TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ ROBOT TRONG PHỤC HỒI CHỨC NĂNG: TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN LÂM SÀNG
- Chủ nhật - 16/04/2023 22:31
- In ra
- Đóng cửa sổ này
TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ ROBOT TRONG PHỤC HỒI CHỨC NĂNG:
TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN LÂM SÀNG
TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN LÂM SÀNG
Nguyễn Thị Mỹ Linh*, Cầm Bá Thức**
Giới thiệu
Những tiến bộ trong công nghệ, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo và robot đang thay đổi và và ngày càng phát triển trong nghiên cứu và thực hành chuyên ngành phục hồi chức năng. Hiện nay rất nhiều loại robot có thể hỗ trợ người bệnh bị suy giảm chức năng vận động, cảm giác hay nhân thức. Mục tiêu của chúng tôi trong bài trình bày này là cung cấp một cách tổng quan về trí tuệ nhân tạo và robot, cấy ghép thần kinh trong phục hồi chức năng và các ứng dụng của chúng trong nghiên cứu và thực hành lâm sàng.
Những tiến bộ trong công nghệ, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo và robot đang thay đổi và và ngày càng phát triển trong nghiên cứu và thực hành chuyên ngành phục hồi chức năng. Hiện nay rất nhiều loại robot có thể hỗ trợ người bệnh bị suy giảm chức năng vận động, cảm giác hay nhân thức. Mục tiêu của chúng tôi trong bài trình bày này là cung cấp một cách tổng quan về trí tuệ nhân tạo và robot, cấy ghép thần kinh trong phục hồi chức năng và các ứng dụng của chúng trong nghiên cứu và thực hành lâm sàng.
Trí tuệ nhân tạo trong y học phục hồi
Chúng ta đang bước vào ngưỡng cửa của thời đại công nghệ thông tin và điện toán phổ biến, điều này làm thay đổi mạnh mẽ cuộc sống của tất cả mọi người. Điện toán phổ biến là hệ thống điện tử được thiết kế để thu thập dữ liệu ngầm thông qua các cảm biến thụ động như giọng nói hay thiết bị đeo thông minh. Trợ lý ảo (Ambient intelligence) là dạng điện toán phổ biến được đề cập nhiều nhất. Mục tiêu của trợ lý ảo là xóa bỏ sự tương tác vật lý giữa bạn và máy tính. Thay vì chủ động thiết lập hay tương tác với thiết bị, bạn sẽ tương tác với môi trường xung quanh, và các thiết bị sẽ phản ứng lại hành động của bạn. Ví dụ, với một máy điều nhiệt thông minh sử dụng công nghệ trợ lý ảo, thiết bị sẽ đánh giá căn phòng và những tương tác của bạn với nó để điều chỉnh nhiệt độ khi cần thiết. Gần đây trợ lý ảo phát triển trong nhận dạng giọng nói, xử lý ngôn ngữ cơ thể, theo dõi mắt và khuôn mặt cũng như nhận dạng cử chỉ cung cấp cho người dùng nhiều cách để tương tác với các công nghệ thông minh theo cách tự nhiên. Ví dụ, một số người khó hoặc không thể nhập dữ liệu bằng bàn phím, trợ lý ảo thông qua nhận biết bằng giọng nói sẽ ghi nhân thông tin và chuyển thành dạng văn bản.
