TÓM TẮT

1. Công nghiệp đã trải qua 4 cuộc cách mạng: Công nghiệp 1.0 (1760-1830) là kỷ nguyên của máy hơi nước, Công nghiệp 2.0 (1870-1914) là kỷ nguyên của động cơ điện, Công nghiệp 3.0 (1970) là kỷ nguyên của tự động hóa, và Công nghiệp 4.0 (từ 2013) là kỷ nguyên của kỹ thuật số.

2. Y học cũng trải qua 4 cuộc cách mạng: Y học 1.0 (trước 1950) là kỷ nguyên của X quang và siêu âm, Y học 2.0 (1970) là kỷ nguyên của CT và MRI, Y học 3.0 (1990) là kỷ nguyên của internet, và Y học 4.0 (hiện nay) là kỷ nguyên của Số hóa trong Y học.

3. Các công nghệ của Công nghiệp 4.0 được ứng dụng trong Y học 4.0 gồm: Hệ thống vật lý không gian mạng Y học, Công nghệ Nano Y học, Internet Vạn vật Y học, Trí tuệ Nhân tạo, Dữ liệu Y học lớn, In 3D Y học, Người máy Y học, Cảm biến Y học, Chế tạo bộ phận hỗ trợ Y học và Máy bay không người lái Y học.

4. Các thách thức đối với Y học 4.0: dữ liệu Y học lớn, sự trao đổi dữ liệu, việc học tập và nâng cao kỹ năng, sự thay đổi công nghệ nhanh, và an ninh mạng.

5. Ứng dụng của Y học 4.0 ở Việt Nam hiện nay: 90% người dân Việt Nam sẽ có bệnh án điện tử vào năm 2025. FPT IS đang tập trung đầu tư nghiên cứu và phát triển các sản phẩm phục vụ Y học theo xu hướng phát triển của Công nghiệp 4.0.

Medicine 4.0 in the Industry 4.0 era

Luat Nghiem Nguyen, MEDLATEC General Hospital

Vietnam Medical Journal 2019 Sep; 482: 10-15

ABSRACT

1. Industry has undergone 4 revolutions: Industry 1.0 (1760-1830) was the era of steam powered machines, Industry 2.0 (1870-1914) was the era of electronic machines, Industrial 3.0 (1970) was the era of automation, and Industry 4.0 (since 2013) was the era of digital technologies.

2. Medicine also underwent 4 revolutions: Medicine 1.0 (before 1950) was the era of X-rays and ultrasound, Medicine 2.0 (1970) was the era of applications of CT and MRI in medicine, Medicine 3.0 (1990) was the era of Internet, and Medicine 4.0 (today) is the era of the Digitization in Medicine.

3. Industry 4.0 technologies applied in Medicine 4.0 include: MCPS, Medical Nanotechnology, IoMT, AI, Medical Big Data, Medical 3D Printing, Medical Robots, Medical Sensors, Medical Additive Manufacturing, and Medical Drones.

4. Challenges for Medicine 4.0: Medical Big Data, Data exchange, Training and Skill Development, Technology changes quickly, and Cybersecurity.

5. Applications of 4.0 Medicine in Vietnam today: 90 percent of Vietnam's population will have the electronic medical record by 2025. FPT IS is focusing on investing in research and development of products serving Medicine according to the development trend of Industry 4.0.

*

Ngày nay, cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 (Industrial Revulation 4.0) hay gọi tắt là Công nghiệp 4.0 (Industry 4.0) và cuộc Cách mạng Y học 4.0 (Medical Revulation 4.0) hay gọi tắt là Y học 4.0 (Medicine 4.0) đang diễn ra nhanh chóng và mạnh mẽ trên toàn cầu. Chính sự phát triển như vũ bão của các cuộc cách mạng Công nghiệp đã tác động mạnh mẽ, toàn diện và sâu sắc đến các cuộc Cách mạng Y học trên toàn thế giới. Để hiểu được sự tác động của các cuộc Cách mạng Công nghiệp đến các Cuộc Cách mạng Y học, lịch sử phát triển của các thành tựu công nghệ cơ bản của 2 cuộc Cách mạng này sẽ được trình bày.                                                  

1. Tóm tắt lịch sử các cuộc cách mạng công nghiệp

Lịch sử thế giới đã trải qua 3 cuộc cách mạng công nghiệp và bây giờ đang trải qua cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (Công nghiệp 4.0).

