Trong công tác chẩn đoán, thiết
bị chẩn đoán y tế nếu không đảm bảo sẽ cho ra kết quả không chính xác, không phát hiện đúng bệnh, thậm chí xảy ra những điều không mong muốn. Khi chẩn đoán ở phạm vi quy mô nhỏ thì con người có thể kiểm soát tốt quy trình. Tuy nhiên, thực hiện trong điều kiện gấp rút, giải quyết số lượng lớn, dài ngày như trong dịch bệnh COVID-19 thì công việc trở nên quá tải, rất áp lực, dễ dẫn đến sai sót, nhầm lẫn. Đáp ứng yêu cầu sớm tìm ra các ca nhiễm COVID-19 trong cộng đồng, chỉ cần khi có
dấu hiệu nghi ngờ một trường hợp bị lây nhiễm, ngành y phải nhanh chóng tiến hành kiểm tra, để sớm phát hiện chính xác người bị nhiễm bệnh và có phương án chữa bệnh, phòng dịch ngay lập tức, tránh lây lan. Theo đó, sau khi lấy mẫu thử, bộ phận xét nghiệm chẩn đoán có nhiệm vụ phải theo dõi chính xác các mẫu bệnh phẩm, để đảm bảo rằng tất cả các xét nghiệm có kết quả chính xác, đúng của người được chẩn đoán. Để góp phần giải quyết cho hoạt động kiểm tra theo dõi chính xác các ca nhiễm
trong COVID-19, ngành y tế Hàn Quốc đã ứng dụng thiết bị đọc mã vạch của Cognex là ‘DataMan và ‘VisionPro ViDi’ – một phần mềm phân tích hình ảnh dựa trên nền tảng Deep learning để kiểm tra trạng thái của bộ xét nghiệm COVID-19.Hệ thống kiểm tra tự động giúp chất lượng chẩn đoán của ngành y tế chính xác cao, nâng cao uy tín và tiết kiệm tối đa nguồn lực.
Tầm quan trọng của việc kiểm soát vật tư y tế
Giải pháp Cognex giải quyết áp lực và nâng hiệu suất
Trong bối cảnh nhu cầu về áp dụng công nghệ cao để nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ, đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực y tế và dược phẩm hiện tại, các sản phẩm đọc mã vạch và hệ thống xử lý ảnh của Cognex đã và đang được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Với các thiết bị quang học đặc biệt và cảm biến kỹ thuật số, các sản phẩm Cognex sẽ thu thập hình ảnh, xử lý, phân tích, đưa ra các kết quả kiểm tra chính xác. Qua đó, có thể giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả như việc truy xuất dữ liệu của các thiết bị chẩn đoán y tế, bao bì thuốc, số seri sản phẩm từ khâu sản xuất đến khâu khám chữa bệnh, và đảm bảo việc kiểm soát các mẫu xét nghiệm trùng khớp với thông tin bệnh nhân thông qua mã vạch và các ký tự.
Đầu đọc mã vạch dựa trên hình ảnh của Cognex với tỉ lệ đọc cao, hỗ trợ đọc mã 1D và 2D, cho phép quản lý và theo dõi mẫu trong phòng thí nghiệm chặt chẽ từ các xét nghiệm chẩn đoán đơn giản đến phân tích DNA tinh vi.
Bên cạnh đó, việc áp dụng phần mềm “VisionPro ViDi” – dựa trên nền tảng deep learning – có thể kiểm tra các sai sót như nắp của bộ xét nghiệm chưa được đóng kín, kiểm tra có/không đối với túi hút
ẩm, kiểm tra lỗi trong việc in ấn mã dán trên các bộ xét nghiệm, đồng thời phát hiện dị vật trong bộ xét nghiệm.
Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh công nghiệp vào ngành y tế – Ảnh 2.
Khi các thiết bị chẩn đoán y tế được đảm bảo tiêu chuẩn, các sai sót trong khám chữa bệnh được giảm thiểu, tình trạng sức khỏe của người bệnh được xác định chính xác hơn, giúp phát hiện bệnh sớm và việc theo dõi điều trị sẽ có hiệu quả cao hơn.
Bên cạnh ứng dụng trong phòng thí nghiệm, giải pháp của Cognex còn được áp dụng trên dây chuyền sản xuất thiết bị y tế từ công đoạn nguyên liệu, lắp ráp và đóng gói, giúp dễ dàng phát hiện và loại bỏ các sản phẩm lỗi. Nhờ vậy, giải pháp này giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của dây chuyền, giảm chi phí, tiết kiệm nguyên liệu, nâng chất lượng sản phẩm khi đưa ra thị trường.
