Xây dựng kịch bản mô phỏng tạo ảnh siêu âm sử dụng sóng biến

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu tạo ảnh siêu âm sử dụng sóng biến dạng trong môi trường có nhiễu​ (Trang 36 - 42)

môi trường có nhiễu gauss và kết quả.

Ảnh 2D CSM được tạo nên bằng cách ước lượng CSM của tất cả các vị trí trong mặt phẳng không gian của mô. Tác giả sử dụng phương pháp FDTD để mô hình hóa vận tốc hạt của sóng biến dạng. Sau đó dùng bộ lọc thích nghi LMS để giảm nhiễu vận tốc sóng hạt đo được trước khi sử dụng thuật toán AHI để ước lượng CSM.

Để kiểm tra phương pháp đề xuất, tác giả thực hiện xây dựng một mô hình mô phỏng như sau: Môi trường 2D (vùng mô mềm sinh học) có kích thước 120×120 mm, chứa một khối xơ gan hình tròn ở vị trí (40 mm, 40 mm), bán kính khối xơ gan là 15 mm. Độ đàn hồi và độ nhớt của môi trường lần lượt là µ1 = 6000 Pa và 𝜂1 =1,2 Pa.s, độ đàn hồi và độ nhớt của khối xơ gan lần lượt là µ2 = 8900 Pa và 𝜂2 = 2,7 Pa.s. Các thông số chi tiết môi trường và khối xơ gan được đưa ra trong Bảng 2.1. Các thông số này dựa trên đánh giá xơ gan qua từng giai đoạn [38].

Bảng 2.1 Thống số giá trị đàn hồi và độ nhớt trong mô phỏng Tọa độ (mm, mm) Bán kính (mm) µ1 (Pa) η (Pa.s) Môi trường 6.000 1,2

Khối xơ gan (40, 40) 15 8.900 2,7

Tần số rung của kim f = 200 Hz, mật độ khối của môi trường 𝜌 = 1.000 kg/m3, biên độ của kim rung 5 mm. Vận tốc hạt của sóng trượt được ước tính trên toàn bộ mặt phẳng môi trường 2D tại các vị trí cách đều nhau 1 mm theo cả hai trục X và Y. Do đó, tổng số vị trí cần ước tính trong vùng 2D là 120 × 120 = 14.400. Ở hình 2.5 và hình 2.6 minh họa các ảnh lý tưởng về đàn hồi và độ nhớt của mô theo kịch bản mô phỏng.

Hình 2.5 Ảnh 2D lý tưởng độ đàn hồi

của mô

Hình 2.6 Ảnh 2D lý tưởng độ

nhớt của mô

Để dễ dàng quan sát và so sánh các giá trị ảnh ước lượng với các giá trị ảnh gốc, các kết quả được quan sát trên một đường thẳng trong không gian mô, như trong hình 2.7. Đường 10 không đi qua khối xơ gan, đường 40 đi qua khối xơ gan.

Vận tốc hạt lý tưởng tại một vị trí đo trong không gian mô được mô hình hóa theo phương pháp FDTD. Kết hợp với nhiễu Gauss, nó mô phỏng cho vận tốc hạt đo được tại vị trí đó bằng siêu âm Doppler. Hình 2.8 và hình 2.9 đưa ra hai đồ thị vận tốc hạt của sóng biến dạng tại vị trí có tọa độ lần lượt là (10,10), (40,40).

(a) (b) (c) Hình 2.8 Vận tốc hạt sóng biến dạng tại vị trí (10,10) (a) (b) (c) Hình 2.9 Vận tốc hạt sóng biến dạng tại vị trí (40,40)

Hình 2.8 biểu diễn vận tốc sóng biến dạng tại vị trí (10,10). Đây là điểm không đi qua khối u đồng thời gần với nguồn phát sóng biến dạng. Ta thấy vận tốc không bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiễu. Hình 2.9 đo tại vị trí (40,40) vị trí này có khối xơ gan, ta thấy vận tốc hạt đo được chịu ảnh hưởng của nhiễu của sóng biến dạng đã được giảm nhiễu đáng kể sau khi sử dụng bộ lọc LMS (Hình 2.9 b và Hình 2.9 c). Đồng thời vận

tốc sóng tại điểm(10,10) lớn hơn vận tốc sóng tại điểm (40,40). Như vậy vận tốc sóng biến dạng giảm dần theo khoảng cách từ vị trí kích thích đến vị trí khảo sát.

