Internet kết nối vạn vật (IoT) là một khái niệm phản ánh một tập hợp kết nối của mọi thứ, vào bất cứ lúc nào, bất kỳ nơi nào, bất kỳ dịch vụ nào, và bất kỳ mạng nào. IoT là một trong những thế hệ công nghệ tiếp theo có thể tác động đến toàn bộ các ngành, nghề trong mọi lĩnh vực. Nó có thể được coi là sự kết nối của các đối tượng, thiết bị thông minh mà có thể được nhận diện, định danh duy nhất trong cơ sở hạ tầng Internet ngày nay với các lợi ích ngày càng mở rộng. Công nghệ IoT trong tự động hóa được hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực, cung cấp các giải pháp phù hợp cho nhiều ứng dụng như thành phố thông minh, giao thông thông minh, quản lý chất thải, an ninh, dịch vụ khẩn cấp, hậu cần, bán lẻ, kiểm soát công nghiệp và chăm sóc sức khoẻ..

Chăm sóc y tế và chăm sóc sức khoẻ là một trong những lĩnh vực tiềm năng của công nghệ IoT với các ứng dụng như giám sát sức khoẻ từ xa, chương trình thể dục, trợ giúp bệnh mãn tính và chăm sóc người cao tuổi... Các thiết bị y tế, cảm biến, các thiết bị chẩn đoán hình ảnh có thể được xem như là thiết bị thông minh hoặc là các đối tượng cấu thành trong IoT. Các ứng dụng IoT trong dịch vụ chăm sóc sức khoẻ ​​sẽ làm giảm chi phí, nâng cao chất lượng cuộc sống và làm phong phú trải nghiệm của người dùng. Theo quan điểm của các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khoẻ, bằng cách cung cấp từ xa, IoT có khả năng giảm thời gian chết của thiết bị y tế, có thể xác định chính xác thời gian tối ưu để bổ sung nguồn cung cho nhiều thiết bị khác nhau đảm bảo các hoạt động trơn tru và liên tục của chúng. Thêm nữa, sự tương tác hiệu quả thông qua kết nối liền mạch và an toàn giữa các bệnh nhân, bác sỹ, phòng khám và các tổ chức y khoa sẽ là một xu hướng chính của tương lai. Các hệ thống chăm sóc sức khoẻ hiện đại có thể được điều khiển bởi trí tuệ nhân tạo, các công nghệ điều khiển không dây để hỗ trợ các bệnh mãn tính, cần chẩn đoán sớm, theo dõi thời gian thực và các trường hợp khẩn cấp y tế khác. Cổng thông tin, máy chủ y tế và các cơ sở dữ liệu y tế đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hồ sơ sức khoẻ và cung cấp các dịch vụ y tế theo yêu cầu cho các bên liên quan.

Công nghệ mạng cảm biến cơ thể (Body sense network-BSN) là một trong những công nghệ mang tính bắt buộc, cốt lõi của IoT trong hệ thống chăm sóc sức khoẻ mà trong đó, mà một bệnh nhân có thể được theo dõi bằng cách sử dụng một tập hợp các nút cảm biến không dây nhỏ có trọng lượng nhẹ và năng lượng tiêu thụ thấp được đeo hoặc thậm chí cấy ghép vào cơ thể để giám sát các chức năng của cơ thể, theo dõi tình trạng bệnh con người và môi trường xung quanh.

Hình 1. Hệ thống chăm sóc sức khoẻ BSN dựa trên công nghệ IoT

(Nguồn: https://www.researchgate.net/publication/284281321_BSN-Care_A_Secure_IoT-based_Modern_Healthcare_System_Using_Body_Sensor_Network)

Hệ thống mạng cảm biến BSN thể hiện tại Hình 1 bao gồm tập hợp các cảm biến đeo hoặc cấy ghép cơ bản như sau:

- Cảm biến điện tâm đồ ECG (electrocardiography) theo dõi hoạt động của tim

- Cảm biến điện đồ cơ EMG (electromyography) theo dõi hoạt động của cơ

- Cảm biến điện não đồ EEG (electroencephalography) theo dõi hoạt động điện não

- Cảm biến huyết áp BP (blood pressure) theo dõi chỉ số huyết áp

- Cảm biến chuyển động Motion được sử dụng để ước tính hoạt động của người dùng.

Ngoài ra, người ta có thể mở rộng các loại cảm biến chức năng khác như:

- Cảm biến nhịp thở

- Cảm biến "sock thông minh" hoặc bộ cảm biến đếm được trang bị ở đế giày được sử dụng để mô tả các bước chân riêng lẻ

- …….

