Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình 3d từ ảnh chụp cắt lớp tại bệnh viện đại học y hà nội

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO HÌNH 3D
TỪ ẢNH CHỤP CẮT LỚP TẠI BỆNH VIỆN ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

NGUYỄN CAO TRÀO

HÀ NỘI - 2017


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TẠO HÌNH 3D
TỪ ẢNH CHỤP CẮT LỚP TẠI BỆNH VIỆN ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

NGUYỄN CAO TRÀO

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: 60.48.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐỖ NĂNG TOÀN

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Cao Trào

i


LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Đỗ Năng Toàn - Viện
Trưởng Viện Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ,
động viên, định hướng, hướng dẫn tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi
xin cảm ơn các giảng viên trong Viện Đại học Mở Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ
tôi trong hai năm học qua, cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp.
Trong quá trình nghiên cứu của mình, mặc dù được sự hướng dẫn rất nhiệt
tình, đầy trách nhiệm của PGS. TS. Đỗ Năng Toàn và các thầy cô giáo trong Viện
Đại học Mở Hà Nội cùng với sự nỗ lực của cá nhân nhưng cũng không thể tránh
được những thiếu sót. Tác giả chân thành mong nhận được những ý kiến đóng góp
từ quý Thầy, Cô và các bạn bè đồng nghiệp.

Trân trọng cảm ơn!

Nguyễn Cao Trào

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .....................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT .............................................. v
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................. vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ẢNH CHỤP CẮT LỚP VÀ BÀI TOÁN TẠO
HÌNH 3D................................................................................................................. 3
1.1. Khái quát về ảnh y tế ................................................................................... 3
1.1.1. Lịch sử ra đời máy chụp ảnh cắt lớp vi tính ........................................... 4
1.1.2. Nguyên lý chụp CTscanner (computed tomography)[13] ..................... 6
1.1.3. Ứng dụng của CT .................................................................................. 8
1.1.4. Chuẩn ảnh DICOM[10] ...................................................................... 10
1.2. Mô hình 3 chiều và chẩn đoán, khám chữa bệnh ....................................... 20
1.2.1. Một số khái niệm về đồ họa 3 chiều .................................................... 20
1.2.2. Các ứng dụng cơ bản của đồ họa 3 chiều ............................................ 22
1.2.3. Bài toán tái tạo mô hình 3 chiều từ ảnh cắt lớp ................................... 24
1.3. Kết luận Chương 1 .................................................................................... 25
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT TÁI TẠO HÌNH 3D TỪ ẢNH CHỤP CẮT LỚP ........ 26
2.1. Tái cấu trúc mô hình 3D từ ảnh cắt lớp ..................................................... 26
2.1.1. Cấu trúc mô hình 3D ........................................................................... 26
2.1.2. Phương pháp tổng quát tái cấu mô hình 3D từ tập ảnh cắt lớp ............. 29
2.2. Một số các kỹ thuật áp dụng trong tái cấu trúc mô hình 3D[8] .................. 33
2.2.1. Các kỹ thuật áp dụng trong tiền xử lý ảnh cắt lớp ............................... 33
2.2.2. Phân lớp và xác định biên đối tượng cần tái cấu trúc 3D[8] ................ 37
2.2.3. Xác định tập đỉnh và tập mặt khi tái cấu trúc mô hình 3D ................... 43
2.3. Một số kỹ thuật nâng cao chất lượng mô hình 3D khi tái cấu trúc[4][8] .... 45

iii


2.3.1. Kỹ thuật nội suy nâng cao mô hình tái cấu trúc ................................... 45
2.3.2. Một số phương pháp nội suy ............................................................... 46
2.4. Tổng kết Chương 2 ................................................................................... 49
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG ................................................. 50
3.1. Phân tích yêu cầu bài toán ......................................................................... 50
3.2. Phân tích và lựa chọn công cụ ................................................................... 51
3.3. Một số kết quả thực nghiệm ...................................................................... 54
3.4. Tổng kết Chương 3 ................................................................................... 59
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 62

iv


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

2D

Two-Dimension

Không gian 2 chiều

3D

Three-Dimension

Không gian 3 chiều

American Cllege of Radionlogy

Đại học X quang Hoa Kỳ

CR

Computed radiography

X quang điện toán

CS

Conformation Statement

Báo cáo thích nghi

CT

Computed Tomography Scanner

Chụp cắt lớp vi tính

DE

Data Element

Phần tử dữ liệu

Digital Elevation Model

Mô hình số độ cao

ACR

DEM

DICOM Digital Imaging and

Tiêu chuẩn để bắt tay, lưu trữ, in

Communications in Medicine

ấn và thu/nhận hình ảnh trong y tế

IOD

Information Object Desfinition

Đối tượng thông tin

MRI

Magnetic Resonance Imaging

Chụp cộng hưởng từ

MSCT

Multislice Computed Tomography

Chụp cắt lớp vi tính đa dãy

NEMA

National Electrical Manufacturers

Hiệp hội các nhà sản xuất

Association
NNI

Natural Neighbor Interpolation

Nội suy láng giềng tự nhiên

OSI

Open Systems Interconnection

Mô hình tham chiếu kết nối các hệ

Reference Model

thống mở

Service Classes

Lớp dịch vụ

SOP

Service-Object Pair

Lớp cặp hoạt động dịch vụ

UID

User Identification

Nhận dạng người dùng

US

Ultrasound

Siêu âm

VR

Value Representation

Giá trị biểu diễn

VR

Value Representation

Giá trị biểu diễn

SC

v


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1: DICOM và mô hình tham chiếu OSI[10] ............................................... 13
Bảng 1.2: DICOM và mô hình tham chiếu OSI ..................................................... 17
Bảng 1.3: Quy ước trong file DICOM ................................................................... 19

