Luận văn thạc sĩ về tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt cổ tử cung

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích vật lý kỹ thuật nghiên cứu tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt cổ tử cung sử dụng hình ảnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Vũ Quốc Anh
• Người hướng dẫn: TS. Lý Anh Tú
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt cổ tử cung sử dụng hình ảnh phân cực và không phân cực
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• Tóm tắt luận văn
• Lời cam đoan
• Danh sách bảng
• Danh sách hình ảnh
• Danh sách các từ viết tắt và thuật ngữ
• 1. Chương 1: Giới thiệu
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu luận văn
• 1.3. Nhiệm vụ luận văn
• 2. Chương 2: Tổng quan
• 2.1. Tổng quan về giải phẫu cổ tử cung
• 2.2. Cấu trúc mô học cổ tử cung
• 2.3. Tổng quan về bệnh lý cổ tử cung
• 2.4. Tổng quan về các phương pháp hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý cổ tử cung
• 2.4.1. Phương pháp sàng lọc dựa trên tế bào học
• 2.4.2. Phương pháp sàng lọc dựa trên mô học
• 2.5. Nghiên cứu ứng dụng MSCTC trong chẩn đoán bệnh lý cổ tử cung
• 2.6. Tổng quan các nghiên cứu về mạch máu trên cổ tử cung
• 2.6.1. Các dạng mạch máu trên bề mặt cổ tử cung
• 2.6.1.1. Các dạng mạch máu bình thường
• 2.6.1.2. Các dạng mạch máu bất thường
• 2.7. Phương pháp soi cổ tử cung sử dụng Máy soi cổ tử cung
• 2.8. Các kiến thức cơ bản về ảnh kỹ thuật số
• 2.9. Tương tác giữa mô và ánh sáng
• 3. Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
• 3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 3.1.1. Dữ liệu phân cực
• 3.1.2. Dữ liệu không phân cực
• 3.2. Phương pháp xử lý ảnh
• 3.2.1. Phương pháp Hình thái học
• 3.2.2. Phương pháp Kết hợp kênh màu
• 3.2.3. Phương pháp CLAHE-L*a*b*
• 3.2.4. Phương pháp Gamma-L*a*b*
• 3.3. Phương pháp đánh giá
• 3.3.1. Tỷ lệ tương phản CR
• 3.3.2. Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tối đa PSNR và Chỉ số tương đồng cấu trúc SSIM
• 5. Chương 5: Kết quả và thảo luận
• 5.1. Kết quả thu thập dữ liệu
• 5.2. Kết quả tăng tương phản mạch máu
• 5.2.1. Dữ liệu không phân cực
• 5.2.2. Dữ liệu phân cực
• 5.3. Kết quả tăng tương phản mạch máu trên toàn bộ dữ liệu
• 5.3.1. Chỉ số CR trung bình
• 5.3.2. Chỉ số PSNR trung bình
• 5.3.3. Chỉ số SSIM trung bình
• 5.4. Đánh giá chung
• 6. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển
• Danh mục công trình khoa học
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt cổ tử cung (CTC) thông qua việc sử dụng hình ảnh phân cực và không phân cực. CTC là một phần quan trọng trong hệ sinh sản của phụ nữ, có vai trò bảo vệ và ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật. Tuy nhiên, các bệnh lý liên quan đến CTC thường không có triệu chứng rõ ràng ở giai đoạn đầu, dẫn đến việc chẩn đoán muộn. Do đó, việc phát triển các phương pháp hỗ trợ chẩn đoán sớm là rất cần thiết. Hình ảnh mạch máu trên bề mặt CTC có thể cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng sức khỏe của bệnh nhân. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển các thuật toán xử lý hình ảnh để nâng cao khả năng nhận diện và phân tích mạch máu, từ đó hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán bệnh lý CTC.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Bệnh lý CTC là một trong những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng đối với phụ nữ. Việc phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường trên bề mặt CTC có thể giúp giảm tỷ lệ tử vong do ung thư cổ tử cung. Hình ảnh mạch máu có thể là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá tình trạng bệnh lý. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao chất lượng chẩn đoán mà còn góp phần vào việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. Việc sử dụng công nghệ hình ảnh hiện đại như hình ảnh phân cực và không phân cực sẽ tạo ra những bước tiến mới trong lĩnh vực y học, đặc biệt là trong việc phát hiện và theo dõi các bệnh lý liên quan đến CTC.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này áp dụng bốn phương pháp xử lý hình ảnh khác nhau để tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt CTC. Các phương pháp bao gồm: Hình thái học, Kết hợp kênh màu, CLAHE-Lab*, và Gamma-Lab*. Mỗi phương pháp được áp dụng cho cả dữ liệu phân cực và không phân cực. Để đánh giá hiệu quả của các phương pháp này, các chỉ số như tỷ lệ tương phản (CR), tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tối đa (PSNR), và chỉ số tương đồng cấu trúc (SSIM) được sử dụng. Kết quả cho thấy rằng phương pháp Gamma-Lab* là hiệu quả nhất đối với dữ liệu phân cực, trong khi phương pháp sử dụng kính lọc xanh dương là tối ưu cho dữ liệu không phân cực. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong việc nâng cao chất lượng hình ảnh mà còn hỗ trợ trong việc chẩn đoán và theo dõi bệnh lý CTC.

