Hệ thống thông minh giúp chẩn đoán ung thư phổi

Các nhà nghiên cứu trường đại học Bách khoa Peter the Great St.Petersburg (SPbPU), Sáng kiến xuất sắc hàn lâm Nga hợp tác với các nhà nghiên cứu X quang thuộc Trung tâm Nghiên cứu lâm sàng cho các loại bệnh đặc biệt St.Petersburg đã phát triển một hệ phần mềm thông minh để chẩn đoán ung thư phổi.

Các nhà nghiên cứu giới thiệu hệ phần mềm Doctor AIzimov. Nguồn: Quỹ KH Nga

Phần mềm này có thể cài đặt trên bất cứ máy tính nào. Nó có thể phân tích các kết quả chụp cắt lớp CT của bệnh nhân trong vòng 20 giây và cung cấp một hình ảnh trong đó tình trạng bệnh lý được đánh dấu một cách rõ ràng. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho hệ thống này là Doctor AIzimov (AI for Artificial Intelligence), một cách đặt tên để vinh danh giáo sư hóa sinh kiêm nhà văn khoa học viễn tưởng người Mỹ gốc Nga Isaac Asimov, người đã viết “Three Laws of Robotics”.

Vào cuối năm 2018, những cuộc kiểm thử đầu tiên cho hệ thông minh này đã được thực hiện. Hệ phần mềm phân tích các hình ảnh CT ẩn danh của 60 bệnh nhân tại Trung tâm Ung thư. Theo đánh giá của các chuyên gia X quang, cuộc thử nghiệm đã thành công vì hệ thống này đã phát hiện được cả các khối u có kích thước nhỏ (2mm) trong phổi.

“Ban đầu, chúng tôi cài đặt một thuật toán để tìm kiếm các khối u bắt đầu có kích thước 6mm bởi các chuyên gia X quang cũng bắt đầu điều trị trên các khối có kích thước như vậy. Nhưng hệ phần mềm này quá thông minh nên thậm chí có khả năng phát hiện được các cục u nhỏ hơn”, Lev Utkin, trưởng phòng thí nghiệm nghiên cứu các công nghệ mạng thần kinh và trí tuệ nhân tạo SpbPU và là người phụ trách dự án, cho biết.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các thành viên của trường đại học (Lev Utkin, Mikhail Ryabinin, and Alexei Lukashin), các chuyên gia từ Trung tâm Ung thư St. Petersburg (người phụ trách bộ phận X quang Anna Meldo và chuyên gia X quang Ivan Prokhorov). Dự án do Quỹ Khoa học Nga tài trợ.

Việc đề cập và phát triển cách tiếp cận mới về phân loại ung thư phổi sử dụng phương pháp dây cung (chord method) đã được cấp bằng sáng chế chỉ trong vòng 3 tháng. Phương pháp này sử dụng các hình ảnh CT theo từng đoạn: các điểm được lấy ra một cách ngẫu nhiên trên bề mặt một nốt u, sau đó các điểm được nối với nhau bằng các đường (chords). Độ dài biểu đồ của dây phản ánh hình dạng và cấu trúc của nốt u. Dẫu cho hệ thống phần mềm kiểm tra từng nốt u từ bên ngoài, nhưng những phần ngoại vi của chúng cũng hết sức quan trọng. Để tìm hiểu về nốt u, nó được đặt vào một khối lập phương và các đường vuông góc được vẽ từ cách cạnh của khối lập phương tới bề mặt của nó. Lúc này, thay vì phân loại những hình ảnh CT phức tạp và nặng nề (kích thước của một hình ảnh CT xấp xỉ 1 GB), nốt u này được trình bày theo một hình thức của các biểu đồ đơn giản và gọn ghẽ, sau đó được hệ Doctor AIzimov phân tích. Các nhà khoa học đã huấn luyện cho hệ này biết cách phân biệt được các u ác tính và u lành.

“Có rất nhiều vật thể khác nhau được dò trên các hình ảnh CT, vì thế mục tiêu chính là huấn luyện cho hệ phần mềm này khả năng nhận diện được những gì mà các vật thể này biểu hiện. Việc sử dụng điều trị và phân loại X quang, chúng tôi đang cố gắng huấn luyện hệ phần mềm không chỉ dò được khối u mà còn phân biệt được các loại bệnh tương tự như ung thư”, Anna Meldo bình luận.

Các hình ảnh chụp cắt lớp CT đều được xử lý trên những siêu máy tính để gia tăng tốc độ xử lý. Nguồn: Quỹ KH Nga

Hệ phần mềm này được huấn luyện bằng việc phân tích 1000 hình ảnh CT từ các bộ dữ liệu LUNA 16 và LIDC, qua đó các nhà nghiên cứu Nga đã thu thập được bộ dữ liệu LIRA – Lung Intelligence Resource Annotated. Hiện tại, bộ dữ liệu này giữ các hình ảnh CT của khoảng 250 bệnh nhân. Các nhà khoa học đang lập kế hoạch tăng thêm số lượng các hình ảnh lên gấp 4 vào giữa năm 2019.

Với mỗi bức ảnh CT, hệ phần mềm này có khả năng tự nâng cấp. Để tăng tốc nghiên cứu và kiểm tra các quá trình, các nhà nghiên cứu đã dùng đến các thiết bị của trung tâm siêu máy tính “Polytechnic”. Trong tương lai, các hình ảnh CT của một bệnh nhân sẽ được chuyển vào siêu máy tính kết nối Internet. Cách tiếp cận này cho phép giảm thiểu thời gian kiểm tra và chẩn đoán trên mỗi bệnh nhân từ 20 giây xuống 2 giây. Sau đó, một chuyên gia X quang sẽ nhận hình ảnh được đánh dấu thay vì bức ảnh CT thông thường. Cách làm này sẽ giảm thiểu một cách đáng kể thời gian cần thiết phân tích và chẩn đoán.

Một cuộc thử nghiệm rộng rãi hệ phần mềm thông minh này được bắt đầu vào đầu năm 2019, tại chính Trung tâm Ung thư St. Petersburg. Trong tương lai, dự án này sẽ được mở rộng và nhiều viện y khoa sẽ tham gia vào quá trình áp dụng hình ảnh CT thông minh. Nó cũng sẽ được chấp thuận để phân tích các kết quả siêu âm và tia X y tế của nhiều bộ phận cơ thể khác. Tất cả dữ liệu thu được sẽ được xử lý bằng siêu máy tính và kết quả của hệ phần mềm này sẽ được gửi tới các bác sỹ để họ đưa ra quyết định điều trị.

Anh Vũ dịch

Nguồn: http://rscf.ru/en/node/researchers-developed-an-intelligent-system-for-lung-cancer-diagnostics