Tạo ảnh mật độ sử dụng kỹ thuật tán xạ ngược

IH

QU

GI H N I

Ờ

----------

NGUYỄN THANH NAM

T O ẢNH MẬ

Ộ

SỬ DỤNG KỸ THUẬT Á X

Ậ
KỸ THUẬT

N TỬ, TRUYỀ

Ộ – 2016

ỢC


IH

QU

GI H N I

Ờ

----------

NGUYỄN THANH NAM

T O ẢNH MẬ

Ộ

SỬ DỤNG KỸ THUẬT Á X

Ng nh:

ỢC

ng Nghệ Kỹ thuật iện tử, Truyền th ng

huy n ng nh: ỹ thuật iện tử
Mã số: 60520203

Ậ
KỸ THUẬ
Ờ

N TỬ, TRUYỀ

ỚNG DẪN KHOA H C: PGS.TS. TRẦ

Ộ – 2016

Ứ

Â


i

Ờ

Ầ

Trong những năm gần đây, căn bệnh ung thư đã cướp đi nhiều sinh mạng của
con người tr n thế giới. Trong đó, ung thư vú thường gặp nhất v gây tử vong h ng
đầu ở phụ nữ. ây l loại bệnh ung thư phổ biến nhất ở phụ nữ thuộc tr n 140 quốc
gia. Tr n thế giới, cứ 22 giây có 1 người bị chẩn đoán mắc bệnh. V mỗi 5 phút, có 3
phụ nữ qua đời vì ung thư vú.
Nếu phát hiện trễ, chỉ 1 trong 5 phụ nữ bị ung thư vú đã
di căn sống th m được 5 năm sau chẩn đoán. Ở Việt Nam, xu hướng mắc ung thư vú ở
người trẻ có dấu hiệu tăng l n v ung thư vú ở Việt Nam trẻ hơn so với các nước khác.
Cứ mỗi năm Việt Nam có khoảng 12.000 người được phát hiện mắc mới ung thư vú.
V 70% trong số đó được chẩn đoán ở giai đoạn cuối n n tỷ lệ chữa khỏi bệnh thấp
hơn các nước tr n thế giới . Vì vậy cần phải thừa nhận l việc phát hiện sớm ung thư
vú ở phụ nữ sẽ l m thay đổi rõ r ng bệnh sử tự nhi n của bệnh cũng như cải thiện đáng
kể khả năng ti n lượng bệnh. ể có thể giúp người bệnh phát hiện sớm các u lạ trong
cơ thể, thì hiện nay, y học thường sử dụng phương pháp si u âm. hụp ảnh si u âm
hiện nay được ứng dụng rộng rãi cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Tuy nhi n,
trong các máy si u âm hiện nay thì phương pháp hiện tại l sử dụng các tín hiệu phản

hồi có nhược điểm l khó có thể tái tạo được các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn bước
sóng. hụp ảnh si u âm cắt lớp sử dụng kĩ thuật tán xạ ngược thì lại có thể thực hiện
được điều n y. Người ta có thể nhận biết các khối u lạ vì khi tín hiệu si u âm truyền
qua nó thì tốc độ truyền sẽ thay đổi. Trong trường hợp n y, phương pháp lặp vi phân
Born (DBIM) được ưa chuộng bởi chúng cho phép xây dựng mối li n hệ tuyến tính
giữa tín hiệu si u âm đo được với sự khác biệt tốc độ si u âm khi truyền qua khối u
[1]. Song với các phương pháp kh i phục ảnh truyền thống, thường kh ng quan tâm
đến sự thay đổi mật độ ρ [2]. Tuy nhi n, bằng các thực nghiệm đã nghi n cứu cho thấy
rằng những thay đổi mật độ tương đối trong các m có thể so sánh về độ lớn để dẫn
đến c thay đổi [3,4]. Hiện nay có rất nhiều phương pháp tạo ảnh mật độ, song y u cầu
chung của các phương pháp n y đó l tối ưu mặt thời gian v nâng cao chất lượng hình
ảnh kh i phục. Trong c ng trình [6], Lavarello v các đồng nghiệp đã sử dụng tạo ảnh
mật độ sử dụng phương pháp kết hợp tần số, sử dụng hai tập đo với hai tần số khác
n n thời gian đo phải gấp đ i.
Luận văn n y đã th nh c ng trong việc khảo sát sự ảnh hưởng của mật độ đến
việc tái tạo hình ảnh của đối tượng lạ v kh i phục hình ảnh sử dụng tán xạ ngược
bằng phương pháp lặp Vi phân Born (DBIM), từ đó đề xuất kỹ thuật nội suy để nâng
cao chất lượng tạo ảnh v giảm thời gian tính toán.


ii

Ờ

Ả

Xuất phát từ những ý nghĩa thực tế của việc phát hiện sớm ung thư giúp người
bệnh có thể chữa khỏi, giảm tỉ lệ tử vong vì căn bệnh n y, luận văn l kết quả của quá
trình nghi n cứu lý luận v thực tiễn của cá nhân tác giả dựa tr n sự chỉ bảo, hướng
dẫn tận tình của PGS.TS. Trần ức Tân. Thầy đã kh ng quản khó khăn, thời gian,

c ng sức để giúp t i ho n th nh luận văn n y, nhân đây, t i xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
tới PGS.TS Trần ức Tân. ược thầy hướng dẫn l một niềm hạnh phúc đối với cá
nhân tác giả, bởi lẽ thầy l một nh giáo trẻ, mẫu mực, say m nghi n cứu khoa học, l
người có phương pháp nghi n cứu, có nhiều đóng góp cho sự nghiệp nghi n cứu khoa
học – l hình mẫu cho chúng t i noi theo.
T i cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, c giáo v bạn b trong lớp

21 Kỹ

thuật điện tử, hoa iện Tử – Viễn Th ng, Trường ại Học
ng Nghệ, ại Học
Quốc Gia H Nội đã có những nhận xét, góp ý cho luận văn n y của t i.
uối c ng t i xin gửi lời cảm ơn đến gia đình t i, cơ quan t i đang c ng tác,
những người đã tạo điều kiện cho t i học tập v nghi n cứu. Gia đình l động lực cho
t i vượt qua những thử thách, lu n lu n ủng hộ v động vi n t i ho n th nh luận văn n y.


iii

Ờ
T i xin cam đoan luận văn n y l sản phẩm của quá trình nghi n cứu, tìm hiểu
của cá nhân dưới sự hướng dẫn v chỉ bảo của các thầy hướng dẫn, thầy c trong bộ
m n, trong khoa v các bạn b . T i kh ng sao chép các t i liệu hay các c ng trình
nghi n cứu của người khác để l m luận văn n y.
Nếu vi phạm, t i xin chịu mọi trách nhiệm.

