Hướng dẫn cách trình bày và viết luận văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỖ TRỢ HỌC TẬP VÀ GIẢNG DẠY MÔN CNCĐHA Sinh[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỖ TRỢ HỌC TẬP VÀ GIẢNG DẠY MÔN CNCĐHA Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUANG AN ĐẶNG QUỐC KHÁNH LÊ XUÂN MINH Lớp ĐTYS - K49 Giảng viên hướng dẫn: NCS.ThS NGUYỄN THÁI HÀ Ks VŨ TRƯỜNG MINH Cán phản biện: Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy mơn CNCĐHA Hà Nội, 6-2009 LỜI NĨI ĐẦU Chuyên ngành KT Điện tử Y Sinh mẻ, việc học tập giảng dạy chủ yếu dựa vào tài liệu sách cịn gặp nhiều khó khăn, khơng mang lại hiệu cao Cùng phát triển bùng nổ công nghệ thông tin, việc ứng dụng học giáo án điện tử vào đào tạo với mô sinh động, thực tế mang tới đam mê tìm hiểu u thích mơn học Phần mềm mơ thiết kế hồn thành chương trình biên tập Macromedia Flash Professional Các movie clip mô thực điều khiển timeline, lập trình AS2 (ActionScript); sử dụng Component (như Button, Tree, Window, Quizz) có sẵn, hàm đối tượng XML Flash Chương trình mơ đạt mục đích bản, là: thực mơ cấu tạo, ngun lý hoạt động máy X quang chẩn đoán tiêu biểu: máy X quang thường quy, X quang tăng sáng truyền hình, X quang chụp răng, chụp hộp sọ, máy X quang chụp vú; nguyên lý hoạt động bóng X quang mơ q trình chỉnh lưu Thực tạo sở liệu hình ảnh (thư viện ảnh) phận máy X quang sử dụng Thiết lập hỗ trợ vui học cho người sử dụng câu hỏi trắc nghiệm kiến thức Chương trình nhỏ gọn đóng gói file chạy exe kèm theo data; dễ dàng sử dụng chia sẻ qua Internet Với ưu điểm nhỏ gọn, hướng phát triển đề tài xây dựng ứng dụng liên quan đến Web Trên tảng có sẵn chương trình, hồn thiện thêm cho giáo án môn học khác nhiều chuyên ngành hỗ trợ học tập giảng dạy Do vậy, khả ứng dụng phát triển đề tài tốt phù hợp Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thái Hà, trưởng môn CNĐT & KTĐT Y Sinh thầy Vũ Trường Minh tận tình hướng dẫn cho nhóm chúng em nhiều ý kiến q báu trình thực đồ án tốt nghiệp Chúng em chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn CNĐT KTĐT Y Sinh, khoa Điện tử viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình dạy bảo tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đồ án Chương TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN QUANG TUYẾN 1.1 Giới thiệu chung Thiết bị chẩn đốn hình ảnh y học lĩnh vực then chốt ngành kỹ thuật điện tử y sinh; bao gồm thành tựu khoa học kỹ thuật đại nhiều lĩnh vực, đặc biệt vật lý ứng dụng, y sinh học đại công nghệ thông tin Những thiết bị chẩn đốn hình ảnh ngày trở nên phổ biến, từ máy siêu âm đơn giản có mặt phòng khám đến thiết bị CT, MRI đại bệnh viện lớn Tất có đặc điểm chung, thiết bị phức tạp, đại phức hợp nhiều lĩnh vực người sử dụng muốn hiểu rõ nó, khơng phải dễ dàng tiếp thu làm chủ Cơng nghệ chẩn đốn hình ảnh (CNCĐHA) cơng nghệ chế tạo thiết bị hệ thống thiết bị để tạo hình ảnh quan phận thể người nhằm phục vụ cho công việc chẩn đốn bệnh y tế Chẩn đốn hình ảnh y tế thường sử dụng kỹ thuật sau đây: - Chẩn đoán quang tuyến: sử dụng máy X quang chẩn đoán (X ray machine) - Chẩn đoán quang tuyến cắt lớp điện toán CT (Computed Tomography Scanner) - Chẩn đoán siêu âm: sử dụng máy siêu âm chẩn đoán (Ultrasound Diagnostic Scanner) Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy mơn CNCĐHA - Chẩn đốn cộng hưởng từ: sử dụng máy cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging System-MRI) 1.2 Nguyên lý