Phát hiện bệnh sớm nhờ ống nghe y tế AI

Ống nghe đang bước vào kỷ nguyên mới khi được kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) để phát hiện bệnh tim sớm hơn.

Ảnh minh họa. Nguồn: Getty Images.

Dù y học hiện đại đã phát triển với nhiều công nghệ hình ảnh và theo dõi tiên tiến, ống nghe vẫn là một công cụ chẩn đoán nhanh, dễ sử dụng và tiết kiệm chi phí, giúp bác sỹ nhận biết sớm các dấu hiệu của bệnh tim và phổi.

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các dấu hiệu bất thường thường chỉ xuất hiện ở giai đoạn muộn của bệnh, khi việc điều trị đã trở nên khó khăn và hiệu quả giảm đáng kể, đặc biệt là đối với bệnh tim mạch. Đó là lý do các nhà khoa học đang tìm cách “nâng cấp” chiếc ống nghe truyền thống bằng trí tuệ nhân tạo (AI), giúp phát hiện bệnh tim sớm và chính xác hơn.

Lịch sử phát triển của ống nghe

Trước khi ống nghe ra đời, bác sĩ phải đặt tai trực tiếp lên ngực bệnh nhân để nghe nhịp tim và hơi thở.

Vào đầu thế kỷ 19, bác sĩ người Pháp René Théophile Hyacinthe Laënnec đã cuộn một tờ giấy lại thành ống để nghe tim của một cô gái trẻ mắc bệnh tim và phát hiện âm thanh rõ hơn nhiều. Đây chính là phiên bản ống nghe đầu tiên.

Một trong những ống nghe y tế bằng gỗ đầu tiên của bác sĩ Laënnec. Nguồn: Science Museum London/Science and Society Picture Library.

Trong các thập kỷ tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã cải tiến thiết kế và thêm màng nghe giúp khuếch đại và lọc âm thanh tốt hơn.

Đến giữa thế kỷ 19, hai bác sĩ Arthur Leared (Ireland) và George Philip Cammann (Mỹ) đã phát triển ống nghe hai tai (binaural), giúp giảm tạp âm và tăng độ chính xác khi chẩn đoán. Từ đó đến nay, cấu trúc cơ bản của ống nghe hầu như không thay đổi.

Đầu những năm 2000, ống nghe kỹ thuật số ra đời có khả năng khuếch đại, ghi âm và lưu trữ âm thanh.

Âm thanh của nhịp tim

Mỗi nhịp tim gồm hai âm thanh: tiếng “lub” vang lên khi van giữa hai buồng tim đóng lại, đẩy máu ra khỏi tim, tiếng “dub” phát ra khi các van dẫn ra ngoài tim đóng lại, giúp tim thư giãn và nạp máu trở lại.

Màng nghe và chuông của ống nghe truyền tải các tần số âm thanh khác nhau đến tai người nghe. Nguồn: Jarould/Wikimedia Commons.

Các bác sĩ còn lắng nghe các tiếng bất thường như tiếng thổi, tiếng phụ hay tiếng lách cách. Đây là những dấu hiệu cho thấy dòng máu lưu thông không bình thường hoặc van tim gặp vấn đề.

Trên thực tế, một loại âm thanh bất thường có thể xuất hiện ở nhiều bệnh lý khác nhau, thậm chí cả ở tim khỏe mạnh, khiến việc chẩn đoán chỉ dựa vào âm thanh trở nên thiếu chính xác.

Khi trí tuệ nhân tạo “lắng nghe” cùng bác sĩ

Công nghệ AI có thể nhận ra những khác biệt rất tinh tế giữa âm thanh của tim khỏe mạnh và tim bị tổn thương, ngay cả khi chưa xuất hiện tiếng thổi hay các dấu hiệu mà tai người có thể nghe thấy.

Để huấn luyện AI, các nhà nghiên cứu sử dụng ống nghe kỹ thuật số để ghi lại âm thanh tim. Thiết bị này sau đó chuyển sóng âm thành tín hiệu điện tử, lưu trữ và phân tích trên máy tính. Qua đó, thuật toán học được cách nhận biết mẫu âm thanh của tim bình thường và bất thường để dự đoán tình trạng của tim.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang phát triển những thuật toán kết hợp với ống nghe kỹ thuật số như một công cụ sàng lọc bệnh tim nhanh, chi phí thấp và không xâm lấn.

Tuy nhiên, phần lớn dữ liệu để huấn luyện hiện có chủ yếu đến từ bệnh nhân đã ở giai đoạn muộn, nên AI còn thiếu dữ liệu về âm thanh tim trong giai đoạn đầu của bệnh. Để khắc phục, các nhà khoa học đã sử dụng mô hình động vật nhằm ghi lại âm thanh tim ở giai đoạn sớm, sau đó so sánh với hình ảnh chụp canxi trong tim để đánh giá độ chính xác.

Kết quả cho thấy, thuật toán có thể phân loại chính xác tim khỏe tới hơn 95%, phân biệt được các loại bệnh tim với độ chính xác gần 85%, và đặc biệt, có khả năng phát hiện bệnh từ sớm, khi chưa có tiếng thổi hay biến đổi cấu trúc tim.

Chiếc ống nghe nhỏ bé, biểu tượng của ngành y hơn 200 năm qua, đang bước sang kỷ nguyên công nghệ mới, mang đến hy vọng phát hiện sớm và điều trị hiệu quả hơn cho hàng triệu bệnh nhân tim mạch trên toàn thế giới./.