NGUY N THU VÂN B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA HÀ N I - LU N VĂN TH C S KHOA H C x NGÀNH: X LÝ THÔNG TIN VÀ TRUY N THÔNG LÝ THÔNG TIN XÂY D NG CƠ S D LI U PH C V QUÁ TRÌNH X LÝ NH X QUANG VÚ TRÊN MÁY TÍNH NGUY N THU VÂN 2005 - 2007 Hà N i 2007 Hµ Néi 2007 L I C M ƠN Em xin g i l i c m ơn sâu s c nh t ñ n TS.Nguy n Ti n Dũng, ngư i ñã hư ng d n em th c hi n lu n văn Chính nh ng ch b o t n tình v m t chuyên môn, s kiên nh n nh ng l i khuyên, nh ng l i ñ ng viên k p th i c a th y ñã giúp ñ em r t nhi u t b t ñ u cho t i em hoàn thành lu n văn Em xin g i l i c m ơn chân thành ñ n PSG.TS.Nguy n ð c Thu n ThS.Nguy n Thái Hà ñã giúp ñ em v m t chuyên môn, t o ñi u ki n thu n l i v m t th i gian su t trình em th c hi n lu n văn Tôi xin g i l i c m ơn ñ n PGS.TS Nguy n Tr ng Gi ng, b n ð ng H ng Thanh, Nguy n Xuân Trư ng, Nguy n Vi t Hoàng Vũ Văn Quý ñã giúp ñ r t nhi u vi t quy n lu n văn Cu i cùng, xin g i l i c m ơn chân thành ñ n gia ñình tôi, nơi ñi m t a v ng ch c cho su t trình h c t p công tác c a L I NÓI ð U Ung thư vú m t b nh r t ph bi n n gi i Phát hi n s m ung thư nhân t kh s ng sót c a b nh nhân Cho ñ n nay, phương pháp hi u qu nh t ñ phát hi n s m d u hi u ung thư ch p nh X quang vú [1] Hi n nay, trình quét ñ c nh X quang vú, bác sĩ ñư c h tr r t nhi u t h th ng máy tính Các thu t toán máy tính giúp nâng cao ch t lư ng nh X quang vú, ñưa vùng nghi ng có b nh Ngoài ra, trình ñ c k m t b c nh X quang g i trình ki m tra nh M t h th ng máy tính th c hi n ki m tra nh X quang vú s bao g m thành ph n th c hi n công vi c phân vùng nh, phát hi n phân lo i kh i u, phát hi n phân l i kh i vi canxi hoá Lu n văn nghiên c u trình bày v m t thu t toán th c hi n phân vùng nh X quang ñ nh v kh i u nh Thu t toán phân vùng nh s d ng toán t d a lư c ñ xám c a nh ñ xác ñ nh ranh gi i gi a thành ph n khác nh Nó s d ng thu t toán nhóm ñi m nh ñ ñưa t p h p ñi m nh bi u di n vùng khác nh Thu t toán ñ nh v kh i u s d ng m c ñ thay ñ i c a ñ i sánh m u ñ ñ nh v vùng nghi có b nh Cu i cùng, m t s d li u nh X quang vú ñã ñư c ch n ñoán ki m nghi m k t qu b ng th c t ñư c xây d ng ðó s d li u chu n bao g m nh ñư c dùng làm m u, m u ñư c s d ng trình ñ c nh X quang vú t i b nh vi n K, Hà N i M CL C Chương - GI I THI U CHUNG 1.1 M c ñích c a lu n văn 1.2 C u trúc c a lu n văn .7 Chương - B NH UNG THƯ VÚ 2.1 Gi i ph u vú 2.1.1 C u trúc gi i ph u 2.1.2 Kích thư c, hình d ng thay ñ i theo th i gian c a vú 10 2.1.3 V trí c a vú 12 2.2 Ung thư vú 13 2.2.1 Ung thư vú gì? 13 2.2.2 Nút b ch huy t .15 2.2.3 Nguyên nhân c a ung thư 18 2.2.4 Các giai ño n c a ung thư vú 21 2.3 T o nh b ng tia X .22 2.3.1 T o nh X quang vú – Mammography 23 2.3.2 Các ki u b t thư ng mà X quang vú ch n ñoán có th phát hi n 29 2.3.3 N n nh X quang vú 35 2.3.4 ð c phim X quang vú 36 Chương - X LÝ NH S 38 3.1 nh s 38 3.2 Mô hình xác su t th ng kê 39 3.2.1 Lư c ñ xám 39 3.2.2 Giá tr trung bình (Mean) .42 3.2.3 ð l ch chu n 42 3.2.4 ð i x ng l ch (skewness) 43 3.3 C i thi n nh 43 3.3.1 Các phép toán v i lư c ñ xám 43 3.3.2 L c tích ch p 46 3.3.3 Làm trơn nh 47 3.3.4 Làm s c nét nh .48 3.4 Phân vùng nh 50 3.4.1 Phân vùng nh d a ñư ng biên .50 3.4.2 Phân vùng nh d a theo vùng 51 Chương - PHÂN VÙNG NHŨ NH 53 4.1 T m quan tr ng c a phân vùng nh ñúng cách .53 4.2 Thu t toán phân vùng nh 54 4.2.1 Phân vùng d a lư c ñ xám 56 4.2.2 Phương pháp chênh l ch lư c ñ xám 56 4.2.3 Tìm ranh gi i gi a thành ph n 63 4.2.4 Thêm b i c nh không gian 67 4.2.5 Phân vùng nh X quang vú ñ c 71 4.3 T ng k t v trình phân vùng 73 Chương - PHÁT HI N CÁC KH I U TRÊN NH X QUANG VÚ 74 5.1 Thu t toán ñ nh v kh i u nh X quang vú s hóa 74 5.2 Thu t toán phát hi n kh i u 75 5.2.1 M t m u cho kh i u nh X quang vú 75 5.2.2 Các phương pháp ñ i sánh m u .79 5.2.3 Nhóm phân vùng vùng nghi ng 84 5.2.4 C i thi n ña t l 85 5.3 T ng k t v ñ nh v kh i u 87 Chương - H TH NG KI M TRA THU T TOÁN QUÉT .88 6.1 Các k t qu l c nh 88 6.2 Nhóm nhóm pixel 89 Chương - K T LU N 100 7.1 T ng k t 100 7.2 Phương hư ng tương lai 100 Chương - GI I THI U CHUNG 1.1 M c ñích c a lu n văn Ung thư vú lo i ung thư thư ng g p nh t gây t vong hàng ñ u ph n nhi u nư c công nghi p Theo Cơ quan Nghiên c u Ung thư Th gi i (IARC) vào năm 1998 ung thư vú ñ ng ñ u, chi m 21% t ng s lo i ung thư ph n toàn th gi i Cũng theo IARC, xu t ñ chu n hóa theo tu i c a ung thư vú ph n 92.04 (trên 100,000 dân) châu Âu 67.48 (trên 100,000 dân) toàn th gi i vào năm 1998, ñ u cao nh t lo i ung thư n gi i [3] Ung thư vú ñang tr nên ph bi n t i nư c ñang phát tri n T i Vi t Nam, năm 1998, n gi i, ung thư vú lo i ung thư có t n su t cao nh t Hà N i v i xu t ñ chu n hóa theo tu i 20.3 (trên 100,000 dân) cao th hai Thành ph H Chí Minh v i xu t ñ chu n hóa theo tu i 16 (trên 100,000 dân) sau ung thư c t cung mà xu t ñ chu n hóa theo tu i 28.6 (trên 100,000 dân) [4] ðây m t b nh h t s c ph c t p mà nhi u năm qua ñã có nhi u nghiên c u v nguyên nhân, b nh sinh ñi u tr M t ñi u quan tr ng c n ph i nh n th y vi c phát hi n s m ung thư vú qua s t m soát nh ng ph n bình thư ng ñã làm thay ñ i rõ ràng b nh s t nhiên c a b nh c i thi n ñáng k tiên lư ng b nh Cho ñ n nay, phương pháp hi u qu nh t ñ phát hi n ung thư vú ph n ch p nhũ nh – phương pháp s d ng tia X ñ t o nh vú Phương pháp có th phát hi n ñư c m t kh i u ác tính vú hai năm trư c th c m nh n ñư c [1] Nói chung, Vi t Nam hi n nay, vi c ch n ñoán b nh t phim ch p X quang vú v n ñư c th c hi n th công b i bác sĩ ho c k thu t viên Bác sĩ hay k thu t viên phân tích t ng phim X quang vú, v i t ng b nh nhân, tr v k t qu t t (vú kho m nh) ho c khoanh vùng có nghi ng m c b nh phim X quang V i b nh nhân nghi ng có b nh, bác sĩ s th c hi n thêm m t s bư c ki m tra, t o nhũ nh ch n ñoán, cho ñ n có k t qu cu i Quá trình ch n ñoán d a nhi u vào kinh nghi m c a bác sĩ ho c k thu t viên Bên c nh phương pháp ch n ñoán truy n th ng v y, ngày ñã ñư c h tr r t nhi u t h th ng máy tính Tuy r ng máy tính chưa th ñ m nh n ñư c tr n v n công vi c c a bác sĩ, k thu t viên, v i s h tr t h th ng máy tính, ch c ch n hi u qu c a trình ch n ñoán s tăng lên nhi u l n Ta có th s d ng thu t toán ñ nâng cao ch t lư ng nh ch nh ng vùng kh nghi nh X