1.1. Công nghiệp 1.0

Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên hay còn gọi là Công nghiệp 1.0 (Industry 1.0) diễn ra ở cuối thế kỷ 18 (1760 -1830), là kỷ nguyên của cơ khí hóa, động cơ hơi nước (steam engine) và máy dệt (weaving loom). Công nghiệp 1.0 đã làm thay đổi cách làm việc từ lao động thủ công sang cơ khí hóa, nhiều ngành công nghiệp phát triển, với sự gia tăng về hiệu quả và quy mô sản xuất.

1.2. Công nghiệp 2.0

Cuộc Cách mạng Công nghiệp 2.0 diễn ra từ năm 1870 đến năm 1914, là kỷ nguyên của năng lượng điện (electrical energy) và sản xuất lớn (mass production), đã mang lại khả năng sản xuất hàng loạt qua các dây chuyền lắp ráp và điện khí hóa.

1.3. Công nghiệp 3.0

Công nghiệp 3.0 diễn ra từ năm 1969, là kỷ nguyên của tự động hóa (automation), máy vi tính (computers) và người máy (robotics). Việc chế tạo ra phần cứng (hardware), các hệ thống phần mềm (software systems), các thiết bị điện tử (electronics) and công nghệ thông tin (Information Technology: IT), cho phép năng cao chất lượng quản lý, hợp lý hóa vận chuyển (shipping logistics), giúp tăng năng suất, giảm chi phí và tạo nên văn hóa công nghiệp.

1.4. Công nghiệp 4.0

 Hiện chúng ta đang bước vào ngưỡng cửa của Công nghiệp 4.0, là kỷ nguyên kỹ thuật số (digital technologies), dựa trên các phát minh công nghệ gồm: Hệ thống vật lý không gian mạng (Cyber - Physical Systems: CPS), Internet Vạn vật (Internet of Things: IoT), Điện toán đám mây (Cloud computing) và Điện toán nhận thức (Cognitive computing), In 3D (3D printing), Dữ liệu lớn (Big Data) và Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence: AI), đã tạo nên những Nhà máy Thông minh (Smart Factories). Lịch sử phát triển và những thành tựu công nghệ chủ yếu của các cuộc Cách mạng Công nghiệp được tóm tắt ở Hình 1.

Hình 1. Tóm tắt lịch sử phát triển của các cuộc cách mạng Công nghiệp (Labuda N, 2017 [5].

2. Tóm tắt lịch sử các cuộc Cách mạng Y học

Vì Y học phát triển dựa trên các thành tựu công nghệ của Cách mạng Công nghiệp và đối tượng tác động Y học là con người nên 2 cuộc Cách mạng này có sự khác nhau về thời gian xảy ra và tốc độ phát triển.

1.1 Y học 1.0:

Y học 1.0 (trước 1950): mặc dù Y học có lịch sử phát triển từ hàng ngàn năm trước, nhưng Y học 1.0 chỉ thực sự xuất hiện khi con người tìm ra tia X (Roentgen WC, 1895), phim rửa ảnh (Paul, 1896), siêu âm (ultrasound, Dussik KT, 1942), kháng sinh Penicillin (Fleming A, 1928) và bắt đầu sử dụng bệnh án (Health Record) [6].

1.2 Y học 2.0:

Y học 2.0 xuất hiện vào những năm 1970, khi con người phát minh ra cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging: MRI, Lauterbur, 1971), chụp cắt lớp (Computer Tomography: CT, Hounsfield G, 1972), mẫu báo cáo ca bệnh (Case Report Form: CRF) và máy vi tính cho thầy thuốc (Computer for Doctor) [6].

