Hieu qua cua chan doan sau rang giai doan som bang phuong phap hoc may tt 1378

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI MAI THI GIANG THANH HIỆU QUẢ CHẨN ĐOÁN SÂU RĂNG GIAI ĐOẠN SỚM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỌC MÁY Ngành Mã số : Răng - Hàm - Mặt : 9720501 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ RĂNG HÀM MẶT HÀ NỘI - 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Võ Trương Như Ngọc PGS.TS Ngơ Văn Tồn Phản biện 1: PGS TS Trần Cao Bính Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Long Giang Phản biện 3: TS Nguyễn Đình Phúc Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường Trường Đại học Y Hà Nội Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Y Hà Nội ĐẶT VẤN ĐỀ Sâu bệnh mạn tính phổ biến tồn giới Tại Việt Nam, nghiên cứu trẻ mẫu giáo tuổi Thái Nguyên tỷ lệ sâu trẻ em (ECC) 91,1% Theo kết nghiên cứu thực trạng bệnh sâu trường mẫu giáo Việt Triều thành phố Hà Nội năm 2018 có 51,8% trẻ 2-5 tuổi bị sâu sữa Hiện có bốn phương pháp để chẩn đốn sâu giai đoạn sớm: khám trực tiếp mắt thường, chẩn đoán laser huỳnh quang, chụp Xquang, chẩn đoán qua ảnh Phương pháp phân tích tổng hợp meta analysis yếu tố quan trọng quy trình xem xét đánh giá chuỗi giả thuyết tranh cãi kỹ thuật thống kê để tìm phương pháp chẩn đốn có hiệu tìm phương pháp chẩn đốn xác nghiên cứu riêng lẻ Hỗ trợ chẩn đoán từ xa trở nên cấp thiết cộng đồng Phương pháp học máy có khả lưu trữ cung cấp thông tin hồ sơ liệu ảnh bệnh nhân Vì vậy, sử dụng mơ hình học máy để chẩn đoán sâu giai đoạn sớm qua ảnh áp dụng nhiều điểm thuận lợi phương pháp chụp ảnh đưa lời tư vấn điều trị dự phịng sâu có ý nghĩa lớn cộng đồng việc dự phòng bệnh, giảm thiểu giảm chi phí điều trị biến chứng kèm theo, cải thiện chức ăn nhai thẩm mỹ Xuất phát từ vấn đề tiến hành nghiên cứu đề tài: “Hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp học máy” với ba mục tiêu sau: Xác định độ nhạy, độ đặc hiệu số phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp meta analysis Xây dựng hệ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm Đánh giá độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm phương pháp học máy CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổn thương sâu giai đoạn sớm 1.1.1 Khái niệm tổn thương sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn sớm giai đoạn tổn thương khơng có lỗ sâu Các tổn thương đặc trưng thay đổi màu sắc, độ bóng cấu trúc bề mặt men Tổn thương sâu sớm biểu lâm sàng đốm trắng đục quan sát thổi khô bề mặt men ẩm Tổn thương hình thành khống bên lớp men bề mặt nguyên vẹn, làm tăng độ xốp men gây xuất màu trắng đặc trưng tổn thương 1.1.2 Mô bệnh học tổn thương sâu giai đoạn sớm Đại thể: tổn thương dạng hình nón, đáy quay phía mặt răng, đỉnh phía đường ranh giới men ngà Vi thể: từ ngồi có lớp mức độ hủy khống vùng khác làm cho tính chất quang học khác 1.1.3 Cơ chế bệnh sinh Sự cân q trình hủy khống q trình tái khống diễn tự nhiên liên tục khoang miệng Sự cân đảm bảo nhờ cân yếu tố bảo vệ yếu tố gây ổn định Khi hai trình bị cân nghiêng q trình hủy khống, dẫn tới hình thành tổn thương sâu răng, mà tổn thương dạng đốm trắng - giai đoạn sớm sâu 1.1.4 Phân loại sâu Có nhiều cách phân loại bệnh sâu - Phân loại theo vị trí kích thước - Phân loại theo ngưỡng chẩn đoán - Phân loại theo hệ thống đánh giá ICDAS - Phân loại theo hệ thống đánh giá phát sâu quốc tế ICCMS 1.1.5 Chẩn đốn sâu Một phương tiện chẩn đốn lí tưởng nên có tiêu chí: Phát sâu giai đoạn sớm có thể, xác định trạng sâu giám sát hành vi thương tổn theo thời gian, độ xác, tính đặc hiệu, dễ áp dụng, đánh giá tất bề mặt răng, tính khách quan - Phương pháp khám lâm sàng - Phương pháp X quang - Phương pháp phát dựa huỳnh quang (QLF, LF, LF pen, FC) - Phương pháp sử dụng ảnh chụp - Phương pháp sử dụng học máy hỗ trợ chẩn đoán sâu 1.1.6 Dịch tễ học sâu giai đoạn sớm Theo Richter AE (2011) tỷ lệ mắc sâu bệnh nhân chỉnh nha lên đến 72% 2,3% hình thành lỗ sâu Theo nghiên cứu Lưu Văn Tường (2019) tỷ lệ sâu giai đoạn sớm trẻ tuổi Hà Nội 64,5% 1.2 Phân tích gộp (Meta- analysis) cho nghiên cứu cắt ngang đánh giá hiệu chẩn đoán 1.2.1 Định nghĩa Meta - analysis Meta - analysis phương pháp phân tích gộp, thống kê tích hợp kết số nghiên cứu độc lập, đóng vai trị trung tâm y học dựa chứng 1.2.2 Định nghĩa độ nhạy, độ đặc hiệu ROC - Khái niệm độ nhạy, độ đặc hiệu Độ nhạy (sensitivity) xét nghiệm tỷ lệ trường hợp thực có bệnh có kết xét nghiệm dương tính tồn trường hợp có bệnh Độ đặc hiệu (specificity) xét nghiệm tỷ lệ trường hợp thực khơng có bệnh có kết xét nghiệm âm tính tồn trường hợp không bị bệnh - Khái niệm đường cong ROC: Mỗi điểm đường cong ROC tọa độ tương ứng với tần suất dương tính thật (độ nhạy) trục tung tần suất dương tính giả (1-độ đặc hiệu) trục hoành Đường biểu diễn lệch phía bên bên trái phân biệt trạng thái (ví dụ có bệnh khơng bệnh) rõ 1.3 Mơ hình học máy hỗ trợ chẩn đoán nha khoa 1.3.1 Một số mơ hình học máy hỗ trợ chẩn đốn nha khoa - Mơ hình RCNN - Mơ hình Faster R-CNN - Mơ hình SSD - Mơ hình RetinaNet - Mơ hình YOYO 1.3.2 Các nghiên cứu sử dụng mơ hình học máy hỗ trợ chẩn đốn Một số kết nghiên cứu nhà khoa học thành tựu hỗ trợ chẩn đoán loại bệnh dựa việc xây dựng hệ tư vấn từ sở liệu người bệnh Các ứng dụng tập trung vào phân tích phương pháp điều trị hay chẩn đoán lâm sàng 1.3.3 Một số hệ liệu xây dựng để chẩn đốn sâu tự động có hỗ trợ máy tính Nghiên cứu tổng quan hệ thống năm 2020 tác giả Maria Prados cộng cho thấy từ năm 2008 đến năm 2020 có tất 12 nghiên cứu chẩn đốn tự động sâu có hỗ trợ máy tính Cơ sở liệu ảnh nghiên cứu dao động từ 87 ảnh đến 3000 ảnh trung bình 669 ảnh Từ năm 2020 đến nay, nhà nghiên cứu không ngừng cải tiến phương pháp xây dựng liệu mơ hình chẩn đốn tự động sâu Nghiên cứu phịng thí nghiệm tác giả Dương cộng tiến hành 620 hàm nhỏ hàm lớn Nghiên cứu lâm sàng tác giả Zhang cộng xây dựng liệu nội bao gồm 3.932 ảnh chụp miệng lâm sàng thu thập từ 625 tình nguyện viên để phát triển đánh giá mơ hình học sâu CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu * Địa điểm nghiên cứu: Nghiên cứu thực tại: - Tại Trung tâm kỹ thuật cao khám chữa bệnh Răng Hàm Mặt, Viện Đào tạo Răng Hàm Mặt, Trường Đại học Y Hà Nội - Tại Khoa Răng Hàm Mặt, Bệnh viện Việt Nam CuBa - Tại Trung tâm thực hành khám chữa bệnh, Trường Cao đẳng Y tế Hà Đông * Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 02/2019 đến tháng 7/2020 2.2 Đối tượng nghiên cứu - Mục tiêu 1: Các tài liệu tiếng Anh trang PubMed, Cochrane xuất tiếng Anh báo cáo độ nhạy độ đặc hiệu phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm từ năm 1/1/2009- 30/10/2019 - Mục tiêu 2: + Xây dựng liệu giai đoạn 1: Ảnh chụp miệng iPhone đối tượng có tổn thương sâu ảnh + Xây dựng liệu giai đoạn 2: Ảnh chụp miệng điện thoại iPhone trẻ 3-6 tuổi có tổn thương sâu giai đoạn sớm ảnh - Mục tiêu 3: Ảnh chụp miệng điện thoại iPhone trẻ 3-6 tuổi có tổn thương sâu giai đoạn sớm qua khám lâm sàng 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Thiết kế nghiên cứu: - Mục tiêu 1: Nghiên cứu phân tích gộp meta- analysis - Mục tiêu 2,3: Nghiên cứu cắt ngang đánh giá hiệu chẩn đoán 2.3.2 Cỡ mẫu *Mục tiêu 2,3: Áp dụng cơng thức tính ước tính cỡ mẫu cho nghiên cứu cắt ngang đánh giá hiệu chẩn đốn: 𝑍𝛼2 × 𝑝𝑠𝑒 × (1 − 𝑝𝑠𝑒 ) 𝑛𝑠𝑒 = ( )/𝑝𝑑𝑖𝑠 𝑤2 nse: cỡ mẫu nghiên cứu cho độ nhạy, 𝑍𝛼2 số phân phối chuẩn (chọn α = 0,05 𝑍𝛼 1,96) pse xác xuất dương tính thật (độ nhạy) (ước tính 80%), (độ nhạy nghiên cứu Boye 2012 81,3%) w sai số hai xác xuất dương tính thật (độ nhạy) âm tính thật (độ đặc hiệu) pdis tỷ lệ mắc bệnh quần thể - Cỡ mẫu xây dựng hệ liệu cho học máy (mục tiêu 2) + Xây dựng liệu giai đoạn 1: Lấy cỡ mẫu nghiên cứu 487 trường hợp Kho liệu có tối thiểu 487 ảnh có tổn thương sâu Trên thực tế chúng tơi lấy 2590 ảnh có tổn thương sâu qua khám lâm sàng + Xây dựng liệu giai đoạn 2: Lấy cỡ mẫu nghiên cứu 381 trường hợp Kho liệu có tối thiểu 381 ảnh có tổn thương sâu giai đoạn sớm Thực tế nghiên cứu xây dựng kho liệu với 478 ảnh có tổn thương sâu giai đoạn sớm -Cỡ mẫu đánh giá hiệu phương pháp học máy: (mục tiêu 3) Lấy Pdis = 0,518 (Tỷ lệ ước lượng sâu sữa theo nghiên cứu trẻ mẫu giáo thành phố Hà Nội năm 2018) 1,962 × 0,813 × (1 − 0,813) ) /0,518 = 230 0,072 Lấy cỡ mẫu nghiên cứu 230 trường hợp Thực tế nghiên cứu chọn ngẫu nhiên 250 đối tượng từ 3-6 tuổi đến khám Trung tâm kỹ thuật cao khám chữa bệnh Răng Hàm Mặt, Viện đào tạo Răng Hàm Mặt, Trường Đại học Y Hà Nội; Khoa Răng Hàm Mặt, Bệnh viện Việt Nam – Cu Ba; Trung tâm thực hành khám chữa bệnh, Trường Cao đẳng Y tế Hà Đông 2.3.3 Các bước tiến hành nghiên cứu - Mục tiêu 1: Bảng 2.1 Các bước thực nghiên cứu tổng quan hệ thống áp dụng phân tích gộp meta-analysis) 𝒏𝒔𝒆 = ( - Mục tiêu 2,3: Hình 2.1 Sơ đồ bước tiến hành nghiên cứu 2.3.4 Quy trình tiến hành nghiên cứu đánh giá hiệu phương pháp học máy 2.3.4.1 Vật liệu nghiên cứu - Bệnh án nghiên cứu - Bộ khay khám răng: khay đậu, gương nha khoa, gắp, thăm dò đầu trịn, gang tay, bơng cuộn, bơng vê nhỏ, chất đánh bóng, ghế - Thiết bị DIAGNOdent pen 2190- Kavo (Đức) - Các dụng cụ để chụp ảnh nha khoa: Điện thoại iPhone 7, banh miệng Osung MND, gương chụp miệng DME5G DME4G, tay cầm gương FF-Photo Hình 2.2 Hình ảnh thiết bị FF-Photo DIAGNOdent pen 2190 2.3.4.2 Quy trình thực khám lâm sàng Bước Bước Khám trực tiếp Vệ sinh theo tiêu chí miệng cho trẻ ICCMS Bước Khám thiết bị Diagnodent 2190-Kavo Bước Chụp ảnh miệng Hình 2.3 Sơ đồ quy trình khám lâm sàng 2.3.4.3 Quy trình xây dựng liệu test đánh giá hiệu học máy Bước 1: Tất ảnh chụp tu thập từ đối tượng nghiên cứu lưu định dạng JPEG 2000 Bước 2: Mã hóa ảnh theo phiếu khám để xác định đối tượng Mỗi đối tượng ảnh: ảnh vị trí trung tâm, ảnh bên trái, ảnh bên phải, ảnh hàm trên, ảnh hàm Bước 3: Hai bác sĩ độc lập chẩn đoán qua ảnh ghi lại kết chẩn đoán qua ảnh vào phiếu khám Bước 4: Hồ sơ ảnh chuẩn hóa chuyên gia công nghệ thông tin, cắt ảnh đồng đối tượng Tiến hành phương pháp phân tích ảnh phần mềm 2.4 Một số tiêu chuẩn đánh giá khám lâm sàng Kết sau khám lâm sàng khám qua ảnh nhận định: - ICCMS = 0: khơng sâu (khơng có lỗ sâu) - ICCMS = 1: sâu giai đoạn sớm (khơng có lỗ sâu) - ICCMS = 2: sâu giai đoạn trung bình (có lỗ sâu) - ICCMS = 3: sâu giai đoạn muộn (có lỗ sâu) Kết sau khám theo phương pháp Laser huỳnh quang nhận định: - Giá trị d0 từ 0-13: không sâu (không có lỗ sâu) - Giá trị d1 từ 14-20: sâu giai đoạn sớm (khơng có lỗ sâu) - Giá trị d2 từ 21-29: sâu giai đoạn trung bình (có lỗ sâu) - Giá trị d3 từ 30-99: sâu giai đoạn muộn (có lỗ sâu) 2.5 Xử lý số liệu Số liệu thu thập phân tích phương pháp thống kê y học, sử dụng phần mềm SPSS 20.0 số thuật toán thống kê 2.6 Đạo đức nghiên cứu - Đề tài chấp thuận hội đồng đạo đức Trường Đại học Y Hà Nội theo định số NCS21/ĐHYHN- HĐĐĐ ngày 14 tháng năm 2019 đề tài tuân thủ quy định ban hành chấp thuận địa điểm thực nghiên cứu - Tất đối tượng nghiên cứu đề tài nằm đối tượng nghiên cứu đề tài cấp thành phố “Xây dựng hệ thống hỗ trợ chẩn đoán, tư vấn bệnh miệng tảng thiết bị di động ứng dụng số sở khám chữa bệnh địa bàn thành phố Hà Nội” theo định phê duyệt UBND Thành phố số 5428/QĐ-UBND ngày 10/10/2018 11 Hình 3.8: So sánh phịng thí nghiệm phương pháp khám trực tiếp khám qua ảnh Trong phịng thí nghiệm: Đường cong sROC phương pháp khám trực tiếp phương pháp huỳnh quang cho thấy tương đương độ xác (Hình 3.7) Diện tích đường cong (AUC) phương pháp khám qua ảnh thấp so với phương pháp huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp (Hình 3.8 Hình 3.9) Hình 3.9 So sánh lâm sàng phương pháp huỳnh quang khám qua ảnh Trên lâm sàng đường cong sROC phương pháp huỳnh quang hướng phía góc bên trái so với đường cong phương pháp khám qua ảnh 3.2 Xây dựng hệ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm 3.2.1 Xây dựng hệ liệu giai đoạn 12 Bảng 3.1 Tỷ lệ ảnh có tổn thương sâu Tỷ lệ Số lượng % Góc chụp Tồn cảnh 151 10,6 Bên trái 226 15,9 Bên phải 174 12,2 Hàm 463 32,5 Hàm 410 28,8 Tổng 1424 100 Trong kho liệu giai đoạn có tổng 1424 ảnh có tổn thương sâu chụp vị trí miệng Bảng 3.2 Tỷ lệ mức độ tổn thương sâu theo mặt Góc chụp Tỷ lệ Sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn trung bình Sâu giai đoạn muộn Tổng Mặt SL % Mặt nhai SL % Tổng SL % 118 2,8 414 9,7 532 12,5 326 7,7 1272 29,9 1598 37,5 138 3,2 1989 46,7 2127 50 582 13,7 3675 86,3 4257 100 Tổng số tổn thương sâu ảnh nhóm đối tượng nghiên cứu 4257 tổn thương Trong số lượng tổn thương sâu giai đoạn sớm 532 chiếm 12,5%; tổn thương sâu giai đoạn trung bình 1598 chiếm 37,5%; số lượng tổn thương sâu giai đoạn muộn 2127 chiếm 50% 13 3.2.2 Xây dựng hệ liệu giai đoạn Bảng 3.3 Tỷ lệ ảnh có tổn thương sâu giai đoạn sớm Tỷ lệ Số lượng % Góc chụp Tồn cảnh 151 31,6 Bên trái 125 26,2 Bên phải 135 28,2 26 5,4 Hàm Hàm 41 8,6 Tổng 478 100 Kho liệu có hình ảnh tổn thương sâu giai đoạn sớm ảnh toàn cảnh cao với 151 ảnh (31,6%) thấp ảnh hàm với 26 ảnh (5,4%) Bảng 3.4 Tỷ lệ có tổn thương sâu giai đoạn sớm Tỷ lệ Số lượng % Góc chụp Tồn cảnh 505 36,9 Bên trái 362 26,4 Bên phải 363 26,5 Hàm 50 3,6 Hàm 90 6,6 Tổng 1370 100 Tổng số tổn thương sâu giai đoạn sớm 1370 tổn thương 3.3 Độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp học máy 3.3.1 Thực trạng sâu Bảng 3.5: Tỷ lệ sâu mặt ngồi chẩn đốn phương pháp khám trực tiếp, laser huỳnh quang, khám qua ảnh PP khám Khám trực Laser huỳnh Khám qua tiếp quang ảnh Tình trạng SL % SL % SL % Khơng sâu 2789 55,9 3636 72,7 2571 51,5 Sâu giai đoạn sớm 1035 20,7 193 3,8 1157 23,2 Sâu giai đoạn muộn 1171 23,4 1176 23,5 1267 25,3 Tổng 4995 100 4995 100% 4995 100% 14 Phương pháp khám qua ảnh phát sâu giai đoạn sớm với tỷ lệ cao với 23,2%; phương pháp laser huỳnh quang với tỷ lệ thấp với 3,8% Tổn thương sâu giai đoạn muộn phát chênh lệch phương pháp Bảng 3.6: Tỷ lệ sâu mặt ngồi chẩn đốn phương pháp học máy PP khám YOLOv3 SL Tình trạng Khơng sâu 2579 Sâu giai đoạn sớm 980 Sâu giai đoạn muộn 1436 Tổng 4995 Faster R-CNN RetinaNet SSD % SL % SL % SL % 51,6 19,6 28,8 100 3287 541 1167 4995 65,8 10,8 23,4 100 3168 644 1183 4995 63,4 12,9 23,7 100 4656 339 4995 93,2 6,8 100 Tỷ lệ sâu giai đoạn sớm cao phương pháp YOLOv3 với 19,6% thấp phương pháp SSD với 0% Tỷ lệ sâu sâu giai đoạn muộn cao phương pháp YOLOv3 với 28,8% thấp phương pháp SSD với 6,8% Bảng 3.7: Tỷ lệ sâu mặt nhai chẩn đoán phương pháp khám trực tiếp, laser huỳnh quang, khám qua ảnh PP khám Khám trực tiếp Laser huỳnh quang Khám qua ảnh SL % SL % SL % Tình trạng Khơng sâu 3701 74,1 4055 81,2 3604 72,2 Sâu giai đoạn sớm 345 6,9 174 3,5 247 4,9 Sâu giai đoạn muộn 949 19 766 15,3 1144 22,9 Tổng 4995 100 4995 100 4995 100 Sâu giai đoạn sớm chiếm tỷ lệ cao phương pháp khám trực tiếp với 6,9% thấp phương pháp laser huỳnh quang với 3,5% 15 Bảng 3.8: Tỷ lệ sâu mặt nhai chẩn đoán phương pháp học máy PP khám YOLOv3 Faster R-CNN RetinaNet SSD SL Tình trạng Khơng sâu 3342 Sâu giai đoạn sớm 11 Sâu giai đoạn muộn 1642 Tổng 4995 % SL 66,9 3571 0,2 17 32,9 1407 100 4995 % SL % SL % 71,5 0,3 28,2 100 3538 44 1413 4995 70,8 0,9 28,3 100 4541 454 4995 90,9 9,1 100 Tỷ lệ sâu giai đoạn sớm phương pháp RetinaNet cao với 0,9% Tổn thương sâu giai đoạn muộn chiếm tỷ lệ cao 32,9% phương pháp YOLOv3 3.3.2 Độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đốn sâu giai đoạn sớm mặt ngồi phương pháp học máy Bảng 3.9: Hiệu phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám trực tiếp Sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn có lỗ Độ Độ Độ Độ Phương pháp Độ Độ đặc đặc chẩn đốn nhạy nhạy hiệu xác hiệu xác (%) (%) (%) (%) (%) (%) YOLOv3 32,5 65,4 56,5 68,6 83,4 80 20,1 80,8 64,4 64,6 89,3 83,5 Học Faster R-CNN máy RetinaNet 21,3 77,3 62,1 59 87,1 80,5 SSD 98,4 71,7 24,3 98,6 81,2 Laser huỳnh quang 4,3 88,4 65,6 67,5 67,5 89,9 Khám qua ảnh 47 71,9 65,1 77,4 77,4 90,6 Sâu giai đoạn sớm: Phương pháp YOLOv3 có độ nhạy cao với 32,5% Độ xác mơ hình mức trung bình từ 56,5% đến 71,7% Sâu giai đoạn có lỗ: Phương pháp YOLOv3 có độ nhạy cao với 68,6% phương pháp SSD thấp với 24,3% Độ xác phương pháp học máy lớn 80% Phương pháp khám qua ảnh có độ nhạy, độ đặc hiệu độ xác cao phương pháp laser huỳnh quang 16 Bảng 3.10: Hiệu phương pháp học máy chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh Phương pháp Sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn có lỗ chẩn đốn độ độ Độ độ đặc độ Độ đặc nhạy hiệu nhạy hiệu xác (%) (%) xác (%) (%) (%) (%) YOLOv3 36,9 71,4 60,7 74 86,6 83,4 Faster R-CNN 23,4 87,7 67,8 71,2 92,9 87,4 RetinaNet 26,5 83,3 65,7 63,2 89,8 83 SSD 99,7 68,8 26 99,7 81 Sâu giai đoạn sớm: Mơ hình YOLOv3 có độ nhạy cao với 36,9% Độ xác dao động mức trung bình từ 60,7%- 68,8% Sâu giai đoạn có lỗ: Độ nhạy mơ hình YOLOv3 cao với 74% Độ xác mơ hình 80% 3.3.2 Độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt nhai phương pháp học máy Bảng 3.11: Hiệu phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt nhai với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám trực tiếp Phương pháp Sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn có lỗ chẩn đốn Độ độ độ Độ độ độ nhạy đặc nhạy đặc (%) hiệu xác (%) hiệu xác (%) (%) (%) (%) YOLOv3 0,9 79,2 72,6 78,3 77,8 77,9 82,8 75,8 73,7 82,5 80,8 Học Faster R-CNN 1,2 máy RetinaNet 3,5 82,6 75,9 75,8 82,8 81,5 SSD 94,8 86,8 27,2 95,2 82,2 Laser huỳnh quang 12,5 94,8 87,8 60,9 95,4 88,8 Khám qua ảnh 26,7 87,8 82,6 78 90 87,7 Sâu giai đoạn sớm: Độ nhạy bốn mơ hình học máy thấp nhỏ 3,5% Sâu giai đoạn có lỗ: Mơ hình YOLOv3 có độ nhạy cao với 78,3% Độ xác mơ hình từ 77,9% đến 82,2% 17 Bảng 3.12: Hiệu phương pháp học máy chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt nhai với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh Sâu giai đoạn sớm Sâu giai đoạn có lỗ độ độ độ Phương pháp Độ độ đặc Độ đặc chẩn đốn nhạy hiệu nhạy xác hiệu xác (%) (%) (%) (%) (%) (%) YOLOv3 1,2 83,6 78,3 82,3 81,8 81,9 Faster R-CNN 2,8 87,2 81,8 77,4 86,5 84,4 RetinaNet 87 81,6 78,8 86,7 84,9 SSD 95,7 89,6 26 95,9 79,9 Sâu giai đoạn sớm: Độ nhạy bốn mơ hình học máy thấp từ 0% đến 4% Độ đặc hiệu cao từ 83,6% đến 95,7% Sâu giai đoạn có lỗ mặt nhai bốn mơ hình học máy có độ chuẩn xác cao từ 79,9% đến 84,9% CHƯƠNG BÀN LUẬN 4.1 Độ nhạy, độ đặc hiệu số phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp meta- analysis Qua nghiên cứu phân tích tổng hợp số phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm cho thấy độ nhạy độ đặc hiệu phương pháp khám trực tiếp (80% 75%), phương pháp huỳnh quang (80% 80%) phương pháp khám qua ảnh (67% 79%) So sánh hiệu phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phịng thí nghiệm (Hình 3.13 hình 3.14) cho thấy: đường cong sROC phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp trùng nhau, đường cong sROC góc bên trái so với đường cong sROC phương khám khám qua ảnh chụp Kết cho thấy phịng thí nghiệm phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp có độ xác tương đương chẩn đốn sâu giai đoạn sớm Độ xác chẩn đốn phương pháp khám qua ảnh chụp thấp phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp 18 khám trực tiếp Do vậy, phịng thí nghiệm ứng dụng phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp để đạt hiệu tốt chẩn đoán tổn thương sâu giai đoạn sớm Phương pháp khám qua ảnh chụp cho thấy diện tích đường cong đánh giá hiệu chẩn đoán lâm sàng thấp so với phịng thí nghiệm (Hình 3.12) Kết giải thích yếu tố ánh sáng, hướng chụp ảnh, độ ẩm bề mặt men răng, vị trí kiểm sốt nước bọt mơi trường miệng khơng tốt mơi trường phịng thí nghiệm So sánh hiệu chẩn đốn phịng thí nghiệm phương pháp khám qua ảnh chụp có diện tích đường cong thấp phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp (Hình 3.14 hình 3.15) Kết giải thích chất lượng ảnh chụp có ảnh hưởng đến việc phân biệt mức độ tổn thương sâu Tất nghiên cứu lựa chọn có sử dụng phương pháp khám qua ảnh chụp có nguy sai lệch cao, kết hiệu chẩn đốn nghiên cứu nên xem xét cách thận trọng 4.2 Xây dựng hệ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm Trong nghiên cứu luận án, mục tiêu xây dựng hệ liệu hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm xây dựng kho liệu có tính đại diện cho người Việt phù hợp với mô hình học máy sử dụng Faster R-CNN, YOLOv3, RetinaNet, SSD Giai đoạn hệ liệu xây dựng gồm 1424 ảnh đảm bảo tiêu chí có tổn thương sâu để phục vụ kho liệu học máy giai đoạn Kho liệu