TỔNG QUAN VỀ CÁC CHUẨN LƯU TRỮ ẢNH TRONG
Analysis of Functional NeuroImaging – AFNI
AFNI (Analysis of Functional NeuroImaging) is a powerful environment for processing, analyzing, and visualizing fMRI data, a technique used to simulate human brain activity It operates on Unix-based systems, including SGI and Linux, utilizing the X11 and MOTIF graphical interfaces.
ANFI, được viết bằng ngôn ngữ C, đã được phát triển mạnh mẽ tại Đại học Y Dược Wisconsin vào năm 1994 và sau đó được Robert W Cox mở rộng Sự phát triển này đã tạo ra nhiều điểm nhấn quan trọng trong NIH (Viện Y tế Quốc gia).
Institutes of Health) vào năm 2001 và tiếp tục phát triển ở NIMH Scientific and Statistical Computing Core
- AFNI lưu trữ thông tin vào 2 file:
File BRIK lưu trữ dữ liệu
File ACII HEAD lưu trữ các thông tin header
Hình 1: Chương trình phần mềm AFNI
Analyse
- Analyse là chương trình phần mềm mạnh do BIR (Biomedical
Phòng thí nghiệm Imaging Resource tại Mayo Clinic phát triển công nghệ hiển thị, xử lý và đo đạc các ảnh đa chiều trong lĩnh vực y khoa Phần mềm Analyze được sử dụng để trích xuất các hình ảnh từ các phương pháp chẩn đoán như MRI, CT và PET.
- Định dạng file trong Analyse 7.5 đã đƣợc sử dụng sâu rộng trên lĩnh vực xử lí ảnh não bộ thần kinh, và các chương trình khác như SPM (Statistical
Parametric Mapping), AIR, MRIcro có thể đọc và ghi định dạng đó Những file có thể được sử dụng để lưu trữ những hình khối đa chiều
- Một mục dữ liệu gồm hai file :
Một file chứa dữ liệu kiểu binary với phần mở rộng img
Một file chứa metadata với phần mở rộng hdr
Hình 2: Chương trình phần mềm Analyse
DICOM
DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là tiêu chuẩn quan trọng trong việc xử lý, truyền tải, lưu trữ và in ấn ảnh y khoa, bao gồm định dạng file và giao thức truyền tin qua mạng Các file DICOM cho phép trao đổi thông tin giữa hai chương trình, giúp nhận ảnh và dữ liệu bệnh nhân một cách hiệu quả theo định dạng DICOM.
DICOM cho phép tích hợp các thiết bị như máy scan, server, trạm làm việc, máy in và thiết bị mạng từ nhiều nhà cung cấp thành một hệ thống truyền tải và lưu trữ ảnh đồng nhất Hiện nay, hầu hết các bệnh viện trên toàn thế giới đã áp dụng DICOM vào các thiết bị y tế, máy trạm và hệ thống quản lý trong quy trình khám và chữa bệnh.
- Các Modality hỗ trợ DICOM
Viết tắt Tên đầy đủ Viết tắt Tên đầy đủ
AS Angioscopy LS Laser Surface Scan
BI Biomagnetic Imaging MA Magnetic Resonance
CD Color Flow Doppler MR Magnetic Resonance
CP Culposcopy MS Magnetic Resonance
CS Cystoscopy PT Positron Emission
DD Duplex Doppler RG Radiographic Imaging
DG Diaphanography RTDOSE Radiotherapy Dose
DM Digital Microscopy RTIMAGE Radiotherapy Image
EC Echocardiography ST Single-photon Emission
FS Fundoscopy XA X-Ray Angiography
HC Hard Copy ECG Electrocardiograms
CHUẨN ẢNH DICOM
Giới thiệu chung
Vào năm 1970, trước sự phát triển của chụp ảnh CT và các phương pháp chẩn đoán y khoa số khác, ACR và NEMA nhận thấy cần thiết phải có một tiêu chuẩn để truyền tải ảnh và thông tin liên quan giữa các nhà sản xuất thiết bị y tế, mặc dù các thiết bị này sản xuất ra định dạng ảnh khác nhau Đến năm 1983, ACR và NEMA đã thành lập một ủy ban chung nhằm phát triển phương pháp chuẩn này.
