Đồ án tốt nghiệp: Phát hiện sớm bệnh ung thư da qua ảnh chụp từ điện thoại

Đồ án tốt nghiệp về phát hiện sớm ung thư da qua ảnh chụp điện thoại, ứng dụng hiệu quả mô hình học sâu và trí tuệ nhân tạo trong y tế.

• Tác giả: Nguyễn Phi Long
• Người hướng dẫn: Nguyễn Thiên Bảo
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin
• Đề tài: Phát hiện sớm bệnh ung thư da thông qua ảnh chụp từ điện thoại
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tầm Quan Trọng của Phát Hiện Sớm Ung Thư Da

Ung thư da là một trong những bệnh ung thư phổ biến nhất trên thế giới, với tỷ lệ mắc bệnh ngày càng tăng. Phát hiện sớm là chìa khóa để cải thiện tỷ lệ sống sót của bệnh nhân. Các nghiên cứu y học cho thấy rằng khi ung thư da được phát hiện ở giai đoạn sớm, tỷ lệ chữa khỏi có thể đạt trên 90%. Tuy nhiên, ở Việt Nam, nhiều bệnh nhân chỉ phát hiện bệnh khi đã ở giai đoạn muộn, dẫn đến kết quả điều trị kém. Công nghệ hiện đại đang mở ra cơ hội mới để phát hiện sớm ung thư da thông qua các phương pháp không xâm lấn, dễ tiếp cận và giá cả phải chăng cho mọi tầng lớp dân cư.

1.1. Tình Trạng Ung Thư Da Ở Việt Nam

Theo các báo cáo y tế, số ca mắc ung thư da ở Việt Nam tăng trung bình 5-10% mỗi năm. Nguyên nhân chủ yếu là do thay đổi lối sống, tiếp xúc nhiều với ánh nắng mặt trời và thiếu ý thức phòng ngừa. Nhận thức về phát hiện sớm ung thư da vẫn còn hạn chế, khiến nhiều bệnh nhân bỏ lỡ cơ hội điều trị tốt nhất.

1.2. Lợi Ích của Phát Hiện Sớm

Phát hiện sớm ung thư da giúp bệnh nhân có nhiều lựa chọn điều trị, giảm chi phí y tế, tránh phẫu thuật nặng, và cải thiện chất lượng cuộc sống. Các công cụ sàng lọc hiện đại hỗ trợ bác sĩ trong chẩn đoán chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị và tỷ lệ sống sót lâu dài của bệnh nhân.

II. Công Nghệ Machine Learning trong Phát Hiện Ung Thư Da

Machine learning và học sâu (Deep Learning) đang cách mạng hóa lĩnh vực chẩn đoán y tế. Công nghệ CNN (Convolutional Neural Network) cho phép máy tính học cách nhận diện các đặc điểm bất thường trên da thông qua phân tích hình ảnh. Các mô hình học sâu được huấn luyện trên hàng trăm ngàn hình ảnh ung thư da từ các nguồn lâm sàng tin cậy, có khả năng phát hiện các tổn thương da với độ chính xác tương đương hoặc thậm chí vượt quá các bác sĩ da liễu giàu kinh nghiệm. Ứng dụng công nghệ này trên điện thoại thông minh mở ra khả năng phát hiện sớm ung thư da mọi lúc, mọi nơi, giúp mang dịch vụ y tế chuyên biệt đến gần gũi với người dân.

2.1. Nguyên Lý Học Sâu Trong Phân Tích Ảnh

Học sâu sử dụng các mạng nơ-ron nhân tạo với nhiều lớp để xử lý dữ liệu ảnh. CNN được thiết kế đặc biệt để nhận diện mô hình và đặc trưng từ hình ảnh. Quá trình này bao gồm trích xuất đặc trưng, phân loại và dự đoán, giúp hệ thống tự động nhận biết các dấu hiệu bất thường của ung thư da từ ảnh chụp đơn giản.

