Trực quan sự bùng nổ dữ liệu y tế

Ngày nay máy quét y tế sản sinh hàng ngàn hình ảnh và terabyte dữ liệu cho một bệnh nhân trong vài giây, nhưng làm thế nào các bác sỹ phân tích thông tin này và xác định cái gì hữu ích? Tại TEDxGöteborg, chuyên gia khoa học trực quan Anders Ynnerman chỉ cho chúng ta các công cụ mới rất lý tưởng như mổ xác ảo, để phân tích vô số dữ liệu, và cái nhìn về các công nghệ y tế sci-fi-sounding trong sự phát triển. Bài diễn thuyết này chứa đựng vài hình ảnh y tế đồ họa.

Tôi sẽ bắt đầu với một thử thách nhỏ nhé

thử thách về xử lí số liệu

số liệu mà chúng ta phải giải quyết

trong lĩnh vực y khoa

Đó thực sự là thách thức lớn cho chúng ta

Và đó là gánh nặng khủng khiếp

đây là máy chụp X quang

hay máy CT

Đây là môt thiết bị tuyệt vời

Nó dùng những tia X hay chùm tia X

quét rất nhanh xung quanh cơ thể người.

Chỉ cần 30 giây để cỗ máy quét

và thu thập một lượng thông tin khổng lồ

mà cỗ máy xuất ra.

Vì vậy, đây là một cỗ máy tuyệt vời

mà chúng ta có thể dùng

để cải thiện việc chăm sóc sức khỏe,

như tôi đã nói, đây cũng là một thử thách.

Và bức hình này cho ta thấy thử thách đó.

Đây là sự bùng nổ dữ liệu y khoa

mà chúng ta có hiện nay.

Chúng ta đang đối mặt với vấn đề này.

Để tôi quay trở lại quá khứ.

Chúng ta hãy quay lại vài năm
và xem điều gì đang xảy ra.

những máy móc này xuất hiện

và ra đời vào thập niên 70

những cố máy quét qua cơ thể người,

và tạo ra gần 100 những bức ảnh

của cơ thể đó.

Và để làm rõ hơn, tôi xin mạn phép,

dịch lại những lát cắt thông tin đó.

Điều đó tương đương 50 megabyte dữ liệu,

cũng khá nhỏ

so với khả năng xử lí dữ liệu ngày nay
của chúng ta

trên những thiết bị di động bình thường.

Nếu dữ liệu chuyển thành danh bạ
điện thoại

thì các cuốn sổ sẽ chất cao khoảng 1 mét

Hãy nhìn những việc chúng ta đang làm

với máy móc chúng ta đang sở hữu

ta có thể chụp được, trong vài giây,

24 000 bức ảnh của một cơ thể,

điều đó tương ứng với 20 gigabyte dữ liệu

hay 800 quyển danh bạ điện thoại,

và chồng sổ ấy sẽ cao khoảng 200 mét

Điều gì sẽ xảy ra --

và thứ ta đang thấy; đó là sự bắt đầu --

một xu hướng công nghệ đang diễn ra

như việc chúng ta bắt đầu tìm
các giải pháp tiết kiệm thời gian

giúp tạo động lực thúc đẩy bản thân.

Hãy giả định rằng

ta đang thu thập dữ liệu trong năm giây,

tương đương với một terabyte dữ liệu

bằng khoảng 800 000 sổ điện thoại

kéo dài khoảng 16 km sổ điện thoại.

Đó là một sự kiên nhẫn, một bộ dữ liệu.

Và đây là điều ta cần phải giải quyết.

Thế nên đây là một thách thức lớn mà ta có

đến tận ngày nay -- đã có 25000 bức ảnh

Hãy tưởng tượng

khi ta nhờ các bác sĩ X quang làm việc này

họ sẽ thu thập 25000 bức ảnh,

rồi sẽ phản ứng thế này:
"25000, được thôi, được thôi.

Có vấn đề rồi."

Họ sẽ không thể làm gì hơn.
Không thể nào.

Thế nên ta phải làm điều gì đó
thông minh hơn việc này.

Việc cần làm là đặt tất cả
lát cắt với nhau

Hãy tưởng tượng việc cắt cơ thể ở mọi hướng,

sau đó thử đặt các lát cắt cùng nhau

thành một chồng dữ liệu, một khối dữ liệu.

Đó thật sự là điều ta đang làm.

Ta đặt Gigabyte hay terabyte
dữ liệu thành khối.

Vậng, khối dữ liệu

chỉ chứa đựng lượng tia X

mà chụp được trên cơ thể người.