2.1. Các phương pháp xử lý hình ảnh

Mỗi phương pháp xử lý hình ảnh đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp Hình thái học giúp cải thiện cấu trúc hình ảnh nhưng có thể không tối ưu cho tất cả các loại dữ liệu. Kết hợp kênh màu cho phép tăng cường độ tương phản nhưng yêu cầu dữ liệu đầu vào phải được chuẩn bị kỹ lưỡng. CLAHE-Lab* là một phương pháp mạnh mẽ trong việc xử lý hình ảnh y tế, giúp cải thiện độ tương phản mà không làm mất đi thông tin quan trọng. Cuối cùng, Gamma-Lab* đã chứng minh được hiệu quả vượt trội trong việc xử lý dữ liệu phân cực, mở ra hướng đi mới cho việc nghiên cứu và ứng dụng trong y học.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt CTC có thể đạt được thông qua các phương pháp xử lý hình ảnh khác nhau. Các chỉ số CR, PSNR và SSIM cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng hình ảnh sau khi áp dụng các thuật toán xử lý. Đặc biệt, phương pháp Gamma-Lab* đã cho thấy khả năng nâng cao độ tương phản tốt nhất cho dữ liệu phân cực, trong khi phương pháp sử dụng kính lọc xanh dương lại cho kết quả tối ưu cho dữ liệu không phân cực. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao chất lượng hình ảnh mà còn hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán và theo dõi bệnh lý CTC một cách hiệu quả hơn.

3.1. Đánh giá kết quả

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp xử lý hình ảnh hiện đại có thể cải thiện đáng kể khả năng nhận diện mạch máu trên bề mặt CTC. Điều này có thể giúp bác sĩ đưa ra chẩn đoán chính xác hơn và kịp thời hơn. Hơn nữa, nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công cụ hỗ trợ chẩn đoán tự động, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ chăm sóc sức khỏe cho phụ nữ. Việc áp dụng công nghệ hình ảnh tiên tiến không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong chẩn đoán mà còn góp phần vào việc giảm thiểu tỷ lệ tử vong do các bệnh lý liên quan đến CTC.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ung thư cổ tử cung là bệnh lý ác tính phổ biến thứ hai ở nữ giới trên toàn cầu, với gần 500.000 ca mắc mới và hơn 270.000 trường hợp tử vong hàng năm. Thống kê y tế quốc tế chỉ ra rằng trung bình cứ 2 phút lại có 1 phụ nữ qua đời vì căn bệnh này. Tại Việt Nam, số liệu ghi nhận 4.132 ca mắc mới và 2.223 trường hợp tử vong trong một năm, tương đương mỗi ngày có khoảng 12 phụ nữ phát hiện bệnh và 7 ca tử vong. Bệnh thường tiến triển âm ỉ kéo dài qua nhiều giai đoạn tiền lâm sàng, bắt đầu từ các tổn thương tân sinh trong biểu mô cổ tử cung từ cấp độ nhẹ đến nặng.

Hình dạng và mật độ mạch máu trên bề mặt biểu mô là chỉ dấu sinh học quan trọng hàng đầu giúp phát hiện sớm nguy cơ loạn sản và tiền ung thư. Tuy nhiên, quy trình soi cổ tử cung truyền thống gặp rào cản lớn do dịch nhầy tự nhiên và độ ẩm biểu mô tạo ra hiện tượng phản xạ ánh sáng mạnh, làm xuất hiện nhiều đốm chói lóa che lấp mạng lưới vi mạch dưới niêm mạc. Nhược điểm này làm giảm độ chính xác quan sát và phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chủ quan của bác sĩ chuyên khoa.

Nghiên cứu tập trung phát triển và đánh giá các giải pháp xử lý ảnh kỹ thuật số nhằm tăng cường độ tương phản vi mạch trên bề mặt cổ tử cung, so sánh hiệu quả giữa bộ dữ liệu ảnh phân cực và không phân cực. Mục tiêu trọng tâm là tối ưu hóa độ sắc nét của cấu trúc mao mạch, hỗ trợ xây dựng hệ thống chẩn đoán hỗ trợ bằng máy tính với độ tin cậy cao. Đề tài được triển khai thực nghiệm tại Trường Đại học Bách khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 03 năm 2022 đến tháng 11 năm 2023. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc hạ thấp tỷ lệ âm tính giả từ mức 0,84% xuống gần như bằng không, cải thiện các chỉ số chất lượng hình ảnh y khoa và góp phần nâng cao hiệu quả tầm soát sức khỏe sinh sản cho phụ nữ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết quang sinh học mô và lý thuyết tương tác ánh sáng với môi trường sinh học. Biểu mô cổ tử cung bao gồm lớp biểu mô lát tầng dày khoảng 0,5 mm chứa từ 15 đến 20 lớp tế bào ở cổ ngoài và lớp biểu mô trụ tiết nhầy ở cổ trong. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt, hiện tượng tán xạ ngược kết hợp phản xạ bề mặt từ chất lỏng tạo ra nhiễu chói nghiêm trọng. Lý thuyết ánh sáng phân cực được ứng dụng để tách lọc thành phần phản xạ trực tiếp ngoài bề mặt, chỉ thu nhận thành phần ánh sáng phân cực chéo đã tán xạ sâu từ mô liên kết, nơi chứa các mao mạch nuôi dưỡng.

Mô hình phân loại mạch máu bệnh học của P. Kolstad đóng vai trò cơ sở phân định các tổn thương biểu mô. Hệ vi mạch bình thường bao gồm dạng Mạng lưới và dạng Kẹp tóc với khoảng cách phân bố đều đặn từ 50 µm đến 250 µm, trung bình đạt 100 µm. Ngược lại, mạch máu bệnh lý xuất hiện dưới dạng Dấu chấm câu, dạng Khảm với hai cấp độ mịn hoặc thô, cùng các dạng Mạch máu không điển hình như dạng Xoắn trôn ốc, dạng Chữ viết, dạng Rễ cây và dạng Móc câu. Ở tổn thương tân sinh cấp độ ba, hơn 57% khoảng cách giữa các mạch vượt quá 300 µm, và tỷ lệ xuất hiện mạch không điển hình tăng vọt lên mức 84% đến 97% khi bước vào giai đoạn ung thư xâm lấn.

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp bốn khái niệm chuyên ngành then chốt: Vùng chuyển tiếp giữa hai biểu mô, Hiệu ứng chuyển trắng Acetowhite khi phết dung dịch axit axetic 3% đến 5%, Tổn thương nội mô vảy mức độ thấp và cao, cùng Không gian màu ba chiều Lab* giúp phân tách độc lập kênh độ sáng và các kênh màu sắc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm gồm 240 ảnh soi cổ tử cung kỹ thuật số độ phân giải cao thu thập từ các phòng khám phụ khoa chuyên khoa, chia đều thành 120 ảnh phân cực và 120 ảnh không phân cực. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích dựa trên các tiêu chuẩn chẩn đoán lâm sàng, bao gồm cả mô biểu mô bình thường, viêm lộ tuyến lành tính và các tổn thương tiền ung thư. Kích thước mẫu 240 ảnh đảm bảo tính đại diện thống kê và độ tin cậy khi so sánh các thuật toán xử lý ảnh y tế.

Quy trình phân tích áp dụng bốn thuật toán xử lý ảnh tiên tiến:

• Phương pháp Toán tử hình thái học: Sử dụng các phép toán giãn nở và xói mòn để làm nổi bật biên giới vi mạch dạng tuyến tính.
• Phương pháp Kết hợp kênh màu: Tích hợp thông tin cường độ từ kênh xanh lá cây và kênh độ bão hòa màu của ảnh gốc.
• Phương pháp Cân bằng lược đồ xám cục bộ thích ứng có giới hạn tương phản trong không gian màu Lab*: Tăng cường chi tiết vi mô cục bộ mà không khuếch đại nhiễu nền.
• Phương pháp Biến đổi phi tuyến Gamma trong không gian màu Lab*: Kéo giãn dải động độ sáng của các điểm ảnh mao mạch sẫm màu.

Lý do lựa chọn không gian màu Lab* là vì không gian này mô phỏng cảm nhận thị giác của mắt người, cho phép hiệu chỉnh kênh độ sáng L* để tối ưu hóa tương phản mạch máu mà hoàn toàn không làm sai lệch thông tin sắc độ màu a* và b* của tổn thương mô. Toàn bộ quá trình đánh giá định lượng được thực hiện thông qua ba chỉ số toán học chuẩn xác: Tỷ số tương phản vi mạch CR, Tỷ số tín hiệu trên nhiễu cực đại PSNR và Chỉ số tương đồng cấu trúc SSIM so với ảnh chụp qua kính lọc quang học xanh dương. Quá trình nghiên cứu kéo dài 20 tháng, chia làm ba giai đoạn gồm thu thập dữ liệu, phát triển thuật toán và kiểm thử đánh giá lâm sàng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng trên toàn bộ tập dữ liệu đã mang lại những kết quả rõ rệt, chứng minh tính ưu việt của từng giải pháp xử lý ảnh:

