Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng kết hợp tần số nâng cao chất lượng ảnh siêu âm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu vnu uet ứng dụng kỹ thuật kết hợp tần số nhằm nâng cao chất lượng ảnh siêu âm cắt lớp, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Đàm Đức Cường
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đức Tân
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Ứng dụng kỹ thuật kết hợp tần số nhằm nâng cao chất lượng ảnh siêu âm cắt lớp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH Y SINH
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: CODE MATLAB DBIM
• PHỤ LỤC 2: CODE MATLAB DBIM ĐỀ XUẤT

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thạc sĩ VNU UET ứng dụng kỹ thuật kết hợp tần số

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu về việc ứng dụng kỹ thuật kết hợp tần số nhằm nâng cao chất lượng ảnh siêu âm cắt lớp. Trong bối cảnh y học hiện đại, việc cải thiện chất lượng hình ảnh siêu âm là rất quan trọng để hỗ trợ chẩn đoán chính xác. Luận văn này không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp hiện có mà còn đề xuất những cải tiến mới trong lĩnh vực này.

1.1. Khái niệm về siêu âm cắt lớp và ứng dụng trong y tế

Siêu âm cắt lớp là một phương pháp hình ảnh y tế sử dụng sóng âm để tạo ra hình ảnh của các cơ quan bên trong cơ thể. Phương pháp này có ưu điểm là không gây hại cho bệnh nhân và có thể được sử dụng để phát hiện sớm nhiều loại bệnh, bao gồm cả ung thư.

1.2. Tầm quan trọng của chất lượng ảnh siêu âm

Chất lượng ảnh siêu âm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chẩn đoán của bác sĩ. Hình ảnh rõ nét và chi tiết giúp bác sĩ phát hiện và đánh giá tình trạng bệnh một cách chính xác hơn, từ đó đưa ra phương pháp điều trị hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong việc nâng cao chất lượng ảnh siêu âm

Mặc dù siêu âm là một phương pháp phổ biến trong chẩn đoán y tế, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc nâng cao chất lượng ảnh siêu âm. Các vấn đề như độ phân giải thấp, nhiễu và độ tương phản kém vẫn là những trở ngại lớn. Luận văn này sẽ phân tích các vấn đề này và đề xuất giải pháp.

2.1. Độ phân giải và độ tương phản trong ảnh siêu âm

Độ phân giải và độ tương phản là hai yếu tố quan trọng quyết định chất lượng ảnh siêu âm. Độ phân giải thấp có thể dẫn đến việc bỏ sót các chi tiết quan trọng trong hình ảnh, trong khi độ tương phản kém làm cho việc phân biệt giữa các mô trở nên khó khăn.

2.2. Nhiễu và ảnh hưởng của nó đến chất lượng ảnh

Nhiễu trong quá trình thu thập dữ liệu có thể làm giảm chất lượng ảnh siêu âm. Các nguồn nhiễu khác nhau, từ thiết bị đến môi trường, đều có thể ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng, gây khó khăn cho việc chẩn đoán.

III. Phương pháp cải tiến chất lượng ảnh siêu âm bằng kỹ thuật kết hợp tần số

Luận văn đề xuất phương pháp sử dụng kỹ thuật kết hợp tần số để cải thiện chất lượng ảnh siêu âm. Phương pháp này cho phép kết hợp thông tin từ nhiều tần số khác nhau, từ đó tạo ra hình ảnh có độ chi tiết cao hơn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp kết hợp tần số

Phương pháp kết hợp tần số dựa trên nguyên lý sử dụng nhiều tần số để thu thập thông tin từ các mô khác nhau. Điều này giúp cải thiện độ phân giải và độ tương phản của ảnh siêu âm, từ đó nâng cao khả năng chẩn đoán.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng kỹ thuật kết hợp tần số

Việc áp dụng kỹ thuật kết hợp tần số không chỉ giúp cải thiện chất lượng ảnh mà còn giảm thiểu thời gian thu thập dữ liệu. Điều này mang lại lợi ích lớn cho cả bác sĩ và bệnh nhân trong quá trình chẩn đoán và điều trị.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp kết hợp tần số mang lại những cải tiến đáng kể trong chất lượng ảnh siêu âm. Các thử nghiệm thực tế đã chứng minh rằng việc áp dụng phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán.

4.1. Đánh giá chất lượng ảnh sau khi áp dụng phương pháp

Các kết quả đánh giá cho thấy ảnh siêu âm thu được từ phương pháp kết hợp tần số có độ phân giải và độ tương phản tốt hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này cho phép bác sĩ dễ dàng phát hiện các bất thường trong cơ thể.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn y tế

Phương pháp này đã được áp dụng trong nhiều cơ sở y tế và nhận được phản hồi tích cực từ các bác sĩ. Việc cải thiện chất lượng ảnh siêu âm đã giúp nâng cao hiệu quả chẩn đoán và điều trị cho bệnh nhân.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ VNU UET đã chỉ ra rằng việc ứng dụng kỹ thuật kết hợp tần số có thể nâng cao đáng kể chất lượng ảnh siêu âm cắt lớp. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực hình ảnh y tế.

5.1. Tóm tắt những đóng góp của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đóng góp vào việc cải thiện chất lượng ảnh siêu âm, từ đó nâng cao khả năng chẩn đoán cho bác sĩ. Những kết quả đạt được sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng ảnh siêu âm. Việc kết hợp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo có thể là một hướng đi tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÀM ĐỨC CƢỜNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT KẾT HỢP TẦN SỐ NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH SIÊU ÂM CẮT LỚP LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TƢ̉ - VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÀM ĐỨC CƢỜNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT KẾT HỢP TẦN SỐ NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH SIÊU ÂM CẮT LỚP Ngành : Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử Mã số :60 52 02 03 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TƢ̉ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. TRẦN ĐỨC TÂN HÀ NỘI - 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thế kéo theo những hệ lụy là môi trƣờng bị hủy hoại, nhiều loại bệnh mới nguy hiểm hơn xuất hiện, ung thƣ là mô ̣t trong số căn bê ̣nh nguy hiể m mà nhân loa ̣i đang phải đố i mă ̣t. Ngày nay ung thƣ có thể đƣơ ̣c phát hiê ̣n sớm để điều trị nhờ các thiế t bi ̣chuẩ n đoán bê ̣nh bằ ng hin ̀ h ảnh. Siêu âm là mô ̣t phƣơng pháp đang đƣơ ̣c áp du ̣ng hiê ̣n nay với ƣu điể m nổ i trô ̣i là không đô ̣c hại, nhƣng nhƣ̃ng phƣơng pháp truyề n thố ng nhƣ B -mode vẫn còn nhiề u nhƣơ ̣c điể m về chấ t lƣơ ̣ng ảnh chuẩ n đoán.

Gầ n đây phƣơng pháp ta ̣o ảnh cắ t lớp bắ t đầ u đƣơ ̣c quan tâm do sƣ̣ phát triể n mạnh về phần mềm và phần cứng , nhƣng phƣơng pháp này mặc dù đã hơn phƣơng pháp B-Mode về chất lƣợng nhƣng chƣa có nhiề u ƣ́ng du ̣ng trong thƣơng ma ̣i do chất lƣợng ảnh vẫn chƣa thực sự tốt. Tạo ảnh siêu âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc dựa trên hai nguyên lý hoạt động là lặp Born (Born Iterative Method – BIM) và lặp vi phân Born (Distorted Born Iterative Method – DBIM) là hai phƣơng pháp đƣợc cho là tốt nhất hiện nay cho tạo ảnh tán xạ. Trong đó lă ̣p vi phân Born có ƣu điể m là tố c đô ̣ h ội tụ nhanh là phƣơng pháp tác giả lựa chọn để cải tiến. Luâ ̣n văn này đề xuấ t phƣơng pháp sƣ̉ du ̣ng 2 tần số trong khôi phục ảnh.

Các kết quả đánh giá cho thấy phƣơng pháp đề xuất cho kết quả tốt và tác giả đã tối ƣu đƣợc việc kết hợp 2 tần số sao cho ảnh có chất lƣợng tốt hơn so với chỉ sử dụng một tần số. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Luâ ̣n văn này là kế t quả làm viê ̣c chăm chỉ cũng nhƣ nhƣ̃ng ý kiế n đóng góp ,chỉ dẫnnhiệt tìnhcủa thầy hƣớng dẫn , TS. Đƣợc làm việc cùng thầy, với đƣ́c tin ́ h của mô ̣t nhà giáo , nhà nghiên cứu trẻ , thầ y là hin ̀ h mẫu mà tôi noi theo trong công viê ̣c nghiên cƣ́u để hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gƣ̉i lời cảm ơn đế n các thầ y , cô và bạn bè trong lớp K 18ĐTVT, Khoa Điê ̣n Tƣ̉ – Viễn Thông, Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Công Nghê ,̣ Đa ̣i Ho ̣c Quố c Gia Hà Nô ̣i đã có nhƣ̃ng nhâ ̣n xét, góp ý cho luận văn này của tôi.

Tôi cũng chân thành cám ơn sự hỗ trợ một phần từ đề tài cấp Trƣờng ĐHCN (CN.08) Cuố i cùng tôi xin gƣ̉i lời cảm ơn đế n gia đình tôi , cơ quan tôi, nhƣ̃ng ngƣời đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu. Gia đình là đô ̣ng lƣ̣c cho tôi vƣơ ̣t qua nhƣ̃ng thƣ̉ thách, luôn luôn ủng hô ̣ và đô ̣ng viên tôi hoàn thành luâ ̣n văn này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luâ ̣n văn này là s ản phẩm của quá trinh nghiên cứu, tìm hiểu của cá nhân dƣới sự hƣớng dẫn và chỉ bảo của các thầy hƣớng dẫn , thầ y cô trong bô ̣ môn, trong khoa và các bạn bè. Tôi không sao chép các tài liệu hay các công trình nghiên cứu của ngƣời khác để làm luận văn này.

Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm. Đàm Đức Cƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 ̣ VÀ CHƢ̃ VIẾT TẮT .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIÊU DANH MỤC CÁC BẢNG .2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. TỔNG QUAN Về ảNH Y SINH. TỔ CHỨC LUẬN VĂN.16 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG.

LặP VI PHÂN BORN (DBIM). BÀI TOÁN NGƢỢC. CHỉ Số PHổ QUÁT CHO CHấT LƢợNG ảNH.21 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐỀ XUẤ T. TÌM GIÁ TRỊ X TỐI ƢU.25 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ .41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 PHỤ LỤC 1: CODE MATLAB DBIM .44 PHỤ LỤC 2: CODE MATLAB DBIM ĐỀ XUẤT .51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHƢ̃ VIẾT TẮT Ký Hiệu Đơn vi ̣ Ý nghĩa BIM Born Iterative Method/Phƣơng pháp lặp Born DBIM Distorted Born Iterative Method/Phƣơng - pháp Lặp vi phân Born 𝑁𝑡 Số lƣơ ̣ng máy phát 𝑁𝑟 Số lƣơ ̣ng máy thu 𝑕 mm Là kích thƣớc của một ô (pixel) N Số lƣơ ̣ng ô (pixel) theo chiề u do ̣c/ngang 𝑐0 (𝑟) m/s Vâ ̣n tố c truyề n sóng trong môi trƣờng chuẩ n 𝑐1 (𝑟) m/s Vâ ̣n tố c truyề n sóng trong đố i tƣơ ̣ng 𝑂(𝑟) (𝑟𝑎𝑑/𝑚)2 Hàm mục tiêu 𝑝𝑖𝑛𝑐 (𝑟) Pa Sóng tới (tín hiệu tới) 𝑝(𝑟) Pa Tín hiệu tổng 𝑝 𝑠𝑐 (𝑟) Pa Tín hiệu tán xạ 𝑘0 rad/m Số sóng 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Sai số ứng với từng giá trị của x sau tổ ng số bƣớc lă ̣p là 8 .2: Sai số ứng với từng giá trị của x sau tổ ng số bƣớc lă ̣p là 8 .3: Sai số ứng với từng giá trị của x sau tổ ng số bƣớc lă ̣p là 8 .4: Sai số ứng với từng giá trị của x sau tổ ng số bƣớc lă ̣p là 8 .1: Sai số err thực hiện ở f1 qua tƣ̀ng bƣớc lă ̣p (N = 22) .2: Sai số err thực hiện ở f2 qua tƣ̀ng bƣớc lă ̣p (N = 22) .3: Sai số err thực hiện kết hợp 2 tần số DF - DBIM (N = 22) .4: Tham số Q thực hiện ở f1 qua tƣ̀ng bƣớc lă ̣p (N = 22) .5: Tham số Q thực hiện ở f2 qua tƣ̀ng bƣớc lă ̣p (N = 22) .6: Tham số Q khi thực hiện DF - DBIM (N = 22) .32 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Minh họa nguyên lý máy CT.

Sơ đồ nguyên lý siêu âm .1: Cấ u hiǹ h hê ̣ đo .1: Sai số qua các bƣớc lặp (máy phát = 44, máy thu = 22) .2: Sai số qua các bƣớc lặp (máy phát = 15, máy thu = 7) .3: Sai số qua các bƣớc lặp (máy phát = 22, máy thu = 11) .4: Sai số qua các bƣớc lặp (máy phát = 27, máy thu = 14) .1: Hàm mục tiêu lý tƣởng (N = 22) .2: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 1 (N = 22) .3: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 2 (N = 22) .4: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 5 (N = 22) .5: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 6 (N = 22) .6: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 7 (N = 22) .7: Kế t quả khôi phu ̣c sau bƣớc lă ̣p thƣ́ 8 (N = 22) .8: Đồ thị so sánh err của DF – DBIM và DBIM (N = 22) .9: Mặt cắt thẳng đứng đi qua trung tâm của hàm mục tiêu khôi phục.39 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1. Tổ ng quan về ảnh y sinh Có các loại phƣơng pháp chuẩn đoán bệnh bằng hình ảnh phổ biến trong Y - Sinh nhƣ chu ̣p X quang , chụp CT (Computed Tomography ), chụp cộng hƣởng từ (magnetic resonance imaging), Siêu âm (ultrasound). Chụp cắt lớp CT CT là từ viết tắt của Computed Tomography. Tomography đƣợc tạo từ hai từ trong tiếng Hy Lạp : tomo nghĩa là lát, miếng và graphy là mô tả.

Vậy có thể hiểu CT là “chụp ảnh các lát cắt bằng tính toán”, CT có khả năng tạo hình ảnh “xuyên qua” cơ thể bệnh nhân. CT còn có tên gọi khác là CAT (Computed axial tomography). Sơ lƣợc nguyên lý: Bạn đã đi chụp X-quang bao giờ chƣa? Các kỹ thuật viên bắt bạn đứng giữa một máy phát tia X và một tấm phim. Sau khi chụp bạn sẽ thấy trên phim kết quả có những vùng đậm nhạt khác nhau mô tả các cơ quan trong cơ thể bạn.

Tia X có bản chất giống với ánh sáng bạn thấy hàng ngày – đều là sóng điện từ nhƣng có bƣớc sóng rất nhỏ, năng lƣợng lớn nên có khả năng đâm xuyên rất mạnh. Khi tia X đi qua cơ thể bạn, nó sẽ bị các cơ quan trong cơ thể hấp thụ một phần. Năng lƣợng tia X giảm tuân theo định luật Beer : I =𝐼0 exp(-μx) (1.1) Trong đó 𝐼0 , I: năng lƣợng tia X lúc đầu và sau. μ : hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu, đặc trƣng cho khả năng làm suy giảm năng lƣợng tia X của vật chất.

x : quãng đƣờng tia X đi qua Các cơ quan khác nhau hấp thụ tia X khác nhau. Vì vậy chùm tia X khi đi ra khỏi cơ thể sẽ gồm các tia có năng lƣợng khác nhau, mức độ tác động lên phim khác nhau nên trên phim sẽ có các vùng sáng tối mô tả các cơ quan bên trong cơ thể bạn. CT cũng dùng tia X nhƣng có nhiểu điểm khác biệt và phức tạp hơn X-quang thông thƣờng. Một chùm tia X đƣợc sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể bạn.

Ở phía bên kia, thay vì đặt một tấm phim, ngƣời ta dùng các máy thu (Máy thu) để ghi lại tín hiệu này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh bạn nhƣng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] mặt phẳng để lấy dữ liệu về lát cắt này. Toàn bộ những dữ liệu này gọi là dữ liệu thô (raw data). Chúng ta không thể hiều đƣợc các dữ liệu này.

Vì vậy phải dùng tới các phƣơng pháp toán học để biến đổi các dữ liệu thô thành hình ảnh. Các thuật toán thƣờng dùng biến đổi là : filtered back-projection (với bộ lọc Laks hay Sheep-Logan) hoặc expectation-maximization (EM).