Tăng cường khả năng giao tiếp thông tin ảnh số của thiết bị y khoa bất chấp thiết bị đó là của nhà sản xuất nào
Việc phát triển và mở rộng các hệ thống truyền tải và lưu trữ ảnh trở nên dễ dàng hơn, giúp chúng trở thành cầu nối giao tiếp hiệu quả với các hệ thống thông tin bệnh viện khác.
Cho phép tạo ra thông tin cở sở chẩn đoán, từ đó nhiều loại thiết bị chẩn bệnh sẽ sử dụng và tra cứu thông tin này
ACR-NEMA đã phát hành "ACR-NEMA Standards Publication" phiên bản 1.0 vào năm 1985 và tiếp tục công bố phiên bản 2.0 vào năm 1988 Tài liệu này định nghĩa các tiêu chuẩn giao tiếp phần cứng, yêu cầu tối thiểu về lệnh phần mềm và các định dạng dữ liệu cần thiết.
- Chuẩn DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) đƣa ra nhiều cải tiến qua trọng so với 2 phiên bản của chuẩn ACR-NEMA trước:
Chuẩn DICOM có khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường mạng nhờ vào việc sử dụng giao thức TCP/IP tiêu chuẩn, trong khi đó, chuẩn ACR-NEMA chỉ giới hạn trong các mạng point-to-point.
Chuẩn DICOM được sử dụng trong môi trường lưu trữ off-line, với các thiết bị lưu trữ tiêu chuẩn như CD-R, MOD và filesystem logic như ISO 9660 và FAT16 Trong khi đó, chuẩn ACR-NEMA không quy định định dạng file, thiết bị lưu trữ vật lý hay filesystem logic.
Chuẩn DICOM quy định cách thức các thiết bị y tế phải tuân thủ trong việc thực hiện lệnh và xử lý dữ liệu Khác với chuẩn ACR-NEMA, có giới hạn trong việc truyền tải dữ liệu, DICOM sử dụng khái niệm Service Classes để mô tả ngữ nghĩa của các lệnh và dữ liệu liên quan.
DICOM cung cấp các yêu cầu và quy tắc rõ ràng cho các nhà sản xuất thiết bị y tế nhằm đảm bảo sản phẩm của họ tuân thủ chuẩn DICOM Trong khi đó, chuẩn ACR-NEMA chỉ đưa ra rất ít thông tin về vấn đề này.
- Hướng phát triển hiện thời: chuẩn DICOM luôn phát triển và do
Ủy ban tiêu chuẩn DICOM quản lý quy trình nâng cấp dựa trên đề xuất từ các thành viên và phản hồi của người dùng Các ý kiến này sẽ được xem xét để tích hợp vào phiên bản tiếp theo của DICOM Đồng thời, mọi thay đổi của DICOM phải đảm bảo tính tương thích với các phiên bản trước đó.
Chuẩn ảnh DICOM
- Đặc tả DICOM áp dụng cho:
Định dạng file ảnh dùng trong trong y khoa
Giao thức truyền thông dữ liệu DICOM
- File DICOM là file lưu trữ theo định dạng DICOM File này lưu trữ những thông tin sau:
Thông tin về lần khám của ảnh
Thông tin lƣợt viếng thăm
Thông tin về thiết bị y khoa đã sinh ra ảnh
- DICOM hỗ trợ các định dạng ảnh JPEG, JPEG Lossless, JPEG
2000, LZW và Run-length encoding (RLE)
- Cấu trúc căn bản của file DICOM là Data Set
Data Element Data Element Data Element
Hình 3: Cấu tạo Data Set
- Các khái niệm trong DICOM
Data Set - Là tập hợp nhiều Data Element trong một file DICOM
Data Element là đơn vị thông tin trong file DICOM, chứa thông tin đầy đủ Các trường trong Data Element có nhiệm vụ mô tả chi tiết thông tin, bao gồm ý nghĩa, giá trị, chiều dài và định dạng dữ liệu của thông tin đó.
Tag - Là 2 số nguyên không dấu, mỗi số 16 bit
Cặp số nguyên này xác định ý nghĩa của Data Element, bao gồm các thông tin như tên bệnh nhân, chiều cao của ảnh và số bit màu Một số trong cặp này xác định Group Number, trong khi số còn lại xác định Element Number.
Giá trị của Group Number và Element Number cung cấp thông tin về Data Element Các Data Element có liên quan đến một nhóm ngữ nghĩa sẽ chia sẻ cùng một Group Number.
- Đây là field tùy chọn, tùy vào giá trị của Transfer Syntax mà VR có mặt trong Data Element hay không
- Giá trị của VR cho biết kiểu dữ liệu và định dạng giá trị của Data Element
VM (Value Multiplicity) - Cho biết số lƣợng Value của Value Field nếu Value Field có nhiều giá trị
- Nếu số lƣợng Value không xác định, VM sẽ có dạng “a-b” với a số giá trị Value nhỏ nhất và b là số Value lớn nhất có thể có của Data
VD: VM = “6-10”: Value Field có ít nhất là 6 giá trị và nhiều nhất là 10 giá trị
- Data Element với Value Field có nhiều giá trị sẽ
Với chuỗi kí tự, dùng kí tự 5Ch („\‟) làm kí tự phân cách
Với giá trị nhị phân, không có kí tự phân cách
Value Length là một số nguyên không dấu có độ dài 16 hoặc 32 bit, cho biết kích thước (tính theo byte) của Value Field, không phải kích thước toàn bộ Data Element.
- Giá trị của Value Length là FFFFFFFFh
(32 bit) hàm ý không xác định đƣợc chiều dài (Undefined Length)
Value Field - Là nội dung thông tin (Data Element)
Kiểu dữ liệu của field này do VR quy định và độ lớn (tính theo byte) nằm trong Value Length
Transfer Syntax là các quy ước định dạng dữ liệu trong DICOM, cho biết cách dữ liệu được định dạng và mã hóa Giá trị của Transfer Syntax cũng xác định sự tồn tại của VR trong các Data Element.
- Mặc định ban đầu, Transfer Syntax của file DICOM là Explicit VR Little Endian Transfer Syntax
IOD là một đối tượng chứa thông tin, phản ánh sự tồn tại của một đối tượng trong thế giới thực Thông tin liên quan đến IOD chính là thông tin của đối tượng này trong thực tế.
Composite IOD: là IOD đại diện cho những phần khác nhau của các đối tƣợng khác nhau trong thế giới thực
Normalized IOD: là IOD cho duy nhất một đối tƣợng trong thế giới thực
- Lớp SOP đƣợc tạo ra khi ghép một IOD với DIMSE Service dành cho IOD đó
Lớp Normalized SOP: đƣợc tạo ra khi ghép Normalized IOD với các dịch vụ DIMSE-N
Lớp Composite SOP: đƣợc tạo ra khi ghép Composite IOD với các dịch vụ DIMSE-C
Trong file DICOM, thứ tự xuất hiện của chuỗi byte được quy định bởi hai quy ước, trong đó một giá trị có thể được lưu trữ thành một hoặc nhiều byte.
Little Endian là phương pháp lưu trữ số nhị phân trong đó byte có trọng số thấp nhất (Least Significant Byte) được đặt ở vị trí đầu tiên, trong khi các byte còn lại với trọng số tăng dần sẽ theo sau.
- Đối với chuỗi kí tự, các kí tự sẽ nằm theo thứ tự xuất hiện trong chuỗi (từ trái sang phải)
Big Endian là một cách sắp xếp dữ liệu trong đó byte có trọng số lớn nhất (Most Significant Byte) được đặt ở vị trí đầu tiên, trong khi các byte còn lại theo thứ tự giảm dần về trọng số nằm sau nó.
- Đối với chuỗi kí tự, các kí tự sẽ nằm theo thứ tự xuất hiện trong chuỗi (từ trái sang phải)
Data Set File Meta Information DICOM Data Set File Preamble DICOM Prefix
Một file DICOM bao gồm hai phần chính: phần header chứa thông tin về bệnh nhân, kiểu ảnh và kích thước ảnh, và phần data có thể lưu trữ thông tin trong không gian 3D Sự khác biệt so với định dạng ảnh phổ biến là dữ liệu ảnh được lưu trong file (*.img) và dữ liệu header trong file khác (*.hdr) Thêm vào đó, dữ liệu ảnh DICOM có khả năng nén để giảm kích thước file.
File ảnh DICOM bao gồm một header dài 794 bytes, mô tả kích thước ảnh và thông tin văn bản liên quan đến nội soi cắt lớp Kích thước của header thay đổi tùy thuộc vào thông tin được lưu trữ Trong ví dụ này, header xác định file ảnh có kích thước 109x91x2 pixels với độ phân giải 1 byte/pixel, dẫn đến tổng kích thước ảnh là 19838 bytes Dữ liệu ảnh được lưu trữ cùng với thông tin header trong cùng một file.
The header information includes the data identifier, which is introduced in the file starting with 128 bytes This is followed by a Preamble set to 00H and then 4 bytes of character data.
"DICM" là định danh cho file DICOM, trong đó các thành phần dữ liệu đầu file bao gồm các trường tag (nhãn) có dạng (0002, xxxx), với xxxx là một số thành phần tùy ý Giá trị VR thể hiện mã hóa theo cú pháp chuyển đổi giá trị thể hiện ẩn.
VR (Implicit Value Representation) and VL (Value Length) consist of 4 bytes that indicate the length of the Value field The Value field contains an even number of bytes representing the data component's value The byte order is defined according to a specific format.
Chi tiết cấu trúc DICOM header:
Tên Data Element Tag Mô tả
File Preamble là chuỗi byte đầu tiên của file DICOM, có độ dài 128 byte, được dành riêng cho chương trình xử lý file này Nếu không sử dụng, 128 byte này sẽ chứa toàn bộ giá trị 00h.
4 byte là chuỗi “DICM” Prefix này để xác định file có phải là DICOM file hay không
Group Length (0002,0000) Độ lớn của Data Set File Meta Information (tính theo byte) Số byte này đƣợc tính từ Data Element theo ngay sau Data Element Group Lengh này
Version (0002,0001) Xác định phiên bản của File Meta
Class UID (0002,0002) Chuỗi UID cho SOP Class xác định định dạng lưu trữ của file DICOM Media Storage SOP
Instance UID (0002,0003) Chuỗi UID cho bản thân file
Chuỗi UID cho Transfer Syntax sẽ dùng cho các Data Element nằm ở Data Set sau Data Set File Meta Information
UID (0002,0012) Chuỗi UID của chương trình đã tạo ra file DICOM này
(0002,0013) Phiên bản của chương trình tạo file
DICOM có UID nhƣ trên
Entity Title (0002,0016) Chuỗi tiêu đề cho Application Entity đã tạo ra file DICOM
Creator UID (0002,0100) Chuỗi UID của người cung cấp thông tin riêng tư (xem bên dưới)
Private Information (0002,0102) Thông tin riêng tƣ
GIỚI THIỆU VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C#
Lịch sử ra đời của ngôn ngữ lập trình C#
C# là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi
Microsoft đã khởi đầu kế hoạch NET với ngôn ngữ C#, được gọi theo tên ECMA là C# với ký tự thăng Ngôn ngữ này được phát triển dựa trên C++ và Java, và được miêu tả là có sự cân bằng giữa C++, Visual Basic, Delphi và Java.
Đặc điểm của ngôn ngữ lập trình C#
C# là ngôn ngữ lập trình phản ánh trực tiếp nhất đến NET Framework, nơi mà tất cả các chương trình NET hoạt động và phụ thuộc mạnh mẽ vào nó Trong C#, mọi dữ liệu cơ sở đều được coi là đối tượng, được quản lý bởi trình dọn rác Garbage Collector (GC) Ngoài ra, các khái niệm trừu tượng như class, delegate, interface, và exception cũng thể hiện rõ các đặc trưng của NET runtime.
Trong ngôn ngữ C# mọi thứ liên quan đến khai báo lớp điều đƣợc tìm thấy trong phần khai báo của nó
Định nghĩa một lớp trong ngôn ngữ C# không đoi hỏi phải chia ra tập tin header và tập tin nguồn giống nhƣ trong ngôn ngữ C++
Hơn thế nữa, ngôn ngữ C# hỗ trợ kiểu XML, cho phép chèn các tag XML để phát sinh tự động các document cho lớp
Ngôn ngữ C# khá đơn giản, chỉ khoảng 80 từ khóa và hơn mười mấy kiểu dữ liệu đƣợc xây dựng sẵn
Ngôn ngữ C# nổi bật với khả năng thực thi các khái niệm lập trình hiện đại, bao gồm hỗ trợ cho cấu trúc, thành phần component và lập trình hướng đối tượng.
Những tính chất đó hiện diện trong một ngôn ngữ lập trình hiện đại
C# cũng hỗ trợ giao diện interface, nó đƣợc xem nhƣ một cam kết với
Trong ngôn ngữ C#, một lớp chỉ có thể kế thừa từ một lớp cha duy nhất, điều này khác với ngôn ngữ C++ cho phép đa kế thừa Tuy nhiên, lớp trong C# có khả năng thực thi nhiều giao diện.
Khi một lớp thực thi một giao diện thì nó sẽ hứa là nó sẽ cung cấp chức năng thực thi giao diện
Ngôn ngữ C# cũng hỗ trợ việc truy cập bộ nhớ trực tiếp sử dụng kiểu con trỏ của C++ và từ khóa cho dấu ngoặc [] trong toán tử
Các mã nguồn này không an toàn, và bộ giải phóng bộ nhớ tự động của CLR sẽ không giải phóng các đối tượng được tham chiếu bằng con trỏ cho đến khi chúng được giải phóng.
Công nghệ NET
In early 1998, following the completion of version 4 of Internet Information Server (IIS), a team of programmers at Microsoft recognized the potential for further enhancements to IIS They initiated the design of a new architecture inspired by these ideas, naming the project Next Generation Windows Services (NGWS).
Sau khi Visual Basic 6 ra mắt vào cuối năm 1998, dự án tiếp theo là Visual Studio 7 đã được tích hợp vào NGWS Đội ngũ COM+/MTS đã phát triển một môi trường thống nhất cho tất cả các ngôn ngữ lập trình trong Visual Studio, với mục tiêu cho phép cả các ngôn ngữ lập trình của các công ty khác cũng có thể sử dụng.
The development of the NET project remained confidential until the Professional Developers' Conference in Orlando in July 2000 By November 2000, Microsoft released Beta 1 of NET, which included three CDs At that point, Microsoft had been working on the project for nearly three years, which explains why the Beta 1 version was relatively robust.
- NET mang dấu tích những sáng kiến đã được áp dụng trước đây nhƣ p-code trong UCSD Pascal cho đến Java Virtual Marchine Có điều
Microsoft đã kết hợp những sáng kiến của người khác với những ý tưởng riêng để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh Vào cuối năm 2001 hoặc đầu năm 2002, Microsoft đã phát hành NET, một nền tảng quan trọng mà 80% từ khóa Nghiên cứu và Triển khai của công ty trong năm 2001 được dành cho nó Tất cả sản phẩm của Microsoft sẽ được chuyển đổi sang nền tảng NET.
.NET là công nghệ chiến lược của Microsoft nhằm chiếm lĩnh các môi trường như Desktop, Distributed, Internet và Mobile (bao gồm cả Phone và Pocket PC) Visual Studio.NET cung cấp cho người dùng một môi trường phát triển tích hợp (IDE) mạnh mẽ.
Development Environment) tuyệt diệu, đầy đủ để triển khai mọi loại dự án
The core of NET is the NET Framework, which supports object-oriented programming for VB.NET (Visual Basic 7) and C# These two programming languages are relatively simple, with around 80 reserved words, and they are functionally equivalent, allowing for mutual inheritance of code The NET Framework offers approximately 5,000 classes to meet various programming needs, including Streaming, Threading, Collections, Delegates, Event Handling, Interfaces, Remoting, Reflection, Unicode, XML, Disconnected database ADO.NET, and Encryption.
.NET được phát triển từ năm 1998, ban đầu mang tên Next Generation Windows Services (NGWS) Hệ thống này được thiết kế hoàn toàn từ đầu để phục vụ cho Internet, với tầm nhìn của Microsoft là xây dựng một hệ thống phân tán toàn cầu .NET sử dụng XML, chứa các cơ sở dữ liệu nhỏ, như một phương tiện kết nối chức năng của các máy tính khác nhau trong cùng một tổ chức hoặc trên toàn thế giới.
These computers, which include servers, desktops, notebooks, and pocket computers, can all run the same software based on a single platform, independent of hardware and programming languages This platform is the NET Framework, which will be integrated into MS Windows and potentially ported to other platforms, including Unix.
Hình 6: Mô hình một ứng dụng NET
Hình 7: Các thành phần chính của NET Framework
- NET application đƣợc chia ra làm hai loại: cho Internet gọi là
ASP.NET, gồm có Web Forms, Web Services và cho desktop gọi là Windows Forms
- Windows Forms giống nhƣ Forms của VB6 Nó hổ trợ Unicode hoàn toàn, rất tiện cho chữ Việt và thật sự mang tính hướng đối tượng
- Web Forms có những Server Controls làm việc giống nhƣ các
Controls trong Windows Forms, nhất là có thể dùng codes để xử lý Events nhƣ của Windows Forms
Sự khác biệt chính giữa ASP (Active Server Pages) và ASP.NET là trong ASP.NET, các thành phần giao diện trực quan và mã code được tách biệt rõ ràng Hơn nữa, ASP.NET hoàn toàn hỗ trợ lập trình hướng đối tượng.
CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH
Môi trường cài đặt
Hệ điều hành Window XP/ Vista 7 có cài đặt phần mềm hỗ trợ Microsoft Net Framework 3.5
Máy tính pentum IV, Ram 512MB.
Tập ảnh thử nghiệm
Ảnh đƣợc tải về từ trang web: http://www.barre.nom.fr/medical/samples/
Giao diện của chương trình
4.3.1 Giao diện chính của chương trình
Cho phép người dùng thao tác với nút lệnh của chương trình gồm có các chức năng chính sau:
Open DICOM Image: mở thƣ mục chứa ảnh DICOM, lựa chọn ảnh cần xem
View DICOM Tags: hiển thị các thông tin có trong ảnh DICOM
Save as PNG: lưu ảnh DICOM sang định dạng PNG
Reset Window / Level: thiết lập lại trạng thái cửa sổ
Hình 8: Giao diện chính của chương trình
4.3.2 Giao diện hiển thị ảnh DICOM
Khi cick vào nút lệnh Open DICOM Image sẽ làm xuất hiện thƣ mục chứa ảnh DICOM, lựa chọn ảnh cần hiển thị như ví dụ bên dưới
Hình 9: Giao diện hiển thị ảnh DICOM
4.3.3 Giao diện hiển thị thông số của ảnh DICOM
Sau khi hiển thị ảnh DICOM, người dùng có thể nhấn nút "View DICOM Tags" để truy cập bảng DICOM Tags, cho phép xem các thông số quan trọng như tên bệnh nhân, mã ID và giới tính.
Hình 10: Giao diện hiển thị thông số của ảnh DICOM
4.3.4 Giao diện lưu ảnh sang định dạng PNG
Cick vào nút lệnh Save as PNG làm xuất hiện một cửa sổ nhƣ ở hình
Để lưu ảnh DICOM sang định dạng PNG, bạn cần đặt tên cho ảnh và nhấn nút Save Định dạng PNG cho phép các phần mềm xử lý ảnh như Photoshop dễ dàng đọc và chỉnh sửa ảnh.
Hình 11: Giao diện lưu ảnh sang định dạng PNG