Nâng cao chất lượng tạo ảnh siêu âm sóng biến dạng sử dụng hai bước lọc
lượt xem 4
download
Bài viết trình bày đặc tính cơ của mô (độ đàn hồi, độ nhớt) là một trong những thông tin có ích được sử dụng để phát hiện các khối u. Tạo ảnh siêu âm sóng biến dạng (Ultrasound shear wave imaging) là một phương pháp mới có thể định lượng được độ đàn hồi mô thông qua ước lượng các tham số của module shear phức (complex shear modulus – CSM) hay ước lượng số sóng và sự suy giảm truyền sóng của sóng biến dạng (ShearWave) trong mô.Mời các bạn cùng tham khảo!
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Nâng cao chất lượng tạo ảnh siêu âm sóng biến dạng sử dụng hai bước lọc
- Hội Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Nâng cao cht lng to nh siêu âm sóng bin dng s dng hai bc lc Lơng Quang Hi 1 , Nguyn Linh Trung 2 , Trn c Tân 2 1 Hc Vin K thut Quân s Trng H Công ngh - H Quc gia Hà Ni 2 Email: luonghai@mta.edu.vn, linhtrung@vnu.edu.vn, tantd@vnu.edu.vn. Tóm tt— c tính c ca mô ( àn hi, nht) là mt trong dng MLEF c lng CSM trong môi trng không ng nhng thông tin có ích ưc s dng phát hin các khi u. To nht 1D [5]. Sau ó, tác gi ã phát trin phơng pháp này cho nh siêu âm sóng bin dng (Ultrasound shear wave imaging) là vic phát hin i tng 2D [8]. Tuy nhiên, nh 2D to c mt phưng pháp mi có th nh lưng ưc àn hi mô chu nh hng nng bi hiu ng nhiu m do vic s dng thông qua ưc lưng các tham s ca module shear phc quyt nh cng trong vic xác nh v trí ca khi u. D thy (complex shear modulus – CSM) hay ưc lưng s sóng và s suy gim truyn sóng ca sóng bin dng (ShearWave) trong mô. rng trong môi trng nhiu ln thì tác ng ca loi nhiu Maximum Likelihood Ensemble Filter (MLEF) là b lc ưc áp này càng trm trng hơn. Vì th, trong bài báo này, bc u dng hiu qu trong vic ưc lưng gián tip các tham s ca chúng tôi vn tip tc s dng MLEF phát hin các i CSM. u tiên, b lc MLEF ưc s dng ưc lưng các tng 2D trong môi trng có nhiu Gauss - loi nhiu sinh ra tham s CSM trên tng tia (ưc lưng 1D), t ó xây dng nh 2 trong quá trình thu nhn Doppler. Tip theo, chúng tôi có th chiu (2D) dùng phưng pháp quét tia và quyt nh dùng khai thác tính cht y – sinh t nhiên ca u và môi trng xung ngưng cng. Tuy nhiên nh 2D ưc tái to trong môi trưng quanh u là ng nht. Vic s dng lc trung v (có phc nhiu ln s chu nh hưng nng bi hiu ng nhiu m tp thp) nhng vn có kh nng gim loi nhiu này c (Speckle noise). Tip theo, da vào c tính ng nht ca mô và xut. Mt s kch bn th nghim ã c tin hành khng môi trưng xung quanh, tác gi xut s dng thêm lc trung nh cht lng và tính kh thi ca phơng pháp xut. v loi b nhiu này nhm ci thin cht lưng nh khôi phc. Mt s th nghim ã ưc tin hành khng nh cht lưng II. PHƠNG PHÁP ca phưng pháp xut. u tiên, shear wave c to ra và o theo sơ Hình 1. Mt T khóa- To nh siêu âm sóng bin dng, B lc t hp cái kim bng thép không g có ng kính 1.5mm, dài 13 cm hp l cc i (MLEF), module shear phc (CSM), to nh c gn vào b chp hành (actuator). B chp hành này c àn hi, b lc trung v. iu khin bng b phát sóng có tn s t 50 Hz n 450 Hz, biên in áp khong t 5V n 15V. Theo ó, kim s rung I. GII THIU dc theo trc z và truyn sóng bin dng vào mô. Vn tc ca c tính cơ ca mô mm ( àn hi và nht) là mt sóng bin dng ti mt v trí c o bng mt máy siêu âm thông tin có ích cho vic chn oán tình trng bnh lý ca mô. Doppler [1]. Các