Thiết bị cấy ghép y tế kết nối IoT: các ứng dụng tiêu biểu

Hoàng

June 17, 2025

23 phút đọc

Lớp cảm biến tạo nên nền tảng cho bất kỳ thiết bị cấy ghép y tế kết nối IoT nào.

Đây là phần giao tiếp trực tiếp với cơ thể bệnh nhân, chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu sinh lý quan trọng để theo dõi tình trạng sức khỏe.

Lớp cảm biến bao gồm nhiều loại cảm biến sinh học như thiết bị theo dõi nhịp tim, cảm biến glucose, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, thiết bị phát hiện chuyển động và thậm chí cả cảm biến điện não đồ (EEG) đo hoạt động điện của não.

Trong một số thiết bị cấy ghép tiên tiến, lớp cảm biến còn tích hợp các bộ truyền động.

Đây là những cơ chế có khả năng thực hiện các hành động vật lý dựa trên dữ liệu thu thập được hoặc lệnh nhận được.

Ví dụ: máy bơm insulin cấy ghép có thể cung cấp liều thuốc chính xác hoặc một thiết bị kích thích thần kinh có thể phát ra xung điện để điều chỉnh hoạt động của dây thần kinh.

Nhiệm vụ chính của lớp cảm biến bao gồm thu thập dữ liệu sinh lý hoặc môi trường thô xung quanh thiết bị cấy ghép và thực hiện các tác vụ xử lý tín hiệu ban đầu.

Những tác vụ này thường liên quan đến việc lọc nhiễu để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu, chuyển đổi tín hiệu (như biến đổi từ analog sang digital) và chuẩn bị các gói dữ liệu để truyền tải.

Tác vụ ban đầu rất quan trọng vì nó tối ưu hóa xử lý dữ liệu tiếp theo và tiết kiệm pin khi giảm thiểu các lần truyền tải không cần thiết.

Thông qua cảm biến và bộ truyền động, thiết bị duy trì kết nối thời gian thực liên tục với cơ thể bệnh nhân, có thể phát hiện ngay lập tức các tình trạng bất thường và can thiệp kịp thời khi cần thiết.

Thường được gọi là “bộ não” của hệ sinh thái thiết bị cấy ghép y tế IoT, lớp xử lý dữ liệu nhận dữ liệu thô hoặc tổng hợp từ lớp mạng.

Sau đó áp dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến để tạo ra những thông tin có ý nghĩa.

Lớp xử lý dữ liệu sử dụng các thuật toán tinh vi bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) để diễn giải các tín hiệu sinh lý phức tạp.

Nhận diện các mẫu, phát hiện bất thường, dự đoán xu hướng tương lai và hỗ trợ các quyết định chẩn đoán, nó biến đổi các luồng số liệu thô thành thông tin y tế có thể hành động được.

Ví dụ: mô hình AI có thể phân tích xu hướng biến thiên nhịp tim để dự báo rối loạn nhịp tim trước khi chúng biểu hiện lâm sàng hoặc đánh giá sự dao động mức glucose để tối ưu hóa lịch trình cung cấp insulin cho bệnh nhân tiểu đường.

Dữ liệu đã xử lý và kết quả phân tích thường được lưu trữ trong các trung tâm dữ liệu bảo mật hoặc nền tảng đám mây.

Vì vậy giúp các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe có thể truy cập hồ sơ bệnh nhân toàn diện từ xa.

Lưu trữ tập trung cũng hỗ trợ nghiên cứu liên tục thông qua tổng hợp các bộ dữ liệu ẩn danh từ nhiều bệnh nhân.

Khả năng xử lý khối lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác ở giai đoạn này là bắt buộc để cung cấp cảnh báo kịp thời, thực hiện điều chỉnh điều trị.

Từ đó cá nhân hóa kế hoạch chăm sóc phù hợp với nhu cầu riêng của từng bệnh nhân.

Máy tạo nhịp tim và máy khử rung tim

Máy tạo nhịp tim và ICDs từ lâu đã đóng vai trò quan trọng để quản lý các rối loạn nhịp tim.

