Luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử: Kỹ thuật nội suy trong việc cải thiện tốc độ tạo ảnh

Chia sẻ: Mỹ Nhân | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này đã thành công trong việc nâng cao chất lượng ảnh chụp siêu âm cắt lớp bằng cách ứng dụng kỹ thuật nội suy. Ảnh khôi phục theo phương pháp đề xuất cho chất lượng tốt hơn hẳn ảnh theo phương pháp truyền thống, hơn nữa thời gian tính toán được giảm thiểu đáng kể.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử: Kỹ thuật nội suy trong việc cải thiện tốc độ tạo ảnh

LƠI NOI ĐÂU ̀ ́ ̀ ̀ ơi s Cung v ́ ự phat triên manh me cua nên kinh tê thê gi ́ ̉ ̣ ̃ ̉ ̀ ́ ́ ới la s ̀ ự phat triên cua ́ ̉ ̉ ̣ cac căn bênh, ung th ́ ư la môt căn bênh nguy hiêm ma nhân loai đang phai đôi măt. ̀ ̣ ̣ ̉ ̀ ̣ ̉ ́ ̣ Ngay nay ung th ̀ ư co thê đ ́ ̉ ược phat hiên s ́ ̣ ơm nh́ ờ cac thiêt bi chuân đoan bênh băng ́ ́ ̣ ̉ ́ ̣ ̀ ̀ ̉ ̀ ̣ hinh anh. Siêu âm la môt ph ương phap đang đ ́ ược ap dung hiên nay v ́ ̣ ̣ ơi ́ ưu điêm nôi ̉ ̉ ̣ ̀ ̣ ̣ trôi la không đôc hai, nh ưng nhưng ph ̃ ương phap truyên thông nh ́ ̀ ́ ư Bmode vân con ̃ ̀ ̀ ược điêm vê chât l nhiêu nh ̉ ̀ ́ ượng anh chuân đoan. Gân đây ph ̉ ̉ ́ ̀ ương phap tao anh căt ́ ̣ ̉ ́ lơp băt đâu đ ́ ́ ̀ ược quan tâm do sự phat triên manh vê phân mêm va phân c ́ ̉ ̣ ̀ ̀ ̀ ̀ ̀ ứng do đap ́ ứng được yêu câu vê chât l ̀ ̀ ́ ượng, nhưng phương phap nay ch ́ ̀ ưa co nhiêu ́ ̀ ứng dung ̣ trong thương mai do con găp môt sô khuyêt điêm trong đo phai kê đên chât l ̣ ̀ ̣ ̣ ́ ́ ̉ ́ ̉ ̉ ́ ́ ượng và ́ ̣ ́ tôc đô tinh toan. ́ ̣ ̉ ́ ơp s Tao anh siêu âm căt l ́ ử dung tan xa ng ̣ ́ ̣ ược dựa trên hai nguyên ly hoat ́ ̣ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣ đông la lăp Born (Born Iterative Method – BIM) va lăp vi phân Born (Distorted Born Iterative Method – DBIM) la hai ph ̀ ương phap đ ́ ược cho la tôt nhât hiên nay cho tao ̀ ́ ́ ̣ ̣ ̉ ́ ̣ ́ ̣ ́ưu điêm la tôc đô hôi tu nhanh la ph anh tan xa. Trong đo lăp vi phân Born co ̉ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ương ̉ ựa chon đê cai tiên. Luân văn nay đê xuât ph phap tac gia l ́ ́ ̣ ̉ ̉ ́ ̣ ̀ ̀ ́ ương phap s ́ ử dung ky thuât ̣ ̃ ̣ ̣ ̉ ̉ ́ ̉ ́ ̣ nôi suy đê cai tiên DBIM (co thê ap dung đ ́ ược ca v ̉ ơi BIM) giup cho anh tao đ ́ ́ ̉ ̣ ược có ́ ượng tôt h chât l ́ ơn hăn ph ̉ ương phap ban đâu, cung v ́ ̀ ̀ ới thời gian tinh toan đ ́ ́ ược giam ̉ ̉ ơi nh đang kê. V ́ ́ ưng kêt qua thu đ ̃ ́ ̉ ược qua nhưng th ̃ ực nghiêm mô phong đa ch ̣ ̉ ̃ ứng minh phương phap đê xuât cho kêt qua tôt, khăc phuc đ ́ ̀ ́ ́ ̉ ́ ́ ̣ ược nhược điêm cua ph ̉ ̉ ương ́ ̀ ́ ̀ ́ ượng khôi phuc va tôc đô tinh toan. phap truyên thông la chât l ̣ ̀ ́ ̣ ́ ́
LƠI CAM ̀ ̉ ƠN ̣ ̉ ̉ ̣ ̉ ̃ Luân văn nay la kêt qua cua hai năm lam viêc chăm chi cung nh ̀ ̀ ́ ̀ ư nhưng y kiên ̃ ́ ́ đong gop nhi ́ ́ ệt tình cung s ̀ ự hương dân đung đăn cua thây h ́ ̃ ́ ́ ̉ ̀ ướng dân, TS. Trân Đ ̃ ̀ ức Tân. Vơi nh ́ ưng đ ̃ ức tinh cua môt nha giao, nha nghiên c ́ ̉ ̣ ̀ ́ ̀ ứu tre, thây la hinh mâu ma ̉ ̀ ̀ ̀ ̃ ̀ ̣ tôi noi theo trong công viêc nghiên c ưu hoan thanh luân văn nay. ́ ̀ ̀ ̣ ̀ Tôi cung xin g ̃ ửi lơi cam ̀ ̉ ơn đên cac thây, cô va ban be trong bô môn Vi c ́ ́ ̀ ̀ ̣ ̀ ̣ ơ điện tử và Vi hệ thống và trong lơp ̣ Tử – Viên ́ K18ĐTVT, Khoa Điên ̃ Thông, Trương Đai Hoc Công Nghê, Đai Hoc Quôc Gia Ha Nôi đa co nh ̀ ̣ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̀ ̣ ̃ ́ ững nhân xet, gop y ̣ ́ ́ ́ ̣ ̀ ̉ cho luân văn nay cua tôi. Xin được gửi lơi cam ̀ ̉ ơn đên nh ́ ưng ng ̃ ươi ban cua tôi hiên đang lam viêc tai ̀ ̣ ̉ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ bô môn Cơ Điên T ̣ ử – Trương Đai Hoc Giao Thông, Tuân D ̀ ̣ ̣ ́ ương. Ngươi đa giup đ ̀ ̃ ́ ơ ̃ ̀ ̣ ́ ức khoa hoc cung nh tôi vê măt kiên th ̣ ̃ ư vê măt tinh thân. ̀ ̣ ̀ Cuôi cung tôi xin g ́ ̀ ửi lơi cam ̀ ̉ ơn đên gia đinh tôi, nh ́ ̀ ững người đa tao điêu ̃ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ kiên cho tôi hoc tâp va nghiên c ̀ ưu. Gia đinh la đông l ́ ̀ ̀ ̣ ực cho tôi vượt qua nhưng th ̃ ử ́ ̉ ̣ ̀ ̣ ̀ ̀ ̣ thach, luôn luôn ung hô va đông viên tôi hoan thanh luân văn nay. ̀
LƠI CAM ĐOAN ̀ ̣ Tôi xin cam đoan luân văn này là s ản phẩm của quá trinh nghiên cứu, tìm hiểu của cá nhân dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo của các thầy hương dân, thây cô ́ ̃ ̀ ̣ trong bô môn, trong khoa và các bạn be. Tôi không sao chép các tài li ̀ ệu hay các công trình nghiên cứu của người khác để làm luận văn này. Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm. ̣ Đăng Quang V ương
MUC LUC ̣ ̣
DANH MUC CAC KY HIÊU VA CH ̣ ́ ́ ̣ ̀ Ữ VIÊT TĂT ́ ́ Ky Hiêu ́ ̣ Đơn vị Y nghia ́ ̃ BIM Born Iterative Method DBIM Distorted Born Iterative Method ́ ượng may phat Sô l ́ ́ ́ ượng may thu Sô l ́ mm La kich th ̀ ́ ươc cua môt ô (pixel) ́ ̉ ̣ N ́ ượng ô (pixel) theo chiêu doc/ngang Sô l ̀ ̣ m/s ̣ Vân tôc truyên song trong môi tr ́ ̀ ́ ường chuân ̉ m/s ̣ ́ ượng Vân tôc truyên song trong đôi t ́ ̀ ́ ̣ Ham muc tiêu ̀ Pa ́ ới (tin hiêu t Song t ́ ̣ ới) Pa ̣ ̉ Tin hiêu tông ́ Pa ̣ ́ ̣ Tin hiêu tan xa ́ rad/m Sô song ́ ́ 5
DANH MUC CAC BANG ̣ ́ ̉ 6
DANH MUC CAC HINH VE ̣ ́ ̀ ̃ CHƯƠNG 1. GIƠI THIÊU ́ ̣ 1.1. Tông quan ̉ ̣ Co cac loai ph ́ ́ ương phap chuân đoan bênh băng hinh anh phô biên trong Y ́ ̉ ́ ̣ ̀ ̀ ̉ ̉ ́ Sinh như chup X quang, chup CT (Computed Tomography), chup công h ̣ ̣ ̣ ̣ ưởng tư ̀ (magnetic resonance imaging), Siêu âm (ultrasound). Một ưu điểm lớn nhất của CT là cho phép khảo sát các phần xương có cấu trúc tinh tế. Phương pháp chụp cộng hưởng từ, kí hiệu MRI (magnetic resonance 7
