thể áp dụng công nghệ chụp ảnh nhiệt trên khuôn mặt trong các cơ sở lâm sàng vì nó có tiềm năng đáng kể trong việc chẩn đoán và can thiệp bệnh sớm”.

Công nghệ dấu ấn sinh học mới cách mạng hóa việc theo dõi sức khỏe

Thử nghiệm lâm sàng thành công trên bệnh nhi mắc bệnh xơ nang bằng cách sử dụng một thiết bị linh hoạt cho phép kích thích tuyến mồ hôi và đồng thời cảm biến sinh học. Nghiên cứu hợp tác kéo dài hai năm giữa KIST và Đại học Northwestern. Mồ hôi chứa các dấu ấn sinh học có thể theo dõi nhiều tình trạng sức khỏe khác nhau, từ bệnh tiểu đường đến rối loạn di truyền.

Lấy mẫu mồ hôi, không giống như lấy máu, được người dùng ưa thích hơn do tính chất không đau của nó. Tuy nhiên, để có đủ chất dinh dưỡng hoặc hormone từ mồ hôi để thử nghiệm, trước đây cần phải hoạt động thể chất cường độ cao để tạo ra mồ hôi. Phương pháp này đặt ra thách thức cho những cá nhân có khả năng di chuyển hạn chế.

Thiết bị mới theo dõi tình trạng sức khỏe thông qua phân tích mồ hôi mà không cần hoạt động thể chất.

Tiến sĩ Kim Joohee từ Trung tâm Nghiên cứu Bionics tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) và Giáo sư John A. Rogers từ Đại học Northwestern cùng công bố phát triển một thiết bị theo dõi mồ hôi tiện lợi không cần hoạt động thể chất mà cung cấp sự kích thích bằng thuốc thông qua làn da.

Không giống như các phương pháp tạo ra mồ hôi thông qua tập thể dục trước đây, thiết bị này cung cấp thuốc kích thích tuyến mồ hôi qua da. Nhóm nghiên cứu phát triển một thiết bị linh hoạt có khả năng đưa thuốc đến tuyến mồ hôi bằng cách truyền dòng điện vào hydrogel chứa thuốc. Thiết bị này nhỏ và mềm, có thể dễ dàng gắn vào da. Mồ hôi do thuốc gây ra được thu thập trong các kênh vi lỏng bên trong thiết bị và được phân tích để tìm dấu ấn sinh học bằng cảm biến sinh học.

Điều này cho phép phân tích dấu ấn sinh học trong mồ hôi, giảm nhu cầu đến bệnh viện rườm rà để xét nghiệm và giảm nguy cơ ô nhiễm dấu ấn sinh học trong quá trình xét nghiệm, từ đó tăng độ chính xác. Thiết bị do nhóm nghiên cứu phát triển được gắn vào trẻ sơ sinh bị bệnh xơ nang và nồng độ clorua, một dấu hiệu sinh học trong mồ hôi, đã được xác nhận.

Kết quả phù hợp với kết quả thu được từ các phương pháp phân tích truyền thống sử dụng mồ hôi thu thập trong bệnh viện, với độ chính xác trên 98%. Ngoài ra, độ ổn định của thiết bị trên da được đảm bảo bằng cách xác nhận nhiệt độ và giá trị pH của da. Vì bệnh xơ nang chủ yếu biểu hiện ở trẻ nhỏ nên việc theo dõi liên tục sự tiến triển của bệnh và tình trạng thể chất là cần thiết. Với thiết bị này, việc theo dõi có thể được thực hiện dễ dàng tại nhà, giảm căng thẳng về tâm lý và thể chất cho bệnh nhân nhi và người chăm sóc.

Hình minh họa và hình ảnh của thiết bị có khả năng phân phối thuốc và theo dõi đồng thời các dấu ấn sinh học trong mồ hôi.

Thiết bị mới được phát triển này góp phần mở rộng công nghệ theo dõi bệnh không xâm lấn dựa trên mồ hôi ở người trưởng thành khỏe mạnh. Hơn nữa, công nghệ vận chuyển thuốc qua da có thể được sử dụng không chỉ để tạo ra mồ hôi mà còn tăng tốc độ phân phối thuốc ở các khu vực cục bộ như tình trạng da hoặc vết thương, từ đó đẩy nhanh quá trình phục hồi.

Tiến sĩ Kim Joohee bình luận: “Qua hai năm hợp tác nghiên cứu với Đại học Northwestern, chúng tôi không chỉ giải quyết được những hạn chế của những phương pháp gây ra mồ hôi hiện có mà còn đạt được thành công trong nghiên cứu lâm sàng, đưa chúng tôi tiến một bước gần hơn đến việc thương mại hóa”. Giáo sư John A. Rogers nói thêm: “Chúng tôi có kế hoạch tiến hành các nghiên cứu lâm sàng và thương mại hóa quy mô lớn, bao gồm cả người lớn, trong tương lai”.

Trang Thuần (Tổng hợp)