Kỹ thuật sinh học y tế

Kỹ thuật sinh học y tế (tiếng Anh: Biomedical Engineering hay BME, đôi khi còn gọi là Medical Engineering hoặc Bioengineering) là một lĩnh vực khoa học ứng dụng kết hợp các nguyên lý kỹ thuật với các ý tưởng thiết kế để giải quyết các vấn đề trong y học, sinh học và chăm sóc sức khỏe khác (như chẩn đoán và điều trị). Kỹ thuật sinh học y tế làm cầu nối giữa kỹ thuật máy móc và y học, kết hợp thiết kế để giải quyết các vấn đề mà trước đây y học và sinh học chưa thể tiếp cận, từ đó nâng cao khả năng chăm sóc sức khỏe, bao gồm chẩn đoán, theo dõi và điều trị.

Kỹ thuật sinh học y tế là một lĩnh vực mới, chủ yếu còn ở giai đoạn nghiên cứu và bao gồm nhiều lĩnh vực khác nhau: tin sinh học, chẩn đoán hình ảnh, xử lý ảnh, xử lý tín hiệu sinh lý, cơ sinh học, vật liệu sinh học với kỹ thuật sinh học, phân tích hệ thống, mô hình hóa 3D, và nhiều hơn nữa. Ví dụ về ứng dụng của kỹ thuật sinh học y tế bao gồm phát triển và chế tạo các bộ phận giả sinh học, thiết bị y tế, thiết bị chẩn đoán và hình ảnh như MRI và EEG, cùng với các loại thuốc.

Trong kỹ thuật sinh học y tế, các nghiên cứu quan trọng có thể được tiếp cận từ hai góc độ chính: ứng dụng y học và kỹ thuật. Một nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này cần có cái nhìn tổng quát và kết hợp cả hai hướng. Tùy theo chuyên môn của các lĩnh vực (như tim mạch hoặc thần kinh), kỹ thuật sinh học y tế cần xác định phương hướng rõ ràng và kết nối với một chuyên khoa cụ thể, ví dụ như:

• Liệu pháp tim mạch (Cardiovascular technology) - bao gồm thuốc, chế phẩm sinh học, và thiết bị liên quan đến chẩn đoán và điều trị hệ tuần hoàn.
• Liệu pháp thần kinh (Neural technology) - bao gồm thuốc, chế phẩm sinh học, và thiết bị liên quan đến chẩn đoán và điều trị não bộ và hệ thần kinh.
• Kỹ thuật chỉnh hình (Orthopaedic technology) - bao gồm thuốc, chế phẩm sinh học, và thiết bị liên quan đến chẩn đoán và điều trị hệ xương.

Giới thiệu

Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã ảnh hưởng sâu rộng đến mọi mặt của đời sống, nâng cao chất lượng cuộc sống. Y học cũng không nằm ngoài xu thế này. Khi đến bệnh viện, bạn sẽ thấy những thiết bị kỹ thuật hiện đại, tương tự như trong các tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, như CT, MRI, PET, SPECT..., hay thiết bị điều trị như 'dao mổ' điện và châm cứu bằng laser (quang châm). Đây là những thành tựu mới nhất trong y học hiện đại, ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến để cải thiện thiết bị chẩn đoán và điều trị bệnh tật.

Trước yêu cầu ngày càng cao của xã hội, ngành kỹ thuật mới và hiện đại đã ra đời: Kỹ thuật sinh học y tế – Biomedical Engineering.

Kỹ thuật sinh học y tế

Trong thế kỷ 20, vật lý là trung tâm của khoa học. Tuy nhiên, bước sang thế kỷ 21, nghiên cứu tập trung vào sự sống sẽ trở thành điểm chính. Ngành y sinh học sẽ là trung tâm của các lĩnh vực khoa học khác, tạo ra nhiều giao thoa như lý sinh (BioPhysics), hóa sinh (BioChemistry), với mục tiêu áp dụng các nguyên lý vật lý và hóa học để nghiên cứu sự sống và khám phá bản chất hóa học của các quá trình sinh học. Điều này giúp chúng ta hiểu và can thiệp vào các quá trình này một cách rõ ràng.

Vì vậy, ngành kỹ thuật sinh học y tế trở nên cần thiết bên cạnh các ngành khoa học cơ bản khác như y học, vật lý, sinh học, và nhiều lĩnh vực khác.

Kỹ thuật sinh học y tế là ngành khoa học kết hợp kỹ thuật, sinh học và y học. Nó sử dụng các thiết bị kỹ thuật để tạo ra các tác nhân ảnh hưởng lên tổ chức sống trong cơ thể, từ đó tạo ra các hiệu ứng sinh học có thể đo lường. Nghiên cứu trong lĩnh vực này giúp đánh giá và điều chỉnh các trạng thái, chức năng và cấu trúc trong cơ thể, hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh.

Do đó, 'kỹ thuật sinh học y tế được coi là nền tảng cho các ngành kỹ thuật khác tiếp cận sâu hơn vào các ứng dụng trong y sinh'

Công nghệ thông tin trong y tế - Y tế số

Công nghệ thông tin y tế (medical informatics) và y tế số (internet healthcare) tập trung vào việc phát triển phần mềm và công cụ máy tính nhằm hỗ trợ xử lý các vấn đề y tế. Ngành này yêu cầu kiến thức sâu rộng về khoa học máy tính, dữ liệu, toán học, lập trình và giải phẫu học (đối với tin học y sinh). Hiện nay, công nghệ thông tin y tế và y tế số đang phát triển nhanh chóng trong các lĩnh vực của kỹ thuật y sinh.

Kỹ thuật sinh học cơ thể

Kỹ thuật sinh học cơ thể (biomechanics) là lĩnh vực nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và hoạt động của các hệ thống sinh học như hệ xương khớp, hệ tuần hoàn và hệ thống trao đổi chất của tế bào. Đôi khi, lĩnh vực vật lý trị liệu cũng được tích hợp vào kỹ thuật sinh học cơ thể dưới tên gọi 'khoa học phục hồi chức năng' (rehabilitation).

Vật liệu sinh học

Vật liệu sinh học (biomaterial) là lĩnh vực nghiên cứu phát triển các loại vật liệu mới có khả năng tương thích với các cơ chế sinh học và sinh lý của cơ thể người. Các ứng dụng phổ biến của vật liệu sinh học bao gồm trong phẫu thuật thẩm mỹ (như chất độn cằm V-Line, silicone độn ngực), nha khoa (răng sứ), và phẫu thuật chỉnh hình (ốc vít cố định xương gãy),...

Thiết bị y tế

Thiết bị y tế (medical devices – medical instrumentation) là một lĩnh vực rộng lớn bao gồm từ các thiết bị chẩn đoán hóa học (máy xét nghiệm máu, nước tiểu,...), chẩn đoán hình ảnh (máy chụp X-quang, siêu âm, CT, MRI,...), thiết bị đo lường (máy đo huyết áp, đường huyết, SpO2,...), đến các máy điều hòa nhịp tim, chip cấy ghép, máy điện não và điện tâm đồ. Ngành này liên quan đến nhiều lĩnh vực như kỹ thuật điện (hệ thống vi xử lý, vi mạch), điện tử (xử lý tín hiệu, dữ liệu số, cảm biến), cơ khí (robotics, tự động hóa), công nghệ thông tin (lập trình, khoa học dữ liệu), hóa ứng dụng (hóa sinh, hóa học xét nghiệm), vật lý y khoa (lý sinh, sinh lý học), và sinh học (sinh học tế bào, giải phẫu học).

Không một trường đại học nào trên thế giới có thể cung cấp toàn bộ kiến thức về thiết bị y tế do sự đa dạng của nó. Các cơ sở giáo dục thường chia nhỏ thành các chuyên ngành cụ thể như hình ảnh y sinh (medical imaging), tín hiệu y sinh (biomedical signal analysis and processing), khoa học xét nghiệm y sinh (biomedical diagnosis system), cảm biến y sinh (biosensors), kỹ thuật thần kinh (neural engineering), hệ thống vi mạch y sinh (biomedical microsystems),...

Cơ hội nghề nghiệp

Sau khi hoàn thành chương trình đào tạo, các kỹ sư có thể lựa chọn nhiều hướng đi trong sự nghiệp như:

+ Đảm nhận vai trò kỹ sư lâm sàng tại bệnh viện hoặc trung tâm y tế, quản lý và vận hành thiết bị y tế, làm việc cùng bác sĩ trong các nghiên cứu và tư vấn kỹ thuật.

+ Làm việc tại các công ty sản xuất và kinh doanh thiết bị y tế. Lĩnh vực này chủ yếu được chiếm lĩnh bởi các công ty nước ngoài tại Việt Nam, với nhu cầu tuyển dụng cao và mức lương hấp dẫn.

+ Tham gia nghiên cứu và phát triển thiết bị y tế mới, phù hợp với các điều kiện và nhu cầu đặc thù của Việt Nam.

+ Đây là một ngành công nghệ tiên tiến và có nhiều cơ hội học bổng sau đại học, đứng đầu trong các lĩnh vực kỹ thuật hiện nay.

Những bước tiến quan trọng

Trong lĩnh vực chẩn đoán, các thiết bị công nghệ cao không ngừng được cải tiến và phát triển, nâng cao chất lượng chẩn đoán. Các bệnh hiểm nghèo giờ đây có thể được phát hiện sớm hơn nhờ vào các công nghệ như X-quang, CT, DSA, MRI, và các ứng dụng hạt nhân như PET và SPECT.

Một trong những đột phá quan trọng trong điều trị là ứng dụng laser, mang lại hiệu quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Ví dụ như châm cứu bằng laser, điều trị bằng laser nội tĩnh mạch, điều trị thoát vị đĩa đệm qua da bằng laser, và các phương pháp phẫu thuật như dao mổ laser CO2 và laser bán dẫn.

Hiện tại, lĩnh vực khởi nghiệp y sinh tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, phần lớn các sản phẩm mới được thương mại hóa tập trung vào lĩnh vực tin học y sinh và chăm sóc sức khỏe qua internet.