Nguyễn Thanh Nam


iv

Ụ
Ờ
Ờ
Ụ

Ụ

Ầ .................................................................................................................i
........................................................................................................ iii
Ụ .....................................................................................................................iv
Ụ
Á
Ữ
Ắ ..................................................v
Ụ
Á
Ả
............................................................................................vi
Ụ
Á
.................................................................................... vii
. ỔNG QUAN VỀ
Y T........................................................... 1
. .
qu về siêu âm cắt lớp ................................................................................1
1.1.1. Siêu âm là gì? .......................................................................................................1
1.1.2. Cơ sở vật lý của siêu âm .......................................................................................2
1.1.3. Phân loại máy siêu âm ......................................................................................... 3
1.1.4. Cấu tạo máy siêu âm ............................................................................................ 3

1.1.5. Các loại kỹ thuật siêu âm (mode siêu âm). .......................................................... 5
1.2. Chụp cộ hưởng từ MRI......................................................................................6
1.3. Kỹ thuật siêu âm cắt lớp dự trê kỹ thuật tá xạ ược ..................................9
.4. ó
óp của luậ vă ......................................................................................... 10
.5.
chức uậ vă ...................................................................................................10
.
YÊ
ỘNG ............................................................. 11
2.1. Ả h hưởng của mật độ tới sự tạo ảnh ................................................................ 11
2.1.1. Ảnh hưởng của mật độ trong trường áp suất bị tán xạ bởi trụ tròn. ...............11
2.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi mật độ trong tái tạo tốc độ âm thanh sử dụng DBIM.
.......................................................................................................................................12
2.2. Phươ pháp ặp vi phâ or ...........................................................................14
2.3. Phươ pháp
............................................................................................... 17
2.4. So sá h phươ pháp tạo ả h tươ phả và tạo ảnh mật độ ........................ 17
2.5. ô phỏng tạo ảnh mật độ sử dụng DBIM ......................................................... 18
2.5.1. Kịch bản mô phỏng hàm mục tiêu .....................................................................18
2.5.2. Kết quả mô phỏng hàm mục tiêu .......................................................................19
2.6. Nhậ xét .................................................................................................................24
.P
P ÁP Ề XUẤT ............................................................ 25
3. . Phươ pháp ội suy ........................................................................................... 25
3.1.1. Cơ sở của phương pháp nội suy ........................................................................25
3.1.2. Qui trình thực hiện của phương pháp nội suy..................................................25
3.2. m iá tr x t i ưu. ............................................................................................... 26
3.3. ô phỏ và đá h iá về mặt thời gian ............................................................. 30
3.4. ô phỏ và đá h iá về mặt chất ượng .......................................................... 32

Ậ ..................................................................................................................36
Ả ........................................................................................... 37


v

Ụ
hi u

Á

Ữ

ơ v

Ắ

h

DBIM

Distorted Born Iterative Method

RMSE

Root Mean Square Error

RRE

Relative Residual Error

Số lượng máy phát
Số lượng máy thu
mm

L kích thước của một
Số lượng

N

(pixel)

(pixel) theo chiều dọc ngang

⃑

m/s

Vận tốc truyền sóng trong m i trường chuẩn

⃑

m/s

Vận tốc truyền sóng trong đối tượng
H m mục ti u

⃑
⃑
⃑
⃑

( ⃗)

Pa

Sóng tới (tín hiệu tới)

Pa

Áp suất tổng

Pa

Áp suất tán xạ

rad/m

Số sóngtrong m i trường chuẩn

rad/m

Số sóng trong đối tượng

kg.m-3

Mật độ của m i trường đồng nhất (nước)

kg.m-3

Mật độ trong đối tượng

vi

Ụ

Á

Ả

Bảng 2.1. So sánh phương pháp tạo ảnh kh ng xét tới yếu tố mật độ v có xét tới yếu
tố mật độ. ....................................................................................................................... 17
Bảng 2.2. Kịch bản m phỏng h m mục ti u ................................................................ 18
Bảng 3.1. Kịch bản kh i phục ảnh mật độ với phương pháp đề xuất ........................... 27
Bảng 3.2. err ứng với từng giá trị của x sau tổng số bước lặp l 4 (N1 = 14) ...............27
Bảng 3.4: err của DBIM qua từng bước lặp (N 27) .....................................................2
Bảng 3.5. err của DBIM – ề xuất qua từng bước lặp (N1 = 14, N2 = 27) .....................2


vii

Ụ

Á

Hình 1.1. Một ca si u âm thai.......................................................................................... 1
Hình 1.2. ấu tạo máy si u âm b n ngo i (Máy si u âm D -70 Mindray) ....................4
Hình 1.3. ầu dò si u âm ................................................................................................ 5
Hình 1.4. Moment từ (Nguồn Internet) ...........................................................................7
Hình 1.5. Sơ đồ máy MRI (Nguồn Internet) ...................................................................9

Hình 2.1. Ảnh hưởng
tr n mẫu áp suất tán xạ tương ứng với
v bán kính
4 (a),
, /4 (c) [17]. ............................................................................................. 12
Hình 2.2.Tái tạo DBIM của các đối tượng với những thay đổi về mật độ [17] ............13
Hình 2.3. ấu hình hệ đo ............................................................................................... 14
.......................................................................................................................................14
Hình 2.4. Sơ đồ cấu hình sử dụng đo dữ liệu phân tán .................................................14
Hình 2.5. ết quả m phỏng xây dựng h m mục ti u lý tưởng ....................................19
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí máy thu – máy phát trong kịch bản m phỏng .......................... 19
Hình 2.7. ết quả kh i phục sau bước lặp đầu ti n (N 14) ........................................20
Hình 2.8. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 2 (N = 14) ............................................20
Hình 2.9. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 3 (N = 14) ............................................21
Hình 2.10. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 4 (N = 14) ..........................................21
Hình 2.11. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 5 (N = 14) ..........................................22
Hình 2.12. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 6 (N = 14) ..........................................22
Hình 2.13. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 7 (N = 14) ..........................................23
Hình 2.14. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 8 (N = 14) ..........................................23
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí máy thu – máy phát trong kịch bản m phỏng .......................... 27
Hình 3.2. ồ thị biểu diễn mối li n hệ giữa số lần lặp x v sai số err (N1 = 14) ..........28
Hình 3.3. ết quả kh i phục sau bước lặp đầu ti n (N1 = 14) ......................................28
Hình 3.4. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 2 (N1 = 14) ...........................................29
Hình 3.5. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 3 (N1 = 14) ...........................................29
Hình 3.6. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 4 (N1 = 14) ...........................................30
Hình 3.7. H m mục ti u lý tưởng (N 27) .....................................................................2
Hình 3.8. ết quả kh i phục sau bước lặp đầu ti n (N1 = 14, N = 27) ......................... 32
Hình 3.9. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 2 (N1 = 14, N = 27) .............................. 32
Hình 3.10. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 3 (N1 = 14, N = 27) ............................ 33
Hình 3.11. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 4 (N1 = 14, N = 27) ............................ 33