giai đoạn kho xây dựng với mục đích khắc phục nhược điểm hệ liệu xây dựng giai đoạn cách bổ sung thêm 478 ảnh tổn thương sâu giai đoạn sớm Sau hai giai đoạn xây dựng kho liệu cho học máy để phát tổn thương sâu giai đoạn sớm, kho liệu thu có 1902 ảnh với tổng 5627 tổn thương sâu tương ứng với giai đoạn sâu như: 1902 tổn thương sâu giai đoạn sớm, 1598 tổn thương sâu giai đoạn 2127 tổn thương sâu giai đoạn muộn Trong kho liệu luận án có ba ưu điểm đáng ý: thứ kho liệu tương đối lớn so với kho liệu nghiên cứu tổng quan chẩn đoán sâu phương pháp học máy tác giả Maria Prados cho thấy kho liệu trung bình 19 nghiên cứu 669,27 ảnh, thứ hai kho liệu có đa dạng vị trí tổn thương sâu ảnh, thứ ba kho liệu chứa tất mức độ tổn thương sâu theo giai đoạn Theo nghiên cứu năm 2017 tác giả Lemtre G cộng cho thấy vấn đề số lượng cỡ mẫu nhỏ liệu không cân làm giảm đáng kể chất lượng trình học máy Do đó, nghiên cứu luận án q trình bổ sung liệu giai đoạn khắc phục phần hạn chế trình xây dựng kho liệu 4.3 Độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp học máy 4.3.1 Thực trạng sâu Bảng 3.5 vị trí mặt ngồi răng, tỷ lệ sâu giai đoạn sớm phát phương pháp khám qua ảnh cao với 23,2% thấp phương pháp laser huỳnh quang với 3,8% Tỷ lệ sâu giai đoạn muộn ba phương pháp gần với phương pháp khám trực tiếp 23,4%; phương pháp laser huỳnh quang 23,5% phương pháp khám qua ảnh 25,3% Kết cho thấy số lượng lớn tổn thương sâu giai đoạn sớm phát phương pháp khám trực tiếp khám qua ảnh lại không phát phương pháp laser huỳnh quang Các tổn thương phương pháp laser huỳnh quang chẩn đoán không sâu Nghiên cứu luận án tương đồng với kết nghiên cứu năm 2021 tác giả Monica Monea đánh giá hiệu phương pháp laser huỳnh quang lâm sàng cho thấy có nhiều trường hợp lâm sàng bác sĩ chẩn đoán sâu giai đoạn sớm thiết bị laser huỳnh quang cho chẩn đốn khơng sâu độ nhạy thiết bị laser huỳnh quang chẩn đoán sâu giai đoạn sớm 46,7% Nghiên cứu tác giả Achilleos cộng cho thấy phương pháp laser huỳnh quang có độ nhạy 61% độ đặc hiệu 51% tổn thương sâu giai đoạn sớm vĩnh viễn Theo nghiên cứu tác giả J Gomez cho thấy phương pháp laser huỳnh quang có hiệu chẩn đốn sâu giai đoạn sớm sữa thấp vĩnh viễn sử dụng thiết bị laser huỳnh quang lâm sàng có nhiều yếu tố nhiễu gây sai số nên dc khuyến cáo thận trọng sử dụng Hiệu chẩn đoán lâm sàng phương pháp laser huỳnh quang tổn thương sâu giai đoạn sớm thấp giải thích phương pháp sử dụng laser huỳnh quang phát tổn thương sâu thông qua việc đo 20 porphyrin vi khuẩn sâu tiết phát phát quang sinh học bề mặt Đối với tổn thương sâu giai đoạn sớm nồng độ porphyrin thấp thiết bị laser huỳnh quang đo giá trị ngưỡng chưa có tổn thương sâu (0-13) Theo bảng 3.7 mặt nhai răng, tỷ lệ sâu giai đoạn sớm phát phương pháp khám trực tiếp cao với 6,9% thấp phương pháp laser huỳnh quang với 3,5% Điều có nghĩa lâm sàng phương pháp khám trực tiếp khám qua ảnh phát nhiều tổn thương sâu giai đoạn sớm phương pháp khám sử dụng laser huỳnh quang Trong nghiên cứu luận án có bốn mơ hình học máy áp dụng YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet SSD Theo bảng 3.6 mặt mơ hình YOLOv3 có tỷ lệ phát tổn thương sâu giai đoạn sớm sâu giai đoạn muộn cao tương ứng với 19,6% 28,8% Tỷ lệ sâu giai đoạn muộn phương pháp học máy YOLOV3, Faster R-CNN, RetinaNet chênh lệch với phương pháp khám trực tiếp, laser huỳnh quang khám qua ảnh Nghiên cứu tác giả Dương Đức Long năm 2021 đánh giá hiệu chẩn đoán phương pháp học máy với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh chụp Kết nghiên cứu cho thấy hiệu tốt phương pháp phát tổn thương sâu giai đoạn muộn hình thành lỗ sâu Điều giải thích tổn thương sâu giai đoạn muộn hình thành lỗ sâu có đặc điểm tổn thương rõ ràng nên dễ phát tất phương pháp chẩn đoán 4.3.2 Độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt phương pháp học máy Với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám trực tiếp bảng 3.9 cho thấy ngưỡng tổn thương sâu giai đoạn sớm độ nhạy mơ hình YOLOv3 cao với 32,5%; mơ hình SSD thấp với 0% Giá trị độ nhạy cho thấy mơ hình SSD không phát tổn thương nhỏ sâu giai đoạn sớm mặt ngồi Độ xác mơ hình học máy chẩn đốn sâu giai đoạn sớm mức độ trung bình từ 56,5% đến 71,7% Trong nghiên cứu độ xác mơ hình học máy chẩn đốn sâu giai đoạn sớm chưa cao nguyên nhân: Thứ vấn đề số lượng mẫu nhỏ liệu không cân làm ảnh hưởng đến hiệu trình học máy, thứ 21 hai khác biệt màu sắc không thực đủ để phân biệt sâu giai đoạn sớm không sâu Kết chẩn đốn mơ hình học máy giải thích sâu giai đoạn sớm với thay đổi không rõ rệt, ghi nhận mắt thường sau làm khơ bề mặt Do đó, hầu hết trường hợp đưa kết chẩn đoán sai mơ hình thuộc phân loại sâu giai đoạn sớm với không sâu Đối với tổn thương sâu giai đoạn có lỗ mặt ngồi bảng 3.9 cho thấy độ xác bốn mơ hình mức cao từ 80% đến 83,5% Kết cho thấy, tổn thương sâu giai đoạn có lỗ mặt ngồi có hiệu chẩn đốn mơ hình học máy cao so với tổn thương sâu giai đoạn sớm Khi lấy tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh bốn mơ hình học máy nghiên cứu cho thấy độ nhạy tương đối thấp, mô hình YOLOv3 cao với 36,9% (bảng 3.10) Do đặc điểm tổn thương sâu giai đoạn sớm đa dạng khơng rõ ràng nên cần có sở liệu lớn phục vụ cho trình đào tạo mơ hình học máy để có hiệu xác chẩn đốn sâu giai đoạn sớm Trong nghiên cứu chúng tơi có số trường hợp mơ hình Faster R-CNN chẩn đốn sai bóng sáng bề mặt men tổn thương đốm trắng sâu giai đoạn sớm Độ nhạy độ đặc hiệu để phát sâu giai đoạn muộn mặt ngồi mơ hình YOLOv3 Faster R-CNN khoảng 71,2% đến 92,9% Kết tốt mô hình RetinaNet với 63,2% mơ hình SSD với 26% (bảng 10) Tuy nhiên, kết nghiên cứu luận án thấp so với nghiên cứu Duong et al năm 2021 cho kết độ nhạy cao với 88,1% độ đặc hiệu 96,6% Nguyên nhân dẫn đến khác nghiên cứu luận án tiến hành lâm sàng có số yếu tố nhiễu làm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh như: nước bọt, thiếu ánh sáng, góc chụp ảnh, ảnh chụp tồn cảnh gồm mơ mềm 4.3.3 Độ nhạy độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt nhai phương pháp học máy Trên mặt nhai, ngưỡng sâu giai đoạn sớm mơ hình có độ đặc hiệu độ xác từ 72,6% đến 94,8% độ nhạy thấp 5% (bảng 11) thấp nhiều so với mặt với mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet có độ nhạy từ 21,3% 22 đến 32,5% (bảng 10) có chênh lệch lớn hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm sâu giai đoạn có lỗ sâu mặt nhai có độ nhạy từ 73,7% đến 78,3% độ đặc hiệu, độ xác từ 77,8% đến 82,5% (bảng 11) Nguyên nhân đặc điểm quan trọng giúp phân biệt sâu giai đoạn đầu giai đoạn cuối độ sâu khơng thể xác định từ hình ảnh 2D ảnh chụp mặt nhai Bên cạnh đó, đối tượng nghiên cứu trẻ em độ tuổi 3-6 tuổi nên ảnh chụp mặt ngồi có góc chụp đơn giản thuận lợi góc để chụp ảnh miệng Từ ảnh mặt ngồi lưu lại rõ nét tổn thương sâu mặt nhai nên kết chẩn đốn mơ hình học máy mặt tốt mặt nhai Với tiêu chuẩn tham chiếu khám trực tiếp, độ nhạy mơ hình YOLOv3 lên tới 78,3% chẩn đốn sâu giai đoạn có lỗ sâu cao kết Kositbowornchai cộng (77%) chẩn đốn sâu từ hình ảnh kỹ thuật số tiến hành khám trực tiếp Với tiêu chuẩn tham chiếu khám qua ảnh, mơ hình cho thấy hiệu chẩn đoán tốt tổn thương sâu giai đoạn có lỗ sâu mặt nhai với độ xác 80% độ nhạy từ 77,4% đến 82,3% mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN RetinaNet (bảng 12) Mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet phù hợp để áp dụng chẩn đoán sâu giai đoạn có lỗ sâu mặt nhai KẾT LUẬN Độ nhạy, độ đặc hiệu số phương pháp chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp meta- analysis - Phân tích gộp meta-analysis cho thấy độ nhạy độ đặc hiệu phương pháp khám trực tiếp (80% 75%), phương pháp huỳnh quang (80% 80%) phương pháp khám qua ảnh (67% 79%) - Trong phịng thí nghiệm phương pháp sử dụng huỳnh quang phương pháp khám trực tiếp có hiệu tương đương chẩn đoán sâu giai đoạn sớm Phương pháp khám qua ảnh có hiệu thấp phương pháp khám trực tiếp phương pháp huỳnh quang chẩn đoán sâu giai đoạn sớm 23 - Trên lâm sàng phương pháp có hiệu chẩn đốn thấp so với phịng thí nghiệm Phương pháp sử dụng huỳnh quang có hiệu chẩn đoán cao phương pháp khám qua ảnh Xây dựng