Tích hợp hệ thống thông tin hình ảnh y khoa và phần mềm quản lý, khai thác thông tin khám bệnh tại bệnh viện đa khoa tỉnh ninh bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TÍCH HỢP HỆ THỐNG THÔNG TIN HÌNH ẢNH Y KHOA VÀ
PHẦN MỀM QUẢN LÝ, KHAI THÁC THÔNG TIN KHÁM BỆNH
TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH NINH BÌNH

NGUYỄN TIẾN DŨNG

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ NGÀNH: 60520203
TÍCH HỢP HỆ THỐNG THÔNG TIN HÌNH ẢNH Y KHOA VÀ
PHẦN MỀM QUẢN LÝ, KHAI THÁC THÔNG TIN KHÁM BỆNH
TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH NINH BÌNH

HỌC VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN TIẾN DŨNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Tiến Dũng
Học viên lớp Cao học Kỹ thuật Điện tử - K6, Khoa Đào tạo sau đại học,
Viện Đại học Mở Hà Nội.
Giáo viên hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Hoài Giang
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của Đề tài “Tích hợp hệ thống thông tin
hình ảnh y khoa và phần mềm quản lý, khai thác thông tin khám bệnh tại
Bệnh viện Đa khoa tỉnh Ninh Bình” được trình bày trong bản luận văn này là kết
quả tìm hiểu và nghiên cứu của tôi. Tất cả các dữ liệu và kết quả nêu trong luận văn
hoàn toàn trung thực và rõ ràng, mọi thông tin trích dẫn đều được tuân thủ theo Luật
Sở hữu trí tuệ, có liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung đã trình bày trong
Luận văn này.
Hà Nội, ngày 01 tháng 9 năm 2015
HỌC VIÊN

Nguyễn Tiến Dũng


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin trân trọng cảm ơn Viện Đại học Mở Hà Nội, Khoa Đào
tạo sau đại học đã tạo điều kiện cho em được học tập, nghiên cứu tại Viện, em xin
chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo đã tận tình giảng dạy em trong suốt quá
trình học tập tại Viện.
Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo, TS.
Nguyễn Hoài Giang là người trực tiếp hướng dẫn, tận tình truyền đạt những kiến
thức và kinh nghiệm quý báu, giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.

Tiếp theo, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Bệnh viện đa khoa tỉnh
Ninh Bình và các khoa, phòng chức năng đã cho phép, cung cấp tài liệu, thông tin,
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận văn này, xin cảm ơn các đồng
nghiệp công tác tại phòng Vật tư thiết bị y tế đã cộng tác, hỗ trợ tôi rất nhiều trong
quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, những người thân
cùng bạn bè đã động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này./.
HỌC VIÊN
Nguyễn Tiến Dũng


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN Y KHOA ................... 2
1.1. Số hóa ảnh, các phương pháp xử lý ảnh số ................................................ 3
1.1.1. Khái quát về số hóa ảnh, xử lý ảnh số .................................................... 3
1.1.2. Các phương pháp và ứng dụng của xử lý ảnh số..................................... 3
1.1.3. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số ....................................................... 5
1.1.4. Xử lý ảnh y tế ........................................................................................ 7
1.2. Khái quát các chuẩn lưu trữ hình ảnh y khoa ......................................... 11
1.2.1. Chuẩn AFNI ........................................................................................ 11
1.2.2. Chuẩn Analyse ..................................................................................... 12
1.2.3. Chuẩn DICOM..................................................................................... 13
1.3. Hệ thống thông tin y khoa ........................................................................ 16

1.3.1. Hệ thống thông tin bệnh viện HIS ........................................................ 16
1.3.2. Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh RIS ......................................... 17
1.3.3. Hệ thống thông tin xét nghiệm LIS ...................................................... 18
1.3.4. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh PACS .......................................... 20
1.4. Kết luận chương........................................................................................ 24


Chương 2. KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG HẠ TẦNG THÔNG TIN CỦA BỆNH
VIỆN ĐA KHOA TỈNH NINH BÌNH ................................................................ 25
2.1. Tổng quan về phần mềm quản lý thông tin y tế đang sử dụng tại Bệnh
viện Đa khoa tỉnh Ninh Bình ........................................................................... 25
2.1.1. Sơ đồ tổ chức ....................................................................................... 25
2.1.2. Tiêu chuẩn, thông số kỹ thuật............................................................... 26
2.1.3. Tính tương thích của hệ thống .............................................................. 32
2.1.4. Các module của hệ thống ..................................................................... 32
2.2. Hiện trạng hạ tầng phần cứng hiện có tại Bệnh viện đa khoa tỉnh Ninh
Bình .................................................................................................................. 39
2.2.1. Thông tin chung ................................................................................... 39
2.2.2. Hạ tầng phần cứng máy chủ hiện có ..................................................... 40
2.3. Tổng quan trang web của Bệnh viện........................................................ 43
2.4. Thống kê trang thiết bị y tế đang sử dụng tại bệnh viện có thể truyền,
tích hợp hình ảnh với phần mềm quản lý ....................................................... 45
2.5. Kết luận chương........................................................................................ 47
Chương 3. TÍCH HỢP HÌNH ẢNH Y KHOA TỪ CÁC TRANG THIẾT BỊ Y
TẾ VÀO PHẦN MỀM QUẢN LÝ BỆNH VIỆN ............................................... 48
3.1. Cơ sở và phương thức kết nối, truyền hình ảnh y khoa từ trang thiết bị y
tế đến phần mềm quản lý bệnh viện ............................................................... 49
3.1.1. Sự cần thiết phải có một hệ thống PACS hoàn chỉnh ............................ 49
3.1.2. Cấu trúc Hệ thống PACS hoàn chỉnh ................................................... 53
3.1.3. Phương thức kết nối, truyền hình ảnh y khoa từ các trang thiết bị y tế lên

phần mềm quản lý bệnh viện ......................................................................... 55
3.2. Giải pháp, kỹ thuật thực hiện................................................................... 55
3.2.1. Lược đồ dòng dữ liệu ........................................................................... 55


3.2.2. Các yêu cầu, điều kiện để thiết kế, xây dựng hệ thống PACS hoàn chỉnh
...................................................................................................................... 60
3.2.3. Thiết kế, xây dựng các khối chức năng của hệ thống PACS hoàn chỉnh
...................................................................................................................... 63
3.2.4. Kết nối hệ thống PACS tới cơ sở dữ liệu PostgreSQL của Bệnh viện ... 71
3.2.5. Tạo module hiển thị ảnh tượng trưng và kết nối tới hệ thống PACS trên
phần mềm quản lý tổng thể bệnh viện VIMES ............................................... 73
3.3. Nâng cao ứng dụng phần mềm chuyên dụng trên máy chủ PACS......... 74
3.4. Kết luận chương........................................................................................ 77
Chương 4. KHAI THÁC THÔNG TIN KHÁM BỆNH TẠI BỆNH VIỆN ĐA
KHOA TỈNH NINH BÌNH ................................................................................. 79
4.1. Xây dựng phương thức truyền tải thông tin khám bệnh của bệnh nhân
.......................................................................................................................... 80
4.1.1. Các đối tượng quản lý, khai thác thông tin khám bệnh của bệnh nhân .. 80
4.1.2. Một số quy định của pháp luật về bảo mật thông tin y tế ...................... 83
4.1.3. Quy định về phân quyền trong khai thác thông tin khám, chữa bệnh tại
Bệnh viện ...................................................................................................... 84
4.1.4. Phương thức truyền tải thông tin khám bệnh của bệnh nhân ................. 88
4.2. Giải pháp thực hiện khai thác thông tin khám bệnh của bệnh nhân ..... 88
4.2.1. Mô hình thực hiện trả kết quả bệnh nhân.............................................. 89
4.2.2. Kỹ thuật thực hiện ................................................................................ 90
4.3. Bảo mật thông tin đối với các đối tượng khai thác thông tin .................. 91
4.3.1. Đối với đối tượng khai thác trực tuyến qua Website của bệnh viện ...... 91
4.3.1. Đối với đối tượng khai thác qua mạng viễn thông ................................ 92
4.4. Kết luận chương........................................................................................ 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 94
5.1. Những nội dung đã nghiên cứu trong luận văn ....................................... 94


5.1.1. Những hạn chế đang tồn tại của Hệ thống thông tin y khoa tại Bệnh viện
đa khoa tỉnh Ninh Bình .................................................................................. 94
5.1.2. Những nghiên cứu, giải pháp bổ sung, hoàn thiện Hệ thống thông tin y tế
tại Bệnh viện đa khoa tỉnh Ninh Bình ............................................................ 94
5.2. Một số ưu điểm và hạn chế của luận văn ................................................. 95
5.2.1. Ưu điểm ............................................................................................... 95
5.2.2. Hạn chế ................................................................................................ 95
5.3. Hướng phát triển và đề xuất .................................................................... 95
5.3.1. Hướng phát triển .................................................................................. 95
5.3.2. Đề xuất ................................................................................................ 96
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 97