Ngoài điện toán phổ biến thì thực tế ảo cũng phát triển trong phục hồi chức năng. Thực tế ảo cho phép mọi người tương tác với môi trường mô phỏng bằng máy tính, hình ảnh hiển thị trên màn hình thông qua kính ba chiều cùng với các giác quan như thính giác, xúc giác,… để tạo ra một thế giới như thật. Hệ thống ảo đã được ứng dụng trong phục hồi chức năng vận động ở bệnh nhân sau đột quỵ và quản lý đau. Ví dụ với liệu pháp gương, bệnh nhân tưởng tượng khi quan sát chi thể bình thường vận động qua một chiếc gương thì sẽ tưởng tượng vận động của phần cơ thể bị cắt bỏ hoặc bị liệt bằng cách quan sát vận động của chi thể bình thường đối diện qua một chiếc gương. Trong thực tế ảo sẽ sử dụng màn hình video có độ phân giải cao và máy quay để mô phỏng hình ảnh phản chiếu trong gương. Do đó, công nghệ cho phép một người nhìn vào gương mô phỏng để xem hình ảnh do máy tính tạo ra (ví dụ: một chi) hoặc các hình ảnh khác được tạo ra bởi thực tế ảo. Sato và các đồng nghiệp (2010)1đã phát triển và thử nghiệm hệ thống phản hồi hình ảnh qua thực tế ảo và áp dụng nó để điều trị hội chứng đau vùng phức tạp và nhận thấy rằng nó có thể là một phương pháp điều trị thay thế hiệu quả cho hội chứng đau vùng phức tạp.
Chúng ta đang bước vào ngưỡng cửa của thời đại công nghệ thông tin và điện toán phổ biến, điều này làm thay đổi mạnh mẽ cuộc sống của tất cả mọi người. Điện toán phổ biến là hệ thống điện tử được thiết kế để thu thập dữ liệu ngầm thông qua các cảm biến thụ động như giọng nói hay thiết bị đeo thông minh. Trợ lý ảo (Ambient intelligence) là dạng điện toán phổ biến được đề cập nhiều nhất. Mục tiêu của trợ lý ảo là xóa bỏ sự tương tác vật lý giữa bạn và máy tính. Thay vì chủ động thiết lập hay tương tác với thiết bị, bạn sẽ tương tác với môi trường xung quanh, và các thiết bị sẽ phản ứng lại hành động của bạn. Ví dụ, với một máy điều nhiệt thông minh sử dụng công nghệ trợ lý ảo, thiết bị sẽ đánh giá căn phòng và những tương tác của bạn với nó để điều chỉnh nhiệt độ khi cần thiết. Gần đây trợ lý ảo phát triển trong nhận dạng giọng nói, xử lý ngôn ngữ cơ thể, theo dõi mắt và khuôn mặt cũng như nhận dạng cử chỉ cung cấp cho người dùng nhiều cách để tương tác với các công nghệ thông minh theo cách tự nhiên. Ví dụ, một số người khó hoặc không thể nhập dữ liệu bằng bàn phím, trợ lý ảo thông qua nhận biết bằng giọng nói sẽ ghi nhân thông tin và chuyển thành dạng văn bản.
Ngoài điện toán phổ biến thì thực tế ảo cũng phát triển trong phục hồi chức năng. Thực tế ảo cho phép mọi người tương tác với môi trường mô phỏng bằng máy tính, hình ảnh hiển thị trên màn hình thông qua kính ba chiều cùng với các giác quan như thính giác, xúc giác,… để tạo ra một thế giới như thật. Hệ thống ảo đã được ứng dụng trong phục hồi chức năng vận động ở bệnh nhân sau đột quỵ và quản lý đau. Ví dụ với liệu pháp gương, bệnh nhân tưởng tượng khi quan sát chi thể bình thường vận động qua một chiếc gương thì sẽ tưởng tượng vận động của phần cơ thể bị cắt bỏ hoặc bị liệt bằng cách quan sát vận động của chi thể bình thường đối diện qua một chiếc gương. Trong thực tế ảo sẽ sử dụng màn hình video có độ phân giải cao và máy quay để mô phỏng hình ảnh phản chiếu trong gương. Do đó, công nghệ cho phép một người nhìn vào gương mô phỏng để xem hình ảnh do máy tính tạo ra (ví dụ: một chi) hoặc các hình ảnh khác được tạo ra bởi thực tế ảo. Sato và các đồng nghiệp (2010)1đã phát triển và thử nghiệm hệ thống phản hồi hình ảnh qua thực tế ảo và áp dụng nó để điều trị hội chứng đau vùng phức tạp và nhận thấy rằng nó có thể là một phương pháp điều trị thay thế hiệu quả cho hội chứng đau vùng phức tạp.