chẩn đoán quang tuyến Cơng nghệ chẩn đốn quang tuyến cơng nghệ tạo ảnh nhờ ứng dụng tia X Chùm tia X di xuyên qua đối tượng hay vật thể (ví dụ thể người bệnh) bị suy giảm Sự suy giảm không đồng mà khác nhau, phụ thuộc vào khả hấp thụ tia X vật chất đánh giá công thức Lamber-Beer: I =Ioe-μρss Io µ ,P (1.1) I S Hình 1.1 - Minh hoạ nguyên lý chẩn đoán quang tuyến Trong I: Năng lượng chùm tia tới I0: Năng lượng chùm tia sau qua đối tượng hay vật thể s: Bề dày đối tượng ρ: Mật độ vật chất trung bình đối tượng µ: Hệ số suy giảm khối lượng, hệ số thể cấu trúc vật chất đối tượng phụ thuộc vào lượng xạ Chùm tia X sau qua đối tượng, tác động vào vật hình (có thề phim, huỳnh quang, bóng tăng sáng …), từ tạo hình ảnh tổng thể tồn thể tích tia X chiếu qua Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA 1.3 Tia X đặc trưng chúng Tia X dùng để chụp ảnh quan thể, xương vật thể lạ có bên thể Các bác sĩ sử dụng tia X để quan sát bên thể mà không cần phải thực giải phẫu Tia X W.C Roentgen khám phá vào năm 1895, năm sau ứng dụng vào chụp ảnh có đóng góp to lớn y học khoa học kỹ thuật, để kiểm tra vật liệu, xác định cấu trúc tinh thể Nhờ vào phát này, Roentgen nhận giải Nobel vật lý vào năm 1901 với hình ảnh bàn tay chụp với tia X (Hình ) Hình 1.2 - Bàn tay chụp với tia X - Giải Nobel vật lý 1901 1.3.1 Nguyên lý Tia X sinh nhờ chuyển đổi lượng qua nhiều bước: từ điện sang động cuối nhiệt xạ tia X Nguyên lý tạo tia X: Catốt nung nóng tới 2000 oC để phát điện tử Nhờ điện trường mạnh tạo tác dụng điện áp cao anốt catốt bóng X quang (cỡ 30 - 150kVp), điện tử gia tốc phía anốt với động lớn, tới đập vào anốt làm phát tia X (chỉ chiếm 1%) nhiệt (chiếm tới 99%) Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA Tia X Nguyên tử đích Tungsten Anốt (+) Catốt Tia X Hình 1.3 - Nguyên lý tạo tia X Mối quan hệ vận tốc động điện tử theo công thức sau: W me ve2 Trong đó: W: động điện tử me: khối lượng điện tử ( = 9,1.10-31 kg) ve: vận tốc điện tử 1.3.2 Đặc trưng - Tia X không nhìn thấy mắt thường - Tia X đâm xuyên qua hầu hết vật chất nhờ có lượng cao bước sóng cực ngắn - Khi xuyên qua vật chất, tia X bị hấp thụ Sự hấp thụ khác với loại vật chất khác Với thể người, cường độ chùm tia X bị suy giảm xuyên qua thể; suy giảm không đồng mà phụ thuộc vào độ hấp thụ tổ chức đường tia X; vậy, chùm tia mang thơng tin tổ Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA chức thể Nhờ tính chất mà tia X dùng để tạo ảnh đối tượng cần thăm khám - Ngoài tác dụng tạo ảnh quang tuyến, tia X có hại cho sức khỏe Nếu liều lượng tia vượt mức độ cho phép, tia X phá hủy tế bào thể gây số bệnh Do phải hạn chế tới mức tối thiểu tác hại cách sử dụng phương tiện bảo vệ, che chắn - Tia X mềm tia nằm vùng có bước sóng dài, có lượng khả đâm xun thấp, khơng có tác dụng tạo ảnh mà làm tăng liều tia vơ ích thể người bệnh Ngược lại gọi tia X cứng 1.4 Ảnh X quang 1.4.1 Đặc điểm ảnh X quang Ảnh X quang ảnh tạo nhờ ứng dụng tia X Ảnh X quang ảnh xếp chồng, kết xếp chồng lên hình ảnh đối tượng nằm đường tia X Vì ảnh X quang có đặc trưng sau: - Ảnh X quang có chiều sâu, nghĩa ta hình dung hình ảnh đối tượng nằm mặt phẳng khác - Do chùm tia X phát theo dạng hình nón nên phận nằm gần nguồn phát tia phóng đại lớn so với phận nằm xa hơn, ảnh X quang bị biến dạng Mặt khác, phim huỳnh quang nằm xa nguồn so với đối tượng nên ảnh thu có kích thước lớn thật - Ảnh X quang bị biến dạng theo hướng phát xạ, trục đối tượng