Tín hiệu đột phá: Công nghệ Trí tuệ nhân tạo có thể đưa hình ảnh cộng hưởng từ lên một tầm cao mới

58
Nguồn: Getty Images

Chụp ảnh tự sướng hoàn hảo là một quá trình thử và sai. Chúng ta chụp, xem xét và xóa, cho đến khi cuối cùng chúng ta thu được tấm đẹp nhất. Bây giờ hãy tưởng tượng sự khó khăn để có được một hình ảnh chất lượng cao theo một góc độ chưa từng có: Bên trong cơ thể.

Đó là thách thức lâu năm đối với các bác sĩ X quang sử dụng máy quét cộng hưởng từ (MR) để nhìn rõ bên trong cấu trúc bên trong cơ thể người và đưa ra chẩn đoán. Nhưng nó không phải là ánh sáng kém có thể làm hỏng hình ảnh của họ, vấn đề là sóng tín hiệu xấu. Để giải quyết vấn đề rắc rối này, GE Health đang xây dựng phần mềm trí tuệ nhân tạo (AI) được thiết kế để vượt qua sự nhiễu sóng để mang lại hình ảnh giải phẫu sắc như dao cạo. Tăng chất lượng có ý nghĩa này có thể cho phép chẩn đoán bệnh nhân nhanh hơn, chính xác hơn và kết quả tốt hơn.

Đầu tiên, giới thiệu sơ qua về công nghệ MR hiện đại. Máy quét MR là những cỗ máy khổng lồ, hình ống được các bác sĩ X quang sử dụng để hình ảnh các cơ quan, cơ bắp và các mô mềm khác, cũng như hoạt động của não. Không giống như chụp cắt lớp vi tính (CT) và máy X-quang, máy quét MR không sử dụng bức xạ ion hóa để hoạt động. Thay vào đó, chúng tạo ra từ trường mạnh, luồn lách các nguyên tử hydro trong cơ thể, nước và chất béo. Những nguyên tử đó sau đó phát ra tín hiệu vô tuyến được máy quét phát hiện và biến thành hình ảnh kỹ thuật số. Các bác sĩ X quang có thể đọc những hình ảnh này để xem xét kỹ lưỡng cơ thể và mô mềm, giúp chẩn đoán bệnh hoặc chấn thương.

Nhưng những tín hiệu có giá trị đó phải cạnh tranh không gian hình ảnh với một lượng không đổi nhiễu nền nhiệt và điện. Đó là bởi vì cơ thể con người và thiết bị máy quét MR cũng đang phát sóng vô tuyến nhỏ. Những đường truyền phát thu nhỏ của các tín hiệu nhiễu sóng có thể che giấu các vấn đề trong hình ảnh MR và đánh lừa người dùng. Bác sĩ Marc Lebel, nhà khoa học tại GE Healthcare, cho biết, sự nhiễu sóng gây khó khăn cho giải phẫu và chẩn đoán bệnh, làm cho việc đọc dữ liệu chậm và không chắc chắn.

Chuyển đổi sắc nét trong các tín hiệu cũng là một vấn đề gây khó dễ cho các bác sĩ X quang. Những chuyển đổi này có thể gây ra một hiện tượng gọi là “chuông Gibbs”, xuất hiện dưới dạng những nét mờ trên hình ảnh MR. Bác sĩ Lebel nói rằng tiếng chuông Gibbs cảnh báo về sự thiếu sót một thứ gì đó: Chắc chắn rằng bạn chưa nắm bắt được tất cả các chi tiết trong một hình ảnh. Thay vì nhận được độ sắc nét ở các cạnh cần phải chú ý, bạn sẽ thấy những đường mờ xung quanh những cạnh đó.”

Một hình ảnh MRI của xương sống trước (bên trái) và sau (bên phải) được tái tạo lại. Nguồn: GE Healthcare.

Những sai sót như vậy là một vấn đề thực sự cho các bác sĩ lâm sàng. Tiến sĩ Javier Villanueva-Meyer, trợ lý giáo sư X quang lâm sàng tại Đại học California, San Francisco, cho biết chất lượng hình ảnh là rất quan trọng đối với các bác sĩ X quang vì hình ảnh MR thường là “tiêu chuẩn vàng” để chẩn đoán trong các ngành y học như thần kinh học, trong đó bác sĩ phải chụp ảnh não và hệ thần kinh. “Lấy mẫu mô để chẩn đoán và theo dõi điều trị là một phương pháp phẫu thuật tốn kém với khả năng mắc bệnh đáng kể.”