Công nghệ thực tế ảo trong Phục hồi chức năng
Công nghệ robot trong chuyên ngành phục hồi chức năng
Không khó để nhận ra mối liên kết giữa robot và con người đang ngày một được thắt chặt. Nhu cầu robot thay thế con người trong tương lai ngày một tăng trong khi sự phát triển của công nghệ đã góp phần tăng số lượng những công việc robot có thể thay thế con người. Với lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, robot có tiềm năng to lớn trong việc giúp đỡ cả bệnh nhân và nhân viên y tế. Robot có thể hỗ trợ về cả thể chất và tinh thần trong một thời gian dài.
Robot hỗ trợ thể chất được sử dụng rộng rãi trong phục hồi chức năng. Theo nghiên cứu Lancioni, Sigafoos, O'Reilly, và Singh (2012)1 các robot được sử dụng đã giúp cải thiện mức độ tương tác của bệnh nhân với môi trường xung quanh và tăng tính độc lập của họ. Một lĩnh vực quan trọng khác là robot có thể hỗ trợ nhân viện y tế trong việc chăm sóc bệnh nhân. Nhân viên y tế luôn trong tình trạng quá tải công việc và nguy cơ cao bị kiệt sức, họ có thể giảm bớt được gánh nặng nếu có sự hỗ trợ của robot.
Robot tương tác xã hội đại diện cho sự kết nối giữa người máy hỗ trợ và người máy thông minh về mặt xã hội (Riek, 2015)2. Các vai trò mà những robot này có thể đảm nhận trong việc chăm sóc sức khỏe và đặc biệt là trong việc phục hồi chức năng, bao gồm bạn đồng hành, huấn luyện viên hoặc người hướng dẫn. Ví dụ, Paro là một con hải cẩu robot được sử dụng để cung cấp liệu pháp điều trị cho bệnh nhân mắc chứng sa sút trí tuệ (Shibata & Wada, 2011)3 và RoboKind’s Milo là một robot hoạt hình dạy các hành vi xã hội cho trẻ em mắc chứng tự kỷ.
Các lĩnh vực ứng dụng của robot tương tác xã hội bao gồm hỗ trợ cho người lớn tuổi, bệnh nhân có nhu cầu phục hồi thể chất hoặc bị rối loạn nhận thức cần phục hồi phát triển tâm thần và xã hội (Tapus, Mataric, & Scassellati, 2007)4. Robot tương tác xã hội rất hữu ích trong việc tạo điều kiện cho các bài tập phục hồi chức năng tích cực (Tapus và cộng sự, 2007)4 đã thử nghiệm một robot trị liệu "bó tay" để hỗ trợ, khuyến khích và tương tác xã hội với những bệnh nhân bị đột quỵ. Các tác giả này chỉ ra rằng tương đồng giữa hoạt động thể chất giữa robot và bệnh nhân đã hỗ trợ, khuyến khích bệnh nhân tuân thủ các bài tập phục hồi chức năng.
Công nghệ cấy ghép não và phục hồi chức năng
Cấy ghép não, thường được gọi là cấy ghép thần kinh , là thiết bị công nghệ kết nối trực tiếp với não thông qua những con chip đặt trên bề mặt của não, hoặc gắn vào vỏ não . Mục đích chung của việc cấy ghép não tạo ra một phần nhu mô não tương tự như bình thường giúp ngăn chặn các khu vực trong não bị rối loạn chức năng sau đột quỵ hoặc các chấn thương đầu khác5.
