Tổng quan về luận án

Nghiên cứu của Tiến sĩ Trần Trung Nghĩa với đề tài "Realization of 3D image reconstruction from transillumination images of animal body" đã thiết lập một bước tiến mang tính tiên phong trong lĩnh vực kỹ thuật y sinh, quang học y sinh (Biophotonics) và công nghệ chẩn đoán hình ảnh tiền lâm sàng. Bối cảnh khoa học của nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu cấp bách trong việc hiện thực hóa các phương pháp chẩn đoán hình ảnh 3D không xâm lấn, không sử dụng bức xạ ion hóa nhằm thay thế hoặc bổ trợ cho các phương pháp truyền thống như chụp cắt lớp vi tính bức xạ tia X (micro-CT), chụp cộng hưởng từ (micro-MRI), chụp cắt lớp phát xạ positron (micro-PET) và chụp cắt lớp phát xạ đơn photon (micro-SPECT). Như tác giả đã khẳng định về giá trị nhân đạo và chuẩn mực đạo đức sinh học 3R (Replacement, Reduction, Refinement): "The number of experimental animals killed for experimentation would be reduced if the animals’ internal structures can be visualized non-invasively."

Khoảng trống nghiên cứu then chốt (Specific Research Gap) nằm ở hiện tượng tán xạ ánh sáng cực mạnh (dominant scattering) của mô sinh học trong "cửa sổ quang học" vùng cận hồng ngoại (Near-Infrared - NIR, bước sóng 700–1200 nm). Mặc dù dải bước sóng này có độ hấp thụ thấp đối với nước và lipid, cho phép ánh sáng thấu nhập sâu vài centimet để thu nhận thông tin chức năng quang phổ của oxyhemoglobin ($HbO_2$) và deoxyhemoglobin ($Hb$), sự tán xạ đa hướng khiến cấu trúc sâu bị nhòe mờ nghiêm trọng. Như văn bản gốc chỉ rõ: "In transillumination images, the deeper structure is blurred and cannot be differentiated from the shallower and less-absorbing structure." Các hệ thống chụp cắt lớp quang học khuếch tán (Diffuse Optical Tomography - DOT) hiện hành đòi hỏi thiết bị tiếp xúc phức tạp (bó sợi quang quấn quanh mẫu, buồng chất lỏng tương hợp quang học) và khối lượng tính toán khổng lồ thông qua phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) để giải bài toán nghịch đảo phi tuyến tính.

Luận án đặt ra 3 câu hỏi nghiên cứu và 3 giả thuyết khoa học cốt lõi:

  1. RQ1: Liệu hàm tán xạ điểm (Point Spread Function - PSF) được suy dẫn từ xấp xỉ khuếch tán của phương trình truyền xạ cho nguồn phát điểm bên trong môi trường đục có thể áp dụng chính xác để giải chập (deconvolution) khử tán xạ cho ảnh chiếu thấu quang (transillumination) của cấu trúc hấp thụ ánh sáng hay không?
    • H1: Quá trình giải chập với PSF phụ thuộc độ sâu (depth-dependent PSF) sẽ khôi phục độ sắc nét và độ tương phản của vật hấp thụ nội tại tương đương với phân bố không gian thực.
  2. RQ2: Làm thế nào để giải quyết bài toán tái tạo 3D khi cấu trúc bên trong của đối tượng sinh học là hoàn toàn chưa biết trước (unknown internal structures)?
    • H2: Sự kết hợp giữa giải thuật tích hợp đa lớp PSF độ sâu (multi-depth PSF summation) và quy trình triệt tiêu phân bố sai lệch (erasing template process) sẽ triệt tiêu hoàn toàn các ảnh giả projection không hoàn chỉnh.
  3. RQ3: Liệu hệ thống quang học không tiếp xúc (non-contact), không dùng chất lỏng tương hợp, có khả năng tái cấu trúc 3D các cơ quan nội tạng trên động vật sống với độ phân giải cao bằng thuật toán chiếu ngược lọc (Filtered Back-Projection - FBP) thông thường hay không?
    • H3: Một cơ chế bẫy ánh sáng (light trap cylinder) kết hợp camera CMOS độ nhạy cao và phép quay $360^\circ$ sẽ cung cấp các hình ảnh cắt lớp giải phẫu và chức năng chính xác trên cơ thể chuột sống.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự hợp nhất giữa Thuyết truyền xạ (Radiative Transfer Theory - Chandrasekhar, Ishimaru), Phép biến đổi Radon (Radon Transform) và Định lý lát cắt Fourier (Fourier Slice Theorem). Đột phá định lượng của công trình thể hiện qua việc nâng độ tương phản và độ sắc nét quang học từ mức $0.030 - 0.050$ (ảnh thô) lên tới $0.500 - 0.520$ (ảnh sau giải chập), đồng thời định vị chính xác tâm dị vật ở các độ sâu lớn từ $4.00\text{ mm}$ đến $12.4\text{ mm}$ với sai số dưới $0.3\text{ mm}$. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mô hình mô phỏng tương đương sinh học (tissue-equivalent phantoms, $\mu_s' = 1.00536\text{ mm}^{-1}$), mô động vật tươi (animal tissue phantoms) và thử nghiệm in vivo trên chuột thí nghiệm (Mus musculus) được gây mê, quét ở các góc quay $360^\circ$ và hai bước sóng chức năng $760\text{ nm}$ và $850\text{ nm}$.


Literature Review và Positioning

Lịch sử phát triển của các phương thức chẩn đoán hình ảnh tiền lâm sàng trên động vật nhỏ chứng kiến sự thống trị của các kỹ thuật bức xạ và từ tính. Kỹ thuật Micro-CT (Feldkamp et al., 1984) mang lại độ phân giải không gian cao nhưng bị giới hạn bởi độ tương phản mô mềm kém và nguy cơ tổn thương tế bào do bức xạ ion hóa liều cao khi theo dõi dài hạn. Micro-MRI (Lauterbur, 1973; Mansfield, 1977) cung cấp độ tương phản mô mềm tuyệt hảo nhưng chi phí đầu tư, vận hành cực kỳ đắt đỏ, cùng thời gian chụp kéo dài gây nguy cơ cho động vật gây mê. Các phương pháp y học hạt nhân như Micro-PET và Micro-SPECT (Phelps et al., 1975) có độ nhạy phân tử vượt trội nhưng độ phân giải không gian hạn chế, phụ thuộc vào đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn ($^{18}\text{F}, ^{99\text{m}}\text{Tc}$) đòi hỏi máy gia tốc cyclotron phụ trợ.

Trong bối cảnh đó, chụp ảnh quang học cận hồng ngoại nổi lên như một giải pháp thay thế lý tưởng nhờ tính chất không bức xạ ion hóa, độ nhạy cao và chi phí thiết bị thấp. Tuy nhiên, y văn thế giới phân hóa sâu sắc thành các trường phái đối nghịch nhau về mặt kỹ thuật:

Về mặt định vị khoa học (Scientific Positioning), nghiên cứu của Trần Trung Nghia đã giải quyết triệt để điểm nghẽn của hai hệ thống quốc tế tiêu biểu:

  1. So sánh với hệ thống Diffuse Optical Tomography dạng tiếp xúc (Arridge, 1999; Gibson et al., 2005): Hệ thống của Arridge dựa trên việc áp các mảng sợi quang trực tiếp lên bề mặt cơ thể hoặc nhúng động vật vào dung dịch Intralipid để chuẩn hóa biên hình học. Cách tiếp cận này làm biến dạng mô mềm, gây suy giảm độ phân giải không gian do số lượng kênh thu hạn chế và đòi hỏi thuật toán nghịch đảo FEM lặp hàng giờ. Luận án vượt lên bằng việc sử dụng cấu hình không tiếp xúc (free-space non-contact), camera CMOS ma trận điểm ảnh dày đặc ($2048 \times 2048$) và thuật toán FBP phân tích trực tiếp, giảm thời gian tính toán xuống hàng ngàn lần.
  2. So sánh với hệ thống thương mại hóa Fluorescence Molecular Tomography (PerkinElmer FMT2500 / Caliper IVIS Spectrum): Các hệ thống này chủ yếu hoạt động ở chế độ phản xạ bề mặt (epi-illumination) hoặc chiếu thấu quang hạn chế góc, dẫn đến hiện tượng sai lệch trọng số bề mặt (surface-weighted bias) – tín hiệu huỳnh quang hoặc hấp thụ ở sâu bị suy giảm theo hàm mũ và không định lượng chính xác được thể tích. Luận án thiết lập cấu hình quét toàn góc $360^\circ$ đối xứng qua trục quay, kết hợp cơ chế bẫy ánh sáng tán xạ ngoại vi, cho phép khôi phục cấu trúc giải phẫu sâu (như thận và thùy gan) với độ chính xác hình học tuyệt đối.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đóng góp vào việc mở rộng và tái định hình Thuyết truyền xạ photon (Radiative Transfer Theory) trong môi trường đục không đồng nhất thông qua 4 nội dung then chốt:

                 Phương trình Truyền xạ (Radiative Transfer Equation - RTE)
                 Xác lập Hàm tán xạ điểm: PSF_source(r, d, μs', μa)
                 Chứng minh tương đương: PSF_absorber(r, d) ≡ PSF_source(r, d)
                 P_sum(x, y) = ∫ [ I_obs(x, y) ⊗ PSF⁻¹(x, y; z) ] dz
                 P_corrected(θ, r) = E { P_sum(θ, r) | Template_initial(x, y) }
                 Cấu trúc phân bố hấp thụ 3D: f(x, y, z)
  1. Mở rộng phạm vi của Xấp xỉ Khuếch tán (Diffusion Approximation): Trước đây, các nghiên cứu của Ishimaru (1978) và nhóm nghiên cứu tiền nhiệm chỉ xây dựng hàm PSF cho nguồn phát quang nội tại (như nguồn huỳnh quang hoặc phát xạ sinh học). Luận án đã chứng minh bằng toán học giải tích và thực nghiệm rằng: sự suy giảm cường độ sáng do một cấu trúc hấp thụ (light-absorbing structure) tạo ra trên ảnh chiếu thấu quang tuân theo cùng một toán tử chập với hàm PSF của nguồn sáng điểm tại cùng độ sâu $d$: $$\text{PSF}(r, d) = \frac{z_0}{2\pi} \left( \mu_{\text{eff}} + \frac{1}{\rho} \right) \frac{\exp(-\mu_{\text{eff}}\rho)}{\rho^2}$$ Trong đó $\rho = \sqrt{r^2 + d^2}$, $\mu_{\text{eff}} = \sqrt{3\mu_a(\mu_a + \mu_s')}$, và $z_0 = 1/\mu_s'$.
  2. Mô hình hóa toán học tích hợp đa độ sâu (Multi-depth Superposition Theory): Luận án thiết lập mệnh đề toán học khẳng định rằng đối với một vật thể có cấu trúc hấp thụ phân bố liên tục chưa biết trước, ảnh chiếu thấu quang $I_{\text{obs}}(x, y)$ là tích phân chồng chập của các lớp hấp thụ $f(x, y, z)$ với họ hàm $\text{PSF}(x, y; z)$ biến thiên phi tuyến theo trục $z$.
  3. Mô hình triệt tiêu phân bố sai lệch (Erasing Template Model): Luận án chứng minh rằng phép giải chập một ảnh 2D duy nhất bằng một PSF đơn lẻ ở độ sâu giả định sẽ tạo ra các thành phần sai lệch biên (ghost artifacts). Bằng cách sử dụng ảnh cắt lớp tái tạo sơ bộ (initial cross-section) làm mặt nạ không gian (spatial template), một toán tử nhân phi tuyến tính được áp dụng để loại bỏ hoàn toàn các thành phần chiếu sai lệch, khôi phục tính chính xác của phép biến đổi Radon.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của nghiên cứu là sự dung hợp mang tính đột phá của 3 lý thuyết nền tảng:

