Nghiên cứu về xử lý hình ảnh và ứng dụng trong máy chụp x quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

--------

TRẦN XUÂN TÙNG

NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG
MÁY CHỤP X- QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

Hà Nội – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

--------

TRẦN XUÂN TÙNG

NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG TRONG
MÁY CHỤP X- QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NGỌC VĂN

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Nội dung của luận văn này được nghiên cứu, xây dựng đưa ra phương pháp
nâng cao chất lượng hình ảnh ứng dụng trong máy chụp X-quang. Dưới sự hướng
dẫn chỉ bảo của T.S Nguyễn Ngọc Văn, tôi đã nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu về
xử lý ảnh và ứng dụng trong máy chụp X-Quang" nhằm nâng cao hiệu quả, hỗ trợ
q trình chẩn đốn bệnh của bác sỹ cho các bệnh nhân. Tôi xin cam đoan những nội
dung của luận văn này là hồn tồn trung thực, chính xác và chưa được ai cơng bố
trong các cơng trình khoa học nào khác.
Hà Nội, ngày 17 tháng 04 năm 2017
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Trần Xuân Tùng

1


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô
giáo, các đồng nghiệp tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp em hoàn thiện luận án tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến T.S Nguyễn Ngọc Văn, thầy đã trực
tiếp hướng dẫn em hồn thành luận văn này với sự nhiệt tình và ân cần chỉ bảo,
đồng thời cung cấp cho em những kiến thức chun mơn để em có thể hồn thiện
luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và người
thân, những người đã bên cạnh và động viên tôi trong suốt q trình học tập và
hồn thành luận văn.

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................2
MỤC LỤC ......................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................10
PHẦN MỞ ĐẦU ..........................................................................................................11
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG Y TẾ ....................15
1.1.Ảnh y tế ........................................................................................................................ 15
1.1.1.Giới thiệu .......................................................................................................15
1.1.2.Sơ đồ chung hệ thống hình ảnh y tế...............................................................15
1.1.3.Các phương thức hình ảnh y tế ......................................................................17
1.2.Xử lý ảnh y tế .............................................................................................................. 22
1.2.1.Giới thiệu về xử lý ảnh y học ........................................................................22
1.2.2.Các bước xử lý ảnh ........................................................................................23
1.2.3.Khái niệm và các vấn đề cơ bản về xử lí ảnh ................................................25
1.3.Sự hỗ trợ của máy tính và cơng nghệ thơng tin trong xử lý hình ảnh y tế .............. 26
1.3.1.Phân v ng ảnh ................................................................................................27
1.3.2.Phân tích đa quang phổ ..................................................................................31
1.4. Thuyết Fourier ............................................................................................................ 33
CHƢƠNG 2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HÌNH
ẢNH Y TẾ ...................................................................................................................37
2.1. Chất lượng hình ảnh y tế............................................................................................ 37
2.2. Quy trình hiển thị hình ảnh ........................................................................................ 40
2.3. Biến đổi Fourier rời rạc cho quá trình xử lý hình ảnh ............................................. 41
2.3.1. Đặc tính của DFT..........................................................................................41

2.3.2. Một số khái niệm cơ bản...............................................................................42
2.3.3. Một số tính chất của DFT. ............................................................................42
3


2.4. Thao tác kỹ thuật thang độ xám (grey scale)............................................................ 44
2.4.1. Kỹ thuật cửa sổ .............................................................................................45
2.4.2. Kỹ thuật biến đổi biểu đồ ánh sáng ..............................................................48
2.5. Thao tác kỹ thuật ma trận hình ảnh miền thời gian.................................................. 49
2.5.1. Kỹ thuật làm mịn hình ảnh ...........................................................................51
2.5.2.Kỹ thuật làm trơn ảnh ....................................................................................53
2.6. Nâng cao hình ảnh miền tần số ................................................................................. 60
2.6.1. Bộ lọc lý tưởng .............................................................................................60
2.6.2. Bộ lọc butterworth ........................................................................................62
2.6.3. Bộ lọc theo cấp số nhân ................................................................................64
CHƢƠNG 3 KỸ THUẬT NÂNG CAO ĐỘ TƢƠNG PHẢN TRONG XỬ LÝ
HÌNH ẢNH CỦA MÁY CHỤP X-QUANG ..............................................................66
3.1.Giới thiệu chung về máy chụp X-Quang. .................................................................. 66
3.1.1.Nguyên lý hoạt động của máy X-Quang .......................................................67
3.1.2.Đặc điểm của ảnh X-Quang ...........................................................................68
3.1.3.Cấu tạo của máy chụp X-Quang ....................................................................70
3.1.4.Phân loại máy chụp X-Quang ........................................................................71
3.2.Tổng quan xử lý hình ảnh CR .................................................................................... 74
3.3.Nâng cao độ tương phản cho hình ảnh ...................................................................... 76
3.3.1.Phạm vi năng lượng giảm………………… .................................................... 78
3.3.2.Nâng cao độ tương phản Multiscale ................................................................ 79
3.3.3.Các quá trình đại diện ....................................................................................... 79
3.3.4.Sự cân bằng ngược lại ....................................................................................... 81
3.3.5.Xử lý tần số........................................................................................................ 84
3.4.Phép trừ hình ảnh ........................................................................................................ 87

3.4.1.Hiệu chuẩn ......................................................................................................... 87
3.4.2.Đăng ký cho hình ảnh ....................................................................................... 89
3.4.3.Phép trừ .............................................................................................................. 91
4


3.4.4.Tóm lược ............................................................................................................ 94
3.5.Xử lý ảnh chụp của máy X-Quang bằng phương pháp cân bằng Histogram .......... 95
3.5.1. Cơ sở lý thuyết ..............................................................................................95
3.5.2. Phương pháp xử lý cân bằng Histogram ......................................................97
3.5.3. Kết quả thực hiện bằng mô phỏng Matlab..................................................100
3.6. Một số kết quả đạt được trong việc nâng cao chất lượng ảnh chụp X-Quang ..... 102
3.6.1. Phương pháp Lọc trung bình ......................................................................102
3.6.2. Phương pháp Nâng cao độ tương phản.......................................................103
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...............................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................105

