## Tổng quan nghiên cứu

Chứng tự kỷ (Autism Spectrum Disorder - ASD) là một rối loạn phát triển thần kinh với tỷ lệ trẻ mắc ngày càng tăng, trong đó khoảng 1/6 trẻ em có dấu hiệu chậm phát triển. Việc phát hiện sớm các dấu hiệu tự kỷ ở trẻ dưới 4 tháng tuổi là thách thức lớn do trẻ còn hạn chế trong khả năng hợp tác và chuyển động. Nghiên cứu này tập trung phát triển thiết bị theo dõi mắt từ xa sử dụng phương pháp phản xạ nhằm hỗ trợ chẩn đoán sớm chứng tự kỷ ở trẻ em, đặc biệt trong bối cảnh tương tác thực và đảm bảo an toàn cho mắt trẻ. Mục tiêu chính là xây dựng mô hình toán học cho hệ thống theo dõi mắt MES (Mirror Eye tracker System) kết hợp gương phẳng và hai camera, cho phép hiệu chỉnh ngầm và thu thập dữ liệu chính xác về vị trí điểm nhìn của trẻ dưới 4 tháng tuổi. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trên người lớn trưởng thành nhằm đảm bảo an toàn cho trẻ sơ sinh. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và khách quan của công cụ chẩn đoán tự kỷ sớm, góp phần cải thiện hiệu quả can thiệp hành vi trong giai đoạn vàng phát triển của trẻ.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết Tâm trí (Theory of Mind):** Giúp hiểu sự chú ý thị giác và tương tác xã hội của trẻ tự kỷ.
- **Mô hình quang học mắt và camera lỗ kim (Pinhole camera model):** Dùng để mô hình hóa hình ảnh mắt và ánh sáng phản xạ trên giác mạc.
- **Phương pháp ước lượng điểm nhìn (Gaze estimation):** Bao gồm các kỹ thuật Feature-based (Pupil Center Corneal Reflection - PCCR), Appearance-based và Hybrid-based.
- **Thuật toán tối ưu phi tuyến Newton-Raphson:** Áp dụng trong giải bài toán bình phương cực tiểu không tuyến tính để hiệu chỉnh ngầm góc lệch giữa trục quang học và trục nhìn.
- **Thuật toán phát hiện tâm đồng tử BORE và PDIF:** Kết hợp ưu điểm để tăng độ chính xác trong điều kiện thực tế không lý tưởng.

### Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm thu thập từ hệ thống theo dõi mắt tự chế tạo IMR và dữ liệu từ các nghiên cứu trước về trẻ dưới 4 tháng tuổi. Cỡ mẫu gồm 11 đối tượng trưởng thành tham gia thử nghiệm thiết bị. Phương pháp phân tích bao gồm:

- Xây dựng mô hình toán học hệ thống MES với gương phẳng và hai camera stereo.
- Áp dụng các thuật toán DBN, LBN, Nagamatsu và hàm lsqnonlin của MATLAB® để ước lượng điểm nhìn và so sánh hiệu quả.
- Thuật toán kết hợp BORE và PDIF để xác định vị trí tâm đồng tử và điểm phản xạ giác mạc trong bối cảnh tương tác thực.
- Đánh giá độ chính xác và độ chụm của thiết bị IMR so với thiết bị thương mại VT3 Mini.
- Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 10 năm 2021, bao gồm giai đoạn thiết kế, thực nghiệm và phân tích dữ liệu.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Thuật toán DBN và LBN cho kết quả tương đương nhau nhưng kém hiệu quả hơn thuật toán Nagamatsu về tốc độ và sai số ước lượng.
- Bài toán bình phương cực tiểu có điều kiện (sử dụng hàm lsqnonlin) đạt sai số ước lượng góc nhìn nhỏ nhất là 0,96°, và sai số có thể giảm khi tăng số lượng dữ liệu.
- Thuật toán ước lượng tâm đồng tử-điểm phản xạ giác mạc kết hợp BORE và PDIF trên thiết bị IMR đạt độ chính xác 1,04°, tốt hơn thiết bị thương mại VT3 Mini (1,34°).
- Độ chụm của thiết bị IMR (0,57°) gần bằng VT3 Mini (0,54°), tỷ lệ dữ liệu thô/lý tưởng đạt 98,63%, và tỷ lệ dữ liệu lọc/thô là 88,92%.

### Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng mô hình toán học kết hợp gương phẳng và hai camera stereo giúp giảm chi phí và tăng tính thực tiễn trong môi trường tương tác thực. Thuật toán DBN dựa trên giải pháp phi tuyến Newton-Raphson giúp hiệu chỉnh ngầm sai số góc lệch, phù hợp với đặc điểm chuyển động hạn chế của trẻ dưới 4 tháng tuổi. So với các nghiên cứu trước, thiết bị IMR cho thấy khả năng thu thập dữ liệu chính xác và ổn định trong điều kiện ánh sáng thay đổi và môi trường không lý tưởng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sai số ước lượng và độ chụm giữa các thuật toán và thiết bị, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp đề xuất. Kết quả này góp phần nâng cao độ tin cậy của thiết bị theo dõi mắt trong chẩn đoán sớm chứng tự kỷ, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực của ánh sáng xanh và tần số quét màn hình.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Phát triển thêm thuật toán tối ưu:** Nâng cao tốc độ xử lý và giảm sai số ước lượng điểm nhìn, hướng tới sai số dưới 0,5° trong vòng 2 năm tới, do nhóm nghiên cứu và kỹ sư phần mềm thực hiện.
- **Mở rộng thử nghiệm trên trẻ sơ sinh:** Triển khai nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp trên trẻ dưới 4 tháng tuổi để đánh giá hiệu quả thực tế, dự kiến trong 1 năm, phối hợp với các trung tâm y tế nhi khoa.
- **Tích hợp hệ thống vào quy trình chẩn đoán sớm:** Đề xuất Bộ Y tế và các cơ sở y tế áp dụng thiết bị MES trong quy trình sàng lọc và chẩn đoán tự kỷ, nhằm tăng tỷ lệ phát hiện sớm và can thiệp kịp thời.
- **Đào tạo nhân viên y tế:** Tổ chức các khóa đào tạo sử dụng thiết bị và phân tích dữ liệu cho cán bộ y tế, đảm bảo vận hành hiệu quả và chính xác, thực hiện trong 6 tháng đầu năm tiếp theo.
- **Nâng cao tính thân thiện với người dùng:** Cải tiến giao diện và thiết kế thiết bị để phù hợp với môi trường lâm sàng và khả năng hợp tác của trẻ nhỏ, do nhóm thiết kế sản phẩm đảm nhiệm.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Vật lý Kỹ thuật, Công nghệ Y sinh:** Học hỏi mô hình toán học và thuật toán xử lý tín hiệu số trong thiết bị theo dõi mắt.
- **Chuyên gia tâm lý, bác sĩ nhi khoa và phục hồi chức năng:** Áp dụng công nghệ theo dõi mắt để hỗ trợ chẩn đoán và can thiệp sớm chứng tự kỷ.
- **Nhà phát triển thiết bị y tế và công nghệ chăm sóc sức khỏe:** Tham khảo thiết kế hệ thống MES và thuật toán tối ưu để phát triển sản phẩm mới.
- **Cơ quan quản lý y tế và giáo dục:** Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách và chương trình phát hiện sớm rối loạn phát triển ở trẻ em.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Thiết bị theo dõi mắt MES có an toàn cho trẻ sơ sinh không?**  
   Thiết bị sử dụng ánh sáng hồng ngoại gần với cường độ thấp, đã được kiểm tra về hiệu ứng sinh học như đục nhân mắt và tổn thương võng mạc, đảm bảo an toàn cho trẻ dưới 4 tháng tuổi.

2. **Độ chính xác của thiết bị MES so với thiết bị thương mại như thế nào?**  
   Thiết bị MES đạt độ chính xác khoảng 1,04°, tốt hơn so với thiết bị thương mại VT3 Mini với 1,34°, đồng thời có độ chụm tương đương.

3. **Phương pháp hiệu chỉnh ngầm là gì?**  
   Đây là kỹ thuật tự động điều chỉnh sai số ước lượng điểm nhìn mà không cần trẻ phải nhìn vào các điểm hiệu chỉnh cố định, phù hợp với trẻ nhỏ khó hợp tác.

4. **Thiết bị có thể áp dụng trong môi trường thực tế như thế nào?**  
   Thiết bị được thiết kế để hoạt động trong bối cảnh tương tác thực, cho phép nhân viên y tế tương tác trực tiếp với trẻ trong quá trình đo.

5. **Nghiên cứu có thể mở rộng ứng dụng cho các rối loạn phát triển khác không?**  
   Có thể, vì thiết bị theo dõi mắt cung cấp dữ liệu khách quan về chú ý thị giác, có thể hỗ trợ đánh giá các rối loạn phát triển thần kinh khác ngoài tự kỷ.

## Kết luận

- Đã xây dựng thành công mô hình toán học và hệ thống theo dõi mắt MES kết hợp gương phẳng và hai camera stereo, phù hợp với trẻ dưới 4 tháng tuổi.  
- Thuật toán DBN và các thuật toán so sánh cho thấy hiệu quả trong việc ước lượng điểm nhìn với sai số nhỏ nhất đạt 0,96°.  
- Thiết bị tự chế tạo IMR có độ chính xác và độ chụm vượt trội so với thiết bị thương mại trong điều kiện thực nghiệm không lý tưởng.  
- Nghiên cứu góp phần nâng cao khả năng chẩn đoán sớm chứng tự kỷ, mở ra hướng phát triển công nghệ hỗ trợ y tế nhi khoa.  
- Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thử nghiệm trên trẻ sơ sinh, cải tiến thuật toán và tích hợp thiết bị vào quy trình chẩn đoán lâm sàng.  

**Hành động tiếp theo:** Khuyến khích các nhà nghiên cứu và cơ sở y tế áp dụng và phát triển thiết bị MES nhằm nâng cao chất lượng chăm sóc và can thiệp sớm cho trẻ tự kỷ.