Bài viết Ứng dụng phương pháp Monte Carlo mô phỏng mô hình da hỗ trợ chẩn đoán sức khỏe da áp dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng mô hình da người với ba lớp da. Kết quả mô phỏng được so khớp với hai nguồn dữ liệu thực tế - dữ liệu ứng với người da trắng từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST), và dữ liệu ứng với người da vàng được nhóm nghiên cứu tự thu thập bằng thiết bị quang phổ. Khoảng cách Euclid trung bình lần lượt là 0.0259 và 0.0105 ứng với dữ liệu của Viện NIST và dữ liệu tự thu thập. Mời các bạn cùng tham khảo!
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MONTE CARLO MÔ PHỎNG MÔ HÌNH DA HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN SỨC KHỎE DA Lưu Đinh Đại Đức1, Phan Đình Khánh1, Nguyễn Thế Nhân1, Kiều Thị Phượng1, Nguyễn Thanh Thiên2, Nguyễn Thanh Minh2, Phạm Văn Tuấn1,2, Nguyễn Thị Anh Thư1,2* [1] Khoa Khoa học Công nghệ tiên tiến, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng [2] Công ty TNHH MTV L.Y.D.I.N.C Email: ducluu2201@gmail.com, phandinhkhanh14@gmail.com, thenhan144@gmail.com, nkkieuphuong232@gmail.com, thiennguyenthanh257@gmail.com, minh151197@gmail.com, pvtuan@dut.udn.vn, ntathu@dut.udn.vn Các bệnh da liễu thường khơng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng có tỉ lệ mắc bệnh cao nhóm người trẻ ảnh hưởng nhiều đến tâm lý người bệnh chất lượng sống Theo nghiên cứu hồi cứu hồ sơ 3740 bệnh nhân mắc bệnh đến khám tại bệnh viện trường Đại học Y Dược Huế, bệnh nhân độ tuổi từ 16 - 30 chiếm tỉ lệ cao (55.4%) [2] Bên cạnh đó, nghiên cứu khác được thực tại Bệnh viện Da liễu Trung ương Việt Nam 430 người cho thấy lo lắng/ trầm cảm vấn đề phổ biến bệnh nhân mắc bệnh da, chiếm 71,8% [3] Tóm tắt - Ngày nay, phục vụ nhu cầu chữa trị chăm sóc da ngày tăng, việc chẩn đoán sức khỏe da trở nên cấp thiết Một số phương pháp chẩn đốn dấu hiệu tình trạng da bao gồm đo nước qua tầng da kỹ thuật chụp đèn Wood Ngoài ra, kể đến phương pháp khơng xâm lấn tiềm chụp ảnh quang học Nhờ phát triển khoa học máy tính với cơng cụ mơ để xây dựng mơ hình xác suất, phương thức chẩn đốn thực cách nhanh chóng xác Trong nghiên cứu này, áp dụng phương pháp Monte Carlo để mơ mơ hình da người với ba lớp da Kết mô so khớp với hai nguồn liệu thực tế - liệu ứng với người da trắng từ Viện Tiêu chuẩn Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST), liệu ứng với người da vàng nhóm nghiên cứu tự thu thập thiết bị quang phổ Khoảng cách Euclid trung bình 0.0259 0.0105 ứng với liệu Viện NIST liệu tự thu thập Kết cho thấy phù hợp mơ hình tốn học ba lớp tin cậy mô hình mơ Monte Carlo Kết tiền đề để nhóm tiến hành mơ liệu lớn độ phản xạ ánh sáng da, kết hợp với trí tuệ nhân tạo thực chẩn đốn thơng số sức khỏe da nhằm hướng đến phát triển ứng dụng chẩn đốn da điện thoại thơng minh Tuy nhiên, hạn chế nhịp sống làm việc nhanh phần lớn người khiến việc đến gặp bác sĩ da liễu trở nên khó khăn Điều làm cho nhiều người tốn khoảng thời gian lâu để nhận thấy da mình có vấn đề Vì nhu cầu cho phương pháp nhanh tiện để chẩn đoán sức khỏe da trở nên bức thiết hết Đó lý đời nhiều nghiên cứu về đề tài kỹ thuật chụp đèn Wood [4], kỹ thuật đo hàm lượng nước da thông qua điện dung độ dẫn điện [5], kỹ thuật đo nước qua các tầng da [5] Các phương pháp tạo số sản phẩm thị trường gồm: máy MoistureMap (Courage & Khazaka, Cologne, Germany), máy Skicon® (IBS Co., Hamamatsu, Japan), máy DermaLab® (Cortex Technology ApS, Hadsund, Denmark) [5] Tuy nhiên phương pháp tốn khá nhiều thời gian, chi phí cho máy móc, chẩn đoán nhân lực thực Từ thực trạng trên, nhóm nghiên cứu tiếp cận kỹ thuật chẩn đoán không xâm lấn, cụ thể ứng dụng ánh sáng để chẩn đoán tình trạng da việc cho ánh sáng qua da thu thập phản xạ khuếch tán để phân tích định lượng tình trạng lớp da Từ khóa - Chẩn đốn sức khỏe da, Chụp ảnh quang phổ, Mô Monte Carlo, Phản xạ khuếch tán, Chẩn đốn khơng xâm lấn I GIỚI THIỆU Da quan quan trọng người Nó đóng vai trị lớp bảo vệ, chứa thụ thể cảm ứng để tiếp nhận thông tin từ bên ngồi phần khơng thể thiếu để tạo nên vẻ đẹp người Tuy nhiên, vấn đề nhiễm mơi trường, biến đổi khí hậu, chế độ ăn uống không lành mạnh khiến cho bệnh về da ngày trở nên phổ biến với các mức độ ảnh hưởng khác Trong khảo sát tại Bình Thuận, số ca bệnh da liễu nắng nóng năm 2020 tăng gấp lần so với các năm [1] ISBN 978-604-80-7468-5 Phần tiếp theo báo lần lượt trình bày phương pháp nghiên cứu mô hình da được sử dụng, ứng dụng Monte Carlo để thực mô phỏng, sau phân tích, đánh giá kết thu được kết luận 113 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) PHƯƠNG PHÁP II Tỉ lệ tính chất hấp thụ các chất da ảnh hưởng đến hệ số hấp thụ photon mỡi lớp Nói cách khác, với mỡi lớp da được mơ hình hóa, độ hấp thụ lớp tổng độ hấp thụ các thành phần cấu tạo nên lớp gồm: nước, collagen, melanin máu Mơ hình da Da người được cấu thành nhiều lớp khác với cấu trúc phức tạp, chia thành lớp chính: biểu bì, trung bì, da Ba lớp được chi tiết thành lớp con, theo thứ tự: sừng, gai, đáy, trung bì nông, trung bì dưới, mạng lưới mạch máu trung bì trên, trung bì sâu, mạng lưới mạch máu trung bì dưới, mỡ da [6] Mơ hình da lớp có cấu trúc phức tạp với nhiều thông số tác động Trong nghiên cứu này, sử dụng mô hình mô hình da với lớp (như trình bày hình 1) đảm bảo được các cấu trúc các thơng tin chủ ́u da Gọi µ𝑎𝑖 hệ số hấp thụ sắc tố thứ 𝑖 tích 𝐶𝑖 , cơng thức thể hệ số hấp thụ lớp được biểu diễn dạng tuyến tính sau: 𝑛 𝑛 𝜇𝑎𝑙𝑎𝑦𝑒𝑟 = ∑ 𝜇𝑎𝑖 𝐶𝑖 + (1 − ∑ 𝐶𝑖 ) 𝜇𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑖=1 (1) [8] 𝑖=1 với ∑𝑛𝑖=1 𝐶𝑖 < 100% Trong đó, 𝑛 tổng lượng sắc tố có lớp; 𝜇𝑏𝑎𝑠𝑒 độ hấp thụ phần da khơng có sắc tố nào, theo phát Jacques vào năm 1996 [9] Tuy nhiên, 𝑛 lớn ∑𝑛𝑖=1 𝐶𝑖 vượt q 100% điều kiện khơng cịn được thỏa mãn Để tránh trường hợp trên, công thức được điều chỉnh với phần thể tích bị dư: 𝑛 𝑖−1 𝑛 𝜇𝑎𝑙𝑎𝑦𝑒𝑟 = ∑ ∏[(1 − 𝐶𝑗 )]𝐶𝑖 𝜇𝑎𝑖 + ∏(1 − 𝐶𝑖 )𝜇𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑖=1 𝑗=1 𝑖=1 (2) Hình 1: Sơ đồ cấu trúc da [6] Ánh sáng qua lớp biểu bì được hấp thụ chủ yếu melanin, ngồi nước phần da khơng chứa sắc tố Tại đây, melanin có loại với đặc tính độ hấp thụ khác nhau: 𝜇𝑎𝑒𝑢 hệ số eumelanin có sắc tố nâu đen 𝜇𝑎𝑝ℎ𝑒𝑜 pheomelanin có sắc tố đỏ vàng Ngoài ra, độ hấp thụ lớp biểu bì ảnh hưởng nước Độ hấp thụ lớp trung bì chủ yếu hemoglobin máu, gồm oxyhemoglobin deoxyhemoglobin có hệ số hấp thụ khác Phần cịn lại nước phần khơng chứa sắc tố Cuối cùng, lớp da bao gồm máu, chất béo, nước phần da không chứa sắc tố Độ hấp thụ lớp tương tự với lớp trung bì, bổ sung thêm độ hấp thụ chất béo Lớp biểu bì: lớp bên ngồi da, khơng có mao mạch tĩnh mạch Lớp có độ dày trung bình khoảng 20 – 150 𝜇m [7], được cấu thành 90% lớp sừng, có vai trị hàng rào ngăn các chất nguy hiểm xâm nhập vào thể Các chất chủ yếu được đào thải qua da, 10% lại tế bào melanin đóng vai trị sản xuất phân phối melanin Melanin loại protein tạo tế bào sắc tố cho da bảo vệ khỏi tia UV Lớp trung bì: có độ dày khoảng từ – mm [7] Cấu trúc lớp bao gồm các mô liên kết, nước, hemoglobin chủ yếu collagen Hemoglobin được chia làm loại: oxy-hemoglobin có oxy deoxy-hemoglobin khơng có oxy Collagen lớp chiếm đến 90% tổng số collagen toàn thể người Bên lớp collagen các kênh bạch huyết, mạch máu, các sợi dây thần kinh các tế bào Vậy, từ công thức được điều chỉnh (2), độ hấp thụ ánh sáng các lớp biểu bì, trung bì lớp da lần lượt là: 𝜇𝑎𝑒𝑝𝑖 = 𝐶𝑚 ∗ (𝜇𝑎𝑝ℎ𝑒𝑜 ∗ 𝛽 + 𝜇𝑎𝑒𝑢 ∗ (1 − 𝛽)) + 𝐶𝑤𝑒𝑝𝑖 Lớp da: có độ dày từ – mm [8] Lớp da bao gồm các lớp mô liên kết (dạng xốp) xen kẽ với các tế bào mỡ chứa lượng Những tế bào mỡ được giữ lại kết thành nhóm các sợi collagen Lớp da xếp xen kẽ với các mạch máu, đảm bảo cung cấp nhanh chóng dinh dưỡng cần thiết cho thể ∗ 𝜇𝑎𝑒𝑝𝑖 + (1 − 𝐶𝑚 − 𝐶𝑤𝑒𝑝𝑖 ) ∗ 𝜇𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 (3) 𝜇𝑎𝑑𝑒𝑟 = 𝐶𝑏𝑑𝑒𝑟 ∗ (𝜇𝑎𝑜𝑥𝑦 ∗ 𝑆 + 𝜇𝑎𝑑𝑒𝑜𝑥𝑦 ∗ (1 − 𝑆)) + (1 − 𝐶𝑏𝑑𝑒𝑟 ) ∗ 𝐶𝑤𝑑𝑒𝑟 ∗ 𝜇𝑎𝑤 + (1 − 𝐶𝑏𝑑𝑒𝑟 ) ∗ (1 − 𝐶𝑤𝑑𝑒𝑟 ) ∗ 𝜇𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 (4) Các lớp da bị ảnh hưởng các đặc tính quang học chủ yếu độ dày, hệ số hấp thụ, hệ số tán xạ,… ISBN 978-604-80-7468-5 114 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) sáng tới Một số phần tử tiêu biểu collagen, nhân ti thể [14] 𝜇𝑎𝑠𝑢𝑏 = 𝐶𝑏𝑠𝑢𝑏 ∗ (𝜇𝑎𝑜𝑥𝑦 ∗ 𝑆 + 𝜇𝑎𝑑𝑒𝑜𝑥𝑦 ∗ (1 − 𝑆)) Hệ số tán xạ được tính cơng thức: + (1 − 𝐶𝑏𝑠𝑢𝑏 ) ∗ 𝐶𝑓𝑎𝑡 ∗ 𝜇𝑎𝑓𝑎𝑡 + (1 − 𝐶𝑏𝑠𝑢𝑏 ) ∗ (1 − 𝐶𝑓𝑎𝑡 ) ∗ 𝐶𝑤𝑠𝑢𝑏 ∗ 𝜇𝑎𝑤 + (1 − 𝐶𝑏𝑠𝑢𝑏 ) ∗ (1 − 𝐶𝑓𝑎𝑡 ) ∗ (1 − 𝐶𝑤𝑠𝑢𝑏 ) ∗ 𝜇𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 (5) Trong đó, các hệ số ký hiệu được mô tả bảng bên dưới: −4 𝜆 𝜇𝑠 = 𝜇𝑠500(𝑛𝑚) ∗ (𝑓𝑟𝑎𝑦 ∗ ( ) + (1 − 𝑓𝑟𝑎𝑦 ) 500(𝑛𝑚) −𝑏𝑚𝑖𝑒 𝜆 ∗ ( ) ) (6) [15] 500(𝑛𝑚) Trong đó: Bảng 1: Ký hiệu, mô tả phạm vi về các thông số da Ký hiệu 𝐶𝑚 𝐶𝑤𝑒𝑝𝑖 𝐶𝑏𝑑𝑒𝑟 𝐶𝑤𝑑𝑒𝑟 𝐶𝑏𝑠𝑢𝑏 𝐶𝑤𝑠𝑢𝑏 𝐶𝑓𝑎𝑡 𝜇𝑎𝑚 𝜇𝑎𝑤 𝜇𝑎𝑜𝑥𝑦 𝜇𝑎𝑑𝑒𝑜𝑥𝑦 𝜇𝑎𝑓𝑎𝑡 β S Mô tả Nồng độ melanin lớp biểu bì Nồng độ nước lớp biểu bì Khoảng 1.3-43% [9] 10-20% [8] Nồng độ máu lớp 0.2-7% [10] trung bì Nồng độ nước lớp 40-90% [8] trung bì Nồng độ máu lớp 5-20% [8] da Nồng độ nước lớp 40-90% [8] da Nồng độ mỡ lớp 40-70% [8] da Độ hấp thụ melanin 1.70 x 10-12 nm-3.48 cm-1 -4 Độ hấp thụ nước 10 - 9.9 x 10-5 cm-1 Độ hấp thụ 0.5 - 1.26cm-1 oxyhemoglobin Độ hấp thụ deoxyhemoglobin 𝜇𝑠500(𝑛𝑚) : hệ số tán xạ đo được bước sóng 500 nm 𝑓𝑟𝑎𝑦 : phần tán xạ Rayleigh − 𝑓𝑟𝑎𝑦 : phần tán xạ Mie 𝑏𝑚𝑖𝑒 : công suất tán xạ thu được các liệu đo được [9] Dựa vào các cơng thức để mơ hình hóa da với các đặc tính quang học trên, mô việc ánh sáng được lan truyền da phản xạ bền mặt da thông qua thuật toán Monte Carlo [8] Mô Phỏng Monte Carlo Với mô hình da được xác định rõ ràng trên, phương pháp Monte Carlo (MC) được áp dụng để xây dựng mơ hình tái tạo lại độ phản xạ khuếch tán da Quá trình mô Monte Carlo được thực theo sơ đồ hình đây: 0.1 - 3.7cm-1 Độ hấp thụ mỡ 0.3 - 13.1m-1 Tỉ lệ pheomelanin eumelanin Độ bão hòa oxy máu 4.9-36% [11] 50-95% [12] Ngoài hấp thụ, tượng tán xạ xảy liên tục bên da Tán xạ Rayleigh tán xạ Mie sử dụng để xác định tượng quang học da Tán xạ Rayleigh tán xạ ánh sáng các phần tử có bán kính nhỏ khoảng 1/10 so với bước sóng bức xạ Ánh sáng từ tán xạ gần có bước sóng với ánh sáng tới [14] Tán xạ Mie tán xạ ánh sáng các phần tử có đường kính lớn so với bước sóng ánh ISBN 978-604-80-7468-5 Hình 2: Sơ đồ mô Monte Carlo [8] 115 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) chuyển, dẫn đến việc chúng mang lại đủ thông tin Kỹ thuật Roulette được sử dụng để kết thúc quá trình di chuyển photon này, giúp đảm bảo bảo tồn lượng khơng làm sai lệch phân bố lắng đọng photon Quá trình mô lại quá trình chiếu tia photon vng góc vào da Những lớp da mơ được giả định lớp da rộng vô hạn Các lớp được mô tả các số như: độ dày, chiết suất, hệ số hấp thụ 𝜇𝑎 , hệ số tán xạ 𝜇𝑠 , hệ số dị biến 𝑔 Trong hệ số tán xạ tỷ lệ mà photon bị tán xạ đơn vị khoảng cách, hệ số khúc xạ tỷ lệ photon bị hấp thụ đơn vị khoảng cách Từ đó, ta có được hệ số tương tác μt tổng hệ số hấp thụ hệ số tán xạ Hệ số dị biến g giá trị cosine trung bình góc lệch (hình 3) Phương pháp cho phép photon tiếp tục di chuyển với trọng lượng 𝑚𝑊 Nếu trọng lượng photon giảm xuống ngưỡng quy định, trọng lượng được giảm xuống kết thúc quá trình photon W←{ Trong quá trình này, photon được cho lan truyền không gian chiều lượng photon bị hấp thụ được ghi lại Mô sử dụng lấy mẫu ngẫu nhiên biến đổi từ các phân phối xác suất Để mô lan truyền, lặp lại ngẫu nhiên biến số dựa tạo số giả ngẫu nhiên 𝜉 𝑚𝑊 𝑖𝑓 𝜉 ≤ 1/𝑚 𝑖𝑓 𝜉 > 1/𝑚 Nếu photon cuối cùng, quá trình mô dừng lại Ngược lại, quá trình mô tiếp tục với photon III KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ So sánh kết mô với liệu thực nghiệm NIST Quá trình mô Monte Carlo được tuỳ biến tuỳ thuộc vào các thơng số liên quan đặc tính loại da, theo cấu trúc da được đề xuất Lihong Wang [20] Căn cứ vào các khoảng giá trị các thông số da được thu thập bảng 1, thực mô với các thông số da người da trắng sau: 𝐶𝑚 = 5%, 𝐶𝑤𝑒𝑝𝑖 = 15%, 𝐶𝑏 𝑑𝑒𝑟 = 4%, 𝛽 = 21%, 𝜇𝑎𝑜𝑥𝑦 = 0.88𝑐𝑚−1 , 𝜇𝑎𝑑𝑒𝑜𝑥𝑦 = 1.9𝑐𝑚−1 Cơ sở liệu phổ phản xạ Viện Tiêu chuẩn Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) [16] được sử dụng để đo phổ phản xạ thực máy đo quang phổ thương mại Cơ sở được xây dựng từ 100 mẫu gồm dải bước sóng từ 250 đến 2500 nm với mỡi bước tăng nm Phát triển từ nghiên cứu trước, tái định hình liệu cách sử dụng thuật toán nội suy hạn chế phạm vi từ 430 đến 1700 nm Từ đó, chúng tơi định dạng lại các mẫu chương trình Monte Carlo nhận được phổ phản xạ mô hình Hình 3: Cách photon di chuyển mơ Monte Carlo [8] Trước hết, chương trình tiến hành xác định vị trí tại photon hệ tọa độ Descartes (𝑥, 𝑦, 𝑧) Lúc này, các photon bắt đầu phóng Trước phóng đi, mỡi photon đều có trọng lượng 𝑊 Bằng cách sử dụng liệu ngẫu nhiên, kích thước bước thơng qua lấy mẫu phân bố xác suất cho đường tự photon được tính toán Trong mỡi bước, các photon có khả va chạm vào thành biên da tiếp tục lan truyền Nếu photon va chạm vào thành biên, kiểm tra photon bị phản xạ hay thoát khỏi Việc kiểm dự số giả ngẫu nhiên 𝜉 hệ số phản xạ toàn phần 𝑅(𝛼𝑖 ) Tiếp đó, photon bắt đầu di chuyển bên mơ với trọng lượng được cập nhật liên tục Sau mỗi bước, quá trình mơ bắt đầu tính toán suy giảm photon hấp thụ mô Photon tiếp tục bị tán xạ hướng bị thay đổi Sự thay đổi phụ thuộc vào góc góc lệch 𝜃 ∈ [0, 𝜋) góc phương vị 𝜓 ∈ [0,2𝜋), được quyết định dựa giá trị ngẫu nhiên Hình 4: Kết so sánh phổ phản xạ người da trắng Kết trình bày hình cho ta thấy phổ phản xạ nhận được gần sát với liệu thực công bố Sự thay đổi liên tục về trọng lượng nghĩa số photon quá nhiều trọng lượng quá trình di ISBN 978-604-80-7468-5 116 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Viện NIST Sự chênh lệch kết mô kết đo thực đến từ việc điều chỉnh các thông số lớp biểu bì hạ bì Đồng thời, mô hình da ba lớp được sử dụng có cấu trúc phức tạp so với mơ hình da chín lớp da thực Tuy nhiên biểu đồ phổ phản xạ giữ được hình dạng tương đối đồng đặc trưng đó, tìm được tỉ lệ pheomelanin eumelanin 𝛽 = 6.2125 [19] Thiết bị Texas Instruments DLP NIRscan Nano Evaluation Module (EVM) được sử dụng để tạo sở liệu phổ phản xạ da Nhóm thực đo tình nguyện viên người da vàng phạm vi bước sóng từ 900 – 1700 nm Sau xây dựng mô hình da, chúng tơi cho chạy Monte Carlo phạm vi bước sóng để so khớp với liệu thu được từ thiết bị quang phổ Kết thực nghiệm cho thấy phổ phản xạ có xu hướng tăng miền bước sóng 430 - 700 nm Điều hệ số hấp thụ melanin khoảng giảm dần cách ổn định, nồng độ melanin quá lớn, chiếm ưu thế so với các chất lại tầng trung bì [8] Giá trị tỉ lệ nghịch với hệ số hấp thụ máu [8], theo đó, dựa vào hình hình 5, nồng độ hemoglobin oxy-hemoglobin tăng khoảng 510 - 550 nm, hệ số phản xạ giảm Mặt khác, ảnh hưởng độ bão hòa oxy máu [8], hệ số phản xạ da tăng từ 550 - 575 nm tăng mạnh khoảng 600 - 700 nm Hình 6: Kết so sánh phổ phản xạ người da vàng Nhìn vào hình 6, ta thấy được phổ phản xạ nhận được từ kết mơ có hình dạng gần giống với phổ phản xạ thu được từ kết đo thực Tuy nhiên, có biến thiên mạnh khoảng từ 1100 - 1300nm Sự chênh lệch đến từ việc điều chỉnh thông số lớp biểu bì, hạ bì mơ hình da ba lớp Bên cạnh đó, thấy từ bước sóng 1000nm khơng tồn tại hemoglobin deoxyhemoglobin mà có nước melanin Đồng thời khoảng melanin đà giảm mạnh dẫn đến việc chương trình bị nhiễu sóng thấy hấp thụ nước mức 1100 nm tăng lên mạnh Vì phổ phản xạ da thật da mơ đều có dấu hiệu giảm mạnh Trong khoảng bước sóng nước trở thành giá trị chiếm nồng độ tầng, dẫn đến biến thiên Hình 5: Phổ hệ số hấp thụ các chất [17] Trong khoảng bước sóng từ 700 - 1700 nm, phổ phản xạ có xu hướng giảm Điều ảnh hưởng độ hấp thụ nước da, vậy, hình dáng phổ phản xạ thay đổi đồng nghịch đảo so với biến thiên hệ số hấp thụ nước Ở miền bước sóng này, hệ số melanin máu khơng cịn đóng góp nhiều phổ phản xạ da Khoảng cách Euclide trung bình số mô số đo được 0.0105 Trong đó, độ chênh lệch lớn 0.0316 tại bước sóng 1125 nm độ chênh lệch bé 0.0001 tại bước sóng 1689 nm Khoảng cách Euclide trung bình số mô số đo thực NIST thu được 0.0259 Trong đó, độ chênh lệch lớn 0.0567 tại bước sóng 703 nm độ chênh lệch bé 0.0002 tại bước sóng 1009 nm Nhìn vào kết mơ khoảng 900 - 1700 nm hai liệu da trắng da vàng hình hình 6, ta nhận thấy tương đồng hình dạng phổ thu được từ hai liệu Mặc dù giá trị các thông số mô khác nhau, xu hướng biến thiên phổ chênh lệch Điều chứng minh được tính ổn định kết mơ nhóm So sánh kết mô với liệu thực nghiệm tự xây dựng Dựa nghiên cứu trước, nhóm mơ được mơ hình da người phương Đơng Trong chúng tơi lấy 𝐶𝑚 = 12% [8], độ dày lớp biểu bì 0.0728 nm, hạ bì 1.0943 nm [18] Bên cạnh ISBN 978-604-80-7468-5 Đánh giá hai liệu mô 117 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nghiên cứu thực mô cấu trúc da người với thông số phù hợp với loại da được đề xuất các nghiên cứu trước phương pháp Monte Carlo Qua đó, chúng tơi tạo dựng được tập liệu mô da người với độ xác tương đối, phù hợp với liệu thực nghiệm được công bố Viện NIST liệu tự thu thập thực tế từ thiết bị đo Bằng việc thay đổi các thông số da người theo các tình trạng sức khoẻ khác da, các liệu mô được mức độ phản xạ da các tình tương ứng được tái tạo Đây tiền đề cho việc mơ để chẩn đoán sức khỏe da người [7] A K Dabrowska, et al, “Material used to simulate physical properties of human skin”, Skin Research and Technology, 2016, 22, 1, 3-14 [8] Shiwei L., et al, “Quantitative Analysis of Skin using Diffuse Reflectance for Non-invasive Pigments Detection,” VISAPP, 2021, 4, 604-614 [12] Angelopoulos E., “Understanding the color of human skin”, Proc SPIE, 2001, 4299 [13] Baranoski G V and Krishnaswamy A., Light and skin interactions: simulations for computer graphics applications, 2010 LỜI CẢM ƠN [14] Iyad S Saidi, et al, “Mie and Rayleigh modeling of visible-light scattering in neonatal skin”, Applied Optics, 1995, 34, 31, 7410-8 Chúng xin chân thành cảm ơn công ty TNHH MTV L.Y.D.I.N.C hỗ trợ về tài chính, trang thiết bị nghiên cứu tư vấn kĩ thuật cho đề tài này, xin cảm ơn Viện Công nghệ quốc tế DNIIT - Đại học Đà Nẵng hỗ trợ cho mượn thiết bị đo quang phổ cầm tay NIR, xin cảm ơn Trường Đại học bách khoa - Đại học Đà Nẵng hỗ trợ phần chi phí nghiên cứu đề tài [15] Jacques S L., “Optical properties of biological tissues: a review”, Phys Med Biol., 2013, 58(11): R37-61 [16] Catherine C Cooksey, et al, “Reference Data Set of Human Skin Reflectance”, NIST JRES, 2017, 122: 1-5 [17] Dam J S., “Optical Analysis of biological media continuous wave diffuse spectroscopy’’, Lund Reports in Atomic Physics, 2000, LRAP-265 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vân Sơn, “Biến đổi khí hậu khiến bệnh da liễu tăng cao”, Dân trí, 2020 [18] Lee Y., Hwang K., “Skin thick of Korean adults”, Surgical and Radiologic Anatomy, 2002, 24(3-4):1839 Cat M., Anh M., “Mô hình bệnh da liễu đối tượng 15 tuổi tại Phòng khám Da liễu Bệnh viện Trường Đại học Y Dược Huế”, Tạp chí Y học Lâm sàng Bệnh viện Trung ương Huế, 2021, 70 [19] Alison H., et al, “Eumelanin and pheomelanin concentrations in human epidermis before and after UVB irradiation”, Pigment Cell Res., 2005, 18(3): 2203 Sau H N., et al, “Health-Related Quality of Life Impairment among Patients with Different Skin Diseases in Vietnam: A Cross-Sectional Study”, Int J Environ Res Public Health, 2019, 16(3), 305 [20] Lihong W., et al, “MCML—Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues”, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 1995, 47, 2, 131-146 Brittanya L., LaVonneBri M., “The Wood’s Light’s Diagnostic Use in Dermatology,” Journal of the Dermatology Nurses’ Association, 2017, 9, 4, 211-215 ISBN 978-604-80-7468-5 Das, K., et al “Simulated reflectance spectra and point spread functions in database constructed by moderate grouping of nine layers in skin model”, Opt Rev, 2020, 27, 233–245 [11] Parsad D., et al, “Eumelanin and pheomelanin contents of depigmented and repigmented skin in vitiligo patients”, British Journal of Dermatology, 2003, 149(3):624-6 Đồng thời, tiến hành xây dựng hệ thống tích hợp điện thoại thơng minh, dùng camera điện thoại để đo độ phản xạ da người cách tích hợp mơ hình trí tuệ nhân tạo thiết bị biên thực phân tích chẩn đoán về tình trạng sức khoẻ da [4] [6] [10] Flewelling R., “Noninvasive Optical Monitoring”, The Biomedical Engineering Handbook: Second Edition, Ed Joseph D Bronzino, Boca Raton: CRC Press LLC, 2000 Ngoài ra, quá trình mô MC nhiều thời gian cần cấu hình máy tính mạnh nên làm giảm tính khả thi quá trình chẩn đoán Do đó, chúng tơi hướng đến việc huấn luyện mạng neuron nhân tạo để tạo sở liệu mơ kích thước lớn tăng tốc độ chẩn đoán [3] Meha Q., et Panayiotis K., “Review of Modern Techniques for the Assessment of Skin Hydration”, Cosmetics, 2019, 6, 19 [9] Jacques, S L, “Origins of tissue optical properties in the uva, visible, and NIR regions”, Advances in Optical Imaging and Photon Migration 1996, OPC364 Trong các nghiên cứu tiếp theo, ta cải thiện mô hình da từ lớp thành lớp hiệu chỉnh độ sai lệch để đạt được kết tốt [2] [5] 118 ... hình hóa da với các đặc tính quang học trên, chúng tơi mơ việc ánh sáng được lan truyền da phản xạ bền mặt da thông qua thuật toán Monte Carlo [8] Mô Phỏng Monte Carlo Với mô hình da. .. định rõ ràng trên, phương pháp Monte Carlo (MC) được áp dụng để xây dựng mơ hình tái tạo lại độ phản xạ khuếch tán da Quá trình mô Monte Carlo được thực theo sơ đồ hình đây: 0.1 -... trung bì dưới, mỡ da [6] Mơ hình da lớp có cấu trúc phức tạp với nhiều thông số tác động Trong nghiên cứu này, sử dụng mô hình mô hình da với lớp (như trình bày hình 1) đảm bảo được