Dụng cụ phẫu thuật thông minh

Trong phẫu thuật khối u, bác sĩ luôn phải giải quyết đồng thời hai mục tiêu khó khăn: loại bỏ càng triệt để khối u càng tốt, đồng thời bảo vệ tối đa những tế bào lành xung quanh. Đây là bài toán đặc biệt quan trọng, bởi chỉ một vùng khối u còn sót lại hoặc một tổn thương không cần thiết ở mô khỏe mạnh cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình điều trị và sự sống còn của người bệnh. Từ yêu cầu đó, các kỹ sư y sinh tại Trường Đại học Y Emory, Viện Công nghệ Georgia và Đại học Pennsylvania, Mỹ, đã phối hợp phát triển một dụng cụ cầm tay hỗ trợ bác sĩ nhận diện khối u ngay trong lúc phẫu thuật. Thiết bị mới mang tên SpectroPen, được thiết kế như một công cụ nhỏ gọn nhưng đảm nhiệm nhiệm vụ quan sát tín hiệu đặc trưng phát ra từ khu vực bất thường trong cơ thể. Nhờ khả năng cung cấp thông tin trực tiếp tại vùng mổ, dụng cụ này có thể giúp bác sĩ xác định vị trí khối u rõ ràng hơn so với việc chỉ dựa vào quan sát bằng mắt hoặc các hình ảnh thu được trước ca phẫu thuật. Ý nghĩa lớn nhất của SpectroPen nằm ở việc hỗ trợ thao tác chính xác, giảm nguy cơ cắt nhầm mô lành trong khi vẫn hướng đến loại bỏ đầy đủ phần mô bệnh. Để thiết bị có thể nhận diện khối u, trước khi phẫu thuật, bác sĩ sẽ tiêm vào tĩnh mạch bệnh nhân những chất kháng thể được thiết kế đặc biệt. Bên trong các chất kháng thể này có những hạt vàng phủ polymer, kết hợp cùng một loại thuốc nhuộm huỳnh quang có khả năng tạo tín hiệu ánh sáng khi được kích thích thích hợp. Cách chuẩn bị này biến các thành phần được tiêm vào thành những dấu hiệu nhận biết, giúp SpectroPen phân biệt vùng có khối u với những mô bình thường xung quanh. Các hạt vàng có đặc điểm bám chặt vào phía ngoài của các tế bào khối u nhiều hơn so với mức độ bám vào những tế bào bình thường. Sự khác biệt trong khả năng bám dính khiến khu vực khối u tập trung nhiều tín hiệu đặc trưng hơn, qua đó tạo cơ sở để thiết bị phát hiện và khoanh vùng trong quá trình mổ. Tuy nhiên, các hạt vàng không hoạt động riêng lẻ, bởi chúng phối hợp với chất nhuộm huỳnh quang để tạo ra những dạng tín hiệu mà hệ thống quang học của SpectroPen có thể ghi nhận. SpectroPen sử dụng laser hồng ngoại gần để kích thích các thành phần đã tập trung quanh tế bào khối u trong vùng phẫu thuật. Sau khi được kích thích, các hạt vàng và chất nhuộm màu phát ra những tín hiệu ánh sáng, gồm tín hiệu huỳnh quang hoặc ánh sáng phân tán, tùy theo đặc tính của từng thành phần. Chính những tín hiệu này cung cấp cho bác sĩ thông tin trực tiếp về vị trí tương đối của vùng mô đang cần được kiểm tra hoặc xử lý. Một máy dò ánh sáng được tích hợp trong hệ thống có nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu phát ra sau quá trình chiếu laser hồng ngoại gần. Thiết bị còn kết nối với hệ thống bằng cáp sợi quang học, cho phép ghi lại những tín hiệu phát sáng tại khu vực phẫu thuật một cách thuận tiện. Khi dữ liệu ánh sáng được thu nhận, bác sĩ có thêm căn cứ để nhận biết nơi các hạt vàng và thuốc nhuộm huỳnh quang đang tập trung, thay vì phải phỏng đoán hoàn toàn dựa trên hình dạng mô. Trong thực tế phẫu thuật, khả năng cầm tay giúp SpectroPen tiếp cận trực tiếp những vị trí cần kiểm tra, đồng thời hỗ trợ bác sĩ quan sát tín hiệu ngay trong lúc thao tác. Dụng cụ có thể giúp định vị khối u rõ hơn, từ đó hướng dẫn quá trình xử lý theo vùng mô bất thường thay vì mở rộng can thiệp sang các khu vực không cần thiết. Nhờ vậy, công nghệ này hướng đến việc tăng độ chính xác khi loại bỏ khối u, đồng thời hạn chế ảnh hưởng đến các cơ quan khác của bệnh nhân. SpectroPen chưa thay thế bác sĩ, nhưng cung cấp thêm một lớp thông tin quang học hữu ích trong thời điểm quyết định của ca mổ. Sự kết hợp giữa kháng thể, hạt vàng phủ polymer, thuốc nhuộm huỳnh quang, laser hồng ngoại gần và cáp sợi quang học tạo nên cơ chế nhận diện tương đối tinh vi trong một dụng cụ cầm tay. Với mục tiêu giúp bác sĩ định vị và thao tác chính xác hơn trên khối u mà không ảnh hưởng đến các cơ quan khác, sáng chế của các nhóm nghiên cứu Mỹ mở ra một hướng hỗ trợ đáng chú ý cho phẫu thuật ung thư.