Luận văn thạc sĩ tái tạo ảnh ba chiều trong chuẩn đoán hình ảnh y khoa

Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149 CHÚ Ý Bạn download tài li ệu từ website www bme.vn Các bạn có quyền tự sử dụng tài liệu cho m ục đích học tập, nghiên c ứu Nếu bạn sử dụng tài liệu cho mục đích thương mại phải xin ý kiến tác giả Nếu bạn không th ể liên lạc trực tiếp với tác giả liên h ệ với theo địa bmevn@bme.vn, s ẽ giúp bạn www.bme.vn Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149 Viết thuê đề tài giá rẻ trọn gói - KB Zalo/Tele : 0973.287.149 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÁI TẠO ẢNH BA CHIỀU TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y KHOA GVHD: TS Huỳnh Quang Linh SVTH : Vũ Công Email : vucongkt@gmail.com Tp HCM, Thaùng 1/2007 Luanvanmaster.com – Cần Kham Thảo - Kết bạn Zalo/Tele : 0973.287.149 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy Huỳnh Quang Linh, người tận tình dạy dỗ em suốt tr ình học, cho em nhiều lời động viên dẫn quý báu để em thực tốt đ ược đề tài Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn thầy cô ngành V ật lý kỹ thuật khoa Khoa học Ứng dụng hết lịng cơng tác gi ảng dạy, tận tình cung cấp nhiều kiến thức cần thiết cho em suốt năm em học trường Em xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình bác s ỹ kỹ thuật viên trung tâm y khoa MEDIC Th ành phố Hồ Chí Minh thời gian em thực tập Trong trình thực đề tài, không th ể không kể đến giúp đỡ, đóng góp ý kiến lời động viên bạn bè xung quanh, điều thật giúp cho r ất nhiều Xin chân thành cám ơn bạn Và cuối cùng, xin g ửi đến bố mẹ lòng bi ết ơn vô bờ bến Công lao dưỡng dục bố mẹ, niềm tin mãnh liệt vào nh ững đêm th ức trắng nơi quê nhà lo lắng cho bố mẹ giúp v ượt qua phút khó khăn nhất, khắc phục trở ngại lớn lao để ho àn thành đề tài Thành ph ố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2006 Vũ Cơng TĨM TẮT LUẬN VĂN Hình ảnh đặc biệt hình ảnh ba chiều ngày chi ếm vai trò quan tr ọng việc chẩn đốn điều trị Do đó, nghiên c ứu hình ảnh y tế lĩnh vực quan trọng ngành kỹ thuật y sinh Luận văn bước đầu tìm hiểu sở việc tái tạo hình ảnh ba chiều ảnh stereo v ới kỹ thuật sử dụng lĩnh vực hình ảnh y tế Do tính chất rộng lớn vấn đề thời gian thực luận văn có hạn , nội dung luận văn tập trung tìm hiểu lý thuyết xây d ựng phần mềm mang tính chất minh họa cho hai phương pháp: tái tạo ảnh ba chiều từ lát cắt song song tái t ạo ảnh (stereo reconstruction) Kết thực c sở để phát tri ển phần mềm ứng dụng lĩnh vực xem xét việc tích hợp với phần cứng dành cho nh ững phát triển thiết bị chẩn đốn hình ảnh tương lai iii MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn ii Tóm t .iii Mục lục iv Danh sách hình vẽ v Danh sách b ảng biểu .vi Danh sách t viết tắt vi CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ .1 1.1.Hiện trạng vấn đề phương pháp giải quyết: 1.2.Mục tiêu: 1.3 Nhiệm vụ : 1.4 Bố cục trình bày : CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 2.1 Đồ họa máy tính 2.2 Trực quan hóa (Visualization) 2.3 Tái t ạo cấu trúc ba chiều từ h ình chiếu 2.4 Tái t ạo ảnh ba chiều từ lát cắt song song : 2.4.1 Một số thiết bị tạo lát cắt song song y tế 2.4.2 Phương pháp .12 2.4.3 Ứng dụng y tế 24 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC HÀNH 25 3.1 Tái t ạo ảnh ba chiều từ lát cắt song song 25 3.1.1 Các công c ụ 25 3.1.2 Chương trình cài đặt 30 3.1.3 Một số cửa sổ - Kết thử nghiệm .33 3.1.4 Đánh giá .35 CHƯƠNG : KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36 4.1.Kết luận kết làm : 36 4.2 Hướng phát triển : .36 TÀI LI ỆU THAM KHẢO : 38  PHỤ LỤC 40 Nhiễu ảnh – Lọc nhiễu : 40 2.Tích chập (convolution) : 40 Một số định dạng file hình ảnh thường sử dụng y tế 40 