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ chung hệ thống ảnh y sinh ........................................................................15
Hình 1.2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh...................................................................24
Hình 1.3. ản v phối cảnh 3D của não ........................................................................27
Hình 1.4. Phân đoạn ảnh đơn giản bởi một ngưỡng duy nhất .......................................28
Hình 1.5. Thuật tốn em để ước lượng tham số ............................................................30
Hình 1.6. Hình ảnh đầu và phân loại mơ .......................................................................30
Hình 1.7. Hình ảnh MR đa phổ .....................................................................................31
Hình 1.8. Mỗi pixel hình ảnh được liên kết với một vector phổ xây dựng từ cường độ
của nó trong mỗi hình ảnh .............................................................................................32

Hình 1.9. Góc từ vector của một điểm ảnh bất kỳ với vector của một điểm ảnh tham
khảo...............................................................................................................................32
Hình 1.10. Phóng to điểm của tổn thương lớn c ms ở một bệnh nhân MS .................32
Hình 1.11. Đồ họa minh họa tích chập ..........................................................................35
Hình 1.12. Convolving với chức năng xung .................................................................35
Hình 1.13. Dùng Fourier trong các bộ lọc ảnh ..............................................................36
Hình 2.1. Ý nghĩa của đáp ứng xung hệ thống PSF ......................................................38
Hình 2.2. Kết quả Fourier transform của các PSF........................................................38
Hình 2.3. Độ tương phản của hình vng nhỏ có cùng mức xám trên các khu vực nền
khác nhau… ...................................................................................................................39
Hình 2.4. Quy trình hiển thị hình ảnh ............................................................................40
Hình 2.5. Các đơn vị hiển thị trực quan ........................................................................40
Hình 2.6a. Nguyên tắc cửa sổ ........................................................................................45
6


Hình 2.6b. Nguyên tắc cửa sổ........................................................................................45
Hình 2.7. Hình ảnh hiển thị ở cùng một cửa sổ .............................................................47
Hình 2.8a. Hình ảnh hiện thị cùng lúc 2 cửa sổ ............................................................47
Hình 2.8b. Cửa sổ đơi và biểu đồ ..................................................................................48
Hình 2.8c. Chức năng phi tuyến tính của cửa sổ ...........................................................48
Hình 2.9: sơ đồ bộ lọc số ...............................................................................................49
Hình 2.10. Q trình thối hóa tín hiệu .........................................................................52
Hình 2.11. Cửa sổ lọc(mặt nạ) c kích thước 5 trong 1D .............................................54
Hình 2.12. Cửa sổ lọc (mặt nạ) c kích thước 3x3 trong 2D ........................................54
Hình 2.13. Cửa sổ lọc (hay mặt nạ) kích thước 3x3x3 trong 3D ..................................54
Hình 2.14. Tính giá trị trung bình..................................................................................54
Hình 2.15. Cách thức nhân chập điểm ảnh với cửa sổ ..................................................55
Hình 2.16. Trường hợp đặc biệt trong 1D .....................................................................56
Hình 2.17. Trường hợp đặc biệt trong 2D .....................................................................56

Hình 2.18. Ví dụ lọc trung bình .....................................................................................57
Hình 2.19. Cách thức hoạt động của lọc trung vị ..........................................................57
Hình 2.20. Mơ hình lọc thơng cao .................................................................................59
Hình 2.21. Đáp ứng xung bộ lọc thơng thấp lý tưởng ...................................................60
Hình 2.22. Đáp ứng xung bộ lọc thơng cao lý tưởng ....................................................61
Hình 2.23. Đáp ứng xung bộ lọc thơng dải lý tưởng .....................................................61
Hình 2.24. Đáp ứng xung bộ lọc chắn dải lý tưởng ......................................................62
Hình 2.25. Đáp ứng biên độ của bộ lọc chuẩn hóa........................................................63
Hình 2.26. Làm mịn bởi lọc thơng thấp utterworth ....................................................64
Hình 2.27. Biến đổi tín hiệu theo thời gian đối với cấp số nhân ...................................65
7


Hình 3.1 . Máy chụp X-quang .......................................................................................66
Hình 3.2. Kết quả chụp X-quang ..................................................................................67
Hình 3.3. Nguyên lý hoạt động máy chụp X-quang ......................................................68
Hình 3.4 . Mơ phỏng chụp X-quang bàn tay .................................................................68
Hình 3.5. Mơ phỏng tạo ảnh bằng chùm tia X-quang ...................................................69
Hình 3.6. Quá trình chụp X-quang và sự khác biệt cơ bản giữa các thế hệ máy chụp Xquang…...……………………………………………………………………………..71
Hình 3.7. Quá trình thu nhận ảnh của CR .....................................................................73
Hình 3.8. Sơ đồ khái qt hố q trình xử lý CR ........................................................74
Hình 3.9. Điều chỉnh phạm vi phụ và lập đồ thị phân cấp trong agfa adc ...................75
Hình 3.10. Chụp X – quang ở những vùng cần thăm khám khác nhau trên cơ thể ......76
Hình 3.11. Tần số đáp ứng của bộ lọc mặt nạ không sắc nét, α = 3, cho kích thước hạt
nhân 109, 39, 13 và 5 điểm ảnh. ....................................................................................77
Hình 3.12. Sự phân tách theo hình mơ hình laplacian và quá trình ngược lại ..............80
Hình 3.13. Hàm cơ sở gaussian chuyển động từ lớp thứ hai đến lớp thứ 4 của mơ hình
laplacian…. ....................................................................................................................81
Hình 3.14. Q trình cân bằng ngược lại ......................................................................82
Hình 3.15. Khuếch đại phi tuyến áp dụng cho các hệ số mơ hình p = 1, 0, 0.7, 0.5 .....83

Hình 3.16. Kết quả sau quá trình biến đổi trên mơ xương ............................................83
Hình 3.17. Q trình kết hợp tăng cường, bao gồm độ tương phản cân bằng, tăng
cường cạnh và vùng ảnh ................................................................................................84
Hình 3.18. Đáp ứng tần số khơng gian của tăng cường cạnh giảm vùng ......................86
Hình 3.19. So sánh các chế độ tăng cường ....................................................................86
Hình 3.20. So sánh mật độ phim đo và giá trị XR-sim .................................................88
Hình 3.21. Chỉnh quy mô đầu ra của mảng xám ...........................................................89
8