2.2. Ưu Điểm Sử Dụng Ảnh Chụp Điện Thoại

Ảnh chụp từ điện thoại thông minh cung cấp một cách tiếp cận không xâm lấn, tiết kiệm thời gian và chi phí. Hầu hết mọi người đều sở hữu điện thoại hiện đại với camera chất lượng cao, making phát hiện sớm ung thư da trở nên dễ dàng và phổ cập hơn, đặc biệt ở những khu vực vùng sâu vùng xa thiếu hụt cơ sở y tế.

III. Các Loại Ung Thư Da Có Thể Phát Hiện

Bệnh ung thư da được chia thành nhiều loại khác nhau, với những đặc điểm lâm sàng riêng biệt. Ba loại chính bao gồm ung thư tế bào đáy (BCC), ung thư tế bào vảy (SCC), và u hắc tố ác tính (melanoma). Ngoài ra, còn có các loại ung thư da ít phổ biến hơn như Merkel cell carcinoma hay lymphoma da. Việc sử dụng machine learning cho phép phát hiện sớm ung thư da bằng cách nhận diện các dấu hiệu đặc trưng như thay đổi màu sắc, kích thước, hình dạng của các nốt ruồi hoặc tổn thương da. Các thuật toán được huấn luyện để phân biệt giữa các loại ung thư da khác nhau, hỗ trợ bác sĩ trong chẩn đoán và quyết định phương pháp điều trị thích hợp.

3.1. Ung Thư Tế Bào Đáy BCC

BCC là loại ung thư da phổ biến nhất, chiếm khoảng 80% các trường hợp. Thường xuất hiện dưới dạng một mảng đỏ, hơi lồi hoặc một vết sẹo. Mặc dù tính chất ác tính, BCC phát triển chậm và hiếm khi di căn. Phát hiện sớm ung thư da loại này giúp bệnh nhân có thể điều trị bằng các phương pháp bảo tồn không để lại sẹo xấu.

3.2. Ung Thư Tế Bào Vảy SCC và U Hắc Tố Ác Tính

SCC chiếm khoảng 20% các trường hợp, thường xuất hiện ở vùng da được tiếp xúc nắng và có xu hướng phát triển nhanh hơn BCC. Melanoma, mặc dù hiếm hơn (5%), là loại nguy hiểm nhất. Phát hiện sớm ung thư da cả hai loại này là rất quan trọng để đạt được kết quả điều trị tốt nhất và cứu sống bệnh nhân.

IV. Hướng Phát Triển Ứng Dụng Phát Hiện Ung Thư Da Trên Điện Thoại

Ứng dụng di động cho phát hiện sớm ung thư da thông qua ảnh chụp điện thoại là một bước tiến lớn trong y tế thông minh (mHealth). Các ứng dụng hiện đại tích hợp machine learning có thể cung cấp kết quả dự đoán trong vài giây, đồng thời gợi ý bệnh nhân nên tham khảo bác sĩ chuyên khoa. Nền tảng như Firebase cho phép lưu trữ dữ liệu an toàn, tương tác thời gian thực giữa bệnh nhân và các chuyên gia y tế. Hệ điều hành Android, với số lượng người dùng lớn tại Việt Nam, là nền tảng lý tưởng để phổ biến công nghệ phát hiện sớm ung thư da. Các ứng dụng này không chỉ giúp phát hiện sớm ung thư da mà còn tạo sự kết nối giữa bệnh nhân và các chuyên gia y tế, góp phần cải thiện hệ thống chăm sóc sức khỏe toàn diện.

4.1. Tính Năng Chính của Ứng Dụng Phát Hiện Ung Thư Da

Ứng dụng cung cấp giao diện thân thiện cho phép người dùng chụp hoặc tải lên ảnh tổn thương da. Hệ thống machine learning phân tích ảnh và cung cấp dự đoán ban đầu về khả năng mắc ung thư da cùng với mức độ tin cậy. Ứng dụng cũng cho phép người dùng lưu trữ lịch sử ảnh, theo dõi sự thay đổi theo thời gian, và nhận lời khuyên về phòng chống ung thư da.

