Hoàn thiện thiết kế chế tạo và ứng dụng thiết bị soi cổ tử cung kỹ thuật số trường đại học bách khoa

71 Hình 3.13 Kết quả phân tích hình ảnh thu được từ máy soi phân cực Mueller; Trong đó, Δ – Depolarization: khử cực; R –Retardance: sự chậm pha của hai tia nhanh và chậm của điện trườ

ỦY BAN NHÂN DÂN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

“HOÀN THIỆN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG

THIẾT BỊ SOI CỔ TỬ CUNG KỸ THUẬT SỐ”

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Bách khoa

Chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS Trần Văn Tiến

BS CK1 Phạm Thanh Hải

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

ỦY BAN NHÂN DÂN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

“HOÀN THIỆN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG

THIẾT BỊ SOI CỔ TỬ CUNG KỸ THUẬT SỐ”

Trần Văn Tiến Phạm Thanh Hải

Thành phố Hồ Chí Minh- 2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 5

1.1 TỔNG QUAN BỆNH LÝ CỔ TỬ CUNG 5

1.1.1 Tổng quan về cổ tử cung và bệnh lý cổ tử cung 5

1.1.2 Các phương pháp sàng lọc tổn thương cổ tử cung 8

1.1.2.1 Tế bào cổ tử cung (Pap’s) 8

1.1.2.2 Quan sát cổ tử cung bằng mắt thường sau bôi acetic acid 10

1.1.2.3 Quan sát cổ tử cung bằng mắt thường sau bôi lugol 11

1.1.2.4 Xét nghiệm Human Papilloma virus 11

1.1.3 Các phương pháp chẩn đoán tổn thương cổ tử cung 12

1.1.3.1 Soi cổ tử cung 12

1.1.3.2 Sinh thiết cổ tử cung 13

1.2 TỔNG QUAN THIẾT BỊ HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH LÝ CỔ TỬ CUNG 15

1.2.1 Thiết bị soi quang học Olympus OSC 500 16

1.2.2 Máy soi CTC kỹ thuật số Lutech LT-300HD 17

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY VỀ ỨNG DỤNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG SOI CỔ TỬ CUNG 20

CHƯƠNG 2 – THIẾT BỊ MÁY SOI CỔ TỬ CUNG 24

2.1 PHẦN CỨNG 26

2.1.1 Nguồn sáng 26

2.1.2 Khối thu nhận, lưu trữ và hiển thị hình ảnh 35

2.1.2.1 Hệ thấu kính 35

2.1.2.2 Camera 35

2.1.2.3 Card ghi hình 37

2.1.2.4 CPU và màn hình 37

2.2 PHẦN MỀM 39

2.2.1 Kết nối thiết bị soi 43

2.2.2 Cài đặt nội dung tiêu đề và ẩn/hiện nút nhấn 43

2.2.3 Kiểm tra thông số CCD 44

2.2.4 Điều chỉnh các thông số CCD 45

2.2.5 Nhập mã bệnh nhân 46

2.2.6 Chụp ảnh 46

2.2.7 Nhập thông tin bệnh nhân 46

2.2.8 Công cụ hỗ trợ xử lý ảnh 48

2.3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 48

CHƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN NHẬN DIỆN, ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG BỆNH LÝ TRÊN BỀ MẶT CỔ TỬ CUNG 54

3.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN NHẬN DIỆN, ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG BỆNH LÝ TRÊN BỀ MẶT CỔ TỬ CUNG 55

3.1.1 Tổng quan biểu mô tuyến và biểu mô lát trong cổ tử cung 55

3.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu collagen trên bề mặt CTC 61

3.1.2.1 Tổng quan về collagen ở cổ tử cung 61

3.1.2.2 Tổng quan về một số bệnh lý dẫn đến sự thay đổi collagen ở CTC 67

3.1.2.3 Tổng quan nghiên cứu collagen ở CTC sử dụng phân cực Mueller 69

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 74

3.2.1 Phương pháp tăng tương phản vùng biểu mô lát và biểu mô tuyến 74

3.2.1.1 Phương pháp tiền xử lý 75

3.2.1.2 Phương pháp tăng tương phản 76

3.2.1.3 Phương pháp so sánh đánh giá độ tương phản 79

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu sự định hướng sợi collagen trên bề mặt CTC 82

3.2.2.1 Phương pháp xác định góc định hướng của chi tiết trên hình ảnh 82

3.2.2.2 Phương pháp xác định sự định hướng của sợi collagen 85

3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN NHẬN DIỆN, ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG BỆNH LÝ TRÊN BỀ MẶT CỔ TỬ CUNG 95

3.3.1 Kết quả tăng tương phản vùng biểu mô tuyến và biểu mô lát 95

3.3.1.1 Kết quả thu nhận dữ liệu và tăng tương phản 95

3.3.1.2 Kết quả so sánh, đánh giá độ tương phản vùng biểu mô tuyến và biểu mô lát 98

3.3.2 Kết quả xác định sự định hướng sợi collagen trên bề mặt CTC 101

3.3.2.1 Kết quả thu nhận cơ sở dữ liệu hình ảnh 101

3.3.2.2 Mô hình định hướng của sợi collagen ở cổ tử cung 101

3.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

CHƯƠNG 4 – ỨNG DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THIẾT BỊ TẠI CƠ SỞ Y TẾ (BỆNH VIỆN TỪ DŨ) 112

4.1 MỤC TIÊU 112

4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 112

4.2.1 Thiết kế nghiên cứu 112

4.2.2 Dân số nghiên cứu 112

4.2.2.1 Dân số mục tiêu 112

4.2.2.3 Tiêu chuẩn chọn mẫu 112

4.2.3 Cỡ mẫu 113

4.2.4 Phương pháp lấy mẫu: 114

4.2.5 Các bước tiến hành nghiên cứu 115

4.2.6 Định nghĩa biến số 117

4.2.6.1 Biến số độc lập 117

4.2.6.2 Biến số phụ thuộc 118

4.2.7 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu 121

4.2.7.1 Nhập liệu và làm sạch số liệu 121

4.2.7.2 Phân tích số liệu 121

4.2.8 Vấn đề y đức 124

4.3 KẾT QUẢ 125

4.3.1 Đặc điểm dịch tễ 126

4.3.2 Đặc điểm tiền căn 127

4.3.3 Đặc điểm lâm sàng 129

4.3.4 Đặc điểm kết quả soi cổ tử cung 130

4.3.5 Kết quả giải phẫu bệnh 133

4.3.6 So sánh hình ảnh soi cổ tử cung Máy Leisegang và Máy BK01 của bác sĩ lâm sàng 134

4.3.7 So sánh sự tương thích kết quả chẩn đoán lâm sàng bằng máy Leisegang và Máy BK01 136

4.3.8 So sánh tiêu chí đánh giá máy soi CTC theo bác sĩ lâm sàng 137

4.3.9 Giá trị chẩn đoán bất thường CTC của máy Leisegang và Máy BK01 139

4.3.10 Giá trị chẩn đoán ung thư CTC của máy Leisegang và Máy BK01 140

4.4 BÀN LUẬN 141

4.4.1 Đặc điểm dịch tễ học 141

4.4.2 Đặc điểm tiền căn 143

4.4.3 Đặc điểm lâm sàng 144

4.4.4 Kết quả tế bào học cổ tử cung 146

4.4.5 Tỷ lệ nhiễm HPV trong nghiên cứu 147

4.4.6 Kết quả soi CTC trong nghiên cứu 148

4.4.7 Kết quả mô bệnh học cổ tử cung 149

4.4.8 Giá trị chẩn đoán bất thường CTC của soi CTC 150

4.4.9 So sánh hình ảnh ghi nhận giữa máy soi BK1 và máy soi Leisegang 152

4.5 KẾT LUẬN và kiến nghị 156

4.5.1 Kết luận 156

4.5.2 Kiến nghị 157

CHƯƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158

TÀI LIỆU THAM KHẢO 161

PHỤ LỤC 173

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc giải phẫu của cổ tử cung 5 Hình 1.2 Mô học về các lớp tế bào của cổ tử cung 6 Hình 1.3 Phân loại mô học trong tân sinh trong biểu mô cổ tử cung 13 Hình 1.4 a, b, c lần lượt là tân sinh trong biểu mô cổ tử cung mức độ 1, 2, 3

và d Ung thư CTC xâm lần 14

Hình 1.5 a Thiết bị soi CTC Olympus OCS-500 và b Hệ thống quang học và

hình ảnh quan sát được ở các tiêu cự khác nhau 17

Hình 1.6 Máy soi CTC kỹ thuật số Lutech LT-300HD; a) trụ thẳng, b) tay

Hình 2.7 a Đèn Led Cree Xlamp – CMT1420 và b Phổ phân bố năng lượng

của Led Cree Xlamp – CMT1420 [17] 29

Hình 2.8 Hiệu suất hoạt động của LED với từng mức nhiệt độ hoạt động 30 Hình 2.9 Sự phân bố cường độ sáng của LED trong không gian 30

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí hệ thống thấu kính 30

Hình 2.11 a Thiết kế chao đèn bằng công cụ 2D Interactive Optimizer của TracePro; b Mô hình 3D với đầy đủ tính chất quang học 32

Hình 2.12 Mô phỏng: a Sự phát quan của LED Xlamps CMT1420; b Sự hội tụ của chùm tia khi đi qua Thấu kính Edmunds #47-730 32

Hình 2.13 Mô hình nguồn sáng hoàn chỉnh: (a) Chế độ bản vẽ kỹ thuật; (b) Chế độ 3D 33

Hình 2.14 Các phần cơ bản của một cửa sổ hiển thị biểu đồ độ rọi 34

Hình 2.15 Sơ đồ khối khối thu nhận, lưu trữ và hiển thị hình ảnh 35

Hình 2.16 Hệ ống kính kết nối CCD, trong đó: (1) ngàm gá CCD, (2) thân ống kính, (3) kính lọc phân cực tuyến tính, (4) kính lọc cường độ 35

Hình 2.17 Camera HDMI.27.2.MAF 36

Hình 2.18 Card ghi hình DarkCrystal HD Capture CD311 37

Hình 2.19 Màn hình cảm ứng Dell P2418HT 38

a 39

Hình 2.20 Lưu đồ giải thuật sử dụng trong phần mềm: a Lưu đồ giải thuật truyền nhận dữ liệu; b Lưu đồ giải thuật phân tích và xử lý hình ảnh 39

Hình 2.21 Giao diện phần mềm chụp ảnh CTC 40

Hình 2.22 Giao diện kết nối thiết bị soi 43

Hình 2.23 Giao diện cài đặt nội dung tiêu đề và ẩn/hiện nút nhấn 44

Hình 2.24 Giao diện kiểm tra thông số CCD 44

Hình 2.25 Giao diện điều chỉnh các thông số CCD 45

Hình 2.26 Giao diện nhập thông tin bệnh nhân 46

Hình 2.27 Phiếu trả kết quả cho bệnh nhân 47

Hình 2.28 Máy soi cổ tử cung kỹ thuật số BK-TD 01 49

Hình 2.29 Phần đầu soi với nút bật mở camera và điều khiển chế độ nguồn sáng (N: không phân cực, P: phân cực) 50

Hình 3.2 Cấu trúc mô học biểu mô lát [1] 57

Hình 3.3 Cấu trúc mô học lớp biểu mô trụ [1] 58

Hình 3.4 Hình ảnh mạch máu bên dưới biểu mô trụ [1] 59

Hình 3.5 Mô tả vị trí ranh giới lát trụ [1] 59

Hình 3.6 Sự thay đổi màu sắc sau khi được phết lugol [25] 60

Hình 3.7 Cấu trúc collagen 62

Hình 3.8 Sơ đồ biểu diễn mô hình lực của một mặt cắt ngang của CTC 63

Hình 3.9 Mô hình phân bố collagen ở cổ tử cung: (A) Mô hình biểu diễn cổ tử cung; (B) Phân bố collagen trên mặt cắt đứng [33] 64

Hình 3.10 a, b lần lượt là sự phân bố sợi của lát cắt (lấy dưới bề mặt cắt 245 mm) CTC của phụ nữ không mang thai và phụ nữ mang thai; c và d là bản đồ định hướng sợi collagen tương ứng với a và b; Trong đó, Inner zone: vùng bên trong, Outer zone: vùng bên ngoài, Anterior: Trên, Posterior: Dưới vùng phía sau [36] 65

Hình 3.11 Cấu trúc collagen sử dụng phương pháp SHG và phân cực Mueller: a phương pháp cổ điển; b SHG; c phân cực Mueller 68

Hình 3.12 a, b – CTC của phụ nữ không mang thai và mang thai; c, d – sự phân bố collagen của ảnh a và b tương ứng [54] 71

Hình 3.13 Kết quả phân tích hình ảnh thu được từ máy soi phân cực Mueller; Trong đó, Δ – Depolarization: khử cực; R –Retardance: sự chậm pha của hai tia nhanh và chậm của điện trường sau khi truyền qua vật liệu lưỡng chiết; α – Azimuth: góc định hướng của sợi collagen 72

Hình 3.14 Minh họa quy trình thực hiện thuật toán lọc trung vị 75

Hình 3.15 Vị trí và cấu trúc của các loại biểu mô trong CTC 76

Hình 3.16 Tương tác giữa ánh sáng với mô CTC 77

Hình 3.17 Phổ hấp thụ của oxyhemoglobin và deoxyhemoglobin trong mô CTC 78

Hình 3.18 Đánh dấu vùng biểu mô tuyến và biểu mô lát 80

Hình 3.19 Sơ sồ so sánh histogram giữa hai vùng biểu mô 81

Hình 3.20 So sánh histogram của hai vùng biểu mô tuyến và biểu mô lát 81

Hình 3.21 Sơ đồ thực hiện thuật toán xác định góc định hướng 83

Hình 3.22 Góc phân bố tương ứng của hai phương pháp thu nhận hình ảnh: a, b – ảnh mẫu phân tích chụp với nguồn sáng không phân cực (PPII) và phân cực (PPI); c, d – Phân bố góc tương ứng với hình a, b; (1) là vùng chói 84

Hình 3.23 Kết quả thực hiện thật toán RTA trên vùng chóa và vùng không chóa: (A) vùng chóa; (B) vùng không chóa; (C) đồ thị phân bố góc 85

Hình 3.24 Sơ đồ thực hiện thuật toán 86

Hình 3.25 Phổ hấp thụ của collagen và hemoglobin 88

Hình 3.26 Bề nặt CTC và không gian cường độ bề mặt của cổ tử cung: a, e - ảnh Trắng; b,f – kênh Xanh lá; c, g – kênh Xanh dương; d, h – kênh Đỏ 89

Hình 3.27 Hình ảnh Gradient Sobel của các kênh màu: a Kênh xanh lá; b Kênh xanh dương; c Kênh đỏ Khu vực được khoanh bằng ô vuông màu trắng là khu vực bị ảnh hưởng bởi dịch mủ trên bề mặt cổ tử cung 90

Hình 3.28 Ví dụ mô tả sự định hướng của mẫu phân tích bằng OrientationJ : a Mẫu phân tích; b Kết quả 93

Hình 3.29 Phân chia định hướng của sợi collagen ở bề mặt cổ tử cung (A-trên, P-dưới, L-trái, và R-phải) 94

Hình 3.30 Ảnh soi CTC lộ tuyến 96

a) Ảnh CTC; b) Ảnh CTC sau khi áp dụng phương pháp VILI 96

Hình 3.31 Kết quả tăng tương phản vùng biểu mô tuyến và biểu mô lát 97

Hình 3.32 So sánh độ tương phản giữa các loại ảnh bằng histogram 99

Hình 3.33 Hệ số tương phản CR giữa hai vùng biểu mô lát và biểu mô tuyến. 100

Hình 3.34 Sự định hướng của sợi collagen ở CTC: a-c – Ảnh CTC ở kênh đỏ; d-f – mô hình định hướng collagen tương ứng với mẫu CTC a-c 102

Hình 3.35 Hình ảnh mô tả các điểm cần chọn để phân tích trên mô hình định

hướng của sợi collagen ở bề mặt CTC: a, d, e, g tương ứng với các vùng

ngoài; b, c, f, g tương ứng với các vùng trong 103

Hình 3.36 Đồ thị góc phân bố trung bình tại các vị trí a – h (đã được đánh dấu trên bề mặt CTC trên Hình 4.18) 104

Hình 3.37 Hình ảnh mô tả phương pháp chọn các vị trí cần phân tích trên đồ thị cực 105

Hình 3.38 Đồ thị thể hiện tính chất phân tán của sợi collagen: (a) Đồ thị cực của phân bố sợi vùng ngoài; (b) Đồ thị cực của vùng trong 106

Hình 3.39 Hình ảnh thể hiện độ lệch chuẩn của các góc định hướng của sợi collagen theo từng vùng trên bề mặt cổ tử cung với số mẫu N=8: A: khu vực phía trên; R: khu vực bên phải; P: khu vực phía dưới; L: khu vực bên trái 107 Hình 3.40 Hình ảnh thể hiện kết quả so sánh: (A) phương pháp phân cực chéo kết hợp với hấp thụ (CPA); (B) OCT; (C) Biểu diễn phân bố góc định hướng của vùng (I); (D) Biểu diễn phân bố góc định hướng của vùng (II) 109 Hình 4.1 Quan sát CTC với nước muối sinh lý 153

Hình 4.2 Quan sát CTC với kính lọc xanh 154

Hình 4.3 Quan sát CTC với acid acetic 154

Hình 4.4 Quan sát CTC với lugol 155

Hình 4.5 Thao tác làm việc với máy soi CTC 156

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật máy soi CTC Lutech LT-300HD [10] 19 Bảng 2.1 Bảng mô tả chức năng của giao diện phần mềm 41 Bảng 2.2 Một số chức năng và thông số kỹ thuật của máy soi CTC BK-TD 51 Bảng 3.1 Thông tin cơ bản về cơ sở dữ liệu hình ảnh (NP – không mang thai)

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MSCTC Máy soi cổ tử cung

UTCTC Ung thư cổ tử cung

HMMD Hóa mô miễn dịch

HPV Human papilloma virus

HR-HPV High risk HPV: HPV nguy cơ cao

HSIL High grade Squamous intraepithelial lesions: Tổn thương nội

biểu mô vảy độ cao LAST The Lower Anogenital Squamous Terminology Standardization

Project for HPV- Associated Lesion: Đề án chuẩn hóa thuật ngữ cho tổn thương biểu mô vảy liên quan đến HPV ở hậu môn và sinh dục

LEEP Loop electrosurgical excision procedure

LR-HPV Low risk HPV: HPV nguy cơ thấp

LSIL Low grade Squamous intraepithelial lesions: Tổn thương nội

biểu mô vảy độ thấp

PASPCR Periodic Acid Schiff Polymerase chain Reaction

SIL Squamous intraepithelial lesions: Tổn thương nội biểu mô vảy

TCYTTG Tổ chức y tế thế giới

TTTUT Tổn thương tiền ung thư

UTBM Ung thư biểu mô

WHO World Health Organization

MỞ ĐẦU

Ung thư cổ tử cung là bệnh ung thư phổ biến thứ 3 ở phụ nữ trên toàn thế giới, ước tính có 569.847 trường hợp mắc mới và 311.365 ca tử vong trong năm 2018 Ung thư cổ tử cung là ung thư nữ phổ biến thứ 3 ở phụ nữ từ

15 đến 44 tuổi ở Việt Nam Tỷ lệ mắc bệnh ung thư cổ tử cung ở Việt Nam có liên quan chặt chẽ với tỷ lệ hiện nhiễm trùng papillomavirus (HPV) Ung thư

cổ tử cung thường phát triển âm ỉ trong một thời gian dài (mất khoảng vài năm) Trong thời gian này, các tế bào ở cổ tử cung sẽ biến đổi một cách bất thường do sự thay đổi môi trường âm đạo hoặc do nhiễm virus HPV Sự biến dạng của những tế bào này xảy ra trước khi ung thư xuất hiện được gọi là loạn sản cổ tử cung (CIN) Các bệnh này nếu được phát hiện ở các giai đoạn sớm

và điều trị kịp thời thì tỉ lệ khỏi bệnh cao và ít gây hại đến chất lượng cuộc sống của người bệnh Do đó, việc chẩn đoán đúng, phát hiện sớm bệnh đóng vai trò rất quan trọng

Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển, nhiều phương pháp giúp chẩn đoán bệnh lý CTC ra đời Một trong những phương pháp phổ biến nhất để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường ở CTC chính là soi CTC bằng máy soi

cổ tử cung (MSCTC) MSCTC là một thiết bị rất phổ biến tại các phòng khám, bệnh viện về sản phụ khoa nhằm phát hiện sớm ung thư CTC và các vấn đề bất thường ở tử cung Phương pháp dùng MSCTC ra đời vào năm

1960 đến nay đã trải qua nhiều cải tiến cả về thiết bị, kỹ thuật soi và xử lý ảnh với mục tiêu nâng cao hình ảnh thu nhận, mang đến nhiều thông tin bệnh lý hơn và đặc biệt là hướng đến việc tự động nhận diện và chẩn đoán bệnh

Trang thiết bị y tế là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả, chất lượng của công tác y tế, hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh nhân được chính xác, nhanh chóng, an toàn và hiệu quả Nhu cầu về trang thiết bị y

tế là rất lớn, tuy nhiên hầu hết các trang thiết bị đang được ứng dụng tại cơ sở

trong nước là các sản phẩm ngoại nhập Đối với MSCTC, dạng thiết bị uy tín đến từ các hãng nổi tiếng như DySIS, Cooper Surgical, Lutech (Mỹ), Olympus (Nhật Bản), Karl Kaps, Carl Zeiss (Đức), …có giá thành cao, khó

có thể trang bị rộng rãi trên nhiều địa phương Dạng thiết bị đến những thương hiệu khác, có giá thành thấp hơn, thì chưa được sử dụng rộng rãi, cũng như chưa được thực hành lâm sàng, giảng dạy tại các bệnh viện chuyên khoa, rất khó đánh giá về mặt chất lượng và hiệu quả sử dụng Do đó, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị soi CTC là cần thiết đối với nhu cầu thị trường hiện nay Ngoài ra, nếu có thể tích hợp thêm một số thuật toán xử lý ảnh giúp tự động nhận diện, đánh giá các đặc trưng bệnh lý thì thiết bị sẽ là một công cụ đắc lực cho y bác sĩ trong quá trình thăm khám và điều trị

Việc nghiên cứu chế tạo máy soi CTC hiện đại trong nước hứa hẹn góp phần phát triển các sản phẩm hàng hóa thương hiệu Việt Nam bằng công nghệ tiên tiến, giảm phụ thuộc nước ngoài, một phần đem lại nguồn lợi kinh tế trực tiếp cho nhà nước, một phần trang bị các sản phẩm chất lượng giá thành thấp đến nhiều vùng miền trên đất nước Bên cạnh đó, máy soi CTC hiện đại đem đến một nguồn dữ liệu hình ảnh chất lượng tốt, tạo nền tảng cho các nghiên cứu mang tính thời sự Cụ thể, đó là hướng nghiên cứu các ứng dụng hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý CTC sử dụng các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh quang học hiện đại cũng như các giải thuật xử lý hình ảnh, góp phần phát triển các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực kỹ thuật y sinh

Với những lý do trên, đề tài được tiến hành với những mục tiêu sau:

a Mục tiêu tổng quát: Hoàn thiện thiết kế và chế tạo thiết bị soi

CTC kỹ thuật số ứng dụng ánh sáng LED phân cực và hệ thống

quang học tự lấy nét trong soi bề mặt CTC Đáp ứng các tiêu chí:

- Soi rõ toàn vùng bề mặt CTC

- Gia công chế tạo thiết bị soi cổ tử cung kỹ thuật số

✓ Gia công nguồn sáng

✓ Gia công mạch nguồn và mạch điều khiển

✓ Gia công phần vỏ thiết bị (chân đế, thân máy, cổ máy…)

- Xây dựng phần mềm thiết bị (sử dụng các phần mềm viết code

để lập trình giao diện, lập trình chức năng, mã hóa và đóng gói)

✓ Phần mềm kết nối hiển thị

✓ Thuật toán cân chỉnh hình ảnh

✓ Phần mềm xử lý hình ảnh theo thời gian thực

- Hoàn chỉnh thiết kế và xây dựng các bản vẽ cuối

- Ứng dụng và đánh giá thiết bị tại cơ sở y tế (Ứng dụng lâm sàng tại bệnh viện Từ Dũ)

✓ Xây dựng quá trình thu mẫu

✓ Khám thu tuyển mẫu

✓ So sánh với chuẩn vàng và đánh giá độ nhạy, độ đặc hiệu (ưu tiên bệnh tân sinh trong biểu mô cổ tử cung – CIN)

Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù có bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh COVID trong quá trình lấy mẫu ở bệnh viện, nhưng đề tài đã hoàn thành được các nội dung nghiên cứu đề ra Các kết quả được trình bày vắn tắt trong các chương của báo cáo, cụ thể là:

- Chương 1 trình bày tổng quan về CTC, các bệnh lý CTC, các máy soi CTC cũng như tình hình nghiên cứu các ứng dụng của ánh sáng phân cực vào hỗ trợ chẩn đoán các bệnh lý liên quan đến CTC

- Chương 2 sẽ trình bày về thiết bị máy soi CTC, các bộ phận về phần cứng

và phần mềm được đề cập chi tiết Ngoài ra, máy soi CTC sau khi hoàn thành cũng được mô tả

- Chương 3 sẽ nhắc đến tổng quan, phương pháp nghiên cứu cũng như kết quả của việc nghiên cứu các thuật toán nhận diện, đánh giá các đặc trưng bệnh lý trên bề mặt cổ tử cung Cụ thể, thuật toán tăng tương phản vùng biểu mô lát, biểu mô trụ và nghiên cứu sự định hướng sợi collagen trên bề mặt CTC sẽ được trình bày

- Chương 4 trình bày quá trình ứng dụng thiết bị soi cổ tử cung tại bệnh viện Từ Dũ, bao gồm quy trình lấy mẫu, khám thu tuyển mẫu cũng như đánh giá hiệu quả của thiết bị lại cơ sở y tế

- Cuối cùng, phần kết luận và các kiến nghị được trình bày ở Chương 5

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN BỆNH LÝ CỔ TỬ CUNG

1.1.1 Tổng quan về cổ tử cung và bệnh lý cổ tử cung

Cổ tử cung (CTC) có hình nón cụt, có âm đạo bám vào chia CTC thành 2 phần: Phần trong âm đạo và phần trên âm đạo (Hình 1.1) Âm đạo bám quanh CTC theo đường chếch xuống và ra trước Phần dưới nằm trong âm đạo là cổ ngoài Phần trên tiếp nối với thân tử cung bằng eo tử cung gọi là cổ trong CTC được âm đạo bám vào tạo thành túi cùng trước, sau và 2 túi cùng bên Phụ nữ chưa sinh có CTC trơn láng, trong đều, mật độ chắc, lỗ ngoài tròn Sau sinh nở, CTC trở nên dẹp, mật độ mềm, lỗ ngoài rộng ra và không tròn đều như trước lúc chưa sinh CTC được cấp máu bởi các nhánh của động mạch CTC - âm đạo, sắp xếp theo hình nan hoa Nhánh động mạch CTC - âm đạo phải và trái ít nối tiếp với nhau nên có đường vô mạch dọc giữa CTC [1,

2, 3]

Hình 1.1 Cấu trúc giải phẫu của cổ tử cung

Mặt ngoài CTC là biểu mô vảy không sừng hóa, thay đổi phụ thuộc vào estrogen theo từng lứa tuổi của phụ nữ: Thời kỳ sinh sản niêm mạc CTC dày, nhiều lớp, giàu glycogen, sau sinh lượng estrogen xuống dần đến cuối tháng thứ nhất với hình ảnh niêm mạc CTC còn lại từ 1- 2 lớp tế bào mầm và mất

glycogen Tuổi dậy thì lượng estrogen tăng dần làm cho niêm mạc CTC phát triển và gần giống như phụ nữ đang hoạt động sinh dục [1, 2, 3]

Hình 1.2 Mô học về các lớp tế bào của cổ tử cung

Cổ ngoài cổ tử cung: Được bao phủ bởi biểu mô vảy, lớp biểu mô này

có từ 15-20 lớp, đi từ đáy tiến dần lên bề mặt theo thứ tự cao dần về độ trưởng thành Đối phụ nữ đang hoạt động sinh dục, niêm mạc CTC gồm 5 lớp (Hình 1.2) [1, 2, 3]:

- Lớp tế bào đáy: Gồm một hàng tế bào hình tròn hay hình bầu dục

nằm sát màng đáy, che phủ màng đệm, tế bào nhỏ- nhân to, ưa kiềm Trong nhân có nhiễm sắc thể rất mịn và tiểu nhân rõ

- Lớp tế bào cận đáy: Vài lớp tế bào trong hay đa diện, nhân tương đối

to, ưa kiềm Nhân tròn, bầu dục, hạt nhiễm sắc mịn, tỷ lệ nhân - bào tương gần bằng nhau

- Lớp tế bào trung gian: Được phát triển từ lớp tế bào cận đáy, tế bào

dẹt, hình đa giác, bào tương lớn chứa nhiều glycogen, nhân nhỏ tròn

ở trung tâm

- Lớp sừng hoá nội của Dierks: Gồm tế bào dẹp, nhân đông Thông

thường lớp này mỏng khó nhìn thấy trên tiêu bản

- Lớp bề mặt: Gồm nhiều tế bào trưởng thành nhất của lớp biểu mô lát

mức độ sừng hóa nhẹ Khác với tế bào ở các lớp sâu, tế bào bề mặt

có nhân đông và nhỏ

Ống CTC: Được bao phủ bởi lớp tế bào tuyến gồm lớp tế bào hình trụ có

nhân to nằm cực dưới tế bào, đỉnh chứa nhiều tuyến nhầy Bên dưới lớp tế bào trụ thỉnh thoảng có tế bào nhỏ, dẹt, ít bào tương gọi là tế bào dự trữ [2, 3]

Vùng chuyển tiếp giữa cổ trong và cổ ngoài CTC: Vùng này có nhiều tế

bào khác nhau, thường biểu mô lát nhiều hơn biểu mô trụ (biểu mô tuyến) [2, 3]

❖ Các tổn thương tiền ung thư cổ tử cung

Tổn thương tiền ung thư CTC là bất thường biểu mô vùng chuyển tiếp,

do các rối loạn quá trình tái tạo của CTC [2 - 4]

- Tế bào học cổ tử cung: Theo Bethesda năm 2001 chia thành ASC-US

và ASC-H, AGUS, LSIL, HSIL

- Soi cổ tử cung: Kết quả ghi nhận là biểu mô trắng với acid acetic: Bạch

sản, lát đá, chấm đáy, dạng khảm, dày sừng, cửa tuyến bị đóng, condylome phẳng, condyloma lồi, mảng trắng, mạch máu tân sinh bất thường, lộ tuyến

- Mô bệnh học: Có các biểu hiện như

• CIN I: Tế bào bất thường chiếm 1/3 dưới bề dày biểu mô lát

• CIN II: Tế bào bất thường chiếm 2/3 dưới bề dày biểu mô lát

• CIN III: Tế bào bất thường, loạn sản nặng, đảo lộn cấu trúc toàn

bộ biểu mô bao gồm cả carcinoma in situ (CIS): Toàn bộ bề dày biểu mô lát có hình ảnh tổn thương ung thư như bất điển hình về cấu trúc, hình thái CTC nhưng chưa có sự phá vỡ màng đáy để xâm lấn vào lớp đệm CTC

Ung thư cổ tử cung: Ung thư CTC thường gặp ở độ tuổi từ 40 đến 60

tuổi, biểu hiện lâm sàng không rõ ràng, thường là ra máu âm đạo bất thường hoặc khí hư lẫn máu, lẫn mủ hoặc có mùi hôi Khi đặt mỏ vịt, CTC có thể thấy dạng sùi, bở, dễ chảy máu tại vùng chuyển tiếp, có 90- 95% ung thư biểu

mô lát và 5- 10% trường hợp ung thư biểu mô tuyến Giải phẫu bệnh theo WHO gồm u biểu mô (ung thư tế bào gai, biểu mô tuyến), u trung mô, u trung thận hoặc u di căn, u bạch huyết, melanoma, carcinoid Có 2 dạng ung thư: Ung thư tại chỗ là ung thư có sự hiện diện của tế bào không biệt hóa, mất sự phân cực và dị dạng ở toàn bộ bề dày của biểu mô nhưng màng đáy còn nguyên vẹn, tổ chức bên dưới chưa bị phá hủy hoặc ung thư xâm lấn là ung thư khi có sự xâm lấn của tế bào ung thư qua lớp màng đáy, tổ chức mô đệm bên dưới đã bị xâm lấn vào [2 - 4]

1.1.2 Các phương pháp sàng lọc tổn thương cổ tử cung

1.1.2.1 Tế bào cổ tử cung (Pap’s)

Tế bào CTC là phương pháp sàng lọc CTC được áp dụng từ năm 1941

do Papanicolaou Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào sự thay đổi niêm mạc âm đạo, CTC bong ra liên tục, nhất là khối u ác tính Các trường hợp tân sinh trong biểu mô CTC hoặc ung thư CTC có biến đổi tế bào không điển hình liên quan đến việc mất tính trưởng thành của biểu mô, theo hướng sinh khối u để phát triển thành ung thư [2, 3]

Khi thực hiện Pap’s, bệnh nhân không được thụt rửa âm đạo, không đặt thuốc hoặc giao hợp trong vòng 24 giờ hoặc đang hành kinh hay có viêm nhiễm âm đạo, viêm CTC nặng Ngoài ra, bệnh nhân không khám âm đạo trước khi đặt mỏ vịt, mỏ vịt, không được bôi trơn âm đạo Đây là kỹ thuật rất quan trọng để có chẩn đoán chính xác được vấn đề CTC [2, 3]

Bệnh phẩm được được lấy bằng que Ayre tựa vào CTC quay 3600 để phết mặt que với chiều dọc của lam, cần lấy được 2 lỗ CTC, đặc biệt là vùng

chuyển tiếp, sau đó, lam được cố định bằng cồn 950 Đọc kết quả Pap’s theo các danh pháp Bethesda (2001) để đọc kết quả tế bào CTC Hệ thống Bethesda gồm các mức sau [2, 3]:

- Tế bào biểu mô bình thường: Không có tổn thương biểu mô hoặc ác tính

- Tế bào biểu mô biến đổi do viêm nhiễm

+ Tác nhân viêm nhiễm: Trichomanas vaginalis; Bacterial vaginosis, nấm, vi khuẩn phù hợp về hình thái các chủng Actinomyces, biến đổi tế bào kết hợp với nhiễm Herpes simplex virus

+ Các kết quả không phải tân sinh khác Các biến đổi tế bào dạng phản ứng kết hợp với viêm, tia xạ, dụng cụ tử cung, sự hiện diện của tế bào tuyến sau cắt tử cung hoặc thiểu dưỡng, tế bào nội mạc

- Các bất thường tế bào biểu mô

+ Tế bào lát:

• Tế bào biểu mô lát không điển hình

• Có ý nghĩa không xác định (ASC-US)

• Chưa loại trừ HSIL (ASC-H)

• Tổn thương trong biểu mô lát mức độ thấp (LSIL) bao gồm HPV, loạn sản nhẹ, CIN I

• Tổn thương trong biểu mô lát mức độ cao (HSIL) gồm CIN II, CIN III, CIS

• Ung thư biểu mô lát

+ Tế bào tuyến:

• Tế bào tuyến không điển hình (AGUS): Ống tuyến CTC, nội mạc

tử cung, mô tuyến

• Tế bào tuyến không điển hình: Ống CTC hoặc mô tuyến có khả năng tân sinh

• Ung thư biểu mô tuyến ống CTC tại chỗ (AIS): Ung thư biểu mô tuyến, ống CTC, nội mạc tử cung, nguồn gốc ngoài tử cung

- Các khối u tân sinh ác tính khác

Độ nhạy của tế bào CTC thay đổi từ 30 - 87% và độ đặc hiệu khoảng 86% khi có tổn thương CTC từ LSIL trở lên nên để phát hiện tổn thương CTC cần thực hiện tế bào CTC nhiều lần nhằm giảm tỷ lệ mắc bệnh và tử vong do ung thư gây nên [2, 3]

1.1.2.2 Quan sát cổ tử cung bằng mắt thường sau bôi acetic acid

Quan sát CTC bằng mắt thường sau bôi acetic acid (Visual Inspection with Acetic acid-VIA), là phương pháp quan sát CTC bằng mắt dưới ánh đèn bình thường sau khi bôi acetic acid 3% Khi CTC có mô tế bào bất thường, đặc biệt là CIN, các tế bào có tiềm năng ác tính hoặc tế bào bị biến đổi dưới ảnh hưởng của HPV sẽ có tỷ lệ nhân trên nguyên sinh chất tăng, nhân đông dày đặc, nhiễm sắc thể bất thường, chứa nhiều protein hơn Vì vậy, dưới tác dụng của acid acetic 3- 5%, tế bào sẽ bị trắng đục do protein đông đặc lại, tạo

ra màu trắng mạnh hơn so với mô xung quanh, được gọi là ứng dụng VIA dương tính Tổn thương càng nặng vết trắng càng rõ vì số tế bào bất thường càng nhiều [2, 3]

Đây là phương pháp đơn giản, ít tốn kém, không đòi hỏi trang bị phức tạp, không đòi hỏi nhiều thời gian, dễ thực hiện, cho kết quả ngay nên tránh mất dấu; có thể lặp lại nhiều lần nên có thể tham khảo ý kiến người khác ngay lập tức nếu thấy khó kết luận Phương pháp sàng lọc này có thể thực hiện tại tất cả cơ sở y tế, đặc biệt tuyến y tế cơ sở nên được áp dụng sàng lọc ung thư CTC tại nước đang phát triển, những nơi mà điều kiện về y tế còn hạn chế,

với độ nhạy là khoảng 65- 96% và độ đặc hiệu khoảng 49- 98% Nhưng có nhược điểm là dữ liệu không thể lưu trữ được để đối chiếu về sau [2, 3]

1.1.2.3 Quan sát cổ tử cung bằng mắt thường sau bôi lugol

Quan sát CTC sau bôi lugol (Visual Inspection with Lugol’s iodine- VILI) là phương pháp dựa trên nguyên lý bắt màu của glycogen có trong biểu

mô lát nguyên thủy và biểu mô tân sinh trưởng thành của CTC khi tiếp xúc với dung dịch lugol chứa iod Khi đó, các tân sinh của biểu mô lát mới hình thành, mô viêm hoặc mô tiền ung thư CTC hoặc ung thư CTC không có hoặc có chứa rất ít glycogen nên không bắt màu dung dịch lugol hoặc bắt màu không đáng kể, chỉ có màu nâu nhạt của lugol trong biểu mô Phương pháp này được áp dụng sàng lọc ung thư CTC tại nước đang phát triển, những nơi

mà điều kiện về y tế còn hạn chế, với độ nhạy là khoảng 62%, độ đặc hiệu là 85% và theo Arbyn M ghi nhận có độ nhạy, độ đặc hiệu cao hơn so với VIA, Pap’s [2, 3]

1.1.2.4 Xét nghiệm Human Papilloma virus

Human Papilloma virus được cho là nguyên nhân gây tổn thương tiền ung thư và ung thư CTC do CTC có tình trạng nhiễm các týp HPV nguy cơ cao kéo dài gây nên các biến đổi tế bào Do đó, việc thực hiện xét nghiệm để phát hiện nhiễm HPV nguy cơ cao là cần thiết Hiện nay, có rất nhiều xét nghiệm HPV nhằm xác định DNA của virus trong mẫu bệnh phẩm lấy từ CTC như kỹ thuật PCR, lai phân tử (Hydrid capture), giải trình tự, trong đó, phương pháp Hydrid capture II là kỹ thuật được Cơ quan Quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Cộng đồng châu Âu cho phép thực hiện, đây là phương pháp dựa trên kỹ thuật lai phân tử và phát hiện bằng kháng thể với huỳnh quang Kỹ thuật PCR là phương pháp khuếch đại chuỗi gen từ các cặp mồi của HPV được chọn vùng gen bảo tồn cao giữa các týp HPV và có thể định lượng nồng độ virus trong mẫu bệnh phẩm nhờ vào kỹ thuật realtime

PCR Theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới, để giúp nâng cao khả năng sàng lọc, theo dõi tổn thương CTC nên việc phối hợp xét nghiệm HPV và tế bào CTC có giá trị cao trong phát hiện CIN II, CIN III và ung thư CTC [2 - 4]

1.1.3 Các phương pháp chẩn đoán tổn thương cổ tử cung

1.1.3.1 Soi cổ tử cung

Soi CTC là phương pháp dùng hệ thống quang học phóng đại với nguồn sáng mạnh để đánh giá lớp biểu mô CTC- âm đạo Phương pháp này giúp quan sát tế bào rõ ràng hơn nhưng là phương tiện đắt tiền và cán bộ phải tập huấn nên thực hiện soi CTC ở trường hợp nghi ngờ tổn thương tiền ung thư, ung thư CTC để tìm thương tổn và phối hợp với sinh thiết để chẩn đoán [2, 3, 5]

Phương tiện: Dụng cụ soi gồm máy soi CTC, mỏ vịt, van âm đạo, kẹp

dài kẹp bông gòn, bông khô bông thấm nước muối sinh lý, gạc dài và hóa chất (acid acetic, lugol, cồn và dung dịch Bouin ngâm bệnh phẩm)

Chỉ định: Thực hiện khi tế bào CTC bất thường như: ASCUS, ASCH,

AGUS, LSIL, HSIL, tế bào biến đổi ác tính hoặc VIA(+), VIA(+) nghi ngờ ung thư hoặc lâm sàng nghi ngờ, không phụ thuộc Pap’s và VIA hoặc có xu hướng tiến triển nặng hơn, tổn thương: Loét, sùi, chảy máu hoặc vết trắng

Cách thực hiện: Khám mỏ vịt và quan sát phát hiện tổn thương bất

thường, vùng loét màu đỏ, mạch máu bất thường (chú ý ranh giới giữa biểu

mô lát và trụ) Sau đó, chấm nhẹ acid acetic 3% lên CTC, sau 30 giây, quan sát có hình ảnh như chùm nho; sừng hóa, biểu mô không điển hình, mạch máu dưới ánh sáng kính lọc màu xanh Thực hiện test Schiller với dung dịch lugol 1% sẽ bắt màu đậm nếu bình thường, biểu mô trụ tuyến, loét trợt, mảng trắng, thiểu dưỡng, loạn sản hay ung thư sẽ không bắt màu iode (iode âm tính)

Đánh giá kết quả theo Liên đoàn Quốc tế về soi CTC và bệnh học CTC (2003) như sau:

- Hình ảnh soi CTC bình thường: Biểu mô lát nguyên thủy, biểu mô trụ,

vùng chuyển tiếp bình thường

- Hình ảnh soi CTC bất thường: Biểu mô trắng với acid acetic hoặc hình

ảnh chấm đáy hoặc dạng khảm hoặc mảng trắng Mạch máu không điển hình

- Nghi ngờ ung thư biểu mô xâm lấn qua soi cổ tử cung

- Soi cổ tử cung không đạt: Không thấy ranh giới lát trụ ở vùng chuyển

tiếp giữa biểu mô lát và trụ; viêm nhiễm nặng, thiểu dưỡng nặng, CTC không thể nhìn thấy được do âm đạo quá hẹp

- Những hình ảnh khác như viêm nhiễm, loét, condylom sùi, thiểu dưỡng

(thiếu hụt hocmon sau mãn kinh) hoặc polype, u nhú, nang Naboth

1.1.3.2 Sinh thiết cổ tử cung

Hình 1.3 Phân loại mô học trong tân sinh trong biểu mô cổ tử cung

Sinh thiết là phương tiện sau cùng trong chẩn đoán tổn thương CTC, có thể điều trị ở giai đoạn sớm của bệnh Chỉ định giống như soi CTC Khi bệnh nhân có chỉ định khoét chóp, cắt cụt CTC sẽ thực hiện sau chứng nghiệm Schiller nhằm sinh thiết đúng vị trí tổn thương (ranh giới giữa lành và ác tính) Khi sinh thiết cần bấm sâu để lấy chiều dày của biểu mô, tổ chức mô

đệm phía dưới tại 2 vị trí khác nhau, trong đó, một mẫu bấm nằm ranh giới giữa biểu mô trụ- tuyến; mẫu còn lại bấm vào sang thương nghi ngờ (mảng trắng, chấm đáy, sần sùi…) [2, 3, 5]

Hình 1.4 a, b, c lần lượt là tân sinh trong biểu mô cổ tử cung mức độ 1, 2, 3

và d Ung thư CTC xâm lần

Đánh giá kết quả theo phân loại mô bệnh học (Hình 1.3):

• Tổn thương viêm: Do Chlamydia trachomatis (lớp đệm có nhiều

lympho bào tập trung thành tâm điểm sáng), hoặc Herpes Simplex virus (tế bào lát hay trụ còn sót lại trên rìa của tổn thương có bạch cầu

đa nhân trong nguyên sinh chất)

• Lộ tuyến CTC: Tổn thương là hình ống, tế bào tuyến hình trụ cao chế

tiết chất nhầy ở cực ngọn, nhân và đều nhau, đôi khi có tế bào dự trữ hình khối hoặc hình bầu dục, nhân to đều và mịn có nhiệm vụ là thay thế tế bào bị hủy diệt

• Lạc nội mạc tử cung: Tổn thương lành tính do tế bào tuyến nội mạc

không nằm ở buồng tử cung với hình ảnh là vết xanh tím, đen sẫm nằm rải rác trên CTC

• Tổn thương tế bào vảy: Condyloma, u nhú tế bào vảy; polype CTC

• Các tổn thương tuyến: U nhú ống Muller, polype cổ trong CTC

• CIN I: Tế bào chứa số lượng ít tế bào biến đổi nhẹ, đa số chúng tương

ứng lớp tế bào 1/3 trong biểu mô (Hình 1.4 a) CIN có tỷ lệ tự thoái triển khá cao

• CIN II: Số lượng tế bào biến đổi và mức độ bất thường nguyên sinh

chất và nhân gia tăng (Hình 1.4 b) CIN II xuất phát từ 1/2 đến 1/3 giữa biểu mô lát

• CIN III hoặc CIS: Khi toàn thể bề dày của lớp biểu mô bị ảnh hưởng

độ mô học sử dụng kết quả từ việc quan sát bề mặt CTC bằng các phương pháp như cervicography, soi CTC để đánh giá tình trạng bệnh lý

Hiện nay, thị trường thiết bị soi CTC toàn cầu bao gồm hai dạng chính là thiết bị soi quang học và thiết bị soi kỹ thuật số Trong khi thiết bị soi quang học khẳng định được các ưu điểm của mình trong các quá trình hỗ trợ chẩn

đoán thì thiết bị soi kỹ thuật số được ra đời chậm hơn nhưng đang có những bước tiến nhanh chóng Thiết bị soi CTC kỹ thuật số được trang bị môđun hình ảnh độ nét cao và nguồn sáng LED cung cấp hình ảnh chất lượng và sở hữu các tính năng như tính di động và các giải pháp từ xa tiên tiến, theo kịp các trào lưu mới trong chẩn đoán như trí tuệ nhân tạo, hội chẩn từ xa… Các nhà cung cấp sản phẩm soi CTC đã có những cải tiến để duy trì và theo kịp nhu cầu phát triển của thị trường, trong đó các hãng lớn thương mại thiết bị soi CTC có thể kể đến như:

− DySIS, McKesson, CooperSurgical, Lutech (Mỹ),

− Olympus (Nhật Bản),

− Atmos, Karl Kaps, Carl Zeiss (Đức), …

Trong phần này, hai loại thiết bị soi CTC đặc trưng tương ứng với hai nhóm thiết bị quang học và kỹ thuật số sẽ được trình bày, trong đó nhóm thiết

bị kỹ thuật số sẽ được mô tả chi tiết hơn, phù hợp với mục đích nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Thiết bị soi quang học Olympus OSC 500

Olympus OCS-500 (Hình 1.5 a) là dòng thiết bị soi CTC quang học tiêu biểu sử dụng kính hiển vi và được sử dụng rộng rãi trên nhiều nước Đây là dòng thiết bị được xem là cao cấp và hiện đại của Nhật Hệ thống quang học của thiết bị được xây dựng với chỉ số phóng đại đến 6 lần và trường nhìn phù hợp trong khoảng cách làm việc từ 220 mm đến 350 mm (Hình 1.5 b) Đặc điểm nổi bật của thiết bị là chất lượng hình ảnh cao; nhiều mức phóng đại giúp thu được hình ảnh theo mong muốn; tính cơ động cao, dễ điều khiển và linh hoạt trong việc thực hiện các chức năng như quan sát, chụp ảnh, quay video của CTC Tuy nhiên, thiết bị khá lớn và nặng, giá thành rất cao khi nhập khẩu về Việt Nam (khoảng 600 triệu đồng) Bên cạnh đó nhóm thiết bị

này hiện nay chưa được ứng dụng các kỹ thuật xử lý, nâng cao chất lượng hình ảnh, cũng như các thuật toán hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý theo xu hướng

mới [7]

Hình 1.5 a Thiết bị soi CTC Olympus OCS-500 và b Hệ thống quang học và

hình ảnh quan sát được ở các tiêu cự khác nhau

1.2.2 Máy soi CTC kỹ thuật số Lutech LT-300HD

Máy soi CTC kỹ thuật số Lutech LT-300HD được sản xuất bởi hãng Lutech (Mỹ), một dòng thiết bị hiện đại nhất hiện nay đã được tin cậy và sử dụng rộng rãi trên thế giới, giúp hỗ trợ chẩn đoán ung thư CTC sẽ được trình bày chi tiết hơn về cấu hình và các thông số kỹ thuật Đây là mô hình thiết bị được sử dụng trong các bệnh viện, phòng khám, các trường đào tạo y khoa và

hệ thống chẩn đoán từ xa Ở Việt Nam, đây là dòng thiết bị chưa thật sự phổ biến và được sử dụng rộng rãi do giá thành của thiết bị khá cao Lutech LT-300HD (Hình 1.6) là thiết bị soi CTC được sử dụng trong thăm khám phụ khoa giúp bác sĩ quan sát CTC phát hiện các bệnh về tổn thương phụ khoa và CTC Hệ thống soi sử dụng camera để thu nhận hình ảnh của CTC hiển thị lên màn hình LCD hoặc kết nối vào máy tính và bác sĩ sẽ quan sát, đưa ra chẩn đoán dựa trên các hình ảnh này [8] Trong phân loại, máy soi CTC kỹ thuật số Lutech LT-300HD thuộc danh mục thiết bị y tế loại A

Hệ thống đèn LED được thiết kế hình tròn, giúp tạo trường sáng hội tụ đồng nhất Nhiệt độ màu được kiểm soát chính xác, màu sắc và chất lượng hình ảnh thu được sẽ được tối ưu hóa Công nghệ nguồn sáng lạnh ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt và mang lại trải nghiệm thoải mái hơn cho bệnh nhân Tích hợp bộ điều khiển bằng tay với nhiều chức năng như phóng to và thu nhỏ, điều chỉnh bộ lọc màu xanh lá, tăng hoặc giảm cường độ sáng với điều khiển mà không làm

di chuyển đầu camera Hình ảnh vẫn đảm bảo rõ ràng và ổn định sau khi điều chỉnh [8]

Máy soi CTC Lutech LT-300HD có độ phóng đại lên đến 32 lần cùng với màn hình mini LCD hiển thị theo thời gian thực cho phép quan sát chi tiết các mô Bộ lọc xanh lá đa cấp tăng cường hiển thị hình ảnh mạch máu mà

không làm giảm chiếu sáng Thiết bị còn có chức năng dừng hình cho phép phân tích chi tiết mô Thêm vào đó, máy soi CTC Lutech LT-300HD còn có khả năng kết nối đa phương tiện như TV, PC hoặc máy tính xách tay hỗ trợ tốt trong giảng dạy và chẩn đoán lâm sàng thông qua màn hình lớn Theo đó,

đi kèm với thiết bị là phần mềm chụp và ghi hình ảnh hỗ trợ trả kết quả bệnh nhân, phục vụ nghiên cứu hoặc chẩn đoán từ xa Một số đặc tính và thông số

kỹ thuật chi tiết khác của thiết bị soi CTC Lutech LT-300HD được trình bày trong Bảng 1.1 [8]

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật máy soi CTC Lutech LT-300HD [10]

ST

2 Độ phân giải 2.38 Megapixel, FullHD

3 Độ phân giải ngang ≥550 dòng tùy chọn

4 Khoảng cách làm việc 5.1 – 15.7 inch

5 Trường nhìn Toàn bề mặt CTC

6 Độ phóng đại 1~30 lần

7 Nhiệt độ màu 3200 K~7000 K

8 Độ rọi - Với khoảng cách làm việc 400 mm, ≥1600 lx

- Với khoảng cách làm việc 150 mm, >2000 lx

9 Nguồn sáng - LED siêu sáng

10 Chế độ hình ảnh

- Chế độ hình ảnh bình thường: ánh sáng trắng

- Chế độ hình ảnh xanh lá

- Chế độ dừng hình (Ấn phím dừng hình trên camera)

11 Chế độ ghi nhãn hình - Thời gian, độ phóng, ngắm chỉnh tay/ hiển

19 Thời gian làm việc

20 Tuổi thọ nguồn sáng ≥10.000 giờ

21 Tiêu chuẩn an toàn - IEC 60601-1

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY VỀ ỨNG DỤNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG TRONG SOI CỔ TỬ CUNG

Trong vài thập kỷ qua, những tiến bộ kỹ thuật về hình ảnh quang học đã

mở ra hướng đi mới trong đánh giá bệnh lý CTC và ung thư CTC Kỹ thuật hình ảnh quang học là kỹ thuật nhanh chóng, trường quan sát rộng và không xâm lấn, có khả năng giải quyết nhu cầu sàng lọc sớm CIN một cách nhanh chóng, hiệu quả về chi phí và không xâm lấn [9] Dựa trên những thay đổi về đặc tính quang học của mô tân sinh, một số công nghệ hình ảnh đã được nghiên cứu để tăng cường sự tương phản giữa các mô bình thường và bất

thường Trong đó kỹ thuật phân cực ánh sáng đã và đang có những bước tiến quan trọng

Trong những năm gần đây, kỹ thuật phân cực ánh sáng đã có sự phát triển nhanh chóng với nhiều ứng dụng trong chẩn đoán y tế, các kỹ thuật dựa trên kỹ thuật này cung cấp thông tin bổ sung so với các phép đo dựa trên cường độ Hình ảnh có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y sinh với nhiều ưu điểm như: ánh sáng phân cực rất nhạy với những thay đổi hình thái học trong cấu trúc của mô, phép đo không xâm lấn, trường ảnh rộng, và hệ thống phân cực ánh sáng có thể ghép nối với các thiết bị sử dụng nguồn sáng sẵn có như đèn hallogen hay đèn LED Hai ứng dụng chính của kỹ thuật phân cực ánh sáng thường được sử dụng là hình ảnh phân cực Mueller (Mueller polarimetric imaging) và hình ảnh phân cực chéo (cross polarization imaging) [10-14]