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

DICOM

The Digital Imaging and Communications in Medicine

HL7

Health Level Seven International

PACS

A picture archiving and communication system

HIS

Hospital Information System

RIS

Radiology Information System

LIS

Laboratory Information System

CR

Computed Radiography

CT

Computed Tomography

SPECT

Single-photon emission computed tomography

PET

Positron emission tomography

DR

Digital Radiography

ECG

Electrocardiograms

EEG

Electroencephalogram

ES

Endoscopy

MRI

Magnetic resonance imaging

US

Ultrasound

XA

X-Ray Angiography

JPEG

Joint Photographic Experts Group

CCD

Change Coupled Device


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh .............................................................. 5
Hình 1.2. Các bước xử lý ảnh trong y khoa ............................................................ 10
Hình 1.3. Giao diện phần mềm AFNI .................................................................... 11
Hình 1.4. Mô hình ảnh trong chuẩn Analyse .......................................................... 12
Hình 1.5. Minh họa đối tượng thông tin và dịch vụ của DICOM+ ......................... 15
Hình 1.6. Hệ thống thông tin bệnh viện HIS .......................................................... 17
Hình 1.7. Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh .................................................. 18
Hình 1.8. Hệ thống thông tin xét nghiệm ............................................................... 19
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống PACS ............................................................................ 20
Hình 2.1. Sơ đồ tổ chức Hệ thống thông tin y tế đang sử dụng tại Bệnh viện Đa
khoa tỉnh Ninh Bình .............................................................................................. 26
Hình 2.2. Sơ đồ Module đón tiếp bệnh nhân .......................................................... 32
Hình 2.3. Giao diện Module đón tiếp bệnh nhân .................................................... 32
Hình 2.4. Sơ đồ Module Quản lý khám bệnh ......................................................... 33
Hình 2.5. Giao diện Module Quản lý khám bệnh ................................................... 33
Hình 2.6. Sơ đồ Module Quản lý Nội trú ............................................................... 34
Hình 2.7. Giao diện Module Quản lý Nội trú ......................................................... 34
Hình 2.8. Sơ đồ Module Quản lý Dược.................................................................. 35

Hình 2.9. Giao diện Module Quản lý Dược ........................................................... 35
Hình 2.10. Sơ đồ Module Quản lý viện phí ............................................................ 36
Hình 2.11. Giao diện Module Quản lý xét nghiệm ................................................. 37


Hình 2.12. Giao diện Module quản lý tài sản và thiết bị y tế .................................. 38
Hình 2.13. Hệ thống máy chủ tại Bệnh viện đa khoa tỉnh Ninh Bình ..................... 41
Hình 2.14. Thông tin kỹ thuật website bệnh viện ................................................... 44
Hình 2.15.Thông tin hosting website bệnh viện ..................................................... 44
Hình 3.1. Lợi ích của hệ thống PACS .................................................................... 51
Hình 3.2. Mô hình đồng bộ dữ liệu hệ thống PACS với hệ thống khác .................. 52
Hình 3.3. Mô hình hệ thống PACS server có sử dụng cơ sở dữ liệu MySQL, ngôn
ngữ lập trình PHP .................................................................................................. 54
Hình 3.4. Sơ đồ ngữ cảnh hệ thống ........................................................................ 56
Hình 3.5. Lược đồ luồng dữ liệu mức 0 phân hệ Bác sỹ khám bệnh ....................... 56
Hình 3.6. Lược đồ luồng dữ liệu mức 0 phân hệ Bác sỹ xét nghiệm, thăm dò chức
năng, … ................................................................................................................. 57
Hình 3.7. Lược đồ luồng dữ liệu mức 0 phân hệ Bác sỹ Chẩn đoán hình ảnh ......... 58
Hình 3.8. Lược đồ luồng dữ liệu mức 0 phân hệ Bệnh nhân .................................. 59
Hình 3.9. Lược đồ luồng dữ liệu mức 0 phân hệ Quản trị hệ thống ........................ 59
Hình 3.10. Lược đồ đơn giản hóa máy chủ PACS.................................................. 63
Hình 3.11. Mô hình các khối chức năng chính của hệ thống PACS........................ 64
Hình 3.12. Sơ đồ luồng dữ liệu khối thu nhận ảnh thuộc hệ thống PACS.............. 65
Hình 3.13. Mô hình lưu trữ dữ liệu kiểu NAS ........................................................ 66
Hình 3.14. Sơ đồ luồng dữ liệu khối lưu trữ thuộc hệ thống PACS ....................... 68
Hình 3.15. Sơ đồ luồng dữ liệu khối hiển thị thuộc hệ thống PACS ....................... 70
Hình 3.16. Sơ đồ kết nối hệ thống PACS tới cơ sở dữ liệu Postgre SQL ................ 71
Hình 3.17. Hiển thị kết quả mô tả bệnh và chẩn đoán, hình ảnh tượng trưng ......... 73
Hình 3.18. Trình duyệt kết nối tới hệ thống PACS................................................. 74