hệ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn - Nghiên cứu xây dựng kho liệu với 1902 ảnh giai đoạn có 1424 ảnh có tổn thương sâu giai đoạn có 478 ảnh có tổn thương sâu giai đoạn sớm Kho liệu nghiên cứu đáp ứng yêu cầu số lượng, tính đa dạng tổn thương chất lượng hình ảnh - Nghiên cứu xác định quy trình xây dựng hệ liệu hỗ trợ máy học cần thực đầy đủ bước: Khảo sát tỷ lệ mắc bệnh, phân tích đánh giá, thu thập liệu, chuẩn hóa liệu, mã hóa liệu, lưu trữ liệu Độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm phương pháp học máy 3.1 Thực trạng sâu - Trong ba phương pháp khám trực tiếp, laser huỳnh quang khám qua ảnh: tỷ lệ sâu giai đoạn sớm phát khám phương pháp laser huỳnh quang thấp với 3,8% mặt 3,5% mặt nhai - Trong bốn mơ hình học máy YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet, SSD: tỷ lệ sâu giai đoạn sớm phát mơ hình YOLOv3 cao với 19,6% mặt 3.2 Độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt phương pháp học máy - Với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám trực tiếp: Bốn mơ hình học máy YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet, SSD có hiệu chẩn đoán thấp sâu giai đoạn sớm Mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet có độ chuẩn xác 80% phù hợp để ứng dụng lâm sàng để chẩn đoán sâu giai đoạn muộn - Với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh: Mơ hình YOLOv3 Faster R-CNN hoạt động tốt mơ hình RetinaNet SSD chẩn đốn sâu giai đoạn sớm sâu giai đoạn muộn 24 3.3 Độ nhạy, độ đặc hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mặt nhai phương pháp học máy - Với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám trực tiếp: Hiệu chẩn đoán sâu giai đoạn sớm mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN, RetinaNet thấp sâu giai đoạn muộn Hiệu chẩn đốn ba mơ hình sâu giai đoạn sớm mặt nhai thấp mặt - Với tiêu chuẩn tham chiếu phương pháp khám qua ảnh: Hiệu chẩn đốn mơ hình học máy thấp giai đoạn sâu giai đoạn sớm với độ nhạy 5% tốt sâu giai đoạn muộn với độ chuẩn xác 80% độ nhạy từ 77,4% đến 82,3% KHUYẾN NGHỊ Bác sĩ Răng Hàm mặt cần phối hợp với chuyên gia công nghệ thông tin để mô tả riêng biệt đặc điểm đặc trưng mảng bám vết ố giai đoạn đào tạo học máy yếu tố đầu vào khác để mơ hình học máy phân biệt xác chúng tổn thương sâu thực Các chuyên gia công nghệ thông tin cần cải thiện phát triển mơ hình học máy tiềm với mục đích tăng khả phát tổn thương nhỏ đa dạng tổn thương sâu giai đoạn sớm Các nghiên cứu tương lai hệ liệu cho học máy cần tiếp tục thu thập liệu giai đoạn tổn thương sâu để huấn luyện nâng cao hiệu chẩn đoán cho phương pháp học máy Số lượng hình ảnh cho đào tạo học máy cần phải tăng lên, xem xét tới giải pháp thu nhận hình ảnh tổn thương hình ảnh video điện thoại thơng minh để tăng số liệu tổn thương đa dạng góc tổn thương Cần có thêm nghiên cứu phương pháp khám qua ảnh tập trung thiết bị kỹ thuật chụp ảnh phịng thí nghiệm, lâm sàng để nâng cao chất lượng ảnh chụp Từ tăng hiệu phương pháp khám qua ảnh thông qua giá trị độ nhạy độ đặc hiệu 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Mai Thị Giang Thanh, Ngơ Văn Tồn, Đỗ Thị Thanh Tồn, Nguyễn Phú Thắng, Đồng Ngọc Quang, Nguyễn Tiến Dũng, Phùng Thị Thu Hằng, Lê Quỳnh Anh, Nguyễn Thu Trà, Võ Trương Như Ngọc, 2021, “ Diagnostic value of fluorescence methods, visual inspection and photographic visual examination in initial caries lesion: a systematic review and metaanalysis” Dentistry Journal-2021, 9(3), 30 Published 2021 March Doi: 10.3390/dj9030030 Mai Thị Giang Thanh, Võ Trương Như Ngọc, Ngơ Văn Tồn, Lương Minh Hằng, Trần Ngọc Phương Thảo, 2021, “Xây dựng hệ liệu hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu giai đoạn sớm”, Tạp chí Nghiên cứu Y học, tập 137, số năm 2021, trang 190-197 Mai Thị Giang Thanh; Ngơ Văn Tồn; Võ Trương Như Ngọc; Nguyễn Thu Trà; Cù Nguyên Giáp; Nguyễn Minh Đức, 2022, “Deep Learning Application in Dental Caries Detection Using Intraoral Photos Taken by Smartphones” Applied Sciences; 12(11): 5504 Published 2022 May 29 Doi: 10.3390/app12115504