Theo cách truyền thống, những thiết bị này phát ra xung điện để điều hòa nhịp đập tim hoặc tạo ra cú sốc để điều chỉnh các rối loạn nhịp tim nguy hiểm.

Tuy nhiên, tích hợp công nghệ IoT đã biến đổi khả năng của chúng vượt xa việc tạo nhịp hoặc khử rung cơ bản.

Theo dõi liên tục và phát hiện sớm

Máy tạo nhịp tim và ICDs kết nối IoT hiện đại theo dõi liên tục hoạt động điện của tim, thu thập dữ liệu chi tiết về nhịp tim và nhịp điệu.

Giám sát liên tục giúp phát hiện sớm các rối loạn nhịp tim nguy hiểm như rung nhĩ (AF), một yếu tố nguy cơ chính gây đột quỵ.

Phát hiện sớm AF hoặc các bất thường khác tạo điều kiện cho can thiệp kịp thời, có thể ngăn ngừa các biến chứng nghiêm trọng.

Truyền dữ liệu thời gian thực và quản lý từ xa

Nhờ khả năng kết nối IoT, những thiết bị này tự động truyền thông tin quan trọng đến các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe hoặc trung tâm giám sát chuyên biệt.

Dữ liệu được truyền bao gồm xu hướng nhịp tim, các đợt nhịp điệu bất thường, và các chỉ báo trạng thái thiết bị như tuổi thọ pin và trở kháng điện cực.

Luồng dữ liệu liên tục giúp các bác sĩ có thể theo dõi sức khỏe bệnh nhân từ xa mà không cần đến viện thường xuyên.

Hơn nữa, bác sĩ có thể điều chỉnh cài đặt thiết bị từ xa để tối ưu hóa liệu pháp dựa trên dữ liệu nhận được.

Ví dụ: họ có thể tinh chỉnh các thông số tạo nhịp hoặc ngưỡng sốc mà không cần bệnh nhân phải trải qua các thủ thuật xâm lấn.

Khả năng cấu hình từ xa cải thiện hiệu quả điều trị và nâng cao sự tiện lợi cho bệnh nhân thông qua việc giảm thiểu các cuộc hẹn tái khám không cần thiết.

Những công ty hàng đầu và công nghệ

• Medtronic cung cấp dòng máy tạo nhịp tim Azure™ MRI SureScan™ tích hợp công nghệ BlueSync™, có thể lập trình qua máy tính bảng và theo dõi từ xa thông qua ứng dụng di động MyCareLink Heart™.
• Boston Scientific cung cấp máy tạo nhịp tim và ICDs tương thích với chụp MRI (MRI ImageReady™) hỗ trợ các chức năng giám sát từ xa.
• Abbott phát triển các thiết bị kết nối với Mạng chăm sóc bệnh nhân Merlin.net™, tạo điều kiện quản lý thiết bị từ xa toàn diện.
• Microchip Technology cung cấp các giải pháp truyền thông RF băng tần MICS chuyên biệt được thiết kế riêng cho ICDs, đảm bảo truyền dữ liệu không dây đáng tin cậy.
• Cardiac RMS chuyên về các dịch vụ giám sát từ xa dành riêng cho thiết bị cấy ghép tim mạch, nâng cao hệ sinh thái chăm sóc bệnh nhân.
• Biotronik cung cấp hệ thống Home Monitoring® thực hiện truyền dữ liệu tự động hàng ngày từ thiết bị cấy ghép, có thể giám sát bệnh nhân liên tục.

Những đổi mới này cùng nhau làm nổi bật cách tích hợp IoT nâng tầm các thiết bị cấy ghép tim truyền thống thành những thiết bị thông minh, kết nối, cải thiện kết quả lâm sàng thông qua việc giám sát và quản lý nâng cao

Thiết bị theo dõi tim (ICMs)

ICMs đại diện cho ứng dụng quan trọng khác của công nghệ IoT trong tim mạch học.

Đây là những thiết bị nhỏ được cấy ghép ngay dưới da.

Chúng được thiết kế để cung cấp khả năng theo dõi điện tâm đồ (ECG) liên tục dài hạn trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm.