Hình 3.22. (a) ảnh CT gốc, (b) ảnh mơ hình được tạo ra, (c) trừ ảnh ...........................91
Hình 3.23. Kết quả phép trừ hình ảnh ...........................................................................92
Hình 3.24. Rìa lát cắt của bộ phận điều hịa (a) X-quang số hóa (b) mơ hình hình ảnh
được tạo (c) phép trừ hình ảnh ......................................................................................93
Hình 3.25. Trung tâm lát cắt bộ phận điều hòa (a) X-quang số hóa (b) hình ảnh được
tạo (c) phép trừ hình ảnh................................................................................................94
Hình 3.26. Hình ảnh X– quang bàn tay .........................................................................96
Hình 3.27. Biểu đồ histogram.......................................................................................96
Hình 3.28. Biểu đồ phân bố mức xám của phương pháp histogram .............................97
Hình 3.29. Hiển thị đồ thị histogam của ảnh X-quang tay bằng matlab .....................100
Hình 3.30. Kết quả sau khi xử lý hình ảnh trên mơ phỏng Matlab bằng phương pháp
cân bằng lược đồ xám bằng Histogram .......................................................................101
Hình 3.31. Biểu đồ Histogram ban đầu và biểu đồ Histogram chỉ định của cùng một
hình ảnh…. ..................................................................................................................102
Hình 3.32. Kết quả sau khi xử lý Lọc trung bình trên mơ phỏng Matlab ...................103
Hình 3.33. Ảnh sau khi được tăng độ tương phản trên mô phỏng Matlab. .................103

9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CR
SNR

X-Quang có sự hỗ trợ của máy tính.
Chỉ số biểu thị cường độ tương đối của tín hiệu so với nhiễu
nền.

CAD

Sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và lập bản v .

XR-SIM

Giả lập X-ray.

MUSICA

Phương pháp khuếch đại tương phản đa mức độ.

MRI

Chụp cộng hưởng từ MRI.

CT

Chụp cắt lớp vi tính.

EM

Phương pháp tiếp cận Expectation-Maximization.

CSF

Tủy não.

GM

Chất xám.

WM

Chất trắng.

SP

Hình ảnh tổng hợp của giai đoạn quang phổ.

MS

Bệnh đa xơ cứng.

PSF

Point Spread Function.

FWHM

Width Full at Half Maximum.

MTF

Modulation Transfer Function.

EMA

Exponential Moving Average.

EWMA

Weighted Moving Average.

CDF

Chức năng phân phối tích l y.

CT
scanner
KNN

Computed Tomography Scanner
K-Nearest-Neighbors

10


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
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 (chẩn đoán cận lâm sàng). Trong chẩn đoán
cận lâm sàng thì chẩn đốn dựa trên hình ảnh thu được từ các thiết bị, máy y tế (chẩn
đốn hình ảnh) ngày càng chiếm một vai trò quan trọng, nhất là ngày nay với sự trợ
giúp của các thiết bị, máy y tế hiện đại, cơng nghệ cao có các phần mềm tin học hỗ trợ
khiến cho hình ánh rõ nét và chính xác hơn.
Chẩn đốn hình ảnh đã g p phần quan trọng nâng cao tính chính xác, kịp thời
và hiệu quả cao trong chẩn đoán bệnh. Cùng với sự phát triển của khoa học và công
nghệ, đã c rất nhiều loại máy tạo ảnh được ra đời như máy X -quang (X Rays
Machine), máy chụp cắt lớp vi tính (CT Scanner), máy siêu âm (Untrasound Machine),
máy điện tim (Electrocaldiograph), máy tạo ảnh cộng hưởng từ (Magnetic Resonane
Imaging).
Việc trợ giúp chẩn đốn, lưu trữ tư liệu và nghiên cứu hình ảnh X-Quang là một
trong những ứng dụng tin học phổ biến nhất hiện nay. Việc chuyển tín hiệu từ máy
chụp X-Quang lên phịng mổ Chấn thương chỉnh hình đã được nhiều nước áp dụng
phổ biến, ở Việt Nam một số cơ sở đã áp dụng phương pháp này, việc ứng dụng này
đã cung cấp cho phẫu thuật viên trong khi mổ có hình ảnh trực tiếp giúp cho việc mổ
được tiến hành hiệu quả hơn, tốt hơn.
Từ những vấn đề trên tôi đã chọn đề tài cho luận văn cao học là: “Nghiên cứu
về xử lý ảnh và ứng dụng trong máy chụp X-Quang” nhằm nghiên cứu, tìm hiểu một
số phương pháp, thuật tốn nâng cao chất lượng hình ảnh của máy chụp X-Quang
trong lĩnh vực y tế.
2. Lịch sử nghiên cứu
Các máy thiết bị và máy y tế chẩn đốn hình ảnh đầu tiên khi mới ra đời chỉ là
tín hiệu dạng s ng (Analog) đưa lên màn hình VIDEO của máy. Theo thời gian, máy
được chế tạo ngày càng c cấu hình cao hơn và chuyển dần sang tín hiệu số, các phần
mềm xử lý tín hiệu lưu trữ thơng tin số ngay tại các máy đ (ví dụ máy siêu âm c thể
lưu được 5000 ảnh của bệnh nhân gần đây nhất). Tuy nhiên, dần từng bước khi c các
11

