Phía sau những thuật toán AI tối ưu quá trình chiếu xạ cứu người của giảng viên nguồn Bách khoa

Trong căn phòng thí nghiệm hiện đại của Đại học Yonsei tại Hàn Quốc, CSV Bách khoa Phạm Quang Vinh tập trung nghiên cứu các mô phỏng hạt nhân phức tạp và các dòng mã lệnh trí tuệ nhân tạo (AI) dày đặc. Anh hiện là nghiên cứu sinh tại Phòng thí nghiệm Phân tích Vật lý Bức xạ của GS. Chulhee Min - một học giả có uy tín và vị thế cao trong cộng đồng học thuật quốc tế, đặc biệt là trong lĩnh vực Kỹ thuật bức xạ. Anh Vinh là giảng viên nguồn Đại học Bách khoa Hà Nội theo Đề án “Tạo nguồn giảng viên giai đoạn 2023 - 2030” của Nhà trường.

Nhớ lại kỷ niệm về trường lớp, thầy, cô, bạn bè, thầy giáo trẻ Phạm Quang Vinh kể về quyết định rẽ ngang đầy táo bạo khi anh chọn gắn bó với chuyên ngành Vật lý Y khoa (PH3) nhằm tìm kiếm điểm giao thoa giữa sức mạnh kỹ thuật và y học.

Điểm chạm giữa kỹ thuật hạt nhân và y học

Ngay thời điểm đứng trước những lựa chọn định hướng nghề nghiệp, Vinh sớm nhận thấy bản thân có sự quan tâm đặc biệt tới lĩnh vực y tế, mong muốn tạo ra các tác động trực tiếp lên sức khỏe cộng đồng. Tuy nhiên, thế mạnh cốt lõi của chàng trai 18 tuổi năm ấy lại nằm ở các môn khoa học tự nhiên và tư duy kỹ thuật. “Việc tìm thấy chuyên ngành Vật lý Y khoa - PH3 tại Đại học Bách khoa Hà Nội trở thành lời giải cho bài toán kết nối hai yếu tố này” - anh Vinh chia sẻ.

Tại thời điểm anh nhập học năm 2021, PH3 là một hướng đi mới mẻ, hứa hẹn nhiều dư địa phát triển tại Việt Nam đồng thời mở ra các cơ hội đóng góp lâu dài cho nền y học nước nhà. Anh quyết định đặt trọn niềm tin vào mái trường Bách khoa nhằm xây dựng một nền tảng kỹ thuật bài bản làm bệ phóng cho định hướng ứng dụng y khoa bền vững.

Môi trường học tập tại Bách khoa vốn nổi danh bởi sự chuyên sâu, nghiêm túc và chàng trai Quang Vinh xem đây là một giai đoạn "tôi luyện" giúp hình thành sự tự chủ cao độ. Con số CPA 3.7/4.0 cùng hàng loạt học bổng xuất sắc anh đạt được chính là kết quả của sự rèn luyện bền bỉ suốt 4 năm học tại Bách khoa.
 

Anh Vinh vẫn nhớ rõ kỷ niệm “vượt tải” sau chuyến thực tập tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt vào tháng 5/2024. Khi vừa quay lại Hà Nội, anh cùng nhóm bạn chỉ còn vẻn vẹn 2 ngày chuẩn bị báo cáo cho Hội nghị sinh viên NCKH. Trạng thái mệt mỏi sau chuyến đi dài cùng áp lực hoàn thiện báo cáo khiến cả nhóm quá tải nhưng vẫn cố gắng để đạt kết quả tốt nhất.

Việc thức đêm liên tục để tinh chỉnh từng slide và luyện tập thuyết trình giúp anh nhận ra khả năng chịu áp lực cùng sự bền bỉ của bản thân. Những giây phút tưởng chừng kiệt sức ấy lại bồi đắp sự tự tin, giúp chàng sinh viên Bách khoa năm ấy sẵn sàng đối mặt với các nghiên cứu chuyên sâu đòi hỏi sự tập trung dài hạn sau này.