  • Định luật Beer-Lambert mở rộng cho môi trường tán xạ: $\mu_a(\lambda) = \epsilon_{Hb}(\lambda)[Hb] + \epsilon_{HbO_2}(\lambda)[HbO_2]$, cho phép định lượng nồng độ huyết sắc tố chức năng.
  • Hàm pha tán xạ Henyey-Greenstein: Khái quát hóa đặc tính dị hướng tán xạ $g \in [0.8, 0.99]$ của mô sinh học thành hệ số tán xạ rút gọn $\mu_s' = (1-g)\mu_s$.
  • Định lý lát cắt Fourier (Fourier Slice Theorem / Projection-Slice Theorem): Thiết lập mối liên hệ đẳng cấu giữa biến đổi Fourier 1 chiều của hình chiếu $S_\theta(\omega)$ tại góc quay $\theta$ với một lát cắt xuyên tâm của biến đổi Fourier 2 chiều $F(u, v)$ của hàm phân bố vật thể: $$S_\theta(\omega) = F(\omega \cos\theta, \omega \sin\theta)$$
                               KHUNG PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KIỆN BIÊN

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu tuân thủ nghiêm ngặt hệ hình thực chứng (Positivism Paradigm) với phương pháp tiếp cận định lượng, kết hợp giữa mô phỏng số học (Monte Carlo / Numerical Computation), thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình vật lý (phantom) và thử nghiệm in vivo tiền lâm sàng.

                           SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM QUANG HỌC

Quy trình nghiên cứu rigorous

  1. Thiết lập nguồn sáng và hệ thống quang học: Sử dụng nguồn laser tinh chỉnh Ti:Sapphire phát xung tại các bước sóng $760\text{ nm}$, $800\text{ nm}$ và $850\text{ nm}$. Chùm tia laser được dẫn qua hệ thống mở rộng chùm tia (beam expander) để tạo trường chiếu sáng phẳng đồng nhất (homogeneous illumination) lên bề mặt đối tượng.
  2. Cảm biến thu nhận tín hiệu: Sử dụng camera CMOS làm lạnh hiệu năng cao (C11440-10C; Hamamatsu Photonics K.K.), độ phân giải điểm ảnh $2048 \times 2048$, độ sâu màu 16-bit, đặt đối diện trực tiếp với nguồn chiếu sáng qua trục quang học của mẫu.
  3. Cơ chế bẫy ánh sáng (Light Trap Mechanism): Khi chụp ảnh động vật sống hình trụ, hiện tượng ánh sáng đi vòng qua rìa cơ thể (stray light/peripheral leakage) gây lóa và bão hòa cảm biến. Tác giả đã chế tạo một ống trụ giữ chuột bằng vật liệu trong suốt đặc biệt tích hợp cơ cấu bẫy ánh sáng phản xạ nội biên, đảm bảo chỉ có các photon xuyên qua khối mô trung tâm mới được thu nhận bởi camera.
  4. Quy trình thu nhận dữ liệu 360 độ: Đối tượng được gắn trên đế xoay tự động độ chính xác cao. Dữ liệu ảnh thấu quang được ghi lại ở các góc quay từ $0^\circ$ đến $360^\circ$ với bước góc tinh chỉnh ($\Delta\theta = 1^\circ - 5^\circ$).