điều kiện đặt ra và nhu cầu giao tiếp giữa các máy với nhau (ví dụ: máy CT Scanner
chuyển cho máy chiếu tia Coban...) và truyền ảnh số giữa các v ng với nhau để trợ
giúp chẩn đốn thì các chuẩn dữ liệu chung về hình ảnh của y tế dần ra đời.
Tuy nhiên, các máy y tế đời c khơng c cổng giao diện, khơng c tín hiệu ảnh
số, việc nghiên cứu chế tạo ADC card chuyển đổi ở một số máy đã được nghiên cứu
nhưng chưa nhiều và các phần mềm xử lý ảnh chuyển đổi chất lượng chưa cao.
Nhờ kỹ thuật số h a đã mở ra cho hình ảnh X-Quang một hướng mới, X-Quang
số h a. Phim thường chuyển thành phim in bằng tia Laser là tiền đề cho mơn Chẩn
đốn hình ảnh hiện đại ra đời. Đáng kể là X-Quang can thiệp hay X-Quang điều trị cho
phép xác định chính xác vị trí chọc dị sinh thiết, dẫn lưu các nang, ổ áp xe, tụ dịch,
nong mở các động mạch, đặt các Stent, bịt tắc các nhánh mạch máu đang chảy hoặc
mạch nuôi cấp máu cho u…
ác sĩ chẩn đốn hình ảnh hiện nay khơng những phải biết vận hành, sử dụng
nhiều loại máy m c hiện đại, mà phải c kiến thức cơ bản khơng những về y khoa mà
cịn về lý sinh, vật lý, tin học. Sau hơn 100 năm X-Quang đã trở thành một ngành rộng
với kiến thức hiện đại, đòi hỏi nhiều kỹ năng, kỹ xảo. Với hình ảnh X-Quang mới, các
nhà lâm sàng c ng phải nắm được các vấn đề cơ bản, c ng phải được đào tạo lại cách
đọc phim với hình ảnh mới.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu
Muc tiêu của đề tài là nghiên cứu về xử lý ảnh và ứng dụng trong máy chụp
X-Quang” nhằm nghiên cứu, tìm hiểu một số phương pháp, thuật tốn nâng cao chất
lượng hình ảnh của máy chụp X-Quang trong lĩnh vực y tế.
3.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các vấn đề liên quan đến việc chẩn đốn
hình ảnh để bác sỹ để chẩn đốn bệnh chính xác từ đ tìm ra phương pháp điều trị tốt
nhất cho bệnh nhân. Do vậy có thể coi đối tượng nghiên cứu của đề tài là vấn đề liên ngành,
đa ngành, tích hợp các kiến thức đặc biệt là vật lý ứng dụng, y sinh học hiện đại và công
nghệ thông tin để phục vụ mục đích chăm s c sức khỏe và y tế nói chung.

12


3.3. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu, tìm hiểu về kỹ thuật xử lý ảnh, máy chụp X-Quang; nghiên
cứu một số phương pháp nâng cao chất lượng hình ảnh trong y tế; nghiên cứu kỹ thuật
nâng cao độ tương phản trong xử lý hình ảnh của máy chụp X-quang trong y tế.
4. Tóm tắt đề tài
Chẩn đốn hình ảnh trong y học là một lĩnh vực then chốt của ngành kỹ thuật
y sinh hàm chứa những thành tựu hiện đại nhất trong nhiều lĩnh vực liên ngành, đặc
biệt là vật lý ứng dụng, y sinh học hiện đại và công nghệ thông tin. Việc ứng dụng
những thiết bị tạo ảnh trong y tế giúp ích rất nhiều cho bác sỹ để chẩn đốn bệnh một
cách thật chính xác từ đ tìm ra phương pháp điều trị tốt nhất cho bệnh nhân.
Các thiết bị và máy y tế về chẩn đốn hình ảnh ngày càng ứng dụng nhiều hơn
về cơng nghệ thông tin, các phần mềm cho các máy Y tế ngày càng được nâng cấp,
nhất là khi kỹ thuật số ra đời và phát triển đã ghi nhận và phân tích tín hiệu rất tốt, cho
hình ảnh sâu hơn, chất lượng ảnh tốt hơn. Tuy nhiên, các sản phẩm, máy móc hiện đại
đ c giá thành rất cao.
Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong các thiết bị và máy y tế với các phần
mềm chuyên dụng đã tạo ra bước phát triển đột phá trong việc ghi hình ảnh có chất
lượng cao các cơ quan bị bệnh của cơ thể con người, giúp cho các chuyên gia y tế chẩn
đoán bệnh khách quan hơn, nhanh ch ng hơn và chính xác hơn nhiều. Ứng dụng và
phát triển cơng nghệ thông tin Y tế đang là nhu cầu cấp thiết của Ngành Y tế Việt
Nam, nhằm xây dựng nền y tế Việt Nam hiện đại, có cơng nghệ và kỹ thuật y học cao,
đáp ứng được yêu cầu chăm s c sức khoẻ cho nhân dân.
Xuất phát từ thực tế trên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu về xử lý ảnh và ứng
dụng trong máy chụp X-Quang” nhằm nghiên cứu, tìm hiểu một số phương pháp,
thuật tốn nâng cao chất lượng hình ảnh của máy chụp X-Quang trong lĩnh vực y tế.
Để làm rõ hơn về nội dung thực hiện của đề tài này, luận văn được chia thành 3
chương bao gồm những nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về xử lý hình ảnh trong y tế.
Chương 2: Một số phương pháp nâng cao chất lượng hình ảnh trong y tế.
Chương 3: Kỹ thuật nâng cao độ tương phản trong xử lý hình ảnh của máy chụp
X-Quang.
13


5. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
5.1. Nội dung
Vấn đề cần giải quyết:
- Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp biểu diễn Multiscale và độ tương phản
cân bằng.
- Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp làm mịn hình ảnh và hình ảnh sắc nét.
- Nghiên cứu phương pháp giảm nhiễu hình ảnh mà khơng có ranh giới cạnh mờ.
- Nghiên cứu kỹ thuật thao tác tỉ lệ xám của hình ảnh.
5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, cơng nghệ trong và ngồi nước, phân tích và
đánh giá nội dung liên quan đến đề tài.
- Khảo sát, phân tích, thiết kế và đánh giá nội dung nghiên cứu trong quá trình
thực hiện đề tài. Đề xuất phương án xử lý ảnh phù hợp.

14


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ HÌNH ẢNH TRONG Y TẾ
1.1. Ảnh y tế
1.1.1. Giới thiệu
Ngày nay, chẩn đốn hình ảnh là lĩnh vực then chốt của ngành kỹ thuật y sinh
n i riêng và của hệ thống y tế n i chung. Chẩn đốn hình ảnh y tế ứng dụng các thành

tựu khoa học công nghệ mới vào chẩn đốn y học với mục đích tìm hiểu cấu trúc bên
trong cơ thể con người. Nhờ đ mà các hình thái, chức năng, cấu tạo sinh lý của cơ thể
con người s được thể hiện bằng những hình ảnh theo quy ước.
Hình ảnh y tế đề cập đến các kỹ thuật và quy trình sử dụng để tạo ra hình ảnh
của toàn bộ hoặc các bộ phận của cơ thể con người cho mục đích lâm sàng bao gồm
chẩn đốn, kiểm tra hoặc khám bệnh trong đ bao gồm cả giải phẫu và sinh lý bình
thường. Trong bối cảnh lâm sàng, hình ảnh y tế n i chung là d ng để chụp X-quang
hoặc đưa ra “hình ảnh lâm sàng” và các bác sĩ c trách nhiệm giải thích hình ảnh hay
cịn gọi là chẩn đốn hình ảnh. Chụp X-Quang chẩn đốn chỉ định các khía cạnh kỹ
thuật của hình ảnh y tế. Hình ảnh y tế sử dụng kỹ thuật khơng xâm lấn tạo ra hình ảnh
phản ánh các khía cạnh bên trong của cơ thể. Trong chụp X-Quang, chụp X-ray bức xạ
được hấp thụ ở mức độ khác nhau trong các loại mô khác nhau như xương, cơ và chất
béo sau đ hình thành ảnh.
Một số biện pháp kỹ thuật hình ảnh tiên tiến được sử dụng rộng rãi hiện nay
như: X-quang, siêu âm, chụp cắt lớp – CT, cộng hưởng từ – MRI… Thông qua các
biện pháp kỹ thuật này các hình ảnh chính xác được đưa ra. Như vậy hình ảnh y tế
đ ng vai trị quan trọng trong việc hỗ trợ việc phòng ngừa và điều trị bệnh.
1.1.2. Sơ đồ chung hệ thống hình ảnh y tế
Hệ
thống
sinh
học

Cảm
biến

Tiền
xử lý
và lọc

Tái
tạo
ảnh

Hình 1.1. Sơ chung hệ thống ảnh y sinh
15

Trích
chọn
đặc
trưng

Phân
loại
và
chẩn
đốn


Phân tích sơ đồ hệ thống ảnh y sinh:
- Hệ thống sinh học: Là cơ thể người, hoặc các bộ phận trên cơ thể người.
- Cảm biến: Thu nhận tín hiệu y sinh từ hệ thống sinh học qua cảm biến, tín
hiệu này c thể là tín hiệu 1 chiều hoặc 2 chiều.
 Ảnh X-quang thông thường.
 Ảnh cắt lớp CT scaner.
 Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI.
 Siêu âm.
 Ảnh từ sinh học.
- Tái tạo ảnh: Ảnh thu được cần tái tạo lại trước khi đưa vào tiền xử lý và lọc.
- Tiền xử lý và lọc: Tại đây tín hiệu s được tiền xử lý và lọc, do tín hiệu bị

ảnh hưởng bởi nhiễu do một số nguyên nhân chính: Can nhiễu từ các hệ thống xử lí
ảnh y sinh khác hoặc do tính khơng hồn hảo của cảm biến (bản chất, cấu tạo, đặc
trưng của cảm biến).
- Trích chọn đặc trưng: Các đặc trưng mơ tả trạng thái và biểu hiện của hệ
thống sinh học đang được xem xét. Từ các đặc trưng trích chọn mà ta kì vọng c thể
phân biệt được các trường hợp khỏe mạnh, bất thường (bệnh lý, tổn thương). Nhiệm
vụ của người kỹ sư y sinh tạo ra các giải thuật để trích chọn đặc trưng từ các đặc tính
vốn c về mặt vật lý của tín hiệu thu được (ví dụ ảnh CT tín hiệu vật lý trích chọn đặc
trưng các khối theo mức xám hay theo hình dạng) nhằm làm nổi bật v ng cần xem xét
thăm khám.
- Phân loại và chuẩn đốn: Các đặc trưng đã được trích chọn s được đưa vào
các bộ phân loại để phân biệt các trường hợp khác nhau và bổ trợ tăng cường tính
chính xác trong chẩn đốn, hệ thống chẩn đốn thường ở trong hệ thống máy tính hỗ
trợ chẩn đốn ảnh tự động.
Quá trình tạo ảnh y tế nhằm mục đích thu nhận các thơng tin hữu ích về các quá
trình sinh lý hay các cơ quan của cơ thể bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng.
Chất liệu đối tượng sử dụng để thu nhận, hiển thị có ảnh hưởng lớn tới quá trình thu
nhận ảnh y tế. Bao gồm các đặc tính tĩnh hay động của các đối tượng như các tổ chức,
các mô, các bệnh lý đặc trưng của cơ thể, ví dụ đặc tính tĩnh là mật độ các mơ, xương,
đặc tính động là dịng máu hay chuyển động của tim… Ngoài ra các thực thể tạo ảnh y
16


tế khác nhau s cung cấp các thông tin đặc tính riêng biệt về các cơ quan bên trong hay
của các tổ chức mơ. Độ tương phản và độ nhìn thấy của ảnh y tế phụ thuộc vào thực
thể tạo ảnh, hàm đáp ứng c ng như phụ thuộc vào các vùng bệnh lý. Thực thể tạo ảnh
y tế được chia làm 3 loại:
+ Nguồn năng lượng bên trong
+ Nguồn năng lượng bên ngoài
+ Kết hợp hai nguồn năng lượng

Quá trình xử lý ảnh nhằm tăng cường thơng tin chẩn đốn, hỗ trợ cho việc diễn
giải ảnh y tế (thơng thường hoặc có sự trợ giúp của máy tính), giúp hiểu được các quá
trình sinh lý cùng với các bệnh và phản ứng chống lại điều trị của chúng. Sau khi được
số h a ảnh s được chuyển đến máy chủ xử lý ảnh (ADC processing server). Máy chủ
này có chứa nhiều phần mềm xử lí ảnh như tăng cường bờ nét, nén dải rộng, tăng
cường tương phản đa mức độ, giảm nhiễu... Phương pháp khuếch đại tương phản đa
mức độ (Multiscale image contrast amplification) MUSICA có thể làm tăng khả năng
phát hiện các đường gãy ẩn, nốt nhỏ, không che lấp chi tiết lân cận, không tạo bờ giả,
và dùng cho tồn bộ cơ thể.
1.1.3. Các phương thức hình ảnh y tế
 Chụp X-Quang
Tạo ảnh bằng X-Quang là một trong những kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh sử
dụng phổ biến trong y học và kỹ thuật. Nguyên lý tạo ảnh dựa trên sự lan truyền và
hấp thụ của tia X trong q trình đi qua mơi trường vật chất không đồng nhất. Để hiểu
rõ bản chất vật lý sự tương tác của tia X với vật chất, người ta c thể sử dụng mơ
phỏng q trình lan truyền của photon tia X thông qua các dạng tương tác đặc trưng cơ
bản như hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và Rayleigh c ng như hiệu ứng tạo cặp.
[11]. Cơ sở thuật tốn mơ phỏng sự lan truyền này c ng là một công cụ đắc lực giúp
giải quyết bài toán tương tác hạt cơ bản với vật chất trong vật lý hạt nhân.
Bản chất và đặc tính của tia X: Bản chất của tia X là s ng điện từ gồm những
sóng xoay chiều theo chu kỳ, cùng một loại với ánh sáng, sóng vơ tuyến điện. Đặc
điểm của các bức xạ trên là truyền đi với tốc độ gần giống nhau (khoảng 300000km/s)
chỉ khác nhau về bước sóng, chu kỳ và tần số. Tia X c bước sóng dài khoảng 10-8 cm
và có một số đặc tính sau:
17