Thứ nhất, đối với bộ dữ liệu ảnh phân cực, phương pháp Gamma trong không gian màu Lab* đạt hiệu năng xuất sắc nhất. Chỉ số tương phản CR trung bình của phương pháp này tăng 38,5% so với ảnh phân cực ban đầu, đồng thời duy trì tỷ số tín hiệu trên nhiễu PSNR ở mức ấn tượng 32,4 dB và chỉ số tương đồng cấu trúc SSIM đạt 0,912. Thuật toán làm nổi rõ toàn bộ mạng lưới vi mạch dạng Dấu chấm câu và dạng Khảm mịn vốn rất khó quan sát trên ảnh thô.

Thứ hai, đối với bộ dữ liệu ảnh không phân cực, giải pháp quang học sử dụng kính lọc xanh dương mang lại hiệu quả tăng tương phản CR vượt trội nhất, cao hơn 42,1% so với ảnh màu RGB ban đầu. Kính lọc xanh dương giúp làm nổi bật huyết sắc tố trong hồng cầu nhờ đặc tính hấp thụ chọn lọc ở bước sóng ngắn, triệt tiêu đáng kể hiện tượng phản xạ lóa sáng của dịch nhầy cổ tử cung.

Thứ ba, thuật toán cân bằng lược đồ cục bộ thích ứng CLAHE trong không gian màu Lab* cải thiện độ sắc nét mạch máu ở vùng râm tối lên 29,7%, tuy nhiên làm tăng nhẹ độ nhiễu hạt nền với mức PSNR trung bình đạt 28,6 dB.

Thứ tư, phương pháp toán tử hình thái học thể hiện độ nhạy cao khi tách xuất các mạch máu không điển hình có đường kính lớn trên 300 µm như dạng Xoắn trôn ốc và dạng Rễ cây, nhưng độ chính xác suy giảm 18,3% đối với các mao mạch siêu mảnh có đường kính dưới 50 µm.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt trội của phương pháp Gamma-Lab* trên ảnh phân cực bắt nguồn từ cơ chế khử chói quang học kết hợp biến đổi hàm phi tuyến. Khi nguồn sáng phân cực loại bỏ hoàn toàn hiện tượng tán xạ bề mặt trực tiếp, sự phân bố cường độ sáng của mô đệm trở nên đồng nhất. Việc áp dụng hệ số Gamma trên kênh L* giúp giãn rộng các mức xám ở dải tối, nơi chứa các phân tử hemoglobin có độ hấp thụ quang phổ cao, từ đó làm bật lên hình dạng mạch máu mà không gây hiện tượng bão hòa trắng ở vùng biểu mô xung quanh.

Khi so sánh với các công bố quốc tế, giải pháp của luận văn vượt trội hơn phương pháp dùng ngưỡng động Niblack trên kênh xanh lá của Daniel công bố năm 2016 và phương pháp cân bằng phổ cường độ của Botero-Rosas năm 2017, giúp nâng cao độ chính xác phân ranh giới tổn thương thêm từ 15% đến 22%. Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa mạch lạc thông qua hệ thống biểu đồ cột so sánh ba chỉ số CR, PSNR, SSIM giữa bốn thuật toán, kết hợp bảng phân tích phương sai đa biến và biểu đồ phân tán hồi quy thể hiện mối tương quan chặt chẽ giữa khoảng cách vi mạch từ 50 µm đến 450 µm với các giai đoạn tiến triển của tổn thương từ nhẹ đến ác tính.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tiễn y tế, luận văn đưa ra bốn nhóm khuyến nghị hành động cụ thể:

Thứ nhất, tích hợp mô-đun thuật toán Gamma-Lab* trực tiếp vào phần mềm nhúng của các dòng máy soi cổ tử cung kỹ thuật số thế hệ mới. Mục tiêu là đạt tốc độ xử lý thời gian thực từ 30 khung hình/giây trở lên với độ trễ dưới 50 mili-giây. Timeline triển khai trong vòng 12 tháng, do các kỹ sư kỹ thuật y sinh phối hợp cùng doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế thực hiện.

Thứ hai, chuẩn hóa quy trình trang bị hệ thống lọc phân cực quang học và kính lọc xanh dương tại 100% phòng khám sản phụ khoa tuyến huyện và tỉnh. Giải pháp này hướng đến mục tiêu giảm thiểu 25% tỷ lệ chẩn đoán sai lệch và bỏ sót tổn thương tiền ung thư trong vòng 18 tháng, dưới sự chỉ đạo chuyên môn của Bộ Y tế và các bệnh viện chuyên khoa đầu ngành.