imaging) không tỏ ra hữu hiệu trong trường hợp này. Hình ảnh CT cho chất lượng rất tốt. Vì vậy, hiện nay người ta kết hợp CT với phương pháp PET (dùng để tạo ảnh chức năng) để tạo ra máy quét CT/PET vừa cho hình ảnh giải phẫu vừa khảo sát được chức năng của các cơ quan. Tuy nhiên, CT sử dụng tia X có tác hại xấu đối với sức khoẻ của bệnh nhân. Tia X có khả năng gây ion hoá tế bào, và với lượng lớn có thể gây ung thư. Ngoài ra, giá cả của mỗi lần chụp CT là rất đắt. Ưu điêm cua MRI la anh c ̉ ̉ ̀ ̉ ủa cấu trúc các mô mềm trong cơ thể như tim, phổi, gan và các cơ quan khác rõ hơn và chi tiết hơn so với ảnh được tạo bằng các phương pháp khác, khiến MRI trở thành công cụ trong chẩn đoán bệnh thời kỳ đầu và đánh giá các khối u trong cơ thể. Nhưng no co nh ́ ́ ược điêm la các v ̉ ̀ ật bằng kim loại cấy trong cơ thể (không được phát hiện) có thể chịu ảnh hưởng của từ trường mạnh va không s ̀ ử dụng với các bệnh nhân mang thai ở quý đầu, trừ khi thật cần thiết. Siêu âm (ultrasound) là một phương pháp khảo sát hình ảnh học bằng cách cho một phần của cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể. Siêu âm không sử dụng các phóng xạ ion hóa (như X quang). Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu. Tao anh siêu âm không chi an toan vê b ̣ ̉ ̉ ̀ ̀ ức xa ion ma ̣ ̀ ̣ ̉ ̀ ̣ con cho hiêu qua vê măt chi phi gia thanh. ̀ ́ ́ ̀ ̣ ̣ ̉ ̃ ược sử dung rông rai cho nhiêu Ky thuât tao anh âm thanh đa đ ̃ ̣ ̣ ̃ ̀ ứng dung t ̣ ư ̀ ́ ơm khi ma co s rât s ́ ̀ ́ ự phat triên cua sonar vao khoang 1910. Môt trong nh ́ ̉ ̉ ̀ ̉ ̣ ững ứng ̣ dung to l ơn nhât trên c ́ ́ ơ sở sử dung nguyên ly ky thuât sonar la tao anh Bmode, môt ̣ ́ ̃ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣ ứng dung trong tao anh y tê [1]. Anh Bmode la kêt qua cua s ̣ ̣ ̉ ́ ̉ ̀ ́ ̉ ̉ ự thay đôi trong ham can ̉ ̀ ̉ trở âm thanh, cai ma thay đôi trong cac môi tr ́ ̀ ̉ ́ ường khac nhau. “Đô phân giai không ́ ̣ ̉ ̣ ̉ ̣ ươc song co thê thu đ gian” trên bâc cua môt b ́ ́ ́ ̉ ược băng s ̀ ử dung cac mang (arrays) [2] ̣ ́ ̉ ̀ ̣ ̀ ử chuyên đôi đ va tâp trung cao vao cac phân t ̀ ́ ̉ ̉ ơn [3] (“đô phân giai không gian” la ̣ ̉ ̀ khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật phản xạ mà chúng có thể phân biệt rõ tín hiệu dội trên màn hiển thị. Độ phân giải không gian được chia thành độ phân giải ngang, độ phân giải dọc trục và slice thickness). Măc du chât l ̣ ̀ ́ ượng hinh anh co thê xâu đi ̀ ̉ ́ ̉ ́ do sự sai lêch pha va biên đô [4], nh ̣ ̀ ̣ ưng hinh anh tao thanh la đ ̀ ̉ ̣ ̀ ̀ ơn gian va tin cây. ̉ ̀ ̣ ́ ự nhiên cua no ma chuân đoan y tê s Tuy nhiên, do tinh chât t ́ ̉ ́ ̀ ̉ ́ ́ ử dung tao anh Bmode ̣ ̣ ̉ thông thương la chu quan va phu thuôc vao chuyên môn va kinh nghiêm cua ng ̀ ̀ ̉ ̀ ̣ ̣ ̀ ̀ ̣ ̉ ươì ̉ ̉ điêu khiên. 8
