Xử lý ảnh trong siêu âm

Xử lý ảnh siêu âm • I./ Tổng quan kỹ thuật xử lý ảnh siêu âm • II./ Một hệ thống thu nhận ảnh đơn giản • III./ Hiện tượng ảnh giả siêu âm I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Biểu diễn không gian • Thông tin thu từ vùng quét chia thành điểm ảnh (pixel) • Tọa độ điểm ảnh xác định qua thông số: vị trí đầu dò khoảng thời gian xung truyền tín hiệu phản xạ • Biên độ tín hiệu phản xạ số hóa cho pixel chứa nhớ máy tính • Để biếu diễn chi tiết không gian → đòi hỏi kích cỡ ma trận tăng → nhớ máy tính lớn thời gian xử lý chậm • Thông thường dùng ma trận 512x512 I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Thu ảnh I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Thu ảnh Ma trận ảnh I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý a Khuếch đại bù thời gian (TGC) • Việc suy giảm lượng trình truyền lan môi trường sóng siêu âm tỷ lệ thuận với độ sâu lớp tiếp giáp • Việc bù mát lượng nói thực theo nguyên tắc khuếch đại hàm mũ thời gian b Khuếch đại chọn lọc • Việc khuếch đại tín hiệu thu (cộng với TGC) áp dụng kiểu không đồng để làm bật tín hiệu dội vùng quan tâm cụ thể • Người vận hành sử dụng phím điều khiển trượt để đặt độ sâu, phím tương đương độ sâu cụ thể I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý c Nén Loga • Thông thường biên độ tín hiệu số lưu trữ RAM với bit, tức tương ứng với 256 mức biên độ khác → Nếu biểu diễn tuyến tính (biên độ)max = 256 lần (biên độ)min • Thực tế phạm vi giá trị biên độ tín hiệu nhận được mở rộng lên bậc mũ • Chuyển đổi Loga mức tín hiệu (1-104) sử dụng để nén mức tín hiệu xuốn dải hẹp (0-255) • Thiết bị hiển thị khả xử lý dải rộng mức tín hiệu nên việc nén cần thiết I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý d Điền đầy nội suy • Việc quét tia siêu âm quét hết tất pixel → pixel không quét qua có giá trị • Kỹ thuật gán giá trị cho pixel không quét qua dực vào giá trị trung bình pixel xung quanh I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý e Khuếch đại tăng bờ • Giá trị gốc giá trị dùng cho tính toán • Lượng khuếch đại tăng bờ thay đổi cách thay đổi biên độ số hệ số trọng lượng sử dụng trình lọc I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý f Cập nhật ảnh • Do chùm tia siêu âm quét lặp lặp lại nên thu thông tin → liệu cần cập nhật liên tục • Có cách cập nhật: – Cập nhật theo chế độ giá trị cuối – Cập nhật theo giá trị trung bình giá trị giá trị cũ I./ Tổng quan xử lý ảnh siêu âm Tiền xử lý g Phóng ảnh lúc ghi • Phóng ảnh độ phân giải tăng nhược điểm diện khảo sát bị giới hạn III./ Các tượng ảnh giả siêu âm  Trong ảnh siêu âm thường xuất ảnh giả Có nhiều nguyên nhân gây nên ảnh giả  Chúng ta xem xét vài nguồn gây ảnh giả thường gặp  Trong hình bên minh họa ảnh giả khả dĩ, tương ứng với việc tạo bóng mờ (shadowing), tăng độ sáng (enhancement) khúc xạ (refraction) Cơ thể Chất lỏng Sỏi Sự khúc xạ Ảnh hiển thị Tăng cường độ sáng Bóng râm Ảnh giả khúc xạ III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự tạo bóng mờ  Khi xung siêu âm gặp cấu trúc có hệ số phản xạ hay hấp thụ cao, cường độ xung siêu âm qua chúng yếu  Do phía sau có vệt sọc với độ sáng yếu (bóng mờ) so với vị trí khác độ sâu  Trong trường hợp tia tới vuông góc, vị trí phản xạ ta thấy có vệt sáng, sau vệt tối Trường hợp phản xạ không vuông góc, thấy vệt tối sau vị trí vật III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự tạo bóng mờ III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự tạo bóng mờ (Shadowing) III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự tăng độ sáng (Enhancement)  Sau qua cấu trúc có hệ số suy giảm bé bàng quang hay túi ứ nước, cường độ xung siêu âm mạnh (hơn bình thường)  Do sau cấu trúc có vệt sọc với độ sáng mạnh so với vùng chung quanh độ sâu III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự tăng độ sáng (Enhancement) Ảnh giả tăng độ sáng sau cấu trúc có hệ số suy giảm bé III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự khúc xạ tượng bóng mờ bên  Sự khúc xạ xảy mặt phân cách với chất lỏng gây nên ảnh giả loại bóng mờ Cơ thể  Khi quét tia siêu âm qua mép vùng chứa chất lỏng, khúc xạ làm loe chùm tia, giảm cường độ tạo bóng mờ  Sự khúc xạ làm lệch vị trí ảnh Ảnh hiển thị Chất lỏng Tăng cường độ sáng Sỏi Sự khúc xạ Bóng râm Ảnh giả khúc xạ III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự khúc xạ tượng bóng mờ bên  Bóng mờ xuất phía sau bờ bên cấu trúc mà mặt phân cách có dạng đường cong bờ túi nang, hay bờ thành mạch  Có hai nguyên nhân gây nên tượng này: phản xạ khúc xạ thành mạch suy giảm thành mạch  Sự phản xạ khúc xạ mặt nghiêng làm chùm tia bị lệch khỏi vị trí hướng chính, cường độ chùm tia sau mặt cong, dọc theo hướng ban đầu giảm đi, dẫn đến bóng mờ  Nếu phản xạ khúc xạ xảy không mạnh lắm, bóng mờ xuất suy giảm mạnh tia siêu âm thành mạch  Các thành mạch hay thành túi nang có hệ số suy giảm lớn bình thường Trong hình bên, tia A có phần lớn nhiều so với tia B III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự phản xạ nhiều lần (Reverberations)  Sự phản xạ nhiều lần xảy có nhiều cấu trúc phản xạ nằm gần dọc theo đường xung siêu âm  Do phản xạ nhiều lần, thời gian echo trở đầu dò bị trễ bình thường, cấu trúc dường nằm độ sâu lớn bình thường  Ảnh hiển thị loạt cấu trúc nằm độ sâu khác  Sự phản xạ nhiều lần xảy đầu dò cấu trúc phản xạ mạnh nằm gần đầu dò  Khi bề mặt đầu dò đóng vai trò cấu trúc phản xạ III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự phản xạ nhiều lần (Reverberations) Ảnh giả phản xạ nhiều lần hai mặt phản xạ nằm gần III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Sự rung (ring down)  Ảnh giả rung có dạng vệt sáng nằm sau số cấu trúc thể Các vệt trông hình ảnh nhiều lớp phản xạ nằm gần  Nguyên nhân ảnh giả loại số cấu trúc thể bị rung gặp xung siêu âm, tạo nên mặt phản xạ có vị trí thay đổi theo thời gian  Các vật thường mảnh kim loại nhỏ hay lớp bọt khí, tạo hiệu ứng gọi bugle effect Cấu trúc nhỏ bị rung gặp xung siêu âm (kim loại, sỏi, bọt khí) Ảnh thực Ảnh giả rung III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Ảnh giả sai biệt vận tốc  Vận tốc truyền âm mô khác nói chung khác  Trong kỹ thuật siêu âm chẩn đoán, người ta lấy vận tốc truyền âm trung bình mô mềm (1540 m/s) để tính khoảng cách  Điều dẫn đến thể sai vị trí vật phản xạ (nông hay sâu hơn) gặp mô có vận tốc truyền âm khác  Sự thể sai vị trí gây tượng khúc xạ Điều tương tự tượng gặp phải ta nhìn đũa ngâm phần nước Cấu trúc mỡ c = 1400 m/s Ảnh thực Vị trí bị lệch vận tốc truyền âm cấu trúc nằm nhỏ 1540 m/s III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Ảnh giả chùm tia phụ  Như nói trên, chùm tia có trục trục đầu dò, số đầu dò phát chùm tia phụ lệch góc với trục  Mặc dầu cường độ chùm tia bé nhiều so với chùm tia chính, số trường hợp chúng gây nên ảnh giả  Đó chùm tia phụ gặp mặt phân cách cho echos có cường độ lớn, cường độ echos chùm tia bé, trường hợp Mặt phản xạ vuông góc chùm tia phụ, cho echo mạnh ch ùm a tia b ph ụ a c d b e c d e chùm tia Trên ảnh, dường mặt phản xạ vị trí III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Ảnh giả phản xạ gương  Sự phản xạ gương bề mặt cho ảnh trường hợp Ảnh thật Ảnh giả III./ Các tượng ảnh giả siêu âm Hiện tượng nhiễu  Hiện tượng nhiễu có nguồn gốc từ tạp âm sinh linh kiện điện tử thiết bị hay nhiễu điện từ từ bên  Thường tạp âm điện tử trì mức thấp, chúng xuất hình tăng độ khuếch đại lên, đặc biệt phần sâu thể (phần hình) đặt TGC cao Khi ảnh nhiễu (noise) có dạng chấm sáng dao động (nhảy múa ảnh  Trong trường hợp nhiễu điện từ, ảnh nhiễu có dạng vệt sáng rải rác thay đổi theo thời gian [...]... Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 4 Hậu xử lý (Hiển thị) e Phóng đại lúc đọc • Phóng đại lúc đọc là kỹ thuật tạo ảnh mà phần hiển thị cho mỗi pixel có kich thước lớn hơn • Số các pixel trong vùng quét vẫn không đổi, và vùng mô được biểu diễn bằng mỗi pixel cũng không đổi • Phóng đại lúc đọc không làm tăng độ chi tiết về không gian I./ Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 4 Hậu xử lý (Hiển thị)... Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 5 Hậu xử lý (Phân tích và thao tác dữ liệu) c Tăng bờ • Thường dùng hệ số trọng lượng âm • Tăng bờ giúp cho ảnh sắc nét hơn nhiều d Vùng quan tâm • Dùng con trỏ để xác định vùng quan tâm • Các pixel trong vùng quan tâm được chỉ định để xem xét đặ biệt e Tính khoảng cách • Ma trận ảnh được định cỡ theo kích thước vật lý • Khoảng cách giữa 2 điểm quan tâm được xác... Hiển thị và lưu trữ ảnh III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm  Trong ảnh siêu âm thường xuất hiện ảnh giả Có nhiều nguyên nhân gây nên ảnh giả  Chúng ta sẽ xem xét một vài nguồn gây ảnh giả thường gặp nhất  Trong hình bên minh họa 3 ảnh giả khả dĩ, tương ứng với việc tạo bóng mờ (shadowing), tăng độ sáng (enhancement) và khúc xạ (refraction) Cơ thể Chất lỏng Sỏi Sự khúc xạ Ảnh hiển thị Tăng cường... thấy một vệt tối ở sau vị trí của vật III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 1 Sự tạo bóng mờ III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 1 Sự tạo bóng mờ (Shadowing) III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 2 Sự tăng độ sáng (Enhancement)  Sau khi đi qua các cấu trúc có hệ số suy giảm bé như bàng quang hay túi ứ nước, cường độ xung siêu âm còn khá mạnh (hơn bình thường)  Do đó sau các cấu trúc... hiệu echo có giá trị nhỏ hơn 56 không được quan tâm → coi là màu đen và phân bố lại mức xám I./ Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 5 Hậu xử lý (Phân tích và thao tác dữ liệu) b Làm trơn (Smoothing) • Làm trơn là kỹ thuật xử lý ảnh cho việc giảm nhiễu bằng cách lấy trung bình các giá trị các pixel lân cận nếu các pixel miêu tả cùng một thực thể vật lý Giả thiết này không được dùng tại các đường ranh... phụ thuộc vào số lượng pixel trong ma trận ảnh II./ Một hệ thống thu nhận ảnh đơn giản Bộ xử lý Display 1 Scan converter (Memory) Điều khiển quét Pulser Receiver Đầu dò Xung tới Xung phản xạ II./ Một hệ thống thu nhận ảnh đơn giản 1 Các bước xử lý tín hiệu • Tín hiệu thu nhận được tại đầu dò phải được xử lý trước khi được thể hiện thành hình ảnh • Quá trình nhận và xử lý của tín hiệu được mô tả như... giá trị được lưu trữ trong RAM, nó thay đổi các pixel được hiển thị dựa trên các giá trị được lưu trữ của nó I./ Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 4 Hậu xử lý (Hiển thị) b Thay đổi trắng đen • Các mức sáng trong thang xám được chuyển đổi để mở rộng từ trắng (biên độ thấp) thành đen (biên độ cao) c Dừng khung • Kỹ thuật dừng khung cho phép người quan sát xem xét một khung ảnh trong thời gian kéo dài... chung quanh ở cùng độ sâu III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 2 Sự tăng độ sáng (Enhancement) Ảnh giả do sự tăng độ sáng sau các cấu trúc có hệ số suy giảm bé III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 3 Sự khúc xạ và hiện tượng bóng mờ bên  Sự khúc xạ xảy ra ở mặt phân cách với chất lỏng có thể gây nên ảnh giả loại bóng mờ Cơ thể  Khi quét tia siêu âm qua mép của vùng chứa chất lỏng, sự khúc... pixel dựa trên các giá trị pixel xung quanh • Xác định vùng quan tâm cho phép người vận hành chỉ rõ phần nahr cần cho việc xem xét đặc biệt I./ Tổng quan về xử lý ảnh trong siêu âm 5 Hậu xử lý (Phân tích và thao tác dữ liệu) a Tăng tương phản • Giả sử dữ liệu tín hiệu trong bộ nhớ máy tính có phạm vi từ 0 tới 210 và các giá trị pixel trong 8 mức xám • Mỗi mức xám được kết hợp với một dải giá trị • Giả... Sỏi Sự khúc xạ Ảnh hiển thị Tăng cường độ sáng Bóng râm Ảnh giả do sự khúc xạ III./ Các hiện tượng ảnh giả trong siêu âm 1 Sự tạo bóng mờ  Khi xung siêu âm gặp các cấu trúc có hệ số phản xạ hay hấp thụ cao, cường độ xung siêu âm đi qua chúng là rất yếu  Do đó phía sau nó có một vệt sọc với độ sáng yếu (bóng mờ) so với các vị trí khác ở cùng độ sâu  Trong trường hợp tia tới vuông góc, tại vị trí phản