Một số phương pháp nâng cao chất lượng ảnh y học

Trong thiên văn học, xử lý ảnh giúp các nhà khoa học thu thập và phân tích hình ảnh vũ trụ; trong địa lý, người ta có thể dựa vào xử lý ảnh để lập chính xác các bản đồ địa hình, địa giới

Lời cam đoan

Chương 2 Một số phương pháp nâng cao chất lượng ảnh y học 32

2.1.1.6 Biến đổi cấp xám tổng thể 35

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Số hóa và truyền ảnh y tế

Tomography

Chụp cắt lớp phát xạ Positron ( Hình ảnh y học hạt nhân)

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh 4

Hình 1.2 Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh và lưu đồ thông tin giữa các khối 7

Hình 1.3 Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) 10

Hình 1.4 Phân chia các loại ảnh y học theo nguồn năng lượng tạo thành 15

Hình 1.5 Hình ảnh X-quang cột sống 19

Hình 1.6 Hình ảnh siêu âm gan 20

Hình 1.7 Hình ảnh chụp cắt lớp cột sống 22

Hình 1.8 Hình ảnh chụp cộng hưởng từ não 23

Hình 1.9 Mô hình PACS 27

Hình 1.10 Tiến trình hiển thị ảnh 29

Hình 1.11 Kiến trúc hệ thống quản lý ảnh y khoa trong môi trường PACS 30

Hình 1.12 Kiến trúc PACS điển hình cho hiển thị ảnh dựa trên Web 30

Hình 2.1 Minh họa ảnh A và cửa sổ N * M cho lọc trung vị 41

Hình 2.2 Ảnh X-quang tuyến vú trước (a) và sau (b) khi nâng cao độ tương phản bằng cân bằng Histogram 48

Hình 2.3 Ảnh nguyên bản (X-quang) 49

Hình 2.4 Ảnh thực hiện Retinex 40

Hình 2.5 Ảnh nguyên bản ( CT) 50

Hình 2.6 Ảnh thực hiện Retinex 50

Hình 3.1 Giao diện chương trình với chức năng Tập tin 59

Hình 3.2 Chức năng Các bộ lọc xử lý 59

Hình 3.3 Chức năng Tăng độ tương phản 60

Hình 3.4 Chức năng Nổi biên ảnh 60

Hình 3.5 Kết quả kỹ thuật nổi biên Gradient 62

MỞ ĐẦU

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một chuyên ngành mới mẻ so với nhiều ngành khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học, đời sống Trong thiên văn học, xử lý ảnh giúp các nhà khoa học thu thập và phân tích hình ảnh

vũ trụ; trong địa lý, người ta có thể dựa vào xử lý ảnh để lập chính xác các bản

đồ địa hình, địa giới; nén ảnh rất cần thiết cho lĩnh vực thông tin và truyền thông; kỹ thuật nhận dạng ảnh được dùng nhiều trong các lĩnh vực liên quan đến quản lý kinh tế, quân sự; trong y học, xử lý ảnh hỗ trợ tốt cho việc chuẩn đoán các bệnh về khối u, xương, mạch, ung thư…

Hiện nay, xử lý ảnh là một trong những yếu tố quyết định trong khoa học

và kỹ thuật, tuy nhiên trong quá trình thu nhận ảnh, ảnh thu được phần nhiều có chất lượng không được như ý muốn Đặc biệt đối với ảnh y học do đặc trưng thường chụp các bộ phận bên trong cơ thể người bằng các thiết bị đặc biệt, chuyên dụng như máy chụp X-quang, máy chụp CT, máy siêu âm nên thường bị

mờ, nhiễu, không sắc nét…ảnh hưởng đến chất lượng, gây khó khăn cho việc chuẩn 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 thông tin từ ảnh nhưng vấn đề đặt

ra cần phải giải quyết song song là việc nâng cao chất lượng ảnh - đây là một khâu quan trọng được coi là bước tiền xử lý cho 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

Trong luận văn “ Một số phương pháp nâng cao chất lượng ảnh y học“

này, tôi tập trung tìm hiểu các phương pháp, thuật toán nâng cao chất lượng ảnh nói chung và chọn lọc ứng dụng, tìm hiểu một số phương pháp cụ thể nâng cao

chất lượng ảnh y học, cài đặt chương trình với một số chức năng để thực nghiệm kết quả

Luận văn được chia làm 3 chương, cụ thể nội dung các chương như sau:

Chương 1 Giới thiệu về xử lý ảnh y học ( Trình bày các khái niệm cơ bản về quá trình xử lý ảnh nói chung và ảnh y học nói riêng)

Chương 2 Một số phương pháp nâng cao chất lượng ảnh y học (Nêu các phương pháp nâng cao chất lượng ảnh cơ bản và chọn lọc các phương pháp nâng cao chất lượng ảnh phù hợp với đặc trưng của ảnh y học)

Chương 3 Cài đặt chương trình thử nghiệm một số chức năng nâng cao chất lượng ảnh y học

Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã có nhiều cố gắng, nỗ lực nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế vì điều kiện thời gian và năng lực có hạn.Tôi chân thành mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các bạn học để hoàn thiện luận văn, chương trình thử nghiệm đã xây dựng để có được kiến thực thực tế bổ ích áp dụng trong qúa trình làm việc và nghiên cứu sau này

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH Y HỌC 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ XỬ LÝ ẢNH

1.1.1 Giới thiệu

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt

là máy tính chuyên dụng riêng cho nó

Xử lý ảnh được nghiên cứu, tìm hiểu và giảng dạy ở bậc đại học ở nước ta khoảng hơn chục năm nay Đây là một ngành liên quan đến nhiều lĩnh vực và cần nhiều kiến thức cơ sở khác Đầu tiên phải kể đến Xử lý tín hiệu số là một môn học hết sức cơ bản cho xử lý tín hiệu chung, các khái niệm về tích chập, phép biến đổi Fourier, biến đổi Laplace, các bộ lọc hữu hạn… Thứ hai, các công

cụ toán như Đại số tuyến tính, xác xuất, thống kê Một số kiến thức cần thiết như Trí tuệ nhân tao, Mạng nơ ron nhân tạo cũng được đề cập trong quá trình phân tích và nhận dạng ảnh

Thuật ngữ “ xử lý ảnh số” thường dùng để chỉ các quá trình xử lý ảnh hai chiều bằng máy tính, ảnh số thường được biểu diễn bởi ma trận hai chiều các số thực hay số phức gồm một số hữu hạn các bit Để có thể xử lý được trên máy tính, ảnh đã cho (ảnh, giấy phim hay đồ thị ) đầu tiên phải được số hoá (digitalized) và lưu dưới dạng ma trận hai chiều các bit

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân đôn đến New York từ những năm

1920 Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955 Điều này có thể giải thích được vì sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh sô thuận lợi Năm

1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và

vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát triển không ngừng Các phương pháp tri thức nhân tạo như mạng nơ ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu nhiều kết quả khả quan

Chúng ta xem xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh như sau: đầu tiên, ảnh

tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh) Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR) Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy ra từ camera, máy ảnh, sau đó nó được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo Mặt khác, ảnh cũng có thể tiếp nhận từ

vệ tinh; có thể quét từ ảnh chụp bằng máy quét ảnh…

Sơ đồ này bao gồm các thành phần sau:

a) Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition)

Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh

25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh

Camera thường dùng là loại quét dòng ; ảnh tạo ra có dạng hai chiều Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh)

b) Tiền xử lý (Image Preprocessing)

Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn

c) Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh

Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch) trên phong bì thư cho mục đích phân loại phẩm, cần chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất

độ chính xác của ảnh Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này

d) Biểu diễn ảnh (Image Representation)

Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm

cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác

e) Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation)

Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại

Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:

- Nhận dạng theo tham số

- Nhận dạng theo cấu trúc

Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụng trong khoa học và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch, nhận dạng mặt người…

f) Cơ sở tri thức (Knowledge Base)

Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy

g) Mô tả (biểu diễn ảnh)

Từ Hình 1.1, ảnh sau khi số hoá sẽ được lưu vào bộ nhớ, hoặc chuyển sang các khâu tiếp theo để phân tích Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ Thông thường, các ảnh thô đó được đặc tả (biểu diễn) lại (hay đơn giản là

mã hoá) theo các đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh (Image

Features) như: biên ảnh (Boundary/Egde), vùng ảnh (Region) Một số phương pháp biểu diễn thường dùng:

• Biểu diễn bằng mã chạy (Run-Length Code)

• Biểu diễn bằng mã xích (Chaine -Code)

• Biểu diễn bằng mã tứ phân (Quad-Tree Code)

Trên đây là các thành phần cơ bản trong các khâu xử lý ảnh Trong thực tế, các quá trình sử dụng ảnh số không nhất thiết phải qua hết các khâu đó tùy theo

tin giữa các khối một cách khá đầy đủ Ảnh sau khi được số hóa được nén, lưu lại để truyền cho các hệ thống khác sử dụng hoặc để xử lý tiếp theo Mặt khác, ảnh sau khi số hóa có thể bỏ qua công đoạn nâng cao chất lượng (khi ảnh đủ chất lượng theo một yêu cầu nào đó) để chuyển tới khâu phân đoạn hoặc bỏ tiếp khâu phân đoạn chuyển trực tiếp tới khâu trích chọn đặc trưng Hình 1.2 cũng chia các nhánh song song như: nâng cao chất lượng ảnh có hai nhánh phân biệt: nâng cao chất lượng ảnh (tăng độ sáng, độ tương phản, lọc nhiễu…) hoặc khôi phục ảnh (hồi phục lại ảnh thật khi ảnh nhận được bị méo) v.v…

1.1.2 Khái niệm và các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

1.1.2.1 Điểm ảnh (Picture Element)

Gốc của ảnh (ảnh tự nhiên) là ảnh liên tục về không gian và độ sáng Để xử

lý bằng máy tính (số), ảnh cần phải được số hoá Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám) Khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được thiết lập sao cho mắt người không phân biệt được ranh giới giữachúng Mỗi một điểm như vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt là Pixel Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x, y)

Vậy điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được chọn thích hợp sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần như ảnh thật Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh

1.1.2.2 Độ phân giải của ảnh

Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh số được hiển thị Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải được chọn sao cho mắt người vẫn thấy được sự liên tục của ảnh Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và được phân bố theo trục x và y trong không gian hai chiều

Ví dụ: Độ phân giải của ảnh trên màn hình CGA (Color Graphic Adaptor)

là một lưới điểm theo chiều ngang màn hình: 320 điểm chiều dọc * 200 điểm ảnh (320*200) Rõ ràng, cùng màn hình CGA 12” ta nhận thấy mịn hơn màn hình CGA 17” độ phân giải 320*200 Lý do: cùng một mật độ (độ phân giải) nhưng diện tích màn hình rộng hơn thì độ mịn (liên tục của các điểm) kém hơn

1.1.2.3 Mức xám của ảnh

Một điểm ảnh (pixel) có hai đặc trưng cơ bản là vị trí (x, y) của điểm ảnh và

độ xám của nó Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được gán bằng giá trị số điểm đó Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức phổ dụng Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để

=256 mức, tức là từ 0 đến 255)

Ảnh đen trắng là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau Ảnh nhị phân là ảnh chỉ có 2 mức đen trắng phân biệt tức dùng 1 bit mô tả 2 mức khác nhau, nói cách khác: mỗi điểm ảnh của ảnh nhị phân chỉ có thể là 0 hoặc 1 Ảnh màu được tạo lập trong khuôn khổ lý thuyết ba màu (Red, Blue, Green) để tạo nên thế giới màu, người ta thường dùng 3 byte để mô tả mức màu, khi đó các giá trị màu: 28*3=224 ≈ 16,7 triệu màu

1.1.2.4 Ảnh số

Ảnh số là tập hợp các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật

1.1.2.5 Quan hệ giữa các điểm ảnh

Một ảnh số giả sử được biểu diễn bằng hàm f(x, y) Tập con các điểm ảnh là S; cặp điểm ảnh có quan hệ với nhau ký hiệu là p, q Chúng ta có một số các khái niệm sau

a) Các lân cận của điểm ảnh (Image Neighbors):