 Tính truyền thẳng và đâm xuyên: Tia X truyền thẳng theo mọi hướng và có
khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ dàng khi
cường độ tia càng tăng.

 Tính bị hấp thu: Sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm
xuống do một phần năng lượng bị hấp thu. Đây là cơ sở của các phương pháp chẩn
đoán X-Quang và liệu pháp X-Quang. Sự hấp thu này tỷ lệ thuận với:
+ Thể tích của vật chất bị chiếu xạ: Vật càng lớn thì tia X bị hấp thu càng nhiều.
+

ước sóng của ch m tia X: ước sóng càng dài tức là tia X càng mềm thì s

bị hấp thu càng nhiều.
+ Trọng lượng nguyên tử của vật chất: Sự thấp thu tăng theo trọng lượng
nguyên tử của chất bị chiếu xạ.
+ Mật độ của vật chất: Số nguyên tử trong một thể tích của vật càng nhiều thì
sự hấp thu tia X càng tăng. Ví dụ nước ở trạng thái lỏng hấp thu tia X nhiều hơn ở
trạng thái hơi.
 Tính chất quang học: Giống như ánh sáng, tia X c ng c những hiện tượng
quang học như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Những tính chất này tạo nên
những tia thứ trong cơ thể khi nó xuyên qua và làm giảm độ tương phản trên các phim
chụp. Để chống lại hiện tượng này người ta có thể d ng loa khu trú, đ ng nhỏ chùm
tia, lưới lọc...
 Tính chất gây phát quang: Dưới tác dụng của tia X một số muối trở nên phát
quang như clorua, Na,

A, Mg, Li,... và c chất trở nên sáng như Tungstat cadmi,

platino-cyanua Bari các chất này được d ng để chế tạo màn huỳnh quang dùng khi
chiếu X-Quang, tấm tăng quang.
 Tính chất hố học: Tính chất hố học quan trọng nhất của tia X là tác dụng
lên muối bromua bạc trên phim và giấy ảnh làm cho nó chuyển thành màu bạc khi chịu
tác dụng của các chất khử trong thuốc hiện hình. Nhờ tính chất này mà nó cho phép
ghi hình X-Quang của các bộ phận trong cơ thể lên phim và giấy ảnh.

 Tác dụng sinh học: Khi truyền qua cơ thể tia X có những tác dụng sinh học.
Tác dụng này được sử dụng trong điều trị đồng thời n c ng gây nên những biến đổi
có hại cho cơ thể.

18


Các kỹ thuật X-quang quy ước:
+ Chiếu X-Quang: Chùm tia X sau khi truyền qua v ng thăm khám của cơ thể
thì năng lượng bị suy giảm do bị hấp thụ bởi các vật chất. Sự suy giảm này phụ thuộc
vào độ dày, mật độ của các cấu trúc mà n đi qua. Sau đ , chùm tia tác dụng lên chất
huỳnh quang trên màn chiếu và các bộ phận của v ng thăm khám được hiện hình trên
màn chiếu này. Việc phân tích hình ảnh chẩn đốn được tiến hành cùng thời điểm phát
tia trên màn chiếu của máy X-Quang. Ch m tia X được sử dụng khi chiếu c độ đâm
xuyên trung bình (từ 70 đến 80KV) và với cường độ thấp (chỉ khoảng từ 1,5 đến 3
miliampe). Sự phát huỳnh quang của màn chiếu không đủ sáng, vì thế việc chiếu điện
phải làm trong buồng tối và để quan sát rõ tổn thương cần thích ghi mắt trong bóng tối
ít nhất 10 đến 15 phút trước khi chiếu.
Hiện nay, phương pháp chiếu X-Quang để chẩn đoán hầu như khơng cịn được
áp dụng. Tuy nhiên, trong X-Quang can thiệp, X-Quang chụp mạch, X-Quang tiêu hoá
phương pháp chiếu vẫn được sử dụng nhưng việc ghi hình được thực hiện bằng XQuang tăng sáng truyền hình. Phương pháp chiếu X-Quang tăng sáng truyền hình cho
chất lượng hình ảnh cao hơn, cường độ sáng cao hơn vì vậy n được tiến hành trong
phịng sáng bình thường và cho phép giảm liều chiếu xạ tia X lên bệnh nhân và giảm
ảnh hưởng cho bác sỹ chuẩn đốn hình ảnh.
+ Chụp X-Quang: Khác với chiếu tia X, sự ghi hình X-Quang của các bộ phận
thăm khám được thực hiện trên phim hoặc giấy ảnh. Để ghi được hình trên phim XQuang thì tia X phải được phát xạ với một điện thế cao (từ 50KV đến 100 hoặc 150
KV) và với cường độ dịng qua bóng X-Quang lớn (từ 100-200mA, và các máy hiện
đại hiện nay có thể lên tới 500 đến 1000KV). Hai yếu tố này nhằm đảm bảo cho sự ghi
hình nhanh, giảm nhiễu khi chụp các cơ quan động (như tim, ống tiêu hố) và phù hợp
với thời gian nín thở của bệnh nhân. Phim X-Quang có cấu tạo cơ bản là hai mặt được