1.3 Y học 3.0:

Y học 3.0 xuất hiện vào những năm 1990, là kỷ nguyên của internet, khi con người phát minh ra máy ảnh có thiết bị kết nối điện tích (Charge-coupled Device Cameras: CCD), hệ thống truyền thông và lưu trữ hình ảnh (Picture Archiving and Communication System: PACS), hệ thống Thông tin Bệnh viện (Hospital Information System: HIS), Hình ảnh 3D (3D Imaging), Y học từ xa (Telemedicine), Sức khỏe điện tử (e-Health), Dữ liệu truy cập (PubMed), Mẫu báo cáo ca bệnh điện tử (Electric Case Report Form: eCRF), trình tự bộ gen (Genome Sequence) [5].

1.4 Y học 4.0:

Ngày nay chúng ta đang bước vào ngưỡng cửa của Y học 4.0, kỷ nguyên của Số hóa trong Y học (Digitization in Medicine), dựa trên những thành tựu công nghệ của Công nghiệp 4.0, đó là: Hệ thống vật lý không gian mạng Y học (Medical Cyber-Physical Systems: MCPS), Công nghệ Nano Y học (Medical Nanotechnology), Internet Vạn vật Y học (Internet of Medical Things: IoMT), Trí tuệ Nhân tạo (Artificical Intelligence: AI), Dữ liệu Y học lớn (Medical Big Data), In 3D Y học (Medical 3D Print), Người máy Y học (Medical Robotics), Cảm biến Y học (Medical Sensors), Chế tạo bộ phận hỗ trợ Y học (Medical Additive Manufacturing) và Máy bay không người lái Y học (Medical Drones) (Hình 2).

Hình 2. Tóm tắt Lịch sử phát triển của các cuộc Cách mạng Y học (Labuda N, 2017 [5], Javaid M, 2019 [3]).

3. Sự áp dụng của các công nghệ Công nghiệp 4.0 trong Y học 4.0.

3.1. Hệ thống vật lý không gian mạng Y học (Medical Cyber-Physical Systems: MCPS)

Hệ thống vật lý không gian mạng Y học (MCPS), một phần của hệ thống vật lý không gian mạng (CPS) [4], được áp dụng trong: 1) Thiết kế các thiết bị đeo hoặc cấy ghép sinh học (máy tạo nhịp tim, thiết bị hỗ trợ tim), cơ quan nhân tạo (tụy nhân tạo); 2) Mô hình hóa chức năng của thiết bị và quá trình sinh lý; 3) Mô hình và mô phỏng bệnh nhân với độ trung thực cao để thiết kế nhờ kỹ thuật số; 4) Hệ thống hỗ trợ các quyết định của các bác sĩ, các dịch vụ hướng dẫn bệnh nhân dựa trên dữ liệu lớn, phân tích dữ liệu, mô hình hóa và các thuật toán dự đoán; 5) Mô hình hóa các thực hành y tế với thiết kế từ các dữ liệu lâm sàng và cận lâm sàng.

3.2. Công nghệ nano Y học (Medical Nanotechnology)

Công nghệ nano gồm một số công nghệ mới liên quan đến các cấu trúc có kích thước dưới 100 nanomet (10-9 mét). Nano Y học được áp dụng trong: 1) tiêu diệt các tế bào ung thư; 2) chống xơ vữa động mạch; 3) điều hòa miễn dịch bằng kháng nguyên vaccine; 4) dao nano dùng để diệt tế bào ung thư bằng điện cao tần; 5) ống nano carbon dùng để sửa chữa mô bị hỏng hoặc tái tạo dây thần kinh,... [7].

3.3. Internet Vạn vật Y học (Internet of Medical Things: IoMT)

IoMT là một phần của Internet vạn vật (Internet of Things: IoT), kết nối với các thiết bị y tế, thu thập các thông tin có giá trị để áp dụng trong: 1) nghiên cứu y học; 2) chăm sóc bệnh nhân; 3) cấp cứu; 4) thông tin y học và 5) chế tạo thiết bị y học mới.

3.4. Trí tuệ Nhân tạo (Artificical Intelligence: AI)

AI là máy được lập trình với sự trợ giúp của máy vi tính để phát triển các chức năng nhận thức đối với việc học tập và giải quyết vấn đề, hỗ trợ mạnh mẽ Y học cá thể hóa và Y học chính xác. AI được áp dụng trong: 1) phân tích các dữ liệu y tế; 2) chẩn đoán; 3) theo dõi; 4) tiên lượng và 5) phát triển thuốc [3]. AI có khả năng chẩn đoán bệnh chính xác hơn bác sĩ (trong chẩn đoán ung thư da là 95% so với 87%) [7].