vi


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Ảnh chụp X-Quang, ảnh nội soi và ảnh siêu âm ....................................... 3
Hình 1.2: Ảnh chụp cắt lớp vi tính (Computed tomography - CT) ........................... 4
Hình 1.3: Mô phỏng hình ảnh chụp CT.................................................................... 5
Hình 1.4: Godfrey Hounsfield và máy chụp cắt lớp vi tính đầu tiên ......................... 5
Hình 1.5: Máy CT toàn thân đầu tiên được phát triển .............................................. 6
Hình 1.6: Điểm ảnh (pixel) ...................................................................................... 7
Hình 1.7: Nguyên lý của máy CT có 64 dãy đầu thu tại khoa Chẩn đoán hình ảnh
bệnh viện Đại học Y Hà Nội .................................................................................... 8
Hình 1.8: Các ảnh được lưu dưới dạng DICOM..................................................... 10
Hình 1.9: Định dạng file DICOM .......................................................................... 14
Hình 1.10: Thông tin đính kèm file DICOM .......................................................... 14

Hình 1.11: Cấu tạo Data Set .................................................................................. 16
Hình 1.12: Các ứng dụng đồ họa 3 chiều ............................................................... 20
Hình 2.1: Mô hình 3D tim người ........................................................................... 26
Hình 2.2: Một mặt của hình hộp được tạo bởi 2 mặt tam giác ................................ 28
Hình 2.3: Mô hình 3D thu được từ tập đỉnh: VertexList, tập mặt: FaceList, tập UV:
UVs ....................................................................................................................... 29
Hình 2.4: Ảnh chụp cắt lớp theo không gian hai chiều ........................................... 30
Hình 2.5: Ảnh mô phỏng các lát cắt xếp liên tiếp nhau .......................................... 31
Hình 2.6: Quy trình hiển thị đối tượng 3D ............................................................. 32
Hình 2.7: Ảnh chụp chiếu trước và sau tiền xử lý .................................................. 37
Hình 2.8: Ảnh chụp chiếu trước và sau phân đoạn làm rõ xương ........................... 41
Hình 2.9: Ảnh chụp chiếu sau phân đoạn làm rõ xương và loại bỏ nhiễu ............... 41
Hình 2.10: Ảnh chụp chiếu áp dụng tìm biên ......................................................... 42
Hình 2.11: Tập các đỉnh biên được xếp chồng lên nhau tạo thành tập đỉnh của mô
hình 3D. ................................................................................................................ 43
Hình 2.12: Biểu diễn tập đỉnh trên mặt phẳng ........................................................ 44
Hình 3.1: Giao diện chung chương trình dựng mô hình 3D từ ảnh chụp cắt lớp ..... 51

vii


Hình 3.2: Mở thu mục chứa định dạng ảnh ............................................................ 52
Hình 3.3: Quan sát ảnh DICOM ............................................................................ 53
Hình 3.4: Hình ảnh mô hình 3D thu được từ chương trình dùng trong chẩn đoán .. 53
Hình 3.5: Hình ảnh chụp cắt lớp vi tính ................................................................. 54
Hình 3.6: Kết quả sau khi chạy chương trình thực nghiệm tạo hình 3D ................. 54
Hình 3.7: Phiếu kết quả chụp cắt lớp vi tính .......................................................... 55
Hình 3.8: Gãy xương gò má và xoang hàm trái trên phim chụp cắt lớp vi tính ....... 56
Hình 3.9: Khi chạy chương trình thực nghiệm tạo dựng mô hình 3D ..................... 56
Hình 3.10: Hình ảnh vỡ xương chẩm trái.................................................................57

Hình 3.11: Kết quả chạy chương trình thực nghiệm tạo dựng mô hình 3D ............. 57
Hình 3.12: Hình ảnh vỡ xương trên phim chụp cắt lớp vi tính ............................... 58
Hình 3.13: Hình 3D được tái tạo từ ảnh chụp cắt lớp ............................................. 58

