Phân tích hơi thở chẩn đoán bệnh

• Chuẩn đoán bệnh qua hơi thở

Trưởng khoa học gia của phòng thí nghiệm Dolby, bà Poppy Crum, người tham gia vào thí nghiệm, lên tiếng giải thích: "Khi chúng ta đối mặt với trầm cảm, vui thích hay cảm xúc dâng trào thì thành phần hóa học trong hơi thở của chúng ta cũng thay đổi theo. Nói dễ hiểu hơn thì khi các cơ căng lên hay nhịp tim gấp gáp thì nó sẽ thay đổi đến cách chúng ta thở, cũng như thứ mà chúng ta thở".

Các cảm biến đã phát hiện lượng CO2 thở ra - một dấu ấn sinh học cổ điển của cơ thể có giao kết với cảm xúc tăng cao.

Hơi thở - tín hiệu phát hiện bệnh

Một phần trong khối lượng công việc của bà Crum là hiểu về những sự tương tác sinh lý của con người với công nghệ và các cách thức sẽ thay đổi trong tương lai.

Nhà thần kinh học Poppy Crum của Phòng thí nghiệm Dolby (San Francisco, Mỹ), đơn vị đang phát triển các cảm biến theo dõi hơi thở để chẩn đoán bệnh cho người.

Crum đo lường thông qua sự phản hồi sinh học từ cơ thể - và mọi thứ thở ra có CO2, đến các mô hình giọng nói, những thay đổi nhỏ nhất trên khuôn mặt, kích cỡ đồng tử của con mắt và nhiệt độ da tại những vị trí chính xác trên cơ thể. Bà Poppy Crum quả quyết rằng việc khai thác các dữ liệu sinh học này có thể cải thiện cách chúng ta chẩn đoán và điều trị bệnh.

Bà Crum đang tham gia cùng với nhiều nhà khoa học, các công ty và nhà đầu tư - những người cùng có nhận thức cao về hơi thở trong phòng chống bệnh tật. Chúng ta nói, chúng ta đi lại và các hợp chất có trong cơ thể của chúng ta đang chứa những manh mối tiềm ẩn hình thành bệnh tật sau này.

Cách mà hai đồng tử giãn ra có thể tiết lộ các yếu tố về trạng thái cảm xúc cũng như cách chúng ta cố gắng hiểu một số thứ. Các hormone tiết ra trên bề mặt da có thể là một chỉ dấu về mức độ trầm cảm. ngay cả cách chúng ta chạm và vuốt vào màn hình điện thoại thông minh cũng có thể đọc được các ký tự về trạng thái nhận thức.

Sự phổ biến ngày càng tăng của các cảm biến trong cuộc sống hiện đại, từ thiết bị đeo tai cho đến các công nghệ theo dõi trong nhiều dạng môi trường, là những cái cổng mà qua đó dữ liệu cơ thể có thể được thu thập nhằm xây dựng nên những bộ hồ sơ về sức khỏe và phúc lợi cá nhân.

Một nền tảng sâu sắc về tâm lý học thực nghiệm và sinh lý học thần kinh đã đưa chân bà tới Đại học Stanford. Là một giáo sư về phụ trợ, Crum chú trọng vào nghiên cứu sử dụng phản hồi sinh học để sáng tạo ra các trò chơi thực tế ảo và tăng cường cá nhân hóa. Thường những trò chơi này dùng cho các chức năng phục hồi, một kiểu giống như một nhà khoa học vi tính và vận động viên bóng rổ cùng phát triển ra trò chơi huấn luyện cân bằng VR để đặc trị cho bệnh nhân Parkinson's.

Trong dự án này, các tín hiệu sinh học như dáng đi và truyền tải nhận thức được đo bằng cảm biến, kế đó nó được lặp lại vào trò chơi để có thể phù hợp theo các nhu cầu của cá nhân. Suốt 8,5 năm qua, công việc của bà Poppy Crum là tận dụng chiều sâu và sự phong phú của dữ liệu sinh học.

Chẳng hạn như Đồng Tử học (ngành khoa học nghiên cứu về sự giãn ra và co lại của đồng tử con người) có thể hé lộ một số luồng thông tin khác nhau về trạng thái của người dùng.

Bà Crum giải thích: "Rõ ràng, đồng tử có một thứ phản xạ ánh sáng, nhưng nó cũng phản ứng với sự ràng buộc và cả với tải nhận thức". (Đồng tử nở rộng khi chúng ta làm việc chăm chỉ để hiểu biết về thông tin). Vì vậy có đến 3 cách hiểu khác nhau từ chỉ 1 dấu hiệu.

