Ứng dụng kỹ thuật phân cực ánh sáng trong hỗ trợ chẩn đoán bệnh vảy nến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NGÔ MINH TRỊ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH VẢY NẾN Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 60 52 04 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NGÔ MINH TRỊ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH VẢY NẾN Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 60 52 04 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa–ĐHQG– HCM Cán hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Quang Linh Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Lâm Duy Cán chấm nhận xét 2: TS Đậu Sỹ Hiếu Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 28 tháng năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch Hội đồng: TS Phạm Tấn Thi Phản biện 1: TS Nguyễn Lâm Duy Phản biện 2: TS Đậu Sỹ Hiếu Ủy viên: TS Lý Anh Tú Thƣ ký: TS Ngô Thị Minh Hiền Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN NGÔ MINH TRỊ MSHV: 1670279 Ngày, tháng, năm sinh: 13/09/1993 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 60 52 04 01 I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH VẢY NẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu: Ứng dụng kỹ thuật phân cực ánh sáng thu nhận ảnh đa bƣớc sóng, đƣa phƣơng pháp kết hợp ảnh dựa sở tƣơng tác quang học với loại mô khác nhằm tăng cƣờng độ tƣơng phản vảy da thƣờng - Tìm hiểu cấu trúc, sinh lý da bệnh vảy nến - Tìm hiểu công cụ xử lý ảnh - Xây dựng phƣơng pháp xử lý ảnh nâng cao độ tƣơng phản da vảy hỗ trợ bác sĩ nhân viên y tế việc đánh giá chẩn đoán bệnh vảy nến III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/12/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2017 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS.Huỳnh Quang Linh Tp HCM, ngày … tháng …năm 2017 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa- ĐHQG TPHCM, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý bàu tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian học tập nghiên cứu trƣờng Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Huỳnh Quang Linh, thầy ThS Trần Văn Tiến, thầy TS Đậu Sỹ Hiếu hƣớng dẫn làm việc, thực nghiên cứu có khoa học hƣớng dẫn tiếp cận với đề tài khoa học Tôi xin cảm ơn bạn học viên cao học, sinh viên làm việc phòng Đo lƣờng quang học 402C6 DCSELAB giúp đỡ trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln động viên ủng hộ tơi q trình hồn thành đề tài TP Hồ Chí Minh, 16/12/2017 Học viên Nguyễn Ngơ Minh Trị iii TÓM TẮT Vảy nến loại bệnh viêm nhiễm da mãn tính phổ biến tồn giới, xuất lứa tuổi giới tính Biểu lâm sàng bệnh thể qua việc xuất vùng hồng ban, vùng vảy bong tróc, gây ngứa, số trƣờng hợp vùng bệnh có mủ Bệnh có nhiều mức độ khác nhau, ảnh hƣớng dến vùng nhỏ thể nhƣng ảnh hƣởng rộng, chí gần nhƣ toàn thể, gây ảnh hƣởng tiêu cực đến sức khỏe, đời sống tính thần xã hội bệnh nhân Việc chẩn đoán bệnh chủ yếu dựa quan sát mắt thƣờng kinh nghiệm chủ quan bác sĩ Vì vậy, việc đƣa phƣơng pháp xử lý hình ảnh đánh giá phân loại mức độ bệnh đảm bảo khách quan trở nên cần thiết Trong phạm vi luận văn này, ảnh da mắc bệnh vảy nến đƣợc thu nhận với kỹ thuật phân cực sử dụng nhiều bƣớc sóng khác Sử dụng số thuật toán xử lý ảnh, độ tƣơng phản vảy nến với da thƣờng đƣợc tăng cƣờng cách thích hợp Các ảnh thu nhận đƣợc nhƣ ảnh đƣợc xử lý hỗ trợ bác sĩ q trình chẩn đốn điều trị bệnh, đồng thời đƣợc sử dụng để phát triển hƣớng nghiên cứu chẩn đoán đánh giá bệnh vảy nến iv ABSTRACT Psoriasis is a chronic inflammatory skin, spreading worldwide and occurring at any age and gender Clinical manifestations of psoriatic skin are erythema areas, scaling and itch, and pus in some cases This disease has different levels, which regularly