̣ ̣ ̉ ̣ Ky thuât tao anh Bmode con măc môt nh ̃ ̀ ́ ược điêm l ̉ ơn đo la chât l ́ ́ ̀ ́ ượng hinh ̀ ̉ ̀ ̣ ́ ̉ ́ ̣ ược cac khôi u nho h anh con han chê, không thê phat hiên đ ́ ́ ̉ ơn bươc song. Gân đây ́ ́ ̀ phương phap tao anh siêu âm căt l ́ ̣ ̉ ́ ơp băt đâu đ ́ ́ ̀ ược quan tâm do sự phat triên manh ́ ̉ ̣ ̉ ̀ ưng va phân mêm cho cac thiêt bi cung v cua phân c ́ ̀ ̀ ̀ ́ ́ ̣ ̀ ơi kha năng giai quyêt nh ́ ̉ ̉ ́ ững ́ ̉ ̀ ̀ ̣ ̉ ̣ ́ ớp được giới thiêu d khuyêt điêm con tôn tai cua Bmode. Ky thuât siêu âm căt l ̃ ̣ ưới ̀ ơi nh đây cung v ́ ưng điêm manh va điêm yêu cua no. ̃ ̉ ̣ ̀ ̉ ́ ̉ ́ 1.2. Chup căt l ̣ ́ ớp siêu âm sử dung tan xa ng ̣ ́ ̣ ược ̣ Khi môt tia t ơi song âm găp môt môi tr ́ ́ ̣ ̣ ương không đông nhât thi môt phân năng ̀ ̀ ́ ̀ ̣ ̀ lượng se bi tan xa theo moi h ̃ ̣ ́ ̣ ̣ ương. Bai toan chup căt l ́ ̀ ́ ̣ ́ ớp siêu âm bao gôm ̀ ươć lượng sự phân bô cua cac tham sô (tôc đô âm thanh, s ́ ̉ ́ ́ ́ ̣ ự suy giam âm, mât đô va ̉ ̣ ̣ ̀ nhưng th ̃ ứ khac) tan xa cho môt tâp cac gia tri đo cua tr ́ ́ ̣ ̣ ̣ ́ ́ ̣ ̉ ương tan xa băng viêc giai ̀ ́ ̣ ̀ ̣ ̉ ngược cac ph ́ ương trinh song. Vi thê, chup căt l ̀ ́ ̀ ́ ̣ ́ ớp siêu âm cho thây đinh l ́ ̣ ượng thông ̉ ̣ ̉ ươi s tin cua vât thê d ́ ự khao sat hay kiêm tra. Hiên tai m ̉ ́ ̉ ̣ ̣ ơi chi co môt vai hê thông ́ ̉ ́ ̣ ̀ ̣ ́ ̣ ́ ớp (utrasonic computerd tomography – UCT), hai trong số lâm sang chup siêu âm căt l ̀ ́ ̀ ̀ ̣ ̉ ̀ ̣ đo la CURE [5,6] va HUTT [7]. Tuy nhiên đô phân giai không gian va đô chinh xac ́ ́ ̉ ́ ̣ ̀ ̃ ̀ ơi han vi bo qua vân đê nhiêu xa. Thiêt bi th cua cac hê thông nay vân con gi ́ ́ ̣ ̀ ̉ ́ ̀ ̃ ̣ ́ ̣ ứ 3, may ́ scan TMS (Techniscal Medical Systems) [8] sử dung ca thuât toan tan xa ng ̣ ́ ̣ ́ ́ ̣ ược cho ̉ ́ ́ ơn. kêt qua chinh xac h ́ ́ ̣ ược âm găp phai môt sô han chê nh Tuy nhiên, tan xa ng ̣ ̉ ̣ ́ ̣ ́ ư trong kêt qua chup ́ ̉ ̣ ́ ơp Ysinh không đ căt l ́ ược thanh công nh ̀ ư cac ph ́ ương phap tao anh căt l ́ ̣ ̉ ́ ớp khać ́ ơp X – quang, căt l (căt l ́ ́ ơp hat nhân, va chup công h ́ ̣ ̀ ̣ ̣ ưởng tư) th ̀ ương đ ̀ ược sử dung ̣ ̉ cho chuân đoan y tê. Đâu tiên, ph ́ ́ ̀ ương phap tan xa ng ́ ́ ̣ ược găp phai vân đê vê hôi tu ̣ ̉ ́ ̀ ̀ ̣ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ượng vơi “đô t khi tai tao lai đôi t ́ ̣ ương phan” l ̉ ơn ( đô t ́ ̣ ương phan quyêt đinh b ̉ ́ ̣ ởi tinh ́ ́ ̉ chât cua môi tr ương, biêu hiên b ̀ ̉ ̣ ởi sự tan xa âm thanh nhiêu hay it, chinh la chênh ́ ̣ ̀ ́ ́ ̀ ̣ ́ ̣ lêch tôc đô truyên song gi ̀ ́ ưa 2 môi tr ̃ ường). Răng buôc nay cho đên nay đa han chê ̀ ̣ ̀ ́ ̃ ̣ ́ nhưng ̃ ưng dung tan xa ng ́ ̣ ́ ̣ ược ap dung cho viêc tao anh vung ng ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ̀ ực [911]. Thứ 2, sô liêu tan xa phai thu thâp ́ ̣ ́ ̣ ̉ ̣ ở rât nhiêu goc khac nhau t ́ ̀ ́ ́ ừ đên đê thu ́ ̉ được chât l ́ ượng chup tôt. Đo cung la ly do ma nghiên c ̣ ́ ́ ̃ ̀ ́ ̀ ứu chup tan xa ng ̣ ́ ̣ ược siêu ̣ ̣ ̀ ̣ ̉ âm lai tâp trung vao tao anh vung ng ̀ ực, đê bao trum đ ̉ ̀ ược đây đu sô liêu viêc tao anh ̀ ̉ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ở tân sô t ̀ ́ ương đôi cao (lên đên 5 MHz). Trong tr ́ ́ ương h ̀ ợp tao anh vu, goc bao phu ̣ ̉ ́ ́ ̉ ̀ ̉ đây đu thu được băng cach cho vung vu đo vao trong n ̀ ́ ̀ ́ ́ ̀ ươc, cach nay đ ́ ́ ̀ ược sử dung ̣ ́ ̣ ợ chông siêu âm khôi u. cho cac căp v ̀ ́ 9
̣ ́ ̉ ̣ ́ ớp sử dung tan xa ng Cuôi cung, han chê cua chup siêu âm căt l ́ ̀ ̣ ́ ̣ ược la tôc đô ̀ ́ ̣ ́ ̀ ́ ượng anh tai tao. Ph tinh toan va chât l ́ ̉ ́ ̣ ương phap chup căt l ́ ̣ ́ ớp sử dung tan xa ng ̣ ́ ̣ ược được đanh gia la cho kêt qua chinh xac va kha quan h ́ ́ ̀ ́ ̉ ́ ́ ̀ ̉ ơn cac ph ́ ương phap chup siêu ́ ̣ âm trươc đây nh ́ ưng vân đê vê tôc đô tinh toan la môt tr ́ ̀ ̀ ́ ̣ ́ ́ ̀ ̣ ở ngai l ̣ ớn cua ph ̉ ương phaṕ ̉ ́ ̣ ̣ ̣ ̃ nay, trong chuân đoan bênh y hoc thi yêu câu vê tôc đô cung nh ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ư chât l ́ ượng cân ̀ được đam bao. ̉ ̉ Như vây chup căt l ̣ ̣ ́ ớp siêu âm (thường được ap dung cho cac kiêm tra vê ung ́ ̣ ́ ̉ ̀ thư vu) co nhiêu ́ ́ ̀ ưu điêm trong siêu âm (cho chât l ̉ ́ ượng anh tôt, không đôc hai b ̉ ́ ̣ ̣ ởi ́ ̣ tac đông ion…) nh ưng chât l ́ ượng anh chup con han chê, tôc đô tinh toan ch ̉ ̣ ̀ ̣ ́ ́ ̣ ́ ́ ưa nhanh, ̀ ́ ̣ ̀ phương phap n vi thê luân văn nay trinh bay ̀ ̀ ́ ội suy kết hợp với xấp xỉ Born nhằm ́ ượng anh chup va đam bao đ nâng cao chât l ̉ ̣ ̀ ̉ ̉ ược tăng tôc đô tinh toan trong chup căt ́ ̣ ́ ́ ̣ ́ lơp siêu âm s ́ ử dung tan xa ng ̣ ́ ̣ ược. Để xuất này cùng với những nghiên cứu khác trong bộ môn nằm trong hướng nghiên cứu chụp ảnh siêu âm cắt lớp tại Khoa ĐTVT [2023]. 1.3. Tô ch ̉ ưc luân văn ́ ̣ ̀ ̣ ̉ ̣ ̀ ược tô ch Phân con lai cua luân văn nay đ ̀ ̉ ức như sau: Chương 2 trinh bay vê cac ̀ ̀ ̀ ́ ́ ̀ ̣ bao gôm viêc trinh bay 2 ph nguyên tăc lam viêc ̀ ̣ ̀ ̀ ương phap BIM ́ (Born iterative method) va DBIM (Distorted born iterative method), so sanh 2 ph ̀ ́ ương phap. Ch ́ ương 3 đưa ra phương phap đê xuât đê giai quyêt vân đê đăt ra. Ch ́ ̀ ́ ̉ ̉ ́ ́ ̀ ̣ ương 4 đưa ra những ̉ ̃ ̣ ược khi ap dung ph kêt qua đa đat đ ́ ́ ̣ ương phap đê xuât cung v ́ ̀ ́ ̀ ơi nh ́ ưng đanh gia va ̃ ́ ́ ̀ ́ ̣ ̀ ững kêt qua đa đat đ kêt luân vê nh ́ ̉ ̃ ̣ ược. 10
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LY HOAT ĐÔNG ́ ̣ ̣ 2.1. Born Iterative Method (BIM) ̀ ơ đô câu hinh thu phat cua hê chup siêu âm căt l Hinh 2.1 la s ̀ ̀ ́ ̀ ́ ̉ ̣ ̣ ́ ớp. ̀ ́ ̀ ̣ Hinh 2.1: Câu hinh hê đo Việc thực hiện đo thực tế có thể làm theo 2 cách sau: Cách 1: Tất cả các máy phát và máy thu đều cố định trong suốt quá trình đo. Vật thể sẽ được xoay quanh trục trung tâm với 1 bước nhảy xác định. Nhận xét rằng một máy thu và Nr máy phát được đặt đối xứng nhau như hình 2 nhằm đảm bảo không bị hiện tượng dịch pha gây lỗi khi khôi phục ảnh [12] . Cách 2: Cố định vật thể, tại một vị trí máy phát xác định sẽ tiến hành đo trên Nr máy thu ở vị trí đối xứng. Trên thực tế chỉ cần một máy thu nhưng thực hiện Nr lần đo ứng với một vị trí máy phát. Sau đó khi dịch máy phát đi một góc thì Nr máy thu kia cũng tự động dịch chuyển một cách tương ứng. ̀ ̀ ̀ ̣ ̀ ựng anh. Vung Vung cân quan tâm (RIO – region of interest) bao gôm vât cân d ̉ ̀ ̣ ́ ̀ ược chia thanh NxN ô vuông (pixel) co kich th diên tich quan tâm nay đ ̀ ́ ́ ươc la h. sô ́ ̀ ́ lượng may phat la va may thu la ́ ́ ̀ ̀ ́ ̀. Vơi vung tan xa hinh tron nh ́ ̀ ́ ̣ ̀ ̀ ư trong Hinh 2.1, ham ̀ ̀ muc tiêu (Object function) được tinh b ́ ởi công thưc (2.1). ́ (2.1) 11
Vơi ̀ ̀ ́ ̣ ́ ượng va tôc đô truyên trong n ́ va la tôc đô truyên song trong đôi t ̀ ́ ̀ ́ ̣ ̀ ước, f la tân sô song siêu âm, ̀ ̀ ́ ́ ω la tân sô goc ( ̉ ́ ượng. ̀ ̀ ́ ́ ),R la ban kinh cua đôi t ̀ ́ ́ Phương trinh truyên song đ ̀ ̀ ́ ược mô ta:̉ (2.2) Với là số sóng tính trong môi trường B1, là tần số góc, tín hiệu áp suất tổng (là tổng của áp suất tới và áp suất gây bởi tán xạ), và là hàm mục tiêu. ̉ Giai ph ương trinh (2.2) se co nghiêm dang tich phân tinh theo ham Green nh ̀ ̃ ́ ̣ ̣ ́ ́ ̀ ư sau: (2.3) Ở đó là sóng tán xạ, là sóng tới và G(.) là hàm Green. Chúng ta sử dụng phương pháp mômen để rời rạc hóa phương trình (2.3) [13] bằng cách chia lưới vùng diện tích chứa đối tượng (xem Hinh 2.1). Sóng t ̀ ới được biểu diễn dạng vecto kích thước N2×1 như sau: (2.4) Và áp suất tán xạ thu được có kích thước NtNr×1: (2.5) Ở đó là ma trận ứng với hệ số G0(r,r’) từ các pixel tới máy thu, là ma trận ứng với hệ số G0(r,r’) giữa các pixel, là ma trận đơn vị, và D(.) là toán tử chéo hóa [13]. Nêu co ́ ̣ ́ ́ ́ ̣ ̀ ́ va ̀ may thu thi tin hiêu ap suât tan xa la vector ́ ́ may phat ́ ̀ ́ được viêt lai: ́ ̣ (2.6) ́ la ma trân kich c Vơi ̀ ̣ ́ ơ ̃. Nhưng d ̃ ữ liêu đ ̣ ược xử ly s ́ ử dung BIM đê khôi phuc lai m ̣ ̉ ̣ ̣ ưc đô t ́ ̣ ương phan ̉ ́ ̣ ̀ ́ ̀ ́ ́ ̉ ́ ̣ tôc đô âm thanh. Băng cach nay chung ta co thê xac đinh được co khôi u tôn tai trong ́ ́ ̀ ̣ môi trương. BIM s ̀ ử dung xâp xi Born đê tinh toan trong cac vong lăp cua bai toan phi ̣ ́ ̉ ̉ ́ ́ ́ ̀ ̣ ̉ ̀ ́ ́ ́ ̣ ược. Nêu chung ta s tuyên tan xa ng ́ ́ ử dung nhiêu may phat va may thu ham muc tiêu ̣ ̀ ́ ́ ̀ ́ ̀ ̣ ́ ̉ ược ươc l co thê đ ́ ượng băng cach s ̀ ́ ử dung quy tăc Tikhonov. ̣ ́ (2.7) Vơi ́ ̉ ́ ̀ ̀ ược lựa chon môt cach cân thân ́ la tham sô cua quy tăc, tham sô nay cân đ ̀ ́ ̣ ̣ ́ ̉ ̣ ̀ ́̉ vi no anh h ưởng đên s ́ ự ôn đinh cua hê thông [16]. Nêu ma l ̉ ̣ ̉ ̣ ́ ́ ̀ ơn thi anh tai tao se kho ́ ̀̉ ́ ̣ ̃ ́ nhưng nêu ma nho thi viêc tinh toan se ph ́ ̀ ̉ ̀ ̣ ́ ́ ̃ ưc tap. ́ ̣ 12
̣ Nhân xet răng trong 2 ph ́ ̀ ương trinh (2.4) va (2.5) thì c ̀ ̀ ả và đều chưa biết. Để giải quyết ta phải áp dụng xấp xỉ Born loại 1 cho điều kiện ban đầu trước khi bắt đầu vòng lặp: . Bên cạnh đo, tin hiệu sóng tới được cho là: (2.8) Với J0 là hàm Bessel bậc 0, là khoảng cách giữa máy phát và các điểm thứ k trong vùng chia lưới. Tín hiệu trong thực tế có thể đo được bằng cách lấy hiệu số của tín hiệu tại máy thu khi có đối tượng và khi không có đối tượng. Còn trong mô phỏng thì lại có thể được tính bằng phương trình (2.5) sử dụng hàm mục tiêu lý tưởng. Sau đó chúng ta sẽ sử dụng phương pháp BIM để khôi phục hàm mục tiêu bằng cách lặp hai phương trình (2.4) và (2.5) theo thuật toán BIM như sau: Thuât toan 1 ̣ ́ The Born iterative method 1: Thiết lập và 2: Tính toán hai ma trận và 3: Lặp cho đến khi RRE
̣ gian trong vât. Ph ương trinh truyên song cua hê thông co thê đ ̀ ̀ ́ ̉ ̣ ́ ́ ̉ ược cho như phương trinh (2.2). ̀ ́ ̣ ươi dang tich phân ta co: Viêt lai d ́ ̣ ́ ́ (2.10) (2.11) Ở đó là sóng tán xạ, là sóng tới và G(.) là hàm Green. (2.12) ̣ ̀ ược khôi phuc t la ham muc tiêu cân d ̀ ̀ ̣ ừ dư liêu tan xa. ̃ ̣ ́ ̣ Băng ph ̀ ương phap moment (MoM) ap suât tông co thê đ ́ ́ ́ ̉ ́ ̉ ược tinh: ́ (2.13) ́ ́ ̣ Ap suât tan xa: ́ (2.14) ́ ưa biêt la va trong công th Hai biên ch ́ ̀ ̀ ức (2.13) va (2.14), trong tr ̀ ương h ̀ ợp ̀ ́ ̣ ́ ̉ ̣ nay ap dung xâp xi Born loai 1 va theo (2.13), (2.14) ta co: ̀ ́ (2.15) Vơi ́ Vơi môi bô phat va bô thu, chung ta co môt ma trân va môt gia tri vô h ́ ̃ ̣ ́ ̀ ̣ ́ ́ ̣ ̣ ̀ ̣ ́ ̣ ướng . Thây răng vector ch ́ ̀ ưa biêt ́ ̣ ̀ ́ co ́ gia tri băng với sô pixel cua RIO. Ham muc tiêu ́ ̉ ̀ ̣ ́ ̉ ược tinh băng cach lăp: (Object function) co thê đ ́ ̀ ́ ̣ (2.16) Vơi va la gia tri cua ham muc tiêu ́ ̀ ̀ ́ ̣ ̉ ̀ ̣ ở bước hiên tai va b ̣ ̣ ̀ ươc tr ́ ươc đo. co thê ́ ́ ́ ̉ được tim băng quy tăc Tikhonov: ̀ ̀ ́ (2.17) ́ ̀ vector chưa gia tri sai khac gi Trong đo la ( ́ ́ ̣ ́ ưa kêt qua đo va kêt qua tiên đoan ̃ ́ ̉ ̀ ́ ̉ ́ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ược tao b tin hiêu siêu âm tan xa; la ma trân đ ́ ̣ ởi phep đo ́ Thuât toan 2 ̣ ́ : The distorted Born iterative method ̣ ́ ̣ ởi tao 1: Chon gia tri kh ̣ 2: while( ) or( RRE
5: Tinh RRE t ́ ương ưng s ́ ử dung công th ̣ ức (2.18) 6: ́ ̣ ơi s Tinh gia tri m ́ ́ ử dung (2.16) ̣ 7: ; } (2.18) [13]. 2.3. Bai toan ng ̀ ́ ược ̉ ̉ ̀ ́ ược khi co nhiêu ta phai s Đê giai bai toan ng ́ ̃ ̉ ử dung ph ̣ ương phap “Nonlinear ́ ̣ ́ ̉ ̉ conjugate gradient method” (NCG) [13][14]. Vi thê ta co thuât toan đê giai ph ̀ ́ ́ ương trinh (2.17) nh ̀ ư sau: Thuât toan 3: NCG method ̣ ́ 1: Khởi tao ̣ dươi dang môt vector 0 ́ ̣ ̣ 2: Khởi tao . ̣ 3: Khởi tao va . ̣ ̀ 4: for đên gia tri lăp l ́ ́ do ́ ̣ ̣ ớn nhât, 5: 6: 7: 8: 9: 10: 11: 12: if , then 13: Break iterations 14: end if 15: end for ̉ ựa chon tham sô ta s Đê l ̣ ́ ử dung công th ̣ ưc (2.19) [13]: ́ (2.19) Vơi đ ́ ược tinh theo ph ́ ương phap luy th ́ ̃ ưa lăp v ̀ ̣ ới xâp xi ti sô Rayleigh [15]. ́ ̉ ̉ ́ 15
Thuât toan 4 ̣ ́ : The power iteration method with Rayleigh quotient 1: Khởi tao vector ngâu nhiên đ ̣ ̃ ơn vi va ̣ ̀ 2: for đên sô vong lăp l ́ ́ ̀ ́ do ̣ ớn nhât, 3: 4: 5: if then 6: Break iterations 7: end if 8: 9: 10: 11: end for 2.4. Mô phong thuât toan BIM va DBIM ̉ ̣ ́ ̀ 2.4.1. Mô phong BIM ̉ Kich ban mô phong 1 ̣ ̉ ̉ : Tân sô song siêu âm ̀ ́ ́ 1MHz Đương kinh vung tan xa ̀ ́ ̀ ́ ̣ 1mm ̀ ́ ̣ ược chia lươí Vung tan xa đ ́ ượng may phat Sô l ́ ́ 9 ́ ượng may thu Sô l ́ 121 ̣ tôć độ truyên Chênh lêch ̀ 2% song ́ ̀ ̀ ̀ ̣ ́ ưởng được xây dựng bởi phương trinh (2.1) Hinh 2.2. la ham muc tiêu ly t ̀ 16
̣ ́ ưởng Hinh 2.2: Ham muc tiêu ly t ̀ ̀ ̉ ̀ ̣ ̣ Hinh 2.3 va Hinh 2.4 mô ta ham muc tiêu cân khôi phuc sau b ̀ ̀ ̀ ̀ ươc 1 va b ́ ̀ ươc 5 ́ (tưc la sau vong lăp th ́ ̀ ̀ ̣ ứ nhât va vong lăp th ́ ̀ ̀ ̣ ứ 5) ̣ Hinh 2.3: Ham muc tiêu sau b ̀ ̀ ươc lăp đâu tiên ́ ̣ ̀ 17
̣ Hinh 2.4: Ham muc tiêu sau b ̀ ̀ ươc lăp th ́ ̣ ứ 5 ̀ ̀ ̣ ̉ ̣ ́ ữa kêt qua khôi phuc va ham muc tiêu ly Hinh 2.5 la đô thi biêu thi sai sô gi ̀ ́ ̉ ̣ ̀ ̀ ̣ ́ tưởng (sai sô err) v ́ ơi err đ ́ ược tinh nh ́ ư sau: (2.19) ̣ ́ ưởng va ̀ước lượng theo phương (i,j) Trong đo va la ham muc tiêu ly t ́ ̀ ̀ ̀ Hinh 2.5: Sai sô qua t ̀ ́ ưng b ̀ ươc lăp ́ ̣ 18
Kich ban mô phong 2: ̣ ̉ ̉ Tân sô song siêu âm ̀ ́ ́ 1MHz Đương kinh vung tan xa ̀ ́ ̀ ́ ̣ 1mm ̀ ́ ̣ ược chia lươí Vung tan xa đ ́ ượng may phat Sô l ́ ́ 9 ́ ượng may thu Sô l ́ 121 ̣ tôć độ truyên Chênh lêch ̀ 2% song ́ ̣ Hinh 2.6 la ham muc tiêu đ ̀ ̀ ̀ ược xây dựng bởi phương trinh (2.1) ̀ ưng v ́ ơí nhưng tham sô cua kich ban ̃ ́ ̉ ̣ ̉ ̣ ́ ưởng (N=17) Hinh 2.6: Ham muc tiêu ly t ̀ ̀ ̀ ̀ ̀ ̀ ̉ ̀ ̣ ̀ ̣ Hinh 2.7, Hinh 2.8 va Hinh 2.9 mô ta ham muc tiêu cân khôi phuc sau b ươc 1, ́ bươc 4 va b ́ ̀ ươc 10 (t ́ ưc la sau vong lăp th ́ ̀ ̀ ̣ ứ nhât, vong lăp th ́ ̀ ̣ ứ 4 va vong lăp th ̀ ̀ ̣ ứ 10) 19
̣ Hinh 2.7: Ham muc tiêu sau b ̀ ̀ ươc lăp th ́ ̣ ứ 1 ̣ Hinh 2.8: Ham muc tiêu sau b ̀ ̀ ươc lăp th ́ ̣ ứ 4 20