Đặt vấn đề Khả năng ánh sáng xuyên qua mô lần đầu tiên được sử dụng bởi Bright vào năm 1831 khi ông chỉ ra rằng ánh sáng có thể truyền qua đầu của một đứa trẻ bị não úng thủy [1]. Não úng thủy là sự gia tăng thể tích dịch não tủy (CSF) trong đầu, và kỹ thuật soi đèn của Bright đã trở thành một kỹ thuật chẩn đoán được chấp nhận đối với bệnh não úng thủy và xuất huyết não thất trước khi siêu âm xuyên sọ phát triển. Với cùng nguyên lý đó, vào năm 1843, Curling đã sử dụng phương pháp truyền qua để kiểm tra tình trạng tràn dịch tinh hoàn [2]. Vào năm 1929, Cutler đã thử truyền ánh sáng xuyên qua vú bằng đèn điện nhằm phát hiện những tổn thương đáng ngờ ở vú phụ nữ bằng ánh sáng khả kiến [2]- [4].1 mô tả ảnh quan sát khi Cutler thực hiện nghiên cứu của mình [4].
Vú được chiếu sáng bằng cách đặt một ngọn đèn xenon cực mạnh cỡ nhỏ chiếu vào bề mặt phía dưới của vú và bằng cách quan sát bằng mắt bóng của ánh sáng ở phần trên bề mặt vú. Từ quan sát đó, vùng mô bình thường và vùng mô bệnh lý có thể phân biệt do sự hấp thụ ánh sáng cao của mô bệnh lý. Hình ảnh quan sát được bị mờ và những nỗ lực để tăng độ tương phản bằng cách tăng cường độ chiếu sáng thường dẫn đến quá nhiệt trên bề mặt da. Ông kết luận rằng phương pháp truyền qua truyền ánh sáng qua mô vú là một phương pháp hỗ trợ có giá trị để chẩn đoán nhiều tình trạng khác nhau nhưng kết quả sẽ khác nhau ở mỗi phụ nữ.
Công trình của ông nhấn mạnh đến tiềm năng của phương pháp truyền qua chủ yếu trong chẩn đoán tổn thương vú cũng như trong các bệnh viêm xoang, phân biệt giữa các khối u rắn và tràn dịch tinh hoàn, điều mà nhiều nhà nghiên cứu sau này đã dựa vào để phát triển các công trình của họ bao gồm việc kiểm tra hộp sọ của trẻ sơ sinh và các cơ quan trong bụng. Xuất phát từ ý tưởng ban đầu khi phát triển một công cụ chẩn đoán hình ảnh nhằm thay thế X-quang tuyến vú dựa trên sự khác biệt trong phổ hấp thụ của máu có oxy và khử oxy (HbO và HHb) kết hợp với sự tăng sinh mạch máu xung quang các khối u [5]. Sự gia tăng mạch máu trong khối u vú và khả năng hấp thụ tương đối cao nhờ sự hiện diện của oxyhemoglobin là yếu tố quyết định hàng đầu trong việc phát hiện khối u.1 Hình ảnh truyền qua mô vú trong nghiên cứu của Cutler [4] Phương pháp truyền qua dựa vào nguồn ánh sáng cường độ cao chiếu sáng cơ quan hoặc bộ phận được quan tâm với hình ảnh cái bóng của cơ quan được quan sát bằng mắt hoặc thu nhận bằng cách sử dụng máy quay xem trực tiếp, máy ảnh nhạy sáng cao. Hình ảnh được tạo ra thể hiện phân bố hấp thụ ánh sáng của các mô khác nhau trong cơ thể và nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để tìm hiểu các cơ chế liên quan đến sự tương tác của ánh sáng với các mô khác nhau và sự phụ thuộc bước sóng.
Trong những năm 1970 và 1990, hình ảnh truyền qua của vú đã được phát triển hơn nữa bằng cách sử dụng các nguồn sáng cải tiến kết hợp với khả năng phát hiện ánh sáng bằng phim nhạy quang hoặc máy quay video [6] - [9]. Tuy nhiên, một số nghiên cứu lâm sàng cho thấy độ nhạy và độ đặc hiệu phương pháp quét ánh sáng hoặc phương pháp chụp truyền qua thấp hơn so với chụp nhũ ảnh bằng tia X [10] - [16]. Vào thời điểm những năm 1990, các mô hình toán học về sự truyền ánh sáng trong mô đã sẵn có cho phép tách biệt các đặc tính tán xạ và hấp thụ của mô. Bằng cách này, đặc tính hấp thụ có thể được khai thác bằng phương pháp quang phổ cận hồng ngoại để xác định thành phần của mô, tức là đo nồng độ của các chất hấp thụ chính trong mô bao gồm độ bão hòa oxy 2 trong máu.
Các khái niệm cơ bản về chụp ảnh vú quang học được phát triển vào thời điểm này vẫn còn hiệu lực cho đến ngày nay. Vào năm 1984, nghiên cứu của Bartrum và Crow đã chứng minh rằng độ nhạy và độ đặc hiệu của việc phát hiện các tổn thương ở vú bằng phương pháp truyền qua gần như tương đồng với phương pháp chụp X- quang vú chỉ khi được sử dụng kết hợp với chụp X- quang vú và khả năng phát hiện kém khi chỉ sử dụng phương pháp truyền qua. Các kết quả khác từ nghiên cứu này nhấn mạnh rằng phương pháp truyền qua khi được tiến hành độc lập với chụp X- quang vú có độ nhạy gần như bằng nhau đối với các khối u lớn hơn 20 mm [17]. Độ nhạy tương đương với chụp X- quang vú chỉ có thể đạt được bằng phương pháp truyền qua đối với các khối u có kích thước nhỏ hơn 10 mm nếu được sử dụng kết hợp với chụp X-quang vú [17].
Những kết quả này cho thấy rằng thông tin chẩn đoán bằng phương pháp truyền qua là khả thi, nhưng việc trích xuất dữ liệu và giải thích kết quả một cách cẩn thận là cần thiết nếu muốn cải thiện độ nhạy. Tiếp đến năm 1997, Hebden & Delpy đã nghiên cứu và kết luận rằng, mặc dù có những cải tiến về công nghệ cảm biến và nguồn phát quang, các thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh rằng quá trình phương pháp truyền qua kém hơn so với chụp X-quang tuyến vú để chẩn đoán bệnh vú. Điều này chủ yếu là do độ phân giải không gian tương đối thấp, thường nằm trong khoảng 6 mm – 10 mm [18]. Các hạn chế của phương pháp truyền qua chủ yếu đến từ sự tán xạ mạnh của mô sinh học trong dải bước sóng từ 650 nm – 1.000 nm và kích thước dày của mô [18].
Việc sử dụng phương pháp truyền qua để theo dõi bệnh lý của các cơ quan con người đã trở thành mối quan tâm trong những năm gần đây khi có một số tiến bộ mới liên quan đến công nghệ nguồn sáng, cảm biến, các kết quả lý thuyết, thực nghiệm và lâm sàng [19] - [21]. Việc sử dụng hình ảnh truyền qua trong việc chẩn đoán ở vú đang trở nên ngày càng phổ biến hơn bởi khả năng xuyên sâu của ánh sáng hồng ngoại gần [22] - [24]. Phương pháp này cho thấy có nhiều ưu điểm như không sử dụng bức xạ ion hóa, chi phí thiết kế và chế tạo rẻ tiền hơn so với các phương pháp hiện có và đặc biệt là có thể dùng trong các nghiên cứu tầm soát lặp đi lặp lại nhiều lần. Cùng với sự phát triển của các thiết bị camera, việc sử dụng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại gần (NIR) trong vùng “cửa sổ quang học” (650 nm – 1200 nm), nơi các thành 3 phần chính cấu tạo mô có mức độ hấp thụ tối thiểu, ngày càng được chú trọng [16], [25] - [31].
Trong một công bố gần đây vào tháng 10 năm 2023, tác giả Mai Hữu Thuấn cùng các cộng sự đến từ Đại học Bách khoa Hà nội đã công bố một thiết bị cầm tay nhằm hỗ trợ chụp ảnh các khối u vú có phương thức tương tự phương pháp chụp ảnh truyền qua với ánh sáng đỏ và kết quả cũng tương đồng với các thiết bị khác đang có trên thị trường [31].2 là một kết quả tiêu biểu trong công bố của tác giả Mai Hữu Thuấn. Kết quả trên cho thấy bóng của khối u trên bề mặt vú. Đồng thời, kết quả cũng một lần nữa cho thấy các nhóm nghiên cứu khác chưa thể xử lý hình ảnh rõ nét và trở ngại lớn này sẽ được đề cập và giải quyết trong phạm vi luận án này.2 Nguyên lý, hệ thống thí nghiệm với thiết bị chụp ảnh vú BKA-06 [31] Với cùng mục tiêu và quan điểm khi xem xét các cấu trúc bên trong cơ thể hoặc bên trong mô sinh học như cấu trúc hấp thụ ánh sáng, các nghiên cứu phát triển ứng dụng kỹ thuật quang học cũng thành công trong việc thu nhận ảnh cấu trúc mạch máu, quan sát mạch máu để hỗ trợ tiêm tĩnh mạch [32] - [41].3 mô tả phương pháp chiếu sáng và thu nhận ảnh mạch máu bằng camera phổ biến. Khi chiếu một nguồn sáng qua đối tượng cần nghiên cứu, phương pháp chụp ảnh truyền qua là phương pháp thu hình ảnh do ánh sáng chiếu từ phía bên kia “xuyên qua” đối tượng.
Trong phương pháp chụp ảnh truyền qua được đề cập trong luận án này, một nguồn sáng cường độ cao và đồng nhất trên diện tích rộng là cần thiết để chiếu sáng vùng mô sinh học cần chụp.3 Phương pháp chiếu sáng và thu nhận ảnh mạch máu bàn tay [37] Trên thế giới đã có thiết bị dạng này, sử dụng ánh sáng hồng ngoại gần nhưng không áp dụng kỹ thuật truyền qua mà chủ yếu là kỹ thuật phản xạ bề mặt. Hiện nay có khá nhiều hãng như (AccuVein, VeinLite,…) cho ra các sản phẩm và nhiều nhóm nghiên cứu thực hiện các nghiên cứu tương tự để phát triển các hệ thống chụp ảnh và chiếu ảnh máu đã qua bước xử lý ảnh lên tay người, nhằm hỗ trợ việc định vị, hỗ trợ tiêm tĩnh mạch và một số ứng dụng trong sinh trắc học. Nhưng kỹ thuật này hiện không được sử dụng rộng rãi, do giới hạn phân giải, “độ sâu quan sát” và ảnh thu được bị mờ. Nguyên nhân chính là do sự tán xạ mạnh mẽ của mô sinh học dẫn đến ảnh thu được bị mờ.
Trong các hình ảnh thu được, các cấu trúc sâu hơn bị mờ và không thể phân biệt với các cấu trúc nông và ít hấp thụ.4 mô tả một điển hình sử dụng thiết bị VeinViewer hiện có trên thị trường để chụp ảnh mạch máu ở tay người và chiếu lại hình ảnh đó trên bề mặt da.4 Hình ảnh điển hình cho thiết bị VeinViewer [38] Hình 1.5 mô tả “độ sâu quan sát” mạch máu của các phương pháp phổ biến hiện nay. Kỹ thuật siêu âm là sâu nhất hiện nay. Các thiết bị soi ven phổ biến quan sát được các mạch máu sâu khoảng 3,7 mm. Quan sát bằng mắt thường hoặc dụng cụ phân cực có thể quan sát mạch máu nông có độ sâu không quá 2,0 mm [41].5 “Độ sâu quan sát” mạch máu của các phương pháp phổ biến hiện nay [41] Hình 1.6 Mô tả ảnh chụp mạch máu bằng phương pháp truyền qua với ánh sáng hồng ngoại gần [32].
Đối tượng là một nam tình nguyện viên khỏe mạnh 24 tuổi.6 (a) là hình ảnh có thể nhìn thấy được của cẳng tay của đối tượng được quan sát dưới ánh sáng đèn thông thường.