Hình 3.12. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 5 (N2 = 27, N = 27) ............................ 33
Hình 3.13. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 6 (N2 = 27, N = 27) ............................ 34
Hình 3.14. ết quả kh i phục sau bước lặp thứ 7 (N2 = 27, N = 27) ............................ 34
Hình 3.16. ồ thị biểu diễn mối li n hệ giữa số lần lặp x v sai số err (N=27) ............35


1

. TỔNG QUAN VỀ
. .

qu

Y T

về siêu âm cắt lớp

1.1.1. Siêu âm là gì?
iêu âm (Ultrasound/Sonography) – l một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh
kh ng xâm lấn, áp dụng phổ biến trong y tế, phương pháp tạo ảnh l sử dụng sóng si u
âm (sóng âm tần số cao) để xây dựng v tái tạo hình ảnh về cấu trúc b n trong cơ thể.
Những hình ảnh n y cung cấp th ng tin có giá trị trong việc chẩn đoán v điều trị
bệnh. Do hình ảnh si u âm được ghi nhận theo thời gian thực n n nó có thể cho thấy
hình ảnh cấu trúc v sự chuyển động của các bộ phận b n trong cơ thể kể cả hình ảnh
dòng máu đang chảy trong các mạch máu.

Hình 1.1. Một ca si u âm thai
(Nguồn: )

+Ứ

dụ

củ siêu âm:

Si u âm thường được sử dụng để :
- hảo sát các bộ phận, cơ quan trong cơ thể : Ổ bụng tổng quát, Sản khoa, Tim mạch,
Phụ khoa, Tiết niệu, Tiền liệt tuyến, Tuyến giáp, Tuyến vú, ác bộ phận nhỏ, ơ
xương khớp, Tinh ho n …
- Si u âm dẫn đường cho sinh thiết v hỗ trợ các kỹ thuật y học khác.
+

uyê

hoạt độ

củ siêu âm.

Si u âm dựa tr n nền tảng l nguy n lý định vị bằng sóng si u âm (sonar) - một
kỹ thuật d ng để phát hiện các vật thể dưới nước. Trong khi si u âm, bác sỹ sử dụng
đầu dò (transducer) tỳ sát l n da, đầu dò có chức năng vừa phát vừa thu sóng si u âm.


2
hi si u âm, các tinh thể b n trong đầu dò phát ra các sóng si u âm truyền v o b n
trong cơ thể. ác m , xương v chất lỏng trong cơ thể - một phần hấp thụ hoặc truyền
qua - một phần phản xạ lại sóng âm v quay ngược trở lại đầu dò. ầu dò thu nhận
sóng âm phản hồi, gửi các th ng tin n y tới bộ xử lý, sau khi phân tích các tín hiệu
phản hồi bằng các phần mềm v thuật toán xử lý ảnh, kết hợp các th ng tin để xây
dựng v tái tạo th nh hình ảnh si u âm m chúng ta nhìn thấy tr n m n hình.

1.1.2. Cơ sở vật lý của siêu âm
ơ chế phát só âm: Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng từ điện
th nh các sóng phát ra từ các đầu dò, có cấu trúc cơ bản l gốm áp điện (piezoelectric). Sóng âm thanh chỉ truyền qua vật chất m kh ng truyền qua được chân
kh ng, vì kh ng có hiện tượng rung.
Một trong những đặc điểm cơ bản nhất l tần số sóng âm phụ thuộc v o bản
chất của vật có độ rung khác nhau. ơn vị đo tần số l Hertz, tức l số chu kỳ dao
động trong một giây.
- Bản chất của Si u âm : l các sóng âm dao động có tần số > 20.000Hz (20KHz).
Trong lĩnh vực Y tế người ta d ng sóng âm với tần số từ 2 MHz đến 20 MHz (1 MHz
= 109Hz) t y theo y u cầu thăm khám.
í h chất củ

iêu âm:

+ Sự suy giảm v hấp thu:
Trong m i trường có cấu trúc đồng nhất, sóng âm lan truyền theo đường thẳng,
v bị mất năng lượng dần gọi l suy giảm. Sự suy giảm theo luật nghịch đảo của bình
phương khoảng cách. Sự hấp thu quan trọng của năng lượng âm gặp vật chất tạo nhiệt.
Tuy nhi n sự mất năng lượng trong si u âm kh ng giống bức xạ tia X, vì ở đây còn có
hiệu ứng quang từ hoặc hiệu ứng ompton. Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc v o độ
cứng v tỷ trọng của m i trường vật chất xuy n qua, trong cơ thể người: mỡ 1450;
nước 1480; m mềm 1540; xương 4100 m s.
+ Sự phản xạ hay phản hồi:
Trong m i trường có cấu trúc kh ng đồng nhất, một phần sóng âm sẽ phản hồi
ở mặt phẳng thẳng góc với ch m sóng âm tạo n n âm dội hay âm vang (echo), phần
còn lại sẽ lan truyền theo hướng của ch m sóng âm phát ra. Như vậy, ở đường ranh
giới giữa hai m i trường có trở kháng âm (acoustic impedance), ký hiệu l Z, Z khác
nhau t y thuộc cấu trúc của vật chất đặc biệt l số nguy n tử. Sóng phản hồi sẽ thu
nhận bởi đầu dò, sau đó được xử lý trong máy v truyền ảnh l n m n hình (display),
hoặc ghi lại tr n phim, giấy in hoặc tr n băng đĩa từ. Tất nhi n các sóng phản hồi

kh ng được thu nhận bởi đầu dò sẽ bị biến mất theo luật suy giảm.
+ Sự khúc xạ, nhiễu âm:
hi ch m sóng đi qua mặt phẳng phân cách với một góc nhỏ, ch m âm phát ra sẽ bị
thụt l i một khoảng so với ch m âm tới còn gọi l nhiễu âm. hính điều n y sẽ tạo ra
ảnh giả.


3
1.1.3. Phân loại máy siêu âm
Máy si u âm được chia th nh nhiều chủng loại khác nhau t y v o hình dạng,
c ng nghệ, phạm vi ứng dụng…
heo h h dạ cấu trúc : máy si u âm xe đẩy, máy si u âm xách tay (để
b n), máy si u âm cầm tay.
heo cô
h : Máy si u âm đen trắng, máy si u âm m u, máy si u âm
Doppler, máy si u âm 3D 4D...
heo phạm vi ứ dụ
si u âm sản phụ khoa…
1.1.4. Cấu tạo máy siêu âm

: Máy si u âm tim mạch, máy si u âm tổng quát, máy

ác bộ phậ củ máy siêu âm :
- ầu dò : phát v thu nhận sóng si u âm.
th
xử tí hi u (phầ cứ + phầ mềm) : xử lý các tín hiệu thu
được từ đầu dò, tái tạo hình ảnh v hiển thị l n m n hình.
th
hập i u, tươ tác : bao gồm b n phím chức năng v trackball
(hoặc m n hình cảm ứng - nếu có), sử dụng để nhập liệu bệnh nhân, lựa chọn th ng số,

chuyển đổi đầu dò…
- à h h : hiển thị hình ảnh si u âm sau khi xử lý (một số dòng si u âm cao
cấp có th m m n hình cảm ứng để tăng tốc độ v khả năng tương tác trong quá trình
si u âm)
- áy i : in kết quả si u âm (sử dụng máy in nhiệt hoặc máy in th ng thường
qua máy tính).