Phát hiện rối loạn nhịp tim không thường xuyên và khó nắm bắt

Một trong những ưu thế chính của ICMs là khả năng phát hiện các rối loạn nhịp tim không thường xuyên hoặc thoáng qua có thể thoát khỏi các phương pháp giám sát ngắn hạn như ECG Holter.

Do đó chúng đặc biệt hữu ích để chẩn đoán các cơn ngất không rõ nguyên nhân (syncope) hoặc nghi ngờ rung nhĩ tiềm ẩn.

Đây là những tình trạng có thể bị bỏ qua trong các khám định kỳ.

Truyền dữ liệu IoT liền mạch

Khả năng kết nối IoT giúp tự động truyền các bản ghi ECG bất thường hoặc sự kiện do bệnh nhân kích hoạt đến các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe để phân tích chi tiết.

Khi bệnh nhân gặp các triệu chứng như hồi hộp hoặc chóng mặt, họ có thể kích hoạt thiết bị thủ công để ghi lại và gửi các đoạn ECG liên quan.

Luồng dữ liệu chi tiết liên tục giúp bác sĩ đưa ra chẩn đoán chính xác hơn và đánh giá hiệu quả của các điều trị đang thực hiện.

Nó cũng hỗ trợ điều chỉnh liệu pháp kịp thời dựa trên hoạt động tim thực tế thay vì các phép đo riêng lẻ tại phòng khám.

Các hệ thống hàng đầu trên thị trường

• LUX-Dx™ ICM của Boston Scientific nổi bật với thiết kế thuật toán kép giúp giảm thiểu cảnh báo sai, cải thiện độ chính xác trong phát hiện rối loạn nhịp tim. Nó cũng giúp các bác sĩ có thể lập trình và điều chỉnh cài đặt thiết bị từ xa thông qua nền tảng quản lý dữ liệu LATITUDE Clarity™ và ứng dụng bệnh nhân myLUX™.
• Medtronic là một công ty lớn khác cung cấp các giải pháp ICM tiên tiến với khả năng kết nối IoT tích hợp để theo dõi và quản lý tim mạch từ xa liền mạch.

Đây là những hệ thống minh họa cách công nghệ IoT nâng cao việc theo dõi tim truyền thống thông qua việc giám sát bệnh nhân dài hạn, chính xác và tương tác.

Ví dụ: Một bệnh nhân 65 tuổi bị ngất không rõ nguyên nhân được cấy ghép ICM kết nối IoT. Trong 6 tháng theo dõi, thiết bị phát hiện và tự động gửi dữ liệu về 3 đợt rung nhĩ ngắn xảy ra vào ban đêm mà bệnh nhân không hay biết.

Dựa trên thông tin nhận được, bác sĩ tim mạch có thể kê đơn thuốc chống đông máu phòng ngừa đột quỵ.

Sau đó điều chỉnh liệu pháp phù hợp, giúp ngăn ngừa được một cơn đột quỵ tiềm tàng.

Thiết bị kích thích não sâu (DBS)

Nguyên tắc hoạt động

Kích thích não sâu là phương pháp điều trị đã được khẳng định từ lâu.

DBS sử dụng để quản lý một số rối loạn thần kinh thông qua điều chỉnh hoạt động não bất thường.

Quy trình này bao gồm cấy ghép các điện cực nhỏ vào các vùng cụ thể của não.

Những điện cực này kết nối với một máy tạo xung, thường được cấy ghép dưới da gần ngực.

Máy tạo xung phát ra các xung điện với tần số và cường độ được kiểm soát để điều chỉnh hoạt động thần kinh bất thường liên quan đến các tình trạng như bệnh Parkinson, run tay bản thể, động kinh kháng thuốc và rối loạn ám ảnh cưỡng chế.

Điều khiến thiết bị DBS kết nối IoT đặc biệt có tính biến đổi là khả năng chia sẻ dữ liệu hoạt động từ xa.

Thông qua kết nối IoT, các bác sĩ lâm sàng có thể theo dõi liên tục các thông số thiết bị và thu thập tín hiệu não thời gian thực như Điện thế trường cục bộ (LFPs).

Dữ liệu này vô cùng quý giá để tinh chỉnh cài đặt kích thích trên từng cá nhân mà không cần đến viện thường xuyên.

Khả năng điều khiển từ xa không chỉ tối ưu hóa hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu tác dụng phụ thông qua điều chỉnh chính xác phù hợp với nhu cầu biến động của từng bệnh nhân.

Hơn nữa, công nghệ này mở ra cánh cửa cho các hệ thống DBS vòng kín có thể tự động thích ứng kích thích dựa trên phản hồi từ tín hiệu sinh học của não.

Do đó cải thiện khả năng đáp ứng và kết quả điều trị.

Hệ thống phổ biến

Có thể kể đến hệ thống Percept™ PC của Medtronic được trang bị công nghệ BrainSense™.

Thiết bị này cung cấp ghi âm hoạt động não thời gian thực và hỗ trợ liệu pháp thích ứng thông qua kết nối với các nền tảng quản lý dữ liệu giúp bác sĩ thực hiện điều chỉnh có căn cứ.

Hệ thống Liberta RC™ và Infinity™ của Abbott tích hợp với nền tảng Chăm sóc số NeuroSphere™ bao gồm Phòng khám ảo NeuroSphere™ có thể lập trình từ xa và quản lý bệnh nhân.

Boston Scientific là một công ty chủ chốt khác cung cấp các giải pháp DBS tiên tiến.

Thiết bị kích thích tủy sống (SCS)

Nguyên tắc hoạt động

Máy kích thích tủy sống giúp quản lý đau mãn tính thông qua truyền xung điện nhẹ gần tủy sống qua các điện cực cấy ghép được kết nối với máy tạo xung bên trong.

Những xung này can thiệp vào việc truyền tín hiệu đau đến não.

Vì vậy giúp giảm đau trong các tình trạng như đau lưng hoặc đau chân dai dẳng.

Tích hợp kết nối IoT nâng cao tác dụng những thiết bị này khi trao quyền kiểm soát cường độ kích thích cho bệnh nhân trong giới hạn an toàn thông qua bộ điều khiển từ xa cầm tay.

Đồng thời, các chuyên gia y tế có thể theo dõi hiệu quả điều trị và việc sử dụng thiết bị từ xa.

Giao tiếp hai chiều tạo điều kiện điều chỉnh liệu pháp cá nhân hóa mà không cần đến văn phòng khám, cải thiện sự tiện lợi và hài lòng của bệnh nhân.

Hơn nữa, đây là phương pháp giúp giảm sự phụ thuộc vào thuốc opioid thông qua việc cung cấp chiến lược quản lý đau thay thế có thể được tinh chỉnh theo phản hồi thời gian thực.

Các chương trình kích thích cá nhân hóa góp phần vào chất lượng cuộc sống tốt hơn và ít tác dụng phụ hơn.

Hệ thống tiêu biểu

Hệ thống WaveWriter Alpha™ SCS của Boston Scientific cung cấp các tùy chọn có thể tùy chỉnh bao gồm liệu pháp FAST™ tránh cảm giác ngứa ran đôi khi liên quan đến kích thích.

Bộ điều khiển mySCS GO trao quyền cho bệnh nhân kiểm soát trực quan liệu pháp của họ.

Medtronic gần đây đã nhận được phê duyệt FDA cho hệ thống Inceptiv™, một SCS vòng kín tiên phong tự động điều chỉnh cường độ kích thích dựa trên phản hồi sinh lý từ cơ thể, nâng cao độ chính xác và khả năng thích ứng.

Hệ thống Proclaim™ Plus và Proclaim™ XR của Abbott có tính năng liệu pháp BurstDR™, một mẫu kích thích độc quyền được thiết kế để cung cấp giảm đau hiệu quả với khó chịu tối thiểu.

Giao diện não-máy tính (BCIs)

Nguyên tắc hoạt động

Giao diện não-máy tính đại diện cho một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong công nghệ thần kinh.

Những thiết bị này bao gồm cấy ghép điện cực trực tiếp vào não hoặc trên bề mặt não để thu thập tín hiệu thần kinh, thường được gọi là sóng não.

Các thuật toán phức tạp giải mã những tín hiệu này thành các lệnh có thể điều khiển thiết bị bên ngoài như máy tính, cánh tay robot, xe lăn hoặc thậm chí truyền phản hồi cảm giác nhân tạo trở lại cho não.

Kết nối IoT đóng vai trò quan trọng trong những hệ thống này thông qua truyền tải nhanh chóng và đáng tin cậy khối lượng lớn dữ liệu thần kinh và tín hiệu điều khiển giữa thiết bị cấy ghép và thiết bị bên ngoài hoặc nền tảng đám mây.

Kết nối này rất quan trọng cho khả năng đáp ứng thời gian thực và trải nghiệm người dùng liền mạch.

BCIs cung cấp các ứng dụng đầy hứa hẹn để khôi phục chức năng vận động, khả năng giao tiếp hoặc nhận thức cảm giác ở những người bị ảnh hưởng bởi liệt, chấn thương tủy sống, hoặc bệnh thần kinh nghiêm trọng.

Ngoài chức năng điều trị, BCIs có tiềm năng nâng cao khả năng nhận thức của con người và tương tác với môi trường số.

Hệ thống tiêu biểu

Neuralink, được thành lập bởi Elon Musk, đang phát triển các thiết bị cấy ghép điện cực mật độ cao nhằm ban đầu hỗ trợ những người bị liệt hoặc mù trong khi hình dung các ứng dụng nâng cao nhận thức trong tương lai.

Synchron đã tạo ra Stentrode™, một BCI ít xâm lấn hơn được chèn qua mạch máu thay vì phẫu thuật não mở.

Thiết bị này giúp bệnh nhân có thể điều khiển công nghệ số chỉ thông qua suy nghĩ và gần đây đã tích hợp với các công nghệ AI như ChatGPT để tăng cường tương tác.

Một số hệ thống quan trọng khác bao gồm Blackrock Neurotech, Paradromics, và Precision Neuroscience đều thúc đẩy thiết kế cấy ghép, xử lý tín hiệu và ứng dụng lâm sàng.

Ví dụ: Một bệnh nhân bị liệt hoàn toàn do chấn thương tủy sống được cấy ghép BCI của Synchron. Thông qua nghĩ về di chuyển tay, tín hiệu não được thiết bị thu thập và truyền qua IoT đến máy tính, giúp anh có thể gõ tin nhắn, lướt web và thậm chí điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà chỉ bằng suy nghĩ.

Gần đây, khi tích hợp với ChatGPT, anh có thể “nói chuyện” với AI một cách tự nhiên thông qua ý nghĩ.

Do đó mở ra khả năng giao tiếp và học tập hoàn toàn mới mà trước đây không thể tưởng tượng được.

Viên nang thông minh có thể nuốt

Viên nang thông minh được thiết kế cho chẩn đoán đường tiêu hóa chứa nhiều thành phần tích hợp: camera thu nhỏ, nhiều loại cảm biến và bộ truyền không dây.

Sau khi được nuốt, viên nang tự di chuyển qua toàn bộ đường tiêu hóa, chụp ảnh độ phân giải cao và thu thập dữ liệu sinh lý dọc theo đường đi.

Cảm biến bên trong viên nang đo các thông số nội tại quan trọng như nhiệt độ, độ pH, áp suất và thậm chí có thể phát hiện sự hiện diện của máu hoặc các hóa chất cụ thể cho thấy quá trình bệnh lý.

Những phép đo này cung cấp dữ liệu thời gian thực về môi trường bên trong hệ tiêu hóa.

Dữ liệu và hình ảnh thu thập được sẽ được truyền không dây đến thiết bị nhận bên ngoài do bệnh nhân đeo hoặc trực tiếp đến ứng dụng điện thoại thông minh.

Truyền dữ liệu liền mạch hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe theo dõi sức khỏe tiêu hóa nội tại từ xa mà không cần thủ thuật xâm lấn.

Ưu điểm so với nội soi truyền thống

Phương pháp nội soi truyền thống liên quan đến thủ thuật đưa ống mềm có camera qua miệng hoặc trực tràng để quan sát đường tiêu hóa.

Mặc dù hiệu quả, những thủ thuật này có thể gây khó chịu, cần gây mê và đôi khi gây ra rủi ro liên quan đến tính xâm lấn.

Ngược lại, viên nang thông minh có thể nuốt cung cấp giải pháp thay thế ít xâm lấn để chẩn đoán các tình trạng như chảy máu đường tiêu hóa tiềm ẩn, loét, polyp và viêm.

Bệnh nhân chỉ cần nuốt viên nang như một viên thuốc thông thường.

Vì vậy loại bỏ phần lớn sự khó chịu và rủi ro liên quan đến nội soi truyền thống.

Ngoài ra, viên nang thông minh có thể tiếp cận các vùng mà ống nội soi thông thường có thể khó truy cập, như ruột non.

Do đó cung cấp cái nhìn toàn diện hơn về đường tiêu hóa.

Theo dõi tuân thủ thuốc thông qua cảm biến nhúng

Ngoài chẩn đoán, viên nang có thể nuốt được trang bị cảm biến cũng đóng vai trò trong theo dõi tuân thủ của bệnh nhân với phác đồ thuốc.

Khi được tích hợp vào viên thuốc điều trị, những cảm biến này có thể ghi lại thời gian chính xác một loại thuốc được nuốt và đi vào dạ dày.

Abilify MyCite® được phát triển bởi Otsuka Pharmaceutical hợp tác với Proteus Digital Health.

Đây là một loại thuốc chống loạn thần được nhúng cảm biến nhỏ xác nhận việc nuốt thuốc.

Do đó giúp bác sĩ lâm sàng theo dõi liệu bệnh nhân có tuân theo kế hoạch điều trị được kê đơn hay không.

Khả năng này đặc biệt có giá trị trong quản lý các tình trạng mãn tính, nơi việc tuân thủ thuốc ảnh hưởng đáng kể đến kết quả.

Dữ liệu tuân thủ thời gian thực giúp các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe can thiệp kịp thời nếu bệnh nhân bỏ liều hoặc ngừng điều trị.

Nghiên cứu mới và hướng phát triển

Các nỗ lực nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các cảm biến có thể nuốt chuyên biệt được thiết kế riêng cho chẩn đoán đường tiêu hóa chính xác hơn.

Cảm biến sẽ được thiết kế để phát hiện chảy máu đường tiêu hóa với độ nhạy cao hơn hoặc những cảm biến đo nồng độ các loại khí khác nhau được sản xuất trong ruột.

Vì thế có thể giúp chẩn đoán các rối loạn tiêu hóa chức năng như hội chứng ruột kích thích hoặc tăng sinh khuẩn ruột non thông qua phân tích profile khí.

Khi tích hợp cảm biến tiên tiến với kết nối IoT hứa hẹn việc theo dõi liên tục, thời gian thực có thể biến đổi khoa tiêu hóa từ xét nghiệm theo đợt sang quản lý liên tục.

Ví dụ: Một bệnh nhân 45 tuổi bị nghi ngờ chảy máu ruột non được sử dụng viên nang PillCam kết nối IoT thay vì nội soi xâm lấn. Trong 8 giờ viên nang di chuyển qua đường tiêu hóa, nó chụp hơn 50.000 hình ảnh và gửi dữ liệu thời gian thực về độ pH, nhiệt độ lên điện thoại bác sĩ.

Kết quả phát hiện một vết loét nhỏ ở ruột non, vùng khó tiếp cận bằng nội soi thông thường.

Nhờ phát hiện sớm, bệnh nhân được điều trị kịp thời và tránh được biến chứng chảy máu nặng.

Đối với theo dõi tuân thủ thuốc, một bệnh nhân tâm thần phân liệt sử dụng Abilify MyCite® giúp gia đình và bác sĩ biết chính xác thời gian uống thuốc.

Từ đó cải thiện đáng kể hiệu quả điều trị khi tỷ lệ tuân thủ tăng từ 60% lên 95%.