viii


MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc ứng dụng Công nghệ thông tin trong y học đã mang lại những
hiệu quả khả quan. Trong đó, sự ra đời của các thiết bị chẩn đoán hình ảnh như máy
chụp cắt lớp vi tính (CT-Scanner), máy chụp cộng hưởng từ (MRI)... đã giúp cho
các bác sỹ nâng cao chất lượng khi chẩn đoán và tiên lượng bệnh. Ở nước ta, những
thiết bị đó ngày nay đã trở thành những thiết bị được sử dụng rất rộng rãi và thường
quy trong các cơ sở Y tế từ các bệnh viện tuyến Trung ương tới tuyến huyện, xã.
Phương pháp chẩn đoán bằng hình ảnh CT scan cho thấy một số tổn thương
bên trong cơ thể một cách nhanh chóng mà không cần phải phẫu thật. Công nghệ
này được ứng dụng ngày càng phổ biến trong y học. CT scan còn được gọi là chụp
cắt lớp vi tính - kết hợp một loạt các tia X từ nhiều góc độ khác nhau để tạo ra hình
ảnh cắt ngang của xương và mô mềm bên trong cơ thể. CT scan cho hình ảnh chi
tiết hơn nhiều so với X quang thông thường. Các hình cắt ngang tạo ra trong quá
trình chụp CT có thể tái tạo lại theo nhiều hướng và tạo ra hình ba chiều. Các máy
nhiều lát cắt cho hình chi tiết hơn, tái tạo, dựng hình tốt hơn, thời gian nhanh hơn.
Tốc độ chụp nhanh đặc biệt có ích cho trẻ em, người già, người bị bệnh nguy kịch,
không thể nằm yên.
Việc tạo dựng hình ảnh 3 chiều sẽ mang lại những hình ảnh trực quan, những
góc nhìn của một hay nhiều bộ phận liên quan; giúp cho bác sĩ có cái nhìn chi tiết
của các tổn thương, các cấu trúc giải phẫu, từ đó đem lại hiệu quả cho công tác chẩn
đoán và điều trị bệnh.
Trên thế giới việc tái tạo ảnh 3D được phát triển trong khoảng vài chục năm
gần đây, có khá nhiều phần mềm thương mại tái tạo ảnh 3 chiều từ các lát cắt như:

3D-Doctor, eFilm, Vitrea2, DICOMWork… và cài đặt trên hệ thống máy tính của
các hãng sản xuất thiết bị với giá thành cao.
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu phần mềm nhằm xử lý hình ảnh y tế còn là
lĩnh vực mới và chỉ có một vài nghiên cứu nhỏ được công bố. Kinh phí dành cho y
tế còn hạn hẹp nên hiện nay các bệnh viện nhỏ, bệnh viện địa phương không đủ khả
năng trang bị những thiết bị chẩn đoán hình ảnh vì giá thành thiết bị và phần mềm

1


chuyên dụng rất đắt. Vì vậy, bài toán đặt ra là “Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình 3D
từ ảnh chụp cắt lớp tại Bệnh viện Đại học Y Hà Nội”. Là bài toán thực tiễn có
nhiều ý nghĩa, cần được đầu tư nghiên cứu và tìm hiểu. Nội dung luận văn bao gồm
3 chương:
Chương 1: Khái quát về ảnh chụp cắt lớp và bài toán tạo hình 3D
Khái quát về ảnh y tế (cấu trúc ảnh DICOM), giới thiệu hệ thống máy chụp
cắt lớp và mô hình 3D ứng dụng trong trong chẩn đoán, khám chữa bệnh tại bệnh
viện Đại học Y Hà Nội.
Chương 2: Kỹ thuật tái tạo hình 3D từ ảnh chụp cắt lớp
Tổng quan về các kỹ thuật và phương pháp tái cấu trúc mô hình 3D từ ảnh
cắt lớp.
Chương 3: Thực nghiệm và ứng dụng
Phân tích yêu cầu bài toán và tiến hành cài đặt thực nghiệm kỹ thuật tạo hình
3D từ ảnh chụp cắt lớp

2


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ẢNH CHỤP CẮT LỚP
VÀ BÀI TOÁN TẠO HÌNH 3D

1.1. Khái quát về ảnh y tế
Ảnh y tế là kĩ thuật và quá trình được sử dụng để tái tạo ra hình ảnh cơ thể
con người hoặc bộ phận cơ thể người phục vụ cho mục đích lâm sàng và cận lâm
sàng nhu cầu chẩn đoán, kiểm tra bệnh hoặc khoa học y tế (bao gồm cả giải phẫu và
sinh lý). Hình ảnh y tế đề cập đến một số kỹ thuật có thể được sử dụng như là
phương pháp không xâm lấn nhìn vào bên trong cơ thể. Y học hiện đại chẩn đoán
bệnh dựa vào các triệu chứng lâm sàng (chẩn đoán lâm sàng) và các triệu chứng cận
lâm sàng. Trong chẩn đoán cận lâm sàng thì chẩn đoán dựa trên hình ảnh thu được
từ những thiết bị chẩn đoán hình ảnh y học (máy y tế)[7] ngày càng chiếm một vai
trò quan trọng. Nhất là ngày nay với sự trợ giúp các thiết bị, máy y tế hiện đại, công
nghệ cao có các phần mềm tin học hỗ trợ giúp cho tái hiện lại hình ảnh bên trong cơ
thể bệnh nhân để phân biệt các bộ phận và phát hiện các tổn thương. Nó có thể được
sử dụng để hỗ trợ chẩn đoán hoặc điều trị các bệnh nội khoa khác nhau. Ngày nay,
công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lý, điều hành và
ứng dụng thành công trong công tác khám chữa bệnh tại các bệnh viên như chụp cắt
lớp, siêu âm, mổ nội soi v.v...Chẩn đoán hình ảnh y khoa góp phần quan trọng nâng
cao tính chính xác, kịp thời và hiệu quả cao trong chẩn đoán bệnh. Các phương
pháp chẩn đoán hình ảnh rất phong phú như chẩn đoán qua hình ảnh X quang, hình
ảnh siêu âm, nội soi, hình ảnh chụp cắt lớp vi tính, hình ảnh chụp cộng hưởng từ.