phơng pháp to nh àn hi bao gm: MRI, siêu âm to nh àn hi tnh, siêu âm to nh àn hi ng (bao gm c phơng pháp to nh àn hi sóng bin dng - SWEI). SWEI c phát trin c lng các tham s ca module shear phc – CSM (tính àn hi và tính nht). Vì vy, SWEI c b sung trên nn máy siêu âm truyn thng h tr chn oán bnh (phát hin các khi u). Nm 1998, Sarvazyan ã gii thiu v k thut to nh àn hi sóng bin dng dùng trong chn oán y t [7]. Nm 2004, Chen và các cng s ã a ra công thc cho thy vn tc truyn sóng bin dng có liên quan n àn hi và nht ca môi trng [4]. Theo ó, h xut phơng pháp nh lng àn hi và nht mô thông qua vic o s phân tán vn tc sóng bin dng. Nm 2010, Orescanin Marko và các Hình 1. Sơ thc nghim to và o sóng bin dng [1]. cng s ã áp dng MLEF c lng các tham s CSM Th hai, phơng pháp quét tia c dùng làm mô hình các cho môi trng ng nht da trên mô hình Kelvin – Voigt [2]. Vit Nam, nm 2012, Tân TD và các cng s ã áp hng truyn sóng. Biu din và ks là h s suy gim và s 36 ISBN: 978-604-67-0635-9 36
- HộiHội Thảo Quốc Thảo Gia Quốc 2015 Gia 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông vàCông Thông và CôngNghệ Nghệ Thông Thông TinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) sóng ti im r trên mi tia; r e j là ta cc. Th ba, thí nghim; theo ó n n1 nh c ch ra trong Phơng s dng MLEF c lng và ks ti v trí r , t ó c trình (5); Phơng trình (4) c vit di dng phơng trình trng thái sau: lng c tham s CSM ca mô ti v trí r da trên mô hình Kelvin – Voigt cho môi trng nht [2]. Th t, tái to nh 2D v vn w yn n I , 0 n (6) bng vic bin i các tham s CSM ã c c lng t ta 0 n 0 cc sang ta -các. Cui cùng, s dng b lc trung v T Phơng trình (5) và (6), h s suy gim và s sóng gim nhiu nh 2D thu c. ks ca sóng bin dng ca mi tia c c lng bng vic s A. Phng trình truyn sóng bin dng dng MLEF theo thut toán trong [3]. Vn tc riêng vi (r , t ) ca tia th i là mt hàm không gian - thi C. c lng các tham s CSM da trên mô hình Kelvin – gian ca ta r và thi gian t, nó c biu din bng Voigt. phơng trình sau: S sóng phc k s' ca sóng bin dng c xác nh theo 1 phơng trình sau: v i (r , t ) Aer cos(t k s r ), i 1,..., L (1) r k s' ks i (7) Nh ã trình bày trên, và k s c c lng bng vic s Trong ó L là s tia quét, A là biên ca sóng bin dng ti v dng MLEF. trí gc, là tn s góc sóng bin dng. Biu din ri rc ca Mt khác, theo mô hình Kelvin – Voigt [2], ta có: tín hiu vn tc riêng trong phơng trình (1) ta có: cs (8) 1 ( r r0 ) v n (r ) i Ae cos( nt k s ( r r0 ) ) (2) r r0 1 i (9) Trong ó: cs là vn tc sóng bin dng; là mt khi môi Trong ó, ch s n là thi gian ri rc, r0 là ta ban u, t trng; là àn hi nht ca môi trng; 1 là àn hi là bc thi gian ri rc và là phase thi gian ban u. và là nht ca môi trng. Theo nh ngha s sóng, Qua mt s phép bin i lng giác, Phơng trình (2) có th 2 f c vit li nh sau: k s' (10) cs T Phơng trình (8) và (10), ta có: 1 vi n (r ) vi n1 (r ) cos(t ) Ae ( r r ) x 0 ks' 2 / (11) r r0 T các Phơng trình (7), (9) và (11), ta tính c àn hi 1 và nht ca môi trng. sin( (n 1)t k s (r r0 ) ) sin(t ) (3) 2 ( ks2 2 ) Trên thc t, vn tc sóng bin dng o c ti mi im 1 (12a) (ks2 2 ) 2 trong không gian bao gm thành phn vn tc tính theo Phơng trình truyn sóng (3) cng vi thành phn nhiu 2 k s (12b) Gaussian w in (r ) . Do ó ta có mô hình sau: (ks2 2 ) 2 vi n (r ) : vi n (r ) w in ( r ) (4) D. To nh 2D ca i tng (khi u) B. c lng h s suy gim và s sóng bng MLEF Ti mi im trong không gian, các tham s CSM 1 và c c lng. ng vi mi quá trình c lng các tham có th s dng MLEF cho vic c lng h s suy gim và s sóng k s , Phơng trình (3) c vit di dng s CSM cho tt các im trong không gian kho sát, chúng ta thu c 2 nh: 1) nh àn hi ca môi trng; 2) nh phơng trình trng thái sau: nht ca môi trng. vn F (vn1 , n1 ) Hình 2 là nh àn hi, trong ó khi u c phát hin có xn (5) n1 màu . n Trong ó n T , ksT , , r , A , F là mt hàm phi tuyn làm T mô hình ng hc trong không gian ca sóng bin dng. dài ca các vector vn , và k s bng s v trí trong không gian. Chúng ta gi thuyt rng n là không i trong sut thi gian 37 37
- Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) (10 mm, 8 mm) vi bán kính 3 mm. Các tham s CSM ca các i tng 1 = 650 Pa và =0.1 Pa/s. Mt môi trng =1000 Kg/m3, tn s dao ng ca kim rung f=100 Hz, r0 =0.4 mm. Các s liu xut trong kch bn mô phng c xây dng da trên các s liu tin hành thc nghim c mô t trong [1]. nh tham s CSM mô phng ca hai i tng có s bin i t t khu vc biên (th hin bng màu sc) th hin sát vi thc tin hơn (tc là s thay i c tính CSM là dn dn t môi trng bên ngoài cho n khi vào trong u) so vi công Hình 2. nh siêu âm o àn hi ca mt khi u [6]. b trc ây ca chúng tôi [8]. xác nh c s tn ti ca khi u thì cn phi xác nh giá tr ngng 1* và * phân bit gia mô thng và khi u. Thông thng các khi u c phát hin có 1 > 1* và > * . Da vào chênh lch giá tr so vi ngng ca 1 và , chúng ta xây dng c nh àn hi và nh nht vi mã màu phù hp. nh u ra cui cùng là kt ca ca phép cng nh àn hi vi nh nht. E. Lc nhiu nh 2D bng b lc Trung v Trên thc t, nh sau khi tái to vn còn nhiu. Các loi nhiu thng gp gm nhiu m, nhiu mui – tiêu. Trong bài báo Hình 4. nh gc mô phng này, tác gi s dng b lc trung v gim các nhiu nói trên (làm trơn nh). Thut toán quá trình lc nhiu gm các bc Th hai, xây dng kch bn quét tia mô phng s truyn sóng sau: bin dng. Toàn b nh gc c quét bi góc khác nhau, t - S dng ca s lc 3×3, quét qua tng phn t ca nh 0o 90o , bc quét 1o to ra 90 tia quét. Dc theo mi tia, ti v trí chính gia ca ca s lc. chn 43 khong bng nhau (trong thc nghim s dng máy - L y tt c các phn t nh xut hin trên ca s lc và siêu âm Doppler có 43 phn t transducer). sp xp chúng theo th t tng dn hoc gim dn. - L y phn t trung v ca dãy mi c sp xp gán cho phn t nh ban u (ti trung v ca ca s lc). Hình 5. Minh ha vic quét tia [8] Tin hành mô phng vi các trng hp: 1. B lc MLEF có kích thc (s) là 43, cng thêm nhiu vi t s công sut tín hiu trên công sut Hình 3. Minh ha các bc thc hin b lc trung v tp âm (SNR) = 30;35;39;42;45;50;55 dB 2. B lc MLEF có kích thc là 86, III. KT QU VÀ BÀN LUN cng thêm nhiu vi SNR = 30;35;39;42;45;50;55 dB kim tra phơng pháp c xut, chúng tôi ã xây dng 3. Áp dng b lc trung v vi kích thc ca s lc 3×3. mt kch bn mô phng. Th nht, chúng tôi to mt môi trng (nh gc ban u có kích thc 43×90) có 2 i tng Mt s kt qu nhn ưc như sau: hình tròn (gi nh là 2 u khác nhau). i tng 1 t ti v trí i vi các trng hp s dng b lc MLEF có kích thc là (6 mm, 1.4 mm) vi bán kính 1.4 mm. i tng 2 t ti v trí 86, mt s kt qu nh tái to c th hin trong Hình 6. 38 38
