Nam sinh Bách khoa dùng AI giải bài toán đặt hàng của ĐH Y Hà Nội

Đây là bài toán do Bệnh viện Đại học Y Hà Nội đặt hàng, được Bùi Văn Sơn (sinh năm 2000, quê Thanh Hóa), tân kỹ sư ĐH Bách khoa Hà Nội thực hiện trong vòng 3 năm, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hồng Quang, Trưởng phòng nghiên cứu Tin học y sinh, Trung tâm nghiên cứu Quốc tế về Trí tuệ nhân tạo (BK.AI).

Bùi Văn Sơn vốn là sinh viên ngành Kỹ thuật Máy tính. Vì đam mê với nghiên cứu, từ năm thứ 2 đại học, Sơn xin tham gia vào lab Tin học y sinh của TS Nguyễn Hồng Quang. Tại đây, nam sinh có cơ hội tìm hiểu một số bài toán ứng dụng AI vào lĩnh vực y tế như giải mã gen, tìm đáp ứng thuốc, xử lý hình ảnh…

Trong khi hầu hết các bạn cùng lớp đều có xu hướng làm về website, app, việc tập trung vào trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực y sinh, theo Sơn cũng có nhiều khó khăn.

“Ngoài việc phải tự tìm tòi và tham gia các khóa trí tuệ nhân tạo, em còn phải học lại các kiến thức liên quan đến giải trình tự gen, ADN, mARN, quy trình xét nghiệm PCR… để phục vụ cho nghiên cứu”.

Bùi Văn Sơn (sinh năm 2000, quê Thanh Hóa) vừa tốt nghiệp ĐH Bách khoa Hà Nội

Thời gian đầu vào lab, dưới sự hướng dẫn của thầy, Sơn tham gia vào việc tìm thuốc mới đáp ứng, phòng ngừa và ức chế tế bào ung thư. Bên cạnh đó, nam sinh cũng làm các bài toán về xử lý ảnh, nhận dạng các panel lỗi trên tấm pin năng lượng mặt trời.

Giữa năm 2022, Sơn được thầy đề xuất cùng tham gia vào dự án do Bệnh viện Đại học Y Hà Nội đặt hàng, liên quan đến việc “Xác định khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm”.

Để hiểu hết được các thuật ngữ chuyên ngành, Sơn phải mất 2 tháng trao đổi với các bác sĩ tại bệnh viện, xem những video siêu âm thai nhi để nắm rõ quy trình đo khoảng sáng sau gáy. Dần dần, Sơn mới hiểu được ý nghĩa, mục đích đề tài và cách kết quả nghiên cứu áp dụng vào thực tế cuộc sống.

Theo Sơn, việc xác định độ rộng khoảng sáng sau gáy có thể giúp bác sĩ đưa ra những chẩn đoán sớm về các bất thường của thai nhi trước khi sinh. Nhưng việc siêu âm đo khoảng sáng sau gáy hiện nay vẫn đang thực hiện theo phương pháp thủ công. Kỹ thuật này phụ thuộc vào kinh nghiệm của bác sĩ nên cũng tiềm ẩn nhiều sai số.

“Đôi khi chỉ cần sai 0,1 – 0,2mm cũng có thể cho ra các kết quả chẩn đoán khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến quá trình tư vấn cho thai phụ”, Sơn nói.

Vì thế, nam sinh đã dành thời gian nghiên cứu bộ dữ liệu khoảng 1.200 hình ảnh siêu âm thai nhi đã được gán nhãn vùng khoảng sáng sau gáy bởi các bác sĩ đầu ngành của Bệnh viện Đại học Y Hà Nội, đồng thời xây dựng và phát triển các mô hình học sâu cùng các thuật toán xử lý ảnh phù hợp với bài toán. Tuy nhiên trong thời gian đầu, kết quả không mấy khả quan.

“Có giai đoạn kéo dài 2-3 tuần, em thử rất nhiều mô hình về xử lý ảnh tiên tiến nhất nhưng vẫn không cải thiện được kết quả. Trên thế giới đã có các nghiên cứu sử dụng trí tuệ nhân tạo vào trong việc đo khoảng sáng sau gáy, nhưng cũng chưa có nghiên cứu nào chỉ rõ ra vùng khoảng sáng sau gáy và độ rộng của nó tính theo đơn vị mm”, Sơn nói.

Mỗi lần không tìm ra hướng đi mới, hai thầy trò phải cùng nhau ngồi lại “gỡ rối” và cải thiện từng bước của thuật toán. Theo TS Nguyễn Hồng Quang, Sơn là một người kiên trì và chịu khó. Để giải được bài toán ấy, thực tế Sơn đã phải làm tới gần 20 bài toán con khác nhau.

“Càng làm, Sơn càng tìm ra các vấn đề nảy sinh cần giải quyết và tích cực triển khai, nhờ vậy, kết quả ngày một cải thiện”, TS Quang nói.

Sau gần 2 năm nghiên cứu, Bùi Văn Sơn đã đề xuất ra một phương pháp mới trong việc xác định và đo lường khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm 2D với sai số so với phương pháp đo thủ công của bác sĩ là 0,4mm. Pháp pháp đo này giúp giảm thiểu chi phí và công sức của các bác sĩ trong việc thực hiện phép đo và làm cơ sở giúp các bác sĩ có thể hậu kiểm lại quá trình siêu âm đo của mình.

Kết quả nghiên cứu của Sơn cũng được kiểm thử tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội và được đánh giá khả thi. Sau đó, Sơn đem kết quả này tham dự cuộc thi Sinh viên Nghiên cứu khoa học của ĐH Bách khoa Hà Nội và giành giải Nhì.

Bùi Văn Sơn và TS. Nguyễn Hồng Quang - Trưởng phòng nghiên cứu Tin học y sinh, giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, ĐH Bách khoa Hà Nội.

Theo Sơn, mặc dù đây là một nghiên cứu mới nhưng độ chính xác của phương pháp ở thời điểm ấy chưa phải tuyệt đối.

Vì thế, sau cuộc thi, Sơn vẫn tiếp tục phát triển, cải thiện thuật toán. Nam sinh đã xây dựng một website và ứng dụng ngay trên điện thoại. Chỉ cần tải hình ảnh lên hệ thống, mô hình sẽ đo được chính xác các dữ liệu về độ mờ da gáy, ngưỡng an toàn chỉ trong 5-7 giây. Phương pháp này cũng xử lý được cả những trường hợp khó nhận diện trong các ảnh siêu âm mờ, không rõ nét, giảm thiểu các sai số không đáng có trong quá trình siêu âm đo.

Nhận thấy kết quả khả quan, hai thầy trò Bùi Văn Sơn đã hoàn thiện bài báo nghiên cứu khoa học để gửi tới tạp chí quốc tế về Tin y sinh học. Tuy nhiên, Sơn cũng khẳng định mô hình này không đóng vai trò thay thế bác sĩ mà chỉ là công cụ hỗ trợ để bác sĩ làm một căn cứ xác định khoảng sáng chính xác hơn.

Bắt đầu làm việc với Sơn từ năm thứ 2, TS Nguyễn Hồng Quang đánh giá Sơn là một người đam mê với nghiên cứu khoa học. Những công việc đầu tiên được giao tại lab là lập trình ứng dụng và lập trình web, Sơn làm rất nhanh và hiệu quả. Sau đó, vì đam mê về AI, Sơn đã mày mò áp dụng và giải quyết các bài toán được giao rất tốt.

“Với nghiên cứu “Xác định khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm”, độ chính xác hiện tại của mô hình tương đương với các bác sĩ siêu âm hàng đầu của Việt Nam hiện nay. Tuy nhiên, để đưa vào ứng dụng trong thực tế còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố liên quan đến quy trình hoạt động của bệnh viện và quy trình khám chữa bệnh của Bộ Y tế”, TS Nguyễn Hồng Quang đánh giá.

Thúy Nga