4.2. Triển Vọng và Thách Thức Trong Tương Lai

Để đạt hiệu quả cao nhất, ứng dụng cần liên tục cải tiến mô hình machine learning bằng dữ liệu mới từ các bệnh viện. Bảo vệ quyền riêng tư bệnh nhân, đảm bảo chính xác của phát hiện sớm ung thư da, và tuân thủ các quy định y tế là những thách thức chính cần giải quyết để ứng dụng có thể triển khai rộng rãi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay xã hội ngày càng phát triển hiện đại, hướng tới những tầm cao mới. Những máy móc, thiết bị, robot tự động được tạo ra nhằm phục vụ cho các hoạt động của con người, giúp con người thực hiện những công việc phức tạp đòi hỏi phải đáp ứng tốt cả về sức lực lẫn trí óc. Để có thể tạo nên những thứ hiện đại như vậy thì con người đã và đang áp dụng một loại công nghệ của tương lai có tên là Machine Learning. Machine Learning(máy học) là ngành học cung cấp cho máy tính khả năng học hỏi mà không cần được lập trình một cách rõ ràng.

Hiện nay Machine Learning là một xu hướng phát triển nhanh chóng trong nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau, nhờ vào sự ra đời của các thiết bị và máy cảm ứng tự động. Các ứng dụng của Machine Learning trở nên quá quen thuộc như:  Xe tự lái, giảm thiểu tai nạn của Google? Chính là bản chất của machine learning  Các ưu đãi recommendation online như của Amazon & Netflix? Ứng dụng của Machine Learning trong cuộc sống hằng ngày  Muốn biết người dùng nói gì về bạn trên Twitter? Machine Learning kết hợp với sự sáng tạo của quy tắc ngôn ngữ  Nhận diện lừa đảo? Một trong những nhu cầu sử dụng hiển nhiên ngày nay Biết được tầm quan trọng và sự phát triển của các ứng dụng Machine Learning trong tương lai nên nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp là “Phát hiện sớm bệnh ung thư da thông qua ảnh chụp từ điện thoại”.2 Mục tiêu đề tài - Áp dụng ngôn ngữ Java và làm app android triển khai bằng Firebase - Áp dụng thuật toán CNN trong phân tích ảnh: tìm ra model tốt nhất để xử lý ảnh ung thư da - Liên kết App với model của máy học xử lý ảnh từ ảnh chụp điện thoại 1.3 Đối tượng tìm hiểu - Ngôn ngữ Java và nền tảng Firebase - Machine Learning: thuật toán CNN, các thư viện hỗ trợ như Keras,numpy,os, cv2 1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỆNH UNG THƯ DA 2.1 Định nghĩa Ung thư da - sự tăng trưởng bất thường của tế bào da, thường phát triển trên da tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Nhưng hình thức phổ biến của bệnh ung thư cũng có thể xảy ra trên vùng da không thường tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Có ba loại chính của ung thư da - ung thư biểu mô tế bào đáy, ung thư biểu mô tế bào vảy và u ác tính.

Có thể làm giảm nguy cơ ung thư da bằng cách hạn chế hoặc tránh tiếp xúc với bức xạ tia cực tím (UV). Kiểm tra da với những thay đổi đáng ngờ có thể giúp phát hiện ung thư da ở giai đoạn sớm nhất. Phát hiện sớm ung thư da mang lại cho cơ hội lớn nhất cho điều trị thành công ung thư da.1 Trường hợp phát triển ung thư da Ung thư da phát triển chủ yếu vào vùng da tiếp xúc ánh nắng mặt trời, bao gồm, da mặt, môi, tai, cổ, ngực, cánh tay và bàn tay, và trên chân ở phụ nữ. Nhưng nó cũng có thể hình thành trên các khu vực mà ít khi tiếp xúc với ánh nắng trong lòng bàn tay, bên dưới móng tay, các khoảng trống giữa các ngón chân hoặc dưới móng chân và vùng sinh dục.

Ung thư da có thể xảy đến với mọi người, tất cả các màu da, bao gồm cả những người có làn da tối hơn. Khi khối u ác tính xảy ra ở những người có màu da tối, nhiều khả năng xảy ra ở các khu vực thường không được coi là tiếp xúc với ánh nắng mặt trời.2 Ung thư tế bào đáy Ung thư tế bào đáy thường xảy ra ở khu vực ánh nắng mặt trời tiếp xúc cơ thể, chẳng hạn như mặt, tai hoặc da đầu. Ung thư tế bào đáy có thể xuất hiện như: -Một vết sưng ngọc trai hoặc sáp. -Một vết sẹo bằng phẳng, tổn thương màu da hoặc màu nâu.3 Ung thư tế bào vảy Thông thường, ung thư biểu mô tế bào vảy xảy ra trên các khu vực chịu nắng của cơ thể, chẳng hạn như mặt, môi, tai và tay.

Ung thư tế bào vảy có thể xuất hiện như: -Một nhóm, màu đỏ hạch. -Tổn thương phẳng với vảy, cặn bề mặt.4 U ác tính -Lớn với các đốm nâu sẫm màu hơn. 2 -Nốt ruồi thay đổi màu sắc, kích thước hoặc cảm thấy hay chảy máu. -Một tổn thương nhỏ với một biên giới không bình thường, phần xuất hiện màu đỏ, trắng, xanh hoặc màu xanh đen.

-Tổn thương đến vào lòng bàn tay, lòng bàn chân, ngón tay hay ngón chân, hoặc trên màng nhầy niêm mạc miệng, mũi, âm đạo hay hậu môn.5 Các dấu hiệu của các loại ung thư da ít phổ biến hơn -Sarcoma Kaposi Hình thức hiếm của ung thư da phát triển trong các mạch máu của da và gây ra các mảng tím đỏ trên da hoặc màng nhầy. Sarcoma Kaposi chủ yếu xảy ra ở những người có hệ thống miễn dịch suy yếu, chẳng hạn như những người có AIDS, và ở những người dùng thuốc ức chế miễn dịch tự nhiên, chẳng hạn như những người đã trải qua cấy ghép nội tạng. Sarcoma Kaposi cũng có thể xảy ra ở người lớn tuổi của Địa Trung Hải. -Ung thư tế bào Merkel Nốt bóng xảy ra trên hoặc ngay dưới da và trong nang lông.

Ung thư tế bào Merkel thường được tìm thấy trên các vùng tiếp xúc với mặt trời trên đầu, cổ, cánh tay và chân. -Ung thư biểu mô tuyến bã nhờn Bệnh ung thư phổ biến bắt nguồn từ các tuyến dầu trên da. Ung thư biểu mô tuyến bã nhờn, thường xuất hiện nốt cứng, không đau - có thể phát triển bất cứ nơi nào, nhưng phần lớn xảy ra trên mí mắt, nơi thường xuyên bị nhầm lẫn với vấn đề mí khác.3 Nguyên nhân Ung thư da xảy ra khi các lỗi (đột biến) hình thành trong DNA của tế bào da khỏe mạnh. Các đột biến gây ra các tế bào phát triển ngoài tầm kiểm soát và tạo thành một khối của tế bào ung thư.1 Các tế bào liên quan đến bệnh ung thư da Ung thư da bắt đầu vào lớp trên cùng của da - lớp biểu bì.

Lớp biểu bì là một lớp mỏng cung cấp một nắp bảo vệ của các tế bào da cơ thể liên tục. Lớp biểu bì có chứa ba loại tế bào:  Tế bào vảy nằm ngay dưới bề mặt bên ngoài và chức năng của lớp lót bên trong da.  Tế bào đáy, trong đó sản xuất các tế bào da mới, bên dưới các tế bào vảy.  Melanocytes - sản xuất melanin, sắc tố cung cấp màu da bình thường - được đặt ở phần dưới của lớp biểu bì.