Giả sử có điểm ảnh p tại toạ độ (x, y) p có 4 điểm lân cận gần nhất theo chiều đứng và ngang (có thể coi như lân cận 4 hướng chính: Đông, Tây, Nam, Bắc)

{(x-1, y); (x, y-1); (x, y+1); (x+1, y)} = N4(p)

trong đó: số 1 là giá trị logic; N4(p) tập 4 điểm lân cận của p

* Các lân cận chéo: Các điểm lân cận chéo NP(p)

Np(p) = { (x+1, y+1); (x+1, y-1); (x-1, y+1); (x-1, y-1)}

* Tập kết hợp: N8(p) = N4(p)+NP(p) là tập hợp 8 lân cận của điểm ảnh p

* Chú ý:Nếu (x, y) nằm ở biên (mép) ảnh; một số điểm sẽ nằm ngoài ảnh b) Các mối liên kết điểm ảnh

Các mối liên kết được sử dụng để xác định giới hạn (Boundaries) của đối tượng vật thể hoặc xác định vùng trong một ảnh Một liên kết được đặc trưng bởi tính liền kề giữa các điểm và mức xám của chúng

Giả sử V là tập các giá trị mức xám Một ảnh có các giá trị cường độ sáng từ thang mức xám từ 32 đến 64 được mô tả như sau :

V={32, 33, … , 63, 64}

Có 3 loại liên kết

* Liên kết 4: Hai điểm ảnh p và q được nói là liên kết 4 với các giá trị cường

độ sáng V nếu q nằm trong một các lân cận của p, tức q thuộc N4(p)

* Liên kết 8: Hai điểm ảnh p và q nằm trong một các lân cận 8 của p, tức q thuộc N8(p)

* Liên kết m (liên kết hỗn hợp): Hai điểm ảnh p và q với các giá trị cường

độ sáng V được nói là liên kết m nếu

1 q thuộc N4(p) hoặc

2 q thuộc NP(p) c) Đo khoảng cách giữa các điểm ảnh

(x -1, y-1) (x, y-1) (x+1, y-1)

(x -1, y) (x, y) (x+1, y)

(x-1, y+1) (x, y+1) (x+1, y+1)

Định nghĩa: Khoảng cách D(p, q) giữa hai điểm ảnh p toạ độ (x, y), q toạ độ (s, t) là hàm khoảng cách (Distance) hoặc Metric nếu:

1 D(p,q) ≥ 0 (Với D(p,q)=0 nếu và chỉ nếu p=q)

Như vậy, khoảng cách điểm ảnh lân cận của CGA 12” là ≈ 1mm

Khoảng cách D8(p, q) còn gọi là khoảng cách bàn cờ (Chess-Board Distance) giữa điểm ảnh p, q được xác định như sau:

1.1.3 Một số định dạng ảnh cơ bản:

Ảnh thu được sau quá trình số hóa thường được lưu lại cho các quá trình xử

lý tiếp theo hay truyền đi Trong quá trình phát triển của kỹ thuật xử lý ảnh, tồn

tại nhiều định dạng ảnh khác nhau từ ảnh đen trắng (với định dạng IMG), ảnh

đa cấp xám cho đến ảnh màu: (BMP, GIF, JPEG…) Tuy các định dạng này khác nhau, song chúng đều tuân theo một cấu trúc chung nhất Nhìn chung, một tệp ảnh bất kỳ thường bao gồm 3 phần:

- Mào đầu tệp (Header): Mào đầu tệp là phần chứa các thông tin về kiểu ảnh, kích thước, độ phân giải, số bit dùng cho 1 pixel, cách mã hóa, vị trí bảng màu…

- Dữ liệu nén (Data Compression): Số liệu ảnh được mã hóa bởi kiểu mã hóa chỉ ra trong phần Header

- Bảng màu (Palette Color): Bảng màu không nhất thiết phải có ví dụ khi ảnh là đen trắng Nếu có, bảng màu cho biết số màu dùng trong ảnh và bảng màu được sử dụng để hiện thị màu của ảnh

1.1.3.1 Quy trình đọc một tệp ảnh

Trong quá trình xử lý ảnh, đầu tiên phải tiến hành đọc tệp ảnh và chuyển vào

bộ nhớ của máy tính dưới dạng ma trận số liệu ảnh Khi lưu trữ dưới dạng tệp, ảnh là một khối gồm một số các byte Để đọc đúng tệp ảnh ta cần hiểu ý nghĩa các phần trong cấu trúc của tệp ảnh như đã nêu trên Trước tiên, ta cần đọc phần mào đầu (Header) để lấy các thông tin chung và thông tin điều khiển Việc đọc này sẽ dừng ngay khi ta không gặp đựợc chữ ký (Chữ ký ở đây thường được hiểu là một mã chỉ ra định dạng ảnh và đời (version) của nó) mong muốn Dựa vào thông tin điều khiển, ta xác định đựợc vị trí bảng màu và đọc nó vào bộ nhớ Cuối cùng, ta đọc phần dữ liệu nén

Sau khi đọc xong các khối dữ liệu ảnh vào bộ nhớ ta tiến hành nén dữ liệu ảnh Căn cứ vào phương pháp nén chỉ ra trong phần Header ta giải mã được ảnh Cuối cùng là khâu hiện ảnh Dựa vào số liệu ảnh đã giải nén, vị trí và kích thước ảnh, cùng sự trợ giúp của bảng màu ảnh được hiện lên trên màn hình

1.1.3.2 Các định dạng ảnh cơ bản:

Có rất nhiều định dạng cho ảnh, ở đây chúng ta chỉ đề cập đến vài định dạng thông thường và hay dùng:

chứa các thông tin cần thiết, ảnh IMG được nén theo từng dòng Mỗi dòng bao gồm các gói ( pack) Các dòng giống nhau cũng nén thành một gói

- BMP: (Windows Bitmap) Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tập tin hình ảnh thường không được nén bằng bất kỳ thuật toán nào Khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trực tiếp vào tập tin - một điểm ảnh sẽ được mô tả bởi

một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n của ảnh Do đó, một hình ảnh lưu

dưới dạng BMP thường có kích cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so với các ảnh được nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG)