Data và phân tích


Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Như luận văn đã mô tả chi tiết về giải thuật độc quyền: "An observed transillumination image is deconvoluted with the PSFs of different depths. Then the deconvoluted images are summed up to produce a new image that serves as a projection image in cross-sectional reconstruction." Quy trình này kết hợp với thuật toán triệt tiêu xóa bỏ hoàn toàn hiện tượng suy giảm đối xứng xuyên tâm vốn tồn tại trong phép chiếu ngược đơn giản.

(a) Ảnh chiếu thô (Observed)         (b) Khử tán xạ (Deconvoluted)       (c) Tái tạo 3D hoàn chỉnh

Implications đa chiều

  • Về mặt lý thuyết: Chứng minh tính khả giải của bài toán quang học khuếch tán bằng phương pháp phân tích giải tích kết hợp lọc tần số (Analytical FBP), phá vỡ định kiến cho rằng chỉ có phương pháp số học lặp FEM mới giải được tán xạ trong mô dày.
  • Về mặt phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn hóa từ khâu thu nhận ảnh chiếu thấu quang $360^\circ$, bẫy ánh sáng biên, giải chập ma trận PSF đa lớp đến lọc Ramp/Hamming, có thể chuyển giao cho các hệ thống chụp cắt lớp công nghiệp và kiểm tra không phá hủy (NDT).
  • Về mặt ứng dụng thực tiễn: Cung cấp cho các phòng thí nghiệm y sinh một công cụ chẩn đoán hình ảnh 3D nhỏ gọn, chi phí chỉ bằng một phần nhỏ của MRI hoặc Micro-PET, loại bỏ hoàn toàn rủi ro phơi nhiễm phóng xạ cho kỹ thuật viên và động vật nghiên cứu.
  • Về mặt y học dịch tễ và dược lý: Cho phép theo dõi dọc (longitudinal monitoring) sự phát triển của khối u, quá trình hình thành mạch máu mới (angiogenesis) và hiệu quả chuyển hóa thuốc trên cùng một cá thể động vật trong nhiều tuần liên tục mà không gây suy kiệt sức khỏe mẫu vật.

Limitations và Future Research

Nghiên cứu thể hiện tính trung thực khoa học cao khi thừa nhận các giới hạn nội tại:

  1. Giới hạn độ sâu thấu quang (Penetration Depth Limit): Phương pháp đạt độ phân giải tối ưu ở các mẫu sinh học có đường kính dưới $30\text{ mm}$ (chuột nhắt, chuột cống nhỏ). Khi kích thước mô vượt quá $50\text{ mm}$, mật độ photon truyền thẳng và tán xạ thuận suy giảm nghiêm trọng, làm giảm tỷ lệ SNR của camera CMOS.
  2. Giả định hình học biên dạng trụ (Boundary Geometry): Thuật toán giải chập hiện tại giả định bề mặt mô có dạng hình học tương đối trơn tru hoặc được giữ trong ống trụ chuẩn hóa. Đối với các hình thái cơ thể quá gồ ghề, sự khúc xạ ánh sáng tại bề mặt không đồng đều có thể tạo ra sai số độ sâu.
  3. Chế độ sóng liên tục (CW Mode): Luận án tập trung vào miền CW để tối ưu hóa chi phí và tốc độ thu nhận, do đó chưa đo được thời gian sống huỳnh quang (fluorescence lifetime) như các hệ thống Time-Domain phức tạp.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda):

  • Tích hợp cảm biến mảng SPAD (Single-Photon Avalanche Diode) hoặc kỹ thuật cổng thời gian (Time-Gated ICCD) để kết hợp ưu điểm của Time-Domain vào giải thuật FBP nhanh.
  • Phát triển mạng nơ-ron tích chập sâu (Deep Learning Deconvolution) để tự động ước lượng độ sâu và thích ứng PSF theo thời gian thực trên các hình dạng cơ thể dị thường.
  • Thử nghiệm lâm sàng trên người đối với các cơ quan nông: chụp cắt lớp tuyến giáp, chẩn đoán sớm ung thư vú quang học và đánh giá tưới máu vạt da trong phẫu thuật tái tạo.