Ba từ khóa "Kỷ luật - Tương trợ - Trách nhiệm" đã trở thành kim chỉ nam xuyên suốt thời gian anh học tập tại Khoa Vật lý Kỹ thuật. Sự kỷ luật bắt buộc anh phải nghiêm túc và kiên trì với mọi bài toán khó. Tinh thần tương trợ thể hiện qua sự đồng hành của bạn bè và các thầy cô, giúp anh vượt qua những rào cản chuyên môn phức tạp.

Đặc biệt, ý thức trách nhiệm dần hình thành khi anh hiểu rằng các công việc trong lĩnh vực Vật lý Y khoa có liên đới trực tiếp đến tính mạng con người. Mỗi dòng code hay mô hình toán học đều yêu cầu sự cẩn trọng và chuẩn xác ở mức tối thượng.

Sứ mệnh của người "kỹ sư áo trắng" qua những công trình nghiên cứu
 

Anh Vinh nhớ lại: “Các thầy cô giáo tại Bách khoa đóng vai trò then chốt trong việc định hình tư duy nghề nghiệp của tôi”. Anh nhắc đến PGS. Nguyễn Văn Thái - Phó trưởng Khoa Vật lý Kỹ thuật - với sự trân trọng sâu sắc, thầy đã khơi gợi niềm đam mê qua học phần Nhập môn Vật lý Y khoa ngay từ những buổi học đầu tiên tại Bách khoa. Cách thầy kết nối lý thuyết vật lý hạt nhân với các ứng dụng thực tế trong bệnh viện giúp anh thoát khỏi sự mơ hồ ban đầu về nghề nghiệp. Khi chủ động xin thầy hướng dẫn NCKH vào năm thứ Hai, anh học hỏi được cách tư duy hệ thống và tổ chức công việc hiệu quả.

Thời gian học tại Bách khoa, giai đoạn bắt đầu tham gia nghiên cứu về Deep Learning (Học sâu) trong chẩn đoán hình ảnh phổi, Vinh từng cảm thấy mơ hồ về ý nghĩa thực tế của những gì mình làm. Phần lớn thời gian anh phải làm việc với các khái niệm toán học và mô hình mạng nơ-ron khô khan.

Tuy nhiên, khi bắt tay vào xây dựng các kiến trúc mạng nơ-ron như U-Net, UNet++, SegNet, ResUNet++, hay TransUNet, anh bắt đầu thấy những kết quả cụ thể. Anh miệt mài so sánh hiệu suất và độ chính xác của các mô hình này trong việc phân đoạn hình ảnh CT phổi. Khoảnh khắc anh thấy thuật toán có khả năng nhận diện các đặc trưng bất thường một cách nhất quán trên dữ liệu y tế thực tế là lúc anh nhận ra giá trị thực sự của công việc. Những mô hình Học sâu (Deep Learning) đã trở thành cầu nối giúp bác sĩ phát hiện sớm khối u, nâng cao hiệu quả điều trị bệnh nhân.
 

Cơ hội thực tập tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 cùng sự hướng dẫn tận tình của TS. KS. Phạm Quang Trung đã cho Vinh trực tiếp tiếp cận những công nghệ xạ trị hiện đại như IMRT, VMAT hay SRS. Chính tại đây, anh thấu hiểu hơn bao giờ hết sứ mệnh của người làm nghề Vật lý Y khoa, những 'kỹ sư áo trắng' thầm lặng, miệt mài canh giữ độ chính xác và an toàn cho từng tia xạ cứu người. Đề tài về thuật toán AI cho lập kế hoạch xạ phẫu RapidArc của anh tập trung vào việc tối ưu hóa góc giường điều trị và góc chuẩn trực chùm tia cho bệnh nhân ung thư di căn não đa ổ. Đây là một bài toán tối ưu hóa phức tạp nhằm đảm bảo phân bố liều lượng chuẩn xác đồng thời bảo vệ tối đa mô não lành xung quanh.