4

Hình 1.2. ấu tạo máy si u âm b n ngo i (Máy si u âm D -70 Mindray)
(Nguồn: )
ầu dò siêu âm.
ầu dò (Transducer - Probe): l m nhiệm vụ vừa phát vừa thu sóng âm phản hồi.
ầu dò bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện (piezo-eletric), khi có dòng điện
xoay chiều tần số cao kích thích v o miếng gốm n y l m cho nó co giãn v phát ra
xung si u âm. Ngược lại khi miếng áp điện rung l n do sóng si u âm dội trở về sẽ tạo
ra một xung động. Sóng si u âm lan truyền v o các m trong cơ thể, gặp các mặt
phẳng sẽ gặp các sóng âm dội trở về. Mỗi âm dội m đầu dò thu nhận được sẽ chuyển
th nh tín hiệu điện, từ tín hiệu n y sẽ được xử lý v chuyển th nh tín hiệu tr n m n
hình, v tất cả ch m sóng âm quét tạo n n hình ảnh si u âm.
T y v o chức năng v tần số khảo sát, hãng sản xuất, các loại đầy dò có hình
dạng v kích thước khác nhau. ác đầu dò quét được nhờ một hệ thống cơ khí hay
điện tử, với ch m thăm dò theo hình chữ nhật hay rẻ quạt.


5
+ ầu dò quét cơ học:
Trong đầu dò có bộ chuyển động được gắn với tinh thể gốm áp điện hoặc một
tấm gương phản âm. hức năng của bộ n y giống như một bộ đ n pha quét ánh sáng

ch m đơn, chuyển động nhờ một bánh xe hoặc một chuyển động kế. ác dao động
sóng sẽ phản chiếu nhờ tấm gương.
+ ầu dò quét điện tử:
ác tinh thể gốm áp điện được xếp th nh một dãy theo chiều ngang (tuyến
tính), được mở ra một cửa sổ (aperture) nhỏ lớn phụ thuộc v o số lượng tinh thể, chiều
rộng của ch m sóng âm khi phát ra.

Hình 1.3. ầu dò si u âm
(Nguồn: )
Một số loại đầu dò phổ biến như đầu dò onvex (dò tổng quát), đầu dò Linear
(khảo sát phần n ng), đầu dò tim (khảo sát tim mạch), đầu dò âm đạo (sản phụ
khoa)… a số các si u âm được thực hiện với đầu dò b n ngo i da, một số loại si u
âm thực hiện b n trong cơ thể (invasive ultrasound). Trong trường hợp n y,đầu dò
được gắn v o một que đo v được đưa v o b n trong bằng các con đường mở tự nhi n.
Một số si u âm thuộc loại n y bao gồm :
– Transesophageal echocardiogram (si u âm tim qua thực quản): đầu dò được
đưa v o b n trong thực quản để thu các hình ảnh của tim.
– Transrectal ultrasound (si u âm qua trực tr ng): đầu dò được đưa v o b n
trong hậu m n để quan sát trực tr ng, tuyến tiền liệt.
– Transvaginal ultrasound (si u âm qua âm đạo): đầu dò được đưa v o b n
trong âm đạo để quan sát tử cung & buồng trứng.
1.1.5. Các loại kỹ thuật siêu âm (mode siêu âm).
iêu âm kiểu ( mp itude): Ghi lại sóng phản hồi bằng những xung nhọn,
m vị trí tương ứng với chiều sâu v bi n đ tỷ lệ thuận với cường độ của âm vang


6
(echo). iểu ít có giá trị về chẩn đoán m thường d ng để kiểm tra sự chính xác của
máy si u âm.
iêu âm kiểu h y 2 chiều (2D): Mỗi sóng xung kiểu đều được ghi lại bằng

một chấm sáng nhiều hay ít t y theo cường độ của âm dội. Sự di chuyển của đầu dò
tr n da bệnh nhân cho phép ghi lại cấu trúc âm của các m trong cơ thể nằm tr n mặt
phẳng quét của ch m tia, đây l phương pháp si u âm cắt lớp (Echotomography). Hình
thu được từ các âm vang n y sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ v chuyển th nh tín hiệu
tr n m n truyền bằng các chấm trắng đen, xám.
iêu âm kiểu ộ ( y mic): L một kiểu hai chiều với tốc độ quét nhanh,
tạo n n hình ảnh theo thời gian thực (real time). iểu ộng so với kiểu B tựa như điện
ảnh so với chụp ảnh.
iêu âm kiểu (
- Time Motion): Trong kiểu si u âm n y âm vang sẽ ghi
lại theo kiểu , nhưng chuyển động theo thời gian nhờ m n hình quét ngang thường
xuy n. Do đó những cấu trúc đứng y n tr n m n hình l một đường thẳng, còn những
cấu trúc chuyển động l một đường cong ngoằn ngh o t y theo sự chuyển động của cơ
quan thăm khám. Si u âm kiểu n y thường d ng để khám tim.
iêu âm kiểu opp er ( ộ ): D ng hiệu ứng Doppler của si u âm để đo tốc
độ tuần ho n, xác định hướng của dòng máu v đánh giá lưu lượng máu. ó 3 loại
Doppler: Doppler li n tục, Doppler xung, Doppler m u, người ta thường phối hợp hệ
thống Doppler với si u âm cắt lớp theo thời gian thật gọi l si u âm DUPLEX. Ng y
nay người ta còn mã hóa các dòng chảy của si u âm chính l si u âm ộng-m u, si u
âm Doppler năng lượng (Power Doppler), si u âm tổ chức (tissue doppler) v si u âm
chiều rất tiện cho việc thăm khám Tim - Mạch, sản khoa.
iêu âm kiểu 3 . Trong những năm gần đây si u âm 3D đã được ứng dụng rất
rộng rãi, chủ yếu ở lĩnh vực sản khoa. Hiện nay có 2 loại si u âm 3D, đó l loại tái tạo
lại hình ảnh nhờ các phương pháp dựng hình máy tính v một loại được gọi l 3D thực
sự (Live 3D, 3D real time, 4D). Si u âm 3D do một đầu dò có cấu trúc khá lớn, m
trong đó người ta bố trí các chấn tử nhiều hơn theo hình ma trận, phối hợp với phương
pháp quét hình theo chiều kh ng gian nhiều mặt cắt, các mặt cắt theo kiểu 2D n y
được máy tính lưu giữ lại v dựng th nh hình theo kh ng gian 3 chiều. Ng y nay có
một số máy si u âm thế hệ mới đã có si u âm 3 chiều cho cả tim mạch, tuy nhi n ứng
dụng của chúng còn hạn chế do kỹ thuật tương đối phức tạp v đặc biệt l giá

th nh cao.
1.2. Chụp cộ hưởng từ MRI
uyê
húng ta đều biết mọi vật thể đều được cấu tạo từ nguy n tử. Hạt nhân nguy n
tử được cấu tạo từ các proton (mỗi proton mang điện tích +1) v các neutron (kh ng
mang điện tích). Quay quanh hạt nhân l các electron (mang điện tích âm). Trong
nguy n tử trung hòa điện tích, số proton của hạt nhân bằng đúng số electron của


7
nguy n tử đó. Tất cả các tiểu thể n y đều chuyển động.Neutron v proton quay quanh
trục của chúng, electron quay quanh hạt nhân v quay quanh trục của chúng. Sự quay
của các tiểu thể nói tr n quanh trục của chúng tạo ra một m men góc quay gọi l spin.
Ngo i ra, các hạt mang điện tích khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường. Vì proton có
điện tích dương v quay n n nó tạo ra một từ trường, giống như một thanh nam châm
nhỏ, gọi l m men từ .

Hình 1.4. Moment từ (Nguồn Internet)
Nhờ các đặc tính vật lý như vậy, khi đặt một vật thể v o trong một từ trường
mạnh, vật thể đó có khả năng hấp thụ v bức xạ lại các xung điện từ ở một tần số cụ
thể. Khi hấp thụ, trong vật thể đó diễn ra hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân. Tần số
cộng hưởng của các vật thể m th ng thường nằm trong dải tần của sóng v tuyến.
òn khi bức xạ, vật thể đó cũng phát ra các tín hiệu v tuyến.
ơ thể chúng ta cấu tạo chủ yếu từ nước (60-70%). Trong th nh phần của phân
tử nước lu n có nguy n tử hydro. Về mặt từ tính, nguy n tử hydro l một nguy n tử
đặcbiệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đó, nó có một m men từ lớn. Từ
điều n y dẫn tới một hệ quả l : nếu ta dựa v o hoạt động từ của các nguy n tử hydro
để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các m trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi
hình v phân biệt được các m đó. Mặt khác, trong c ng một cơ quan, các tổn thương
bệnh lý đều dẫn đến sự thay đổi phân bố nước tại vị trí tổn thương, dẫn đến hoạt động

từ tại đó sẽ thay đổi so với m l nh, n n ta cũng sẽ ghi hình được các thương tổn.
Ứng dụng nguy n lý n y, MRI sử dụng một từ trường mạnh v một hệ thống
phát các xung có tần số v tuyến để điều khiển hoạt động điện từ của nhân nguy n tử,
m cụ thể l nhân nguy n tử hydro có trong phân tử nước của cơ thể, nhằm bức xạ
năng lượng dưới dạng các tín hiệu có tần số v tuyến. ác tín hiệu n y sẽ được một hệ
thống thu nhận v xử lý điện toán để tạo ra hình ảnh của đối tượng vừa được đưa v o
từ trường đó.


8
Quá trình chụp MRI gồm có 4 giai đoạn. Nguy n lý của 4 giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Sắp h ng hạt nhân
Mỗi proton trong m i trường vật chất đều có một m men từ tạo ra bởi spin nội
tại của nó. Trong điều kiện bình thường, các proton sắp xếp một cách ngẫu nhi n n n
m men từ của chúng triệt ti u lẫn nhau do đó kh ng có từ trường dư ra để ghi nhận
được. hi đặt cơ thể v o máy chụp MRI, dưới tác động từ trường mạnh của máy, các
m men từ của proton sẽ sắp h ng song song c ng hướng hoặc ngược hướng của từ
trường.Tổng tất cả m men từ của proton lúc n y được gọi l vectơ từ hóa thực. ác
vectơ từ sắp h ng song song c ng chiều với hướng từ trường máy có số lượng lớn hơn
các vectơ từ sắp h ng ngược chiều v chúng kh ng thể triệt ti u cho nhau hết. Do đó
vectơ từ hoá thực có hướng của vectơ từ trường máy. ó l trạng thái cân bằng. Trong
trạng thái cân bằng kh ng có một tín hiệu n o có thể được ghi nhận. Khi trạng thái cân
bằng bị xáo trộn sẽ có tín hiệu được hình th nh.
Ngo i sự sắp h ng theo hướng của từ trường máy, các proton còn có chuyển
động đảo, tức quay quanh trục của từ trường máy. huyển động đảo l một hiện tượng
vật lý sinh ra do sự tương tác giữa từ trường v động lượng quay của proton. Chuyển
động đảo giống như hiện tượng con quay, nó l m cho proton kh ng đứng y n m đảo
quanh trục của từ trường b n ngo i . Tần số của chuyển động đảo nằm trong dải tần số
của tín hiệu RF v được xác định bằng phương trình Lamor. hi phát xung RF c ng
tần số với proton đang chuyển động đảo thì proton hấp thụ năng lượng xung tạo n n

hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân.
Giai đoạn 2: ích thích hạt nhân
Sau giai đoạn sắp h ng hạt nhân, cuộn phát tín hiệu của máy phát ra các xung
điện từ ngắn gọi l xung tần số v tuyến. Vì các xung phát ra có tần số RF tương ứng
với tần số cộng hưởng của proton n n một số năng lượng sẽ được proton hấp thụ. Sự
hấp thụ năng lượng n y sẽ đẩy vectơ từ hoá l m chúng lệch khỏi hướng của vectơ từ
trường máy. Hiện tượng n y gọi l kích thích hạt nhân
ó hai khái niệm quan trọng trong xử lý tín hiệu đó l từ hóa dọc, song song
với từ trường của máy v từ hóa ngang, vu ng góc với từ trường máy.
Từ hóa dọc l hiện tượng từ hóa do ảnh hưởng của từ trường máy. ó chính l
trạng thái cân bằng như đã trình b y ở tr n. Trạng thái n y được duy trì cho đến khi có
một xung RF tác động l m vectơ từ hoá lệch khỏi hướng của vectơ từ trường máy. hi
phát xung RF, sau một thời gian n o đó, vectơ từ hoá lại kh i phục trở về vị trí dọc
ban đầu. Quá trình kh i phục theo hướng dọc của từ trường máy gọi l quá trình dãn
theo trục dọc . Thời gian dãn theo trục dọc l thời gian cần thiết để hiện tượng từ hóa
dọc đạt 63% giá trị ban đầu của nó. Thời gian n y còn gọi l thời gian T1.
Từ hóa ngang xảy ra khi phát xung RF l n m . Xung n y thường l xung 900.
Do hiện tượng cộng hưởng n n vectơ từ hoá lệch khỏi hướng của vectơ từ trường máy
v bị đẩy theo hướng ngang tạo n n vectơ từ hóa ngang . Từ hóa ngang l trạng thái


