Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số máy chụp mạch ngành: Xử lý thông tin truyền thông m số: Trần dũng Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS nguyễn thị hoàng lan Hà Nội 2006 MC LC Đề mục Trang Trang bìa Lời cảm ơn mục lục Lời nói đầu Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục hình vẽ đồ thị Chơng 1: Tìm hiểu thiết bị chẩn đoán hình ảnh thiết bị y tế 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Một số thiết bị chẩn đoán hình ảnh 1.2.1 Máy X quang thờng Conventional X ray Equipment 1.2.1.1 Nguyên lý 1.2.1.2 Ưu điểm nhợc điểm máy X quang thờng 1.2.2 Máy chụp cắt lớp điện toán Computed Tomography Scanner 1.2.2.1 Nguyên lý 1.2.2.2 u điểm nhợc điểm máy cắt lớp điện toán 1.2.3 Máy cộng hởng từ Magnetic Resonance Imaging MRI 1.2.3.1 Nguyên lý 1.2.3.2 u điểm nhợc điểm máy cộng hởng từ 1.2.4 Máy siêu âm Untrasound System 1.2.4.1 Nguyên lý 1.2.3.2 u điểm nhợc điểm máy siêu âm 1.3 Nhận xét: chơng II: Máy chụp mạch kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số - DSA 2.1 Máy chụp mạch (Angiography) 2.1.1 Giới thiệu máy chụp mạch 2.1.2 Các loại thiết bị chụp mạch khác có sử dụng kỹ thuật xoá ảnh số 2.1.2.1 Chụp mạch cắt lớp điện toán ( Computed Tomography Angiography - CTA) 5 7 10 10 12 13 13 17 18 18 19 20 21 21 21 24 24 2.1.2.2 Chụp mạch cộng hởng từ (Magnetic Resonance Angiography MRA) 2.2 Tìm hiểu kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số - DSA 2.2.1 Phép trừ ảnh 2.2.2 Phép trừ tuyến tính ( Linear Subtraction) 2.2.3 Phép trừ loga 2.2.4 Nhận xét Chơng III: Nghiên cứu tìm hiểu giải 26 28 28 29 29 30 31 pháp cải thiện ảnh chụp mạch số máy chụp mạch 3.1 Một số vấn đề cải thiện ảnh máy chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số: 3.1.1 Giải pháp không gian phân giải chụp mạch phơng pháp xoá 3.1.2 Nhiễu chụp mạch phơng pháp xoá 3.1.3 Nhiễu hệ thống chụp mạch phơng pháp xoá 3.1.4 Các phơng pháp cải thiện đặc tính nhiễu 3.1.4.1 Việc di chuyển điểm sáng 3.1.4.2 Vai trò độ mở video camera 3.1.4.3 Sự tích hợp ảnh 3.1.4.4 Lọc nhiễu 3.2 Sự điều chỉnh cử động phía sau kỹ thuật xoá DSA 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 Mạch cử động giải pháp 3.2.3 Điều chỉnh cử động phía sau: bớc khởi đầu 3.2.4 Hiệu chỉnh cử động phía sau: Các kỹ thuật 3.2.5 Nhận xét 3.2.6 Kết luận đề xuất giải pháp chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số để giảm mạch cử động Kết luận TI LIU THAM KHO Tóm tắt luận văn 31 31 31 33 34 34 35 36 36 37 37 38 45 49 60 71 75 76 78 Lời nói đầu Ngày nay, với phát triển nh vũ bão khoa học - công nghệ, thiết bị y tế tiến bớc dài, cho đời nhiều máy đại, trợ giúp đắc lực cho bác sĩ việc chẩn đoán điều trị bệnh Các máy chẩn đoán hình ảnh lĩnh vực thiết bị y tế đóng vai trò vô quan trọng nh: Máy X- quang thờng quy, máy chụp cắt lớp điện toán, máy cộng hởng từ hạt nhân, máy chụp mạch, máy siêu âm Máy chụp mạch thiết bị ứng dụng nhiều kỹ thuật tiên tiến, thực đợc nhiều chức thăm khám điều trị bệnh phức tạp tim hệ mạch máu, giúp giảm thiểu việc phẫu thuật bệnh nhân Trong máy chụp mạch hệ thống xử lý ảnh đóng vai trò vô quan trọng mà kỹ thuật Xoá ảnh chụp mạch số - DSA(Digital Subtraction Angiography) xơng sống hệ thống Việc ứng dụng kỹ thuật Xoá ảnh chụp mạch số bớc tiến định khả thăm khám đa dạng can thiệp chuẩn xác máy chụp mạch ứng dụng phát triển kỹ thuật Xoá ảnh chụp mạch số cách khai thác tối đa khả chẩn đoán điều trị máy chụp mạch Chính mà em mạnh dạn chọn đề tài "Nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số máy chụp mạch" làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp em, kỹ thuật để chẩn đoán hình ảnh mạch máu Trên sở nghiên cứu tìm hiểu, luận văn tổng hợp tài liệu nh kinh nghiệm nhiều chuyên gia lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh mạch máu để đa nhận xét, đánh giá nh giải pháp nhằm cải thiện ảnh chụp mạch tìm hiểu ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số để dựng ảnh 3D Nội dung luận văn đợc trình bày bao gồm chơng sau: Chơng 1: Tìm hiểu thiết bị chẩn đoán hình ảnh thiết bị y tế Chơng 2: Máy chụp mạch kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số Chơng 3:Nghiên cứu tìm hiểu giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch số ứng dụng kỹ thuật xóa để dựng ảnh 3D máy chụp mạch Mặc dù cố gắng nhng hạn chế kiến thức, tài liệu kỹ thuật phức tạp nên đồ án em nhiều thiếu sót Em kính mong nhận đợc hớng dẫn, góp ý bảo thêm thầy cô giáo bạn để giúp em hoàn thiện đề tài Danh mc t vit tt s dng tiu lun S TT T vit tt Gii ngha CTS Computed Tomography Scanner CTA Computed Tomography Angiography CC Correlation Coefficient CBC Coincident Bit Counting DSA Digital Subtraction Angiography DSC Deterministic Sign Change DRR Digitally Recontructed Radiographs EHD Energy of the Histogram of Differences ENT Entropy of the Histogram of Differences 10 FID Free Induction Decline 11 MRI Magnetic Resonance Imaging 12 MAC Minimal Artifacts Criterion 13 MRA Magnetic Resonance Angiography 14 NCC Normalized Cross - Correlation 15 PC Phase Correlation 16 SAVD Sum of the Absolute Values of Differences 17 SSD Sum of the Squared Differences 18 SPC Sum of Positive Differences 19 SIR Sampling Importence Resampling 20 SDT Sum of the Absolute Values of Differences Above a Threshold 21 SSC Stochastic Sign - Change 22 RF Radio Frequency 23 VOD Variance of Differences Danh mc cỏc hỡnh v lun Hỡnh 1.1 nh chp X quang thng Hỡnh 1.2 nh chp nóo ca mỏy ct lp 10 Hỡnh 1.3 Hỡnh hc ca nh hỡnh chiu quột bng tia X .11 Hỡnh 1.4 Trng thỏi ca cỏc ht nhõn t trng ngoi Bo v s hỡnh thnh vect t hoỏ M .14 Hỡnh 1.5 tuyn Trng thỏi ca vect t hoỏ cú tỏc ng ca xung vụ 15 Hỡnh 1.6 Quỏ trỡnh n hi 16 Hỡnh 1.7 nh chp vựng bng ca mỏy MRI 17 Hỡnh 1.8 nh siờu õm vựng bng ca mỏy siờu õm .18 Hỡnh 2.1 Biểu đồ minh hoạ cho trình chụp mạch xoá 21 Hỡnh 2.2 Minh hoạ cho kỹ thuật DSA .22 Chơng 1: Tìm hiểu thiết bị chẩn đoán hình ảnh thiết bị y tế 1.1 Giới thiệu chung ảnh y tế: Việc nghiên cứu trình tái tạo ảnh y tế liên quan đến tợng tơng tác, tất dạng xạ mô liên quan đến trình phát triển công nghệ tích hợp, để thu đợc thông tin hữu dụng từ trình quan sát tợng tơng tác Các thông tin cụ thể thờng đợc hiển thị dới dạng hình ảnh Các dạng ảnh ảnh đơn giản nh ảnh đen trắng đợc tạo thông qua việc ứng dụng Rơngen hay phức tạp ảnh chụp cắt lớp, ảnh chụp mạch, ảnh siêu âm Các trình tạo ảnh y tế từ xa đến phân chia thành hai bớc xử lý nh sau[1] : - Thu thập liệu liên quan tới tơng tác vài dạng xạ mô - Biến đổi liệu vào ảnh( Hoặc tập ảnh) thông qua phơng pháp toán học công cụ tính toán Do ảnh y tế đại đợc tạo trình xử lý tái tạo lại xây dựng lại ảnh từ sở liệu tơng tác mô với xạ nên trình thờng đợc gọi trình tái tạo ảnh đợc gọi ảnh tái tạo lại Các loại ảnh y tế: ảnh chụp X quang: Với trờng hợp sử dụng máy X quang hệ đầu tiên, thấy tia X đợc chiếu trực tiếp từ bóng X quang tới thể ngời Sau truyền qua thể ngời, tia X đợc bác sĩ chẩn đoán quan sát trực hai cách Đó sử dụng gơng chắn chùm tia thay cho hệ thống phim cách thứ hai sử dụng loại phim chụp X quang Với chế quan sát trực tiếp nhà vật lý học y tế nhận thân bác sĩ bị tiếp nhận lợng tia X tơng ứng với bệnh nhân mà liều lợng tia X ảnh hởng lớn bác sĩ Chính vậy, phơng pháp đợc dần thay đổi thay vào hệ thống casette đựng phim X quang Phim đợc rửa tạo nên ảnh đen trắng cấu thể ngời bệnh với chế suy hao chùm tia X, vùng có mô mềm có mầu đen, vùng có xơng có màu trắng Cho đến sử dụng hệ thống cảm nhận tia X quang, với hệ thống ảnh thu đợc số hoá chất lợng nh công dụng đợc cải tiến nhiều ảnh siêu âm: Một ví dụ khác ảnh kinh điển trình tạo ảnh siêu âm Theo phơng pháp này, lợng sóng siêu âm dới dạng xung đợc truyền vào thể ngời bệnh, tín hiệu dội lại đợc ghi nhận đầu dò mà ta gọi đầu dò siêu âm Bằng việc di chuyển đầu dò siêu âm tạo góc khác tín hiệu dội ngợc đợc ghi lại cách ảnh vùng cắt ngang thể đợc hiển thị trực tiếp hình theo dõi Các ảnh siêu âm ánh xạ cờng độ sóng dội ngợc lại kết trực tiếp tơng tác xung sóng siêu âm mô ảnh chụp cắt lớp: Sau thời gian sử dụng tia X trình tạo ảnh y tế, nhà nghiên cứu đa phơng pháp việc sử dụng tia X để tạo ảnh cắt lớp Thông qua việc thu nhận hình chiếu lần thực chụp tia X ứng với góc quay riêng biệt hình chiếu sau đợc tổ hợp lại để tạo ảnh chụp cắt lớp riêng biệt ảnh cộng hởng từ: Một ví dụ trình tạo ảnh kiểu kinh điển trình tạo ảnh nguồn xạ Đây loại ảnh đợc tạo nguyên ký hoàn toàn khác so với ảnh sử dụng tia X Trong phơng pháp này, ảnh đợc tạo nên hạt nhân Hydro( H+) dới tác động từ trờng xung radio kích thích 1.2 Một số thiết bị chẩn đoán hình ảnh: Trong phần tìm hiểu giới thiệu số thiết bị chẩn đoán hình ảnh liên quan đến loại ảnh trình bày phần 1.1 1.2.1 Máy X quang thờng Conventional X ray Equipment: 1.2.1.1 Nguyên lý : Máy X quang thiết bị tạo ảnh cấu trúc bên đối tợng nghiên cứu sở ứng dụng tính chất lý hoá tia Rơnghen (tia X)[1] Chùm tia X xuyên qua vật thể (ví dụ thể ngời bệnh) bị suy giảm Sự suy giảm không đồng mà khác nhau, phụ thuộc vào khả hấp thụ tia X vật chất đợc đánh giá công thức LamberBeer[1]: I = I e àps (1.1) Trong đó: I0: Năng lợng chùm tia tới I: Năng lợng chùm tia sau qua đối tợng s: Chiều dày đối tợng p: Mật độ vật chất trung bình đối tợng à: Hệ số suy giảm khối lợng Hệ số biểu thị cấu trúc vật chất đối tợng phụ thuộc vào lợng xạ 64 MDSC, tính toán sử dụng (3.25) đợc xem nh ớc tính diện tích (theo Pixel) mà sai khác tuyệt đối nhỏ q: M DSC (d ) (q I d ( x) ) (3.39) xw Trong đó: (x) = 1nếu x>0 x0 (3.40) Sự khắt khe DSC dòng cản quang đợc giải thích giảm tổng số vế bên phải (3.39), gây tổng số n pixel bị ảnh hởng, n, kích cỡ giá trị sai khác thực Thực so sánh CC, SAVD DSC khẳng định tính u việt phơng pháp sau Một nhợc điểm DSC thông số kèm theo q, cần phải điều chỉnh, chứng minh biết biến số d2 nhiễu hình ảnh lợi lựa chọn giá trị q lớn 2d Giới hạn này, nhiên, lại phụ thuộc vào nội dung hình ảnh Trong số kiến nghị, giá tr đợc áp dụng, chí thu đợc kết đăng ký xác cách áp dụng DSC cho phiên phát sinh hình ảnh gốc có mặt độ dốc mức xám, điều thực đúng, biến thiên tần số đợc giảm lần phát sinh đầu tiên, nh việc tăng cạnh Khả CBC số đo đồng dạng phải đuợc xem xét Tơng tự nh phơng pháp thay đổ dấu hiệu, CBC đợc thiết kế nhằm chia trọng lợng cho pixel cửa sổ cần đợc so sánh, giá trị mức xám chúng Sự dịch chuyển tối u theo phơng thức dịch chuyển mà số lợng bit đối sánh tối đa Tuy nhiên, ý tởng đằng sau xuất phát trực tiếp từ tơng quan Thực ra, xem xét kỹ hơn, cần kết luận CBC không ngoi phơng pháp chia trọng lợng cho tất pixel, nhng có nhợc điểm không quán Ví dụ, xem xét pixel 10 bit có giá trị 511, đợc thể nhị phân 01/1111/1111 Một lợng nhỏ nhiễu 65 chuyển giá trị pixel ny thành 510 512 đợc thể lần lợt 01/1111/1110 10/0000/0000 Theo CBC, 511 tơng xứng với 510 nhng lại không hợp với 512 mà điều ngợc lại với thực giác Điều cho thấy bit thấp có xu hớng bị nhiễm nhiễu nhiều hơn, bit cao đồng với pixel liền kề, thực dễ dàng thấy giá trị xám nào, hiệu ứng nhiễu CBC không đối xứng với dấu hiệu thay đổi Do vậy, thử với nêu, phân bổ nhiễu không ảnh hởng đến hoạt động CBC Các phơng pháp đồng dạng dựa thống kê sai khác tận dụng thật trờng hợp cân tối u, số lợng nhỏ giá trị sai khác có tần số tơng đối cao, đa số giá trị sai khác có tần số thấp Điều dẫn đến biểu đồ đỉnh điểm, liệu cửa sổ w có chứa mạch máu mờ đục hay không, trờng hợp ban đầu dẫn đến đỉnh trờng hợp sau có đỉnh Trong trờng hợp cân sai, biểu đồ có mức phân tán lớn trờng hợp Có thể đo phân tán trục hoành tính toán, nh độ lệch tiêu chuẩn biểu đồ DSR nha khoa Tuy nhiên phân tán đợc tính toán xác trục tung, hàm lồi lõm, hàm nhạy cảm thay đổi nhỏ biểu đồ EHD hoạt động cách tơng chi phí tính toán đợc giảm Tóm lại, trái với tất phơng pháp đồng dạng đợc dùng DSA, phơng pháp biểu đồ xem xét cao tần số tơng đối giá trị sai khác Kết là, phơng pháp không nhạy cảm phân nhánh mức độ xám trung bình hay sai khác cục mạch cản quang gây (bất kể diện tích tơng đối chúng) không cần mẫu loại trừ Hơn nữa, chúng không đắt mặt chi phí tính toán nên không cần điều chỉnh thông số dẫn đến bề mặt đối sánh phẳng hơn, cho phép tối u hoá hiệu Tóm lại, số tất phơng pháp 66 đồng dạng triển khai đến nay, EHD chứng tỏ đầy đủ đăng ký DSA Các kỹ thuật nội quy hệ độ xác Pixel phụ[7]: Trong phần trớc lập luận rằng, chí việc cân sai pixel phụ tạo mạch máu quan trọng, nên việc tính toán dịch chuyển nên đợc thực với độ xác pixel phụ, cần phải có nội suy Nh thấy, kỹ thuật đợc đề xuất cho mục đích chia thành loại Với loại kỹ thuật thứ nhất, hình ảnh mặt nạ cản quang đợc bổ sung lấy mẫu lại phép đánh giá tuyệt đối phơng pháp đồng dạng lựa chọn tịnh tiến không nguyên Với kỹ thuật thuộc loại 2, giá trị đối sánh tịnh tiến nguyên đợc nội suy nhằm thu đợc mặt hai chiều liên tục mà từ vectơ tịnh tiến tối u đợc xác định Cần phải sở lý thuyết ủng hộ việc sử dụng kỹ thuật nội suy đối sánh Trong tài liệu, lựa chọn cho kế hoạch nội suy đặc biệt tuỳ tiện dựa nhu cầu liên quan đến chi phí tính toán sở lý thuyết ngợc lại để nội suy hình ảnh gốc, ngời ta thu hút nguyên lý lấy mẫu Phanon Việc xây dựng lấy mẫu hình ảnh đợc thực cách xác cách áp dụng hạch đa thức hàm sin Trong trờng hợp này, độ xác cuối vectơ tịnh tiến phải đợc cụ thể hoá tuyệt đối ngời sử dụng Một số học giả báo cáo tỷ lệ xác thứ 1/10 Pixel đủ cho DSA Tóm lại, hi vọng kỹ thuật nội suy hình ảnh nhìn chung thu đợc kết tốt kỹ thuật nội suy đối sánh Mặc dù, cha có phân tích định lợng toàn diện đợc thực Cần phải nhận xét nội suy hình ảnh đắt mặt tính toán nội suy đối sánh Tuy nhiên, gần chứng minh chi phí tính toán giảm đáng kể cách thực phơng pháp đạt hiệu 67 Các chiến lợc tối u hoá vấn đề liên quan[7]: Với yêu cầu cao mình, việc sử dụng thao tác tìm kiếm tờng tận để tối u hoá phơng pháp đồng dạng chọn thờng cách tiếp cận khả thi Mặc dù phần cứng máy tính nhanh chóng trở nên nhanh hơn, nhng thí nghiệm gần cho thấy cách tiếp cận đắt đỏ mặt chi phí tính toán Do cần có chiến lợc hiệu Việc sử dụng kỹ thuật tối u hoá đa chiều tinh vi nh phơng pháp đơn hình xuống dốc, tìm kiếm ngẫu nhiên chung mô đủ cho việc tối u hoá đồng thời lợng lớn thông số Khi dùng điểm kiểm soát dựa cách tiếp cận chọn tính toán đồng thời vectơ tịnh tiến cục tất điểm kiểm soát Tuy nhiên, tính toán tịnh tiến điểm kiểm soát đơn lẻ cách riêng rẽ rẻ Khả áp dụng vào kỹ thuật tối u hoá đơn giản để tính toán vectơ tịnh tiến đơn lẻ đợc xác định biện pháp đồng dạng đợc sử dụng Ví dụ, mặt đối sánh có tối u hoá chung nhng bên cạnh cho thấy, nhiều tối u cục bộ, việc "leo đồi" có lẽ không thành công nh tìm cách tối u chung Các biến dạng mức xám theo cấp số nhân cộng[7]: Nh kết luận trên, kỹ thuật điều chỉnh mạch máu biến động mức xám lại hình ảnh trừ, nh sau áp dụng biến đổi hình học thu đợc cho hình ảnh mặt nạ, chia thành cách tiếp cận cấp số nhân cộng Trớc đánh giá giá trị cách tiếp cận này, phải vào chi tiết quy trình vật lý báo hiệu đằng sau thu đợc hình ảnh chụp x quang kỹ thuật số theo hệ suy biến Lambert - Beer, tia x ma trận máy phát (bộ tăng cờng hình ảnh) đợc giảm môi trờng gặp 68 Trong chuỗi xử lý tín hiệu sau đó, tín hiệu đợc phát đợc khuyếch đại xử lý trên, trớc trừ, hình ảnh nên đợc xử lý logarit Vì số lí do: (I) Sự đồng mạch máu cản quang hình ảnh trừ sau Có thể dễ dàng suy rằng, xử lý tuyến tính, giá trị xám mạch cản quang đợc điều chỉnh cấu trúc bên hình ảnh mặt nạ Loại biến dạng bị loại bỏ xử lý logarit (II) Với xử lý loganit, giá trị mức xám vùng cản quang hình ảnh trừ trực tiếp tỷ lệ với độ dày mạch bên dới Đây đặc điểm quan trọng để phân tích định lợng sau ny (III) Quá trình hình ảnh trừ logarit làm giảm lệch cho đặc điểm phát không đồng không gian tăng cờng hình ảnh Do vậy, trình sau xử lý logarit tiêu chuẩn thiết bị hình ảnh DSA đại Từ (3.13) suy trờng hợp giá trị mức xám I vị trí x hình ảnh thu đợc biến thành: I ( x) = ln[ ( x)] L( x) (3.41) Có thể kết luận giãn nở mô dẫn đến mạch máu biến dạng mức xám theo cấp số nhân dao động không gian Các mạch máu đợc điều chỉnh cách tích hợp Jacobian biến đổi hình học thu đợc Từ (3.41) thấy (3.14) cố định hệ thống đạt đợc xác định nhằm điều chỉnh ln[ ( x)] Phải tính đến điều áp dụng kỹ thuật Cũng lu ý phức tạp biến đổi thu đợc trực tiếp định mức độ phức tạp nhân tố Jacobian đợc tính toán Ví dụ, trờng vectơ tịnh tiến đợc xây dựng nội suy từ tịnh tiến điểm kiểm soát 69 sử dụng mỏng, Jacobian l hm phi tuyến tính x y Việc sử dụng phép nội suy phép nội suy song tuyến mẫu làm cho nhân tố Jacobian phụ thuộc tuyến tính vào x y Khi sử dụng phép nội suy tuyến tính điểm kiểm soát, Jacobian dễ dàng cho thấy trở thành số Hơn thế, cần phải lý nêu phần trên, trờng vectơ tịnh tiến d:D ->R2 nh thấy cách tiếp cận ký có lẽ nhân tố lớp ánh xạ W: D->R2 Điều nghĩa là, phức tạp da, độ xác nhân tố điều chỉnh Jd-1 bị hạn chế Hiệu ứng dao động cờng độ tia X, ví dụ thay đổi tạm thời khuyếch tán không đồng chất cản quang vào mao mạch, đợc đánh giá nh sau Giả sử hình ảnh mặt nạ Im hình ảnh cản quang Ic đợc tạo tia X với cờng độ lần lợt m c: I m ( x) = ln[ m ( x)] Lm ( x) (3.42) Lc ( x) = ln[ c ( x)] Lc ( x) LI ( x) (3.43) Trong LI góp chất cản quang Chỉ trờng hợp hoàn toàn mạch chuyển động điều chỉnh động hoàn toàn, có Lc (x) = Lm(x), x D, hình ảnh trừ trở thành: I c ( x) I m ( x) = ln[ c ( x)] ln[ m ( x)] LI ( x) (3.44) Từ kết luận trờng hợp xử lý logarit, dao động cờng độ tia x khuếch tán không đồng chất cản quang dẫn đến biến dạng mức xám theo cấp số cộng hình ảnh trừ Trong trờng hợp xử lý tuyến tính hình ảnh thu đợc, thấy rằng, tuỳ vào số hạn chế, có tợng dẫn đến biến dạng cấp số nhân, tình dao động cờng độ tia x có hiệu ứng cấp số nhân Trong đồng thời, khuyếch tán chất cản quang có hiệu ứng cấp số cộng (hoặc ngợc lại), không diễn 70 chất cản quang không thu đợc biến dạng cấp số nhân cộng ý tởng điều chỉnh theo cấp số cộng dễ loại bỏ ảnh hởng thay đổi cờng độ tia x Gợi mở cho nghiên cứu sau: Mặc dù tồn biến đổi hình học chiều, việc áp dụng thành công kỹ thuật nhận dạng hình ảnh nhằm khôi phục biến đổi nh bị hạn chế Trong chừng mực đó, vấn đề cấu trúc chồng lớp di chuyển cản quang đợc giải cách sử dụng thông tin bổ sung, từ mẫu hay kết hợp số hình chiếu góc khác Do mô tả cách tiếp cận để điều chỉnh đồng thời mạch cử động tim hô hấp gây nên, kết hợp cụ thể hình ảnh mặt nạ chụp pha hô hấp tim khác Mặc dù đánh giá ban đầu chứng minh tầm quan trọng cải tiến từ thuật toán chúng, nhng cách tiếp cận nh có tiềm hữu ích xứng đáng đợc nghiên cứu thêm Tại số điểm phần trên, nêu lên vấn đề chi phí tính toán Lu ý vài khái niệm nh lựa chọn điểm kiểm soát, nội suy đối sánh độ xác Pixel phụ, tối u hoá đa giải pháp, phát triển từ nhu cầu cần thiết phải hạn chế thời gian tính toán nhiều Mặc dù thời gian xử lý sau hình ảnh khác theo trờng hợp Nhng việc giảm thiểu chi phí tính toán bớc đơn lẻ thuật toán hiệu chỉnh cử động quan trọng từ góc độ khác: Trao đổi với mức độ phức tạp Ví dụ, việc đẩy mạnh đánh giá đồng dạng cho phép lựa chọn số lợng lớn điểm kiểm soát, kế hoạch nội suy tịnh tiến cao hơn, làm tăng tính xác công tác đăng ký Hầu hết thuật toán đợc công bố đợc thực toàn phần mềm Hiển nhiên thực phần cứng giảm chi phí tính toán cách đáng kể Chúng ta giảm nhiều chi phí tính toán cần thiết để làm biến dạng hình ảnh, 71 cách sử dụng kiến trúc đồ hoạ OpenGL hỗ trợ phần cứng Vì thời gian tính toán khổng lồ lại đánh giá đồng dạng chiếm giữ, việc sử dụng phần mềm vi xử lý chung vào mục đích lựa chọn đem lại hiệu cao 3.2.6 Kết luận đề xuất giải pháp chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số để giảm mạch cử động: Trong phần luận văn này, tổng kết kỹ thuật đợc mô tả để giảm mạch cử động DSA Đã tóm tắt loại mạch khác nh kỹ thuật đợc đề xuất để ngăn chặn chúng Mục đích trình bày tổng kết chi tiết kỹ thuật điều chỉnh cử động cách nhận dạng hình ảnh mà điều chỉnh biến dạng mức xám Để kết thúc, mô tả vấn đề khác liên quan đến cử động bệnh nhân hình ảnh chụp tia x, nh kỹ thuật đợc triển khai để giải vấn đề này.Từ đánh giá rút kết luận dới đây: Trong hình ảnh tia X thờng, xây dựng biến đổi hình học chiều hoàn toàn giải thích hiệu ứng biến đổi chiều vật thể gốc Tuy nhiên, thực tế đạt đợc cách xác biến đổi nh từ hình ảnh chụp, chủ yếu vấn đề kỹ thuật chụp việc sử dụng thao tác liền kề Trong thuật chụp tia X, có mặt chất cản quang cục bổ sung hình ảnh sống hạn chế thêm tính xác nhận dạng Việc tính toán cử động hay tịnh tiến cục cấu trúc hình ảnh đợc thực dòng quang học kỹ thuật đối sánh mẫu thực tế, giả sử kỹ thuật dòng quanh học không áp dụng cho hình ảnh chụp tia x kỹ thuật số Tơng tự, kỹ thuật nhạy cảm với 72 việc tiếp nhận cản quang Tuy nhiên, kỹ thuật đối sánh mẫu đợc thực tơng đối khắt khe tợng này, cách áp dụng phơng pháp đồng dạng đầy đủ Các kỹ thuật đối sánh mẫu sử dụng nhiều thông tin đánh giá tịnh tiến cục Do đối sánh mẫu u việt dòng quang học Vì chi phí tính toán cao (Thậm chí với trạng công nghệ máy tính), thờng cho phép xác định tơng xứng hình ảnh cách tuyệt pixel Để giảm thời gian tính toán đến mức chấp nhận đợc mặt lâm sàng, lợng hạn chế điểm kiểm soát nên đợc xem xét Vì việc tính toán vectơ tịnh tiến xác khu vực chứa đủ cấu trúc hình ảnh, việc lựa chọn điểm kiểm soát nên dựa nội dung hình ảnh, lới chuẩn mực Các đặc điểm phù hợp dễ rút vùng cấu trúc cạnh, góc đỉnh Việc lựa chọn điểm kiểm soát theo đặc điểm dẫn đến lới bất thờng, nhằm có đợc trờng vectơ tịnh tiến hoàn chỉnh, cách tiếp cận rẻ mặt tính toán sử dụng phép nội suy tuyến tính, cần lập lới tam giác điểm kiểm soát đợc thực nhanh cách sử dụng phần cứng đồ hoạ Việc sử dụng đối sánh mẫu để tính toán tịnh tiến cục cấu trúc mức độ xám cần phơng pháp xác định "đồng dạng" Trong tất biện pháp đồng dạng đợc triển khai đến nay, lợng biểu đồ sai khác (EHD) chứng tỏ biện pháp đầy đủ để đăng ký DSA Nó rẻ mặt tính 73 toán, không cần mẫu loại trừ hay điều chỉnh thông số nhng lại dẫn đến ảnh trơn tru Vì chí việc cân sai pixel phụ tạo mạch máu quan trọng hình ảnh nên cần thực tính toán dịch chuyển với độ xác đến Pixel phụ, đạt đợc điều