Đề tài Phần mềm tích hợp học sâu để phân vùng và tái tạo cấu trúc tim nguyên khối trong không gian 3D mô phỏng cho thực hành y khoa (lĩnh vực phần mềm hệ thống) của nhóm học sinh đến từ Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong (TP.HCM) đã xuất sắc giành giải nhất trong cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia năm 2024.
Nhóm nghiên cứu học sinh Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong đạt giải nhất quốc gia
Ngoài ra, 3 dự án khác của TP.HCM tranh tài trong cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia năm 2024 cũng đạt giải cao: Dự án Khảo sát hoạt tính sinh học từ cao chiết lá, hạt cây nhãn, định hướng tạo kem dưỡng chống nắng của Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong đạt giải ba; Dự án Phát triển cảm biến tự cấp nguồn dựa trên công nghệ Teng hướng đến chế tạo thiết bị phục hồi chức năng của Trường THPT Gia Định đạt giải tư; Dự án Giải mã gen Z: thu hẹp khoảng cách thế hệ giữa gen Z và cha mẹ trong thời đại số tại TP.HCM đạt giải tư.
Chia sẻ về dự án, Nguyễn Lê Quốc Bảo (12CA3) và Lê Tuấn Hy (12B) - học sinh Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong cho biết, dự án hướng tới việc hỗ trợ y bác sĩ và chuyên gia chẩn đoán hình ảnh đưa ra kết quả chuẩn đoán từ hình chụp chiếu cắt lớp bằng việc tái tạo những hình ảnh 2D chuyển sang 3D mô phỏng, qua đó dễ dàng phục vụ cho thực hành y khoa.
Phần mềm dự án trải qua 4 phiên bản, từng phiên bản đều được nâng cấp để đáp ứng mong muốn thực tế của các y bác sĩ. Trong đó, từ phiên bảo sơ khai ban đầu là một trang web giao diện màu trắng với chức năng đơn giản đã dần hoàn thiện về môi trường thực tế ảo, hình ảnh 3D, cơ bản giúp các bác sĩ, sinh viên y khoa thực hiện được các thao tác phẫu thuật đơn giản, tính được thể tích buồng tim trong khoảng lệch chấp nhận, hỗ trợ y bác sĩ thuận lợi hơn trong phân tích, hậu phân tích để đưa ra các chuẩn đoán phù hợp, giải thích cho bệnh nhân về bệnh lý của mình.
Riêng ở phiên bản nâng cấp thứ 4, nhóm nghiên cứu đã trực tiếp đến Bệnh viện Bệnh Nhiệt đới, Bệnh viện quận 1 để quan sát, trao đổi với các y bác sĩ về phần mềm mà nhóm đã thực hiện. Bên cạnh đó, trao đổi trực tuyến với bác sĩ của Bệnh viện Tim Thành phố. Từ những trao đổi thực tế, nhóm thấy rằng điều các y bác sĩ cần thêm ở phần mềm đó là hậu phân tích sau khi dựng 3D để có thể đo được thể tích buồng tim, đo đường kính động mạch vành, đo độ dày của thành cơ tim; Cải thiện môi trường thực tế ảo để có thể hỗ trợ cho công tác giảng dạy y khoa; Đặc biệt là tính chính xác của kết quả dựng 3D, phân tích hậu phân tích.
Nhóm nghiên cứu cùng giáo viên hướng dẫn tại cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia năm 2024
Từ “đặt hàng” của các y bác sĩ cho dự án, nhóm bắt tay viết một thuật toán nghiên cứu sâu về hậu phân tích sau khi dựng 3D. Chiếc bảng đen trong phòng tin học cứ viết đầy lại xóa và lại đầy… “Nút thắt” được gỡ trong một tình huống không ngờ tới…
“Một lần trong giờ học toán, khi học về công thức dùng tích phân để tính thể tích, hình ảnh minh hoạ trong sách khá giống cấu trúc tim. Chúng em nảy ra ý tưởng áp dụng tích phân để tính thể tích trong nghiên cứu. Từ đó, cả nhóm học và tìm hiểu thêm về bộ môn giải tích đa biến (toán cao cấp đại học), kết hợp với kiến thức về thuật toán cấu tạo 3D, nhóm đã tìm ra cách tính thể tích buồng tim, giúp các bác sĩ có thể tính thể tích buồng tim với một độ lệch cho phép sử dụng trong y khoa” - Quốc Bảo hào hứng kể.
Về cải tiến thuật toán học sâu, từ thuật toán U-Net ban đầu, nhóm đã nghiên cứu cải tiến với những mô hình khoanh vùng khác, liệt kê những điểm yếu, điểm mạnh của các thuật toán đó, nghiên cứu ra một thuật toán riêng, cho phép thực hiện phân vùng các vùng quan trọng trong tim một cách chính xác.
Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu, đây mới chỉ là những thuật toán trên cơ sở lý thuyết, phải làm sao đưa những thuật toán này vào phần mềm. Bằng cách viết code với ngôn ngữ khác, nhóm đã chỉnh sửa cách máy tính xử lý thuật toán, giúp phần mềm chạy ổn định.
“Sau cải tiến lần thứ 4 của phần mềm, chúng em đã khảo sát ý kiến đánh giá từ các bác sĩ, sinh viên khoa. Với 15 sinh viên, 4 bác sĩ tham gia khảo sát, kết quả là 8.5/10 là điểm số về mức độ đáp ứng của phần mềm với những kỳ vọng thực tế. Băn khoăn lớn nhất của y bác sĩ vẫn là tính chính xác của mô hình 3D phải thể hiện bằng các số liệu. Đây là bước tiếp theo đang được nhóm thực hiện… Ngoài ra, nhóm còn cải tiến thêm về tốc độ chạy của phần mềm để nhiều máy tính có thể chạy tốt được phần mềm…” - Tuấn Hy nói thêm.
Đóng vai trò đồng hành cùng nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài, thầy Đỗ Công Triết - giáo viên tin học, Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong bày tỏ, nhóm nghiên cứu đã thể hiện được tinh thần nghiên cứu khoa học, nỗ lực tự học và sáng tạo. Trong suốt quá trình thực hiện dự án, giáo viên chỉ ở vị trí định hướng, dẫn đường, gợi mở.
Ông Nguyễn Bảo Quốc - Phó giám đốc Sở GD-ĐT TP.HCM đánh giá, các đề tài đại diện TP.HCM tham dự vòng thi quốc gia đều xuất sắc thể hiện được sự sáng tạo, tư duy, năng lực giải quyết vấn đề từ những vấn đề thực tiễn của học sinh, thể hiện đươc niềm đam mê thực thụ của các em với nghiên cứu khoa học, rất đáng trân trọng…
Yến Hoa