Khả năng theo dõi đồng tử sẽ sớm trở nên phổ biến trong mỗi cặp kính thông minh bán trên thị trường; mỗi cặp kính có trang bị các microphone và kèm với trình phân tích do trí tuệ nhân tạo (AI) điều khiển và bạn có thể nắm bắt được những bối cảnh thay đổi trong mắt cho dù đó là một buổi nói chuyện giàu thông tin hay tương tác đầy căng thẳng". Kết hợp các luồng dữ liệu phong phú này để có thể đọc tốt nhất về trạng thái nội bộ của ai đó, là một nguyên tắc được áp dụng trong các chẩn đoán bệnh.

Có trụ sở ở Cambridge (Anh), công ty Owlstone Medical là đơn vị đang mang nhiều thiết bị cảm biến nhằm phát triển ra các máy phân tích hơi thở để lưu trữ các thông tin sinh học từ không khí mà chúng ta thở ra. Phát minh của công ty Owlstone gồm một mặt nạ nhựa dùng 1 lần, nó được gắn với 4 cái ống bằng kim loại có dính những miếng lót có thể kết dính những hợp chất hữu cơ mà chúng ta thở ra.

Những hợp chất này như những phụ phẩm hình thành từ sự trao đổi chất của cơ thể, các hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột cùng sự phân hủy đồ ăn hoặc thuốc men mà chúng ta hấp thụ.

Các hợp chất còn đến từ những hóa chất mà chúng ta hấp thụ từ môi trường xung quanh. Những hợp chất này đi vào máu rồi từ đó chuyển vào đường thở (cứ mỗi 1 phút, toàn bộ máu người lại đi qua phổi). Do vậy, một mẫu hơi thở kéo dài 1 phút có thể đọc trực tiếp để hiểu về sức khỏe và cơ chế xử lý của cơ thể.

Sinh thiết hơi thở?

Ông Chris Claxton, người đứng đầu phòng quan hệ đầu tư của công ty Owlstone Medical chuyên nghiên cứu về sinh thiết hơi thở, phát biểu: "Hơi thở là một kiểu hình mà có thể thật sự cung cấp nhiều thông tin bổ ích về sức khỏe cá nhân".

Một nhà khoa học đang thử nghiệm máy sinh thiết hơi thở tại phòng thí nghiệm của công ty Owlstone Medical ở Cambridge (Anh).

Owlstone phân tích thành phần trong các ống kim loại tại phòng thí nghiệm của công ty ở Cambridge, đây cũng là phòng thí nghiệm sinh thiết hơi thở thương mại duy nhất trên thế giới hiện nay. Thiết bị cầm tay của Owlstone có thể được sử dụng ở bất kỳ đâu cho dù là văn phòng bác sĩ, trong bệnh viện hay các tư gia. Trọng tâm chẩn đoán của Owlstone là xác định các chỉ dấu chính xác của bệnh tật trong hơi thở.

Hiện tại, công ty Owlstone đang điều hành đợt thử nghiệm chỉ dấu hơi thở lớn nhất thế giới từ trước tới nay do Cục Y tế Anh (NHS) cung cấp ngân sách, và đang có 4.000 bệnh nhân, nhằm xác định các chỉ dấu nhằm phát hiện giai đoạn đầu của bệnh ung thư phổi.

Owlstone cũng giúp xác định các chỉ dấu sinh học dựa trên hơi thở mà có thể tiết lộ thuốc đã hoạt động ra sao trong cơ thể, từ đó giúp cho các công ty dược tạo ra nhiều cách điều trị hiệu quả hơn. Năm 2019 này, Owlstone dự định mở các phòng thí nghiệm mới ở Trung Quốc và Mỹ.

Ông Chris Claxton nhấn mạnh: "Mục tiêu của chúng tôi là cho phép sử dụng hơi thở như một loại chẩn đoán mà giá trị như cách xét nghiệm máu hay nước tiểu". Không chỉ có Owlstone, hiện các công ty khác cũng đang chuyển hướng sang những nguồn thông tin để chẩn đoán bệnh. Cụ thể là nghiên cứu chỉ ra rằng: giọng nói có thể là công cụ dự báo hiệu quả các dấu hiệu thời kỳ đầu của bệnh Alzheimer's.