nằm vng góc với trục chùm tia ảnh thu bị biến dạng - Khi chiếu, ảnh X quang di chuyển ngược so với chiều di chuyển tiêu điểm phát xạ, ngược với chiều di chuyển bóng Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy mơn CNCĐHA Hình 1.4 - Mô chụp X quang 1.4.2 Chất lượng ảnh X quang Ảnh X quang mà ta thu ảnh đen trắng, tập hợp vô số điểm ảnh Chất lượng ảnh X quang phụ thuộc vào yếu tố sau đây: - Độ tương phản màu sắc (hay gọi độ đối quang) - Độ phân giải - Độ sắc nét Độ tương phản màu sắc (độ đối quang) Trong q trình tạo ảnh X quang, lượng thơng tin dùng để chẩn đốn độ đối quang hình ảnh phận phim thu Để tạo ảnh X quang có chất lượng cao có nghĩa độ tương phản thích hợp với đối tượng khác ta cần phải thay đổi lượng chùm tia X cách thay đổi thông số kVp, mA, s cho phù hợp Độ đối quang ảnh X quang thể hình suy giảm lượng chùm tia X xuyên qua phận khác đối tượng Sự suy giảm có khả hấp thụ tia X vật chất, đánh giá cơng thức Lamber – Beer đề cập đến Độ đối quang ảnh X quang có chùm tia X qua đối tượng liền kề có trị số S, ρs, µ khác Trong thực tế, chụp ảnh X quang phận mô mềm não, dày, thận, mạch máu …để tăng cường độ Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA đối quang, người ta sử dụng chất cản quang để thay đổi độ đối quang cách thích hợp Có loại chất cản quang, là: - Chất cản quang dương tính: làm tăng độ hấp thụ tia X đối tượng (Ví dụ BaSO4) - Chất cản quang âm tính: làm giảm độ hấp thụ tia X đối tượng (Ví dụ CO2) Độ phân giải Độ phân giải tiêu định lượng đánh giá chất lượng ảnh, số cặp vạch đen, trắng có độ rộng 1mm ảnh Số lượng cặp vạch đen - trắng nhiều ảnh rõ nét, khả phân biệt chi tiết ảnh cao Độ phân giải ảnh phụ thuộc chủ yếu vào cấu kiện thiết bị ghi ảnh như: phim, bìa tăng quang, huỳnh quang … Độ sắc nét Độ sắc nét tiêu tạo ảnh X quang Độ sắc nét liên quan tới đường biên chi tiết ảnh Một ảnh coi sắc nét phân biệt rõ đường biên phận khác nằm vùng thăm khám Độ sắc nét phụ thuộc vào yếu tố sau đây: - Hình học: Ảnh gần với vật thật khoảng cách tiêu điểm bóng X quang hình lớn Mặt khác, tia tập trung nghĩa chùm tia phát từ tiêu điểm nhỏ ảnh sắc nét trường hợp tiêu điểm ảnh lớn, muốn cơng suất phát xạ phải lớn bóng phải có khả chịu nhiệt cao - Chất liệu hình: cụ thể chất lượng huỳnh quang, bìa tăng quang phim - Trạng thái đối tượng chụp: Nếu đối tượng cố định chụp ảnh thu nét Ngược lại đối tượng chuyển động chụp ảnh thu bị nh 1.4.3 Các thơng số chủ yếu định chất lượng ảnh X quang Những thông số chủ yếu định chất lượng ảnh X quang là: Nhóm Flash – ĐTYS – K49 / 104 Thiết kế phần mềm mô hỗ trợ học tập giảng dạy môn CNCĐHA - Điện áp cao kVp - Dòng cao mA - Thời gian phát tia s - Khoảng cách từ nguồn phát tia tới ảnh SID (Source Image Distance) Chúng ta xem xét ảnh hưởng thông số trường hợp sau đây: - Khi tia X có lượng thấp: khả thâm nhập thấp nên tăng liều tích lũy đối tượng Do đó, để có mật độ tia X đủ lớn để tạo ảnh phải tăng lượng phơtơn X (tăng mAs) Khi độ tương phản ảnh thu tăng - Khi tia X có lượng cao: khả thâm nhập cao nên giảm liều tích luỹ đối tượng Ngồi ra, giảm mAs nhiểu phơtơn X thâm nhập tới phim, độ tương phản ảnh thu bị giảm Do đó, để tạo ảnh X quang có chất lượng cao ta khơng sử dụng phơtơn X có lượng thấp (bằng cách sử dụng lọc sơ bộ) cao (bằng cách hạn chế trị số điện áp cao kVp) Ảnh X quang thu phải đạt tiêu: mật độ đối quang đủ lớn, giảm thiểu méo dạng, độ tương phản cao, độ sắc nét cao Nhóm Flash – ĐTYS – K49 10 / 104