- GIF : (Graphics Interchange Format) : Định dạng trao đổi hình ảnh) là 1 định dạng ảnh quản lý không quá 256 màu cho 1 ảnh tĩnh cũng như từng khuôn hình cho các ảnh động, được dùng rộng rãi trên WWW do dùng kỹ thuật nén bảo toàn LZW làm giảm kích thước file mà không làm thất thoát dữ liệu Do giới hạn về màu sắc nên thường được dùng cho các hình vẽ nét, sơ đồ vốn không cần dùng đến dải 16 triệu màu và không phù hợp để lưu các ảnh chụp

- PNG : (Portable Net Graphics) là định dạng ảnh có nhiều đặc điểm giống GIF ngoại trừ phần động (Có thể nén để đưa lên net, hỗ trợ lưu ảnh transparancy) nhưng do có dãi tần màu rộng hơn, có thể đến 16 triệu màu, nên ngày càng được sử dụng rộng rãi trên WWW với các ảnh có chất lượng như ảnh chụp

- JPG : (Joint Photographic Experts Group) là định dạng ảnh nén hiệu quả,

có thể nén ảnh đến vài chục lần, tuy nhiên chất lượng lượng ảnh sẽ suy giảm tỉ lệ thuận với hệ số nén (Compression) dựa trên nguyên tắc loại bỏ những thông số màu để giảm thông tin cho file dựa trên xu hướng nhận thức về màu sắc của mắt người Do vậy, JPG còn được gọi là định dạng ảnh nén chịu thiệt Thường được

dùng dể lưu ảnh chụp, tất nhiên tuỳ theo nhu cầu mà chọn độ nén thích hợp để bảo toàn chất lượng Các Lab đều dùng định dạng này với hệ màu RGB để xuất ảnh

- TIFF : (Tagged Image File Format) là định dạng chủ yếu để lưu trữ ảnh, bao gồm cả đồ thị lẫn hình ảnh Đầu tiên được xấy dựng bởi hãng Aldus kết hợp với Microsoft để dùng cho kỹ thuật in PostScript TIFF là định dạng thông dụng

ảnh do đó ngày càng trở thành 1 định dạng hữu dụng được dùng trong in ấn nhờ vừa bảo toàn được thông tin, vừa có thể chấp nhận các kỹ thuật nén LZW, ZIP

có thể làm giảm đáng kể dung lượng Từ PTS 7.0 trở đi, ta có thể lưu được được file TIFF mà vẫn bảo toàn được các lớp (Nếu click option Layers khi save as),

do đó gíúp cho việc lưu trữ trở nên càng thuận tiện

- RAW : Là định dạng ảnh thô chưa qua chế biến hoặc chỉ chịu rất ít ảnh hưởng bởi bộ cảm biến hình ảnh của các thiết bị nhập như máy ảnh kỹ thuật số hay scanner, do đó nó bảo toàn được hình ảnh gần như nguyên thuỷ và sẵn sàng cho việc biên tập cũng như in ấn tuỳ theo cảm nhận của người xử lý

về các cơ quan sinh lý hay các cơ quan của cơ thể bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng để phục vụ cho việc chẩn đoán bệnh

Các phương pháp chẩn đoán hình ảnh rất phong phú, như chẩn đoán qua

hình ảnh X quang ( X-ray), hình ảnh siêu âm (Ultrasound), siêu âm - Doppler

màu, hình ảnh nội soi (mà thông dụng là nội soi tiêu hoá và nội soi tiết niệu) hình ảnh chụp cắt lớp vi tính (Computed Tomography Scanner- CT Scanner), hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging- MRI), hình ảnh y học hạt nhân ( SPECT, PET)…

Các thực thể tạo ảnh y học được phân chia chủ yếu theo 3 dạng : nguồn năng lượng bên trong, nguồn năng lượng bên ngoài và kết hợp cả hai, thể hiện theo sơ đồ sau:

Hình 1.3 Phân chia các loại ảnh y học theo nguồn năng lượng tạo thành Nguyên lý tạo ảnh được sử dụng để thu được dữ liệu thông qua các máy chuyên dụng Với ảnh 2 chiều của vật thể ảnh được tạo qua các dụng cụ quang học như camera hay kính hiển vi , ảnh 2 chiều hay 3 chiều của một tổ chức

được tạo qua các thực thể tạo ảnh y học bằng các phương pháp truyền qua, phát

xạ, phản xạ, tán xạ hay cộng hưởng từ hạt nhân như CT scanner sử dụng cơ chế truyền tia X qua cơ thể, SPECT dùng sự phát xạ tia gamma do tương tác giữa chất phóng xạ với mô Tuỳ từng biện pháp vật lý khác nhau thì sẽ cho ảnh có mức độ thông tin cung cấp cũng khác nhau Với ảnh SPECT, PET thì ảnh có độ tương phản, chi tiết giải phẫu kém; ảnh CT scanner có độ sắc nét hơn, độ phân giải chi tiết giải phẫu lớn; ảnh MRI có độ phân giải chi tiết giải phẫu lớn, độ tương phản mô mềm xuất sắc Từ đó ta thấy rằng chất lượng ảnh y học được quyết định theo các tiêu chí: Tỉ số tín hiệu trên nhiễu, độ phân giải và khả năng cho thấy các thông tin chuẩn đoán y học Mặt khác, thông số kỹ thuật của nguồn ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng tạo ảnh, do vậy phương pháp thu nhận và xử lý

dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ảnh, là yếu tố quyết định xác định độ phân giải không gian và thời gian tốt nhất.Trong đó độ phân giải không gian là kích thước nhỏ nhất của đối tượng mà toàn hệ thống ( gồm cả quá trình tái tạo ảnh) có thể phân biệt được và độ phân giải thời gian là thời gian để thu được tín hiệu để tạo thành một ảnh đơn

Việc xử lý và phân tích ảnh nhằm tăng cường thông tin chẩn đoán, hỗ trợ cho việc diễn giải các ảnh y tế, thông thường có sự trợ giúp của máy tính Việc diễn giải định tính và định lượng ảnh cho các chẩn đoán, theo dõi can thiệp, điều trị khác nhau để hiểu được các quá trình sinh lý cùng với các bệnh và phản ứng chống lại điều trị của chúng

1.2.2 Chẩn đoán dựa trên hình ảnh:

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 đoán dựa trên hình ảnh thu được từ các thiết bị,

máy y tế (chẩn đoán 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, công nghệ cao có các phần mềm tin học hỗ trợ khiến cho hình ánh rõ nét và chính xác hơn

Chẩn đoán hình ảnh đã góp phần quan trọng nâng cao tính chính xác, kịp thời và hiệu quả cao trong chẩn đoán bệnh Như dựa trên hình ảnh siêu âm, người thầy thuốc có thể đo được tương đối chính xác kích thước các tạng đặc trong ổ bụng (gan, lách, thận, tuỵ, ) và phát hiện các khối bất thường nếu có

Từ hình ảnh siêu âm tim có thể xác định cấu trúc, kích thước các buồng tim, van tim và các mạch máu lớn Trong sản khoa, siêu âm giúp xác định và theo dõi sự phát triển của thai nhi trong bụng mẹ; hình ảnh CT Scanner giúp thầy thuốc xác định được một số bệnh lý ở sọ não, đặc biệt là xác định máu tụ nội sọ, khối u não; chụp cộng hưởng từ hạt nhân xác định chính xác hơn các hình thái và các khối bất thường trong cơ thể (nếu có)

Các thiết bị và máy y tế về chẩn đoán hình ảnh ngày càng ứng dụng nhiều hơn về công 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

Như đã nêu trên, các phương pháp chẩn đoán hình ảnh rất phong phú, như

chẩn đoán qua hình ảnh X quang, hình ảnh siêu âm, siêu âm - Doppler màu, hình

ảnh nội soi (mà thông dụng là nội soi tiêu hoá và nội soi tiết niệu) hình ảnh chụp cắt lớp vi tính (Computed Tomography Scanner- CT Scanner), hình ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân (Magnetic Resonance Imaging-MRI) Ta sẽ tìm hiểu

một số phương pháp chẩn đoán hình ảnh thông dụng dưới đây 1.2.2.1 Hình

ảnh X-quang

Tia X hay quang tuyến X hay X quang hay tia Röntgen là một sóng điện từ

có bước sóng trong khoảng 10 nanômét đến 100 picômét (tức là tần số từ 30 PHz đến 3EHz) Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất (như cơ thể người)

nên thường được dùng trong chụp ảnh y tế, nghiên cứu tinh thể Tuy nhiên tia X

có khả năng gây ion hóa hoặc các phản ứng có thể nguy hiểm cho sức khỏe con người, do đó bước sóng, cường độ và thời gian chụp ảnh y tế luôn được điều chỉnh cẩn thận để tránh tác hại cho sức khỏe

Việc sử dụng tia X đặc biệt hữu dụng trong việc xác định bệnh lý về xương, nhưng có thể giúp ích dò ra các bệnh tật về phần mềm Một vài ví dụ đáng chú ý như là khảo sát ngực, có thể dùng để chẩn đoán bệnh về phổi như là viêm phổi, ung thư phổi hay phù nề phổi, và khảo sát vùng bụng, có thể dò ra sự tắc ruột (tắc ống thực quản), tràn khí (từ lủng nội tạng), tràn dịch (trong các khoang bụng) Trong vài trường hợp, sử dụng tia X gây tranh cãi, như là sỏi mật (ít khi cản tia X) hay sỏi thận (thường thấy nhưng không phải luôn luôn) Hơn nữa, các

tư thế chụp tia X truyền thống ít sử dụng trong việc họa hình các phần mềm như não hay cơ Việc họa hình được thay thế cho phần mềm bằng kĩ thuật chụp hình tính toán quanh trục (computed axial tomography, CAT hay CT scanning) họa hình bằng chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) hay siêu âm

Tia X còn được sử dụng trong kỹ thuật "thời gian thực", như là khám định thành mạch máu hay nghiên cứu độ tương phản của lỗ hổng trong nội tạng (là chất lỏng cản quang trong các ống ruột lớn hay nhỏ) sử dụng dụng cụ nhìn trang

bị huỳnh quang Các giải phẫu thành mạch máu, như các sự can thiệp y tế của hệ thống động mạch, dựa chủ yếu vào các máy đo nhạy với tia X để định vị các thương tổn tiềm tàng có thể chữa trị

Hình 1.4 Ảnh X-quang cột sống

1.2.2.2 Hình ảnh siêu âm (Ultrasound)

Siêu âm là một phương pháp khảo sát hình ảnh học bằng cách cho một phần của cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể Trong siêu âm, đầu dò vừa phát sóng âm vừa ghi nhận sóng dội trở lại Khi đầu dò được ấn vào da, nó sẽ truyền những xung nhỏ của các sóng âm có tần số cao không nghe được đi vào cơ thể Khi sóng âm dội lại từ các nội tạng bên trong cơ thể, dịch và mô, một microphone rất nhạy cảm của đầu dò sẽ ghi nhận lại những thay đổi nhỏ trong cao độ và hướng của âm Những tín hiệu sóng này

sẽ được đo đạc ngay lập tức và thể hiện bằng máy vi tính bằng cách tạo ra những hình ảnh theo thời gian thực ở màn hình Một hoặc nhiều khung hình sẽ được chụp lại làm hình tĩnh Siêu âm không sử dụng các phóng xạ ion hóa (như X quang) Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có 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

Siêu âm là một khảo sát y học không xâm lấn (không gây chảy máu) giúp cho các bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị bệnh.Siêu âm quy ước tạo ra những hình ảnh các lát cắt mỏng và phẳng của cơ thể Những tiến bộ trong kỹ thuật siêu âm bao gồm siêu âm 3 chiều (siêu âm 3D) có khả năng tái tạo lại dữ liệu thu nhận được từ sóng âm thành hình ảnh 3 chiều Siêu âm 4 chiều (siêu âm 4D) là siêu âm 3 chiều có ghi nhận sự chuyển động Siêu âm Doppler là một kỹ thuật siêu âm đặc biệt giúp đánh giá dòng máu chảy trong các mạch máu, bao gồm các động mạch và tĩnh mạch chính của cơ thể ở bụng, cánh tay, chân và cổ

Siêu âm là cách hữu ích để kiểm tra nhiều cơ quan bên trong cơ thể, bao gồm (nhưng không chỉ giới hạn trong) những cơ quan sau: tim và các mạch máu,

bao gồm động mạch chủ bụng và những nhánh chính của nó, gan, túi mật, lách, tụy, thận, bàng quang, tử cung, buồng trứng và trẻ chưa sinh (thai nhi) ở những thai phụ, mắt, tuyến giáp và tuyến cận giáp, bìu (tinh hoàn) Siêu âm cũng được dùng để hướng dẫn thực hiện các thủ thuật như sinh thiết bằng kim, là thủ thuật đưa kim vào để lấy một mẫu tế bào từ một khu vực bất thường của cơ thể để đem đến phòng thí nghiệm kiểm tra, thể hiện hình ảnh của vú để hướng dẫn sinh thiết ung thư vú, chẩn đoán nhiều loại bệnh tim và khảo sát những tổn thương sau một cơn đau tim hoặc một bệnh khác Siêu âm Doppler giúp các bác sĩ quan sát và đánh giá sự tắc nghẽn của dòng máu (chẳng hạn như huyết khối), hẹp các mạch máu (có thể gây ra do mảng vữa), những khối u và dị tật bẩm sinh…

Hình 1.5 Hình ảnh siêu âm gan

1.2.2.3 Hình ảnh chụp cắt lớp( CT- scanner)

Chụp cắt lớp điện toán hay CT Scanner là phương pháp khảo sát hình ảnh kĩ thuật cao, CT Scanner dùng phương pháp điện toán xử lý dữ liệu thu được từ hệ thống cảm biến bộ phận ghi nhận tia X còn lại sau khi đi qua phần cơ thể khảo sát để dựng hình Hình ảnh CT Scanner gần giống hình ảnh giải phẫu, có độ ly giải và tương phản cao

CT là từ viết tắt của thuật ngữ Computed Tomography Tomography là phương pháp chụp ảnh cắt lớp; Computed Tomography mang ý nghĩa là chụp cắt lớp với sự hỗ trợ của máy tính Đây là phương pháp tạo ảnh dựa vào tính

chất hấp thụ tia X của vật chất Cùng với các phương pháp tạo ảnh khác như siêu

âm, chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp cắt lớp vi tính CT giúp cho ta “nhìn thấy” các cơ quan bên trong của con người mà không phải thực hiện phẫu thuật

Chụp cắt lớp điện toán là kĩ thuật được Godfrey Hounsfield, một nhà khoa học người Anh sáng tạo năm 1972 và nhận giải Nobel Y học năm 1979 Lúc này ông vừa tròn 60 tuổi Ðây là một kĩ thuật X-quang đặc biệt cho phép nghiên cứu trên những hình ảnh cắt lớp các phần mô khác nhau của một cơ thể sống nhờ một dụng cụ đặc biệt gọi là scanner (thuật ngữ chính thức được Hounsfield dùng năm 1980)

CT được ứng dụng rất rộng rãi trong chẩn đoán lâm sàng cũng như trong sinh thiết CT được dùng để chẩn đoán các phần cứng của cơ thể bị tổn thương như: sọ não, cột sống, xương … Trong tất cả các phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện nay thì CT cho hình ảnh về các phần cứng của cơ thể rõ nhất

CT còn được dùng để chẩn đoán ung thư, giúp phát hiện sớm khối u Chụp

CT có tiêm cản quang có thể giúp cho bác sĩ đánh giá sự phát triển và sự di căn của khối u Các bệnh về tim mạch như tắc nghẽn mạch máu, các dị tật của tim…có thể được phát hiện bởi CT CT được dùng trong nha khoa, nhi khoa, nhãn khoa hay để thực hiện nội soi ảo dùng kĩ thuật tạo ảnh 3D với sự hỗ trợ của máy tính Ngoài ra, CT còn dùng để trợ giúp sinh thiết như sinh thiết tuyến tiền liệt, sinh thiết ung thư vú, sinh thiết cổ tử cung…

Một ưu điểm lớn nhất của CT là cho phép khảo sát các phần xương có cấu trúc tinh tế Phương pháp chụp cộng hưởng từ - MRI (magnetic resonance imaging) không tỏ ra hữu hiệu trong trường hợp này Hình ảnh CT cho chất lượng rất tốt Vì vậy, hiện nay người ta kết hợp CT với phương pháp PET (dùng

để tạo ảnh chức năng) để tạo ra máy quét CT/PET vừa cho hình ảnh giải phẫu vừa khảo sát được chức năng của các cơ quan

Hiện nay trong các phương pháp ứng dụng cho chẩn đoán hình ảnh thì MRI

là một phương pháp tiên tiến và hiện đại nhất vì thế nên đây cũng là phương pháp đem lại giá trị chẩn đoán và điều trị cao nhất

Hình ảnh MRI cho phép tiếp cận trực quan đến nhiều cấu trúc phức tạp trong cơ thể để đánh giá các chức năng hoạt động của chúng mà không cần xâm nhập MRI là phương pháp tốt nhất để phát hiện sớm và đánh giá tình trạng các khối u Các mô mềm như tim, gan, thận, phổi, cũng được chụp và tạo ảnh 3D

với khoảng cách điểm ảnh 1mm để dễ dàng phát hiện các tổn thương nhỏ nhất

và rõ nhất mà các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác không có được MRI là phương pháp tạo ảnh dựa trên nguyên lý cộng hưởng của từ trường mà không sử dụng tia X nên tránh cho bệnh nhân khỏi ảnh hưởng của tia X

Hình 1.7 Hình ảnh chụp cộng hưởng từ não

1.2.3 Các chuẩn ảnh y học và truyền thông ảnh y học

Các thiết bị và máy y tế về chẩn đoán hình ảnh ngày càng ứng dụng nhiều hơn về công 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 Hơn nữa việc giao diện giữa các thiết bị và máy y tế kỹ thuật cao với hệ thống máy tính dùng trong quản lý tại bệnh viện và giữa các bệnh viện với nhau ngày một nhiều, nên các giao thức truyền ảnh trên mạng được dưa ra (có một chuẩn chung thống nhất, chất lượng ảnh đủ để chẩn đoán, giảm nhẹ gánh nặng đường truyền), tạo nên phòng “hội chẩn ảo" giữa các chuyên gia y tế ở xa nhau

Các máy thiết bị và máy y tế chẩn đoán hình ảnh đầu tiên khi mới ra đời chỉ

là tín hiệu dạng sóng (Analog) đưa lên màn hình VIDEO của máy Theo thời

gian, máy được chế tạo ngày càng có cấu hình cao hơn và chuyển dần sang tín hiệu số, các phần mềm xử lý tín hiệu lưu trữ thông tin số ngay tại các máy đó (ví

dụ máy siêu âm có thể lưu được 5000 ảnh của bệnh nhân gần đây nhất) Tuy nhiên, dần từng bước khi có các 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 vùng với nhau để trợ giúp chẩn đoán thì các chuẩn dữ liệu chung về hình ảnh của y tế dần ra đời Vì vậy, các máy y tế ngày nay có gắn thiết bị tin học thì đã sẵn sàng đưa ra các tín hiệu thông qua các D-Shell chuẩn như COM, LPT hoặc USB port, nhưng phần tín hiệu đưa ra các cổng này tuỳ nhà cung cấp trang bị phần mềm khi người sử dụng yêu cầu

Hiện nay có nhiều chuẩn để truyền ảnh trên mạng như chuẩn PACS (Picture

Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ, xử lý và truyền ảnh

động, hoặc mạng xử lý và truyền ảnh số hoá DICOM (Digital Imaging and

Communications in Medicine) Tất cả các chuẩn này có chung một tiêu chí là

nén ảnh ở mức độ tối đa để giảm kích thước lưu trữ, giảm kích thước khi truyền trên mạng, có các mức độ phân giải khác nhau khi truyền Nếu hình ảnh không cần chất lượng cao thì có thể truyền ở độ phân giải thấp và khi cần độ nét để chẩn đoán với chất lượng cao thì truyền ảnh với các độ phân giải cao hơn, nhưng tốc độ truyền trên mạng sẽ chậm đi nhiều Các ảnh truyền thường là các ảnh về

X quang, ảnh siêu âm, ảnh nội soi, ảnh CT Scanner Việc truyền ảnh này giúp

cho hỗ trợ chẩn đoán từ xa, cho các thầy thuốc, học viên, sinh viên học tập và nghiên cứu

1.2.3.1 Chuẩn DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là tập hợp các

chuẩn dùng trong xử lý, truyền tải thông tin, lưu trữ và in ấn ảnh y khoa Chuẩn này bao gồm định dạng file và giao thức truyền tin qua mạng File DICOM được

trao đổi giữa 2 chương trình và các chương trình này có thể nhận ảnh và dữ liệu bệnh nhân theo định dạng DICOM

DICOM cho phép tích hợp máy scan, server, trạm làm việc, máy tin và các thiết bị mạng từ nhiều nhà cung cấp vào thành một hệ thống truyền tải và lưu trữ ảnh Ngày nay, các hầu hết các bệnh viện trên thế giới đều áp dụng DICOM vào trong các thiết bị y khoa, máy trạm, server, các hệ thống quản lý trong hoạt động khám và chữa bệnh

Bảng 1.1 Các dạng Modality hỗ trợ DICOM

Angiography

Spectroscopy

Tomography

DS Digital Subtraction

Angiography

Computed Tomography

FA Fluorescein Angiography US Ultrasound

1.2.2.2 Chuẩn PACS

PACS (Picture Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ,

xử lý và truyền ảnh động Hệ thống PACS lưu trữ hình ảnh và dữ liệu thu thập được và tương tác với hệ thống con trong cùng mạng PACS có thể chỉ đơn giản

là một máy lấy ảnh với cơ sở dữ liệu nhỏ hay hệ thống quản trị ảnh trong y khoa phức tạp để từ đó các máy trạm lấy ảnh về và xử lí Hiện nay, hầu hết hệ thống PACS phát triển theo hệ thống kiến trúc mở theo đó là việc truyền thông hình ảnh, định dạng ảnh và quản lí ảnh theo chuẩn DICOM

Người sử dụng dùng các máy trạm để hiển thị hình ảnh như là một giao tiếp chính cho việc truy cập hình ảnh trên hệ thống PACS Từ các máy trạm hiển thị hình ảnh đó, người sử dụng có thể chẩn đoán, xem xét, phân tích Các chuyên gia về ngành X-Quang sử dụng các máy trạm chuẩn đoán như là một công cụ chính Máy trạm chuẩn đoán có phần cứng mạnh trong việc xử lí như cần phải

có màn hình với độ phân giải cao, máy tính mạnh với bộ nhớ lớn và tốc độ CPU nhanh các phần mềm được thiết kế cho việc quản lí nhiều các máy máy lấy ảnh (như máy chụp x-quang, chụp cắt lớp ), trao giao tiếp hình ảnh giữa chúng với nhau (thường là sử dụng dịch vụ DICOM), xem xét ảnh, hiển thị ảnh động,

xử lí ảnh và quản lí luồng công việc của bệnh nhân và những thông tin có liên quan

Trong PACS điều trị bệnh, ảnh được thu thập từ các máy lấy ảnh dùng trong

y khoa rồi gửi tới máy chủ PACS thông qua DICOM gateway sau đó được đưa tới máy trạm chẩn đoán với dịch vụ truyền thông DICOM

Hình 1.8 Mô hình PACS

* Phân bổ và hiển thị ảnh

Có 2 cách để đưa hình ảnh của máy chủ PACS tới máy trạm chẩn đoán: Phương thức Store-Forward (dịch vụ truyền thông DICOM Storage): đầu tiên ảnh được đưa đến và lưu trữ ở máy chủ PACS, tiếp đến là chuyển tới máy trạm hiển thị với một lộ trình định sẵn