quang vú n i dung nghiên c u ñây ñư c thu nh n d ng s ñư c thu th p t s d li u b nh vi n K Hà N i nh X quang vú có th ch a d u hi u/ tín hi u v ung thư vú nhi u m c ñ khác nhau: vi canxi hoá, thương t n, kh i gi i h n ho c có hình d ng không rõ ràng, hay bi n d ng v hình th … Trên th gi i, r t nhi u phương pháp phân tích nh s X quang vú ñã ñư c nghiên c u, tri n khai cho nh ng k t qu t t Các k thu t ph bi n lĩnh v c x lý nh ñư c áp d ng vào nh s X quang vú nh m c g ng xác ñ nh d u hi u s m c a ung thư, ngày xác V i suy nghĩ v th c tr ng b nh ung thư vú s h t ng t i b nh vi n Vi t Nam, th c hi n quy n lu n văn v i m c ñích nghiên c u v m t thu t toán nh m h tr bác sĩ trình ñ c nh X quang vú ñưa nh ng ch n ñoán c a Thu t toán ñư c g i thu t toán ki m tra, h tr vi c ñ nh v b t thư ng nh X quang vú Lu n văn s trình bày v m t thu t toán phân vùng nh X quang vú, m t phương pháp xác ñ nh kh i u nh m t phương pháp ki m ñ nh, so sánh k t qu thu ñư c t thu t toán ki m tra Thu t toán phân vùng ñây ho t ñ ng m t t p h p nh X quang vú nói chung, không ñòi h i b d li u ñã ñư c hu n luy n Có m t vài k thu t v ñ nh v kh i u nh X quang vú Chúng có nh ng m c ñ thành công khác nhau, r t nhi u s ñó s d ng m t d ng ñ i sánh m u ñ so sánh ph n c a m t b c nh v i m t m u kh i u ñư c l a ch n t trư c Các m u khác xây d ng nên vector ñ c trưng s d ng m t cách phân lo i ñã ñư c hu n luy n trư c ñ ch n vùng ác tính Nghiên c u th c hi n lu n văn c g ng ñưa nh ng c i ti n v hi u su t tính xác c a phương pháp Ta ñánh giá m u kh i u có th ch n m t m u m t phương pháp so sánh t i ưu Cu i cùng, ngư i th c hi n lu n văn xây d ng m t s d li u bao g m nh X quang vú ñã ñư c ch n ñoán xác Các nh X quang ñư c s d ng v i vai trò m u ñ i sánh trình ñ c nh X quang b nh vi n K Hà N i 1.2 C u trúc c a lu n văn Chương cung c p m t nhìn chi ti t v b nh ung thư vú, bao g m bi u hi n tr ng thái c a b nh, nguyên nhân gây b nh cách phát hi n, ñi u tr b nh Chương cung c p khái ni m b n v x lý nh m t s phép toán c i thi n, nâng cao ch t lư ng nh X quang vú, ví d ñi u ch nh, cân b ng lư c ñ xám, l c làm trơn nh Chương gi i thi u tri n khai thu t toán phân vùng nh X quang vú Thu t toán phân vùng d a lư c ñ xám k t h p thông tin v không gian Chương trình bày phương pháp phát hi n kh i u d a ñ i sánh m u Trư c tiên s d ng m t m u ñ nh n bi t ghi l i pixel nghi ng Saud dó bư c nhóm pixel ki m tra l i v i m u ña t l cho phù h p v i kích thư c xác c a kh i u Chương trình bày v h th ng ki m ñ nh thu t toán h tr ki m tra nh X quang vú v i ví d minh h a c th Cu i cùng, Chương ñưa k t lu n v công vi c th c hi n hư ng phát tri n tương lai Chương - B NH UNG THƯ VÚ 2.1 Gi i ph u vú 2.1.1 C u trúc gi i ph u Vú b t ñ u phát tri n phôi thai kho ng ñ n tu n sau th thai Chưa th nh n chúng giai ño n này, bao g m ch m t chút mô g n lên T tu n th 12 ñ n 16, nhi u thành ph n ph tr nên rõ ràng Các nhóm t bào r t nh b t ñ u phân nhánh d n ñ n s hình thành ng d n n s n xu t s a tương lai Các mô khác phát tri n thành t bào cơ, t bào s hình thành núm vú (ñi m nhô c a vú) qu ng vú (ph n mô màu th m xung quanh núm vú) Trong giai ño n sau c a th i gian mang b u, hormone c a m ñi qua thai ñ vào bào thai, n t bào vú hình thành c u trúc d ng ng phân nhánh, t ñó hình thành ng d n s a Trong tu n cu i c a thai kỳ, thuỳ (các n s n sinh s a) hoàn thi n th c s b t ñ u sinh m t ch t l ng g i s a non Trong c tr sơ sinh nam n ñ u có th c m nh n ñư c nh ng v t ph ng n m dư i núm vú qu ng vú có th nh n bi t m t ch t l ng su t ti t ra, ñó s a non Nh ng hi n tư ng bi u th tác ñ ng c a hormone ngư i m s gi m d n ñi nh ng tu n ñ u tiên c a cu c ñ i T th i thơ u ñ n tu i d y thì, s khác gi a vú c a nam n Tuy nhiên, v i s b t ñ u tu i d y n , trình gi i phóng estrogen, trư c tiên m t mình, sau ñó k t h p v i progesterone bu ng tr ng hoàn thi n v ch c năng, n vú tr i qua nh ng thay ñ i ñ t ng t, lên ñ n c c ñi m d ng trư ng thành hoàn toàn Quá trình trung bình m t ñ n năm thư ng hoàn ch nh vào tu i 16 S hoàn thi n n a c a mô vú x y trình ti t s a thư ng ñư c coi m t cách b o v ch ng l i b nh ung thư vú Vú c a ph n trư ng thành b n bao g m c u trúc sau: ti u thuỳ hay n; ng d n s a; m mô liên k t (Hình 2.1) Các ti u thuỳ t p h p l i thành ñơn v l n g i thuỳ Trung bình có 15 – 20 thuỳ m i bên vú s p x p h n ñ n theo d ng nan hoa to t núm vú/ khu v c qu ng vú Tuy nhiên, s phân b thuỳ không ñ u Mô n tr i ph n vú bên Ph n ch u trách nhi m v s căng c ng vùng mà r t nhi u ph n c m th y trư c chu kỳ kinh nguy t Nó khu v c chi m m t n a t ng s ung thư Các thuỳ ñây ñ vào ng d n s a, ch y qua vú v hư ng núm/ qu ng vú ñó, chúng t l i thành ñ n 10 ng d n l n g i ng góp, ng d n vào ñ c a núm vú k t n i v i bên Trong ti t s a, s a vú ñi theo dòng ch y ñưa ñ n tr em Hình 2.1 C u trúc gi i ph u c a vú ð n ñ nh c a thuỳ vú khác theo t ng ngư i có th thay ñ i gi a vú m t th Tuy nhiên, nói chung, ph n n c a vú có c m giác r n, có d ng m u Xung quanh thuỳ m Không gi ng thuỳ, m h u luôn m m S khác bi t v m t ñ gi a mô n mô m vú s cho t o nhũ nh Trong ñó, ng d n vú thư ng không c m nh n ñư c tr chúng b s a, b sưng ho c có kh i u Vú c a ph n tr tu i b n bao g m mô n v i ch m t lư ng r t m Vì th chúng ch c so v i nh ng ngư i già Khi tu i tăng lên, ñ c bi t v i s m t mát estrogen vào th i kỳ mãn kinh, thuỳ co l i ñư c thay th b i 88 Chương - H TH NG KI M TRA THU T TOÁN QUÉT M t h th ng ki m tra thu t toán quét ñư c phát tri n, k t qu ph c a nghiên c u Chương gi i thi u v h th ng làm công vi c ghi so sánh k t qu t nh X quang quét máy tính h tr v i b nh lý c a chúng K thu t cung c p vùng kh nghi phát hi n ñư c t trình ñ i sánh m u ñ so sánh Nhi u thu t toán ñ nh v kh i u không cho k t qu v i d ng ñơn gi n “có/ không” v v trí tính ác tính c a kh i u Thay ñó, ñưa m t gradient v “kh năng” M t ph n ñó nh ñư c xác ñ nh có nhi u kh ch a kh i u ph n khác c a b c nh M t c ñi m c a phương th c h th ng ph c t p c n có thêm phương pháp phân ngư ng k t qu ch n ngư ng phù h p Sau ñó, ngư ng s ñưa câu tr l i “có/ không” cho vùng có nhi u kh m t kh i u M t ưu ñi m c a phương th c ngư ng có th ñi u ch nh ñư c ñ cho b t c m c ñ xác theo mong mu n Nh m thi t l p m t m c xác theo ý mu n cho m t h th ng quét tìm kh i u, nhi u thông s thu t toán c n ñư c xác ñ nh b ng cách l a ch n b ng th c nghi m giá tr “t i ưu” Th c nghi m r t t n th i gian ñ c bi t k t qu c a thu t toán quét ñư c l p b ng th công so sánh v i b nh lý Phương pháp gi i thi u chương ñưa m t gi i pháp cho v n ñ Nó cho phép gi m th i gian quét kh i u h u h t k t qu ñư c ki m tra t ñ ng Phương pháp ñư c dùng r ng rãi tri n khai thu t toán ñ nh v kh i u trình bày Chương 6.1 Các k t qu l c nh Thu t toán phát hi n kh i u trình bày Chương cho ta m t b c nh hoàn toàn m i v i giá tr sinh t i v trí c a giá tr pixel ban ñ u Các giá tr m i bi u th m t ñ c tính mà phương pháp nh m t i Trong thu t toán phát hi n kh i u c a chúng ta, pixel sinh n m gi a Các pixel k t qu tương quan gi a m u l a ch n cho kh i u vùng khác nh X quang vú 89 Các giá tr tương quan ñư c d ch dư i d ng “kh năng” m i pixel n m tâm c a kh i u Hình 6.1 minh h a m t nh X quang vú Hình 6.2 minh h a k t qu c a thu t toán phát hi n kh i u v i nh Vùng ñư c khoanh tròn Hình 6.2 ñư c hi u v trí kh i u ác tính Các pixel vùng thay ñ i t 0.0 ñ n 0.9; lý tư ng s có m t pixel v i giá tr v trí tâm c a kh i u Tuy nhiên, thu t toán không hoàn h o pixel có giá tr Thay ñó, m t nhóm pixel vùng có giá tr g n T t c pixel có giá tr g n ñ u có th tâm c a kh i u Các pixel khác khác có nh có kh tr thành tâm kh i u có th nhi u nh, ñ c trưng vú bình thư ng ho c vùng không ph i tâm kh i u Do vi c ñ nh v kh i u phát hi n ñư c Hình 6.2 không xác, nên c n phân tích khác n a ñ ñưa k t qu cu i Công ño n phân tích ph b t ñ u t nh t o ñư c phân ngư ng ñ lo i b k t qu ñư c xem quan tr ng nh t o nh nh phân, nghĩa t t c pixel b ng ho c bi u th không ph i kh i u, bi u th v trí kh i u Hình 6.3 minh h a k t qu c a phép phân ngư ng cho Hình 6.2 V i Hình 6.3, pixel v i giá tr l n 0.75 Hình 6.2 ñư c gán cho giá tr pixel l i gán b ng N u ngư ng ñư c l y th p hơn, s phát hi n ñư c nhi u chi ti t hơn, n u tăng ngư ng lên s phát hi n ñư c chi ti t Cách ki m tra cho phép thay ñ i ngư ng thông s h th gn khác k t qu ñư c áp d ng t ñ ng cho vi c so sánh Quy trình t o có th ch n m t ngư ng t i ưu 6.2 Nhóm nhóm pixel V i ñ u phân ngư ng t b l c nh bi u di n Hình 6.3, v trí c a kh i u chưa ñư c xác ñ nh hoàn toàn M i pixel tr ng Hình 6.3 bi u th m t v trí có th c a kh i u; nhiên, pixel ñư c nhóm vào nhóm riêng bi t bi u di n phát hi n ñơn Các pixel nhóm phân bi t c n ñư c nhóm l i trích dư i d ng m t kh i u ñơn ñ so sánh v i b nh lý 90 Hình 6.1 nh X quang vú Hình 6.2 K t qu phát hi n kh i u Hình 6.1 91 Hình 6.3 nh phân ngư ng t Hình 6.2 Nhóm nhóm pixel riêng bi t không ph i m t nhi m v ñơn gi n Nó ñòi hòi ki m tra t ng pixel nh nhóm t t c pixel có cư ng ñ lân c n g n nh t Pixel A lân c n g n nh t c a pixel B pixel A m t tám pixel n m c nh B; Hình 6.4 bi u di n pixel tám pixel lân c n c a Hình 6.3 có nhóm pixel riêng bi t Hình 6.5 bi u di n nhóm ñã ñư c trích rút v i nh riêng bi t cho m i nhóm Hình 6.4 Pixel (i, j) pixel lân c n 92 Hình 6.5 B n nhóm pixel Hình 6.3 Thu t toán nhóm trích nhóm pixel Hình 6.5 m t ph n k t qu c a nghiên c u lu n văn Các bư c c a thu t toán sau: Các bư c nhóm pixel T o hai danh sách Danh sách th nh t danh sách pixel cho t t c pixel nh Danh sách th hai danh sách tr ng, ch a nhóm pixel ñã nhóm l i Pixel ñ u tiên danh sách pixel ñư c lo i b kh i danh sách x lý Quá trình ñư c l p l i cho t i danh sách pixel tr ng ð x lý m t pixel, m i nhóm danh sách nhóm ñư c ki m tra N u pixel ñư c x lý lân c n g n nh t c a b t c pixel m t nhóm s ñó, s ñư c thêm vào nhóm ñó M i pixel s ch ñư c thêm vào m t nhóm danh sách nhóm Khi danh sách nhóm ñã tr ng, t t c pixel ñã ñư c thêm vào m t nhóm ñó Tuy nhiên, h u h t quy trình x lý nh X quang vú, m t s nhóm danh sách nhóm v n có th nhóm l i ñư c Vì th , bư c ti p theo ñòi h i m i nhóm danh sách nhóm ñư c so sánh v i nhóm khác Các nhóm ch a lân c n g n nh t ñư c k t h p l i v i Cu i cùng, m i nhóm danh sách nhóm ñư c ñ nh d ng lưu tr dư i d ng m t b c nh riêng bi t 93 Hình 6.6 minh h a sơ ñ c a quy trình M i nh X quang vú thư ng có nhi u m t tri u pixel, x lý không hi u qu s d dàng t o yêu c u tính toán không th c t N u N s lư ng pixel nh; thu t toán nhóm pixel c a ta có hi u su t O(N) có th i gian ch y n tính B t c nh X quang vú v i N pixel ñ u c n m t s lư ng không ñ i N phép toán ñ nhóm pixel vào nhóm Lí cho hi u su t n tính ñ hai pixel ñư c nhóm vào m t nhóm, chúng c n lân c n g n nh t c a m t k t h p ñó c a pixel ði u có nghĩa ñ nhóm m t pixel ñơn, không c n xét t ng pixel nh mà ch tám lân c n c a pixel ñơn ñó N u m t pixel thu c v m t nhóm ñó v i b t c pixel khác, m t pixel ph i n m s tám lân c n c a ði u cho phép x lý danh sách n tính pixel ch m t l n Do s lư ng pixel nh l n nhi u s 8, n n v n ñư c coi b c N Quy trình x lý danh sách pixel ñ u tiên t o m t danh sách nhóm ð dài c a danh sách nh so v i s lư ng pixel nh Bư c c a thu t toán k t h p nhóm; nhiên, m t s nhóm có th lân c n g n nh t ðây m t tác ñ ng c a trình ñơn gi n hoá; n u m t pixel thu c v m t nhóm ñó v i pixel khác, m t s chúng ph i n m s lân c n g n nh t Vì tám pixel lân c n g n nh t pixel nh t ñư c ki m tra, có nh ng trư ng h p m t nhóm ñơn pixel b phân lo i nh m vào hai nhóm Ví d , Hình 6.7 ch ch a m t nhóm phân bi t lân c n g n nh t Tuy nhiên, sau hai bư c c a thu t toán, hai nhóm khác l i có m t danh sách nhóm minh h a Hình 6.8 6.9 94 Hình 6.6 Sơ ñ thu t toán nhóm pixel Trình t x lý pixel gây v n ñ này; nhiên d gi i quy t M i nhóm danh sách nhóm ñư c ki m tra n u chúng có chung lân c n g n nh t, chúng ñư c k t h p l i Quá trình l p cho t i nhóm phân bi t ñư c Quá trình k t h p nhóm pixel có lân c n g n nh t sau: Thu t toán k t h p nhóm pixel T o m t danh sách tr ng nhóm pixel Nhóm ñ u tiên danh sách nhóm ban ñ u ñư c thêm vào danh sách tr ng Các nhóm l i ñư c lo i b kh i danh sách ban ñ u thêm vào danh sách m i m i l n cho t i danh sách ban ñ u tr ng Khi m i nhóm ñư c 95 thêm vào danh sách m i, ñư c ki m tra v i nhóm khác N u có chung lân c n g n nh t v i m t nhóm ñó ñã danh sách, ñư c k t h p vào nhóm Khi m t nhóm v y ñư c tìm th y, quy trình x lý nhóm ñó k t thúc ti p t c v i nhóm ti p theo Hình 6.7 Ví d v nhóm pixel Hình 6.8 Nhóm nh m ñ u tiên 96 Hình 6.9 Nhóm phân lo i nh m th hai Khi ñã th c hi n, v n kh nhóm danh sách m i v n có lân c n g n nh t ði u có th x y hai nhóm ñư c thêm vào danh sách m i, m t nhóm th ba liên k t hai nhóm ban ñ u ñư c thêm vào Nó s ñư c k t h p v i ch m t hai nhóm ban ñ u Kh yêu c u trình x lý ph i ñư c l p l i cho t i s lư ng nhóm danh sách ban ñ u không thay ñ i Nghĩa là, không nhóm ñư c k t h p n a th không nhóm dùng chung lân c n g n nh t Thu t toán nhóm có th c n m t lư ng th i gian tính toán ñáng k , th c t th c hi n m t s bư c l p N u G s lư ng nhóm pixel sau trình x lý ban ñ u, m i bư c k t h p nhóm c n O(G2) bư c T ng th vi c k t h p nhóm có th lên t i O(G3) bư c, m i nhóm có N/G pixel ðơn gi n hoá cho m i pixel ch c n ki m tra ñ i v i lân cân c nh nó, m i l n so sánh nhóm c n N/G bư c Vì th , trư ng h p x u nh t ñ i v i thu t toán k t h p nhóm O(G3) = O((N/G)3) = O(N3) ði u có th không ch p nh n ñư c, có m t s ñi u ki n làm gi m b t k t qu ð u tiên, G thư ng nh nhi u so v i N Vì G bi u di n vùng quan tr ng nh X quang vú, thư ng nh 50 s lư ng pixel nh X quang vú có th lên t i tri u Khi quét m t b c nh ñó ñ tìm kh i u, s lư ng pixel ñư c x lý s lư ng nhóm pixel thư ng nh (th m chí b ng 0) Hơn n a su t trình x lý nhóm, g p m t nhóm có lân c n g n nh t v i m t nhóm khác, bư c k t thúc Nghĩa h u h t bư c quy trình không yêu c u s lư ng phép tính c c ñ i 97 Nói chung, có ñ c tính c h u thu t toán này, ngăn ch n trư ng h p x u nh t N u m t b c nh ch a nhi u nhóm nh pixel, vi c k t h p nhóm s ñươ ñơn gi n hoá b i s lư ng nh pixel t ng nhóm Khi b c nh bao g m nhóm l n pixel, s lư ng nh nhóm c n phép tính B ng cách thi t k , vi c s d ng thu t toán thư ng tho mãn m t hai ñi u ki n Hai ví d minh ho ñi u này, ví d ñ u tiên hình 6.10 m t nh ñ u c a thu t toán phân vùng c a M i vùng xám bi u di n m t thành ph n nh X quang vú B ng cách áp d ng thu t toán nhóm pixel v a trình bày, vùng khác ñư c trích rút Hình 6.11 bi u di n nh riêng bi t, n n hình 6.10 ñư c lo i b Hình 6.10 nh ñư c phân vùng 98 Hình 6.11 Các thành ph n nh M i thành ph n ví d ch a r t nhi u pixel Tuy nhiên, ch có vùng Vì th , bư c cu i ch yêu c u O(N) bư c Vì G = 4, bư c k t h p O(G3) c n 64 so sánh nhóm Theo N, m i bư c so sánh c n N/G bư c, nghĩa N/4 Vì th bư c so sánh nhóm t ng th c n: 64 ∗ N = 16 ∗ N = O ( N ) (6.1) ðây hi u su t c a bư c ñ u tiên thu t toán nhóm Ví d th hai nh ñ u t thu t toán phát hi n kh i u, minh h a Hình 6.12 Nó ch a 20 nhóm khác nhau, nhóm ch a trung bình N/400 pixel Vì th t ng s l n so sánh nhóm cho ví d c n s lư ng bư c b ng: 203 ∗ N = 20 ∗ N = O( N ) 400 (6.2) ðây hi u su t c a bư c ñ u tiên thu t toán nhóm 99 Khi k t qu phát hi n ñư c nhóm l i thành nhóm khác nhau, chúng ñư c ñ t b c nh r i r c lưu tr dư i d ng file ðây m t phép toán ñơn gi n, cho phép so sánh nhanh v i b nh lý Trong nghiên c u này, phát hi n v kh i u ñư c nhóm l i ñư c so sánh tr c ti p v i b nh lý c a Tuy nhiên, ta có th s d ng phát hi n ñ trích rút d li u t nh X quang vú ban ñ u ñ x lý phân lo i sau Vi c làm tăng ñáng k hi u su t vùng t ng vùng ñư c