Các cảm biến này thu thập các thông số sinh lý chỉ định của cơ thể và chuyển tiếp cho một thiết bị điều phối (Local Processing Unit-LPU). Thiết bị này có thể là một thiết bị di động như: Điện thoại thông minh, máy tính bảng… Thiết bị điều phối LPU hoạt động như một bộ định tuyến giữa các nút cảm biến BSN và máy chủ trung tâm hệ thống (máy chủ BSN), sử dụng các phương tiện giao tiếp Internet không dây: 3G/4G/CDMA/GPRS… Trong quá trình hoạt động, nếu thiết bị điều phối LPU phát hiện bất kỳ sự bất thường nào được phát hiện từ các cảm biến thì nó sẽ cảnh báo ngay cho người dùng. Ví dụ, chỉ số huyết áp (BP) ít hơn hoặc bằng 120 là bình thường, khi chỉ số huyết áp BP của người đó đạt đến 125, thiết bị điều phối LPU sẽ cảnh báo cho người dùng thông qua các chức năng có sẵn như tiếng bíp trong điện thoại di động hay một đoạn tin nhắn cảnh báo...

Cơ sở dữ liệu của máy chủ BSN nhận và phân tích dữ liệu của người dùng (người mang một số bộ cảm biến sinh học) từ thiết bị điều phối LPU. Trong quá trình phân tích dữ liệu, nếu xuất hiện các dữ liệu bất thường và dựa trên mức độ bất thường đã được chỉ định, nó có thể tương tác với thành viên gia đình của người dùng, bác sĩ địa phương, hoặc thậm chí là đơn vị cấp cứu khẩn cấp của một trung tâm chăm sóc sức khoẻ gần đó. Người dùng không chỉ là những bệnh nhân mà có thể là những người bình thường khi sử dụng nhiều bộ cảm biến sinh học trên cơ thể, máy chủ BSN sẽ liên tục nhận được những bản cập nhật dữ liệu định kỳ từ các cảm biến thông qua thiết bị điều phối LPU. Máy chủ BSN sẽ duy trì một loạt các hành động được chỉ định cho mỗi loại dữ liệu BSN mà nó nhận được từ thiết bị điều phối LPU. Ví dụ như bảng dưới đây:

Bảng1. Biểu thị hoạt động dựa trên dữ liệu nhận được từ cảm biến huyết áp BP

Tại bảng trên, thông qua cột biểu thị, cột hoạt động dựa trên dữ liệu nhận được từ cảm biến huyết áp BP của máy chủ BSN. Ở đó, nếu chỉ số huyết áp BP thấp hơn hoặc bằng 120 thì máy chủ không thực hiện bất kỳ hành động nào. Nếu, khi chỉ số huyết áp BP lớn hơn 130, thì máy chủ sẽ báo cho các thành viên trong gia đình của người dùng đó. Nếu chỉ số huyết áp BP trở nên lớn hơn 160 và không có thành viên trong gia đình của người dùng nhận được thông tin cuộc gọi thì máy chủ chuyển đồng thời sang liên lạc với bác sĩ địa phương. Hơn nữa, nếu chỉ số huyết áp BP của người đó vượt qua ngưỡng 160 mà vẫn không có phản hồi từ thành viên gia đình hoặc bác sĩ địa phương thì máy chủ BSN sẽ thông báo cho một đơn vị cấp cứu khẩn cấp của trung tâm chăm sóc sức khoẻ, đồng thời cung cấp vị trí của người đó thông qua dữ liệu mạng hoặc từ cảm biến vị trí GPS mà vệ tinh thu được. Ở đây, các tham số phản ứng "FR" (Phản ứng gia đình), "PR" (Phản ứng của bác sỹ) và "ER" (Phản ứng khẩn cấp) là các kiểu dữ liệu Boolean ⁽¹⁾, có thể là đúng (T) hoặc sai (F).

Nếu giá trị của bất kỳ tham số phản hồi nào là sai (F), thì máy chủ sẽ lặp lại hành động của nó. Ví dụ, khi các thông số phản hồi gia đình "FR: F", sau đó các máy chủ sẽ liên tục gửi thông tin cảnh báo tới các thành viên gia đình của người dùng. Nếu các thành viên trong gia đình của người liên quan nhận được thông tin cảnh báo thì giá trị của tham số phản hồi gia đình (FR) sẽ trở thành đúng, có nghĩa là “FR: T”. Tuy nhiên, nếu tham số phản hồi gia đình “FR: F” và chỉ số huyết áp BP >130 thì máy chủ BSN - Care sẽ gọi, gửi thông tin cảnh báo cho bác sĩ địa phương. Trong trường hợp, bác sĩ cũng không trả lời thông tin của máy chủ, thì giá trị của tham số trả lời của bác sĩ “PR” sẽ sai “F”. Lúc này, máy chủ sẽ liên tục gọi, gửi thông tin cảnh báo cho cả thành viên gia đình người dùng và bác sĩ cho đến khi giá trị phản hồi nào (FR, PR) trở thành đúng “T”. Trong khi đó, nếu "FR: F", "PR: F" và chỉ số huyết áp BP> 160, ngay lập tức máy chủ BSN sẽ thông báo ngay cho đơn vị khẩn cấp của trung tâm chăm sóc sức khoẻ gần nhất với những người có liên quan. Khi đơn vị khẩn cấp có phản hồi, thì giá trị của thông số phản hồi khẩn cấp "ER" sẽ trở thành đúng “T”, tức là "ER: T".

