TẠO ẢNH SIÊU ÂM MẬT ĐỘ SỬ DỤNG KẾT HỢP TẦN SỐ (Luận văn thạc sĩ)

IH

QU

Ờ

GI H N I
Ọ

Ệ

----------

NGUYỄN THỊ CÚC

T O ẢNH SIÊU ÂM MẬ

Ộ

SỬ DỤNG KẾT HỢP TẦN SỐ

Ậ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT

ỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

Ộ - 2017


IH

QU

Ờ

GI H N I
Ọ

Ệ

----------

NGUYỄN THỊ CÚC

T O ẢNH SIÊU ÂM MẬ

Ộ

SỬ DỤNG KẾT HỢP TẦN SỐ
Ng nh:

ng Nghệ Kỹ thuật iện tử, Truyền thông

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

Ậ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬ

Ờ

ỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

ỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦ

Ộ - 2017

ỨC TÂN


Ờ

ẢM Ơ

Luận v n n y l k t qu của quá trình nghiên cứu lý luận và thực tiễn
của cá nhân tác gi dựa trên sự chỉ b o, hƣớng dẫn tận tình của PGS.TS. Trần
ức Tân. Thầy đã kh ng qu n khó kh n, thời gian, công sức để giúp tôi hoàn
thành luận v n n y, nhân đây, t i xin gửi lời c m ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần
ức Tân, thầy lu n l ngƣời say mê nghiên cứu khoa học, có phƣơng pháp
nghiên cứu v đã có nhiều đóng góp cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học.
T i c ng xin gửi lời c m ơn đ n các thầy, c giáo v
K22 Kỹ thuật điện tử, Kho
Nghệ,

iện Tử - Viễn Th ng, Trƣờng

i Học Quốc Gi H N i đã có nh ng nhận x t, góp

n

trong lớp

i Học

ng

cho luận v n

n y củ t i
Luận v n đƣợc hỗ trợ m t phần từ đề tài mã số CA.17.6A do trung tâm
Hỗ trợ Nghiên cứu châu Á tài trợ.
uối c ng t i xin gửi lời c m ơn đ n gi đ nh t i, cơ qu n t i đ ng
c ng tác, nh ng ngƣời đã t o điều kiện cho t i học tập v nghi n cứu Gi
đ nh l đ ng lực cho t i vƣợt qu nh ng thử thách, lu n lu n ủng h v đ ng
vi n t i ho n th nh luận v n n y


Ờ

M

T i xin c m đo n luận v n n y l s n phẩm của quá trình nghiên cứu,
tìm hiểu củ cá nhân dƣới sự hƣớng dẫn và chỉ b o của các thầy hƣớng dẫn,
thầy c trong

m n, trong kho v các

n

T i kh ng s o ch p các t i

liệu hay các công trình nghiên cứu củ ngƣời khác để làm luận v n này.

N u vi ph m, tôi xin chịu mọi trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 8 tháng 10 năm 2017
Ngƣời thực hiện

Nguyễn Thị Cúc


MỤ

Ụ

L I ẢM ƠN
L I

M O N

NH M

K HI U V

NH M

ẢNG

NH M

H NH V

H

VI T TẮT

L I N I ẦU .................................................................................................. 1
HƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUY T ............................................... 3
1.1. Tác dụng sinh học và sự an toàn của thi t bị chuẩn đoán si u âm ........... 3
1.1.1. N ng lƣợng ch m ti v cƣờng đ chùm tia ........................................... 3
1.1.2. Tác dụng sinh học của sóng âm .............................................................. 3
1.1.3. Sự an toàn của các thi t bị siêu âm chuẩn đoán v nh ng khuy n cáo ...... 4
1.2.

ặc điểm lan truyền sóng siêu âm ............................................................ 5

1.3. Kỹ thuật củ phƣơng pháp t o hình bằng siêu âm .................................... 6
1.3.1. Nguyên lý ho t đ ng của siêu âm ........................................................... 6
1.3.2. Các lo i kỹ thuật siêu âm ........................................................................ 7
1.4.

ầu dò siêu âm ........................................................................................ 16

1.4.1. Hiệu ứng Áp - iện ............................................................................... 16
1.4.2. Cấu t o đầu dò....................................................................................... 16
1.4.3. Các lo i đầu dò ...................................................................................... 17
1.5. Siêu âm cắt lớp ........................................................................................ 19
HƢƠNG 2 NGUYÊN L HO T

NG .................................................. 21

2.1. Ảnh hƣởng của mật đ tới sự t o nh ..................................................... 21
2.2. Phƣơng pháp lặp vi phân Born................................................................ 24
2.3. Cách ti p cận DBIM tần số kép (DF-DBIM) ........................................ 27

2.4. Chất lƣợng của thuật toán DF-DBIM ..................................................... 28
2.5.

i toán ngƣợc ........................................................................................ 31


2.6. So sánh phƣơng pháp t o nh tƣơng ph n và t o nh mật đ ................ 32
2.7. Mô phỏng t o nh mật đ sử dụng DBIM .............................................. 33
2.7.1. Kịch b n mô phỏng hàm mục tiêu ........................................................ 33
2.7.2. K t qu mô phỏng hàm mục tiêu .......................................................... 33
2.8. Nhận xét .................................................................................................. 39
HƢƠNG 3 PHƢƠNG PH P Ề XUẤT VÀ K T QUẢ .......................... 41
3.1. Phƣơng pháp F - DBIM ....................................................................... 41
3.1.1. Kịch b n 2 (Nt=34, Nr=23).................................................................... 44
3.1.2. Kịch b n 3 (Nt=17, Nr=11).................................................................... 45
3.1.3. Kịch b n 4 (Nt=20, Nr=16).................................................................... 46
3.2. Mô phỏng DBIM và DF - DBIM ............................................................ 48
3.3. Th y đổi mật đ với trƣờng hợp kịch b n 4 Nt=20, Nr=16 (

= 3,

=

5)...................................................................................................................... 51
K T LUẬN ..................................................................................................... 53
TÀI LI U THAM KHẢO ............................................................................... 55


MỤ
ệu

Ệ

Ữ

n vị

DBIM

Ế

Ắ

n
Distorted Born Iterative Method
Số lƣợng máy phát
Số lƣợng máy thu

mm

L k ch thƣớc củ m t
Số lƣợng

N
m/s

⃑

pixel

pixel theo chiều dọc ng ng

Vận tốc truyền sóng trong m i trƣờng không
có u

m/s

⃑

H m mục ti u

⃑
⃑
⃑
⃑

( ⃗)
MoM
DF

Vận tốc truyền sóng trong đối tƣợng

Pa

Sóng tới t n hiệu tới

Pa

T n hiệu tổng

Pa

T n hiệu tán x

rad/m

Số sóngtrong m i trƣờng chuẩn

rad/m

Số sóng trong đối tƣợng

kg.m-3

Mật đ củ m i trƣờng đồng nhất

kg.m-3

Mật đ trong đối tƣợng
Moment
Dual Frequency


MỤ

Ả

B ng 2.1: So sánh phƣơng pháp t o nh không xét tới y u tố mật đ ...............
và có xét tới y u tố mật đ . ............................................................................. 32
B ng 2.2: Kịch b n 1 mô phỏng hàm mục tiêu............................................... 33

B ng 3.1: Tham số mô phỏng của các kịch b n ............................................. 43
B ng 3.2: Mối liên hệ gi a số ph p đo v số bi n trong các kịch b n ........... 44
B ng 3.3: Lỗi ở các kịch b n tƣơng ứng với mỗi giá trị

sau tổng số 8

vòng lặp ........................................................................................................... 44
B ng 3.4: Lỗi ở các kịch b n tƣơng ứng với mỗi giá trị

sau 8 vòng lặp ở

kịch b n 2 ........................................................................................................ 44
B ng 3.5: Lỗi ở các kịch b n tƣơng ứng với mỗi giá trị

sau 8 vòng lặp ở

kịch b n 3 ........................................................................................................ 45
B ng 3.6: Lỗi ở các kịch b n tƣơng ứng với mỗi giá trị

sau 8 vòng lặp ở

kịch b n 4 ........................................................................................................ 46
B ng 3.7: So sánh sử dụng riêng từng tần số f1, f2 và k t hợp f1+f2 qua 8 vòng
lặp kịch b n 4: Nt=20. Nr=16 .......................................................................... 48
B ng 3.8: K t qu lỗi chuẩn hóa của DF-DBIM sau 8 vòng lặp ở các mật đ
khác nhau......................................................................................................... 51


DANH MỤ
Hình 1.1: M t ca siêu âm ................................................................................. 4

Hình 1.2: Ảnh siêu âm 2D............................................................................... 10
Hình 1.3: Ảnh siêu âm tim 4D ........................................................................ 14
H nh 2 1: ấu h nh hệ đo d liệu tán x ......................................................... 24
Hình 2.2: RMSEs trong tái t o mật đ của hình trụ với
sử dụng
cách ti p cận DF- IM Tƣơng ứng với giá trị vƣợt quá giới h n Δϕ là (a)
0.9 , (b) -0.9 , (c) 0.45 , và (d) -0.45 . Giới h n dung s i
IM đã đƣợc
thi t lập đ n 0.1%. ........................................................................................... 29
Hình 2.3: Tái t o l i của mật đ thực t của hình trụ với Δϕ = 0.9 và
sử dụng DF-DBIM. Tái t o l i m u x nh l m , l tƣởng (màu
đỏ), và tái t o l i qua b lọc và giá trị trung bình (màu xanh lục đƣợc hiển thị
thực t . Giới h n dung s i
IM đã đƣợc thi t lập đ n 0.1% ........................ 30
H nh 2 4: K t qu m phỏng xây dựng hàm mục ti u l tƣởng ..................... 34
H nh 2 5: Sơ đồ bố trí máy thu - máy phát trong kịch b n mô phỏng ............ 34
H nh 2 6: K t qu kh i phục s u ƣớc lặp đầu ti n N 4 ......................... 35
H nh 2 7: K t qu kh i phục s u ƣớc lặp thứ 2 (N = 40).............................. 36
H nh 2 8: K t qu kh i phục s u ƣớc lặp thứ 3 (N =40)............................... 37
H nh 2 9: K t qu kh i phục s u ƣớc lặp thứ 4 (N =40)............................... 38
H nh 2 1 : K t qu lỗi s u ƣớc 4 v ng lặp ................................................... 39
Hình 3.1: Lỗi chuẩn hóa của gi i thuật qua các vòng lặp tƣơng ứng với các giá
trị
khác nhau trong kịch b n 2 (N = 20) ................................................... 45
Hình 3.2: Lỗi chuẩn hóa của gi i thuật qua các vòng lặp tƣơng ứng với các giá
trị
khác nhau trong kịch b n 3 (N =20) .................................................... 46
Hình 3.3: Lỗi chuẩn hóa của gi i thuật qua các vòng lặp tƣơng ứng với các giá
trị
khác nhau trong kịch b n 4 (N =20) .................................................... 47

Hình 3.4: So sánh lỗi chuẩn hóa của DF-DBIM và DBIM sau 8 vòng lặp (kịch
b n 4) ............................................................................................................... 48
Hình 3.5: K t qu khôi phục của gi i pháp khác nhau ở các vòng lặp từ 1 đ n
8 (Kịch b n 4).................................................................................................. 50
Hình 3.6: So sánh lỗi chuẩn hóa của DF-DBIM sau 8 vòng lặp ở các mật đ
khác nhau......................................................................................................... 52


Ờ

Ầ

Kỹ thuật y sinh là m t b môn khoa học ứng dụng dựa trên các nguyên
l cơ

n trong kỹ thuật v các

tƣởng về thi t k để đƣ r gi i pháp trong y

học. Kỹ thuật y sinh là m t lĩnh vực tƣơng đối mới mẻ, đ phần các thành tựu
đ t đƣợc chỉ mới dừng ở mức đ nghiên cứu, bao phủ nhiều lĩnh vực khác
nhau: chẩn đoán h nh nh, xử lý hình nh, vật liệu sinh học với kỹ thuật sinh
học, mô hình hóa 3 chiều…[26-30].
Theo m t báo cáo gần đây, số bệnh ung thƣ Việt N m đ ng đứng ở vị trí
nhất nhì th giới Trong đó, ung thƣ vú thƣờng gặp nhất và gây tử vong hàng
đầu ở phụ n

ây l m t bệnh h t sức phức t p mà trong nhiều n m qu đã có

nhiều nghiên cứu về nguyên nhân, bệnh sinh v điều trị. Ngày nay trong y học,

chẩn đoán h nh nh là m t phƣơng pháp chẩn đoán cho ph p ngƣời ác sĩ có
thể quan sát bằng hình nh các b phận củ cơ thể m t cách trực quan nhất. Từ
đó đƣ r các chẩn đoán ch nh xác của bệnh l để có biện pháp điều trị hiệu
qu

Trong đó, t o nh siêu âm là m t công cụ an toàn, không bị i n hoá để

chẩn đoán lâm s ng So với phƣơng pháp X-r y, MRI, … th phƣơng pháp si u
âm cắt lớp cho phép t o nh có lợi th hơn nhiều. Ho t đ ng của nó dựa trên sự
tán x ngƣợc và có kh n ng gi i quy t nh ng cấu trúc nhỏ hơn ƣớc sóng của
sóng tới, nó trái ngƣợc với phƣơng pháp t o nh truyền thống sử dụng phƣơng
pháp ph n hồi. M t số tính chất vật liệu, nhƣ đ tƣơng ph n âm, mật đ , đ suy
h o, đƣợc ứng dụng để t m r các đối tƣợng có k ch thƣớc nhỏ.
Kỹ thuật siêu âm cắt lớp sử dụng tán x ngƣợc đƣợc coi là m t trong
nh ng phƣơng pháp chụp cắt lớp siêu âm m nh mẽ và chính xác nhất. Có nhiều
kỹ thuật siêu âm cắt lớp khác nhau và m t trong nh ng kỹ thuật đó l si u âm
cắt lớp sử dụng k t hợp tần số. Tần số thấp f1 đ m b o đ h i tụ của gi i thuật
đ n m t mức đ tƣơng ph n gần với giá trị thực, nhƣng đ phân gi i không
gian thấp. Tần số cao f2 có thể c i thiện đ phân gi i không gian trong khi vẫn
1


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full