- HộiHội Thảo Quốc Thảo Gia Quốc Gia2015 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông vàCông Thông và CôngNghệ Nghệ Thông Thông TinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) a) b) a) b) c) d) c) d) Hình 8. Các nh c tái to dùng b lc MLEF vi s = 43 và b lc trung v kích thc 3×3: khi có nhiu Gauss vi SNR = 39 dB (a), khi có nhiu Gauss vi SNR = 42 dB (b), khi có nhiu Gauss vi SNR = 45 dB (c), khi có nhiu Gauss vi SNR = 50 dB (d). e) f) Hình 6. Các nh c tái to dùng MLEF vi s = 86: khi cha có nhiu (o lý tng) (a), khi có nhiu Gauss vi SNR = 30 dB (b), khi có nhiu Gauss vi SNR = 35 dB (c), khi có nhiu Gauss vi SNR = 39 dB (d), khi có nhiu Gauss vi SNR = 45 dB (e), khi có nhiu Gauss vi SNR = 50 dB (f). a) b) Hình 7 mô t quan h gia SNR và PSNR (T s tín hiu cc i trên nhiu) vi các kích thc b lc MLEF khác nhau (tơng ng vi phc tp tính toán khác nhau). c) Hình 9. Các nh c tái to dùng MLEF vi s = 86 và b lc trung v kích thc 3×3: khi có nhiu Gauss vi SNR = 39 dB (a), khi có nhiu Gauss vi SNR = 45 dB (b), khi có nhiu Gauss vi SNR = 55 dB (c). Qua các kt qu mô phng, chúng ta có th nhn thy khi s dng b lc MLEF có kích thc s = 86 và b lc trung v có kích thc 3×3, nh tái to s có cht lng tơng i tt, gn ging vi nh gc. Hình 7. SNR và PSNR trong hai trng hp s dng MLEF có s = 43 Bàn lun và s = 86. Vn quan trng trong vic phát các khi u trong nh àn Khi s dng b lc Trung v, các kt qu mô phng th hin hi là xác nh c các giá tr ngng 1* và * phù hp vi trong Hình 8 và Hình 9. tng loi mô. Trên thc t, không phi mô bnh nào cng có 39 39
- HộiHội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) tham s CSM khác bit vi mô không bnh. Trong [6], tác gi [2] Orescanin M., et a, “Model-based complex shear modulus reconstruction: A Bayesian approach”, In: IEEE Int'l Ultrasonics dn ra tham s 1 ca mt s loi mô trong Bng 1. Symposium, pp. 61-64. IEEE Press (2010). [3] Zupanski, M., “Maximum Likelihood Ensemble Filter: Theoretical Bng 1: Aspects”, Monthly Weather Review. 133, 1710-1726 (2005). Sut àn [4] Chen, Shigao, Mostafa Fatemi, and James F. Greenleaf, "Quantifying Kiu mô mm Mt mô elasticity and viscosity from measurement of shear wave speed hi (kg/m3) dispersion", The Journal of the Acoustical Society of America 115.6 (kPa) (2004): 2781-2785. M bình thng 18-24 [5] Tan Tran-Duc, et al, “Complex shear modulus estimation using the maximum likelihood ensemble filter”, BME’04, 2012. Tuyn Tuyn bình thng 28-66 [6] Jeremy Bercoff, “ShearWave Elastography”, White paper, supersonic vú imagine (2008). Mô xơ 96-244 [7] Sarvazyan, Armen P., et al, "Shear wave elasticity imaging: a new Ung th biu mô 22-560 ultrasonic technology of medical diagnostics", Ultrasound in medicine & biology 24.9 (1998): 1419-1435. Phía trc bình 1000 ±8% [8] Hao, N. T., Thuy-Nga, T., Dinh-Long, V., Duc-Tan, T., Linh-Trung, 55-63 thng N., “2D Shear Wave Imaging Using Maximum Likelihood Ensemble Phía sau bình Filter”, International Conference on Green and Human Information Tuyn 62-71 Technology (ICGHIT 2013), pp. 88-94. tin lit thng U lành tính 36-41 Ung th biu mô 96-244 Bình thng 0.4-6 Gan Xơ gan 15-100 Nhìn vào Bng 1, ta thy ch có tham s 1 ca Gan là có s khác bit gia mô bình thng và mô xơ gan. ây có th là mt nguyên nhân lý gii ti sao các máy siêu âm th h mi bc u ã áp dng công ngh to nh àn hi sóng bin dng (SWEI) trong ánh giá bnh gan. Vic ánh giá trên các cơ quan khác (tuyn vú, tuyn yên, tuyn giáp, ...) vn ang c nghiên cu phát trin. Trong