Hình 1.1: Ảnh chụp X-Quang, ảnh nội soi và ảnh siêu âm

3


Hình 1.2: Ảnh chụp cắt lớp vi tính (Computed tomography - CT)

Điều đáng quan tâm ở đây là những hình ảnh này không phải là các định
dạng ảnh thông thường như: jpg, bitmap, gif... mà nó được định dạng theo chuẩn.
Từ các hình ảnh có được qua các phương pháp không xâm lấn, các bác sĩ sẽ

có thể để chẩn đoán, điều trị và chữa bệnh mà không gây ra bất kỳ tác dụng phụ có
hại. Việc sử dụng các hình ảnh y tế đã cho phép các bác sĩ để xem được các bộ phận
các tạng hay tổn thương bên trong bệnh nhân mà không cần phải đến phẫu thuật
mở. Hình ảnh y tế cũng giúp chúng ta tìm hiểu thêm về sinh học thần kinh, hành vi
của con người và mang đến cho các nhà khoa học từ sinh học, hóa học, vật lý liên
kết với nhau và các công nghệ phát triển, thường có thể được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực.

1.1.1. Lịch sử ra đời máy chụp ảnh cắt lớp vi tính
CT là kĩ thuật “sinh sau đẻ muộn” hơn rất nhiều Vậy CT là gì? CT là chữ
viết tắt của Computed Tomography[13], chính xác hơn phải là X ray Computed
Tomography thì mới hiểu hết nghĩa của kĩ thuật này, dịch ra là chụp X quang cắt
lớp điện toán hoặc chụp X quang cắt lớp vi tính, tức là kĩ thuật dùng tia X để cắt
lớp, hay còn gọi là cắt thành từng lát mỏng có bề dày nhất định xuyên qua người
bệnh nhân và nhờ đến máy tính để tổng hợp, “cộng trừ nhân chia” cho ra được hình
ảnh, và hình ảnh này là từ hình khối 3D do có bề dày chuyển thành hình 2D xem
được trên phim và trên màn hình máy tính.

4


Hình 1.3: Mô phỏng hình ảnh chụp CT

So với X quang, sự phát triển nhảy vọt của CT đã làm thay đổi bộ mặt của
ngành chẩn đoán hình ảnh nói riêng và của Y học nói chung.
- Năm 1917, nhà toán học người Đức tên là Radon đã tìm ra cơ sở toán học
của việc tái tạo cấu trúc của một vật thể 3 chiều trong không gian dựa trên vô số
những hình chiếu của vật thể đó.
- Năm 1963, Cormack là một kỹ sư vật lý người Mỹ phát minh ra nguyên lý
tái tạo cấu trúc vật thể theo phương pháp chiếu xạ bằng Cobalt 60.

- Năm 1967, dựa trên nguyên tắc vật lý trên đây của Cormack, một kỹ sư
người Anh tên là Hounsfield đã tái tạo thành công cấu trúc của vật thể bằng phương
pháp chiếu qua vật thể bức xạ tia X (tia Roentgen).
Năm 1970, Nhận thấy các hạn chế của phương pháp chụp X quang thông
thường và kỹ thuật chụp tomography, kết hợp với hiểu biết về tia X đã được nghiên
cứu trước đó, Sir Godfrey Hounsfield và Cormack độc lập nghiên cứu và tìm ra kỹ
thuật chụp của máy CT. Ứng dụng đầu tiên của máy CT là chụp não. Nhờ phát
minh này, họ đã cùng nhau chia sẻ giải thưởng Nobel năm 1979.