phát h in nh nhi u so v i toàn b b c nh Hình 6.12 K t qu phát hi n kh i u 100 Chương - K T LU N 7.1 T ng k t Lu n văn ñã trình bày m t thu t toán phân vùng nh X quang vú thành thành ph n n n, mô vú, ng c l p m dư i da, v i ví d minh h a k t qu Thu t toán phân vùng ñóng vai trò bư c ti n x lý quy trình ki m tra nh X quang Nó gi m ñáng k s lư ng pixel c n s d ng thu t toán ki m tra Phưong pháp phân vùng cho phép t ng thành ph n ñư c ki m tra ñ c l p v i thành ph n khác, làm gi m sai s ñơn gi n hoá vi c tìm ki m Lu n văn ñã gi i thi u m t phương pháp ñ nh v kh i u nh X quang vú K thu t s d ng ñ i sánh m u ñ xác ñ nh kh i có kh nh s d ng phương pháp ña t l ñ gi m s lư ng l i tích c c sai Thu t toán ñ i sánh m u ñư c ñánh giá v i m t vài m u khác Phương pháp ñư c s d ng v i vai trò bư c ti n x lý Khi c n, trích rút vùng nghi ng ñ phân tích v sau Nó t p trung gi i h n vùng tìm ki m kh i u nh, làm gi m th i gian tìm ki m 7.2 Phương hư ng tương lai Nghiên c u tương lai s tr ng vào cách th c phân bi t xác gi a kh i u lành tính ác tính ð ng th i xây d ng m t h th ng h tr bác sĩ ho t ñ ng ki m tra ch n ñoán hình nh B nh vi n K Hà N i 101 TÀI LI U THAM KH O Ti ng Anh John Terry Sample (2003), Computer assisted screening of digital mammogram images, University of Southern Mississippi http://www.imaginis.com http://www.ehealthmd.com http://www.wikipedia.com Ian T.Young, Jan J.Gerbrands, Lucas J Van Vliet (1998), Fundamentals of Image Processing, Delf University of Technology Martin Masek (2004), Hierarchical segmentation of mammograms based on pixel intensity, The University of Western Australia Ti ng Vi t Lương M nh Bá, Nguy n Thanh Thu (2003), Nh p môn x lý nh s , NXB Khoa h c K thu t Bích Thu , H i Y n (1997), C m nang Vú b nh ung thư vú, NXB Y h c 102 XÂY D NG CƠ S D LI U PH C V QUÁ TRÌNH X LÝ NH X QUANG VÚ TRÊN MÁY TÍNH TÓM T T T khoá: nh X quang vú, phân vùng nh, ñ i sánh m u, phát hi n kh i u, b nh ung thư vú B nh ung thư vú m t b nh r t ph bi n v i n gi i th gi i hi n nư c phát tri n, trình ch n ñoán nh X quang vú ñư c h tr r t nhi u t h th ng máy tính Tuy nhiên, Vi t Nam, công vi c ch n ñoán v n ñư c th c hi n th công, ph thu c ch y u vào kinh nghi m c a bác sĩ Vì v y, nhu c u v m t h th ng ch n ñoán d a máy tính v i thu t toán x lý nh nh m h tr bác sĩ tr nên vô thi t y u Lu n văn trình bày v m t bư c ti n x lý v i nh, bao g m m t thu t toán phân vùng nh X quang vú m t phương pháp ñ nh v kh i u nh Thu t toán phân vùng nh X quang vú d a lư c ñ xám c a nh Thu t toán phân vùng trình bày lu n văn có ưu th m t s thu t toán phân vùng khác không ñòi h i m t b d li u ñã ñư c h c Phương pháp ñ nh v kh i u nh s d ng m u ñ ñ i sánh Các m u ñư c trích t nh X quang vú chu n, v i m t s d ng ñ c trưng có th ñi u ch nh ña t l ñ phù h p v i kích thư c th t c a kh i u Cũng t ñó xu t hi n nhu c u v m t s d li u s d ng ñư c cho b nh vi n Vi t Nam Vì v y, m t s d li u bao g m nh X quang ñã ñư c ch n ñoán ñúng ñư c thi t l p Cơ s d li u s d li u chu n, s d ng ñ thi t l p m u ph c v cho trình xác ñ nh kh i u nh X quang vú thu th p t B nh vi n K Hà N i