Trên thế giới, các đơn vị sản xuất thiết bị y tế và tổ chức kiểm tra sức khỏe đánh giá rất cao về tầm quan trọng của việc tự động hóa. Hệ thống tự động hoá là giải pháp tối ưu cho ngành y tế nâng cao chất lượng, tiết kiệm chi phí và giảm áp lực.
Hiện tại, đầu tư và trang bị giải pháp của Cognex rất dễ dàng. Hãng có đội ngũ hơn 2 triệu chuyên gia hiện diện tại 20 quốc gia sẽ nhanh chóng cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Với hơn 39 năm kinh nghiệm, và hơn 2 triệu hệ thống đã được cài đặt tại các cơ sở trên khắp thế giới điều đó đã minh chứng cho chất lượng, uy tín của các giải pháp của Cognex.
Các thực thể tạo ảnh y tế [medical imaging modality] khác nhau cung cấp các thông tin đặc tính riêng biệt về các cơ quan bên trong hay của các tổ chức mô. Độ tương phản và độ nhìn thấy của ảnh y tế phụ thuộc vào thực thể tạo ảnh, hàm đáp ứng cũng như phụ thuộc vào các vùng bệnh lý.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Xử lý ảnh y tế, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
XỬ LÝ ẢNH Y TẾ [Medical Image Processing] MỤC ĐÍCH NẮM ĐƯỢC CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH Y TẾ CƠ BẢN VIẾT CHƯƠNG TRÌNH THỰC HIỆN TRÊN MÁY TÍNH CÁC THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH Y TẾ YÊU CẦU Xác suất thống kê Hệ thống tuyến tính [đại số tuyến tính] Xử lý số tín hiệu Ngôn ngữ lập trình [Matlab hoặc C] TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhập môn xử lý ảnh số -- Nguyễn Thanh Thủy, Lương Mạnh Bá 2. Digital image processing -- R. C. Gonzales 3. Medical image analysis -- Atam P. Dhawan 4. Biosignal and biomedical image processing Matlab-based applications -- John L. Semmlow 6. Image processing and analysis – R. Baldock, J. Graham 5. Biomedical imaging vizualization and analysis -- Richard A. Robb CÁCH TÍNH ĐIỂM Bài tập về nhà [viết] Bài tập về nhà [lập trình] Thi kết thúc học kỳ Điểm danh GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1 1.1. XỬ LÝ ẢNH Y TẾ? Các thực thể tạo ảnh y tế [medical imaging modality] khác nhau cung cấp các thông tin đặc tính riêng biệt về các cơ quan bên trong hay của các tổ chức mô. Độ tương phản và độ nhìn thấy của ảnh y tế phụ thuộc vào thực thể tạo ảnh, hàm đáp ứng cũng như phụ thuộc vào các vùng bệnh lý. Ví dụ: Thăm khám vết rạn có thể ở khung xương sườn [chụp X-quang ngực] thì cần nhìn rõ cấu trúc xương cứng Kiểm tra khả năng có bị ung thư vú hay không [chụp X-quang vú] thì lại cần thấy rõ sự vi vôi hóa, các khối bất thường, các cấu trúc mô mềm xử lý ảnh y tế 1.2. CÁC THỰC THỂ TẠO ẢNH Y TẾ Mục tiêu của tạo ảnh y tế: thu nhận các thông tin hữu ích về các quá trình sinh lý hay các cơ quan của cơ thể bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng. Các thực thể tạo ảnh y tế được phân chia theo Nguồn năng lượng bên trong Nguồn năng lượng bên ngoài Kết hợp cả hai Các thực thể tạo ảnh Phân chia theo loại nguồn năng lượng A general schematic of biomedical imaging system Digital mammo film Contrast enhencement Histogram equalization 1. Môi trường tạo ảnh y tế 2. Bản chất vật lý của việc tạo ảnh y tế 3. Thực thể tạo ảnh y tế 4. Phương pháp thu nhận dữ liệu để tạo ảnh y tế 5. Xử lý và phân tích ảnh y tế MÔI TRƯỜNG TẠO ẢNH Lựa chọn thực thể tạo ảnh y tế. Thiết kế các kỹ thuật xử lý và phân tích ảnh y tế. Bao gồm các đặc tính tĩnh hay động của các đối tượng được tạo ảnh như các tổ chức, các mô, các bệnh lý đặc trưng của cơ thể. Đặc tính tĩnh: mật độ mô… - Đặc tính động: dòng máu, chuyển động của tim… Ví dụ: Tái tạo và phân tích ảnh y tế hợp lýxem xét tới đặc tính động Artifact chuyển động: thời gian thu thập dữ liệu và độ phân giải của thực thể tạo ảnhphương pháp xử lý ảnh BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA VIỆC TẠO ẢNH Nguyên lý tạo ảnh được sử dụng để thu được dữ liệu CT scanner: sự truyền tia X qua cơ thể SPECT: sự phát xạ tia gamma do tương tác giữa chất phóng xạ với mô Nguyên lý khác nhaumức thông tin cung cấp cũng khác nhau: SPECT, PET: ảnh có độ tương phản, chi tiết giải phẫu kém. CT scanner: ảnh có độ sắc nét hơn, độ phân giải chi tiết giải phẫu lớn. MRI: ảnh có độ phân giải chi tiết giải phẫu lớn, độ tương phản mô mềm xuất sắc. THỰC THỂ TẠO ẢNH Quyết định chất lượng ảnh theo các tiêu chí: - Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N. - Độ phân giải. - Khả năng cho thấy các thông tin chẩn đoán. Thông số kỹ thuật của nguồn ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng tạo ảnh Độ phi tuyến, hiệu suất thấp, thời gian phân rã dài, loại bỏ tán xạ thấpartifact trong ảnhtạo và xử lý ảnh thông minh PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN DỮ LIỆU Yếu tố quyết định xác định độ phân giải không gian và thời gian tốt nhất. Quan trọng đối với việc làm giảm artifact trong ảnh thông qua lọc tích cực và tiền xử lý. Đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ảnh. Độ phân giải không gian: kích thước nhỏ nhất của đối tượng mà toàn hệ thống [gồm cả quá trình tái tạo ảnh] có thể phân biệt được. Độ phân giải thời gian: thời gian để thu được tín hiệu để tạo thành 1 ảnh đơn. Không phải là thời gian tái tạo ảnh mà là thời gian để lấy mẫu tất cả thông tin cần thiết để tái tạo ảnh. Ví dụ: X-ray CT scanner Dựa vào số photon X-ray tới detector trong 1 khoảng thời gian. Quét: chùm song song, nón, xoắn ốc. Thời gian quét khác nhaubù trừ giữa độ phân giải không gian và thời gian. Quét nhanh, độ phân giải không gian thấp và ngược lại. 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 hoặc có sự trợ giúp của máy tính]. - Diễn giải định tính và định lượng ảnh cho các chẩn đoán, theo dõi can thiệp, điều trị khác nhau. - Hiểu được các quá trình sinh lý cùng với các bệnh và phản ứng chống lại điều trị của chúng. 1.2. NGUYÊN LÝ TẠO ẢNH Ảnh 2 chiều của vật thể: qua các dụng cụ quang học như camera hay kính hiển vi…. Ảnh 2 chiều hay 3 chiều của một tổ chức: qua các thực thể tạo ảnh y tế bằng các phưong pháp truyền qua, phát xạ, phản xạ, tán xạ hay cộng hưởng từ hạt nhân G=R[F-T] Hệ quy chiếu ảnh G, F: hệ quy chiếu ảnh miền ảnh, vật tương ứng được thể hiện như là các vector cột R, T: ma trận quay và ma trận trượt Schematic block diagram of a general 3-D image formation system requiring an external radiation source such as light for photographic imaging or x-ray for transmission imaging Schematic block diagram of an emission based image formation system [for fluorescence or nuclear medicine imaging modalities] Tổng quát: Tuyến tính: Tuyến tính, bất biến [SLI] Các hệ quy chiếu màu 1.3. CÁC BƯỚC XỬ LÝ ẢNH TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ Đánh giá việc xác định một đối tượng trên ảnh [vùng vi can xi hóa] hay một điều kiện sinh lý trong kiểm tra chẩn đoán [ung thư]. Positive: quan sát thấy đối tượng. Negative: không quan sát thấy đối tượng. True: thực sự có đối tượng. False: thực sự không có đối tượng. Bảng xác định bốn tiêu chí đánh giá hiệu quả Ntot: tổng số chẩn đoán. Ntp: số kiểm tra thực sự có đối tượng. Ntn: số kiểm tra thực sự không có đối tượng. Notp: đối tượng có, quan sát có. Nofn: đối tượng có, quan sát không có. Notn: đối tượng không có, quan sát không có. Nofp: đối tượng không có, quan sát có. TPF: True Positive Fraction FNF: False Negative Fraction FPF: False Positive Fraction TNF: True Negative Fraction Độ chính xác Đường cong ROC [Receiver Operating Characteristic] Ví dụ: kiểm tra ung thư bằng sinh thiết và chụp X-quang Ntot=100; Ntp=10; Notp=8;Nofp=5 TPF=0,8 FNF=0,2 FPF=0,0556 TNF=0,944