Hình 4.1. Lược đồ phân loại theo nhóm đối tượng khai thác thông tin khám chữa
bệnh ...................................................................................................................... 80
Hình 4.2. Lược đồ phân quyền dữ liệu khám chữa bệnh ........................................ 81
Hình 4.3. Sơ đồ khai thác thông tin khám bệnh tại Bệnh viện Đa khoa tỉnh Ninh
Bình ...................................................................................................................... 89
Hình 4.4. Quy trình bệnh nhân khai thác thông tin khám bệnh tại Bệnh viện Đa
khoa tỉnh Ninh Bình .............................................................................................. 90
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các tiêu chuẩn của Hệ thống thông tin y tế đang sử dụng tại Bệnh viện
Đa khoa tỉnh Ninh Bình ......................................................................................... 31
Bảng 2.2. Hiện trạng hạ tầng phần cứng hiện có tại Bệnh viện đa khoa tỉnh Ninh
Bình ...................................................................................................................... 40
Bảng 2.3. Danh mục trang thiết bị y tế đang sử dụng tại Bệnh viện có thể truyền,
tích hợp hình ảnh với phần mềm quản lý ............................................................... 46
Bảng 4.1. Bảng dữ liệu phân quyền thông tin khám chữa bệnh .............................. 88


MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin để quản lý bệnh viện không
còn xa lạ đối với các bệnh viện trên thế giới và ở Việt Nam. Để thực hiện được việc
quản lý bệnh viện bằng công nghệ thông tin và khai thác triệt để các ứng dụng của
nó thì việc xây dựng hệ thống thông tin y tế là công việc quan trọng hàng đầu.
Hiện tại, Bệnh viện đa khoa tỉnh Ninh Bình, nơi tôi đang công tác cũng đã
thực hiện ứng dụng công nghệ thông tin để quản lý bệnh viện. Tuy nhiên, vì nhiều
lý do, đến nay Bệnh viện mới xây dựng và áp dụng được hệ thống thông tin bệnh
viện, hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh và hệ thống thông tin xét nghiệm để
phục vụ công tác chuyên môn và quản lý tại bệnh viện. Như vậy, Bệnh viện đa khoa
tỉnh Ninh Bình đang còn thiếu một khâu rất quan trọng đó là hệ thống lưu trữ và
truyền hình ảnh (tích hợp hệ thống thông tin hình ảnh y khoa vào phần mềm quản

lý) để nâng cao chất lượng chẩn đoán, điều trị và quản lý tại bệnh viện, đồng thời để
giảm thiểu chi phí khám chữa bệnh cho bệnh nhân.
Qua quá trình học tập, nghiên cứu và công tác tôi đã đúc kết lại trong luận
văn “Tích hợp hệ thống thông tin hình ảnh y khoa và phần mềm quản lý, khai
thác thông tin khám bệnh tại Bệnh viện Đa khoa tỉnh Ninh Bình”, có thể xem
đây là giải pháp, cơ sở để triển khai, ứng dụng vào thực tế tại Bệnh viện đa khoa
tỉnh Ninh Bình.
Với nội dung nêu trên, luận văn được chia thành các phần chính như sau:
Phần 1: Khái quát về hệ thống thông tin y khoa.
Phần 2: Khảo sát hiện trạng hạ tầng thông tin của Bệnh viện đa khoa tỉnh
Ninh Bình.
Phần 3: Tích hợp hình ảnh y khoa từ các trang thiết bị y tế vào phần mềm
quản lý bệnh viện.
Phần 4: Khai thác thông tin khám bệnh tại Bệnh viện Đa khoa tỉnh Ninh
Bình.
1


Chương 1.
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN Y KHOA
Hệ thống thông tin y khoa hay còn gọi là “Mạng y tế” được hiểu là một hệ
thống kết nối mạng máy tính và các thiết bị y tế với nhau nhằm mục đích xử lý, lưu
trữ, truyền dữ liệu y tế giữa các khoa phòng trong cùng một bệnh viện, giữa các
bệnh viện với nhau, thậm chí giữa các quốc gia trên thế giới.
Ta biết, môi trường thông tin y tế là một môi trường phức tạp và đa dạng.
Ngoài các thông tin hành chính (các văn bản về quy chế, các quyết định, hướng dẫn,
thông báo…) còn phải quản lý các thông tin phục vụ khám chữa bệnh như: thông
tin về quản lý hành chính (quản lý nhân sự, quản lý tài sản, quản lý tài chính…),
thông tin bệnh viện (quản lý bệnh nhân, hồ sơ bệnh án…). Đặc biệt, việc lưu trữ, xử
lý, truyền thông tin về bệnh nhân và hồ sơ bệnh án là một lĩnh vực rất rộng, rất phức

tạp nhưng hết sức quan trọng và cần thiết. Ví dụ, để chẩn đoán cho một bệnh nhân,
bác sĩ cần thông tin về bệnh sử, các xét nghiệm như: xét nghiệm huyết học, sinh
hoá, vi sinh, tế bào..., thông tin về chẩn đoán chức năng (điện tim ECG, điện não
EEG, hô hấp...), thông tin về hình ảnh (X-quang, siêu âm, chụp cắt lớp - CT
scanner, cộng hưởng từ - MRI...).
Hệ thống thông tin y khoa là một hệ thống tổng hợp của nhiều hệ thống
mang tính đặc thù riêng cho từng lĩnh vực, đó là: Hệ thống thông tin bệnh viện
(Hospital Information System – HIS); Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh
(Radiology Information System – RIS); Hệ thống thông tin xét nghiệm (Laboratory
Information System – LIS); Hệ thống lưu trữ và truyền ảnh (Picture Archiving and
Communication System – PACS).
Trong Chương này, em xin trình bày một số kiến thức cơ bản về ảnh số, hình
ảnh y khoa và các khái niệm về hệ thống thông tin y khoa làm tiền đề cho nội dung
chính của luận văn trong các chương sau.

2


1.1. Số hóa ảnh, các phương pháp xử lý ảnh số
1.1.1. Khái quát về số hóa ảnh, xử lý ảnh số
Số hóa ảnh, xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ, nó
là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát
triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là
máy tính chuyên dụng riêng cho nó.
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm
cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một
ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận. Quá trình này có thể xem là tập hợp các điểm ảnh
và mỗi điểm ảnh được xem như là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào
đó tại một vị trí nào đó của đối tượng trong không gian và nó có thể xem như một
hàm n biến P(c1, c2,..., cn). Do đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều.

Xử lý ảnh liên quan đến nhiều lĩnh vực và cần nhiều kiến thức cơ sở khác.
Đầu tiên phải kể đến Xử lý tín hiệu số là một phần kiến thức hết sức cơ bản cho xử
lý tín hiệu chung, các khái niệm về tích chập, các biến đổi Fourier, biến đổi
Laplace, các bộ lọc hữu hạn… Thứ hai là cần các công cụ toán như Đại số tuyến
tính, Sác xuất, thống kê. Một số kiến thứ cần thiết như Trí tuệ nhân tao, Mạng nơ
ron nhân tạo cũng được đề cập trong quá trình phân tích và nhận dạng ảnh.
1.1.2. Các phương pháp và ứng dụng của xử lý ảnh số
1.1.2.1. Biến đổi ảnh
Trong xử lý ảnh do số điểm ảnh lớn các tính toán nhiều (độ phức tạp tính
toán cao) đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn, thời gian tính toán lâu. Các phương pháp
khoa học kinh điển áp dụng cho xử lý ảnh hầu hết khó khả thi. Người ta sử dụng các
phép toán tương đương hoặc biến đổi sang miền xử lý khác để dễ tính toán. Sau khi
xử lý dễ dàng hơn được thực hiện, dùng biến đổi ngược để đưa về miền xác định
ban đầu, các biến đổi thường gặp trong xử lý ảnh gồm:
- Biến đổi Fourier, Cosin, Sin
3


- Biến đổi (mô tả) ảnh bằng tích chập, tích Kronecker
- Các biến đổi khác như KL (Karhumen Loeve), Hadamard Một số các công
cụ sác xuất thông kê cũng được sử dụng trong xử lý ảnh.
1.1.2.2. Nén ảnh
Ảnh dù ở dạng nào vẫn chiếm không gian nhớ rất lớn, do đó khi mô tả ảnh
người ta đã đưa kỹ thuật nén ảnh vào để giảm dung lượng nhớ của ảnh.
Có nhiều cách phân loại các phương pháp nén khác nhau. Cách thứ nhất dựa
vào nguyên lý nén. Cách này phân các phương pháp nén thành hai họ lớn:
- Nén chính xác hay nén không mất thông tin: họ này bao gồm các phương
pháp nén mà sau khi giải nén ta thu được chính xác dữ liệu gốc.
- Nén có mất thông tin: họ này bao gồm các phương pháp mà sau khi giải
nén ta không thu được dữ liệu như bản gốc. Phương pháp này lợi dụng tính chất của

mắt người, chấp nhận một số vặn xoắn trong ảnh khi khôi phục lại. Tất nhiên, các
phương pháp này chỉ có hiệu quả khi mà độ vặn xoắn chấp nhận được bằng mắt
thường hay với dung sai nào đấy.
Cách phân loại thứ hai dựa vào cách thức thực hiện nén. Theo cách này,
người ta cũng phân thành hai họ:
- Phương pháp không gian (Spatial Data Compression): Các phương pháp
thuộc họ này thực hiện nén bằng các tác động trực tiếp lên việc lấy mẫu của ảnh
trong miền không gian.
- Phương pháp sử dụng biến đổi (Transform Coding): gồm các phương pháp
tác động lên sự biến đổi của ảnh gốc mà không tác động trực tiếp như họ trên.
Có một cách phân loại khác nữa, cách phân loại thứ ba, dựa vào triết lý của
sự mã hóa. Cách này cũng phân các phương pháp nén thành hai họ:
- Các phương pháp nén thế hệ thứ nhất: Gồm các phương pháp mà mức độ
tính toán là đơn giản, thí dụ việc lấy mẫu, gán từ mã,.v.v.
4


- Các phương pháp nén thế hệ thứ hai: dựa vào độ bão hòa của tỷ lệ nén.
1.1.3. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số
Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất
lượng ảnh và phân tích ảnh.
Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự
nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp
ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu
CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy
ra từ Camera, sau đó nó được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý
tiếp theo. (Máy ảnh số hiện nay là một thí dụ gần gũi). Mặt khác, ảnh cũng có thể
tiếp nhận từ vệ tinh; có thể quét từ ảnh chụp bằng máy quét ảnh. Hình 1.1 dưới đây
mô tả các bước cơ bản trong xử lý ảnh.

Hình 1.1. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh
Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau:
Phần thu nhận ảnh
Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận qua
camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25
dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là
loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại
quét dòng; ảnh tạo ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ
5


thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh).
Phần tiền xử lý
Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ
tiền xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu,
nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn.
Phân đoạn hay phân vùng ảnh
Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu
diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch) trên phong
bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên
người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng. Đây là
phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính
xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này.
Biểu diễn ảnh
Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân
đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành
dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính
chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature election) gắn với việc tách
các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân
biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. Ví dụ:

trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký
tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác.
Ảnh sau khi số hoá sẽ được lưu vào bộ nhớ, hoặc chuyển sang các khâu tiếp
theo để phân tích. Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ
nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ. Thông
thường, các ảnh thô đó được đặc tả (biểu diễn) lại (hay đơn giản là mã hoá) theo các
đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh (Image Features) như: biên ảnh
(Boundary), vùng ảnh (Region). Một số phương pháp biểu diễn thường dùng:
6


• Biểu diễn bằng mã chạy (Run-Length Code)
• Biểu diễn bằng mã xích (Chaine -Code)
• Biểu diễn bằng mã tứ phân (Quad-Tree Code)
Nhận dạng và nội suy ảnh
Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được
bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán
đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang
trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại. Có nhiều cách phân loai
ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh
được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:
- Nhận dạng theo tham số.
- Nhận dạng theo cấu trúc.
Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụng trong
khoa học và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ ký điện tử),
nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch, nhận dạng mặt
người…
Cơ sở tri thức
Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng
tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong

nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán
học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận
và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện
nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy, ở đây các cơ sở tri
thức được phát huy.
1.1.4. Xử lý ảnh y tế
1.1.4.1. Đặc điểm xử lý ảnh y tế
7


Ảnh y tế, ngoài các đặc điểm của một bức ảnh thông thường nó còn một số
tính chất, tiêu chuẩn khác như nguyên lý tạo ảnh, môi trường tạo ảnh, đặc biệt ảnh
được hình thành, xử lý theo một chuẩn riêng sử dụng trong y tế. Cụ thể, việc xử lý
ảnh y tế có một số đặc điểm chính sau:
- Phương pháp tạo ảnh: ngoài việc tạo ảnh bằng camera thì ảnh y tế chủ yếu
được tạo bằng các phương pháp khác như: truyền qua, phát xạ, phản xạ, tán xạ hay
cộng hưởng từ hạt nhân.
- Do ảnh y khoa chủ yếu được tạo bằng các phương pháp gián tiếp như trên
nên tỷ lệ nhiễu rất cao, nhưng vì phục vụ cho mục đích chẩn đoán bệnh nên đòi hỏi
tính chính xác cao (độ méo thấp). Do đó, các khâu xử lý sẽ phải sử dụng các thuật
toán, các hàm phức tạp hơn so với xử lý ảnh thông thường mới cho ra kết quả mong
muốn.
- Trong quá trình xử lý, người ta phải ưu tiên (phân đoạn, trích chọn) theo
vùng, theo tính chất tổ chức cơ thể để làm nổi bật các chi tiết cần quan sát. (ví dụ
thăm khám các tổ chức xương người ta sẽ dùng phần mềm khác, tổ chức cơ người
ta sẽ dùng phần mềm khác…)
1.1.4.2. Mục đích xử lý ảnh y tế
- Các thực thể tạo ảnh y tế (medical imaging modality) khác nhau cung cấp
các thông tin đặc tính riêng biệt về các cơ quan bên trong hay của các tổ chức mô.
- Độ tương phản và độ nhìn thấy của ảnh y tế phụ thuộc vào thực thể tạo ảnh,

hàm đáp ứng cũng như phụ thuộc vào các vùng bệnh lý.
- Mục tiêu của tạo ảnh y tế là thu nhận các thông tin hữu ích về các quá trình
sinh lý hay các cơ quan của cơ thể bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng.
1.1.4.3. Môi trường tạo ảnh y tế
- Bao gồm các đặc tính tĩnh hay động của các đối tượng được tạo ảnh như
các tổ chức, các mô, các bệnh lý đặc trưng của cơ thể.
1.1.4.4. Bản chất vật lý của việc tạo ảnh y tế
- Nguyên lý tạo ảnh được sử dụng để thu được dữ liệu. Ví dụ: CT scanner là
8


sự truyền tia X qua cơ thể. SPECT là sự phát xạ tia gamma do tương tác giữa chất
phóng xạ với mô.
- Nguyên lý khác nhau dẫn tới mức thông tin cung cấp cũng khác nhau. Ví
dụ: SPECT, PET thì ảnh có độ tương phản, chi tiết giải phẫu kém. CT scanner thì
ảnh có độ sắc nét hơn, độ phân giải chi tiết giải phẫu lớn. MRI thì ảnh có độ phân
giải chi tiết giải phẫu lớn, độ tương phản mô mềm xuất sắc.
1.1.4.5. Thực thể tạo ảnh y tế
- Quyết định chất lượng ảnh theo các tiêu chí:
+ Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N
+ Độ phân giải
+ Khả năng cho thấy các thông tin chẩn đoán
- Thông số kỹ thuật của nguồn ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng tạo ảnh
- Độ phi tuyến, hiệu suất thấp, thời gian phân rã dài, loại bỏ tán xạ thấp tạo
giả ảnh dẫn tới cần tạo và xử lý ảnh thông minh
1.1.4.6. Phương pháp thu nhận dữ liệu để tạo ảnh y tế
- Đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ảnh
- Yếu tố quyết định xác định giải không gian và thời gian tốt nhất
- Quan trọng đối với việc làm giảm giả ảnh trong ảnh thông qua lọc tích cực
và tiền xử lý.

- Độ phân giải không gian: kích thước nhỏ nhất của đối tượng mà toàn hệ
thống (gồm cả quá trình tái tạo ảnh) có thể phân biệt được
- Độ phân giải thời gian: thời gian để thu được tín hiệu để tạo thành một ảnh
đơn. Ở đây, không phải là thời gian tái tạo ảnh mà là thời gian để lấy mẫu tất cả
thông tin cần thiết để tái tạo ảnh
1.1.4.7. Xử lý và phân tích ảnh y tế
9


- Nhằm tăng cường thông tin chẩn đoán hỗ trợ cho việc diễn giải các ảnh y tế
(thông thường hoặc có sự trợ giúp của máy tính)
- Diễn giải định tính và định lượng ảnh cho các chẩn đoán, theo dõi can
thiệp, điều trị khác nhau
- Hiểu được quá trình sinh lý cùng với các bệnh và phản ứng chống lại điều
trị của chúng
a/ Nguyên lý tạo ảnh
- Ảnh 2 chiều của vật thể: qua các dụng cụ quang học như camera hay kính
hiển vi...
- Ảnh 2 chiều hay 3 chiều của một tổ chức: qua các thực thể tạo ảnh y tế
bằng phương pháp truyền qua, phát xạ, phản xạ, tán xạ hay cộng hưởng từ hạt nhân.
b/ Các bước xử lý ảnh

Hình 1.2. Các bước xử lý ảnh trong y khoa

10


1.2. Khái quát các chuẩn lưu trữ hình ảnh y khoa
1.2.1. Chuẩn AFNI
-

AFNI (Analysis of Functional NeuroImaging) là một môi trường xử lý,

phân tích và hiển thị fMRI data – một kĩ thuật mô phỏng hoạt động của bộ não con
người. AFNI chạy trên hệ thống Unix+X11+MOTIF, bao gồm cả SGI và Linux.
-

ANFI được viết bằng ngôn ngữ C, được phát triển rất mạnh ở đại học y

dược Wisconsin vào năm 1994 và sau này Robert W. Cox phát triển thêm. Việc
phát triển này mang lại nhiều điểm nhấn trong NIH (National Institutes of Health)
vào năm 2001 và tiếp tục phát triển ở NIMH Scientific and Statistical Computing
Core.
-

AFNI lưu trữ thông tin vào 2 file:
File BRIK lưu trữ dữ liệu.
File ACII HEAD lưu trữ các thông tin header.

Hình 1.3. Giao diện phần mềm AFNI
11


1.2.2. Chuẩn Analyse

Hình 1.4. Mô hình ảnh trong chuẩn Analyse
-

Analyze là chương trình phần mềm mạnh do BIR (Biomedical Imaging

Resource) ở Mayo Clinic phát triền, dùng trong hiển thị, xử lí và đo đạc các ảnh đa
chiều trong trong y khoa. Analyze được sử dụng để lấy các ảnh chụp từ MRI, CT và
PET.
-

Định dạng file trong Analyse 7.5 đã được sử dụng sâu rộng trên lĩnh vực

xử lí ảnh não bộ thần kinh, và các chương trình khác như SPM (Statistical
Parametric Mapping), AIR, MRIcro có thể đọc và ghi định dạng đó. Những file có
thể được sử dụng để lưu trữ những hình khối đa chiều.
-

Một mục dữ liệu gồm hai file :
Một file chứa dữ liệu kiểu binary với phần mở rộng .img
Một file chứa metadata với phần mở rộng .hdr

12


1.2.3. Chuẩn DICOM
DICOM là từ viết tắt của The Digital Image and Communication in
Medicine - Tiêu chuẩn ảnh số và truyền thông trong y tế - Là hệ thống tiêu chuẩn
công nghiệp được phát triển nhằm tạo ra một chuẩn chung trong trao đổi ảnh y tế
giữa các nhà sản xuất cũng như người sử dụng. Tiêu chuẩn này bao gồm cả việc
định nghĩa cấu trúc khuôn dạng tập tin cũng như giao thức truyền tin.
Do chuẩn AFNI và chuẩn Analyze là các chương trình phần mềm phục vụ
cho việc xử lý dữ liệu của một số thiết bị cụ thể trong một lĩnh vực hẹp (MRI, CT,
PET) nên sau khi ra đời, chuẩn DICOM đã được hầu hết các nhà sản xuất thiết bị y
tế trên thế giới ứng dụng cho các sản phẩm chẩn đoán hình ảnh của mình
Ngoài ra, người ta còn sử dụng phần mềm tạo ảnh trung gian để lưu trữ và

truy tìm hình ảnh Non-DICOM, Dạng lưu trữ này được thực hiện lưu trữ các loại
ảnh không phải chuẩn DICOM (qua cổng USB, Video, S-Video, VGA, Component
RGB, …) như: hình giải phẫu bệnh, tế bào học, hình nội soi, hình siêu âm, hình vi
sinh, ký sinh, hình da liễu và thậm chí là một mẫu giấy được scan lại. Người sử
dụng tiến hành chụp ảnh, ảnh sẽ lại lưu lại dưới dạng file thông thường như jpeg với
tên theo mã bệnh nhân, hoặc theo một tiêu chuẩn nhất định để dễ tìm kiếm đồng bộ
với cơ sở dữ liệu của phần mềm quản lý Bệnh viện.
1.2.3.1. Lịch sử phát triển
Trước sự phát triển mạnh mẽ, đa dạng về chủng loại thiết bị cũng như khác
biệt về tiêu chuẩn dữ liệu của các nhà sản xuất thiết bị điện tử y tế những năm 7080, American College of Radiologist (ACR) và National Electrical Manufacturers
Association (NEMA) nhận thấy cần phát triển một hệ thống tiêu chuẩn chung về
định dạng, lưu trữ và trao đổi ảnh trong y tế. Chính vì vậy, chuẩn ACR-NEMA thứ
nhất ra đời năm 1985 với các qui định về khuôn dạng dữ liệu, cách thức truyền bản
tin kiểu điểm – điểm. Phiên bản thứ 2 ra đời năm 1988 được bổ sung thêm các định
nghĩa về phần cứng, giao thức phần mềm, từ điển dữ liệu và khắc phục một số lỗi
13