Các mặt phẳng qui chiếu
Ngoài chức năng hiển thị cấu trúc 3 chiều hợp nhất được, trình duyệt ảnh sẽ được thiết kế thêm các khung hiển thị hình ảnh nhìn từ 3 mặt cắt của ảnh 3 chiều giúp khảo sát rõ hơn từng chi tiết bên trong khối ảnh. Điều này thực hiện được bằng cách tạo ra 3 tập ảnh nhìn từ các mặt phẳng cắt qui ước của cấu trúc 3 chiều. Mỗi điểm ảnh hay nói chính xác là mỗi voxels của khối ảnh sẽ được hiển thị tương ứng trên 3 mặt cắt được đánh dấu bởi 2 đường thẳng giao nhau.
Ảnh 3 chiều thành phần
Thay vì khảo sát toàn bộ khối ảnh cấu trúc, người sử dụng chỉ cần khảo sát một vùng trong khối ảnh đáng quan tâm nhất. Vì vậy, ta xây dựng thêm một công cụ giúp người sử dụng có thể chủ động chọn lựa vùng quan tâm để hiển thị cấu trúc khối.
Ảnh 3 chiều chức năng
Cũng tương tự như ảnh 3 chiều thành phần, ở đây người sử dụng cần khảo sát một bộ phận đặc biệt trong khối ảnh. Thực hiện việc này bằng cách tạo một công cụ giúp người điều khiển chọn lựa bộ phận cần hiển thị thông qua hình thức chọn điểm đặc trưng của bộ phận này từ 1 trong 3 mặt phẳng cắt.
4.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VAØ SO SÁNH
Vận hành chương trình trong môi trường MATLAB, tiến hành kiểm tra từng mục tiêu đã đề ra cho chương trình.
4.3.1. Trình duyệt ảnh y khoa
Đây là một trong hai phần giao diện chính khi thiết kế chương trình. Những thao tác trên phần giao diện này vừa phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu, vừa tạo ra tiền đề để hướng tới trình duyệt ảnh 3 chiều.
Sơ lược về các chức năng thành phần của trình duyệt. Trước tiên, trình duyệt này có hỗ trợ giao diện tiếng Việt, nhưng ở đây, chúng ta sẽ khảo sát chức năng chung thông qua giao diện tiếng Anh.
Menu Patent
• Open : mở một tập tin ảnh bất kỳ để nghiên cứu tương tự như một trình duyệt ảnh
bình thường nhưng đặc biệt ở đây hỗ trợ thêm chức năng duyệt ảnh định dạng DICOM (.dcm) nhằm mục đích nghiên cứu 1 hình ảnh y khoa riêng biệt. Chức năng này thường sử dụng để hướng tới hợp nhất hai ảnh 2 chiều, xác định chuẩn hợp nhất để áp dụng
vào hợp nhất nhiều cặp ảnh 2 chiều liên tục. Bên cạnh đó là hỗ trợ duyệt ảnh định dạng SGI (.sgi) - đây là định dạng ảnh 3 chiều tạo ra từ trình duyệt 3 chiều của chương trình.
• Open URL… : mở một tập ảnh bất kỳ, tập ảnh này sẽ hiển thị theo thứ tự từng ảnh
trong một khung hiển thị đã lựa chọn trước. Nếu số tập tin ảnh lớn hơn 2 thì trên khung xuất hiện một nút điều chỉnh để hiển thị theo thứ tự các tập tin ảnh được đánh số bởi một ô nhỏ dưới góc trái của khung. Chức năng này thường dùng để hướng tới tạo ảnh 3 chiều và mở rộng thành ảnh 3 chiều hợp nhất.
• Open Full : dùng để duyệt toàn bộ hồ sơ ảnh của bệnh nhân. Mỗi hồ sơ ảnh là một
thư mục gồm nhiều thư mục con chứa các tập ảnh tương ứng với từng công đoạn chụp. Khi chọn mở thư mục gốc thì trên trình duyệt sẽ xuất hiện 4 tập ảnh trong 4 thư mục con đầu tiên tương ứng với 4 khung hiển thị. Nếu số thư mục con lớn hơn 4 thì trình duyệt sẽ xuất hiện một thanh kéo để người dùng có thể điều khiển duyệt lần lượt 4 thư mục tiếp theo. Chức năng này hỗ trợ đánh giá được toàn bộ hồ sơ của bệnh nhân.
• Save as… : Lưu ảnh đang hiển thị trên khung lựa chọn dưới một trong số các định
dạng JPG, BMP, DCM, TIFF và PNG. Mục đích của việc lưu ảnh là nhằm giúp cho người sử dụng có thể tiện lợi hơn khi cần nghiên cứu ảnh tại một môi trường bất kỳ hoặc lưu lại kết quả ảnh đã xử lý phù hợp.
• Save All Images as… : Lưu toàn bộ tập ảnh trong khung hiển thị đã lựa chọn vào
một thư mục nhất định theo một trong số các định dạng trên nhằm tạo ra một tập ảnh thuận lợi cho nghiên cứu (tập ảnh này cũng có thể được tiền xử lý trước khi lưu lại). Các ảnh lưu trong thư mục sẽ được đánh số thứ tự tăng dần (dưới 1000 ảnh).
• Exit : Đóng trình duyệt
Menu Application : chuyển đổi qua lại giữa hai trình duyệt ảnh y khoa và ảnh 3 chiều
• Show Toolbars : hiển thị tất cả công cụ
• Rotation : hiển thị công cụ xoay ảnh
• Magtification : hiển thị công cụ phóng to / thu nhỏ ảnh
• Transition : hiển thị công cụ dịch chuyển ảnh dọc / ngang
• Colormap : chỉ dùng riêng cho các ảnh y khoa có thang màu đơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Transparent : công cụ thay đổi độ trong suốt của hai ảnh trong hợp nhất
• Change Base : thay đổi vai trò ảnh nền trong hợp nhất hai ảnh
Menu View
• Zoom : phóng đại hay thu nhỏ ảnh khi người dùng click chuột lên khung ảnh.
• Image Information : xem thông tin ảnh (rất hữu ích đối với ảnh y khoa tiêu chuẩn
DICOM)
Menu Image : gồm các chức năng hợp nhất hình ảnh
• Images Registration : gồm hai chức năng hợp nhất 2 ảnh (A pairs of images) và
hợp nhất 2 tập ảnh (Groups of images). Khi chọn lựa hợp nhất 1 cặp ảnh thì ảnh hợp nhất sẽ hiển thị trên một khung hình thứ 5 ở góc trên bên phải trình duyệt. Khi chọn lựa hợp nhất các tập ảnh thì tập ảnh hợp nhất sẽ hiển thị lần lượt từng ảnh theo thứ tự trên khung hình thứ 6 nằm ở góc dưới bên phải trình duyệt.
• 3D Images Registration : chức năng này chỉ thực hiện được khi có 2 ảnh 3 chiều đã
được tạo ra và có cùng kích thước, dùng để hợp nhất chúng lại với nhau theo kỹ thuật hợp nhất 3 chiều. Ảnh 3 chiều hợp nhất tạo ra sẽ được hiển thì theo từng lớp cắt liên tiếp trên khung thứ 6.
Menu Tools
• Create 3D Image : tạo ảnh 3 chiều từ tập ảnh lựa chọn
Menu Option : gồm thành phần chuyển đổi qua lại giữa giao diện tiếng Việt và tiếng Anh
Menu Help : giới thiệu sơ về chương trình và cách sử dụng.
Một số phím điều khiển có sẵn trên trình duyệt
• Khung lựa chọn One Image và Multi-Image : khi tiền xử lý ảnh, nếu chỉ muốn
thao tác trên một ảnh thì chọn One Image, còn nếu muốn thao tác chung cho 1 tập ảnh thì chọn Multi-Images. Nếu không vừa ý, ta có thể Reset để trả lại ảnh gốc ban đầu. Sau cùng, có thể tiến hành hợp nhất cho các cặp ảnh bằng cách click vào nút Regist.
• Clear : xóa hình trong khung lựa chọn hoặc xóa tất cả hình trong các khung.
• Ruler : nhấn vào phím này thì con trỏ chuột sẽ thay đổi, khi đó ta click và drag
chuột trên một ảnh để tiến hành đo đạc. Kết quả hiển thị tính theo đơn vị mm.
• Colormap menu : lựa chọn thang màu biểu diễn cho các ảnh y khoa gốc.
Sau khi phân tích các chức năng của trình duyệt trên, ta tiến hành thao tác một vài kết quả minh họa, đồng thời mở rộng so sánh với trình duyệt SyngoView [34], được cung cấp kèm theo các mô hình CT, MRI của hãng Siemens - Đức.
Duyệt các tập tin ảnh bất kỳ
Khung 1 biểu diễn ảnh định dạng BMP, khung 2 biểu diễn ảnh định dạng JPG, khung 3 biểu diễn ảnh định dạng DICOM, khung 4 biểu diễn ảnh định dạng PNG. Từ đây, ta có thể chuyển đổi qua lại giữa định dạng ảnh tùy ý (xem mục 2.3) theo nhu cầu sử dụng bằng cách sử dụng menu save as…
Hình 5 : Duyệt hình ảnh với nhiều định dạng
Duyệt hồ sơ ảnh bệnh nhân và so sánh với phần mềm SyngoView
Đây là hồ sơ ảnh MRI trong trường hợp chụp đầu của một bệnh nhân được thu thập tại bệnh viện Chợ Rẫy [34]. Qui trình chụp có 4 công đoạn, mỗi công đoạn gồm 19 lớp ảnh cắt. Thao tác điều khiển máy và xử lý ảnh được thực hiện qua phần mềm SyngoView được cung cấp kèm theo máy.
Quan sát thấy các ảnh trên trình duyệt vừa tạo hơi tối hơn so với trên trình duyệt SyngoView. Nguyên nhân chính là do thang xám của trình duyệt SyngoView chỉ có 1024 giá trị, trong khi thực tế thì ảnh có thang xám 2048 (biết được nhờ thông tin của ảnh DICOM)
Hình 6 : Duyệt một hồ sơ ảnh của bệnh nhân (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tiền xử lý ảnh
Khung 1 là ảnh gốc, khung 2 biểu diễn sự xoay ảnh, khung 3 biểu diễn sự phóng đại ảnh (có thể là thu nhỏ ảnh), khung 4 biểu diễn sự dịch chuyển ảnh (ngang và dọc)
Hình 8 : Các thao tác tiền xử lý ảnh
Trên đây là minh họa cho các thao tác xử lý trên một ảnh lựa chọn. Đây là công việc cần thực hiện trước để làm mẫu và ghi nhớ các thông số (rotate, magtify, vertical, horizontal) để thuận lợi khi tiến hành chỉnh sửa cho một tập ảnh (lựa chọn multi-images).
Hợp nhất hình ảnh
Dãy khung hình phía trên dùng để khảo sát hợp nhất 2 ảnh đơn giản đã qua các công đoạn tiền xử lý. Dãy khung hình phía dưới biểu diễn sự hợp nhất 2 tập ảnh. Hai khung hình nằm bên phải trình duyệt tương ứng biểu diễn kết quả hợp nhất của 2 ảnh và 2 tập ảnh.
Hình 9 : Kết quả hợp nhất hình ảnh
Đây là phần giao diện chính thứ 2 trong phần mềm thiết kế. Với kết quả ảnh 3 chiều thu được từ trình duyệt ảnh y khoa, ta tiến hành khảo sát các ứng dụng từ trình duyệt ảnh 3 chiều này. Tương tự như trình duyệt ảnh y khoa, ở đây ta cũng có 2 phần giao diện tiếng Việt và tiếng Anh. Chúng ta sẽ đi vào khảo sát trên giao diện tiếng Anh.
Menu Patient
• Open : mở một tập tin ảnh 3 chiều đã được thiết lập từ trình duyệt ảnh y khoa có
định dạng là SGI – đây là định dạng ảnh 3 chiều riêng cho chương trình này.
• Save as… : lưu một ảnh quan tâm trong các khung ảnh biểu diễn lớp cắt ngang, dọc
và đứng (axial, saggital và coronal) dưới 1 định dạng ảnh tương tự như trình duyệt y khoa.
• Save All Images as… : lưu tất cả ảnh coronal hay saggital hay axial.
• Save 3D image… : lưu và thay đổi tên của ảnh 3 chiều đang xử lý thành một tên
khác theo ý muốn người sử dụng (định dạng ảnh mặc định vẫn là SGI). • Exit : đóng trình duyệt
Menu Image
• Show Full 3D Image : hiển thị toàn bộ cấu trúc ảnh 3 chiều đã thiết lập được trên
1 cửa sổ tương tác.
• Show Partial 3D Image : hiển thị một vùng cấu trúc 3 chiều được lựa chọn trực
quan bởi người điều khiển. Khi lựa chọn mục này, con trỏ chuột sẽ thay đổi hình dạng và chờ người sử dụng chọn lựa ít nhất là 3 điểm giới hạn vùng trên một khung ảnh bất kỳ (axial, coronal hay saggital). Kết thúc lựa chọn bằng phím Enter, kết quả sẽ hiển thị trên một cửa sổ tương tác khác.
• Show Functional 3D Image : hiển thị vùng chức năng chuyên biệt trong toàn cấu
trúc ảnh. Phần chức năng này cũng được giới hạn vùng khảo sát và lựa chọn đặc điểm đặc biệt bởi người sử dụng. Tương tự như chức năng “show partial” : người sử dụng sẽ lựa chọn vùng khảo sát có thể chứa những thành phần của bộ phận cần khảo sát, sau
đó tiếp tục đánh dấu vào một điểm đặc trưng cho bộ phận này và kết thúc lựa chọn bằng phím Enter. Kết quả là bộ phận lựa chọn sẽ hiển thị trên cửa sổ tương tác.
Menu Tools
• Distance Measurance : công cụ đo đạc cho kết quả theo đơn vị mm
• Slide Show : hiển thị bộ công cụ trình chiếu
Các Menu Application, Options, Help : tương tự trình duyệt ảnh y khoa
Hai phím Transparent và Opaque : điều chỉnh độ trong suốt cho các ảnh 3 chiều trên
các cửa sổ tương tác được lựa chọn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ công cụ trình chiếu : gồm các phím Play, Pause, Previous, Next, Stop, Power
có chức năng tương tự như các công cụ trình chiếu khác (phim, ảnh). Ở đây, khi cần khảo sát các lớp cắt trong một mặt phẳng chiếu nhất định, người dùng có thể click chuột lên một điểm trong một khung ảnh bất kỳ sẽ xem được các lớp ảnh trên 2 mặt phẳng chiếu còn lại. Để tiện lợi khảo sát toàn bộ ảnh trong một mặt phẳng cắt, người sử dụng có thể lựa chọn khung ảnh để trình chiếu. Hình ảnh trình chiếu sẽ hiển thị một cách tự động trên góc phải của trình duyệt
Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho các thao tác trên và so sánh kết quả thể hiện với một số phần mềm như SyngoView [34], 3D-Slicer [27], 3D-Doctor [26] và bộ công cụ SPM [28].
Duyệt ảnh 3 chiều
Ba khung hình bên trái biểu diễn cho 3 mặt cắt ngang, dọc và đứng của cấu trúc 3 chiều. Khung hình ở góc trên bên phải dùng để trình chiếu tự động lần lượt các lớp ảnh trong mặt cắt đã chọn.
Các phím bên dưới sử dụng để tạo ảnh 3 chiều toàn phần, ảnh 3 chiều thành phần và ảnh 3 chiều bộ phận. Các ảnh 3 chiều tạo ra sẽ lần lượt hiển thị trong các cửa
sổ mới và có thể thay đổi độ trong suốt của ảnh bằng 2 phím công cụ Transparent và
Opaque.
Hình 10 : Trình duyệt ảnh 3 chiều
Ảnh 3 chiều toàn phần
Kết quả xuất hiện khi chọn công cụ Full 3D Image. [35]
Ảnh 3 chiều thành phần
Kết quả xuất hiện khi chọn công cụ Partial 3D Image. Đây là một khối thành phần trong khối ảnh 3 chiều toàn phần. [35]
Hình 12 : Một khối ảnh hợp nhất được lựa chọn
Ảnh 3 chiều bộ phận
Đây là các ảnh sau khi tăng độ trong suốt cho ảnh 3 chiều toàn phần hoặc sử dụng phần công cụ Select Area rồi chọn điểm đặc trưng. [35]
Hợp nhất ảnh 3 chiều
Hình 14 : Hợp nhất ảnh 3 chiều
Kết quả từ các phần mềm khác
Hình 15 : Ảnh 3 chiều từ phần mềm 3D-Doctor và 3D-Slicer
3D - Doctor 3D - Slicer
Phần mềm 3D - Doctor [26] được công ty phần mềm ABLE sản xuất nhằm mục đích thiết lập ảnh 3 chiều với hình thức hợp nhất tương tác. Các ảnh 3 chiều tạo ra có thể sử dụng để hợp nhất với nhau theo hình thức lựa chọn điểm tương đồng hoặc dùng trong các ứng dụng mô phỏng 3 chiều.
Phầm mềm 3D - Slicer [27] do tiến sĩ Gering thiết kế cho ảnh MR nhằm các mục đích : đánh giá trực quan, ghi nhận, phân vùng, đo đạc và hợp nhất các khối ảnh theo thời gian
thực. Đây là một công cụ ứng dụng rất tốt trong giảng dạy và nghiên cứu y khoa. Các thao tác ở đây được thực hiện chủ động từ phía người sử dụng và chủ yếu tiến hành trên các khối ảnh 3 chiều.
Hình 16 : Trình duyệt ảnh 3 chiều của phần mềm SyngoView
Đây là một phần mềm rất mạnh trong xử lý ảnh y khoa từ các mô hình chụp ảnh (điển hình là các máy CT và MRI), bản quyền của công ty Siemens nước Đức.
Với rất nhiều công cụ và chức năng đặc biệt, đây là một phần mềm rất đáng để khảo sát và tiếp thu công nghệ. Ví dụ trên đây là trình duyệt 3D trong phần mềm SyngoView với ảnh 3 chiều thu được từ một trường hợp chụp ngực của bệnh nhân [34]
Hình 17 : Ảnh 3 chiều của não bộ tái tạo từ bộ công cụ SPM
Trên đây là một chương trình vi tính có tên là xjview [29]sử dụng bộ công cụ SPM [28] để tạo các cấu trúc ảnh 3 chiều của não bộ. Chương trình vi tính này cũng được thực hiện trong môi trường MATLAB với rất nhiều tính năng, và ảnh 3 chiều sử dụng trong bộ công cụ SPM này có định dạnh IMG hoặc NII.
4.4 TỔNG KẾT (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Qua thực nghiệm khảo sát đánh giá và so sánh, ta nhận thấy phần mềm có một số ưu khuyết điểm sau đây :