Melanocytes sản xuất melanin nhiều hơn khi đang ở trong ánh nắng mặt trời để giúp bảo vệ các lớp sâu của da. Extra melanin tạo ra màu da rám nắng tối hơn.2 Ánh sáng tử ngoại và các nguyên nhân tiềm năng khác Phần lớn thiệt hại cho DNA trong các tế bào da kết quả từ tia cực tím (UV) bức xạ ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, phơi nắng, không thường tiếp xúc với ánh sáng mặt trời không cho thấy ung thư da phát triển. Điều này cho thấy các yếu tố khác có thể góp phần vào nguy cơ ung thư da, chẳng hạn như tiếp xúc với các chất độc hại hoặc có một điều kiện làm suy yếu hệ thống miễn dịch.3 Yếu tố và nguy cơ Yếu tố có thể làm tăng nguy cơ bao gồm: Màu da.

Bất cứ ai của bất kỳ màu da có thể bị ung thư da. Tuy nhiên, khi sắc tố thấp hơn (melanin) trong da bảo vệ kém từ bức xạ UV gây tổn hại. Nếu có hoặc mắt tóc đỏ và ánh màu vàng, có tàn nhang hoặc dễ dàng bị cháy nắng, rất có khả năng phát triển ung thư da hơn một người có da sẫm màu hơn. Mỗi khi bị cháy nắng, thiệt hại các tế bào da và làm tăng nguy cơ phát triển ung thư da.

Sau khi bị cháy nắng, cơ thể hoạt động để sửa chữa thiệt hại. Có nhiều cháy nắng phồng rộp như một đứa trẻ hay thiếu niên gia tăng nguy cơ phát triển ung thư da khi trưởng thành. Cháy nắng ở tuổi trưởng thành cũng là một yếu tố nguy cơ. Phơi nắng quá mức.

Bất cứ ai dành thời gian đáng kể trong ánh nắng mặt trời có thể phát triển ung thư da, đặc biệt nếu da không được bảo vệ bằng kem chống nắng hoặc quần áo. Thuộc da, bao gồm cả việc tiếp xúc với đèn và giường, cũng đặt có nguy cơ. Mặt trời hay nơi có khí hậu cao. Những người sống trong nắng, khí hậu ấm áp được tiếp xúc với ánh sáng mặt trời nhiều hơn là những người sống ở vùng khí hậu lạnh hơn.

Sống ở độ cao cao hơn, nơi ánh sáng mặt trời mạnh, nhiều bức xạ. Những người có nhiều nốt ruồi hoặc nốt ruồi bất thường được gọi là nevi dysplastic có nguy cơ ung thư da. Những nốt ruồi bình thường - không thường xuyên và nói chung là lớn hơn so với nốt ruồi bình thường - có nhiều khả năng hơn những người khác để trở thành ung thư. Nếu có một lịch sử của nốt ruồi bất thường, xem chúng thường xuyên thay đổi.

Các tổn thương tiền ung thư da. Có tổn thương da được biết đến như actinic keratoses có thể làm tăng nguy cơ phát triển ung thư da. Tăng trưởng tiền ung thư da thường xuất hiện như là thô ráp, có vảy bản vá lỗi đó trong phạm vi màu từ nâu sẫm - màu hồng. Phổ biến nhất trên mặt, cánh tay dưới và bàn tay của những người làm công mà da CN bị hư hỏng.

Lịch sử gia đình mắc bệnh ung thư da. Nếu một trong những cha mẹ hay anh chị em đã bị ung thư da, có thể có nguy cơ cao của bệnh. Lịch sử cá nhân đã bị ung thư da. Nếu phát triển ung thư da một lần, có nguy cơ phát triển nó một lần nữa.

Thậm chí tế bào đáy và ung thư tế bào vảy đã được xoá thành công có thể tái diễn. Hệ thống miễn dịch suy yếu. Những người có hệ thống miễn dịch bị suy yếu có nguy cơ phát triển ung thư da. Điều này bao gồm những người sống với HIV / 4 AIDS hoặc bệnh bạch cầu và các thuốc ức chế miễn dịch dùng sau khi cấy ghép nội tạng.

Tiếp xúc với các chất nhất định. Tiếp xúc với các chất nhất định, chẳng hạn như thạch tín, có thể làm tăng nguy cơ ung thư da. Nguy cơ ung thư da phát triển tăng với tuổi tác, chủ yếu là do ung thư da phát triển chậm.