Hình ảnh phân cực Mueller là công cụ hiệu quả để mô tả các đặc tính của mô có tính chất lưỡng chiết Trong nghiên cứu của nhóm Angelo Pierangelo năm 2013, bốn mẫu CTC được chụp lại ở bước sóng 550nm và 700nm bao gồm: mẫu bình thường, mẫu tân sinh trong biểu mô CTC (CIN - Cervical Intraepithelial Neoplasia) giai đoạn đầu CIN 1, mẫu CIN 3 và mẫu lộ tuyến CTC [10] Kết quả phân tích dựa trên ma trận Mueller cho thấy sự lưỡng chiết đáng kể đã được quan sát thấy ở các vùng mô bình thường (vùng biểu mô vảy), sự khử cực là lớn nhất ở các khu vực mô bình thường, và thấp hơn ở CTC có CIN và lộ tuyến [10] Năm 2017, nhóm Vizet và cộng sự trình bày về thiết bị nội soi CTC truyền thống gắn kết với hệ phân cực ánh sáng, ứng dụng các biến đổi trên ma trận Mueller trong phân tích, đánh giá bệnh lý CTC [11] Kết quả của nghiên cứu cho thấy biểu mô vảy được đặc trưng bởi tính bất đẳng hướng mạnh và giá trị tham số Retardance (sự chậm pha của hai tia nhanh và chậm của vector điện trường) cao; ngược lại, biểu mô tuyến được

đặc trưng bởi giá trị tham số Retardance rất thấp Bình thường toàn bộ bề mặt CTC được bao phủ bởi lớp biểu mô vảy, Polyp lại được cấu trúc từ lớp biểu

mô tuyến, dựa vào tham số Retardance có thể đánh giá được vùng có Polyp [11] Ngoài ra, bằng cách định lượng sự biến đổi bất đẳng hướng của mô cho phép phân biệt giữa vùng loạn sản và vùng biểu mô vảy khỏe mạnh với giá trị trung bình của độ nhạy và độ đặc hiệu khảng 80% ở bước sóng 550 nm Dấu hiệu tiền ung thư trong biểu mô là sự suy giảm cấu trúc của sợi collagen dẫn đến làm giảm sự đẳng hướng trong đo lường Hiệu ứng này là do sự sụt giảm của khối lượng collagen và sự biến đổi cấu trúc của collagen [12] Năm 2018 nhóm J Chue Sang và cộng sự cũng phát triển mô hình soi CTC kết hợp với phương pháp phân cực Mueller để vẽ biểu đồ định hướng collagen dựa trên

cơ sở của sự thay đổi tính chất liên kết và sự định hướng của sợi collagen ở CTC trong khi mang thai Đây là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh không xâm lấn

để đánh giá đặc tính sợi collagen ở CTC mang thai và không mang thai Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng cấu trúc ma trận ngoại bào ở CTC có thể thu nhận được thông qua hình ảnh phân cực ánh sáng sử dụng ma trận Mueller (MMP) Trong so sánh sự định hướng collagen ở vùng bên trong và bên ngoài trên bề mặt CTC, OCT và MMP có kết quả với sai số trung bình 3,46% giữa hai phương thức [12] Nghiên cứu này hữu ích trong việc dự đoán sinh non Hình ảnh phân cực Mueller là công cụ hiệu quả để mô tả các đặc tính của mô lưỡng chiết ở CTC, hữu ích trong tầm soát ung thư, dự đoán sinh non… Tuy nhiên, việc thu nhận và xử lý hình ảnh phức tạp, yêu cầu các hình ảnh thu được phải có sự tương đồng và việc thu nhận hình ảnh phải nhanh chóng để tránh sai lệch do chuyển động của bệnh nhân là một trong những trở ngại trong việc ứng dụng máy nội soi CTC dựa trên phân cực Mueller [10-12]

Bên cạnh hình ảnh phân cực Mueller, kỹ thuật hình ảnh phân cực chéo cũng có nhiều nghiên cứu ứng dụng trong quá trình soi cũng như phân tích hình ảnh CTC [13, 14] Năm 2009, Wenjing Li cùng cộng sự đã tích hợp hệ thu nhận hình ảnh phân cực chéo trên máy soi CTC truyền thống, sau đó thu nhận hình ảnh các trường hợp tân sinh trong biểu mô CTC (CIN) trước và sau khi phết axit axetic Từ hình ảnh sử dụng kỹ thuật phân cực chéo giúp giảm chóa sáng bề mặt do nước và dịch nhầy trên bề mặt CTC, nhóm đã phát triển thuật toán đánh giá tự động vùng biểu mô bắt màu axit axetic theo chỉ số độ

mờ Từ đó phân biệt các trường hợp tân sinh trong biểu mô CTC cấp độ cao CIN2 + với độ nhạy và độ đặc hiệu tương ứng là 94% và 87% [13] Năm

2015, nhóm C T Lam và cộng sự đã phát triển một loại máy soi CTC kỹ thuật số mới có dạng đầu dò, chi phí thấp (tên: POCkeT Colposcope) với nguồn sáng LED trắng và xanh lá (LED trắng trong quan sát thông thường và LED xanh lá trong quan sát tăng tương phản máu); và camera được thiết kế ngay trên đầu dò Thiết bị kết nối với điện thoại thông minh để hiển thị hình ảnh, cũng như gửi hình ảnh, video đến bác sĩ chuyên khoa Khác với máy soi CTC truyền thống có khoảng làm việc giữa đầu dò khoảng 300 mm, máy soi CTC POCkeT có thể đưa vào cách CTC từ 30mm – 40mm [16] Máy soi CTC POCkeT có khả năng thu lại hình ảnh để phân tích tổn thương CTC mà không cần sử dụng thêm mỏ vịt, các thao tác sử dụng đơn giản cũng như chi phí thấp giúp tiếp cận, sàng lọc bệnh lý và ung thư CTC ở những nơi có nguồn lực hạn chế [14]

CHƯƠNG 2 – THIẾT BỊ MÁY SOI CỔ TỬ CUNG

Soi cổ tử cung là một phương pháp phổ biến để tầm soát ung thư hoặc các vấn đề bất thường liên quan đến CTC Đây là phương pháp kiểm tra bộ phận sinh dục ngoài, âm đạo và CTC một cách kỹ lưỡng để xác định vị trí và mức độ lan tỏa của tổn thương, đồng thời bác sĩ đưa ra hướng dẫn cho sinh thiết CTC Soi CTC được thực hiện bằng máy soi giúp phóng đại hình ảnh bên trong lên gấp 3 – 30 lần, hỗ trợ bác sĩ trong quan sát bề mặt CTC [5, 6]

Hình 2.1 Cách bố trí máy soi cổ tử cung theo tiêu chuẩn [15]

Phương pháp soi CTC được thực hiện trong phòng khám của bác sĩ và thủ tục này thường mất 10 đến 15 phút Quy trình soi tiêu chuẩn (Hình 2.1) bao gồm các bước sau:

- Bệnh nhân nằm trong tư thế phụ khoa

- Bác sĩ dùng mỏ vịt để mở rộng âm đạo bệnh nhân, bộc lộ cổ tử cung bên trong sâu từ 7cm đến 12cm

- MSCTC được đặt trước âm đạo cách âm đạo khoảng 10 - 15cm, bác sĩ sẽ tiến hành thực hiện các thăm khám cần thiết

Trên cơ sở phương pháp soi CTC và mục tiêu của đề tài, mô hình máy soi CTC kỹ thuật số được xây dựng và hoàn thiện có chức năng thu nhận hình

ảnh bằng camera chuyên dụng với độ phân giải cao, sử dụng nguồn sáng với hai chế độ ánh sáng trắng phân cực và ánh sáng trắng không phân cực

Hình 2.2 Sơ đồ khối thiết bị soi cổ tử cung kỹ thuật số, trong đó: (1) bề

mặt cổ tử cung, (2) nguồn sáng, (3) máy ảnh, (4) card kết nối, (5) CPU xử lý,

(6) màn hình hiển thị

Sơ đồ khối của thiết bị máy soi CTC được mô tả như trong hình 2.2 Nguồn sáng (2) chiếu ánh sáng trực tiếp lên bề mặt cổ tử cung (1), ánh sáng phản xạ đi vào camera (3), thông qua card ghi hình (4), hình ảnh được lưu trữ hình ảnh, phân tích và xử lý bởi CPU (5) Cuối cùng, hình ảnh bề mặt CTC được hiển hị trên màn hình (6)

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy soi CTC