Nghiên cứu một số thuật toán phát hiện contour và ứng dụng hỗ trợ phát hiện vùng nốt mờ, đám mờ trên ảnh XQ chụp phổi của bệnh nhân mắc covid 19

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG CHOMECHANH LORKHAM AIEN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN CONTOUR VÀ ỨNG DỤNG HỖ TRỢ PHÁT HIỆN VÙNG NỐT MỜ, ĐÁM MỜ TRÊN ẢNH XQ CHỤP PHỔI CỦA BỆNH NHÂN MẮC COVID-19 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN 12 - 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG CHOMECHANH LORKHAM AIEN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN CONTOUR VÀ ỨNG DỤNG HỖ TRỢ PHÁT HIỆN VÙNG NỐT MỜ, ĐÁM MỜ TRÊN ẢNH XQ CHỤP PHỔI CỦA BỆNH NHÂN MẮC COVID-19 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hải Minh THÁI NGUYÊN 12 - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: Chomechanh Lorkham aien Lớp cao học: CK18A Trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông- Đại học Thái Nguyên Em xin cam đoan luận văn: “Nguyên cứu số thuật tốn phát Contour ứng dụng hơ trợ phát vùng nốt mờ, đám mờ ảnh XQ chụp phổi bệnh nhân mặc COVID-19” cơng trình nguyên cứu em thời gian qua Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Chomechanh Lorkham aien 22 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn thạc sỹ em nhận nhiều khích lệ, động viên, giúp đỡ từ phía thầy cơ, cha mẹ bạn bè xung quanh Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, thầy truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, TS Nguyễn Hải Minh người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn thạc sỹ Đề nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu số thuật toán phát Contour ứng dụng hỗ trợ phát nốt mờ, đám mờ ảnh XQ chụp phổi bệnh nhân mắc COVID-19” đề tài khó, học viên cần phải tự tìm hiểu, tự nghiên cứu thêm nhiều kiến thức Nhưng thời gian có hạn, vốn ngơn ngữ cịn hạn chế, kỹ làm việc với ngôn ngữ lập trình đại em cịn nhiều khó khăn Do đó, luận văn cịn có nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô bạn để luận văn thạc sỹ hoàn thiện Học viên thực Chomechanh Lorkham aien 33 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU Chương I CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ẢNH Y TẾ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH 1.1 Các kiến thức ảnh y tế .2 1.2 Một số phương pháp thu nhận hình ảnh y tế .3 1.2.1 Chiếu X-quang: 1.2.2 Chụp X-quang: 1.3 Xử lý ảnh số 10 1.3.1 Một số khái niệm 11 1.4 Một số kỹ thuật xử lý ảnh 12 1.4.1 Nắn chỉnh biến dạng 12 1.4.2 Khử nhiễu` 12 1.4.3 Chỉnh số mức xám 13 1.4.4 Phân tích ảnh 13 1.4.5 Nhận dạng phân loại ảnh 13 1.5 Một số kỹ thuật xử lý ảnh y tế 16 1.5.1 Khái quát biên phân loại kỹ thuật dò biên 19 1.5.2 Các kỹ thuật phát biên: .20 1.5.3 Phát biên cục phân vùng ảnh 22 Chương II NỐT MỜ, VẾT MỜ, ĐÁM MỜ TRÊN ẢNH XQ VÀ VẤN ĐỀ ỨNG DỤNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH NHÂN COVID-19 25 2.1 Vấn đề nốt mờ, vết mờ, đám mờ .25 2.2 Sơ lược chế bệnh sinh viêm phổi virus 28 2.3 Tổn thương giải phẫu bệnh viêm phổi virus .29 2.4 Đặc điểm tổn thương phổi COVID-19 hình ảnh X-quang 30 44 2.4.1 Đặc điểm tổn thương phổi COVID-19 hình ảnh cắt lớp vi tính 32 2.4.2 Chẩn đoán đánh giá mức độ tiến triển tổn thương phổi COVID-19 cắt lớp vi tính 35 2.4.3 Hình ảnh tổn thương phổi số ca nhiễm COVID-19 X-quang 39 KẾT LUẬN CHƯƠNG 42 Chương III CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM .43 3.1 Giải thuật hỗ trợ phát nốt mờ, đốm mơ đám mờ 43 3.1.1 Vấn đề dò biên 43 3.1.2 Các thuật tốn tìm đường bao (Contour Tracing Algorithm) 43 3.2 Các sơ đồ khối mô tả thuật toán 47 3.3 Công nghệ áp dụng 50 3.4 Thu thập liệu .50 3.5 Kết xử lý 52 3.6 So sánh đánh giá giải thuật .52 KẾT LUẬN .53 PHỤ LỤC 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh X-quang bàn tay bà Rontgen Hình 1.2 Chụp X-quang cắt lớp Hình 1.3 Máy chụp cắt lớp kiểu Vallebona Hình 1.4 Hình chụp cắt lớp lúc Hình 1.5 Phương pháp chụp động Hình 1.6 Quá trình xử lý ảnh 10 Hình 1.7 Các bước hệ thống xử lý ảnh 10 Hình 1.8 Quy trình xử lý ảnh Y khoa 16 Hình 1.9 Một cách lý tưởng đồ thị biến thiên mức xám 22 Hình 1.10 Ảnh xám có hai màu 22 Hình 2.1 Hình ảnh tổn thương kính mờ phổi phải (trái) đơng đặc thùy hai phổi (phải) X-quang phổi thẳng 25 Hỉnh 2.2 Hỉnh ảnh nốt mờ X-quang phổi thẳng 26 Hình 2.3 Phổi có vết mờ có nhiều nguyên nhân khác 27 Hình 2.4 Hình ảnh giãn mạch máu đám mờ 27 Hình 2.5 Các đám mờ khơng hai phổi, thấy rõ ngoại vi phổi phải 28 Hình 2.6 Tổn thương phổi bệnh nhân SARS (vách phế nang: Mất biểu mô thay màng hyaline; Phù vách phế nang (mũi tên) 29 Hình 2.7 Hình ảnh tổn thương kính mờ phổi phải (trái) đơng đặc thùy hai phổi (phải) X-quang phổi thẳng 31 Hình 2.8 Hình ảnh lưới đông đặc phổi hai bên X-quang phổi thẳng chụp ngày thứ sau khởi phát 31 Hình 2.9 Hình ảnh nốt mờ X-quang phổi thẳng 32 Hình 2.10 Hình ảnh dày thành phế quản (trái) đường Kerley B phù mô kẽ (phải) X-quang phổi thẳng 32 Hình 2.11 Hình ảnh kính mờ (GGO) 33 Hình 2.12 Hình ảnh lát đá (crazy paving) 34 Hình 2.13 Hình ảnh giãn mạch máu đám mờ 34 Hình 2.14 Hình ảnh giãn phế quản co kéo 34 Hình 2.15 Hình ảnh dải mờ màng phổi gây biến dạng cấu trúc 35 Hình 2.16 CO-RADS 2: Hình ảnh giãn phế quản, dày thành phế quản, chồi (mũi tên) (trái); 66 hình ảnh đơng đặc thùy phổi, chồi (mũi tên) gây viêm phổi vi khuẩn (phải) 37 66 Hình 2.17 CO-RADS 3: Ca 1, 2, 3, 4:Hình ảnh đám tổn thương kính mờ đơn độc bên phổi; Ca 5: Nhiều ổ đông đặc bao quanh tổn thương kính mờ 37 Hình 2.18 CO-RADS 4: Ca 1:Các đám thương tổn thương kính mờ thùy phổi trái, PCR: dương tính; Ca 2: Tổn thương kính mờ hai phổi bệnh nhân có khí phế thũng 38 Hình 2.19 CO-RADS 5: Ca 1, 4, 5:Nhiều ổ tổn thương đơng đặc kính mờ hai phổi; Ca 2: Nhiều ổ tổn thương kính mờ hai phổi, giãn mạch máu (vòng tròn), dải mờ màng phổi trái (mũi tên); Ca 3: Nhiều ổ tổn thương đông đặc kính mờ hai phổi, giãn mạch máu (vịng trịn) 38 Hình 2.20 CO-RADS 6: Hình ảnh tổn thương kính mờ hai phổi, dấu hiệu Halo đảo ngược (mũi tên) PCR: dương tính 39 Hình 2.21 Bệnh nhân nam, 65 tuổi: A: Hình X-quang nhập viện thấy tổn thương dạng kính mờ vùng đỉnh phổi trái; B: Hình ảnh X-quang sau ngày thấy tổn thương lan rộng hơn, gồm tổn thương kính mờ đơng đặc 39 Hình 2.22 Các giai đoạn PCR ảnh kính mờ kẽ lan tỏa hai phổi 40 77 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT KÝ HIỆU CHỨ VIẾT NỘI DUNG VIẾT TẮT TẮT COVID-19 Corona virus Daises 19 MRI Magnetic Resonance Image MRA Mutual Recognition Arrangement CT CTA DICOM PACS Computed Topography Call To Action Digital Imaging and Communication Picture Archiving Communications System LPT Longest Processing Time COM Computer Output Micro-form USB Universal Serial Bus MINI-PACS ADC Co-RADS PCR CLVT RT-PCR SARS SARS-Cov2 MINI- Picture Archiving Communications System Analog-to-Digital Converter Level of suspicion COVID-19 infection Polymerase Chain Reaction Chụp Cắt Lớp Vi Tính Real Time Polymerase Chain Reaction Severe Acute Respiratory Syndrome Severe Acute Respiratory Syndrome-Corona virus2 ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome RNA Acid nucleic DNA Deoxyribonucleic acid GGO Ground Glass Opacity t[0] = } t[1] = t[2] = t[3] = t[4] = t[5] = t[6] = t[7] = if (xprev == start = 0; if (xprev == = 1; if (xprev == start = 2; if (xprev == = 3; if (xprev == start = 4; xhientai - && yprev == yhientai - 1) xhientai && yprev == yhientai - 1) start xhientai + && yprev == yhientai - 1) xhientai + && yprev == yhientai) start xhientai + && yprev == yhientai + 1) if (xprev == xhientai && yprev == yhientai + 1) start = 5; if (xprev == xhientai - && yprev == yhientai + 1) start = 6; if (xprev == xhientai - && yprev == yhientai) start = 7; for (i = start + 1; i < 8; i++) { if (t[i]!=0) break; } if (i == 8) { for (i = 0; i 10000) { MessageBox.Show("Khơng tìm thấy Contour"); break; } } while (xhientai != xstart || yhientai != ystart || xprev != xprevstart || yprev != yprevstart); txtDuongBien.AppendText("\nCó " + count + " điểm ảnh đường biên." ); stopWatch.Stop(); pictureBoxAnhDich.Image = anhDich; pictureBoxAnhDich.Refresh(); MessageBox.Show("Hoàn thành Moore-Neighbor Algorithm\nThời gian thực hiện: " + ((float)stopWatch.ElapsedMilliseconds / 1000) + "s"); } 3.Thuật toán Pavlidis public int pixelTiepPavlidis(ref int xnext, ref int ynext, int orient) { int xtemp = xnext; int ytemp = ynext; if (orient == 0) { xtemp = xnext - 1; ytemp = ynext - 1; if (xtemp >= && xtemp = && ytemp = && xtemp = && ytemp = && xtemp && ytemp >= && ytemp = && xtemp && ytemp >= && ytemp = && xtemp && ytemp >= && ytemp = && xtemp && ytemp >= && ytemp