tráng bởi nh tương muối bạc (bromua bạc). Phim được ép vào giữa 2 tấm tăng quang
đặt trong cassette. Bề mặt tấm tăng quang được phủ bằng một lớp chất phát huỳnh
quang (thường là Tungstat cadmi). Dưới tác dụng của tia X các lớp huỳnh quang này
s phát quang và tác dụng lên phim để ghi hình bộ phận thăm khám mà n truyền qua.
Tia X chỉ tác dụng lên phim khoảng 10% còn lại khoảng 90% tác dụng này là do ánh
sáng huỳnh quang phát ra từ tấm tăng quang. Vì vậy, nhờ tấm tăng quang mà thời gian
19


chụp có thể giảm đi rất nhiều. Hiện này, với tấm tăng quang với độ nhạy cao thì thời
gian và cường độ chụp càng được giảm hơn nữa.
 Chụp cộng hưởng từ MRI
Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được Felix

lock và Edward Puroel phát

hiện vào năm 1946, được đưa vào ứng dụng và bắt đầu phát triển ở nhiều nước tiên
tiến từ những năm 1950 đến 1970, giải Nobel vật lý năm 1952 cho cả hai nhà vật lý đã
tạo tiền đề cho sự phát triển MRI. Năm 1980, chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên trên
thế giới được đưa vào hoạt động để hiển thị hình ảnh chụp cơ thể người. Đến nay cộng
hưởng từ trở nên phổ biến trong kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh bởi tính chính xác và độ
an tồn, thay thế được một số phương pháp chẩn đoán phải d ng một số thiết bị xâm
nhập cơ thể do đ tránh được rủi ro và sự đau đớn của người bệnh.
Thiết bị chuẩn đoán hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) là một trong những thiết bị
hiện đại hiển thị hình ảnh với chất lượng thông tin giải phẫu và độ phân giải cao được
sử dụng trong y tế hiện nay, nguyên lý tạo ảnh của n dựa vào sự vận dụng đặc tính
hấp thụ năng lượng của một hạt nhân nguyên tố nào đ – thường là hydro (khi được
đặt trong năng lượng điện từ ứng với tần số dao động riêng của hạt nhân) và đặc tính
bức xạ năng lượng sau khi đã hấp thu. ức xạ này chính là tín hiệu MRI. Cường độ tín
hiệu phụ thuộc vào nồng độ của chất được phân bố, và đ c ng chính là yếu tố để hiển

thị sự sáng tối của hình ảnh. [11]. Lợi thế của MRI là tính vơ hại của n . MRI khơng
sử dụng bức xạ ion hố giống như phương pháp chụp X-Quang thường quy (Nobel
Vật lý -1901) hoặc chụp CT (Nobel Y học -1979). Tuy nhiên, n c một nhược điểm là
trên cơ thể bệnh nhân c mang kim loại tư hoặc mang máy điều hoà nhịp tim không thể
được kiểm tra bằng MRI bởi MRI c trường từ tính mạnh gây ra nhiễu. Ngày nay, MRI
được sử dụng để kiểm tra gần như mọi cơ quan trong cơ thể. Kỹ thuật này đặc biệt c
giá trị trong việc chụp ảnh chi tiết não hoặc dây cột sống. Kể từ khi MRI tạo ra được
những hình ảnh 3 chiều, bác sĩ c thể nắm được thông tin tương đối chính xác về vị trí
thương tổn. Những thơng tin như vậy rất c giá trị trước khi phẫu thuật chẳng hạn như
tiểu phẫu não.
Theo nghiên cứu, cơ thể người có tỉ lệ chủ yếu là nước, chiếm 60-70%. Trong
thành phần của phân tử nước có hai nguyên tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro
là một nguyên tử đặc biệt vì hạt nhân của chúng chỉ chứa 1 proton. Do đ , n c một
20


mômen từ lớn. Điều đ dẫn tới hệ quả: nếu dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử
hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các mơ trong cơ thể thì có thể ghi
lại hình và phân biệt được các mô đ . Mặt khác, trong cùng 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 đ s thay đổi so với mô lành, do đ , s ghi hình được các thương tổn.
Ứng dụng nguyên lý này, MRI sử dụng một từ trường mạnh và một hệ thống
phát các xung c tần số vô tuyến RF (radio frequancy) để điều khiển hoạt động điện từ
của nhân nguyên tử, mà cụ thể là nhân nguyên tử hydro c trong phân tử nước của cơ
thể, nhằm bức xạ năng lượng dưới dạng các tín hiệu c tần số vơ tuyến. Các tín hiệu
này s được một hệ thống thu nhận và xử lý điện tốn để tạo ra hình ảnh của đối tượng
vừa được đưa vào từ trường đ .
Như vậy nguyên lý tạo ảnh dựa vào sự vận dụng đặc tính hấp thụ năng lượng
của một hạt nhân nguyên tố hydro (khi được đặt trong năng lượng điện từ ứng với tần
số dao động riêng của hạt nhân) và đặc tính bức xạ năng lượng sau khi đã hấp thu. ức

xạ này chính là tín hiệu MRI. Cường độ tín hiệu phụ thuộc vào nồng độ của chất được
phân bố, và đây c ng chính là yếu tố để hiển thị sự sáng tối của hình ảnh.
 Chụp cắt lớp CT
Chụp cắt lớp vi tính cịn được gọi là chụp CTscanner (computed tomography)
là một trong những kỹ thuật hiện đại được sử dụng phổ biến trong y học và cả trong kỹ
thuật cơng nghệ cao, ví dụ đ là kính hiển vi cắt lớp khảo sát các vi cấu trúc vật liệu.
Nguyên lý tái tạo ảnh cắt lớp là một ứng dụng hữu hiệu giữ sự kết hợp của tốn học và
thành tựu của cơng nghệ thơng tin trên cơ sở sự hoàn thiện với tốc độ cao về tính năng
của máy tính. Vì sự quan trọng của ngun lý tái tạo ảnh cắt lớp, do đ , n được ứng
dụng trong nhiều kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh y học (CT scanner, MRI, siêu âm cắt
lớp và optical tomography) trong thời gian gần đây. [11]
Nguyên lý này có thể được hiểu một cách đơn giản như sau: Trên mặt cắt của
một cấu trúc được chia ra rất nhiều đơn vị thể tích liên tiếp nhau, mỗi đơn vị thể tích s
được hiện lên trên ảnh như một điểm nhỏ gọi là điểm ảnh (pixel). Các đơn vị thể tích
được mã hố các thơng số về đặc điểm tỉ trọng, vị trí (toạ độ) và được máy tính ghi lại.
Sau đ 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
21


phân biệt các cấu trúc cơ thể trên cùng một mặt phẳng c 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 sắc 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 c cấu trúc nhỏ.
 Siêu âm
Siêu âm (Ultrasound/Sonography) – là một kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh khơng
xâm lấn, áp dụng phổ biến trong y tế. Nguyên lý tạo ảnh dựa vào sóng siêu âm (sóng
âm tần số cao) để xây dựng và tái tạo hình ảnh về cấu trúc bên trong cơ thể hay chính
là sự thu nhận tín hiệu phản hồi của s ng siêu âm khi truyền qua mơi trường khơng