affect small regions of the body, but sometimes it can spread around the whole body, negatively affecting health, mental and social life of the patient However, diagnosis is mainly based on visual observations and subjective experience of dermatologists Therefore, an objective method of psoriasis classification and evaluation based on digital image processing becomes essentially useful Within the scope of this thesis, psoriasis images were detected firstly with polarization technique using different wavelengths Then images were processed using proper algorithms to enhance the contrast between psoriasis and normal skin Raw images as well as processed images should assist clinicians in diagnosis and treatment of psoriasis, and can also be used to develop new research orientations in diagnosis and evaluation psoriasis v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT xi CHƢƠNG 0: MỞ ĐẦU 0.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 0.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 0.2.1 Mục tiêu luận văn 0.2.2 Nhiệm vụ luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH BỆNH VẢY NẾN TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.1.1 Tình hình bệnh vảy nến giới 1.1.2 Tình hình bệnh vảy nến nƣớc 1.2 TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN, ĐIỀU TRỊ, NGHIÊN CỨU BỆNH VẢY NẾN TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.2.1 Tổng quan phƣơng pháp chẩn đoán, điều trị tình hình nghiên cứu bệnh giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu bệnh vảy nến nƣớc 1.2.3 Một số nghiên cứu kết hợp ảnh đa bƣớc sóng để nhận diện đặc trƣng bệnh vảy nến CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 BỆNH VẢY NẾN 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Đặc điểm sinh bệnh học lâm sàng bệnh vảy nến vi 2.1.3 Phân loại bệnh vảy nến 2.1.4 Q trình phát triển mơ học bệnh vảy nến 17 2.2 PHƢƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NGHIÊM TRỌNG BỆNH VẢY NẾN 17 2.2.1 Phƣơng pháp chẩn đoán bệnh 17 2.2.2 Các phƣơng pháp đánh giá mức độ nghiêm trọng bệnh vảy nến 19 2.3 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH 23 2.3.1 Ảnh kỹ thuật số 23 2.3.2 Điểm ảnh (pixel) 23 2.3.3 Ảnh xám 24 2.3.4 Lƣợc đồ xám (histogram) 25 2.3.5 Không gian màu RGB 26 2.3.6 Tăng cƣờng ảnh 26 2.3.7 Khử nhiễu 27 2.3.8 Phƣơng pháp phát mép 29 2.3.9 Phân ngƣỡng ảnh 29 2.3.10 Phƣơng pháp phát triển vùng 31 2.3.11 Phƣơng pháp đƣờng phân nƣớc (watershed) 31 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP GHI NHẬN VÀ XỬ LÝ 32 3.1 PHƢƠNG PHÁP GHI NHẬN ẢNH VẢY NẾN 32 3.2 PHƢƠNG PHÁP TĂNG TƢƠNG PHẢN ẢNH BẰNG KỸ THUẬT LOẠI TRỪ NỀN 35 3.2.1 Cơ sở phƣơng pháp 36 3.2.2 Phƣơng pháp kết hợp hai ảnh đỏ xanh dƣơng đơn sắc 44 3.2.3 Phƣơng pháp kết hợp hai ảnh đỏ xanh dƣơng thành phần ảnh trắng 46 3.3 PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 48 3.3.1 Đánh giá độ tƣơng phản 48 3.3.2 Đánh giá mức độ sắc nét 49 CHƢƠNG KẾT QUẢ 50 vii 4.1 KẾT QUẢ GHI NHẬN ẢNH VẢY NẾN PHÂN CỰC 50 4.2 KẾT QUẢ XỬ LÝ ẢNH 52 4.2.1 Phƣơng pháp kết hợp hai ảnh đơn sắc đỏ xanh dƣơng 53 4.2.2 Phƣơng pháp kết hợp hai ảnh thành phần đỏ xanh dƣơng thành phần ảnh trắng 56 4.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU NHẬN VÀ XỬ LÝ ẢNH 59 4.3.1 Đánh giá độ tƣơng phản 59 4.3.2 Đánh giá mức độ sắc nét 63 4.3.3 Kết thống kê độ tƣơng phản sau xử lý 66 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 67 5.1 KẾT LUẬN 67 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 67 Danh mục báo khoa học công bố liên quan 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 74 72 [25] Spuls PI and Lecluse LL et al, “How Good Are Clinical Severity and Outcome Measures for Psoriasis?: Quantitative Evaluation in a Systematic Review”, Journal of