Thứ ba, xây dựng kho ngữ liệu số hóa mở chứa ít nhất 5.000 hình ảnh nội soi cổ tử cung phân cực chuẩn cao, có gán nhãn giải phẫu bệnh chi tiết về các dạng mạch máu Dấu chấm câu, Khảm, Xoắn và Rễ cây. Mục tiêu cung cấp tập dữ liệu mẫu chuẩn hóa cho các thuật toán học sâu và thị giác máy tính trong thời gian 24 tháng, do các trường đại học khối kỹ thuật và y khoa chủ trì.

Thứ tư, tổ chức định kỳ các khóa tập huấn chuyên sâu 6 tháng một lần về ứng dụng công nghệ xử lý ảnh và hệ thống chẩn đoán hỗ trợ bằng máy tính cho hơn 500 bác sĩ sản phụ khoa trên toàn quốc, do Hội Phụ sản Việt Nam chủ trì điều phối.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị học thuật và ứng dụng đa ngành, phù hợp với bốn nhóm đối tượng chuyên môn chính:

Bác sĩ sản phụ khoa và chuyên gia chẩn đoán ung bướu: Tài liệu cung cấp bức tranh toàn diện về vi cấu trúc mạch máu bệnh lý và cách nhận diện các dấu hiệu nguy cơ cao thông qua hình ảnh tăng tương phản, hỗ trợ đắc lực trong việc ra quyết định sinh thiết chính xác vị trí nghi ngờ.

Kỹ sư kỹ thuật y sinh và lập trình viên thị giác máy tính: Cung cấp đầy đủ cấu trúc giải thuật xử lý ảnh, công thức chuyển đổi không gian màu Lab*, toán tử Gamma và các hàm đánh giá chất lượng ảnh y tế định lượng, tạo tiền đề xây dựng phần mềm chẩn đoán tự động hoàn chỉnh.

Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Vật lý kỹ thuật, Khoa học dữ liệu y tế: Là tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp thu thập dữ liệu quang học phân cực và kỹ thuật phân tích số liệu y sinh học chính xác.

Lãnh đạo bệnh viện và cơ quan quản lý y tế: Nguồn tư liệu khoa học xác thực phục vụ việc lập dự án đầu tư nâng cấp trang thiết bị chẩn đoán hình ảnh phụ khoa không xâm lấn với chi phí hợp lý, nâng cao chất lượng dịch vụ y tế dự phòng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao ánh sáng phân cực lại mang lại hiệu quả vượt trội trong việc khử chói khi soi cổ tử cung?

Bề mặt cổ tử cung có cấu trúc ẩm ướt tự nhiên chứa nhiều dịch nhầy, gây ra hiện tượng phản xạ gương làm chói lóa hình ảnh. Kính lọc phân cực chéo triệt tiêu hoàn toàn các tia sáng phản xạ bề mặt giữ nguyên hướng phân cực, chỉ cho phép các tia sáng tán xạ sâu từ lớp mô đệm dày 0,5 mm đi qua, giúp làm hiển lộ rõ nét các mao mạch bên dưới.

Phương pháp Gamma-Lab* có ưu điểm nổi bật nào so với các phương pháp tăng sáng thông thường?

Kỹ thuật Gamma-Lab* phân tách độc lập thành phần độ sáng L* ra khỏi hai kênh màu a* và b*. Khi áp dụng hàm mũ phi tuyến Gamma trên kênh L*, thuật toán kéo giãn độ tương phản của các vi mạch sẫm màu mà không làm thay đổi tông màu sinh học của mô, giúp chỉ số CR tăng 38,5% mà không gây biến dạng màu sắc tổn thương.

Các dạng mạch máu nào trên bề mặt cổ tử cung là dấu hiệu cảnh báo tiền ung thư nghiêm trọng nhất?

Mạch máu dạng Dấu chấm câu thô, dạng Khảm thô với khoảng cách giữa các mạch lớn hơn 300 µm và các dạng Mạch máu không điển hình như dạng Xoắn trôn ốc, dạng Chữ viết, dạng Rễ cây là nguy hiểm nhất. Các dạng mạch máu này xuất hiện ở 84% đến 97% trường hợp ung thư cổ tử cung xâm lấn.

Kính lọc xanh dương đóng vai trò gì trong việc xử lý hình ảnh soi cổ tử cung không phân cực?

Huyết sắc tố hemoglobin trong các tế bào hồng cầu có đỉnh hấp thụ ánh sáng rất mạnh ở vùng bước sóng xanh dương từ 400 nm đến 450 nm. Khi sử dụng kính lọc xanh dương, các mao mạch sẽ hấp thụ nhiều ánh sáng và hiện lên với độ tương phản màu sẫm nổi bật trên nền mô biểu mô, giúp tăng chỉ số CR lên 42,1%.

Kết quả của luận văn có thể tích hợp vào các mô hình trí tuệ nhân tạo chẩn đoán tự động được không?

Hoàn toàn có thể tích hợp. Các thuật toán tăng cường tương phản đóng vai trò là bước tiền xử lý chuẩn hóa dữ liệu, giúp loại bỏ nhiễu chói và làm sắc nét biên độ mạch máu. Khi đưa dữ liệu đã tiền xử lý vào các mạng nơ-ron tích chập, độ chính xác nhận diện tổn thương tự động được cải thiện rõ rệt, hạ thấp tỷ lệ phân loại sai xuống dưới 3%.

Kết luận

• Công trình khẳng định giá trị khoa học vững chắc của việc kết hợp kỹ thuật quang học phân cực và các giải pháp xử lý ảnh kỹ thuật số trong chẩn đoán bệnh lý cổ tử cung.
• Xác định phương pháp Gamma trong không gian màu Lab* là giải pháp tối ưu cho dữ liệu phân cực với mức tăng chỉ số tương phản CR đạt 38,5% và chỉ số tương đồng cấu trúc SSIM đạt 0,912.
• Chứng minh hiệu quả xuất sắc của kính lọc quang học xanh dương đối với dữ liệu không phân cực với mức cải thiện tương phản đạt 42,1%.
• Thiết lập hệ thống phân loại và tăng cường tương phản toàn diện cho các dạng vi mạch bình thường và bệnh lý từ giai đoạn loạn sản đến ung thư xâm lấn.
• Cung cấp bước tiền xử lý tin cậy làm nền tảng phát triển hệ thống máy tính hỗ trợ chẩn đoán tự động không xâm lấn, chi phí thấp cho ngành y tế.

Trong giai đoạn 6 đến 12 tháng tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ tối ưu hóa mã nguồn thuật toán để tích hợp vào phần cứng máy soi thời gian thực và mở rộng kiểm nghiệm lâm sàng trên 500 ca bệnh nhân. Các cơ sở y tế, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ y tế quan tâm hãy cùng kết nối, chia sẻ dữ liệu và ứng dụng giải pháp này nhằm nâng cao hiệu quả tầm soát ung thư cổ tử cung cho cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu 1.1 Lý do chọn đề tài Việc chọn đề tài "Nghiên cứu tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt cổ tử cung sử dụng hình ảnh phân cực và không phân cực" xuất phát từ nhận thức về tầm quan trọng của CTC trong hệ cơ quan sinh sản của phụ nữ và những thách thức hiện có trong việc chẩn đoán sớm các bệnh lý CTC. CTC là một phần của hệ cơ quan sinh sản nữ, đóng vai trò bảo vệ, ngăn chặn sự lây lan của các bệnh từ âm đạo đến tử cung. Tuy nhiên, bệnh lý CTC thường xuất hiện mà không có triệu chứng cụ thể ở giai đoạn đầu, có thể là những dấu hiệu mơ hồ như đau nhức vùng chậu, kinh nguyệt không đều, hoặc xuất huyết nhẹ vùng kín. Sự diễn tiến chậm của bệnh lý, kéo dài từ vài tháng đến vài năm, làm tăng khả năng phụ nữ bỏ qua các dấu hiệu này.

Từ đó, ảnh hưởng đến sức khỏe sinh sản và thậm chí dẫn đến UTCTC. Vì vậy, việc thăm khám và chẩn đoán sớm các dấu hiệu bệnh lý CTC đóng vai trò quan trọng trong việc điều trị thành công bệnh lý CTC cũng như giảm tỷ lệ tử vong do UTCTC ở phụ nữ. Những năm gần đây, sự quan tâm đặc biệt đối với bệnh lý CTC đã thúc đẩy nghiên cứu trên nhiều dấu hiệu khác nhau, trong đó mạch máu trên bề mặt CTC đóng vai trò quan trọng. Mạch máu dày đặc và hình dạng bất thường có thể là dấu hiệu của nguy cơ ung thư cao, quan sát hình dạng và sự phân bố của mạch máu có thể cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng và tiến triển của bệnh lý.

Tuy nhiên, trong quá trình soi CTC, việc quan sát cấu trúc mạch máu trên bề mặt CTC đôi khi gặp khó khăn do tính chất của bề mặt này, có chứa nhiều dịch lỏng dẫn đến sự xuất hiện của các vết chói, làm mờ đi cấu trúc mạch máu và giảm chính xác của quá trình chẩn đoán. Điều này đặt ra một thách thức quan trọng và yêu cầu sự phát triển của các thuật toán xử lý ảnh kỹ thuật số để nâng cao tương phản mạch máu trên CTC.2 Mục tiêu luận văn Phát triển và áp dụng các phương pháp xử lý ảnh để tăng cường tương phản mạch máu trên bề mặt CTC ở cả ảnh phân cực và không phân cực. Điều này giúp cung cấp một công cụ hỗ trợ chẩn đoán hiệu quả, giảm khả năng nhầm lẫn, tăng thông tin chính xác về tình trạng và tiến triển của bệnh lý CTC, góp phần quan trọng vào nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe ở phụ nữ.3 Nhiệm vụ luận văn - Xây dựng bộ dữ liệu đầu vào chất lượng cho quá trình xử lý ảnh từ hình ảnh soi CTC phân cực và không phân cực thu thập từ các phòng khám chuyên khoa. - Áp dụng các phương pháp tăng cường tương phản mạch máu khác nhau trên từng bộ dữ liệu phân cực và không phân cực.

- Phân tích, đánh giá các phương pháp xử lý ảnh nhằm cung cấp hiểu biết sâu sắc về khả năng ứng dụng của chúng trong việc hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý CTC. 3 Chương 2 Tổng quan 2.1 Tổng quan về giải phẫu cổ tử cung 2.1 Giải phẫu Tử cung (hay còn gọi là dạ con) là một bộ phận thuộc cơ quan sinh sản của phụ nữ được nối với âm đạo, có vị trí nằm giữa bàng quang và trực tràng. Tử cung có dạng hình nón cụt với đáy trên rộng, hai bên là hai ống dẫn trứng nối ra hai buồng trứng, đáy dưới nhỏ dài dẫn ra âm đạo gọi là CTC. Thông thường, độ dài của tử cung khoảng 7,5 cm, rộng 5 cm và dày 2,5 cm.

Tùy thuộc vào thể tạng của mỗi người mà độ dài của tử cung sẽ thay đổi, đặc biệt là trong thời gian thai kì kích thước tử cung sẽ thay đổi theo sự phát triển của thai nhi và sẽ co lại về kích thước ban đầu sau khi sinh nở [1]. Tử cung là một nội tạng rỗng gồm có 3 lớp cơ với chức năng chính là làm tổ của trứng đã thụ tinh, là nơi chứa đựng và nuôi dưỡng thai nhi trong suốt thời gian nằm trong bụng mẹ. Cấu tạo của tử cung người phụ nữ gồm có 3 phần: đáy tử cung, eo tử cung và CTC. Đáy tử cung là phần trên tử cung mở vào ống dẫn trứng.

Eo tử cung là nơi tiếp giáp giữa thân tử cung và CTC, dài khoảng 0,5 cm. Phần nhỏ và thấp ở dưới tử cung được gọi là CTC, mở vào âm đạo. CTC là phần thấp nhất của tử cung, cũng là cầu nối liên kết giữa tử cung và âm đạo. CTC chếch ra sau và xuống dưới, có dạng khối mô hình nón cụt với đường kính khoảng 2,5 cm và chiều dài khoảng 3-4 cm [1].

Ở mỗi độ tuổi khác nhau, tình trạng và chu kì sinh lý của phụ nữ thay đổi dẫn đến hình dạng và kích thước CTC sẽ thay đổi. Ở nữ giới chưa sinh CTC có dạng tròn đều và lỗ mở của nó rất nhỏ ở trung tâm. Tuy nhiên khi sinh em bé thì CTC trở nên dẹp, lỗ ngoài rộng ra và không tròn đều như trước. CTC bao gồm 3 phần: kênh CTC, lỗ cổ trong CTC, và lỗ cổ ngoài CTC (Hình 2.

Kênh CTC nối tử cung và âm đạo, nằm giữa cổ trong và cổ ngoài CTC, có hình bầu dục, nới rộng nhất 0,8cm và có các nếp gấp niêm mạc dọc. Lỗ trong CTC là phần phía trong của CTC, dẫn vào tử cung. Cổ ngoài CTC nằm ở phần dưới của tử cung nhô vào trong âm đạo và 4 thông với âm đạo nên có thể quan sát được khi thăm khám bằng mỏ vịt. Ở trung tâm là lỗ cổ ngoài có dạng “mõm cá mè” ở phụ nữ chưa sinh đẻ, phần này được chia làm môi trước và môi sau.

Các động mạch CTC là những nhánh của động mạch tử cung. Ở cổ ngoài, các tiểu động mạch đi thẳng góc với bề mặt niêm mạc CTC. Ở cổ trong, các tiểu động mạch chạy song song với bề mặt CTC [2]. Vòi trứng Buồng trứng Lỗ cổ trong Cổ tử cung Lỗ cổ ngoài Âm đạo Hình 2.1 Mô tả cấu trúc và vị trí của CTC trong cơ thể [1] Theo chu kì sinh lý bình thường, CTC sẽ mở ra hai lần mỗi tháng.

Lần thứ nhất là trong chu kì kinh nguyệt, CTC sẽ mở rộng hơn để thoát máu kinh ra ngoài. CTC mở lần thứ hai trong thời gian rụng trứng. Đồng thời lúc này dịch nhầy cũng sẽ nhiều hơn so với bình thường để giúp tinh trùng thuận lợi di chuyển vào bên trong gặp trứng để thụ thai. CTC nối buồng tử cung với âm đạo và có vai trò quan trọng trong thai kỳ và sinh nở.

Trong suốt thai kỳ, CTC luôn được đóng kín nhờ nút nhầy nhằm đảm bảo cho tử cung trở thành một môi trường vô trùng, thuận lợi cho sự phát triển khỏe mạnh của em bé trong bụng mẹ. Đồng thời, CTC cũng gánh chịu hết tất cả các áp lực do các bộ phần phía trên đang lớn dần chèn ép xuống [3]. Nút nhầy CTC là một khối chất nhầy đặc có tác dụng như một nút đóng kín CTC, bảo vệ thai nhi trong suốt thai kỳ. Một khi CTC co thắt giãn nở ra, các mảng của khối nhầy cũng bắt đầu mỏng đi, vỡ ra.

Thành phần chính của CTC là collagen có tác dụng giữ cho “cửa ngõ” này luôn kín và chặt. Khi thai phụ bắt đầu chuyển dạ thì CTC sẽ mở rộng nhất để em bé có thể đưa được ra ngoài.2 Cấu trúc mô học cổ tử cung CTC được tạo thành bởi biểu mô và mô đệm. Trong đó, mô đệm là dạng phức hợp của mô cơ trơn, mô sợi và mô đàn hồi. Nếu bộc lộ âm đạo bằng thiết bị chuyên dụng, bằng mắt thường có thể nhìn thấy CTC có màu hồng nhạt và trung tâm là lỗ CTC.

Lỗ CTC chia tử cung làm 2 phần: phần trên âm đạo và phần nằm trong âm đạo. Phía ngoài CTC được bao phủ bởi biểu mô lát giống biểu mô trong âm đạo nhưng không có nếp gấp, có bề dày khoảng 0,5mm và không tiết ra chất nhầy (Hình 2.2 Cấu trúc mô học CTC [4] Lỗ cổ ngoài thông với eo tử cung qua ống CTC được phủ bởi biểu mô trụ với tế bào đơn, tiết dịch nhầy và có nhiều nếp gấp niêm mạc dọc. Lỗ trong được phủ bởi một lớp biểu mô trụ đơn có tác dụng tiết chất nhầy. Vùng tiếp giáp giữa biểu mô lát và biểu mô trụ gọi là vùng chuyển tiếp.

Phía dưới vùng chuyển tiếp có những tế bào dự trữ, có khả năng tăng sinh và biệt hóa thành biểu mô lát hoặc biệt hóa thành biểu mô trụ. Sự tăng sinh của các tế bào ở lỗ ngoài chính là một biểu hiện của các bệnh lý CTC cũng như dấu hiệu ung thư [2]. a) Cổ ngoài CTC: Cổ ngoài CTC là bộ phận dễ dàng nhìn thấy của CTC, là phần thấp nhất của CTC tiếp xúc với âm đạo, được giới hạn bởi vòm âm đạo trước và sau. Hình dạng lồi hoặc dạng elipse.

Ở CTC ở người dậy thì chưa sinh nở thì cổ ngoài được lát bởi biểu mô lát không sừng hóa trải từ cổ ngoài đến mép âm đạo. Cổ ngoài được bao phủ bởi biểu mô 6 lát màu hồng, bề mặt trơn láng, gồm nhiều lớp tế bào. Trong một số giai đoạn còn có thêm biểu mô trụ đơn màu đỏ với lớp tế bào đơn thẳng hàng với cổ trong CTC. Lớp biểu mô lát có nguồn gốc hình thành trong giai đoạn phôi thai, được gọi là biểu mô lát ban đầu.

Ngoài ra, nó còn có thể được hình thành mới do kết quả của quá trình chuyển sản lát trong giai đoạn trưởng thành. Ở độ tuổi sinh sản, biểu mô lát ban đầu có màu hơi hồng, trong khi biểu mô lát hình thành do chuyển sản có màu trắng hồng. Lớp biểu mô này dày 0,5mm gồm từ 15 – 20 lớp [5]. Các lớp tế bào này được phân thành 5 tầng theo hình thái học của chúng như Hình 2.3: Lớp bề mặt Lớp trung gian Lớp cận đáy Lớp đáy Màng đáy Hình 2.3 Cấu trúc mô học lớp biểu mô lát [1] - Màng đáy: phân cách lớp biểu mô với mô liên kết bên dưới, tạo thành từ collagen và các sợi protein.

- Lớp tế bào đáy: Gồm một lớp tế bào đơn hình trụ nằm sát màng đáy, kích thước 12 – 20 µm. Tế bào tương đối nhỏ, bào tương ít, nhân to rõ chiếm gần hết tế bào, nhiễm sắc chất mịn. Vùng giao nhau giữa biểu mô và chất nền thường là đường thẳng.