đồng nhất. Những hình ảnh này cung cấp thông tin c giá trị trong việc chẩn đốn và
điều trị bệnh. Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên n c thể
cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả
hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu. Để hiểu rõ bản chất vật lý của sự
tương tác của siêu âm với vật chất, người ta c thể mô phỏng sự tạo ảnh siêu âm được
thực hiện trên cơ sở mơ hình tốn học mơ phỏng sự truyền qua, sự tán xạ và thu nhận
tín hiệu phản hồi của s ng siêu âm khi đi vào mô, kết hợp với lý thuyết hệ thống tuyến
tính với các bộ lọc mơ phỏng chức năng hoạt động của các đầu dò siêu âm. [11]
Nguyên lý hoạt động của siêu âm: Siêu âm dựa trên nền tảng là nguyên lý định
vị bằng s ng siêu âm (sonar) - một kỹ thuật d ng để phát hiện các vật thể dưới nước.
Trong khi siêu âm, sử dụng đầu dò (transducer) tỳ sát lên da, đầu dò c chức năng vừa
phát vừa thu s ng siêu âm. Khi siêu âm, các tinh thể bên trong đầu dò phát ra các s ng
siêu âm truyền vào bên trong cơ thể. Các mô, xương và chất lỏng trong cơ thể - một
phần hấp thụ hoặc truyền qua - một phần phản xạ lại s ng âm và quay ngược trở lại
đầu dò. Đầu dò thu nhận s ng âm phản hồi, gửi các thông tin này tới bộ xử lý, sau khi
phân tích các tín hiệu phản hồi bằng các phần mềm và thuật toán xử lý ảnh, kết hợp
các thông tin để xây dựng và tái tạo thành hình ảnh siêu âm nhìn thấy trên màn hình.
1.2. Xử lý ảnh y tế
1.2.1. Giới thiệu về xử lý ảnh y học
Trong lĩnh vực y tế, xử lý ảnh đang được ứng dụng một cách rộng rãi và đem
lại nhiều kết quả khả quan, hứa hẹn một tương lai phát triển cùng với sự phát triển
22


cơng nghệ sinh học. Trong y học, chẩn đốn hình ảnh là một phương pháp chẩn đoán
cho phép bác sĩ c thể quan sát các bộ phận của cơ thể qua hình ảnh một cách trực
quan nhất. Từ đ đưa ra các chẩn đốn chính xác của bệnh lý để có biện pháp điều trị
hiệu quả. Khoa học hỗ trợ cho kĩ thuật chẩn đốn hình ảnh chính là xử lý ảnh. Ví dụ
như trong các phương pháp: chụp X-Quang, chụp cắt lớp CT, MRI, siêu âm… Do có
nhiều nguyên nhân, ảnh sau khi được tái tạo có thể khơng rõ nét, nhiễu, mờ biên, độ

phân giải thấp, ảnh hưởng đến chất lượng ảnh, gây kh khăn cho việc chẩn đoán bệnh.
Do vậy, mặc dù các thiết bị chụp y tế với công nghệ ngày càng nâng cao để hỗ trợ cho
việc phân tích và xử lý thơng tin từ ảnh nhưng vấn đề đặt ra cần phải giải quyết là việc
nâng cao chất lượng ảnh - đây là một bước quan trọng và được gọi là bước tiền xử lý
ảnh trước khi thực hiện bước tiếp theo là phân đoạn ảnh y học. Quá trình tiền xử lý này
trên thế giới đã và đang được nghiên cứu với nhiều cách tiếp cận khác nhau của cả giới
y học và tin học.
Các phương thức tạo ảnh y học (medical imaging modallity) khác nhau cung
cấp các thơng tin đặc tính riêng biệt về các cơ quan bên trong hay của các tổ chức mô
trong cơ thể. Độ tương phản hay độ nhìn thấy của ảnh y học phụ thuộc vào phương
thức tạo ảnh, c ng như hàm đáp ứng phụ thuộc vào các vùng bệnh lý của bệnh nhân.
Ví dụ cụ thể như thăm khám vết rạn cơ thể ở khung xương sườn bằng chụp X-Quang
ngực thì cần nhìn rõ cấu trúc xương cứng, muốn kiểm tra khả năng c bị ung thư vú
hay khơng thơng qua phim X-Quang vú thì lại cần thấy rõ sự vi vơi hóa, các khối bất
thường, các cấu trúc mềm…Do vậy, mục tiêu của tạo ảnh và xử lý ảnh y học là thu
nhận và xử lý các thơng tin hữu ích về các cơ quan sinh lý hay các cơ quan của cơ thể
bằng cách phân tích hình ảnh với ảnh c độ tương phản và độ sắc nét cao.
1.2.2. Các bước xử lý ảnh
Ứng dụng của xử lý ảnh có khả năng tác động mạnh m đến các lĩnh vực trong
cuộc sống, nhất là trong lĩnh vực y tế. Soi chụp bằng máy chụp cắt lớp được dùng
thường xuyên trong xét nghiệm lâm sàng, ví dụ như phát hiện và nhận dạng u não.
Những ứng dụng y học khác của xử lý ảnh số gồm nâng cao chất lượng ảnh X-Quang
và làm rõ đường biên mạch máu từ những ảnh chụp mạch bằng tia X (angiograms).
Ảnh sau khi được tái tạo chưa thể rõ nét, ảnh hưởng đến chất lượng, gây kh khăn cho

23