Hình 2.10 Độ đàn hồi tại line 10 Hình 2.11 Độ đàn hồi tại line 40

Hình 2.12 Độ nhớt tại đường số 10 Hình 2.13 Độ nhớt tại đường số 40

Tất các các hình 2.10, hình 2.11, hình 2.12, hình 2.13 đều cho thấy kết quả ước lượng kém chính xác tại các vị trí ở xa nguồn kích thích (phía bên phải các hình). Điều này có thể giải thích như sau: sóng biến dạng bị suy giảm khi truyền trong mô và có xu hướng tắt dần. Tương ứng với CSM được ước lượng dựa trên việc đo vận tốc hạt của sóng biến dạng. Các vị trí gần nguồn kích thích, kết quả ước lượng bám sát các giá trị lý tưởng. Ở các vị trí càng xa nguồn kích thích, vận tốc hạt của sóng biến dạng càng nhỏ, theo đó ước lượng CSM càng kém chính xác. Vị trí cách xa nguồn kích thích 80mm chất lượng do sóng biến dạng bị suy giảm rất nhiều do đó tác giả giới hạn kích thước ảnh ước lượng CSM ở kích thước 75x75mm. Các hình 2.14 và hình 2.15 chỉ ra kết quả ảnh 2D ước lượng được cho độ đàn hồi và độ nhớt của mô.

Hình 2. 14 Hình ảnh 2D ước lượng độ đàn hồi của mô

Hình 2.14 và hình 2.15 hiển thị ảnh ước lương độ đàn hồi và ảnh độ nhớt đều chỉ thị rõ vị trí, hình dạng và đặc tính đàn hồi, nhớt của khối xơ gan.

Đánh giá định lượng về hiệu quả của việc ước lượng 2D CSM tác giả sử dụng chỉ số sai số chuẩn hóa. Công thức tính sai số chuẩn hóa được biểu diễn ở công thức

(2.18)

(2.19) Trong đó 𝜖𝜇 là sai số chuẩn hóa của việc ước lượng ảnh 2D độ đàn hồi; 𝜖𝜂 là sai số chuẩn hóa của việc ước lượng ảnh 2D độ nhớt; M×N là kích thước ảnh; 𝜇𝑖𝑗 và 𝜇̂𝑖𝑗 là độ đàn hồi lý tưởng và độ đàn hồi ước lượng tại điểm ảnh có tọa độ (i,j); 𝜂𝑖𝑗 và 𝜂̂𝑖𝑗 là độ đàn nhớt tưởng và độ nhớt ước lượng tại điểm ảnh có tọa độ (i,j).

Trong quá trình tạo sóng biến dạng, khu vực chuyển tiếp từ lực nén - giãn sang sóng biến dạng rất khó xác định đặc trưng của sóng. Đồng thời tại các vị trí mô cách xa vị trí kích thích chất lượng ước lượng CSM kém hơn.Vì những lý do trên, trong giới hạn luận văn này tác giả giới hạn kích thước ảnh CSM là 75x75. Lấy những điểm ảnh có tọa độ (x,y)=(5:79, 5:79) để đánh giá ước lượng ảnh.

Kết quả sai số chuẩn hóa như bảng 2.2 và bảng 2.3

Bảng 2. 2 So sánh sai số chuẩn hóa khi sử dụng bộ lọc LMS và khi không sử dụng bộ lọc

Bảng 2. 3 Sai số chuẩn hóa khi sử dụng bộ lọc LMS với các mức độ nhiễu giảm dần

Qua bảng 2.2 và bảng 2.3 ta thấy Khi sử dụng bộ lọc LMS sai số chuẩn hóa đàn hồi nhỏ hơn 6,4%, sai số độ nhớt nhỏ hơn 8,02%. Mức độ nhiễu giảm thì sai số chuẩn hóa cũng giảm.

CHƯƠNG 3

ƯỚC LƯỢNG CSM TRONG MÔI TRƯỜNG CÓ NHIỄU GAUSS VÀ HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu tạo ảnh siêu âm sử dụng sóng biến dạng trong môi trường có nhiễu​ (Trang 36 - 42)