iv Danh sách hình vẽ : Hình Dạng ma trận biến đổi hệ tọa độ Hình 2 Bề mặt chiếu sáng hai loại nguồn sáng .6 Hình Các dạng ảnh 2D dùng để tái tạo ảnh 3D thường gặp Hình Các thuật tốn cho tr ực quan hóa chiều 12 Hình Sự xếp lát cắt song song để tạo n ên khối liệu (data volume) 13 Hình Hình ảnh biểu diễn theo phương pháp MPR 13 Hình Hình ảnh 3D biểu diễn theo phương pháp SR .14 Hình Minh họa thuật toán Marching square .15 Hình 16 trường hợp Marching Square .15 Hình 10 Minh họa tạo bề mặt từ đường viền 16 Hình 11 Xây dựng bề mặt theo giá trị đỉnh 17 Hình 12 Các trường hợp mặt qua khối lập ph ương thuật tốn Marching Cubes 17 Hình 13 Một trường hợp lỗi Marching Cubes 18 Hình 14 Chia khối lập phương thành khối tứ diện 19 Hình 15 Hai trường hợp mặt phẳng qua khối tứ diện thuật toán Marching Tetrahedra .19 Hình 16 Minh họa thuật tốn Dividing Cubes để vẽ đương mặt phẳng 20 Hình 17 Minh họa thuật tốn Dividing Cubes khơng gian ba chiều 20 Hình 18 Hình ảnh 3D biểu diễn theo phương pháp VR .21 Hình 19 Minh họa kỹ thuật object-order .22 Hình 20 Minh họa kỹ thuật image-order .23 Hình Sơ đồ tương tác VTK với phần cứng 26 Hình Cấu trúc chương trình ứng dụng VTK .26 Hình 3 Mơ hình đồ họa VTK 27 Hình Mơ hình trực quan hóa VTK 28 Hình Các loại tập liệu VTK 29 Hình Cách kết nối VTK ITK 30 Hình Cấu trúc chương trình cài đặt 31 Hình Pipeline chương trình cài đặt 31 Hình Chu trình biểu diễn liệu thành hình ảnh .32 Hình 10 Các lớp quan h ệ lớp chương trình 32 Hình 11 Xem lát cắt theo phương khác 34 Hình 12 Trang SR .34  Các t ngữ viết tắt : ánh x kết cấu (texture mapping) : kĩ thuật phủ ảnh bitmap l ên kết cấu API : (application programming interface) Giao di ện chương trình ứng dụng B – reps : boundary representation vi MFC : Microsoft Foundation Class Library OpenGL : Open Graphic Library phát triển SGI (Silicon Graphics Incorporated) MESA : thư viện đồ họa 3D tương tự OpenGL SGI ROI : Region of Interest volume : mảng liệu chiều voxel : volume element OO : object – oriented OOM : object – oriented modeling keypoint = point of interest SAD : Sum of Absolute Differences SSD : Sum of Squared Differences NCC : normalize (normalize) cross – correlation SSSD : Sum of Sum of Squared Differences RMSE : root mean squared error DSI : Disparity Space Image ABM : area-based matching FBM : feature-based matching IBR : image-based rendering RANSAC : Random Sampling and Consensus GDI (GDI+) : graphics device interface (plus) MMX, SSE : công nghệ xử lý Intel giúp tăng tốc phần mềm đa phương tiện vi Luận văn tốt nghiệp www.bme.vn CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1.Hiện trạng vấn đề phương pháp giải quyết: Đồ họa máy tính nói chung v tái tạo hình ảnh ba chiều vật thể t hực máy tính lĩnh vực thu hút đ ược quan tâm nhiều giới nghiên c ứu lĩnh vực công nghệ thông tin chục năm qua Hình ảnh tái tạo từ máy tính sử dụng có hiệu nhiều lĩnh vực khác giáo dục, giải trí, y tế, Tại Việt Nam, thiết bị chẩn đốn h ình ảnh có khả tạo ảnh ba chiều máy MSCT, MRI, siêu âm 3D – 4D,…đã bắt đầu sử dụng phổ biến sở điều trị kĩ thuật cao Nếu thiết bị thông th ường có khả tạo ảnh cắt lớp hai chiều thiết bị có thêm ch ức tái tạo ảnh ba chiều từ lát cắt Bộ phận thực chức n ày m ột máy tính mạnh có phần mềm xây dựng , tái tạo ảnh ba chiều Hiện giới có nhiều phần mềm thương mại có khả tái tạo ảnh ba chiều từ ảnh cắt lớp 3D-DOCTOR Able Software,Vitrea2 Vital Images, eFilm ,… Các phần mềm có giá t vài ngàn USD đến vài chục ngàn USD tùy theo l ựa chọn người sử dụng Với thực tế khoa học cơng ngh ệ Việt Nam chế tạo phần cứng (máy cắt lớp) việc tương đối khó hồn tồn có kh ả nghiên cứu xây dựng phần mềm lĩnh vực hình ảnh y tế Tuy nhiên, ngành công ngh ệ thông tin Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu lĩnh vực phần mềm d ùng y t ế nói chung l ĩnh vực xử lí ảnh y tế Năm 2004, phần mềm V Doctor trường Đại học Bách khoa Hà N ội với chức l xử lí hình ảnh 3D y tế đạt giải ba thi Trí tuệ Việt Nam, khoa công ngh ệ thông tin số trường đại học có số sinh viên làm đề tài tốt nghiệp xử lí ảnh y tế đến v ẫn chưa có phần mềm thương mại đáng kể Ở nước ta, sở y tế chủ yếu sử dụng phần mềm xử lý quản lý hình ảnh nước ngồi eFilm, … đa số sử dụng bẻ khóa khơng phải thức Do đó, thị trường nước ta cần phần mềm y tế nói chung có phần mềm xử lý hình ảnh SVTH : Vũ Công - 1- GVHD : TS Huỳnh Quang Linh Luận văn tốt nghiệp www.bme.vn Mục đích đề tài l tìm hiểu một lĩnh vực quan trọng ng ành kĩ thuật y sinh m ới mẻ nước ta Phương pháp nghiên cứu: Tiếp cận vấn đề đòi h ỏi phải có số kiến thức tối thiểu lập trình kiến thức đồ họa Mặt khác, tài liệu tiếng Việt đề tài khơng có Cho nên, phương pháp tiếp cận thực nghiên c ứu tác gi ả : - Khảo sát tổng quan vấn đề thông qua Internet - Tìm hiểu ch ương trình mã nguồn mở, ph ần mềm demo lĩnh vực - Tự bổ sung kiến thức lập trình kiến thức đồ hoạ mức cần thiết - Tham khảo học tập kinh nghiệm từ nhiều người th ế giới thông qua email, di ễn đàn - Tận dụng mã ngu ồn mở để thiết kế phần mềm riêng 1.2.Mục tiêu: 1) Tìm hiểu lí thuyết bản, phương pháp tạo ảnh ba chiều y tế tập trung chủ yếu vào phương pháp tạo ảnh 3D từ lát cắt song song phương pháp tái tạo (stereo reconstruction) 2) Thiết kế xây dựng phần mềm tái tạo ảnh chiều sử dụng đào tạo, nghiên c ứu, sở có t hể phát tri ển thành ph ần mềm ứng dụng thực tế 1.3 Nhiệm vụ : Nhiệm vụ đề tài gồm hai phần : tìm hiểu lí thuyết chung xây d ựng phần mềm ứng dụng Tìm hiểu lí thuyết : Lý thuy ết tái tạo ảnh 3D nói riêng giới có nh ững bước tiến xa phát tri ển khoảng vài chục năm gần đây.Ở thời điểm liên tục có cơng trình đưa nhằm cải tiến phương pháp có nhiều nghiên c ứu đưa phương pháp Do đó, luận văn tìm hiểu tổng quan tạo ảnh chiều ứng dụng chẩn đốn hình ảnh y khoa, quy trình chung, thu ật toán bản, tiến mà giới đạt hướng phát triển khả thi giới SVTH : Vũ Công - 2- GVHD : TS Huỳnh Quang Linh Luận văn tốt nghiệp www.bme.vn  Xây d ựng phần mềm : Hiện giới có nhiều phần mềm thương mại nghiên c ứu có chức tái tạo ảnh ba từ ảnh 2D Bên cạnh có nhiều cơng cụ (toolkit) miễn phí lĩnh vực đồ họa máy tính Cho nên, v ới tiêu chí : + Chương trình xây dựng ngơn ngữ lập tr ình thơng d ụng để dễ chia sẻ phát tri ển + Sử dụng công cụ đồ hoạ mã ngu ồn mở Đề tài xây d ựng ph ần mềm tái tạo ảnh 3D từ lát c song song t ạo ảnh stereo từ vài ảnh 2D với góc nhìn khác 1.4 Bố cục trình bày : Những nội dung đề cập trình bày với bố cục sau :  Chương : Giới thiệu  Chương : Lý thuy ết tổng quan  Chương : Kết thực hành  Chương : Kết luận hướng phát triển Trong trình bày luận văn, có r ất nhiều thuật ngữ tiếng Anh mà b ản thân ng ười viết khơng tìm thuật ngữ tiếng Việt tương ứng, nên t ạm thời để nguyên v ăn tiếng Anh với giải thích kèm theo, mong Th ầy Cô độc giả góp ý để người viết có th ể hồn ch ỉnh Trân tr ọng cảm ơn SVTH : Vũ Công - 3- GVHD : TS Huỳnh Quang Linh ... CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÁI TẠO ẢNH BA CHIỀU TRONG CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH Y KHOA GVHD: TS Huyønh Quang Linh SVTH : Vũ Công... th ường có khả tạo ảnh cắt lớp hai chiều thiết bị có thêm ch ức tái tạo ảnh ba chiều từ lát cắt Bộ phận thực chức n ? ?y m ột m? ?y tính mạnh có phần mềm x? ?y dựng , tái tạo ảnh ba chiều Hiện giới... kỹ thuật y sinh Luận văn bước đầu tìm hiểu sở việc tái tạo hình ảnh ba chiều ảnh stereo v ới kỹ thuật sử dụng lĩnh vực hình ảnh y tế Do tính chất rộng lớn vấn đề thời gian thực luận văn có hạn