1.2.2.4. Hỡnh ảnh chụp cộng hưởng từ ( MRI)
Chụp cộng hưởng từ hay cũn gọi là chụp MRI (Magnetic Resonnace Imaging) là phương phỏp là một kỹ thuật chuẩn đoỏn y học tạo ra hỡnh ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng từ trường và súng radio ( khụng sử dụng tia X), thực hiện bằng cỏch đưa cơ thể vào vựng từ trường mạnh để đồng húa chiều chuyển động của cỏc nguyờn tử Hydro trong cỏc phõn tử nước của cơ thể và một ăng ten thu phỏt súng radio tần số thấp (tần số radio này được thay đổi trong vựng từ trường ổn định của nam chõm chớnh tựy theo mục đớch khảo sỏt của sự phõn biệt mỡ, nước, v v) được sử dụng để gửi tớn hiệu đến cơ thể gặp cỏc nguyờn tử Hydro của cơ thể sau đú nhận lại tớn hiệu về chiều chuyển động của cỏc nguyờn tử này, tớn hiệu của ăng ten được truyền về trung tõm mỏy tớnh xử lý tớn hiệu số sau đú cỏc tớn hiệu được truyền về mỏy tớnh điều khiển và cỏc hỡnh ảnh cấu trỳc cơ thể được mụ phỏng tại đõy.
Hiện nay trong cỏc phương phỏp ứng dụng cho chẩn đoỏn hỡnh ảnh thỡ MRI là một phương phỏp tiờn tiến và hiện đại nhất vỡ thế nờn đõy cũng là phương phỏp đem lại giỏ trị chẩn đoỏn và điều trị cao nhất.
Hỡnh ảnh MRI cho phộp tiếp cận trực quan đến nhiều cấu trỳc phức tạp trong cơ thể để đỏnh giỏ cỏc chức năng hoạt động của chỳng mà khụng cần xõm nhập. MRI là phương phỏp tốt nhất để phỏt hiện sớm và đỏnh giỏ tỡnh trạng cỏc khối u. Cỏc mụ mềm như tim, gan, thận, phổi,.. cũng được chụp và tạo ảnh 3D
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
với khoảng cỏch điểm ảnh 1mm để dễ dàng phỏt hiện cỏc tổn thương nhỏ nhất và rừ nhất mà cỏc phương phỏp chẩn đoỏn hỡnh ảnh khỏc khụng cú được. MRI là phương phỏp tạo ảnh dựa trờn nguyờn lý cộng hưởng của từ trường mà khụng sử dụng tia X nờn trỏnh cho bệnh nhõn khỏi ảnh hưởng của tia X.
Hỡnh 1.7. Hỡnh ảnh chụp cộng hưởng từ nóo
1.2.3. Cỏc chuẩn ảnh y học và truyền thụng ảnh y học
Cỏc thiết bị và mỏy y tế về chẩn đoỏn hỡnh ảnh ngày càng ứng dụng nhiều hơn về cụng nghệ thụng tin, cỏc phần mềm cho cỏc mỏy Y tế ngày càng được nõng cấp, nhất là khi kỹ thuật số ra đời và phỏt triển đó ghi nhận và phõn tớch tớn hiệu rất tốt, cho hỡnh ảnh sõu hơn, chất lượng ảnh tốt hơn. Hơn nữa việc giao diện giữa cỏc thiết bị và mỏy y tế kỹ thuật cao với hệ thống mỏy tớnh dựng trong quản lý tại bệnh viện và giữa cỏc bệnh viện với nhau ngày một nhiều, nờn cỏc giao thức truyền ảnh trờn mạng được dưa ra (cú một chuẩn chung thống nhất, chất lượng ảnh đủ để chẩn đoỏn, giảm nhẹ gỏnh nặng đường truyền), tạo nờn phũng “hội chẩn ảo" giữa cỏc chuyờn gia y tế ở xa nhau.
Cỏc mỏy thiết bị và mỏy y tế chẩn đoỏn hỡnh ảnh đầu tiờn khi mới ra đời chỉ là tớn hiệu dạng súng (Analog) đưa lờn màn hỡnh VIDEO của mỏy. Theo thời
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
gian, mỏy được chế tạo ngày càng cú cấu hỡnh cao hơn và chuyển dần sang tớn hiệu số, cỏc phần mềm xử lý tớn hiệu lưu trữ thụng tin số ngay tại cỏc mỏy đú (vớ dụ mỏy siờu õm cú thể lưu được 5000 ảnh của bệnh nhõn gần đõy nhất). Tuy nhiờn, dần từng bước khi cú cỏc điều kiện đặt ra và nhu cầu giao tiếp giữa cỏc mỏy với nhau (vớ dụ: mỏy CT Scanner chuyển cho mỏy chiếu tia Coban...) và truyền ảnh số giữa cỏc vựng với nhau để trợ giỳp chẩn đoỏn thỡ cỏc chuẩn dữ liệu chung về hỡnh ảnh của y tế dần ra đời. Vỡ vậy, cỏc mỏy y tế ngày nay cú gắn thiết bị tin học thỡ đó sẵn sàng đưa ra cỏc tớn hiệu thụng qua cỏc D-Shell chuẩn như COM, LPT... hoặc USB port, nhưng phần tớn hiệu đưa ra cỏc cổng này tuỳ nhà cung cấp trang bị phần mềm khi người sử dụng yờu cầu.
Hiện nay cú nhiều chuẩn để truyền ảnh trờn mạng như chuẩn PACS (Picture
Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ, xử lý và truyền ảnh động, hoặc mạng xử lý và truyền ảnh số hoỏ DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Tất cả cỏc chuẩn này cú chung một tiờu chớ là nộn ảnh ở mức độ tối đa để giảm kớch thước lưu trữ, giảm kớch thước khi truyền trờn mạng, cú cỏc mức độ phõn giải khỏc nhau khi truyền. Nếu hỡnh ảnh khụng cần chất lượng cao thỡ cú thể truyền ở độ phõn giải thấp và khi cần độ nột để chẩn đoỏn với chất lượng cao thỡ truyền ảnh với cỏc độ phõn giải cao hơn, nhưng tốc độ truyền trờn mạng sẽ chậm đi nhiều. Cỏc ảnh truyền thường là cỏc ảnh về
X quang, ảnh siờu õm, ảnh nội soi, ảnh CT Scanner... Việc truyền ảnh này giỳp
cho hỗ trợ chẩn đoỏn từ xa, cho cỏc thầy thuốc, học viờn, sinh viờn học tập và nghiờn cứu.
1.2.3.1. Chuẩn DICOM
DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là tập hợp cỏc
chuẩn dựng trong xử lý, truyền tải thụng tin, lưu trữ và in ấn ảnh y khoa. Chuẩn này bao gồm định dạng file và giao thức truyền tin qua mạng. File DICOM được
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
trao đổi giữa 2 chương trỡnh và cỏc chương trỡnh này cú thể nhận ảnh và dữ liệu bệnh nhõn theo định dạng DICOM.
DICOM cho phộp tớch hợp mỏy scan, server, trạm làm việc, mỏy tin và cỏc thiết bị mạng từ nhiều nhà cung cấp vào thành một hệ thống truyền tải và lưu trữ ảnh. Ngày nay, cỏc hầu hết cỏc bệnh viện trờn thế giới đều ỏp dụng DICOM vào trong cỏc thiết bị y khoa, mỏy trạm, server, cỏc hệ thống quản lý trong hoạt động khỏm và chữa bệnh.
Bảng 1.1. Cỏc dạng Modality hỗ trợ DICOM.
Viết tắt Tờn đầy đủ Viết tắt Tờn đầy đủ
AS Angioscopy LS Laser Surface Scan
BI Biomagnetic Imaging MA Magnetic Resonance Angiography
CD Color Flow Doppler MR Magnetic Resonance
CP Culposcopy MS Magnetic Resonance
Spectroscopy CR Computed Radiography NM Nuclear Medicine
CS Cystoscopy PT Positron Emission
Tomography CT Computed Tomography RF Radio Fluoroscopy
DD Duplex Doppler RG Radiographic Imaging
DG Diaphanography RTDOSE Radiotherapy Dose DM Digital Microscopy RTIMAGE Radiotherapy Image
DS Digital Subtraction Angiography
RTPLAN Radiotherapy Plan
DX Digital Radiography RTSTRUCT Radiotherapy Structure Set EC Echocardiography ST Single-photon Emission
Computed Tomography
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
FA Fluorescein Angiography US Ultrasound
FS Fundoscopy XA X-Ray Angiography
HC Hard Copy ECG Electrocardiograms
LP Laparoscopy
1.2.2.2. Chuẩn PACS
PACS (Picture Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ,
xử lý và truyền ảnh động. Hệ thống PACS lưu trữ hỡnh ảnh và dữ liệu thu thập được và tương tỏc với hệ thống con trong cựng mạng. PACS cú thể chỉ đơn giản là một mỏy lấy ảnh với cơ sở dữ liệu nhỏ hay hệ thống quản trị ảnh trong y khoa phức tạp để từ đú cỏc mỏy trạm lấy ảnh về và xử lớ. Hiện nay, hầu hết hệ thống PACS phỏt triển theo hệ thống kiến trỳc mở theo đú là việc truyền thụng hỡnh ảnh, định dạng ảnh và quản lớ ảnh theo chuẩn DICOM.
Người sử dụng dựng cỏc mỏy trạm để hiển thị hỡnh ảnh như là một giao tiếp chớnh cho việc truy cập hỡnh ảnh trờn hệ thống PACS. Từ cỏc mỏy trạm hiển thị hỡnh ảnh đú, người sử dụng cú thể chẩn đoỏn, xem xột, phõn tớch. Cỏc chuyờn gia về ngành X-Quang sử dụng cỏc mỏy trạm chuẩn đoỏn như là một cụng cụ chớnh. Mỏy trạm chuẩn đoỏn cú phần cứng mạnh trong việc xử lớ như cần phải cú màn hỡnh với độ phõn giải cao, mỏy tớnh mạnh với bộ nhớ lớn và tốc độ CPU nhanh... cỏc phần mềm được thiết kế cho việc quản lớ nhiều cỏc mỏy mỏy lấy ảnh (như mỏy chụp x-quang, chụp cắt lớp ...), trao giao tiếp hỡnh ảnh giữa chỳng với nhau (thường là sử dụng dịch vụ DICOM), xem xột ảnh, hiển thị ảnh động, xử lớ ảnh và quản lớ luồng cụng việc của bệnh nhõn và những thụng tin cú liờn quan.
Trong PACS điều trị bệnh, ảnh được thu thập từ cỏc mỏy lấy ảnh dựng trong y khoa rồi gửi tới mỏy chủ PACS thụng qua DICOM gateway sau đú được đưa tới mỏy trạm chẩn đoỏn với dịch vụ truyền thụng DICOM.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hỡnh 1.8. Mụ hỡnh PACS
* Phõn bổ và hiển thị ảnh
Cú 2 cỏch để đưa hỡnh ảnh của mỏy chủ PACS tới mỏy trạm chẩn đoỏn: Phương thức Store-Forward (dịch vụ truyền thụng DICOM Storage): đầu tiờn ảnh được đưa đến và lưu trữ ở mỏy chủ PACS, tiếp đến là chuyển tới mỏy trạm hiển thị với một lộ trỡnh định sẵn.
Phương thức Query/Retrieval (dịch vụ DICOM Query/Retrieval): cỏc chuyờn gia về ngành X-quang lấy thụng tin lịch làm việc từ RIS (Radiology Information System) hoặc PACS sau đú truy vấn và tỡm kiếm ảnh từ mỏy chủ PACS hoặc cơ sở dữ liệu ảnh để hiển thị trờn mỏy trạm của họ.
Cỏch phõn bố ảnh theo phương thức Store-Forward được sử dụng thường hơn phương thức Query/Retrieval trong lĩnh vực ngành X-quang về bộ phận sinh học. Trong chuyờn mụn về bộ phận sinh học được tổ chức theo từng nhúm dựa theo bộ phận sinh học như: ngực, thần kinh hoặc thuộc khoa nhi … Với phương thức Query/Retrieval thỡ thớch hợp nhất cho cỏc chuyờn gia X-quang trong khõu giao tiếp với mỏy lấy ảnh (Modalities). Cỏc mỏy ảnh được chia theo
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhúm dựa trờn chức năng của mỏy như: CT, MR hoặc X-ray. Trong từng lĩnh vực chuyờn mụn mà cỏc mỏy lấy ảnh sẽ sinh ra những hỡnh ảnh tương tự nhau tại cựng một điểm đều này sẽ gõy khú khăn cho mỏy chủ PACS trong việc phõn phối tất cả ảnh của cựng một bệnh nhõn cho bỏc sĩ chẩn đoỏn. Trong trường hợp này rất thớch hợp cho phương thức Query/Retrieval.
Chức năng chớnh của mỏy trạm chẩn đoỏn là hiển thị ảnh và thao tỏc trờn ảnh kết hợp với việc quản lớ ảnh và chức năng xử lớ ảnh. Trong mụi trường Windows, người sử dụng thao tỏc ảnh bằng cỏc thiết bị nhập như: chuột và bàn phớm. Cỏc thao tỏc đú được chuyển thành cỏc chuỗi sự kiện. Tiến trỡnh hiển thị ảnh cú thể được điều khiển bởi một chuỗi sự kiện như hỡnh.
Hỡnh 1.9. Tiến trỡnh hiển thị ảnh
* Kĩ thuật Web:
Sự phỏt triển của Internet mở ra một viễn cảnh mới trong vấn đề truyền thụng dữ liệu trờn toàn thế giới. Sự phỏt triển nhanh chúng của Web làm mở rộng thờm việc truyền thụng trao đổi một lượng lớn người sử dụng. Việc phỏt triển nhanh chúng của WWW là cung cấp một giao tiếp chuẩn cho việc xem và liờn kết đến cỏc tài liệu số như hỡnh ảnh, văn bản, õm thanh và ảnh động.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cỏc mỏy trạm chuẩn đoỏn, mỏy trạm ứng dụng y khoa, hoặc mỏy trạm xem ảnh ở xa thỡ việc truyền tải hỡnh ảnh với kớch thước tối ưu là thực sự cần thiết. Hệ thống ảnh y khoa dựa trờn mụi trường web là giải phỏp hiệu quả nhất cho mục đớch này bằng cỏch sử dụng giao thức HTTP.
Hỡnh 1.10. Kiến trỳc hệ thống quản lý ảnh y khoa trong mụi
trường PACS
Hỡnh 1.11. Kiến trỳc PACS điển hỡnh cho hiển thị ảnh dựa trờn Web
Thời gian qua, ở Việt Nam đó cú nhiều cố gắng để thực hiện kỹ thuật chẩn đoỏn hỡnh ảnh từ xa. Điều này xuất phỏt từ đũi hỏi thực tế: nhiều cơ sở y tế đó mua những thiết bị chẩn đoỏn hỡnh ảnh cú giỏ trị, chủ yếu là CT và đụi khi muốn xin một "chẩn đoỏn thứ cấp " từ những trung tõm y học lớn cú những chuyờn gia
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
giỏi, hay đơn thuần chỉ là trao đổi kinh nghiệm, đỏp ứng nhu cầu học tập, nghiờn cứu... Nghĩa là chỳng ta cần cú cụng nghệ teleradiology. Dự ỏn "Y học từ xa" của Bộ Quốc phũng giai đoạn mở đầu thực hiện vào nǎm 2000 là một nỗ lực đỏp ứng nhu cầu đú.
Cỏc thành viờn tham gia dự ỏn: bệnh viện Trung ương quõn đội 108 (Hà Nội) và Quõn y viện 175 (Tp. Hồ chớ Minh). Tại mỗi bệnh viện đều thiết lập một mạng LAN kết nối 2 mỏy chẩn đoỏn hỡnh ảnh chủ yếu là CT và Siờu õm. Dựng 3 mỏy tớnh bỡnh thường làm 3 trạm làm việc: 1 ở mỏy CT, 1 ở mỏy Siờu õm và 1 ở phũng giao ban. Nhờ một card mạng và phần mềm tương ứng, hỡnh số hoỏ được lấy ra từ mỏy sinh hỡnh và chuyển sang mạng. Cỏc trạm làm việc vừa đảm bảo xem hỡnh (view) , vừa thực hiện chức nǎng hậu xử lý (postprocessing): thay đổi độ rộng cửa sổ, mức cửa sổ - Đảo hỡnh, xoay hỡnh- Khuếch đại soi kớnh (Magnifying Glass)- Phúng đại hỡnh theo cỏc hệ số hay vựng yờu cầu- Đo khoảng cỏch và đo gúc- Đo tỷ trọng cho từng điểm - Chỳ thớch trờn hỡnh- Cú thể xem từng hỡnh hay đa hỡnh đồng thời. Hỡnh ảnh lưu chuyển trờn mạng theo
chuẩn DICOM, nghi thức TCP/IP. Khi cần thiết, cú thể ghộp TCP/IP vào mạng
mỏy Laser Camera theo chuẩn DICOM và khi đú cú thể in phim trờn mạng và
tiết kiệm được mỏy in ở cỏc thiết bị sinh hỡnh. (Trước đõy mỗi thiết bị sinh hỡnh đều cú 1 mỏy in, sau khi cú mạng, chỉ cần 1 mỏy in phim dựng chung cho tất cả cỏc thiết bị sinh hỡnh). Thụng qua một mỏy chủ truyền thụng, toàn bộ hỡnh ảnh cần thiết cho chẩn đoỏn cú thể truyền từ Bệnh viện Trung ương quõn đội 108 vào QY viện 175 và ngược lại, đõy chớnh là kỹ thuật cơ bản giỳp cho cụng tỏc chẩn đoỏn hỡnh ảnh từ xa.
Tuy nhiờn, gần như cỏc chuẩn ảnh và truyền thụng trờn chỉ sử dụng và làm việc với cỏc ảnh y học nguyờn bản, chưa qua bước tiền xử lý (chỉ thực hiện bước hậu xử lý-postprocessing), do võy chất lượng ảnh truyền đi chưa được tốt như mong muốn. Cỏc phần mềm hiện nay sử dụng cho xử lý ảnh y học thụng dụng
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
trờn thị trường vẫn chưa đỏp ứng được nhu cầu vỡ tớnh năng chủ yếu vẫn là lưu trữ, chẩn đoỏn, truyền hỡnh ảnh. Do vậy, việc tiền xử lý nõng cao chất lượng hỡnh ảnh y học là một vấn đề đỏng quan tõm và cần phỏt triển trong thời gian tới.
CHƢƠNG 2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH Y HỌC
2.1. CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH CƠ BẢN 2.1.1. Cỏc kỹ thuật khụng phụ thuộc khụng gian
Cỏc phộp toỏn khụng phụ thuộc khụng gian là cỏc phộp toỏn khụng phục thuộc vị trớ của điểm ảnh.
Vớ dụ: Phộp tăng giảm độ sỏng , phộp thống kờ tần suất, biến đổi tần suất v.v..
Một trong những khỏi niệm quan trọng trong xử lý ảnh là biểu đồ tần suất (Histogram)
Biểu đồ tần suất của mức xỏm g của ảnh I là số điểm ảnh cú giỏ trị g của ảnh I. Ký hiệu là h(g)
Vớ dụ:
2.1.1.1. Tăng giảm độ sỏng
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Khi đú, kỹ thuật tăng, giảm độc sỏng được thể hiện for (i = 0; i < m; i + +)
for (j = 0; j < n; j + +) I [i, j] = I [i, j] + c;
• Nếu c > 0: ảnh sỏng lờn • Nếu c < 0: ảnh tối đi
2.1.1.2. Tỏch ngưỡng
Giả sử ta cú ảnh I ~ kớch thước m ì n, hai số Min, Max và ngưỡng θ, khi đú: Kỹ thuật tỏch ngưỡng được thể hiện
for (i = 0; i < m; i + +) for (j = 0; j < n; j + +)
I [i, j] = I [i, j] > = θ? Max : Min; * Ứng dụng:
Nếu Min = 0, Max = 1 kỹ thuật chuyển ảnh thành ảnh đen trắng được ứng dụng khi quột và nhận dạng văn bản cú thể xảy ra sai sút nền thành ảnh hoặc ảnh thành nền dẫn đến ảnh bị đứt nột hoặc dớnh.
2.1.1.3. Bú cụm
Kỹ thuật nhằm giảm bớt số mức xỏm của ảnh bằng cỏch nhúm lại số mức xỏm gần nhau thành 1 nhúm
Nếu chỉ cú 2 nhúm thỡ chớnh là kỹ thuật tỏch ngưỡng. Thụng thường cú