Hình 1.4: Godfrey Hounsfield và máy chụp cắt lớp vi tính đầu tiên

5


Năm 1974, DR. ROBERT LEDLEY phát triển máy CT toàn thân đầu tiên
trên thế giới

Hình 1.5: Máy CT toàn thân đầu tiên được phát triển
Máy CT đầu tiên ở Việt Nam được giới thiệu vào ngày 4/2/1991 tại Hà Nội và hiện
nay đang được lưu giữ tại Bệnh viện Đa khoa Lào Cai. Từ năm 1998, xuất hiện thuật ngữ
CT đa lát cắt, hay đa dãy (MSCT: multislice CT)[17], được hiểu nôm na là trước đây khi
chúng ta quay một vòng tia X thì chỉ có 1 hàng tiếp nhận tín hiệu ở đầu bên kia, ngày nay
khi tia X được phát ra thì bên đối diện đầu đèn sẽ có nhiều hàng để tiếp nhận tín hiệu, có 4
hàng thì gọi là MSCT 4 lát cắt, có 64 hàng thì gọi là MSCT 64 lát cắt, … Hiện tại ở Việt
Nam đã có CT 128 lát cắt, sắp tới là 256 lát cắt, 320 lát cắt[3]. Để dễ hình dung, khi bước
lên bàn chụp, bệnh nhân chỉ cần thấy quay 1 vòng khung máy là đủ 128 “nhát” thay vì phải
quay đến 128 vòng phát tia X như trước đây. CT đa lát cắt đã làm cuộc cách mạng rất lớn
trong ngành chẩn đoán hình ảnh về phương diện tạo ảnh đa chiều, dựng hình y như thật sau
khi cắt, thời gian chụp toàn bộ cơ thể rút ngắn lại chỉ còn trên dưới 10 giây…

1.1.2. Nguyên lý chụp CTscanner (computed tomography)[13]
Nguyên lý chụp CLVT dựa trên phép đo tỷ trọng, trong cơ thể con người mỗi
cơ quan khác nhau sẽ có khả năng hấp thụ tia X khác nhau. Căn cứ vào việc tính
toán chỉ số hấp thụ này (dựa trên đo và tính toán hệ số suy giảm cường độ tia X sau
khi đi qua phần cơ thể) bằng các đầu dò (Detector) mà máy tính tạo ra được hình
ảnh của cơ quan cần thăm khám.
Nguyên lý tạo ảnh của chụp CLVT là dựa trên công nghệ kỹ thuật số. Các lát
cắt ngang qua vùng cơ thể cần được khảo sát được phân tích thành nhiều khối nhỏ.
Các khối riêng lẻ này được gọi là các phần tử thể tích hay khối thể tích mô. Thành

6


phần, độ dày của của khối thể tích mô cùng với tính chất chùm tia X sẽ xác định
mức độ hấp thu tia X của các khối này.
Các dữ liệu số về sự hấp thu tia X của các khối thể tích mô được máy tính
chuyển thành các độ xám khác nhau của các phần tử hình hay điểm ảnh trên hình.
Trong một đơn vị thể tích nếu có số các đơn vị ảnh càng nhiều (Pixel) thì độ phân
giải của nó càng cao.

Hình 1.6: Điểm ảnh (pixel)

Mỗi điểm ảnh là một đơn vị thể tích có chiều rộng (x) và chiều cao (y). Các
đơn vị thể tích được mã hoá các thông số về đặc điểm tỉ trọng, vị trí (toạ độ) và
được máy tính ghi lại. Sau đó máy tính dựng lại hình ảnh của mặt cắt dựa trên các
thông số đã ghi của các đơn vị thể tích để tạo ra hình ảnh của cấu trúc trên lớp cắt.
Phương pháp này cho phép phân biệt các cấu trúc cơ thể trên cùng một mặt phẳng
có độ chênh lệch tỉ trọng 0,5%. Nếu số điểm ảnh càng nhiều (các đơn vị thể tích
càng nhỏ) thì hình ảnh càng mịn (ảnh càng nét). Số lượng điểm ảnh được gọi là độ
phân giải của ảnh. Như vậy độ phân giải càng cao thì ảnh càng nét, cho phép phân

biệt ranh giới giữa các cấu trúc càng rõ và cho phép phát hiện được các tổn thương
có cấu trúc nhỏ.
Thành phần chính của máy CT là một bóng phát tia X và bộ phận thu nhận
tín hiệu (detectors), được đặt trong một khoang máy hình tròn (gantry) ở vị trí đối
diện nhau và có thể quay quanh cơ thể bệnh nhân. Bóng phát tia X được coi là “trái
tim” của máy. Một chùm tia X rất hẹp phát ra từ bóng, xuyên qua một phần cơ thể
và được bộ phận thu nhận tín hiệu tiếp nhận. Bộ phận tiếp nhận này bao gồm một
hay nhiều dãy đầu thu, được cấu tạo bằng các tinh thể nhấp nháy hay các buồng ion
hóa, cho phép lượng hóa sự suy giảm của tia X sau khi đi qua cơ thể. Độ nhạy của
các đầu thu cao hơn rất nhiều so với phim X-quang. Hệ thống máy tính sẽ biến đổi

7


các thông tin lượng hóa này thành hình ảnh. Cơ quan hay tổ chức nào của cơ thể có
mức độ cản tia nhiều (xương, răng, sỏi, vôi hóa, máu xuất huyết...) sẽ có màu trắng
và ngược lại nếu cản tia ít sẽ có màu tối (mỡ, dịch, phổi, khí...).

Hình 1.7: Nguyên lý của máy CT có 64 dãy đầu thu
tại khoa Chẩn đoán hình ảnh bệnh viện Đại học Y Hà Nội

1.1.3. Ứng dụng của CT
Ứng dụng của CT, đặc biệt CT đa lát cắt là nhiều vô kể, chúng ta có thể khảo
sát toàn bộ các hệ thống cơ quan nhờ CT. Tuy nhiên vì liên quan đến tia X nên chỉ
định cũng cần phải được cân nhắc và tốt nhất nên được tư vấn từ bác sĩ Chẩn đoán
Hình ảnh. Chúng ta thử điểm qua một vài ứng dụng khá nổi bật của CT khi “quét”
từ đầu đến chân[18]:
- CT sọ não: rất quan trọng trong chấn thương sọ não, hiện nay hầu như
chúng ta không còn chụp X quang sọ não trong chấn thương, vì thông tin trên X
quang sọ không tương ứng với tổn thương trong não của bệnh nhân. X quang sọ

bình thường chưa chắc không có khối máu tụ bên trong hộp sọ, ngược lại, khi có
đường nứt sọ trên X quang cũng chưa chắc bệnh nhân có tổn thương nội sọ. Ngoài
ích lợi to lớn trong chấn thương, CT còn giúp chẩn đoán sớm tai biến mạch máu

8


não, thậm chí trong 3 giờ đầu xuất hiện triệu chứng, có thể phân định được ngay lập
tức tổn thương nhồi máu não hay xuất huyết não, đánh giá toàn diện tổn thương,
nhờ đó các nhà thần kinh học có thể xử trí tình huống kịp thời…
- CT xoang: Vai trò X quang xoang (chụp tư thế Blondeau – Hirtz) ngày
càng bị lu mờ và biến mất khi có CT xoang xuất hiện, vì CT cho hình ảnh rõ nét,
chính xác, toàn diện hơn về tình trạng các xoang, về các dị tật của hốc mũi, có thể
dựng hình đa chiều để các nhà tai mũi họng can thiệp dễ dàng hơn…
- CT tai giữa: Bên cạnh nội soi tai thì CT giúp bác sĩ tai mũi họng đánh giá
được tình trạng bên trong ống tai giữa, có viêm nhiễm hay ảnh hưởng mức độ như
thế nào với các chuỗi xương con và sào bào chũm lân cận.ảnh hưởng mức độ như
thế nào với các chuỗi xương con và sào bào chũm lân cận.
- CT răng: với kĩ thuật MSCT và dựng hình cùng in ấn theo tỉ lệ 1:1, các bác
sĩ răng hàm mặt càng lúc càng ứng dụng CT răng để cấy ghép răng dễ dàng và
chính xác hơn.
- CT ngực: đây là ưu thế lớn nhất của CT khi so sánh với các kĩ thuật khác,
kể cả MRI, vì CT là phương pháp khảo sát hữu hiệu các bệnh lí trong phổi đặc biệt
với các tổn thương viêm nhiễm, u phổi, giãn phế quản, bệnh lí mô kẽ, bệnh lí màng
phổi… CT ngực còn khảo sát tốt các bệnh lí thuộc trung thất và tim mạch, đặc biệt
với CT từ 64 lát cắt trở lên, chúng ta thoát khỏi sự ảnh hưởng của nhịp tim (dưới 64
lát cắt rất khó khảo sát tim mạch do xuất hiện nhiều ảnh giả của nhịp tim) nên ứng
dụng trong khảo sát mạch vành là điểm mạnh của kĩ thuật này.
- CT bụng: đây cũng là ưu thế rất nổi trội của CT khi góp phần cung cấp
nhiều thông tin quan trọng cho lâm sàng đặc biệt trong trường hợp bệnh nhân đau

bụng cấp, giúp chẩn đoán hướng tới các nguyên nhân dễ dàng như viêm ruột thừa,
viêm tụy cấp, thủng tạng rỗng, tắc ruột, lồng ruột… Ngoài ra CT còn cung cấp
nhiều dữ kiện cho các khối u thuộc hệ gan mật , lách tụy, đánh giá tổng quan về tình
trạng xơ gan, phân độ tốt cho các u thuộc đường tiêu hóa như ung thư dạ dày, đại
trực tràng… Thậm chí bằng những phần mềm chuyên biệt, chúng ta có thể tạo dựng
nên một cuộc “nội soi ảo” trên CT.

9


- CT hệ niệu: dần dần thay thế các kĩ thuật X quang kinh điển như KUB,
UIV bằng CT vì dữ kiện cung cấp nhiều hơn, chính xác hơn… Ưu thế trong chẩn
đoán sỏi thận, u hệ niệu, viêm nhiễm và dị tật bẩm sinh hệ niệu…
- CT hệ cơ xương khớp: cùng với X quang và MRI, CT góp phần không nhỏ
trong chẩn đoán hệ cơ xương khớp khi các vấn đề liên quan đến xương sẽ luôn được
khảo sát tốt hơn so với các kĩ thuật khác.
- CT mạch máu: với kĩ thuật angio CT trên các máy đa lát cắt, người ta có
thể khảo sát dễ dàng toàn bộ hệ mạch máu trong cơ thể một cách dễ dàng và nhanh
chóng…
Trên đây là vài kĩ thuật khá cơ bản và thường qui mà ngày trên các máy CT
tại các bệnh viện, nhưng có lẻ ít ai được biết các loại MSCT từ 6 lát trở lên là có thể
ứng dụng và tạo nên các hình ảnh 3D “y như thật” như vậy, điều này giúp các nhà
hình ảnh học thể hiện dễ dàng hơn những mô tả của mình trong bảng kết quả gửi về
các nhà lâm sàng và bệnh nhân.

1.1.4. Chuẩn ảnh DICOM[10]
Các ảnh được sinh ra từ các máy sinh ảnh CT, MRI... là các ảnh 2D được lưu
trữ dưới định dạng DICOM. Ngày nay hầu hết các bệnh viện trên thế giới đều áp
dụng DICOM vào trong các thiết bị y khoa.

Hình 1.8: Các ảnh được lưu dưới dạng DICOM

10


1.1.4.1. Giới thiệu chung
Vào năm 1970, trước sự ra đời của phương pháp chụp ảnh CT
(ComputedTomography)[14] cùng với các phương pháp chụp ảnh số dùng trong
chẩn đoán y khoa khác, và sự gia tăng nhanh chóng ứng dụng tin học trong các lĩnh
vực y khoa lâm sàng, hai tổ chức ACR (American College of Radiology) và NEMA
(National Electrical Manufacturers Association) đã nhận ra yêu cầu cần thiết phải
có một phương pháp chuẩn dùng trong truyền tải ảnh và thông tin liên quan đến ảnh
đó giữa các nhà sản xuất thiết bị y khoa, mặc dù những thiết bị đó lại cho ra các
định dạng ảnh khác nhau. Trong năm 1983, ACR và NEMA thành lập một ủy ban
chung để phát triển phương pháp chuẩn này với mục đích:
- Tăng cường khả năng giao tiếp thông tin ảnh số của thiết bị y khoa bất chấp
thiết bị đó là của nhà sản xuất nào.
- Giúp cho việc phát triển và mở rộng các hệ thống truyền tải và lưu trữ ảnh
trở nên dễ dàng hơn, từ đó các hệ thống này sẽ là nơi giao tiếp với các hệ thống
thông tin bệnh viện khác.
- Cho phép tạo ra thông tin cơ sở chẩn đoán, từ đó nhiều loại thiết bị chẩn
bệnh sẽ sử dụng và tra cứu thông tin này. Năm 1988, ủy ban này công bố tiếp
"ACR-NEMA Standards Publication" phiên bản 2.0. Tài liệu "ACR-NEMA
Standards Publication" đặc tả giao tiếp phần cứng, số lượng tối thiểu các lệnh phần
mềm và các định dạng dữ liệu. Chuẩn DICOM (Digital Imaging and
Communications in Medicine) đưa ra nhiều cải tiến qua trọng so với 2 phiên bản
của chuẩn ACR-NEMA trước như[10][12]:
- Chuẩn DICOM này áp dụng được trong môi trường mạng vì chúng dùng
giao thức mạng chuẩn là TCP/IP. Chuẩn ACR-NEMA chỉ có thể áp dụng cho mạng
point-to-point. Chuẩn DICOM áp dụng cho môi trường lưu trữ off-line, DICOM

dùng các thiết bị lưu trữ chuẩn như CD-R, MOD và filesystem luận lý như ISO
9660 và FAT16. Chuẩn ACR-NEMA không đặc tả định dạng file, thiết bị lưu trữ
vật lý hay filesystem luận lý.
- Chuẩn DICOM đặc tả các thiết bị y khoa cần tuân theo chuẩn DICOM sẽ
phải đáp ứng lệnh và dữ liệu như thế nào. Chuẩn ACR-NEMA bị giới hạn về truyền

11


tải dữ liệu, DICOM dùng khái niệm Service Classes để mô tả ngữ nghĩa lệnh và dữ
liệu đi kèm.
DICOM có kèm đặc tả về yêu cầu, quy tắc cho các nhà sản xuất thiết bị y
khoa sản xuất sản phẩm tuân theo chuẩn DICOM. Chuẩn ACR-NEMA đặc tả rất ít
về điều này.
Hướng phát triển hiện thời: chuẩn DICOM luôn phát triển và do Procedures
of the DICOM Standards Committee quản lý. Đề nghị nâng cấp trong tương lai
của các thành viên trong ủy ban DICOM dựa trên thông tin từ những người đã
dung qua chuẩn DICOM. Các ý kiến được xem xét để đưa vào phiên bản tiếp theo
của DICOM và các thay đổi của DICOM phải đảm bảo tương thích tốt với phiên
bản trước.

1.1.4.2. Phạm vi và lĩnh vực ứng dụng của DICOM
Chuẩn DICOM gắn liền với thông tin y tế. Với lĩnh vực này, nó định ra sự
trao đổi thông tin số giữa các thiết bị tạo ảnh và hệ thống mạng thông tin. Do các
thiết bị tạo ảnh có thể hoạt động tương tác với các thiết bị y tế khác, phạm vi của
chuẩn cần thiết phải chồng lên các khu vực khác trong thông tin y tế.
Chuẩn tăng cường khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị tạo ảnh y tế bằng
cách định ra:
- Với việc truyền thông tin qua mạng, chuẩn đưa ra một bộ giao thức được
tuân theo bởi các thiết bị thích nghi chuẩn.

- Cú pháp và ngữ nghĩa của lệnh và các thông tin liên quan được trao đổi sử
dụng các giao thức này.
- Với việc truyền tin bằng phương tiện trung gian, chuẩn đưa ra một bộ các
dịch vụ lưu trữ trung gian, cũng như định dạng file và cấu trúc thư mục y tế, tạo
điều kiện cho việc truy nhập thông tin lưu trữ trên phương tiện trung gian. Thông tin
được sử dụng trong ứng dụng tuân theo chuẩn.

1.1.4.3. Cấu trúc của chuẩn ảnh DIOCM[15]
Các thành phần định dạng của ảnh DICOM
Cấu trúc của DIOCM gồm các thàng phần sau:

12


- Thích nghi: Định nghĩa các nguyên tắc thực thi chuẩn gồm các yêu cầu
thích nghi và báo cáo thích nghi CS (Conformation Statement)
- Định nghĩa đối tượng thông tin IOD (Information Object Desfinition)
- Định nghĩa lớp dịch vụ SC (Service Classes)
- Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu
- Từ điển dữ liệu
- Trao đổi bản tin
- Hỗ trợ truyền thông mạng cho việc trao đổi bản tin
- Định dạng file và lưu trữ trung gian
- Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian
- Chức năng lưu trữ và định dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu
- Chức năng hiển thị chuẩn mức xám
- Sơ lược an toàn
- Nguồn ánh xạ nội dung.
Bảng 1.1: DICOM và mô hình tham chiếu OSI[10]

APPLICATION

File Transire, Email, HTTP

PRESENTATION

Data Formatting, Compression,

SESSION

synchronization,Communication,

TRANSPORT

End to End communication

Lower

NETWORK

Internetworking

Layers

DATA LINK

LLC, MAC Ethernet, FDDI,...

PHYSICAL

Fiber, Coax, UTP

Upper Layers

Định dạng file DICOM
Gồm 2 thành phần là header và dữ liệu ảnh:
(1) Header:
- Tên và ID của bệnh nhân
- Loại ảnh y khoa (CT, MR, Audio Recording,…)
- Kích thước ảnh, máy sinh ảnh,…

13


Hình 1.9: Định dạng file DICOM

Hình 1.9 chỉ ra rằng: 794 bytes đầu dùng để định dạng Header DICOM, mô
tả kích thước ảnh và các thông tin ảnh. Để biết được kích thước ảnh ta dựa vào
thông tin của Frames, Rows và Columns trong phần Header. Hình 1.21 là ví dụ về
một ảnh MRI với số Frames, Rows, Columns tương ứng được chụp: 109 x 91 x 2 =
19838 bytes.

Hình 1.10: Thông tin đính kèm file DICOM

(2) Dữ liệu ảnh:
- Ảnh nén (bitmap) hoặc ảnh chưa nén từ (jpeg, gif, …).
- Định nghĩa đối tượng thông tin IOD (Information Object Definition).
- Định nghĩa lớp dịch vụ SC (Service Classes).

14

- Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu.
- Từ điển dữ liệu.
- Trao đổi bản tin.
- Hỗ trợ truyền thông mạng cho việc trao đổi bản tin.
- Khuôn dạng file và lưu trữ trung gian.
- Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian.
- Chức năng lưu trữ và khuôn dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu.
- Chức năng hiển thị chuẩn mức xám.
- Sơ lược an toàn.
- Nguồn ánh xạ nội dung
Khuôn dạng file DICOM
Thông tin đầu file (Header): Bao gồm các định danh bộ dữ liệu được đưa vào
file. Nó bắt đầu bởi 128 byte file Preamble (tất cả được đưa về 00H), sau đó 4 byte
kí tự “DICM”, tiếp theo là các thành phần dữ liệu đầu file. Các thành phần dữ liệu
đầu file này là bắt buộc đối với mọi file DICOM.
Các thành phần dữ liệu này có nhãn dạng (0002,
xxxx), được mã hóa theo cú pháp chuyển đổi VR
ẩn và Little Endian[10].
Bộ dữ liệu: Mỗi file chỉ chứa một bộ dữ liệu
thể hiện một SOP cụ thể và duy nhất liên quan đến
một lớp SOP đơn và IOD tương ứng. Một file có
thể chứa nhiều hình ảnh khi các IOD được xác định
mang nhiều khung. Cú pháp chuyển đổi được sử
dụng để mã hóa bộ dữ liệu được xác định duy nhất
thông qua UID cú pháp chuyển đổi trong thông tin
đầu file DICOM.
Thông tin quản lý file: Khuôn dạng file DICOM không bao gồm thông tin
quản lý file để tránh sự trùng lắp với chức năng liên quan ở lớp khuôn dạng trung

gian. Nếu cần thiết với một sơ lược ứng dụng DICOM cho trước, các thông tin sau
sẽ được đưa ra bởi một lớp khuôn dạng trung gian :

15