9
kh ng ổn định, kích thích v nhanh chóng phân rã khi kết thúc xung RF. Từ hoá ngang
cũng l một quá trình dãn gọi l dãn theo trục ngang. Khi ngắt xung RF, vectơ từ hóa
ngang mất pha, suy giảm nhanh chóng v dần dần trở về 0. Thời gian cần thiết để 63%
giá trị từ hoá ban đầu bị phân rã gọi l thời gian dãn theo trục ngang . Thời gian n y
còn gọi l thời gian T2. Thời gian T2 ngắn hơn nhiều so với thời gian T1.
Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu
Khi ngắt xung RF, các proton hết bị kích thích, trở lại sắp h ng như cũ dưới ảnh
hưởng của từ trường máy. Trong quá trình n y, khi m men từ của các proton kh i

phục trở lại vị trí dọc ban đầu, chúng sẽ bức xạ năng lượng dưới dạng các tín hiệu tần
số v tuyến. ác tín hiệu n y sẽ được cuộn thu nhận tín hiệu của máy ghi lại.
Giai đoạn 4: Tạo hình ảnh
ác tín hiệu v tuyến bức xạ từ vật thể m sau khi được cuộn thu nhận tín hiệu
của máy ghi lại sẽ được xử lý điện toán để tạo ra hình ảnh. ường độ bức xạ từ một
đơn vị khối lượng m được thể hiện tr n phim chụp theo một thang m u từ trắng đến
đen. Trong đó m u trắng l cường độ tín hiệu cao, m u đen l kh ng có tín hiệu.

Hình 1.5. Sơ đồ máy MRI (Nguồn Internet)
u điểm của MRI l ảnh của cấu trúc các m mềm trong cơ thể như tim, phổi,
gan v các cơ quan khác rõ hơn v chi tiết hơn so với ảnh được tạo bằng các phương
pháp khác, khiến MRI trở th nh c ng cụ trong chẩn đoán bệnh thời kỳ đầu v đánh giá
các khối u trong cơ thể.
hược điểm l các vật bằng kim loại cấy trong cơ thể (kh ng được phát hiện)
có thể chịu ảnh hưởng của từ trường mạnh v kh ng sử dụng với các bệnh nhân mang
thai ở quý đầu, trừ khi thật cần thiết. Ngo i ra, giá th nh để chụp ảnh MRI còn đắt.
1.3. Kỹ thuật siêu âm cắt lớp dự trê kỹ thuật tá xạ

ược

Khi một tia tới sóng âm gặp một m i trường kh ng đồng nhất thì một phần
năng lượng sẽ bị tán xạ theo mọi hướng. B i toán chụp cắt lớp si u âm bao gồm ước
lượng sự phân bố của các tham số (tốc độ âm thanh, sự suy giảm âm, mật độ v những


10
thứ khác) tán xạ cho một tập các giá trị đo của trường tán xạ bằng việc giải ngược các
phương trình sóng. Vì thế, chụp cắt lớp si u âm cho thấy định lượng th ng tin của vật
thể dưới sự khảo sát hay kiểm tra. Hiện tại mới chỉ có một v i hệ thống lâm s ng chụp
si u âm cắt lớp (utrasonic computerd tomography – UCT), hai trong số đó l URE

[8,9] v HUTT [10] . Tuy nhi n độ phân giải kh ng gian v độ chính xác của các hệ
thống n y vẫn còn giới hạn vì bỏ qua vấn đề nhiễu xạ. Thiết bị thứ 3, máy scan TMS
(Techniscal Medical Systems) [11] sử dụng các thuật toán tán xạ ngược cho kết quả
chính xác hơn. Tuy nhi n, tán xạ ngược âm gặp phải một số hạn chế như trong kết quả
chụp cắt lớp Y-sinh kh ng được th nh c ng như các phương pháp tạo ảnh cắt lớp khác
(cắt lớp X – quang, cắt lớp hạt nhân, v chụp cộng hưởng từ) thường được sử dụng
cho chuẩn đoán y tế. ầu ti n, phương pháp tán xạ ngược gặp phải vấn đề về hội tụ
khi tái tạo lại đối tượng với độ tương phản lớn ( độ tương phản quyết định bởi tính
chất của m i trường, biểu hiện bởi sự tán xạ âm thanh nhiều hay ít, chính l ch nh lệch
tốc độ truyền sóng giữa 2 m i trường). hính vì vậy cho đến nay đã hạn chế những
ứng dụng tán xạ ngược áp dụng cho việc tạo ảnh v ng ngực [12-14]. Dữ liệu tán xạ
phải thu thập ở rất nhiều góc khác nhau từ đến để thu được chất lượng chụp tốt. ó
cũng l lý do m nghi n cứu chụp tán xạ ngược si u âm lại tập trung v o tạo ảnh v ng
ngực, để bao tr m được đầy đủ số liệu việc tạo ảnh ở tần số tương đối cao (l n đến 5
MHz). Trong trường hợp tạo ảnh vú, góc bao phủ đầy đủ thu được bằng cách cho v ng
vú đó v o trong nước, cách n y được sử dụng cho các cặp vợ chồng si u âm khối u.
Cuối c ng, hạn chế của chụp si u âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngược l tốc độ tính toán
v chất lượng ảnh tái tạo. Phương pháp chụp cắt lớp sử dụng tán xạ ngược được đánh
giá l cho kết quả chính xác v khả quan hơn các phương pháp chụp si u âm trước đây
nhưng vấn đề về tốc độ tính toán l một trở ngại lớn của phương pháp n y, trong
chuẩn đoán bệnh y học thì y u cầu về tốc độ cũng như chất lượng cần được đảm bảo.
Như vậy chụp cắt lớp si u âm (thường được áp dụng cho các kiểm tra về ung thư vú)
có nhiều ưu điểm trong si u âm (cho chất lượng ảnh tốt, kh ng độc hại bởi tác động).
1.4. ó

óp của luậ vă
Luận văn có ý nghĩa lý luận v thực tiễn khi giải quyết được các vấn đề:

+ Khảo sát sự ảnh hưởng của mật độ tới sự tái tạo hình ảnh.
+ h i phục được ảnh si u âm th ng qua hai tham số: độ tương phản âm thanh (sự

suy giảm vận tốc âm thanh) v mật độ.
+ ề xuất phương pháp tối ưu nhằm giảm thiểu thời gian tạo ảnh đồng thời nâng
cao chất lượng hình ảnh si u âm (so sánh với các phương pháp DBIM th ng thường).
1.5.

chức uậ vă

Phần còn lại của luận văn n y được tổ chức như sau: hương 2 trình b y về ảnh
hưởng của mật độ tới sự tạo ảnh tán xạ, nguy n lý hoạt động phương pháp DBIM
(Distorted Born Iterative Method). hương 3 đưa ra phương pháp đề xuất để giải
quyết vấn đề đặt ra v đưa ra những kết quả đã đạt được khi áp dụng phương pháp đề
xuất c ng với những đánh giá, kết luận về những kết quả đã đạt được.


11

.

YÊ

ỘNG

2.1. Ả h hưởng của mật độ tới sự tạo ảnh
Hầu hết các phương pháp si u âm cắt lớp thường bỏ qua sự biến đổi mật độ để
thu được tốc độ của âm thanh v sự suy giảm cấu hình. Tuy nhi n, một số nghi n cứu
đã chỉ ra rằng sự tái tạo mật độ có thể tạo ra những th ng tin hữu ích hoặc l nguồn
cung cấp dữ liệu cho tương phản hình ảnh.
2.1.1. Ảnh hưởng của mật độ trong trường áp suất bị tán xạ bởi trụ tròn.
Ở đây ta xem xét trường hợp của một hình trụ có bán kính a, mật độ ρ, hệ số
nén , vận tốc của âm thanh c, số sóng k, v trở kháng âm thanh trong một nền đồng

nhất l Z. Trong suốt nghi n cứu n y, đặc tính âm thanh X, tỉ số Xr v độ tương phản
giá trị ΔX được định nghĩa l Xr = X /X0 và ΔX = Xr - 1, tương tự, ở đây X0 l giá trị của
đặc tính âm thanh trong m i trường. Áp lực bị phân tán bởi các khối tròn khi một
nguồn dòng được đặt tại x = R có thể được viết như sau:

psc( ⃗) = ∑
Trong đó r v

(2.1)

l tọa độ hình trụ tại điểm đang xét,

k0 l số sóng,

0

= 1, Am = 2, m > 0

l h m Hankel loại 1 bậc m, Rm l hệ số tán xạ.

Hệ số tán xạ Rm(.) có thể được tính như sau:
Rm(

)=

(2.2)

Ở đây Jm (.) l h m Bessel bậc m v biểu diễn đạo h m đối với tổng các đối số. Trong
giới hạn Rayleigh (λ⪢a) áp lực bị phân tán trong trường tán xạ có thể được tính xấp xỉ
như sau:

p( ⃗)

√

{[

]

[

]

}(2.3)

Biểu thức đầu ti n trong dấu ngoặc trong biểu thức (2.3) biểu diễn tán xạ đơn
cực với sự phụ thuộc v o v biểu thức thứ hai biểu diễn tán xạ lưỡng cực với sự phụ
thuộc v o ρ.
Những ảnh hưởng của biến đổi mật độ tr n các tán xạ mẫu của trụ tròn với ba
bán kính khác nhau được thể hiện trong hình 2.1. ác hình trụ có bán kính λ 4, λ, v
4 λ với một tốc độ cố định của tương phản âm thanh Δc 2%. Ba trường hợp đã được
đánh giá theo kích cỡ khối tròn: ρr 1 (kh ng có thay đổi về mật độ), ρr = 1/cr (thay
đổi như nhau về hệ số nén v mật độ), v ρr = 1/cr2 (kh ng có thay đổi về hệ số nén).
ác trường áp lực đối với từng trường hợp được thể hiện trong hình 2.1. RMSE giữa
trường hợp ρr 1 v trường hợp ρr = 1/cr tương ứng l 1.86%, 7.77%, v 31.46% với
a 4 λ, λ v λ 4.


12
Tương tự như vậy, RMSE giữa trường hợp ρr 1 v ρr = 1/cr2 tương ứng l 3.72%,
15.58%, v 62.93%. Những kết quả n y minh họa thực tế trừ khi λ⪢a, trường phân tán

sẽ khá nhạy cảm trong trong phương vu ng góc có nghĩa l để thay đổi mật độ tán xạ
cho độ tương phản thấp khi Δρ kh ng lớn hơn nhiều Δc.

Hình 2.1. Ảnh hưởng

tr n mẫu áp suất tán xạ tương ứng với

v bán kính 4

(a),

, /4 (c) [17].

2.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi mật độ trong tái tạo tốc độ âm thanh sử dụng DBIM.
ể xem xét ảnh hưởng của biến đổi mật độ trong tái tạo tốc độ âm thanh sử
dụng DBIM, m phỏng được thực hi n bằng hình trụ tròn đồng tâm để xác định ảnh
hưởng của sự biến đổi mật độ khi xây dựng lại thuộc tính của tốc độ âm thanh sử dụng
DBIM. ác dữ liệu tán xạ được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp phân tích sự
phản chiếu của sóng hình trụ. Tốc độ tương phản âm thanh v đường kính được đặt lần
lượt l 4% ,10.4 cho hình trụ ngo i v 6% , 5.2 cho ống trụ b n trong. iều n y
tương ứng với sự thay đổi pha lớn nhất, xấp xỉ 0.99 . ác kết quả cho một v i biến đổi
mật độ được thể hiện tr n hình 2.2. ể cách ly ảnh hưởng của sự biến đổi mật độ ở đây
ta kh ng xét nhiễu. Sự tái tạo lại đã được cắt bớt khi RRE giảm xuống dưới 1%.
Hình 2.2 (a) l trường hợp kh i phục lại khi kh ng có sự biến đổi về mật độ v được
xem như l trường hợp lý tưởng để so sánh. Sự kh i phục khi có biến đổi mật độ sát


13
với trường hợp tương phản lý tưởng, chỉ với v i biến đổi nhỏ tại các cạnh của hình trụ.
Hình 2.2 (b) tương ứng với sự biến đổi mật độ tương ứng với tốc độ tương phản âm

thanh b n trong mỗi xilanh, tức l 4% ở ống trụ ngo i v 6% ở ống trụ. Như trong
trường hợp khối tròn đơn, các biến dạng đều tập trung tại các cạnh của hình trụ nhiều
hơn so với hình 2.2 (a). Hình 2.2 (c) tương ứng với sự thay đổi mật độ tương đương
với 4 lần tốc độ tương phản âm thanh b n trong mỗi xi lanh tức l 16% với ống trụ
b n ngo i v 24% với ống trụ b n trong. Như tr n hình vẽ, ta thấy việc tái tạo xuất
hiện nhiều biến dạng hơn trong hai trường hợp trước. Tuy nhi n giá trị trung bình của
tốc độ âm thanh b n trong mỗi khối tròn đã được xác định chính xác. uối c ng, hình
2.2 (d) tương ứng với sự biến đổi mật độ bằng 4 lần tốc độ tương phản âm thanh của
hình trụ đầu ti n cho các khối tròn, tức l 16% tr n cả hai ống hình trụ (b n trong v
b n ngo i). Hình trụ b n trong được kh i phục với sự biến dạng tối thiểu bởi vì kh ng
có sự thay đổi mật độ giữa các khối tròn b n trong v b n ngo i. Tuy nhi n các cạnh
của hình trụ b n ngo i xuất hiện những biến dạng như tr n hình 2.2 (c).
M phỏng n y đã thực tế xác minh những ảnh hưởng của biến đổi mật độ được
định vị ở tính kh ng li n tục của mật độ. M phỏng n y cũng chỉ ra rằng biến đổi mật
độ kh ng ảnh hưởng lớn đến sự tái tạo tốc độ tương phản âm thanh nếu sự biến đổi
mật độ có thể so sánh với sự thay đổi tốc độ âm thanh v tán xạ lớn hơn so với bước
sóng âm thanh.

Hình 2.2.Tái tạo DBIM của các đối tượng với những thay đổi về mật độ [17]


14
Tốc độ tương phản âm thanh v đường kính tương ứng l 4% v 10.4 cho trụ b n
ngo i, v 6% v 5.2 cho các trụ b n trong. Sự tương phản mật đã được thiết lập bằng
(a) 0% đối với cả hai khối tròn, (b) tốc độ tương ứng của tương phản âm thanh b n
trong mỗi khối tròn, (c) 4 lần tốc độ tương ứng của âm thanh trái ngược b n trong mỗi
khối tròn, v (d) 4 lần tốc độ của âm thanh tương phản của hình trụ b n ngo i cho cả
hai khối tròn.
2.2. Phươ

pháp ặp vi phâ

or

Hình 2.3. ấu hình hệ đo

Hình 2.4. Sơ đồ cấu hình sử dụng đo dữ liệu phân tán


15
Việc thực hiện đo thực tế có thể l m theo 2 cách sau:
ách : Tất cả các máy phát v máy thu đều cố định trong suốt quá trình đo.
Vật thể sẽ được xoay quanh trục trung tâm với 1 bước nhảy xác định. Nhận xét rằng
một máy phát v Nr máy thu được đặt đối xứng nhau như hình 2.3 nhằm đảm bảo
kh ng bị hiện tượng dịch pha gây lỗi khi kh i phục ảnh [16] .
ách 2: Cố định vật thể, tại một vị trí máy phát xác định sẽ tiến h nh đo tr n Nr
máy thu ở vị trí đối xứng. Tr n thực tế chỉ cần một máy thu nhưng thực hiện Nr lần đo
ứng với một vị trí máy phát. Sau đó khi dịch máy phát đi một góc thì Nr máy thu kia
cũng tự động dịch chuyển một cách tương ứng.
V ng cần quan tâm (ROI – region of interest) bao gồm vật cần dựng ảnh. V ng
diện tích quan tâm n y được chia th nh N N vu ng (pixel) có kích thước l h. số
lượng máy phát l
v máy thu l
. Với v ng tán xạ hình tròn như trong hình 2.3,
h m mục ti u (Object function) được tính bởi c ng thức (2.4).

( ⃗) = (k( ⃗)2 -

( ⃗)

)-

( ⃗)

(2.4)

Với ⃗ v
l tốc độ truyền sóng trong đối tượng v tốc độ truyền trong
nước, f l tần số sóng si u âm, l tần số góc (
), R l bán kính của đối tượng,
⃗ l mật độ vật thể.
Sử dụng sơ đồ cấu hình hệ đo như trong hình 2.3, bằng cách sử dụng DBIM để
xác định khối u trong m i trường.
Giả sử rằng có một kh ng gian v hạn chứa m i trường đồng nhất chẳng hạn l
nước, có mật độ , số sóng l
. Trong m i trường đó có vật với mật độ ⃗ , số sóng
l
⃗ phụ thuộc v o kh ng gian trong vật. Sự truyền sóng trong m i trường kh ng
đồng nhất khi mật độ biến đổi được m tả bởi phương trình (2.5):

ρ( ⃗) .[ρ-1( ⃗)

⃗ ] + k2( ⃗)p( ⃗) = -

⃗

(2.5)

inc
Trong đó p( ⃗) l áp suất âm v

⃗ l nguồn âm. Bằng cách áp dụng sự thay
1/2
đổi của các biến p( ⃗) = f ( ⃗)ρ ( ⃗). Phương trình (2.5) được viết lại:

⃗ + [k2( ⃗) – ρ1/2( ⃗)

ρ-1/2( ⃗)] f( ⃗) = -

⃗

(2.6)

Phương trình (2.6) có thể biểu diễn dưới dạng tích phân:

p( ⃗) = es( ⃗) + ∫

⃗

⃗

⃗

⃗ ⃗

(2.7)

Ở đây:
es( ⃗) áp suất sóng tới tại rs, s = 0,1, ... ,Ns

⃗ ⃗ = (i/4)H0 (1)(k0 | ⃗

⃗ |) l h m Green trong tọa độ hình trụ.

H m mục ti u được xây dựng:

( ⃗) = ((

⃗

)

( ) )-

( ⃗)

( ⃗)

ở đây ρ( ⃗) v c( ⃗) lần lượt l mật độ v tốc độ âm thanh.

(2.8)


16
Phương trình (2.7) có thể được rời rạc hóa bằng cách sử dụng phương pháp
momen (MoM) v được viết dưới dạng ma trận, cho cả trường áp lực b n trong miền
tính toán v trường tán xạ b n ngo i miền tính toán, như:
̅ = ( ̅ - ̅.

̅ )-1. ̅ inc

(2.9)

̅ . ̅

̅ sc = ̅ .

(2.10)

trong đó ̅ l một ma trận với các hệ số của Green từ mỗi điểm ảnh đến máy
thu, ̅ l một ma trận với các hệ số Green trong số tất cả các điểm ảnh, v
l một
toán tử biến đổi một vector v o một ma trận đường chéo.
Hai biến chưa biết l ̅ v ̅ trong c ng thức (2.9) v (2.10), trong trường hợp
n y áp dụng xấp xỉ Born loại 1 v theo (2.9), (2.10) ta có:
̅
Với ̅

̅

̅
̅

̅

̅

(2.11)

̅

Với mỗi bộ phát v bộ thu, chúng ta có một ma trận ̅ v một giá trị v hướng
. Thấy rằng vector chưa biết ̅ có
giá trị bằng với số pixel của ROI. H m
mục ti u (Object function) có thể được tính bằng cách lặp:
̅
đó

̅

̅

(2.12)

Với ̅ v ̅
l giá trị của h m mục ti u ở bước hiện tại v bước trước
̅ có thể được tìm bằng quy tắc Tikhonov:
̅

̅‖

̅ ‖

̅̅̅̅̅
̅

‖

̅ ‖

(2.13)

Trong đó ̅ l (
vector chứa giá trị sai khác giữa kết quả đo v kết
quả ti n đoán tín hiệu si u âm tán xạ; ̅ l ma trận
được tạo bởi
phép đo.
huật toá 1: Phươ

pháp ặp i phâ

1: họn giá trị khởi tạo ̅

or (

)

̅

) or (RRE <  ), do

2: while(
{
3:

Tính ̅ , ̅ , ̅ ,v ̅ tương ứng ̅ sử dụng (2.9) v (2.10)

4:

Tính

từ giá trị ̅

đo được v giá trị ti n đoán

5:

Tính RRE tương ứng

̅ sử dụng c ng thức (2.13)

6:

Tính giá trị ̅ mới sử dụng (2.12)

7:

̅

;}
‖

̅ ‖
⁄‖ ̅

‖

(2.14) [17].