(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu một số kỹ thuật thị giác máy trong hỗ trợ chẩn đoán bệnh giãn phế quản trên dữ liệu ảnh x quang thường quy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN PHẠM THỊ CHI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT THỊ GIÁC MÁY TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH GIÃN PHẾ QUẢN TRÊN DỮ LIỆU ẢNH X-QUANG THƯỜNG QUY h Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 48 01 01 Ngƣời hƣớng dẫn: TS LÊ THỊ KIM NGA LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu đƣợc thực Trƣờng Đại học Quy Nhơn dƣới hƣớng dẫn TS Lê Thị Kim Nga, tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ, rõ ràng Học viên Phạm Thị Chi h LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình tạo điều kiện trƣờng Đại học Quy Nhơn nhƣ khoa Công nghệ thông tin tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Đặc biệt em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hƣớng dẫn TS Lê Thị Kim Nga tận tình hƣớng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp em q trình hồn thiện Mặc dù cố gắng tận tâm cô giáo hƣớng dẫn xong trình độ cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình tiếp nhận kiến thức Em mong đƣợc dẫn quý thầy cô để luận văn đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn h Học viên Phạm Thị Chi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU -1 Lý chọn đề tài -1 Tổng quan tài liệu nghiên cứu đề tài -3 Mục tiêu nghiên cứu -3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu -4 Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH Y TẾ VÀ VẤN ĐỀ CHẨN h ĐOÁN BỆNH GIÃN PHẾ QUẢN 1.1 XỬ LÝ ẢNH Y TẾ 1.1.1 Giới thiệu chung xử lý ảnh 1.1.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh -5 1.1.1.2 Giới thiệu xử lý ảnh y tế 1.1.2 Chuẩn liệu ảnh y tế 10 1.1.3 Một số vấn đề xử lý ảnh y tế 12 1.1.3.1 Các khái niệm - 12 1.1.3.2 Biến đổi ảnh - 14 1.1.3.3 Phân tích ảnh 14 1.1.3.4 Nhận dạng ảnh - 14 1.1.3.5 Nén ảnh - 15 1.2 BỆNH GIÃN PHẾ QUẢN 15 1.2.1 Quy trình phát xử lý thực tế 15 1.2.2 Các dấu hiệu ảnh X-Quang thƣờng quy - 17 1.3 MƠ HÌNH XỬ LÝ ẢNH X-QUANG THƢỜNG QUY PHỤC VỤ CHẨN ĐOÁN BỆNH GIÃN PHẾ QUẢN - 18 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG - 20 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH PHỤC VỤ CHẨN ĐOÁN BỆNH GIÃN PHẾ QUẢN - 21 2.1 TĂNG CƢỜNG CHẤT LƢỢNG ẢNH Y TẾ - 21 2.1.1 Tăng giảm độ sáng 21 2.1.2 Thay đổi độ tƣơng phản - 21 2.1.3 Tách ngƣỡng - 21 2.1.4 Bó cụm 22 2.1.5 Cân histogram - 22 2.2 MỘT SỐ KỸ THUẬT LỌC 23 h 2.2.1 Kỹ thuật lọc trung bình - 23 2.2.2 Kỹ thuật lọc trung vị 25 2.2.3 Lọc trung bình theo giá trị k gần - 26 2.2.4 Lọc thông thấp - 27 2.2.5 Lọc thông cao 28 2.3 PHÂN ĐOẠN ẢNH TỪ DỮ LIỆU ẢNH Y TẾ - 29 2.3.1 Phân đoạn ảnh dựa vào biên 29 2.3.1.1 Giới thiệu - 29 2.3.1.2 Phát biên 30 2.3.1.3 Làm mảnh biên 36 2.3.1.4 Nhị phân hóa đƣờng biên 37 2.3.1.5 Mô tả biên 37 2.3.2 Phân đoạn ảnh dựa vào ngƣỡng 39 2.3.2.1 Giới thiệu - 39 2.3.2.2 Chọn ngƣỡng cố định - 40 2.3.2.3 Chọn ngƣỡng dựa lƣợc đồ (Histogram) - 41 2.3.3 Phân đoạn dựa sở vùng 44 2.3.3.1 Giới thiệu - 44 2.3.3.2 Cộng thức 44 2.3.3.3 Tăng vùng 45 2.3.3.4 Chia chọn vùng 46 2.3.4 Phân đoạn theo miền đồng 47 2.3.4.1 Giới thiệu - 47 2.3.4.2 Phƣơng pháp tách tứ phân - 48 2.3.4.3 Phƣơng pháp phân vùng hợp 50 2.3.4.4 Phƣơng pháp tách hợp 51 2.3.5 Phân đoạn ảnh dựa vào đồ thị 52 2.3.5.1 Giới thiệu - 52 h 2.3.5.2 Phân đoạn dựa vào đồ thị 53 2.3.5.3 Tính chất so sánh cặp miền - 53 2.3.5.4 Thuật tốn tính chất 55 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG - 56 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 58 3.1 GIỚI THIỆU 58 3.2 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN - 58 3.3 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM - 59 3.4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ - 65 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG - 65 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN - 67 NHỮNG KẾT QUẢ MÀ LUẬN VĂN ĐÃ ĐẠT ĐƢỢC 67 HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO - 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Tên viết tắt Tên tiếng anh DICOM PACS Picture Archiving and Communication Systems ACR The American College of Radiology EMA The National Electrical Manufacturers Association MRI Magnetic Resonance Imagin CT TCP/IP SPI MUSICA Digital Imaging and Communications in Medicine Computed Tomography Transmission Control Protocol/Internet Protocol h Standard Procduct Interconnect Multiscale image contrast amplification DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn xử lý ảnh Hình 1.2 Bệnh giãn phế quản 15 Hình 1.3 Quá trình thu nhận ảnh X-Quang 20 Hình 2.1 Hình minh họa kỹ thuật bó cụm 22 Hình 2.2 Mơ tả thuật tốn lọc trung bình 24 Hình 2.3 Mơ tả thuật toán lọc trung vị 25 Hình 2.4 Mơ hình lọc thơng cao 28 Hình 2.5 Các dạng đƣờng biên thông dụng 29 Hình 2.6 Quy trình phát biên 31 Hình 2.7 Minh họa thuật tốn đối xứng 42 Hình 2.8 Minh hoạ thuật toán tam giác 43 h Hình 2.9 Bimodal histogram 44 Hình 2.10 Phƣơng pháp tách tứ phân 50 Hình 3.1 Giao diện chƣơng trình 60 Hình 3.2 Tăng độ tƣơng phản 61 Hình 3.3 Cân histogram 62 Hình 3.4 Phát biên Sobel 63 Hình 3.5 Phân đoạn dựa ngƣỡng 64 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, xử lý ảnh, đồ họa máy tính, thị giác máy học máy phát triển đƣợc ứng dụng vào hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt lĩnh vực y tế Một kênh thông tin quan trọng hỗ trợ chẩn đốn điều trị bệnh dựa vào hình ảnh dạng chuẩn DICOM đƣợc chụp từ máy X-Quang, CT, MRI,… Để tiến đến việc hỗ trợ chẩn đoán điều trị bệnh dựa hình ảnh y khoa dạng chuẩn DICOM cần thiết phải xây dựng thuật toán phân vùng ảnh, phát hiện, nhận dạng tự động vùng thể phù hợp xác nhằm phát bất thƣờng phận thể Phát nhận dạng xác vùng ảnh vùng bệnh giúp tính tốn đánh giá xác h bệnh lý nhƣ khả hoạt động phận trƣờng hợp bị tổn thƣơng Hiện có nhiều kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh đại nhƣ chụp CT, MRI, chụp xạ hình Các kỹ thuật giúp cho việc chẩn đốn bệnh nhanh chóng xác Tuy nhiên giá thành đắt khơng có điều kiện thực đại trà Kỹ thuật X-Quang thƣờng quy giữ vai trò quan trọng việc xác định chẩn đoán ban đầu bệnh, nhiều trƣờng hợp X-Quang thƣờng quy có khả khẳng định chẩn đoán cuối bệnh, xác định bệnh phổi chiếm tỉ lệ cao Giãn phế quản bệnh giãn thƣờng xuyên không hồi phục hay nhiều phế quản từ cấp đến cấp kèm theo phá huỷ cấu trúc thành phế quản Các phế quản giãn thành ổ không hồi phục, thƣờng kèm theo nhiễm khuẩn mãn tính kết hợp với bệnh khác Giãn phế quản bẩm sinh, di truyền mắc phải Giãn phế quản thành ổ giới hạn phần thuỳ phổi, giãn lan rộng đến nhiều thuỳ hai bên phổi Chẩn đoán tiên đoán điều trị bệnh lý giãn phế quản chủ yếu dựa vào hình ảnh X-Quang thƣờng quy, số trƣờng hợp đặc biệt dựa thêm hình ảnh y khoa CT Tuy nhiên việc nghiên cứu đọc nhƣ tiên đốn thủ cơng, nhiều thời gian khó tham chiếu trƣờng hợp bệnh lý giãn phế quản khác nhƣ khó tra cứu lịch sử bệnh ngƣời bệnh Hình bên dƣới cho thấy nhiều trƣờng hợp bệnh giãn phế quản ảnh X-Quang: h Bệnh giãn phế quản