Tác động và ảnh hưởng

Công trình mở ra tiềm năng trích dẫn học thuật mạnh mẽ trong các tạp chí chuyên ngành quang tử y sinh hàng đầu như IEEE Transactions on Medical Imaging, Journal of Biomedical Optics, và Biomedical Optics Express. Về mặt công nghiệp, giải pháp kỹ thuật của luận án có thể được đóng gói thành các thiết bị chụp cắt lớp động vật nhỏ thương mại hóa với giá thành dưới $50,000\text{ USD}$ (so với mức $>500,000\text{ USD}$ của hệ thống MRI/micro-PET tương đương).


Đối tượng hưởng lợi

  • Nghiên cứu sinh và Giới học thuật Quang học Y sinh: Thụ hưởng phương pháp luận giải chập PSF kết hợp FBP độc đáo để mở rộng cho các bài toán chụp ảnh huỳnh quang phân tử (Fluorescence Molecular Tomography) và quang âm (Photoacoustic Tomography).
  • Các Viện nghiên cứu Dược phẩm & Độc chất học (Pharma R&D): Ứng dụng hệ thống để đánh giá độc tính trên thận, gan và động học khối u in vivo với số lượng mẫu động vật giảm thiểu tối đa.
  • Kỹ sư thiết kế thiết bị y tế chẩn đoán hình ảnh: Tiếp cận kiến trúc phần cứng quang học không tiếp xúc đơn giản, có độ tin cậy cơ khí cao và thuật toán tái tạo thời gian thực.
  • Ủy ban Đạo đức Sinh học và Chăm sóc Động vật Thí nghiệm (IACUC): Sở hữu giải pháp công nghệ hiện thực hóa mục tiêu giảm thiểu đau đớn và số lượng động vật bị hiến sinh trong nghiên cứu tiền lâm sàng.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp độc đáo nhất là việc chứng minh sự tương đương toán học giữa hàm tán xạ điểm của nguồn phát sáng điểm trong môi trường đục (vốn bắt nguồn từ xấp xỉ khuếch tán của Phương trình truyền xạ RTE) với hàm biến dạng không gian của một vật thể hấp thụ ánh sáng trong chế độ chiếu thấu quang. Luận án đã mở rộng lý thuyết truyền xạ của Chandrasekhar và Ishimaru từ bài toán phát xạ thuận sang bài toán giải chập ngược cấu trúc hấp thụ.

2. Sự cách tân về phương pháp luận so với các nghiên cứu quốc tế trước đây?

So với phương pháp DOT truyền thống của Arridge (1999) sử dụng mảng sợi quang tiếp xúc và giải thuật FEM lặp phi tuyến tính cực kỳ tốn kém thời gian, luận án đã tiên phong xây dựng quy trình quang học không tiếp xúc kết hợp giải chập ma trận PSF đa độ sâu và thuật toán Chiếu ngược lọc (FBP) với bộ lọc Ram-Lak / Hamming. Phương pháp này giảm thiểu thời gian tái cấu trúc từ hàng giờ xuống vài giây với chất lượng ảnh tương đương hoặc vượt trội.

3. Phát hiện thực nghiệm nào gây bất ngờ nhất và có dữ liệu chứng minh?

Phát hiện bất ngờ nhất là khả năng phân tách sắc nét hai dị vật hấp thụ nằm ở hai độ sâu rất khác nhau ($9.29\text{ mm}$ và $12.4\text{ mm}$) trong cùng một môi trường mô sinh học đục ngầu mà không bị hiện tượng chồng lấn bóng mờ. Bằng chứng thực nghiệm định lượng cho thấy độ tương phản đạt mức $0.520$ (so với $0.030$ của ảnh gốc), và biên dạng FWHM sau giải chập thu hẹp hoàn toàn về đúng kích thước hình học danh định của vật thể.