“Giây phút hạnh phúc nhất là khi nhìn thấy thuật toán cho kết quả vượt trội trên dữ liệu lâm sàng thực tế. Việc mô hình có thể đối chiếu sòng phẳng, thậm chí tối ưu hơn cả những phần mềm thương mại hàng chục tỷ đồng từ các hãng máy xạ trị hàng đầu thế giới là một minh chứng quan trọng. Nó giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào kinh nghiệm cá nhân và rút ngắn đáng kể thời gian lập kế hoạch điều trị.” - Anh Vinh chia sẻ.

Nghiên cứu này hiện đang trong bước bình duyệt tại tạp chí khoa học quốc tế, khẳng định tầm vóc của những công trình nghiên cứu bắt nguồn từ Đại học Bách khoa Hà Nội.

Ngoài các nghiên cứu trên máy tính và bệnh viện, anh Vinh còn trực tiếp tham gia diễn tập ứng phó sự cố bức xạ và đo lường nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt. Việc trực tiếp tìm hiểu lò phản ứng giúp anh thấu hiểu bản chất của các nguyên tắc an toàn bức xạ thay vì chỉ dừng lại ở trang sách giáo khoa. Anh học cách sử dụng Geant4 để mô phỏng sự tương tác của từng hạt photon hay electron với mô sinh học. Việc kết hợp với các phương pháp mô phỏng Monte Carlo giúp anh xây dựng những mô hình cải thiện độ chính xác của phân bố liều, hỗ trợ bác sĩ ra quyết định điều trị lâm sàng một cách khoa học.

Tâm thế hội nhập và khát vọng trở về cống hiến
 

Tấm bằng cử nhân ngành PH3 tại Bách khoa Hà Nội cùng những thành tích ấn tượng đã mở ra cho anh Vinh các cơ hội vươn tầm quốc tế. Anh từng nhận học bổng JINED của Nhật Bản và hoàn thành các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ nhà máy điện hạt nhân phối hợp với VINATOM. Việc trúng tuyển vào Đề án “Tạo nguồn giảng viên Đại học Bách khoa Hà Nội giai đoạn 2023 - 2030” là một cam kết dài hạn giữa anh và ngôi trường đã hỗ trợ tối đa anh tu nghiệp bậc cao tại nước ngoài.

Mới đây, anh Vinh vượt qua các đợt phỏng vấn gắt gao để giành suất học bổng dành cho sinh viên quốc tế xuất sắc tại Yonsei. Với anh, “phần thưởng” lớn nhất của một người theo đuổi ngành Vật lý Y khoa - PH3 nằm ở giá trị nhân văn khi các mô hình trí tuệ nhân tạo hay những dòng code anh viết ra trực tiếp giảm bớt nỗi đau cho người bệnh, giúp họ có một chất lượng sống tốt hơn.
 

Hiện tại phòng thí nghiệm của GS. Chulhee Min, Đại học Yonsei, anh tiếp tục khẳng định năng lực qua các dự án nghiên cứu về khoa học bức xạ: Kết hợp mô hình hóa dữ liệu (data-driven) với mô phỏng vật lý nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống và độ chính xác điều trị; xây dựng các thuật toán AI phục vụ phân đoạn hình ảnh và phân tích radiomics để đánh giá chức năng bệnh học; đồng thời ứng dụng mô phỏng Monte Carlo trong việc nghiên cứu các tác động sinh học bức xạ. Sự kiên trì và tư duy độc lập giúp anh thích nghi nhanh chóng với môi trường nghiên cứu quốc tế chuyên nghiệp và cạnh tranh.

Miệt mài nghiên cứu, nhà khoa học Bách khoa vẫn luôn nuôi dưỡng khát vọng trở về đứng trên bục giảng của Khoa Vật lý Kỹ thuật, tiếp nối sứ mệnh truyền lửa của các thầy, cô đi trước. Môi trường Bách khoa đã hun đúc nên Phạm Quang Vinh của hiện tại với sự tổng hòa của kỷ luật thép, lòng tương trợ và trách nhiệm xã hội - hình ảnh thế hệ người trẻ Bách khoa đang miệt mài cống hiến vì sự sống con người.