Sinh viên Bách khoa Hà Nội ghi dấu thanh xuân với lời giải bài toán đặt hàng từ ngành Y tế

Cầm tấm bằng tốt nghiệp Đại học Bách khoa Hà Nội loại Giỏi, cựu sinh viên Bùi Văn Sơn – K63 - Khoa Kỹ thuật Máy tính, Trường Công nghệ Thông tin và Truyền thông cảm thấy rất tự hào khi có nhiều dấn ấn tuổi thanh xuân với Bách khoa, trong đó có nghiên cứu Sơn được thầy giáo TS. Nguyễn Hồng Quang hướng dẫn “Xác định khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm”.

Nghiên cứu của Bùi Văn Sơn đạt giải Nhì cuộc thi SV NCKH năm 2023 của Đại học Bách khoa Hà Nội, mang đậm tính nhân văn, có ứng dụng cao trong thực tiễn.

Hình dung siêu âm xác định khoảng sáng sau gáy thai nhi hiện nay

Đây là đề tài nghiên cứu được Bệnh viện Đại học Y Hà Nội đặt hàng Phòng Thí nghiệm Tin Y sinh, Trung tâm Nghiên cứu Trí tuệ nhân tạo Quốc tế - BKAI, Đại học Bách khoa Hà Nội. Bùi Văn Sơn được TS. Nguyễn Hồng Quang - Trưởng Phòng nghiên cứu Tin Y Sinh - lựa chọn vào nhóm nghiên cứu đề tài này.

NCKH “Xác định khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm” nhằm đưa ra được phương pháp có thể tự động hoàn toàn xác định và đo độ rộng khoảng sáng sau gáy của thai nhi thông qua ảnh siêu âm 2D giúp chẩn đoán các dị tật bẩm sinh ở thai nhi trước khi sinh.

Khoảng sáng sau gáy là vùng dịch tích tụ sau gáy của thai nhi xuất hiện từ tuần thứ 11 đến 14 của thai kỳ. Nếu độ rộng của khoảng sáng sau gáy có kích thước lớn hơn 3mm thì thai nhi có nguy cơ mắc các dị tật bẩm sinh (như hội chứng Down, hở hàm ếch, tim bẩm sinh...).

Xác định độ rộng khoảng sáng sau gáy nhằm đưa ra các chẩn đoán sớm về các bất thường của thai nhi trước khi sinh qua đó có thể đưa ra các tư vấn sức khỏe đối với người mẹ.

Với kỹ thuật hiện nay, việc siêu âm đo khoảng sáng sau gáy được các bác sĩ có chuyên môn cao thực hiện thủ công bằng cách tự xác định đoạn rộng nhất của khoảng sáng sau gáy. Tuy nhiên, kỹ thuật này phụ thuộc một số yếu tố chủ quan của bác sĩ trong quá trình đo, đồng thời cũng tiềm ẩn nhiều sai số.

Sinh viên Bách khoa dày công tìm hiểu thuật ngữ ngành Y tế, mục đích thực sự của NCKH

Bùi Văn Sơn được TS. Nguyễn Hồng Quang hướng dẫn, bắt đầu nghiên cứu này từ tháng 9/2022, trong khoảng 2 kỳ học. Trong kỳ đầu tiên, Sơn tập trung vào việc tìm hiểu các thông tin trong bộ dữ liệu và các nghiên cứu liên quan đến bài toán này. Kỳ tiếp theo, Bùi Văn Sơn bắt đầu xây dựng và phát triển các mô hình học sâu và các thuật toán xử lý ảnh phù hợp với bài toán.
Đến tháng 5/2023, Sơn được thầy Nguyễn Hồng Quang đề cử tham gia cuộc thi Sinh viên NCKH 2023 của Đại học Bách khoa Hà Nội.

Kiến thức học tại Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp Bùi Văn Sơn rất nhiều trong NCKH, đặc biệt là môn Thị giác máy tính và Cấu trúc giải thuật và thuật toán được dạy ở Trường CNTT&TT. Các môn học này giúp Sơn nắm bắt được các thuật toán xử lý hình ảnh và xây dựng các mô hình trí tuệ nhân tạo cho bài toán thị giác máy tính, cũng như các thuật toán giúp xác định được độ rộng khoảng sáng sau gáy.

Trong quá trình nghiên cứu, Sơn rất tâm huyết, tập trung cao độ, một mình giải quyết khối công việc lớn, cùng đó vẫn đảm bảo những giờ học/thực hành trên lớp. Công việc liên quan đến đề tài này rất nhiều bao gồm: Phân tích bài toán, xác định phương pháp, gán nhãn dữ liệu, xây dựng mô hình và đánh giá kết quả so với phương pháp đo thủ công… Với sự hướng dẫn tận tình và tâm huyết của thầy giáo Nguyễn Hồng Quang, cậu sinh viên năm cuối đã cố gắng hoàn thiện được đề tài nghiên cứu.