bài báo này, tác gi ã c lng c tham s 1 và to nh àn hi nht, làm tng kh nng phát hin các khi u. Bc x lý tip theo, tác gi s dng b lc Trung v gim nhiu. Trên thc t, các nh siêu âm thng xut hin các loi nhiu nh: nhiu m, nhiu mui - tiêu. Ngoài ra, khi kt hp nh t hai tham s 1 và , nh tng hp có nhiu thành phn ơn l ri rác (nh nhiu m). B lc Trung v, c bit, có hiu qu trong vic lc các loi nhiu nói trên. IV. KT LUN Trong bài báo này, bng vic s dng MLEF, chúng tôi ã c lng c các tham s CSM và to nh 2D i tng trong môi trng có nhiu. Phân tích nh lng khi có s nh hng ca các mc nhiu khác nhau. Ngoài ra, chúng tôi s dng b lc trung v gim nhiu (các nhiu m) trên nh 2D tái to c. Trong tơng lai, chúng tôi s áp dng và ci tin phơng pháp trên cho b d liu thc. Bên cnh ó, tip tc nghiên cu a ra các cp giá tr ngng 1* và * phù hp vi tng môi trng (các kiu mô khác nhau), ng thi nghiên cu nâng cao cht lng ca các b lc trong quá trình to nh. TÀI LIU THAM KHO [1] Orescanin M., et al, “Shear Modulus Estimation With Vibrating With Needle Stimulation”, IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 57, 1358-1367 (2010). 40 40
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia pectin trong quy trình làm mứt nhuyễn xoài trên thiết bị thermomix TM5
6 p | 15 | 5
-
Nâng cao chất lượng ảnh của hệ thống mã hóa mặt sóng với mặt nạ pha đối xứng xuyên tâm
8 p | 10 | 5
-
Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm chitosan đến quá trình bảo quản mực khô còn da
9 p | 19 | 4
-
Giáo trình Anh văn chuyên ngành - Chương trình đào tạo chất lượng cao (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ
50 p | 8 | 4
-
Thiết kế hệ thống quang học hoạt động trong hai vùng phổ nhìn thấy và hồng ngoại bước sóng dài
10 p | 4 | 3
-
Nâng cao chất lượng ảnh cho hệ thống quang học độ sâu trường mở rộng bằng kết hợp hai ảnh của hai mặt nạ đối xứng xuyên tâm
11 p | 13 | 3
-
Siêu phân giải dùng trí tuệ nhân tạo nâng cao chất lượng ảnh võng mạc mắt người
13 p | 35 | 3
-
Siêu phân giải và khử nhiễu dùng trí tuệ nhân tạo nâng cao chất lượng ảnh trong nhận dạng vân tay
4 p | 19 | 3
-
Thực trạng và biện pháp nâng cao hiệu quả học phần thực tập tốt nghiệp của sinh viên khoa Điện-Điện tử Đại học Nha Trang
6 p | 35 | 3
-
Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến các chỉ số hóa học của dầu trẩu dùng chế tạo sơn truyền thống
6 p | 56 | 2
-
Đào tạo và cấp chứng nhận trình độ kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ công nghiệp
6 p | 40 | 2
-
Ảnh hưởng của một số tham số công nghệ đến chất lượng chi tiết hợp kim Niken DZ125L phục hồi bằng công nghệ tạo hình bằng tia Laser
8 p | 29 | 2
-
Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo nâng cao chất lượng hệ thống đo nồng độ khí dùng cảm biến bán dẫn dòng MQ
6 p | 56 | 2
-
Nâng cao hiệu quả quản lý nhân lực tại VNPT Vinaphone Hải Dương
6 p | 10 | 2
-
Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị dự án đầu tư xây dựng trong điều kiện chính sách thay đổi
3 p | 23 | 1
-
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khởi động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp 3 PHA, 2,2kW
4 p | 57 | 1
-
Đổi mới phương pháp học tiếng Anh cho sinh viên trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
2 p | 51 | 1
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn