Nghiên cứu một số thuật toán phát hiện contour và ứng dụng hỗ trợ phát hiện vùng nốt mờ, đám mờ trên ảnh XQ chụp phổi của bệnh nhân mắc Covid-19

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

CHOMECHANH LORKHAM AIEN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN CONTOUR

VÀ ỨNG DỤNG HỖ TRỢ PHÁT HIỆN VÙNG NỐT MỜ, ĐÁM MỜ

TRÊN ẢNH XQ CHỤP PHỔI CỦA BỆNH NHÂN MẮC COVID-19

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN 12 - 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

CHOMECHANH LORKHAM AIEN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN CONTOUR

VÀ ỨNG DỤNG HỖ TRỢ PHÁT HIỆN VÙNG NỐT MỜ, ĐÁM MỜ

TRÊN ẢNH XQ CHỤP PHỔI CỦA BỆNH NHÂN MẮC COVID-19

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 8 480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Hải Minh

THÁI NGUYÊN 12 - 2021

i

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Chomechanh Lorkham aien

Lớp cao học: CK18A Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền

thông- Đại học Thái Nguyên.

Em xin cam đoan luận văn: “Nguyên cứu một số thuật toán phát hiện

Contour và ứng dụng hô trợ phát hiện vùng nốt mờ, đám mờ trên ảnh XQ chụp

phổi của bệnh nhân mặc COVID-19” là công trình nguyên cứu của em trong thời

gian qua. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn trung thực, mọi sự giúp đỡ cho việc

thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã

được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện

Chomechanh Lorkham aien

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn thạc sỹ em đã nhận được rất nhiều sự khích

lệ, động viên, giúp đỡ từ phía thầy cô, cha mẹ và bạn bè xung quanh.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong trường Đại học Công

nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, các thầy đã truyền đạt vốn

kiến thức quý báu cho chúng em.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, TS. Nguyễn Hải Minh

người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn thạc sỹ này.

Đề nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu một số thuật toán phát hiện Contour và ứng

dụng hỗ trợ phát hiện nốt mờ, đám mờ trên ảnh XQ chụp phổi của bệnh nhân mắc

COVID-19” là một đề tài khó, học viên cần phải tự tìm hiểu, tự nghiên cứu thêm

nhiều kiến thức mới. Nhưng do thời gian có hạn, vốn ngôn ngữ còn hạn chế, kỹ năng

làm việc với các ngôn ngữ lập trình hiện đại của em còn nhiều khó khăn. Do đó, luận

văn vẫn còn có nhiều thiếu sót.

Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để luận

văn thạc sỹ hoàn thiện hơn.

Học viên thực hiện

Chomechanh Lorkham aien

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC................................................................................................................. iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii

MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1

Chương I CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ẢNH Y TẾ VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ

ẢNH............................................................................................................... 2

1.1 Các kiến thức cơ bản về ảnh y tế .......................................................................2

1.2 Một số phương pháp thu nhận hình ảnh y tế .....................................................3

1.2.1. Chiếu X-quang:..........................................................................................3

1.2.2. Chụp X-quang:...........................................................................................4

1.3 Xử lý ảnh số.....................................................................................................10

1.3.1 Một số khái niệm cơ bản...........................................................................11

1.4 Một số kỹ thuật xử lý ảnh................................................................................12

1.4.1 Nắn chỉnh biến dạng .................................................................................12

1.4.2 Khử nhiễu`................................................................................................12

1.4.3 Chỉnh số mức xám....................................................................................13

1.4.4 Phân tích ảnh.............................................................................................13

1.4.5 Nhận dạng và phân loại ảnh......................................................................13

1.5 Một số kỹ thuật xử lý ảnh y tế.........................................................................16

1.5.1 Khái quát về biên và phân loại các kỹ thuật dò biên cơ bản ....................19

1.5.2 Các kỹ thuật phát hiện biên: .....................................................................20

1.5.3 Phát hiện biên cục bộ và phân vùng ảnh ..................................................22

Chương II NỐT MỜ, VẾT MỜ, ĐÁM MỜ TRÊN ẢNH XQ VÀ VẤN ĐỀ ỨNG

DỤNG TRONG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN BỆNH NHÂN COVID-19 ....................25

2.1 Vấn đề nốt mờ, vết mờ, đám mờ .....................................................................25

2.2 Sơ lược về cơ chế bệnh sinh viêm phổi do virus.............................................28

2.3 Tổn thương giải phẫu bệnh của viêm phổi virus.............................................29

2.4 Đặc điểm tổn thương phổi do COVID-19 trên hình ảnh X-quang..................30

iv

2.4.1 Đặc điểm tổn thương phổi do COVID-19 trên hình ảnh cắt lớp vi tính...32

2.4.2 Chẩn đoán và đánh giá mức độ tiến triển tổn thương phổi do COVID-19

trên cắt lớp vi tính ..............................................................................................35

2.4.3 Hình ảnh tổn thương phổi một số ca nhiễm COVID-19 trên X-quang ....39

KẾT LUẬN CHƯƠNG.............................................................................................42

Chương III CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM .....................................................................43

3.1 Giải thuật hỗ trợ phát hiện nốt mờ, đốm mơ và đám mờ ................................43

3.1.1 Vấn đề dò biên ..........................................................................................43

3.1.2 Các thuật toán tìm đường bao (Contour Tracing Algorithm)...................43

3.2 Các sơ đồ khối mô tả các thuật toán................................................................47

3.3 Công nghệ áp dụng..........................................................................................50

3.4 Thu thập dữ liệu...............................................................................................50

3.5 Kết quả xử lý ...................................................................................................52

3.6 So sánh đánh giá các giải thuật .......................................................................52

KẾT LUẬN...............................................................................................................53

PHỤ LỤC..................................................................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................67

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Hình ảnh X-quang bàn tay bà Rontgen.................................................................. 2

Hình 1.2. Chụp X-quang cắt lớp............................................................................................ 6

Hình 1.3. Máy chụp cắt lớp kiểu Vallebona .......................................................................... 7

Hình 1.4. Hình chụp cắt lớp cùng một lúc............................................................................. 7

Hình 1.5. Phương pháp chụp động ........................................................................................ 8

Hình 1.6. Quá trình xử lý ảnh .............................................................................................. 10

Hình 1.7. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh................................................... 10

Hình 1.8. Quy trình xử lý ảnh Y khoa ................................................................................. 16

Hình 1.9. Một cách lý tưởng đồ thị biến thiên mức xám..................................................... 22

Hình 1.10. Ảnh xám có hai màu .......................................................................................... 22

Hình 2.1. Hình ảnh tổn thương kính mờ phổi phải (trái) và đông đặc thùy dưới hai phổi (phải)

trên X-quang phổi thẳng. ..................................................................................................... 25

Hỉnh 2.2. Hỉnh ảnh nốt mờ trên X-quang phổi thẳng. ......................................................... 26

Hình 2.3. Phổi có vết mờ có nhiều nguyên nhân khác nhau................................................ 27

Hình 2.4. Hình ảnh giãn mạch máu trong đám mờ.............................................................. 27

Hình 2.5. Các đám mờ không thuần nhất hai phổi, thấy rõ nhất ở ngoại vi nền phổi phải. 28

Hình 2.6. Tổn thương phổi ở bệnh nhân SARS (vách phế nang: Mất biểu mô và được thay

bằng màng hyaline; Phù các vách phế nang (mũi tên) ........................................................ 29

Hình 2.7. Hình ảnh tổn thương kính mờ phổi phải (trái) và đông đặc thùy dưới hai phổi (phải)

trên X-quang phổi thẳng. ..................................................................................................... 31

Hình 2.8. Hình ảnh lưới và đông đặc nền phổi hai bên trên X-quang phổi thẳng chụp ngày

thứ 9 sau khởi phát............................................................................................................... 31

Hình 2.9. Hình ảnh nốt mờ trên X-quang phổi thẳng. ......................................................... 32

Hình 2.10. Hình ảnh dày thành phế quản (trái) và đường Kerley B do phù mô kẽ (phải) trên

X-quang phổi thẳng. ............................................................................................................ 32

Hình 2.11. Hình ảnh kính mờ (GGO). ................................................................................. 33

Hình 2.12. Hình ảnh lát đá (crazy paving)........................................................................... 34

Hình 2.13. Hình ảnh giãn mạch máu trong đám mờ............................................................ 34

Hình 2.14. Hình ảnh giãn phế quản co kéo.......................................................................... 34

Hình 2.15. Hình ảnh dải mờ dưới màng phổi gây biến dạng cấu trúc................................. 35

Hình 2.16. CO-RADS 2: Hình ảnh giãn phế quản, dày thành phế quản, chồi cây (mũi tên) (trái);

hình ảnh đông đặc thùy phổi, chồi cây (mũi tên) gây ra bởi viêm phổi do vi khuẩn (phải)..........37