Phân Đoạn Khối U Não Từ Hình Ảnh MRI Sử Dụng Phương Pháp 3D U-Net Dựa Trên Transformers

• Tác giả: Nguyễn Thanh Thiện
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tắt Bảo Thiện
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cử nhân ngành khoa học dữ liệu
• Đề tài: Phân Đoạn Khối U Não Từ Hình Ảnh MRI Sử Dụng Phương Pháp 3D U-Net Dựa Trên Transformers
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Đóng góp của đề tài. Bố cục khóa luận
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 2.1. Tác vụ phân đoạn ngữ nghĩa
• 2.2. Khái niệm, ứng dụng và thách thức
• 2.3. Phân đoạn khối u
• 2.4. Chụp cộng hưởng từ (MRI)
• 2.5. Tổng quan về hình ảnh MRI. Hình ảnh đa phương thức
• 2.6. Sự khác nhau giữa MRI và CT
• 2.7. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 2.8. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.9. Các bộ dữ liệu
• 2.10. Phương pháp
• 2.11. Các thách thức
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Mô tả bài toán
• 3.2. Bộ dữ liệu BraTS
• 3.3. Khảo sát các phương pháp tiền xử lý phổ biến hiện nay
• 3.4. Tiền xử lý dữ liệu
• 3.5. Phương pháp để xuất
• 3.6. Kiến trúc Double Attention
• 3.7. Kiến trúc 3D Contextual Transformer
• 3.8. Ghi nhận
• 3.9. Chi tiết kỹ thuật
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Kết quả và thảo luận
• 4.2. Ablation study và thảo luận về hiệu quả của các khối Transformer
• 4.3. Đánh giá ảnh hưởng của các phương thức
• 4.4. So sánh với các phương pháp state-of-the-art
• 4.5. Phân tích lỗi
• 4.6. Ý nghĩa về mặt y khoa
• 4.7. Nhận xét về tính tổng quát hóa của mô hình trong môi trường lâm sàng
• 4.8. Ứng dụng minh họa
• 4.8.1. Giới thiệu phần mềm
• 4.8.2. Hướng dẫn sử dụng
• 5. CHƯƠNG 5: MINH HỌA ỨNG DỤNG
• 5.1. Giới thiệu giao diện phần mềm
• 5.2. Đưa dữ liệu vào phần mềm và trực quan
• 5.3. Kết quả phân đoạn
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển
• 6.3. Công bố khoa học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Phân Đoạn Khối U Não Từ Hình Ảnh MRI

Phân đoạn khối u não từ hình ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong y học hiện đại. Việc phân đoạn chính xác giúp bác sĩ đưa ra quyết định điều trị hiệu quả hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các phương pháp học sâu, đặc biệt là mô hình 3D U-Net kết hợp với Transformers, để cải thiện độ chính xác trong phân đoạn khối u não.

1.1. Khái Niệm Về Phân Đoạn Hình Ảnh Y Tế

Phân đoạn hình ảnh y tế là quá trình tách biệt các vùng quan trọng trong hình ảnh, giúp xác định vị trí và kích thước của khối u não. Điều này rất cần thiết trong việc hỗ trợ chẩn đoán và điều trị.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu Về Khối U Não

Khối u não có đặc tính phức tạp và không đồng nhất, gây khó khăn trong việc phân đoạn. Nghiên cứu hiện tại đang tìm kiếm các phương pháp tự động hóa để cải thiện độ chính xác và giảm thiểu sai sót.

II. Thách Thức Trong Phân Đoạn Khối U Não Từ Hình Ảnh MRI

Phân đoạn khối u não gặp nhiều thách thức, bao gồm sự biến đổi phức tạp của khối u và độ tương phản thấp trong hình ảnh MRI. Những yếu tố này làm cho việc phân đoạn thủ công trở nên khó khăn và tốn thời gian.

2.1. Đặc Điểm Phức Tạp Của Khối U Não

Khối u não có thể có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, làm cho việc phân đoạn trở nên khó khăn. Sự không đồng nhất trong cấu trúc cũng là một thách thức lớn.

2.2. Độ Tương Phản Thấp Trong Hình Ảnh MRI

Hình ảnh MRI thường có độ tương phản thấp giữa khối u và mô xung quanh, gây khó khăn trong việc xác định ranh giới của khối u. Điều này đòi hỏi các phương pháp phân đoạn phải có khả năng xử lý tốt các yếu tố này.

III. Phương Pháp 3D U Net Trong Phân Đoạn Khối U Não

Mô hình 3D U-Net là một trong những phương pháp tiên tiến nhất hiện nay trong phân đoạn khối u não. Mô hình này kết hợp các đặc điểm không gian và ngữ cảnh để cải thiện độ chính xác.

3.1. Cấu Trúc Của Mô Hình 3D U Net

Mô hình 3D U-Net bao gồm các lớp encoder và decoder, cho phép thu thập và phân phối thông tin hiệu quả. Cấu trúc này giúp cải thiện khả năng phân đoạn các vùng khối u phức tạp.

3.2. Tích Hợp Transformers Vào Mô Hình

Việc tích hợp Transformers vào mô hình 3D U-Net giúp khai thác thông tin ngữ cảnh phong phú, từ đó nâng cao độ chính xác trong phân đoạn khối u não.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phân Đoạn Khối U Não

Phân đoạn khối u não từ hình ảnh MRI có nhiều ứng dụng thực tiễn trong y học, từ việc hỗ trợ chẩn đoán đến lập kế hoạch điều trị. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình 3D U-Net có khả năng phân đoạn chính xác cao.

4.1. Hỗ Trợ Chẩn Đoán Y Tế

Phân đoạn chính xác giúp bác sĩ đưa ra quyết định điều trị hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng chăm sóc bệnh nhân.

4.2. Giảm Thiểu Thời Gian Và Chi Phí

Việc tự động hóa quy trình phân đoạn giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho các quy trình y tế, đặc biệt trong bối cảnh thiếu hụt chuyên gia y tế.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về phân đoạn khối u não từ hình ảnh MRI sử dụng phương pháp 3D U-Net dựa trên Transformers đã chỉ ra nhiều tiềm năng trong việc cải thiện độ chính xác và hiệu quả. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn.

5.1. Định Hướng Phát Triển Nghiên Cứu

Nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển các mô hình học sâu mới, nhằm cải thiện hơn nữa độ chính xác trong phân đoạn khối u não.

5.2. Ứng Dụng Công Nghệ AI Trong Y Tế

Công nghệ AI sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng chẩn đoán và điều trị, mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực y học.