Để có thể hiểu được hết các thuật ngữ Y tế liên quan đến NCKH, Sơn và thầy hướng dẫn đã có khoảng thời gian 2 tháng để trao đổi với các bác sĩ của Đại học Y Hà Nội.

Cùng với đó, Sơn được các bác sĩ cho xem các video siêu âm thai nhi để có thể hiểu rõ quy trình siêu âm đo khoảng sáng sau gáy. Và phải mất thêm 3 tháng nữa, Sơn mới có thể hiểu hết mục đích thực sự của NCKH, cách mà kết quả nghiên cứu áp dụng thực tế vào trong cuộc sống.

Trong quá trình nghiên cứu, Sơn được thầy/cô giáo và các chuyên gia giúp đỡ rất nhiều. Sơn nhớ mãi những lần được làm việc cùng với TS. Nguyễn Hồng Quang và các bác sĩ Bệnh viện Đại học Y Hà Nội, cậu nhận được những lời khuyên hữu ích, những hướng dẫn tận tình và các gợi ý mới, chỉ rõ ra mục tiêu và ý nghĩa thực sự của đề tài.

Sơn chia sẻ: “Khi được các thầy/cô giáo Đại học Bách khoa hướng dẫn NCKH, điều mà tôi nhận được đó là kiến thức để giải quyết các bài toán CNTT trong ngành Y tế, cách tự tìm hiểu và giải quyết những vấn đề khó. Không những thế, cá nhân tôi còn được hướng dẫn thêm về cách làm một bài báo nghiên cứu khoa học, kỹ năng tổng hợp các thông tin và thuyết trình trước đám đông. Đây là hành trang rất quý giá cho tôi trên bước đường sau khi tốt nghiệp”.

Ứng dụng AI chẩn đoán sớm các bất thường thai nhi

Miệt mài nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu, 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. Từ đó, 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.

Điều Bùi Văn Sơn tự hào nhất trong NCKH của mình chính là việc xác định vùng khoảng sáng sau gáy và độ rộng khoảng sáng sau gáy được thay thế bởi trí tuệ nhân tạo. Các mô hình trí tuệ sẽ thay thế bác sĩ trong giai đoạn này để xác định vùng khoảng sáng sau gáy.

Kết quả đo độ rộng khoảng sáng sau gáy sẽ được các mô hình trí tuệ nhân tạo tính toán chỉ khoảng 5-7 giây. NCKH giúp hỗ trợ bác sĩ giai đoạn khó khăn nhất trong quá trình đo, kết quả phản hồi nhanh (chỉ mất vài giây) và có thể thực hiện đo nhiều lần mà không mất nhiều thời gian. Từ đó có thể giúp các bác sĩ có cơ sở đưa ra các chẩn đoán về thai nhi và là một hậu kiểm sau quá trình đo của bác sĩ.

Với phương pháp đề xuất của Bùi Văn Sơn, việc xác định khoảng sáng sau gáy và tính độ rộng được tự động hóa bằng các mô hình trí tuệ nhân tạo và thuật toán, giảm thiểu các sai số không đáng có trong quá trình siêu âm đo. 

Bệnh viện Đại học Y Hà Nội đã đánh giá kết quả NCKH của Bùi Văn Sơn có khả năng cao áp dụng vào thực tế, xem xét đưa vào quá trình hậu kiểm các kết quả xét nghiệm hiện tại.

Với kết quả nghiên cứu này, hai thầy trò Bùi Văn Sơn đã hoàn thiện bài báo nghiên cứu khoa học để gửi đến hội nghị nước ngoài. Cùng đó, Sơn đang nghiên cứu thêm các mô hình mới để tăng độ chính xác của bài toán và xây dựng một website cho đề tài NCKH “Xác định khoảng sáng sau gáy của thai nhi bằng ảnh siêu âm”, giúp các bác sĩ có thể sử dụng làm một công cụ hỗ trợ trong quá trình siêu âm đo khoảng sáng sau gáy.
 

Trên thế giới, đã có các nghiên cứu sử dụng trí tuệ nhân tạo vào trong việc đo khoảng sáng sau gáy, tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ phát hiện vùng khoảng sáng sau gáy hoặc phân loại xem thai nhi có nguy cơ mắc các dị tật bẩm sinh hay không từ ảnh siêu âm thai nhi. Chưa có nghiên cứu nào chỉ rõ ra vùng khoảng sáng sau gáy và độ rộng của nó tính theo đơn vị milimet. Dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hồng Quang, NCKH của Bùi Văn Sơn là một trong số ít các nghiên cứu sử dụng trí tuệ nhân tạo vào việc tự động xác định và đo lường độ rộng của khoảng sáng sau gáy.