Cấy ghép thần kinh có thể hỗ trợ những người lớn tuổi bị mất chức năng vận động theo một số cách. Đầu tiên, mất khả năng giao tiếp do liệt nặng có thể được bù đắp bằng thiết bị cấy ghép cho phép người dùng điều khiển máy tính bằng cách cố gắng cử động tay hoặc chân ( Hochberg ea 2006 )6. Việc này dẫn đến sự thay đổi hoạt động của tế bào thần kinh trong vỏ não vận động, có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển để di chuyển con trỏ hoặc tạo ra một cú nhấp chuột trong phần mềm công nghệ hỗ trợ chuyên dụng ( Leuthardt ea 2004 )7. Cấy ghép thần kinh cũng có thể cung cấp khả năng điều khiển xe lăn hoặc rô bốt tương tác từ xa (Andersson ea 2013)8. Thứ hai, những người bị thất ngôn diễn đạt, do tổn thương hệ vận động hoặc vùng Broca tương ứng, cấy ghép thần kinh giúp giải mã lời nói hoặc ngôn ngữ ký hiệu dự định từ vỏ não cảm giác ( Bleichner ea 2013)9 sau đó điều khiển một máy tính nói. Các công nghệ hiện đang được phát triển cho những người bị liệt nặng ban đầu chỉ phù hợp với một số người cao niên. Tuy nhiên, khi các công nghệ được triển khai và phát triển hơn nữa, người ta hy vọng rằng có thể đạt được sự giải mã ngày càng tinh vi về hoạt động của não bộ. Cùng với đó, cấy ghép thần kinh có khả năng hỗ trợ cho những người bị suy giảm vận động để cải thiện chất lượng cuộc sống bằng cách phục hồi khả năng vận động và giao tiếp. Sự kết hợp giữa robot thông minh và cấy ghép não được kỳ vọng sẽ cho phép mọi người sống một cách độc lập mặc dù có khiếm khuyết về thần kinh.
Ứng dụng của trí tuệ nhân tạo và robot trong thực hành và nghiên cứu phục hồi chức năng
Nghiên cứu của Vera C Kaelin10 với mục tiêu đánh giá mức độ sự tham gia của trẻ em và người khuyết tật bằng can thiệp phục hồi chức năng tích hợp trí tuệ nhân tạo. Kết quả sàng lọc được 94 nghiên cứu sử dụng nhiều trí tuệ nhân tạo với tỷ lệ phổ biến là robot(72/94,77%) và tương tác giữa người và robot (51/94, 54%). Về phương pháp can thiệp, hầu hết các nghiên cứu bao gồm đều mô tả can thiệp trực tiếp (84/94, 89%), và chỉ 11% (10/94) được điều khiển từ xa. Kết quả cho thấy ngày càng có nhiều nghiên cứu về các biện pháp can thiệp phục hồi chức năng sử dụng trí tuệ nhân tạo hướng tới sự tham gia của trẻ em và thanh thiếu niên khuyết tật.
Nghiên cứu của Trịnh Bảo Trâm và cộng sự11 đánh giá kết quả phục hồi chức năng chi trên ở bệnh nhân liệt nửa người do nhồi máu não bằng thiêt bị mô phỏng thực tế ảo. Kết quả cho thấy phối hợp thiết bị mô phỏng thực tế ảo trong chương trình phục hồi chức năng chi trên ở người bệnh nhồi máu não đem lại hiệu quả cao hơn so với chỉ thực hiện các liệu pháp phục hồi chức năng thông thường. Nghiên cứu của Lê Huy Cường12 đánh giá kết quả phục hồi chức năng vận động chi trên ở bệnh nhân liệt nửa người do nhồi máu não bằng găng tay robot Gloreha cho thấy phục hồi chức năng vận động bàn tay bằng găng tay robot có kết quả tốt sau 6 tuần điều trị.
Hiện nay, xu thế điều trị tập luyện vận động trên thế giới hiện nay, đó là lượng giá và tiến hành tập luyện khách quan bằng các hệ thống máy, thiết bị đã được lập trình và thiết kế phù hợp với sinh cơ học cử động của cơ thể con người, trong đó robot là một thiết kế đỉnh cao của công nghệ tập luyện vận động những năm gần đây với khả năng mô phỏng chính xác cử động tập luyện của con người nhờ đó kiểm soát được hoàn toàn động tác tập đúng của người bệnh, tránh được các sai sót thuộc về chủ quan, nâng cao chất lượng điều trị phục hồi. Hệ thống tập luyện bằng rô bốt được phát triển nhiều ở Mỹ và các nước châu Âu như Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Áo và một số nước phát triển ở khu vực châu Á như Hàn Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, Singapore… Tại Việt Nam, thì một số ít bệnh viện có ứng dụng trí tuệ nhân tạo và robot trong phục hồi chức năng như bệnh viện quân đội 108 với hệ thống rô bốt Con-trex MJ hệ thống thiết bị tập luyện đa năng và rất hiện đại, có thể tập cho mọi dạng tổn thương có hạn chế vận động và tập cho hầu hết tất cả mọi khớp trên cơ thể, trừ các khớp rất nhỏ như bàn ngón tay, bàn ngón chân; Bệnh viện Bạch Mai với thiết bị mô phỏng thực tế ảo; Bệnh viện Điều dưỡng và phục hồi chức năng trung ương với găng tay robot.
Kết luận
Các công nghệ được trình bày trong bài trình bày này cung cấp nhiều cơ hội trong thực hành và nghiên cứu phục hồi chức năng. Những cải tiến trong các công nghệ hiện có và những công nghệ được phát triển trong tương lai sẽ cung cấp nhiều lợi ích cho các chuyên gia phục hồi chức năng, nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc và khách hàng.
Tài liệu tham khảo
1. Lancioni, G. E., Sigafoos, J., O’Reilly, M. F., & Singh, N. N. (2012). Assistive Technology: Interventions for INDIVIDUALS with Severe/Profound AND Multiple DISABILITIES. New York, NY: Springer.
2. Riek, L. D. (2015). Robotics technology in mental health- care. In D. Luxton (Ed.), ARTIFICIAL intelligence in BEHAVIORAL HEALTH AND MENTAL HEALTH CARe (pp. 185–203). San Diego, CA: Elsevier. http://dx.doi.org/10.1016/ B978-0-12-420248-1.00008-8.
3. Shibata, T., & Wada, K. (2011). Robot therapy: A new approach for mental healthcare of the elderly— A mini-review. Gerontology, 57, 378–386. http://dx.doi.org/10.1159/000319015.
4. Tapus, A., Mataric, M. J., & Scassellatti, B. (2007). Socially assistive robots [Grand Challenges of Robotics]. IEEE Robotics & AUTOMATION MAGAZINE, 14, 35–42. http://dx.doi.org/10.1109/MRA.2007.339605.
5. Krucoff MO, Rahimpour S, Slutzky MW, Edgerton VR, Turner DA. Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation. Front Neurosci. 2016;10:584. doi:10.3389/fnins.2016.00584
6. Hochberg LR, Serruya MD, Friehs G, et al. Neuronal Ensemble Control of Prosthetic Devices by a Human with Tetraplegia. Nature. 2006;442:164–171.
7. Leuthardt EC, Schalk G, Wolpaw JR, Ojemann JG, Moran DW. A Brain-Computer Interface Using Electrocorticographic Signals in Humans. J Neural Eng. 2004 Jun;1(2):63–71.
8. Andersson P, Pluim JPW, Viergever MA, Ramsey NF. Navigation of a Telepresence Robot via Covert Visuospatial Attention and Real-Time FMRI. Brain Topography. 2013;26:177–85.
9. Bleichner MG, Jansma JM, Sellmeijer J, Raemaekers M, Ramsey NF. Give Me a Sign: Decoding Complex Coordinated Hand Movements Using High- Field FMRI. Brain Topography. 2013.
10. Kaelin VC, Valizadeh M, Salgado Z, Parde N, Khetani MA. Artificial Intelligence in Rehabilitation Targeting the Participation of Children and Youth With Disabilities: Scoping Review. J Med Internet Res. 2021;23(11):e25745. doi:10.2196/25745
11. Trịnh Bảo Trâm. Đánh Giá Kết Quả Phục Hồi Chức Năng Chi Trên ở Bệnh Nhân Liệt Nửa Người Do Nhồi Máu Não Bằng Thiết Bị Mô Phỏng Thực Tế Ảo. Luận Văn Thạc Sỹ Trường Đại Học Y Hà Nội, 2021.
12. Lê Huy Cường. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG VẬN ĐỘNG CHI TRÊN Ở BỆNH NHÂN LIỆT NỬA NGƯỜI DO NHỒI MÁU NÃO BẰNG GĂNG TAY ROBOT GLOREHA : T/c Y học Việt Nam tập 506 số 1 tháng 9/2021.
2. Riek, L. D. (2015). Robotics technology in mental health- care. In D. Luxton (Ed.), ARTIFICIAL intelligence in BEHAVIORAL HEALTH AND MENTAL HEALTH CARe (pp. 185–203). San Diego, CA: Elsevier. http://dx.doi.org/10.1016/ B978-0-12-420248-1.00008-8.
3. Shibata, T., & Wada, K. (2011). Robot therapy: A new approach for mental healthcare of the elderly— A mini-review. Gerontology, 57, 378–386. http://dx.doi.org/10.1159/000319015.
4. Tapus, A., Mataric, M. J., & Scassellatti, B. (2007). Socially assistive robots [Grand Challenges of Robotics]. IEEE Robotics & AUTOMATION MAGAZINE, 14, 35–42. http://dx.doi.org/10.1109/MRA.2007.339605.
5. Krucoff MO, Rahimpour S, Slutzky MW, Edgerton VR, Turner DA. Enhancing Nervous System Recovery through Neurobiologics, Neural Interface Training, and Neurorehabilitation. Front Neurosci. 2016;10:584. doi:10.3389/fnins.2016.00584
6. Hochberg LR, Serruya MD, Friehs G, et al. Neuronal Ensemble Control of Prosthetic Devices by a Human with Tetraplegia. Nature. 2006;442:164–171.
7. Leuthardt EC, Schalk G, Wolpaw JR, Ojemann JG, Moran DW. A Brain-Computer Interface Using Electrocorticographic Signals in Humans. J Neural Eng. 2004 Jun;1(2):63–71.
8. Andersson P, Pluim JPW, Viergever MA, Ramsey NF. Navigation of a Telepresence Robot via Covert Visuospatial Attention and Real-Time FMRI. Brain Topography. 2013;26:177–85.
9. Bleichner MG, Jansma JM, Sellmeijer J, Raemaekers M, Ramsey NF. Give Me a Sign: Decoding Complex Coordinated Hand Movements Using High- Field FMRI. Brain Topography. 2013.
10. Kaelin VC, Valizadeh M, Salgado Z, Parde N, Khetani MA. Artificial Intelligence in Rehabilitation Targeting the Participation of Children and Youth With Disabilities: Scoping Review. J Med Internet Res. 2021;23(11):e25745. doi:10.2196/25745
11. Trịnh Bảo Trâm. Đánh Giá Kết Quả Phục Hồi Chức Năng Chi Trên ở Bệnh Nhân Liệt Nửa Người Do Nhồi Máu Não Bằng Thiết Bị Mô Phỏng Thực Tế Ảo. Luận Văn Thạc Sỹ Trường Đại Học Y Hà Nội, 2021.
12. Lê Huy Cường. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG VẬN ĐỘNG CHI TRÊN Ở BỆNH NHÂN LIỆT NỬA NGƯỜI DO NHỒI MÁU NÃO BẰNG GĂNG TAY ROBOT GLOREHA : T/c Y học Việt Nam tập 506 số 1 tháng 9/2021.
SUMMARY
Technological advances, particularly in artificial intelligence (AI) and robotics, are revolutionizing the methods and capabilities of rehabilitation research and practice. socially and physically assistive robots can be used to help people recuperate after illness or injury, or to help bridge gaps caused by sensory, motor, or cognitive impairments. These technologies are playing an important role in helping people to improve their functional abilities, independence, and overall well-being. In therapeutic applications, virtual reality affords the capability to create and control environmental stimuli such that behavioral reactions to them can be practiced and recorded for clinical assessment, intervention, and rehabilitation goals. In health care, robots have tremendous potential to help people receiving rehabilitative care and their caregivers, as well as the clinical workforce itself. Robots can provide both physical and cognitive support to these individuals, across multiple types of care settings, and across the lifespan. Brain implant technology, which has been developing in recent years, is also used in rehabilitation for substituting lost motor function. Our goal with this presentation is to provide an overview of intelligent technologies, robotics and brain implant in rehabilitation practice and research.
Keywords: Artificial intelligence (AI), robotics, brain implant
Keywords: Artificial intelligence (AI), robotics, brain implant