phép nội suy liệu hình ảnh đánh giá phơng pháp đồng dạng chọn tịnh tiến không nguyên nội suy giá trị đối sánh tịnh tiến nguyên, phân tích bề mặt đối sánh liên tiếp, nhìn chung kỹ thuật thứ thu đợc kết tốt hơn, mức xác 1/10 Pixel thờng đủ Để giảm chi phí tính toán nữa, số lợng đánh giá đồng dạng nên nhỏ tốt Việc cần sử dụng chiến lợc tối u hóa hiệu Khả áp dụng kỹ thuật tối u hoá đơn giản để tính toán vectơ tịnh tiến đơn lẻ đợc xác định cách thức phơng pháp đồng dạng chọn Nh từ trớc, EHD cho thấy thu đợc mặt đối sánh thuận lợi cho phép quy trình 'leo đồi' tơng đối rẻ mặt chi phí tính toán Sau áp dụng biến đổi, nh quy trình đăng ký thu đợc cho hình ảnh mặt nạ, có mạch máu biến dạng mức xám lại Các mạch máu kết co giãn mô, dao động cờng độ tia x, khuyếch tán không đồng chất cản quang Trong trờng hợp khuyếch tán Logarit hình ảnh thu đợc mạch biến dạng mô gây dẫn đến mức xám theo cấp số nhân dao động mặt không gian Về mặt lý thuyết, biến dạng đợc diễn tả nhân tố Jacobian biến đổi, tuỳ thuộc vào hạn chế định cỡ đắn hệ thống thu nhận Trong thực tế, hiệu nhân tố điều 74 chỉnh Jacobean lại hạn chế xác phức tạp biến đổi thu đợc Các mạch máu dao động cờng độ tia x hay khuyếch tán chất cản quang gây dẫn đến biến dạng mức độ xám cấp số cộng dao động mặt không gian Để tăng cờng hoạt động thuật toán đăng ký, nghiên cứu sau nên tập trung sử dụng nguồn kỹ thuật khác để bổ sung, từ mẫu thông tin tổng hợp chụp đa bội, từ góc khác Một hớng phát triển đề tài khác thực hiệu quả, thực phần cứng giảm đáng kể chi phí tính toán khai thác chúng để tăng hiệu sử dụng 75 Kết luận Trong trình chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá có nhiều yếu tố ảnh hởng đến chất lợng ảnh chụp mạch, ví dụ: nhiễu, độ phân giải chi tiết ảnh, cử động bệnh nhân gây không tơng thích hai ảnh mặt nạ ảnh cản quang Trong luận văn này, em đa số giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch có ứng dụng kỹ thuật xoá Trong trình chụp mạch có nhiều phơng pháp nâng cao chất lợng ảnh nh: phơng pháp cải thiện đặc tính nhiễu, phơng pháp lọc nhiễu ảnh nền, giải pháp không gian chụp mạch Tuy nhiên, thực tế việc điều chỉnh cử động phía sau kỹ thuật xoá yếu tố cần thiết để có đợc hiệu cao việc cải thiện ảnh chụp mạch Có nhiều phơng pháp nh: Kết hợp làm thủ thuật bệnh nhân ngời làm thủ thuật, áp dụng biện pháp y học ngăn cản cử động bệnh nhân, đặc biệt giải pháp xử lý hình ảnh phía sau Trong giải pháp xử lý hình ảnh phía sau phơng pháp đồng dạng, độ xác pixel phụ, tối u hoá, điều chỉnh sai lệch mức độ xám đợc áp dụng lợi ích nh hạn chế giải pháp đợc đa giúp cho ta có nhìn tổng thể trình chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số Một lần em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, KS Bùi Xuân Vinh, PGS.TS Phạm Gia Khánh, KS Đoàn Trọng Bình thầy cô giáo khoa Công Nghệ Thông Tin, Trung tâm Điện tử Y Sinh trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội cán kỹ thuật Bệnh viện Bạch Mai, Trung tâm ứng dụng công nghệ cao - Viện trang thiết bị y tế hỗ trợ mặt tài liệu, kỹ thuật ứng dụng trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện: Trần Tấn Dũng 76 TàI liệu tham khảo Tiếng Việt: Đoàn Nhật ánh ( 2003), Tổng quan thiết bị y tế chẩn đoán hình ảnh, Trờng đại học Bách khoa Hà Nội Phùng Mạnh Hùng, Huỳnh Lơng Nghĩa, Mai Ngọc Anh, Lê Ngọc Sơn, (2004), Trang thiết bị y tế tập I tập II, Bộ môn Điện tử y sinh - Khoa kỹ thuật điều khiển - Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Nguyễn Phan Kiên(2002), Nghiên cứu phép biến đổi Radon trình dựng ảnh ba chiều máy chụp cắt lớp, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trờng đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Thị Hoàng Lan, Xử lý ảnh, Khoa Công nghệ thông tin Trờng đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh: Bart M.ter Haar Romeny, (1997), "Developments in Biomedical Image Analysis", page - Charles Florin, James Williams, Ali Khamene & Nikos Paragios (2006), "Registration of 3D angiography and X-ray images using Sequential Monte Carlo samping", Page 1- Erik H.W.Meijering, Wiro J.Niessen, Max A.Viergever, (1999)," Retrospective Motion Correction in Digital Subtraction Angiography", page - 29 Erik H.W.Meijering, Wiro J.Niessen, Max A.Viergever, (1999)," Image Registration for Digital Subtraction Angiography", page - Jackie Hung-Chi YU, (2005), "Physics of Medical X-ray Imaging", Chapter 10, page 1- 29 10 Kenneth R.Hoffmann, (2006), 3D X-ray Angiography, page 1- 77 11 Masafumi Uchida, Toshi Abe, Kazunori Nishimura, Mitsuo Hashimoto, (2002), " Rotation Three - Dimensional Cholangiography", page 213-215 12 Shimazu, (1995), Digital Angiography/ Cardiac System, Shimazu Corporation, Kyoto Japan 13 Shimazu, (1995), Digital Angiography System, Shimazu Corporation, Kyoto Japan 14 Shimazu, (1995), Rotation DSA System, Shimazu Corporation, Kyoto Japan 15 Shimazu, (1995), Installation DSA System, Shimazu Corporation, Kyoto Japan 16 Sung Min Kwon, Yong Sun Kim, Dong Ik Kim, Jong Beom Ra, (2002), Novel Digital Subtraction CT Angiography Based on 3D Registation and refinement, Yonsei University College of Medicine, Seoul Korea 17 TM Lehmann, H-G Grondahl & DK Benn, "Computer-based registration for digital subtraction angiography", page 327 - 330 78 Tóm tắt luận văn Tên đề tài: "Nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số máy chụp mạch" Mục đích: Tìm hiểu thiết bị chẩn đoán hình ảnh kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số Đa giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch máy chụp mạch Nội dung luận văn: Chơng 1: Tìm hiểu thiết bị chẩn đoán hình ảnh thiết bị y tế Trong chơng trình bày ảnh nh thiết bị chẩn đoán hình ảnh lĩnh vực y tế Luận văn nêu lên nhợc điểm nh u điểm loại thiết bị, từ có nhìn tổng thể lĩnh vực thiết bị chẩn đoán hình ảnh Chơng II: Máy chụp mạch kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số- DSA Trong chơng trình bày máy chụp mạch nh kỹ thuật xoá đợc ứng dụng máy chụp mạch Chơng III: Nghiên cứu tìm hiểu giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch số máy chụp mạch Trong chơng nêu lên vấn đề gặp phải máy chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá giải pháp khắc phục nh cải thiện ảnh máy chụp mạch Đánh giá hớng phát triển luận văn: Trong luận văn nêu vấn đề chủ yếu máy chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá Các giải pháp đa luận văn có số ứng dụng vào thực tế cho kết khả quan Tuy nhiên, hớng phát triển sau luận văn tiếp tục đa giải pháp cải thiện ảnh đồng thời ứng dụng vào thực nghiệm để chất lợng ảnh chụp mạch ngày tốt phục vụ cho khả thăm khám máy chụp mạch Từ khoá: Chụp mạch, xoá nền, cản quang, phép trừ, cử động ... Chơng III: Nghiên cứu tìm hiểu giải 26 28 28 29 29 30 31 pháp cải thiện ảnh chụp mạch số máy chụp mạch 3.1 Một số vấn đề cải thiện ảnh máy chụp mạch ứng dụng kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số: 3.1.1... kỹ thuật xoá ảnh chụp mạch số đợc trình bày chơng luận văn 21 chơng II: Máy chụp mạch kỹ thuật Xoá ảnh chụp mạch số 2.1 Máy chụp mạch( Agiography): 2.1.1 Giới thiệu máy chụp mạch : Mạch máu... thuật xoá ảnh chụp mạch số Chơng 3 :Nghiên cứu tìm hiểu giải pháp cải thiện ảnh chụp mạch số ứng dụng kỹ thuật xóa để dựng ảnh 3D máy chụp mạch Mặc dù cố gắng nhng hạn chế kiến thức, tài liệu kỹ thuật