Phương thức Query/Retrieval (dịch vụ DICOM Query/Retrieval): các chuyên gia về ngành X-quang lấy thông tin lịch làm việc từ RIS (Radiology Information System) hoặc PACS sau đó truy vấn và tìm kiếm ảnh từ máy chủ PACS hoặc cơ sở dữ liệu ảnh để hiển thị trên máy trạm của họ

Cách phân bố ảnh theo phương thức Store-Forward được sử dụng thường hơn phương thức Query/Retrieval trong lĩnh vực ngành X-quang về bộ phận sinh học Trong chuyên môn về bộ phận sinh học được tổ chức theo từng nhóm dựa theo bộ phận sinh học như: ngực, thần kinh hoặc thuộc khoa nhi … Với phương thức Query/Retrieval thì thích hợp nhất cho các chuyên gia X-quang trong khâu giao tiếp với máy lấy ảnh (Modalities) Các máy ảnh được chia theo

nhóm dựa trên chức năng của máy như: CT, MR hoặc X-ray Trong từng lĩnh vực chuyên môn mà các máy lấy ảnh sẽ sinh ra những hình ảnh tương tự nhau tại cùng một điểm đều này sẽ gây khó khăn cho máy chủ PACS trong việc phân phối tất cả ảnh của cùng một bệnh nhân cho bác sĩ chẩn đoán Trong trường hợp này rất thích hợp cho phương thức Query/Retrieval

Chức năng chính của máy trạm chẩn đoán là hiển thị ảnh và thao tác trên ảnh kết hợp với việc quản lí ảnh và chức năng xử lí ảnh Trong môi trường Windows, người sử dụng thao tác ảnh bằng các thiết bị nhập như: chuột và bàn phím Các thao tác đó được chuyển thành các chuỗi sự kiện Tiến trình hiển thị ảnh có thể được điều khiển bởi một chuỗi sự kiện như hình

Hình 1.9 Tiến trình hiển thị ảnh

* Kĩ thuật Web:

Sự phát triển của Internet mở ra một viễn cảnh mới trong vấn đề truyền thông dữ liệu trên toàn thế giới Sự phát triển nhanh chóng của Web làm mở rộng thêm việc truyền thông trao đổi một lượng lớn người sử dụng Việc phát triển nhanh chóng của WWW là cung cấp một giao tiếp chuẩn cho việc xem và liên kết đến các tài liệu số như hình ảnh, văn bản, âm thanh và ảnh động

Các máy trạm chuẩn đoán, máy trạm ứng dụng y khoa, hoặc máy trạm xem ảnh ở xa thì việc truyền tải hình ảnh với kích thước tối ưu là thực sự cần thiết

Hệ thống ảnh y khoa dựa trên môi trường web là giải pháp hiệu quả nhất cho mục đích này bằng cách sử dụng giao thức HTTP

trường PACS

Thời gian qua, ở Việt Nam đã có nhiều cố gắng để thực hiện kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh từ xa Điều này xuất phát từ đòi hỏi thực tế: nhiều cơ sở y tế đã mua những thiết bị chẩn đoán hình ảnh có giá trị, chủ yếu là CT và đôi khi muốn xin một "chẩn đoán thứ cấp " từ những trung tâm y học lớn có những chuyên gia

giỏi, hay đơn thuần chỉ là trao đổi kinh nghiệm, đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu Nghĩa là chúng ta cần có công nghệ teleradiology Dự án "Y học từ xa" của Bộ Quốc phòng giai đoạn mở đầu thực hiện vào nǎm 2000 là một nỗ lực đáp ứng nhu cầu đó

Các thành viên tham gia dự án: bệnh viện Trung ương quân đội 108 (Hà Nội) và Quân y viện 175 (Tp Hồ chí Minh) Tại mỗi bệnh viện đều thiết lập một mạng LAN kết nối 2 máy chẩn đoán hình ảnh chủ yếu là CT và Siêu âm Dùng 3 máy tính bình thường làm 3 trạm làm việc: 1 ở máy CT, 1 ở máy Siêu âm và 1 ở phòng giao ban Nhờ một card mạng và phần mềm tương ứng, hình số hoá được lấy ra từ máy sinh hình và chuyển sang mạng Các trạm làm việc vừa đảm bảo xem hình (view) , vừa thực hiện chức nǎng hậu xử lý (postprocessing): thay đổi

độ rộng cửa sổ, mức cửa sổ - Đảo hình, xoay hình- Khuếch đại soi kính (Magnifying Glass)- Phóng đại hình theo các hệ số hay vùng yêu cầu- Đo khoảng cách và đo góc- Đo tỷ trọng cho từng điểm - Chú thích trên hình- Có thể xem từng hình hay đa hình đồng thời Hình ảnh lưu chuyển trên mạng theo

chuẩn DICOM, nghi thức TCP/IP Khi cần thiết, có thể ghép TCP/IP vào mạng máy Laser Camera theo chuẩn DICOM và khi đó có thể in phim trên mạng và

tiết kiệm được máy in ở các thiết bị sinh hình (Trước đây mỗi thiết bị sinh hình đều có 1 máy in, sau khi có mạng, chỉ cần 1 máy in phim dùng chung cho tất cả các thiết bị sinh hình) Thông qua một máy chủ truyền thông, toàn bộ hình ảnh cần thiết cho chẩn đoán có thể truyền từ Bệnh viện Trung ương quân đội 108 vào QY viện 175 và ngược lại, đây chính là kỹ thuật cơ bản giúp cho công tác chẩn đoán hình ảnh từ xa

Tuy nhiên, gần như các chuẩn ảnh và truyền thông trên chỉ sử dụng và làm việc với các ảnh y học nguyên bản, chưa qua bước tiền xử lý (chỉ thực hiện bước hậu xử lý-postprocessing), do vây chất lượng ảnh truyền đi chưa được tốt như mong muốn Các phần mềm hiện nay sử dụng cho xử lý ảnh y học thông dụng