Thiết kế hệ đo xác định khối u trên các mô mềm

Thiết kế hệ đo xác định khối u trên các mô mềm Từ xa xưa, những thầy lang đã có cách chẩn đoán bệnh bằng cách dùng tay kiểm tra các u có trên cơ thể thông qua sự thay đổi độ cứng của vùng cần kiểm tra. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ cùng với các yêu cầu của chấn đoán càng chính xác hơn mà rất nhiều phương pháp chần đoán khác nhau đã được đề xuất. “Cảm hứng” từ việc xác định khối u bằng sự thay đổi hệ số đàn hồi của khu vực chẩn đoán nhằm xác định liệu có u hay không, một số công trình gần đây đề cập tới một phương pháp tự động xác định có u hay không và cố gắng phân loại được u trên các mô mềm. Bài báo này trình bày về thiết lập hệ thống đo phục vụ cho nghiên cứu nêu trên. Nguyên lý của hệ đo như sau: Bộ tạo rung được gắn đầu kim sẽ tạo rung động tuần hoàn theo phương Z (như minh họa trong hình 1); trên vật thể sẽ xuất hiện một sóng ngang (shear wave) có biên độ giảm dần (minh họa 2 mức biên độ a và b trong hình 1). Vân tốc sóng ngang sẽ được ghi nhận thông qua đầu dò Dopper được đặt một góc so với trục Z. Tại mỗi khoảng cách đều mà vị trí đầu Hình 1. Nguyên lý của hệ đo là đầu kim ta sẽ tiến hành thu thập một tập dữ liệu sử dụng đầu dò Doppler. Kết quả sẽ thu được 1 loạt các tín hiệu điều hòa có biên độ suy giảm theo trục x như hình vẽ. Trên cơ sở phân tích tín hiệu vận tốc hạt do sóng ngang tạo ra chúng ta sẽ xác định được sự thay đổi hệ số đàn hồi (nếu có) nhằm phát hiện có u hay không. Hình 2 là ảnh chụp hệ thực tế. Hình 2. Ảnh chụp hệ thí nghiệm thực tế (trái) và ảnh mẫu vật lúc còn tươi và sau khi gia nhiệt Hệ đo thực tế được thiết lập như sau: bộ tạo rung theo trục Z có gắn đầu kim đường kính 1.5 mm được phát bới một tín hiệu sin có tần số nằm trong khoảng 50 – 450 Hz; đầu dò Doppler là loại SonixRP, BW-14/60, được kích hoạt sử dụng 6 chu kì xung ở tần số trung tâm là 6.67 MHz để xác định vận tốc sóng ngang. Việc tạo sóng ngang và do vận tốc dùng Doppler phải được đồng bộ. Hình 1 mô tả việc thu nhận 3000 xung phản hồi trong khoảng thời gian 300 ms. Điều đó có nghĩa là cứ 0.1 ms thì có một xung được thu nhận (tần số lặp lại của xung phát ra là 10 kHz). Vận tốc hạt sẽ được ước lượng nhờ sử dụng độ lệch pha đo được bởi các tín hiệu dội lại. Hình 3. Thực nghiệm và mô phỏng với mô mềm không khối u Hình 4. Mô hình giả định và mô phỏng tình huống có khối u Hình 3 mô tả kết quả mô phỏng và thực nghiệm của hệ số suy hao (biểu diễn gián tiếp của hệ số đàn hồi) tiến hành trên một mô mềm đồng nhất không có khối u. Trong tình huống xuất hiện khối u, giá trị suy hao sẽ thay đổi bất thường. Hình 4 là kết quả mô phỏng và mô hình (giả định) không đồng nhất (có khối u từ vị trí 13 đến 23). Kết luận: Hệ đo và chương trình xử lý phát hiện khối u bước đầu đã hoạt động tốt; hướng phát triển sắp tới của hệ đo là nâng cao tính chính xác của các bước chuyển sao cho cách đều nhau và nằm chính xác trên một đoạn thẳng. Hệ thống hoạt động khá tốt trong môi trường đồng nhất (không có u) nhưng cần nâng cao chất lượng thuật toán trong tình huống có u xuất hiện.