3.5. Dữ liệu Y học lớn (Medical Big Data)

Dữ liệu Y học lớn bằng cách số hóa, hỗ trợ mạnh mẽ Y học cá thể hóa và Y học chính xác, được áp dụng trong: 1) dự đoán cơn đau tim; 2) dự đoán bệnh não; 3) tiên lượng bệnh; 4) phân tích đái tháo đường; 5) phân tích bệnh mạch vành; 6) dự đoán bùng phát bệnh truyền nhiễm; 7) dự đoán bệnh lao; 8) phát hiện cơn đau tim giai đoạn sớm; 9) dự đoán bệnh tim; 10) dự đoán bệnh tim thông minh; 11) chẩn đoán bệnh thận mạn; 12) dự đoán HIV/AIDS [1].

3.6. In 3D Y học (Medical 3D Printing)

In 3D có khả năng cung cấp các hình ảnh 3D về giải phẫu mô, xương và các cơ quan nội tạng của cơ thể một cách chi tiết với độ phân giải cao, được áp dụng trong: 1) chế tạo chân tay giả; 2) nha khoa; 3) máy trợ thính; 4) giảng dạy phẫu thuật ảo [3]; 5) sản xuất thiết bị y tế, và 6) thiết kế 3D của thuốc.

3.7. Các cảm biến Y học (Medical Sensors)

Các cảm biến Y học được áp dụng trong: 1) cung cấp giải pháp phẫu thuật; 2) cung cấp các thông tin về nhiệt độ; 3) huyết áp; 4) đường máu và 5) các tình trạng khác của bệnh nhân [3].

3.8. Người máy Y học (Medical Robotics)           

Người máy Y học được áp dụng trong: 1) chẩn đoán bệnh; 2) phẫu thuật loại bỏ chấn thương mô trong phẫu thuật tim hở; 3) làm việc trong điều kiện không an toàn đối với các bác sĩ; hoặc 4) chăm sóc người già; … [3]. Một người máy là Trợ lý bác sĩ thông minh iFlyTek (iFlyTek Smart Doctor Assistant) [7], trong một kỳ thi đã đạt 456 điểm, khi điểm cần đạt chỉ là 360.

3.9. Chế tạo bộ phận hỗ trợ Y học (Medical Additive manufacturing)

Công nghệ chế tạo các bộ phận hỗ trợ Y học gồm một bộ in 3D, công nghệ quét 3D và phần mềm thiết kế, được áp dụng trong: 1) chế tạo các nguyên mẫu để đào tạo; 2) mô phỏng trước phẫu thuật cho các quy trình phẫu thuật phức tạp; 3) sản xuất chân tay giả và 4) sản xuất các dụng cụ y tế.

3.10. Máy bay không người lái Y học (Medical Drones)

Máy bay không người lái Y học được áp dụng trong: 1) Giám sát giám sát các khu vực thảm họa hoặc có mối nguy sinh học; 2) theo dõi sự lây lan của bệnh; 3) chẩn đoán, điều trị và đánh giá phẫu thuật ở xa; 4) vận chuyển máy khử rung tim, thiết bị y tế, máu lưu trữ, hoặc các tạng đến các vùng xa [7] và 5) vận chuyển bệnh nhân. Đến nay, ít nhất đã có 9 loại máy bay không người lái Y học được chế tạo.

4. Các thách thức trong việc áp dụng các công nghệ 4.0 vào Y học 4.0

4.1. Thách thức về dữ liệu lớn

Trong thực tế, các dữ liệu lớn về Y học được tập hợp từ nhiều thiết bị khác nhau, như các dữ liệu về bệnh nhân, về lâm sàng, về xét nghiệm, …, là những thách thức, đòi hỏi phải được lưu trữ, xử lý, sử dụng và quản lý một cách khoa học.

4.2. Thách thức về trao đổi dữ liệu

Trong công việc, các đồng nghiệp trong cùng một bệnh viện, ở các bệnh viện khác nhau hoặc giữa thầy thuốc với bệnh nhân thường cần phải trao đổi dữ liệu với nhau. Nguy cơ về lỗi máy móc, phần mềm là điều có thể.

4.3. Thách thức về đào tạo và phát triển kỹ năng

Thách thức về đào tạo và phát triển kỹ năng hiện nay là tình trạng thiếu nhân viên lành nghề do các bác sĩ hoặc kỹ thuật viên nhiều tuổi, chưa được đào tạo cơ bản và hệ thống về công nghệ thông tin, hoặc sử dụng máy vi tính không thành thạo.

4.4. Thách thức về sự thay đổi công nghệ nhanh

Do các quy trình công nghệ từ Y học 3.0 sang Y học 4.0 thay đổi rất nhanh, nhiều chuyên gia Y tế chưa bắt kịp tiến độ yêu cầu công việc, các nhà quản lý cần phải đưa ra các tiêu chuẩn và đồng bộ hóa các quy trình trong toàn ngành Y tế.

4.5. Thách thức về an ninh mạng

An ninh mạng (Cybersecurity) là việc bảo vệ các hệ thống kết nối internet, bao gồm phần cứng, phần mềm và các dữ liệu, khỏi các cuộc tấn công mạng. Trong năm 2016, chỉ riêng ở Hoa Kỳ đã có hơn 16 triệu hồ sơ bệnh án bị đánh cắp từ các tổ chức chăm sóc sức khỏe [7]. Mỗi cá nhân cần biết cách bảo mật thông tin của mình và các nhà hoạch định chính sách cần ban hành các biện pháp cụ thể để bảo vệ quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu.

5. Sự áp dụng Công nghệ 4.0 trong Y học Việt Nam hiện nay.

Theo tin từ Bộ Y tế, 90% người dân Việt Nam sẽ có Bệnh án điện tử (Electronic Medical Records: EMR) vào năm 2025.

Năm 2019, Công ty Hệ thống thông tin FPT (FPT IS), thuộc Tập đoàn FPT, đã phát triển Hệ thống Thông tin Bệnh viện FPT.eHospital, bao gồm: 1) Hệ thống quản lý Phòng khám thông minh (Intelligent Clinic Management system); 2) Hệ thống quản lý cho Trạm y tế & Học viên gia đình (Management system for Medical Stations & Family Practitioner); 3) Sổ kiểm tra Sức khỏe điện tử (Electronic Health checkbook); 4) Hệ thống quản lý Y tế điện tử (Electronic medical management system)[2]. Đến nay, FPT.eHospital đã được triển khai tại hơn 200 bệnh viện trên toàn quốc, gồm cả các bệnh viện lớn như Bệnh viện Bạch Mai và Bệnh viện Chợ Rẫy./

Tài liệu tham khảo

1. Das N. Big Data Analytics for Medical Applications. I.J. Modern Education and Computer Science 2018; 2: 35-42.
2. FPT Tech Insight. Smart Medical Solution in the 4.0 era. FPT Technology Magazine. June 20, 2019.
3. Javaid M and Haleem A. Industry 4.0 applications in medical field: A brief review. Curr Med Res Prac 2019 Apr; 9(3): 102-109.
4. Kokabas O, Soyata T, Member, IEEE, and Aktas MK. Emerging Security Mechanisms for Medical Cyber Physical Systems. IEEE/ ACM Transaction on Computation Biology and Bioformatics 2016; 13(3): 401-416.
5. Labuda N, Lepa T, Labuda M and Kozak K. Medical 4.0: Medical Data Ready for Deep and Machine Learning. J Bioanal Biomed 2017; 9(6): 283 -287.
6. Wolf B and Scholze C. “Medicine 4.0”. The role of electronics, information technology and microsystems in modern medicine. Current Directions in Biomedical Engineering 2017; 3(2): 183-186.
7. World Economic Forum. Health and Healthcare in the Fourth Industrial Revolution. Global Future Council on the Future of Health and Healthcare; 2019 Apr: 25-37.