Investigative Dermatology, pp 933-943, 2010 [26] Garduno J andBhosle MJ et al, “Measures used in specifying psoriasis lesion (s), global disease and quality of life: A systematic review:, J Dermatol Treat, 18: pp 223-242, 2007 [27] Langley RGB and Feldman SR et al, “The 5-point Investigator’s Global Assessment (IGA) scale: A modified tool for evaluating plaque psoriasis severity in clinical trials”, J Dermatolog Treat, 26(1): pp 23-31, 2015 [28] Robert J.G Chalmers, “Assessing Psoriasis Severity and Outcomes for Clinical Trials and Routine Clinical Practice”, Elsevier, Dermatol Clin 33, 2015, pp 57-71 [29] Langley RG and Ellis CN, “Evaluating psoriasis with Psoriasis Area and Severity Index, Psoriasis Global Assessment, and Lattice System Physician's Global Assessment”, J Am Acad Dermatol, pp 563-569, 2004 [30] Nguyễn Tất Thắng, “Nghiên cứu điều trị bệnh vảy nến chƣa biến chứng kẽm DDS”, Luận án tiến sĩ y học, Đại học Y Dƣợc TP.HCM, 2003 [31] J L Semmlow Biosignal and Biomedical Image Processing New Jersey: Signal Processing and Communications Series, 2004 [32] J C Russ The Image Processing Handbook 6th Edition United States of America: CRC Press, 2011 [33] P Asawanonda and C R Taylor, “Wood’s light in dermatology”, International Journal of Dermatology, Vol 38, No 11, pp 801, 1999 [34] Yaroslavsky and V Neel, and R R Anderson, “Fluorescence polarization imaging for delineating nonmelanoma skin cancers”, Optics Letters, Vol 29, pp 2010-2012, 2007 [35] C Benvenuto-Andrade, S W Dusza, A L C Agero, A Scope, M Rajadhyaksha, A C Halpern, and A A.Marghoob, “Differences between polarized light dermoscopy and immersion contact dermoscopy for the evaluation of skin lesions”, Archives of Dermatology, Vol 143, pp 329-338, 2007 73 [36] J A Muccini, N Kollias, S B Phillips, R R Anderson, A J Sober, M J Stiller, and L.A Drake, “Polarized light photography in the evalution of photoaging”, Jour American Academy of Dermatology, Vol 33, pp 765-769, 1995 [37] Fengtao Wang, Ali Behrooz et al, “High-contrast subcutaneous vein detection and localization using multispectral imaging”, Journal of Biomdical Optics, Vol.18(5), pp.2, 2013 [38] Bendit EG and Ross D, “Technique for obtaining the ultraviolet absorption spectrum of solid keratin”, Appl Spec, pp 103-105, 1961 [39] Anderson RR et al, “Optical properties of human skin In: Regan JD and Parrish JA, eds The Science of Photomedicine”, New York and London Plenum Press, 1982, pp 147-194 [40] W Navidi Statistics for Engineers and Scientists 3rd ed New York: McGrawHill, 2011 74 Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục 1: Nguyên văn báo khoa học Tran Van Tien, Nguyen Ngo Minh Tri, Tran Diem Truc, Nguyen An Duy, Phan Ngoc Khuong Cat, Huynh Quang Linh, "Auto segmentation scaling in psoriasis based on polarized white light image", The 5th Academic Conference on Natural Science for Young Scientists, Master and PhD Students from Asean Countries (CASEAN - 5), (Đà Lạt, 4-7/10/2017) PHỤ LỤC Phụ lục 2: Các ảnh đƣợc sử dụng thống kê PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC ... Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 60 52 04 01 I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH VẢY NẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu: Ứng dụng kỹ thuật phân cực ánh sáng thu... TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NGÔ MINH TRỊ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH VẢY NẾN Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 60 52 04 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ... giọt, vảy nến thể mụn mủ, vảy nến thể không ổn định, vảy nến thể hình thái khơng điển hình, vảy nến da đầu, vảy nến có nang, vảy nến thể ngƣợc, vảy nến phận sinh dục, vảy nến móng, vảy nến khơng