Việc ta cần làm là tìm ra cách

hãy nhìn vào những điều ta muốn xem xét

và làm những thứ trong suốt cái
mà ta không muốn xem xét.

Chuyển bộ dữ liệu

thành vài thứ như thế này.

Đó là một thách thức.

Một thách thức to lớn để làm việc đó.

Dùng máy tính, thậm chí chúng
càng nhanh và tốt hơn mọi lúc,

là thách thức khi xử lí gigabyte dữ liệu,

terabyte dữ liệu

và chắt lọc thông tin tương ứng.

Tôi muốn xem trái tim.

Tôi muốn nhìn huyết quản, muốn xem gan.

hay tìm khối u,

trong một số trường hợp.

Đây là nơi thân yêu đến chơi.

Đó là con gái tôi.

Khoảng 9 giờ sáng.

Nó đang chơi trò chơi trên máy tính.

Nó chỉ mới 2 tuổi,

có tiếng kèn.

Con bé thật sự là động lực

đằng sau sự phát triển của các đơn vị
xử lí đồ họa.

Miễn là trẻ con chơi trò chơi máy tính,

đồ họa trở nên càng ngày càng tốt hơn.

Hãy về nhà, bảo với con bạn chơi nhiều hơn

vì đó là cái tôi cần.

Bên trong cỗ máy này

có thể cho tôi làm điều tôi đang làm

với dữ liệu y khoa.

Điều tôi đang làm là dùng các
thiết bị nhỏ tuyệt vời.

Như bạn biết đấy, hãy quay lại

có lẽ 10 năm trước

khi tôi có quỹ

để mua máy tính đồ họa đầu tiên

nó là cỗ máy khổng lồ.

Nó là tủ vi xử lý và bộ nhớ và nhiều thứ.

Tôi đã trả cỡ 1 triệu đô cho cỗ máy đó.

So với ngày nay thì chiếc máy đó chỉ
nhanh như chiếc iPhone.

Mỗi tháng đều có thẻ đồ họa mới ra đời,

đây là một trong những chiếc mới nhất
từ nhà sản xuất

NVIDIA, ATI, Intel.

Có hàng trăm giá đỡ

bạn có nhiều thứ
đặt chúng vào máy tính

bạn có thể làm những điều tuyệt vời
với card đồ họa.

Nó thật sự cho phép ta

giải quyết sự bùng nổ dữ liệu y tế,

cùng với một số công việc tiện lợi

dưới hình thức giải thuật

nén dữ liệu,

chọn lọc thông tin tương ứng mà con
người đang nghiên cứu.

Tôi sẽ chỉ bạn vài ví dụ mà ta có thể làm.

Đây là bộ dữ liệu được chụp bằng máy CT.

Bạn có thể thấy đây là bộ dữ liệu đầy đủ.

Một phụ nữ. Bạn có thể thấy tóc.

Bạn có thể thấy cấu trúc riêng của phụ nữ.

Bạn có thể thấy tán xạ của tia X

trên răng, kim loại trong răng.

Đó là nơi mà những hiện vật phát ra.

Nhưng, việc hoàn toàn tương tác

trên card đồ họa chuẩn trên
máy tính thông thường,

Tôi chỉ đặt vào máy bay thu gọn.

Và các dữ liệu nằm bên trong,

vì vậy tôi bắt đầu xoay, tôi xem nó từ
nhiều góc khác nhau,

và tôi thấy rằng người phụ nữ
này có vấn đề.

Cô ấy bị chảy máu não,

và được cố định với stent nhỏ,

một kẹp kim loại đang thắt chặt mạch.

Chỉ bằng cách thay đổi chức năng,

tôi có thể xác định những gì sẽ
được làm rõ

và những gì sẽ hiện lên.

Tôi có thể xem cấu trúc sọ,

và thấy rằng, tốt, đó là nơi mở sọ
trên người phụ nữ này,

và đó là nơi đi vào.

Có những hình ảnh tuyệt vời.

Chúng có độ phân giải thật sự cao,

và thật sự chỉ ra điều mà ta có thể làm

với card đồ họa chuẩn ngày nay.

Hiện nay ta có thể dùng công nghệ này,

và cố gắng nén nhiều dữ liệu

vào hệ thống.

Một trong những ứng dụng được tiến hành

điều này đã nhận được chút
lực kéo trên thế giới

là ứng dụng mổ xác ảo.

Hãy xem lại những dữ liệu cực khổng lồ

chúng ta có thể làm quét toàn thân.

Chúng tôi cho toàn cơ thể qua máy CT,

chỉ trong vài giây ta có thể nhận
tập dữ liệu của cả cơ thể.

Đó là từ mổ xác ảo.

Bạn có thể thấy tôi đang dần lột.

Trước tiên bạn thấy túi cơ thể mà
cơ thể đi vào,

sau đó tôi lột lớp da, bạn có thể
thấy các cơ

bạn có thể xem cấu trúc xương
của người phụ nữ này.

Tôi muốn nhấn mạnh ở điểm này

với lòng tôn trọng to lớn

Bây giờ tôi sẽ chỉ cho mọi người

Tôi sẽ chỉ ra vài trường hợp mổ xác ảo

với sự kính trọng lớn cho những người

đã chết vì bạo lực

tôi đang đưa cho bạn những hình ảnh.

Trong lĩnh vực pháp y

và

có xấp xỉ 400 trường hợp từ trước tới nay

chỉ một phần của Thụy Điển mà tôi đến

đã được khám nghiệm mổ xác ảo

trong 4 năm qua.

Đây sẽ là tình hình điển hình.

Cảnh sát sẽ quyết định

khi có một trường hợp vào buổi tối

họ sẽ quyết định đây có phải trường hợp
cần khám nghiệm tử thi?

Vì vậy vào buổi sáng, khoảng 6 tới 7 giờ

cơ thể sau đó được chuyển vào
trong túi đựng xác

và đưa tới trung tâm của chúng tôi

và đang được quét qua một trong các máy CT

Sau đó bác sỹ X quang
cùng nhà bệnh học

đôi lúc nhà khoa học pháp y,

xem xét dữ liệu xuất ra,

họ tham dự một phiên họp chung.

Sau đó họ quyết định làm gì trong khi
khám nghiệm tử thi thật.

Bây giờ hãy xem xét vài trường hợp,

đây là một trong các ca đầu
chúng tôi có.

Bạn có thể thấy chi tiết của tập dữ liệu.

Nó có độ phân giải rất cao,

và giải thuật này cho phép chúng ta

thu nhỏ trên tất cả chi tiết.

Nó tương tác hoàn toàn,

bạn có thể xoay, xem nhiều thứ rất thực

trên các hệ thống ở đây.

Không cần nói quá nhiều về trường hợp này,

đây là tai nạn giao thông,

tài xế say rượu tông phải người phụ nữ.

Rất. rất dễ nhận thấy tổn thương
của cấu trúc xương.

Nguyên nhân tử vong là do xương cổ bị gãy.

Mạng sống người phụ nữ đã bị chấm dứt dưới chiếc xe,

Cô ta bị đánh khá nặng

bởi vết thương này.

Đây là trường hợp khác, đâm bằng dao.

Lần nữa chỉ cho ta những gì ta có thể làm.

Rất dễ dàng nhìn thấy các
chi tiết kim loại

mà ta có thể thấy ở bên trong cơ thể.

Bạn cũng xem được các chi tiết của răng

mà thực sự là phần trám của răng

bởi vì tôi thiết lập chức năng
chỉ ra kim loại

và cũng làm mọi thứ trong suốt.

Đây là trường hợp bạo lực khác.
Nó không thực sự giết người.

Người bị giết bởi vết đâm ở tim,

họ chỉ cần gời con dao

bằng cách đặt nó vào một nhãn cầu.

Đây là trường hợp khác.

Nó rất thú vị để ta

có thể xem các thứ như các nhát dao đâm.

Đây bạn có thể thấy con dao đi qua tim.

Rất dễ thấy không khí bị rò rỉ như thế nào

từ phần này đến phần khác,

mà rất khó khi làm mổ xác vật lý theo
chuẩn mực bình thường

Nó thực sự giúp ích rất nhiều trong

điều tra tội phạm

để xác định nguyên nhân tử vong,

trong vài vụ án cũng chuyển hướng
điều tra theo hướng đúng

để tìm ra kẻ sát nhân thật sự.

Đây là trường hợp khác tôi nghĩ là thú vị.

Đây bạn có thể thấy viên đạn

giáng vào kế cột sống của người này.

Và cái chúng tôi đã làm là chuyển
viên đạn thành nguồn sáng,

viên đạn thật sự chiếu sáng,

thật sự dễ dàng tìm các mãnh đạn.

Trong suốt một ca mổ xác vật lý,

bạn phải phanh cơ thể để
tìm các mảnh đạn,

Nó thật sự khó làm.

Một trong những điều tôi thật sự hạnh phúc

để có thể chỉ cho bạn hôm nay

là bảng mổ xác ảo của chúng tôi.

Nó là thiết bị cảm ứng
chúng tôi phát triển

dựa vào các giải thuật, sử dụng
các GPU đồ họa chuẩn.

Nó trông như thế này,

cho bạn cảm giác cho những gì
nó trông giống như

Nó thật sự làm việc như
chiếc iPhone khổng lồ.

Vì thế chúng tôi ứng dụng

tất cả các cử chỉ bạn có thể
làm trên bảng,

và bạn có thể nghĩ về nó như một
giao diện cảm ứng khổng lồ.

Nếu bạn đang nghĩ về việc mua chiếc iPad,

hãy quên nó đi. Thay vào đó
đây là cái bạn muốn.

Steve, hy vong bạn đang nghe
nó tới nó, được rồi.

Vì vậy nó là thiết bị nhỏ rất tốt.

Nếu có cơ hội, bạn hãy thử nó.

Nó thật sự là một kinh nghiệm thực tế.

Nó đạt được một số lực kéo, chúng tôi
đang cố gắng triển khai

cố gắng áp dụng nó trong ngành giáo dục,

có lẽ trong tương lai,

trong nhiều tình huống lâm sàn.

Có một clip ở YouTube mà
bạn có thể tải và xem

nếu bạn muốn truyền thông
tin tới người khác

về mổ xác ảo.

Vâng, giờ chúng ta đang nói về cảm ứng,

tôi giới thiệu tiếp "chạm" dữ liệu.

Đây là chút khoa học viễn tưởng,

chúng ta đang đi vào tương lai.

Đây không là thứ các bác sỹ y
khoa đang dùng bây giờ,

nhưng tôi hy vọng họ sẽ
dùng trong tương lai.

Cái bạn đang nhìn thấy bên trái
là thiết bị cảm ứng.

Nó là chiếc bút cơ nhỏ

có động cơ bước rất, rất nhanh
bên trong cây bút.

Và tôi có thể tạo ra một phản lực.

Khi tôi gần như chạm dữ liệu,

nó sẽ tạo ra các lực trong chiếc bút,
nên tôi nhận phản lực.

Trong tình huống cụ thể này,

nó là máy quét người sống.

Tôi có cây bút này, và
tôi nhìn vào dữ liệu,

và tôi di chuyển bút về phía đầu,

và rất đột ngột tôi cảm thấy sự phản kháng

Tôi có thể cảm thấy làn da.

Nếu tôi ấn mạnh hơn, tôi sẽ đi qua làn da,

và tôi có thể cảm nhận
cấu trúc xương bên trong.

Nếu tôi ấn mạnh hơn nữa,
tôi sẽ đi qua cấu trúc xương,

đặc biệt gần tai nơi xương rất mềm.

Sau đó tôi có thể cảm nhận não bên trong,
nó sẽ lấm bùn như này

Nó thật sự tốt.

Và đi xa hơn, đây là tim.

Và đây cũng là máy quét mới tuyệt vời,

chỉ trong 0.3 giây,

Tôi có thể quét toàn bộ tim,

và làm điều đó với độ phân giải thời gian.

Chỉ nhìn vào trái tim,

tôi có thể phát lại video ở đây.

Đây là Karljoha,
sinh viên cao học của tôi

đang làm việc ở dự án này.

Cậu ấy ngồi trước thiết bị Haptic,
hệ thống phản lực,

và cậu ấy đang di chuyển
chiếc bút về phía đầu,

và bây giờ tim đang đập ngay trước mặt,

cậu ấy có thể xem tim đập như thế nào.

Cậu ấy lấy bút và di chuyển nó
về hướng tim

và đặt bút lên trái tim,

sau đó cảm thấy nhịp tim từ
bệnh nhân sống thực sự.

Rồi cậu ấy kiểm tra tim
động như thế nào

Cậu có thể đi vào trong, ấn vào tim,

và cảm nhận các van đang
di chuyển thế nào

Tôi nghĩ, đây thực sự là tương lai
cho phẫu thuật tim.

Ý tôi là nó có thể là giấc mơ cho
bác sỹ phãu thuật tim

để có thể đi vào trong tim của bệnh nhân

trước khi tiến hành phẫu thuật,

và làm điều đó với dữ liệu độ
phân giải chất lượng cao.

Đây thực sự gọn gàng.

Chúng ta sẽ đi xa hơn vào
khoa học viễn tưởng.

Và nghe một chút về MRI chức năng.

Đây là một dự án thực sự thú vị.

MRI sử dụng từ trường

và tần số vô tuyến

để quét bộ não, hoặc bất cứ
phần nào của cơ thể.

Vì vậy chúng tôi thật sự nhận ra điều này

là thông tin của cấu trúc bộ não,

nhưng cũng có thể đo sự khác biệt

trong các tính chất của máu đó là oxy

và máu đó cạn kiệt oxy.

Điều đó có nghĩa là có thể

vạch ra hoạt động của bộ não.

Đây là điều mà chúng tôi đang làm việc.

Bạn thấy Motts kỹ sư nghiên cứu, ở đó,

đi vào hệ thống MRI,

cậu ấy đang mang kính râm.

Nên cậu ấy có thể nhìn một
số thứ qua kính râm.

Tôi sẽ trình bày vài thứ trong khi
cậu ấy ở trong máy quét.

Có chút kỳ quái,

bởi vì cái mà Motts thấy thật là cái này.

Cậu ấy đang thấy bộ não của chính mình.

Vì vậy Motts đang làm vài thứ ở đây,

và có lẽ cậu sẽ như thế này
với tay phải,

vì phía bên trái được kích hoạt

trên vỏ não vận động.

Sau đó cậu ấy sẽ thấy cái đó cùng lúc.

Các hình ảnh là bộ não mới.

Đây là vài thứ chúng ta đã
nghiên cứu một chút.

Đây là dãy khác của bộ não Motts.

Và đây chúng tôi yêu cầu Motts
tính ngược từ 100.

Cậu ta đếm "100, 97, 94."

Sau đó cậu ấy đếm ngược.

Và bạn sẽ thấy cách bộ xử lý toán học nhỏ
đang làm việc trong bộ não của anh ấy

và chiếu sáng toàn bộ não.

Thật tuyệt vời. Chúng tôi có thể làm
điều đó trong thời gian thực.

Chúng ta có thể điều tra vài thứ.
Bảo anh ta làm vài điều.

Bạn có thể thấy vỏ não trực quan
của cậu ta

được kích hoạt ở sau đầu,

vì đó là nơi cậu ta thấy, anh
ấy thấy não của mình.

Và cậu ta đang nghe các
chỉ dẫn của chúng ta

khi bảo cậu ấy làm gì đó.

Tín hiệu thật sự sâu bên trong não bộ,

và nó đang phát sáng,

vì tất cả dữ liệu ở bên trong khối này.

Chỉ trong một giây bạn sẽ thấy

Motts, giờ hãy di chuyển chân trái.

Cậu ta sẽ đi như này.

Khoảng 20 giây đi như vậy,

và rất đột ngột nó sáng lên ở đây.

Chúng ta đã có hoạt động vỏ não lên đó.

Điều này rất, rất tốt,

và đây là công cụ tuyệt vời.

Và liên quan bài
diễn thuyết trước ở đây,

vài thứ mà ta có thể
dùng như một công cụ

để thật sự hiểu rõ

cách các nơron và não đang hoạt động,

và ta có thể làm điều đó với
chất lượng trực quan rất, rất cao

và độ phân giải rất nhanh.

Giờ đây chúng tôi có
niềm vui ở trung tâm.

Đó là máy quét CAT
Computer Aided Tomography

Đây là con sư tử từ sở thú địa phương

bên ngoài Norrkoping ở Kolmarden, Elsa.

Nó được đưa đến trung tâm,

và họ dùng thuốc an thần cho nó

sau đó đưa nó vào máy quét.

Khi đó tôi nhận toàn bộ
tập dữ liệu từ con sư tử.

Tôi có thể làm các hình ảnh
rất đẹp này.

Tôi có thể bóc lớp của con sư tử.

Có thể nhìn bên trong nó.

Và chúng tôi đã thử nghiệm với điều này.

Tôi nghĩ đây là một ứng dụng vĩ đại

cho tương lai của công nghệ này,

bởi vì có rất ít người biết về
giải phẫu động vật.

Những gì được biết hiện cho
bác sĩ thú y là thông tin cơ bản.

Chúng tôi có thể quét
tất cả các loại vật,

tất cả loại động vật.

Vấn đề duy nhất là để nó vừa vào máy.

Đây là con gấu.

Rất khó để nó vào.

Con gấu là động vật thân thiện, đáng yêu.

Và đây là mũi của con gấu.

Có lẽ bạn muốn nâng niu nó,

cho đến khi bạn thay đổi
các chức năng và nhìn nó.

Hãy chú ý con gấu.

Với điều đó,

tôi mạn phép cám ơn tất cả

người đã giúp tôi tạo các hình ảnh này.

Làm điều này là sự nỗ lực rất lớn,

thu thập dữ liệu và phát triển giải thuật,

viết tất cả phần mềm.

Một số người rất tài năng.

Phương châm của tôi là luôn
chỉ thuê người thông minh hơn tôi

và đa phần thông minh hơn tôi.

Cám ơn rất nhiều.

(vỗ tay)