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lặp (Replication Protocol) hoàn chỉnh không?

Có. Luận án mô tả chi tiết từng thông số kỹ thuật: thông số nguồn laser Ti:Sapphire (760, 800, 850 nm), mã định danh camera CMOS Hamamatsu C11440-10C, các bước giải chập giải tích, công thức cấu tạo ống trụ bẫy ánh sáng, các phương trình chuẩn hóa dải động $8\text{ bit}/16\text{ bit}$ ($f_s = K[f_n / \max(f_n)]$) và quy trình dựng hình bề mặt đẳng trị qua phần mềm Showvol.

5. Tầm nhìn chương trình nghiên cứu 10 năm (10-year Research Agenda)?

Lộ trình 10 năm bao gồm:

  1. Giai đoạn 1 (Năm 1–3): Tích hợp cảm biến mảng SPAD để dung hợp dữ liệu photon Time-Domain vào bộ giải chập FBP.
  2. Giai đoạn 2 (Năm 4–6): Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI Physics-Informed Neural Networks) để tự động thích ứng PSF cho các cơ thể động vật có hình học phức tạp không cần ống trụ chuẩn hóa.
  3. Giai đoạn 3 (Năm 7–10): Thử nghiệm lâm sàng hệ thống Optical CT không tiếp xúc trên người để tầm soát sớm ung thư vú, khối u tuyến giáp và đánh giá tưới máu vi mạch ngoại biên.

Kết luận

Nghiên cứu của Tiến sĩ Trần Trung Nghia đã tạo nên một dấu ấn khoa học xuất sắc với 5 đóng góp cốt lõi được lượng hóa rõ ràng:

  1. Chứng minh và thực nghiệm thành công tính khả thi của việc áp dụng hàm tán xạ điểm (PSF) nguồn sáng trong môi trường đục để khử tán xạ cho ảnh thấu quang của cấu trúc hấp thụ ánh sáng.
  2. Sáng tạo giải thuật Erasing Process, cho phép tái cấu trúc 3D chính xác các cấu trúc giải phẫu bên trong hoàn toàn chưa biết trước mà không để lại bóng mờ projection sai lệch.
  3. Phát triển thành công hệ thống phần cứng quang học không tiếp xúc (Non-contact Optical CT) tích hợp ống trụ bẫy ánh sáng tán xạ ngoại vi, loại bỏ nhu cầu sử dụng dịch đệm tương hợp quang học.
  4. Tái tạo thành công hình ảnh cắt lớp giải phẫu 3D in vivo các cơ quan nội tạng sâu (thận, gan) trên cơ thể chuột sống với độ tương phản tăng gấp hơn 10 lần ($0.030 \rightarrow 0.520$).
  5. Hiện thực hóa chẩn đoán quang phổ chức năng (Functional Spectroscopic Imaging) ở hai bước sóng $760\text{ nm}$ và $850\text{ nm}$, ghi nhận chính xác sự biến đổi huyết động học và oxy hóa mô khi tắc mạch máu thận.

Công trình đã tạo bước chuyển dịch hệ hình (Paradigm Shift) từ các phép tính toán phần tử hữu hạn nghịch đảo nặng nề sang mô hình phân tích giải chập kết hợp chiếu ngược lọc nhanh gọn. Luận án mở ra ba hướng nghiên cứu chuyên sâu mới: chụp ảnh huỳnh quang phân tử không tiếp xúc toàn thân, chụp cắt lớp vi mạch chức năng thời gian thực và chẩn đoán quang học cận lâm sàng không bức xạ cho con người. Di sản học thuật của luận án là một giải pháp công nghệ toàn diện, cân bằng hoàn hảo giữa tính chính xác toán học, sự tinh gọn phần cứng và giá trị nhân văn cao cả trong nghiên cứu khoa học sự sống.