Ở mức độ cao hơn, hệ thống BNS sẽ tự động thu thập dữ liệu từ các người dùng thông qua máy chủ cá nhân tích hợp (điện thoại thông minh, máy tính bảng…), những dữ liệu này được phân tích xử lý, tích hợp vào hồ sơ bệnh án và tự động xuất các báo cáo sức khỏe định kỳ. Tùy theo dữ liệu về mức độ tình trạng sức khỏe người dùng, máy chủ cá nhân tích hợp LPU hoặc máy chủ hệ thống BNS sẽ đưa ra các khuyến cáo về sức khỏe nếu cần. Những khuyến cáo này sẽ được ghi lại trong hồ sơ bệnh án điện tử. Trong trường hợp, nếu dữ liệu nhận được chỉ ra tình trạng bệnh lý nguy hiểm sắp xảy ra, một dịch vụ khẩn cấp có thể được kích hoạt ở nhiều cấp độ trong hệ thống y tế. Vị trí chính xác của bệnh nhân có thể được xác định dựa trên điểm truy cập Internet hoặc cảm biến GPS trên cơ thể hay trong máy chủ cá nhân LPU. Các chuyên gia y khoa có thể ngay lập tức truy cập hồ sơ bệnh án điện tử để theo dõi, chẩn đoán và có các phác đồ điều trị thích hợp dựa trên những dữ liệu thông tin mới được thu thập.

Với cơ chế hoạt động như trên, hệ thống BSN có thể mở rộng với bất cứ thành phần người dùng nào như: trẻ em, người già (giám sát), những người có nguy cơ nhiễm bệnh cao, làm việc trong môi trường độc hại (công nhân hầm mỏ…) …

Một số loại cảm biến sinh học phổ biến hiện nay được phát triển và ứng dụng thông qua những hình thức như: Thiết bị đeo, mặc; Thiết bị dán; Thiết bị cấy ghép.

Hình 2. Hình thức ứng dụng cảm biến sinh học

(Nguồn: https://rockhealth.com/reports/the-future-of-biosensing-wearables/)

Sự phát triển của IoT đã tạo ra bước chuyển đổi đột phá lớn trong y khoa, tạo ra một ngành công nghiệp chăm sóc sức khoẻ hiệu quả với chi phí thấp. Ở đó, các nhà cung cấp dịch vụ y tế, giới nghiên cứu, các hãng dược … cũng như người dùng có thể tiếp cận kiến thức y học phát triển, kết hợp dữ liệu lịch sử và dữ liệu thời gian thực (dữ liệu di truyền học, lối sống, môi trường …) của bệnh nhân để đưa ra những nghiên cứu, khuyến cáo phòng tránh, chẩn đoán và có phác đồ điều trị phù hợp cho từng người bệnh.

Tại Việt Nam hiện nay, các cảm biến cơ thể được tích hợp vào đồng hồ thông minh hay điện thoại thông minh xuất hiện ngày càng nhiều với các ứng dụng đơn lẻ như: đo huyết áp, nhịp tim, đồng hồ sinh học… Tuy nhiên, để tích hợp dữ liệu thông tin của chúng vào các hệ thống thông tin y tế điện tử với ứng dụng như sổ y bạ điện tử, tư vấn chẩn đoán chăm sóc sức khỏe từ xa … sẽ còn phải trải qua một chặng đường dài phát triển, với sự tham gia của mọi người.

Ghi chú:

(1) Kiểu dữ liệu Boolean: Một biến có kiểu dữ liệu Boolean mang 1 trong 2 giá trị: True hoặc False (đúng hoặc sai)

Tham khảo:

What the FCC’s new rules mean for wireless body sensors

https://www.imedicalapps.com/2015/02/fcc-wireless-body-sensors/

BSN-Care: A Secure IoT-Based Modern Healthcare System Using Body Sensor Network

https://www.researchgate.net/publication/284281321_BSN-Care_A_Secure_IoT-based_Modern_Healthcare_System_Using_Body_Sensor_Network

A wireless body area network of intelligent motion sensors for computer assisted physical rehabilitation https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10.1186/1743-0003-2-6

Bước tiến của y tế và công nghệ chăm sóc sức khỏe http://www.pcworld.com.vn/articles/cong-nghe/song-va-cong-nghe/2016/03/1246740/buoc-tien-cua-y-te-va-cong-nghe-cham-soc-suc-khoe/

Biometrics and Wearable Technology – The Inevitable Marriage

https://www.opengovasia.com/articles/7605-part-2-biometrics-and-wearable-technology-the-inevitable-marriage

Lê Việt Hưng