Các bác sĩ X quang có một số thủ thuật để giảm sự nhiễu loạn, thanh lọc các hiện vật và loại bỏ tiếng chuông Gibbs. Họ có thể thực hiện quét trong thời gian dài hơn để tăng tỷ lệ tín hiệu / nhiễu (SNR) hoặc độ phân giải trong hình ảnh MR. Nhưng việc kéo dài thời gian chụp MR có thể gây hại đối với những bệnh nhân bị sợ không gian hẹp. Quét lâu hơn cũng ảnh hưởng tới lịch trình yêu cầu bác sĩ lâm sàng và doanh thu của bệnh viện. Mặt khác, quét ngắn hơn thường cung cấp SNR thấp hơn, làm giảm độ tin cậy của chẩn đoán. Villanueva-Meyer nói rằng có nguy cơ về kết quả có ý nghĩa lâm sàng quan trọng khi được “đánh giá thấp hoặc không được chẩn đoán” với các “bản quét nhanh MR”.

Các bác sĩ X quang cũng có thể lọc tín hiệu nhiễu sóng và tiếng chuông Gibbs bằng kỹ thuật làm mịn kết hợp các tín hiệu xung quanh. Nhưng điều này cũng không phải là biện pháp xử lý hoàn toàn cho vấn đề: Mặc dù họ đã giảm tiếng ồn và đổ chuông thành công, nhưng họ cũng bị mất đi một số tín hiệu, điều mà ông Lebel nói là “làm mờ chi tiết.”

Bây giờ trí tuệ nhân tạo có thể giúp trả lời vấn đề của cả bác sĩ X quang và bệnh nhân. AIR Recon DL là phần mềm được xây dựng bởi GE Healthcare hiện đang chờ xử lý 510 (k) với Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ. Nó được thiết kế để tách tín hiệu khỏi nhiễu mà không ảnh hưởng đến chất lượng chẩn đoán hoặc tăng thời gian quét, theo ông Lebel. GE đã xây dựng AI bằng cách sử dụng nền tảng Edison AI của mình để cung cấp cho các thuật toán máy tính với hàng chục ngàn hình ảnh. Phần mềm sử dụng một mạng lưới với hơn 100.000 hệ số để phân tích hình ảnh lâm sàng để xác định các kiểu nhiễu sóng và tiếng Gibbs có thể xảy ra.

Công nghệ tái tạo áp dụng cho hình ảnh của tuyến tiền liệt (bên phải). Nguồn: GE Healthcare.

Nhưng còn thêm nữa. Mạng lưới thần kinh của phần mềm được thiết kế để đưa ra chi tiết giải phẫu mà nếu không bị làm rối bởi sự nhiễu sóng và hiện vật. Ông Lebel ví nó như một nghệ sĩ bậc thầy nhỏ bé bên trong cơ thể con người, vẽ một chi tiết ấn tượng trên bất cứ nơi nào họ nhìn thấy một khoảng trống. Không giống như nhiều phương pháp chăm sóc sức khỏe AI được áp dụng như các kỹ thuật xử lý hậu kỳ, AIR Recon DL có khả năng đánh bóng hình ảnh trong thời gian thực. “Chúng tôi đã áp dụng AI vào kế hoạch tái tạo hình ảnh của chúng tôi, vì vậy, nó ngay lập tức tạo ra hình ảnh,” ông Lebel nói.

Phần mềm này đã được công bố vào đầu tháng 12 tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội X quang Bắc Mỹ (RSNA), tập hợp các nhà X-quang lớn nhất thế giới, tại Chicago. Nhưng mẫu AI này đã cung cấp kết quả rõ ràng với nhiều người dùng có phiên bản nguyên mẫu nghiên cứu.

Ông Villanueva-Meyer cho biết, những lợi ích chính [được quan sát bằng cách sử dụng phiên bản nguyên mẫu] bao gồm dễ dàng thực hiện quy trình công việc hiện tại, sửa đổi giao thức nhỏ cho kỹ thuật viên và khả năng quét nhanh hơn. Ông nói rằng khả năng quét nhanh hơn có thể giúp mang lại trải nghiệm tốt hơn cho bệnh nhân và tất nhiên, cho phép bác sĩ khám được cho nhiều bệnh nhân hơn.

Tiến sĩ Pascal Roux, một bác sĩ X quang tại Trung tâm Cardiologique du Nord (CCN) ở Paris, cho biết thời gian mua phần mềm ngắn hơn – thời gian để máy tạo ra hình ảnh – sẽ cho phép anh ta thêm tối đa sáu bệnh nhân nữa trong 12 giờ/ ngày. Và sự tiến bộ đó chắc chắn đảm bảo làm cho một số tiếng ồn.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN