Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu
- 116 trang
- file .pdf
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN THỊ KIM LAN
QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ
ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG
LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH ĐAU NỬA ĐẦU
Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
Mã số chuyên ngành: 8520401
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÝ ANH TÚ
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày ….. tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. .........................................................................
2. ..........................................................................
3. ..........................................................................
4. ..........................................................................
5. ..........................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA
i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN THỊ KIM LAN MSHV: 1870344
Ngày, tháng, năm sinh: 16 – 01 – 1995 Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 8520401
I. TÊN ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ
ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG LIÊN QUAN ĐẾN
BỆNH ĐAU NỬA ĐẦU
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan lý thuyết về bệnh đau nửa đầu, chất trắng, hình ảnh cộng hưởng từ
2. Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi chất trắng
liên quan đến bệnh đau nửa đầu
3. Phân tích kết quả đạt được
4. Kết luận và hướng phát triển
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/12/2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÝ ANH TÚ, ThS. Nguyễn Trường Thanh
Hải
Tp. HCM, ngày . . . . tháng 12 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trính học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngành Vật
Lý Kỹ Thuật, tôi đã được sự giảng dạy tận tình của các thầy cô. Chính nơi đây đã
cung cấp cho tôi kiến thức và giúp tôi trưởng thành trong học tập và nghiên cứu khoa
học. Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến với các thầy cô đã giảng dạy tôi trong
suốc thời gian học tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ths. Nguyễn Trường Thanh Hải (University
Montpellier, Montpellier city, France) đã tạo tiền đề và hỗ trợ nhiệt tình giúp tôi thực
hiện luận văn này.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Lý Anh Tú, đã động viên, cung cấp
kiến thức và luôn tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin được phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong hội đồng đã đọc, nhận
xét và giúp tôi hoàn chỉnh luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã quan tâm, chia sẻ những khó
khăn, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp, hoàn thành
quãng đời học viên gian khổ nhưng cao đẹp tại trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG
Tp. HCM.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019
Trần Thị Kim Lan
iii
ABSTRACT
Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi
chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu
Đau nửa đầu là một bệnh thần kinh phổ biến. Nó không chỉ ảnh hưởng chất lượng
cuộc sống cá nhân mà còn mang đến những hạn chế về kinh tế và xã hội. Nghiên cứu
sự thay đổi chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu bằng hình ảnh cộng hưởng từ
MRI đang được thực hiện trên thế giới. Xác định sự bất thường của chất trắng ở bệnh
nhân đau nửa đầu giúp xác định mức độ nghiêm trọng, loại và khoảng thời gian bệnh.
Hiện nay, phương pháp nghiên cứu chung về sự thay đổi chất trắng liên quan đến
bệnh đau nửa đầu là sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ. Kết quả nghiên cứu bằng
phương pháp chụp cộng hưởng từ cho thấy có những thay đổi của chất trắng và tỷ lệ
phần trăm của những thay đổi này phụ thuộc vào tần suất của các cơn đau nửa đầu
lặp đi lặp lại.
Procedure of image processing on magnetic resonance image to study
the change of white matter associated with migraine disease
Migraine is a common neurological disorder. It influences the quality of personal life
and also brings economic and social drawbacks. Studies on the change of white
matter associated with migraine disease by magnetic resonance imaging (MRI) have
been investigating in many places around the world. Detection of the prevalence of
white matter in migraine patients determines its correlation with migraine severity,
type and duration. At present, the general method of studying on the change of white
matter associated with migraine disease is using magnetic resonance imaging. The
results of studies by magnetic resonance imaging method show that there are changes
of white matter and the percentage of these changes depend on the frequency of the
repeated migraine attacks.
iv
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii
LỜI CẢM ƠN iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH SÁCH HÌNH VẼ vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT x
LỜI CAM ĐOAN 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2
2. TỔNG QUAN 3
2.1 Đau nửa đầu 3
2.1.1 Giới thiệu 3
2.1.2 Nguyên nhân 4
2.1.3 Phân loại 4
2.1.4 Chuẩn đoán 4
2.1.5 Sự phổ biến của đau nửa đầu 6
2.2 Chất trắng 8
2.2.1 Giới thiệu 8
2.2.2 Tình hình nghiên cứu sự thay đổi chất trắng trên thế giới 12
2.3 Hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân 14
2.3.1 Giới thiệu 14
2.3.2 Cấu tạo 16
2.3.3 Nguyên lý hoạt động 18
2.3.4 MRI chức năng (fMRI) 20
3. QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ ĐỂ
NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH
ĐAU NỬA ĐẦU 43
3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 43
3.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu sự thay đổi chất trắng liên quan đến
bệnh đau nửa đầu bằng ảnh cộng hưởng từ 46
3.2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 46
v
3.2.2 Lựa chọn giao thức hình ảnh 47
3.2.3 Phân tích dữ liệu 48
3.2.4 Phân tích thống kê 49
3.3 Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi
chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu bằng chương trình FSL 49
3.3.1 Giới thiệu chương trình FSL 49
3.3.2 Tiền xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ bằng công cụ FEAT 54
3.3.3 Phân tích hình ảnh bằng ReHo 62
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64
5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
PHỤ LỤC 80
vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1. Tỷ lệ đau nửa đầu theo tuổi và giới tính. Dữ liệu từ Nghiên cứu Gánh nặng
Bệnh tật Toàn cầu 2016 (GBD 2016) [1] ....................................................................7
Hình 2. (a) Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở nam giới từ 15- 49 tuổi. (b) Tỷ
lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở phụ nữ từ 15- 49 tuổi [1] ................................8
Hình 3. Não người mổ xẻ bên phải cho thấy chất xám (các phần bên ngoài tối hơn),
và chất trắng (các bộ phận bên trong và màu trắng nổi bật). ......................................9
Hình 4. Chất trắng. Myelin bao bọc và cách điện sợi trục thần kinh có thể kiểm soát
sự lan truyền của các xung điện theo cách ảnh hưởng đến việc xử lý thông tin [12]
...................................................................................................................................10
Hình 5. Một hệ thống nam châm lâm sàng siêu dẫn. (Lịch sử của Siemens) [2] .....17
Hình 6. Cấu tạo máy MRI ........................................................................................17
Hình 7. Bằng cách điều chỉnh các giá trị TR và TE của T1 và T2, ta thu được các
tương phản ảnh tương ứng với một đặc tính mô riêng biệt.......................................19
Hình 8. Chất trắng ....................................................................................................24
Hình 9. Biến động tự phát trong hoạt động não quan sát với hình ảnh cộng hưởng
từ chức năng. .............................................................................................................25
Hình 10. Não bộ [16] ................................................................................................26
Hình 11. Voxels [16] ................................................................................................27
Hình 12. Phản hồi BOLD [16] .................................................................................28
Hình 13. Hiệu chỉnh chuyển động tối thiểu [16] ......................................................32
Hình 14. Hiệu chỉnh tín hiệu giả [16] .......................................................................33
Hình 15. Tín hiệu giả phát hiện bởi Artifact Detection [16] ....................................34
Hình 16. Hình ảnh cấu trúc tham chiếu trên hình ảnh chức năng [16] ....................35
Hình 17. Bình thường hóa ........................................................................................35
Hình 18. Hình ảnh được làm mịn .............................................................................36
Hình 19. FWHM .......................................................................................................37
Hình 20. Mô hình tuyến tính tổng quát ....................................................................38
Hình 21. Các dạng tần số [16] ..................................................................................39
Hình 22. Bộ lọc thông cao [16] ................................................................................40
Hình 23. Ước tính độ tương phản [16] .....................................................................41
Hình 24. Thiết lập ngưỡng [16] ................................................................................42
Hình 25. Hình ảnh não khi kích thích âm thanh [16] ...............................................42
Hình 26. Logo của FSL ............................................................................................50
Hình 27. Giao diện FSL...........................................................................................52
Hình 28. Hình trên cùng: ảnh chụp màn hình của FSLView hiển thị hai bản đồ kích
hoạt lớp phủ (được tô màu đỏ và xanh lam) cùng với mô hình GLM chuỗi thời gian
thô phù hợp và kết quả phân cụm. Hình dưới cùng: ảnh chụp màn hình kết xuất đồ
họa dựa trên khuếch tán 3D trong FSLView. [11] ....................................................53
Hình 29. Ví dụ GUI FEAT. ......................................................................................55
Hình 31. GUI FEAT: Data .......................................................................................57
vii
Hình 32. GUI FEAT: Pre-stats .................................................................................59
Hình 33. Mạng lưới chế độ hoạt động được phát hiện bởi phân tích ReHo [27] .....63
Hình 34. Kích thước cụm voxel ...............................................................................63
Hình 35. Hình ảnh độ phân giải thấp FMRI ses-1_T1w hợp nhất với một hình ảnh
có độ phân giải cao mẫu ............................................................................................66
Hình 36. Hình ảnh độ phân giải cao được hợp nhất với một hình ảnh tiêu chuẩn
(MNI 152) .................................................................................................................66
Hình 37. Hỉnh ảnh độ phân giải thấp hợp nhất với một hình ảnh tiêu chuẩn (MNI
152) ...........................................................................................................................66
Hình 38. MCFLIRT ước tính chuyển động quay .....................................................67
Hình 39. MCFLIRT ước tính chuyển động tịnh tiến................................................68
Hình 40. MCFLIRT ước tính chuyển vị trung bình .................................................68
Hình 41. Ước tính phân tích thành phần chính ........................................................69
Hình 42. Bản đồ không gian .....................................................................................70
Hình 43. Thời gian quá trình phân tách ICA ............................................................70
Hình 44. Phổ năng lượng theo thời gian ..................................................................71
Hình 45. Dữ liệu thô IC đầu ra .................................................................................71
Hình 46. Bản đồ xác suất..........................................................................................72
Hình 47. IC_1 Gaussian Mixture Model fit. ...........................................................72
Hình 48. Hình ảnh fMRI được chuẩn hóa ................................................................73
Hình 49. Sự thay đổi của bất thường chất trằng trong khoảng thời gian ba năm từ
2009 đến 2012 [8] .....................................................................................................73
viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1. Các phương pháp hình ảnh thần kinh..........................................................20
Bảng 2. Các công cụ của phần mềm FSL ................................................................50
ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MRI Magnetic resonance imaging Hình ảnh cộng hưởng từ
Function Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ chức
fMRI
imaging năng
Structural Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ cấu
sMRI
imaging trúc
Diffusion Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ
dMRI
imaging khuếch tán
NMR Nuclear Magnetic resonance Cộng hưởng từ hạt nhân
WMLs White matter lesion Tổn thương chất trắng
Chất trắng cường độ cao trên
WMHs White matter hyperintensity
ảnh MRI
Hình ảnh cộng hưởng từ sức
DTI Diffusion Tensor imaging
căng khuếch tán
CNS Central nervous system Hệ thần kinh trung tâm
RF Radio frequency Tần số vô tuyến
FID Free induction decay Phân rã cảm ứng tự do
BOLD Blood-oxygen-level-dependent Độ bão hòa ocy trong máu
Toàn bộ chiều rộng ở mức tối
FWHM Full width at half maximum
đa một nửa
GM Gray matter Chất xám
WM White matter Chất trắng
WMA White matter abnormalities Bất thường chất trắng
IHL Infratentorial hyperintense lesion Tổn thương chất trắng
ILLs Infarct-like lesion Tổn thương nhồi máu
FLAIR Fluid-attenuated inversion recovery Phục hồi đảo ngược chất lỏng
MO Migraine without aura Đau nửa đầu không tiền triệu
MA Migraine with aura Đau nửa đầu có tiền triệu
PCA Principle component analysis Phân tích thành phần chính
ICA Independent component analysis Phân tích thành phần độc lập
x
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. 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 rõ ràng và được phép công bố.
Tp. HCM, tháng 12 năm 2019
Học viên thực hiện
Trần Thị Kim Lan
1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo WHO, chứng đau nửa đầu ảnh hưởng đến khoảng 15% dân số. Đây là
bệnh thần kinh phổ biến nhất và nó được xếp hạng thứ 12 ở phụ nữ và thứ 19 trong
dân số nói chung về mức độ tàn tật mà nó gây ra. Thông thường, chứng đau nửa đầu
được coi là một rối loạn lành tính mà không gây hậu quả lâu dài cho não. Các nhà
thần kinh học thường đánh giá bệnh nhân bị đau nửa đầu để loại trừ nguyên nhân thứ
phát của đau đầu.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây điều tra mô hình kích hoạt của não khi đau
nửa đầu tấn công và cũng chỉ ra những triệu chứng như sợ ánh sáng, sợ mùi và nhận
thức đau với mục đích tìm ra cơ chế cơ bản. Ngày càng có nhiều bằng chứng rằng có
đau nửa đầu diễn ra bất thường và các cuộc tấn công lặp lại nhiều lần đang dẫn đến
sự thay đổi cấu trúc và chức năng não, từ đó có thể dẫn đến chứng đau nửa đầu mãn
tính.
Việc sử dụng các kỹ thuật MRI đã chỉ ra chứng đau nửa đầu không chỉ đơn
giản là một căn bệnh liên quan đến cơn đau xảy ra gián đoạn hoặc liên tục, mà là một
quá trình theo thời gian hoặc ảnh hưởng đến chức năng hoặc cấu trúc não. Trong thập
kỷ qua, một số thay đổi cơ bản đã được chứng minh xảy ra trong não của chứng đau
nửa đầu bao gồm chức năng bất thường của các vùng và mạng não chính, thay đổi
cấu trúc chất xám và chất trắng trong não và thay đổi hóa học não. Các nghiên cứu
về hình ảnh thần kinh đang bắt đầu làm sáng tỏ các cơ chế cơ sở cho sự phát triển của
chứng đau nửa đầu và các triệu chứng cụ thể của nó. Điều này giúp cải thiện các
phương pháp điều trị cũng như theo dõi hiệu quả điều trị theo cách khách quan và
không xâm lấn.
Đau nửa đầu là một yếu tố nguy cơ độc lập đối với các tổn thương chất trắng
não (WMLs) và nguy cơ thầm lặng nhồi máu vòng tuần hoàn. Sự hiện diện của các
tổn thương này không tương quan với tuổi. Cơ chế bệnh sinh của sự phát triển tổn
thương không hoàn toàn được biết đến và các kết quả điều tra mô bệnh học của WMLs
không có sẵn trong chứng đau nửa đầu. Cả thời gian mắc bệnh và tần suất tấn công
đều có vai trò quan trọng trong quá trình tiến triển của tổn thương và ảnh hưởng hôn
mê của bệnh cũng có thể dẫn đến sự phát triển của tổn thương. Các cơ chế bệnh lý
2
liên quan đến sự tấn công khác nhau đã được xem xét trong việc hình thành WMLs.
Trong số này, các tác động của thay đổi huyết động nội sọ lặp đi lặp lại, bao gồm
thiếu máu cục bộ và giảm tưới máu khu trú với thiếu máu cục bộ mô chỉ ra rằng
WMH có thể là hậu quả của chấn thương do thiếu máu cục bộ vi mạch máu trong đau
nửa đầu. Số lượng, thể tích và vị trí của WMH cũng được điều tra trong cùng một
nhóm bệnh nhân. Các WMH xuất hiện thường xuyên nhất trong chất trắng sâu ở vùng
tuần hoàn trước, chủ yếu ở thùy trước và thùy đỉnh, với kích thước WMH trung bình
tương tự ở tất cả các thùy bán cầu.
Kiểm tra sự thay đổi của chất trắng có liên quan đến bệnh nhân đau nửa đầu,
có thể thực hiện quan sát bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) và
khuếch tán DTI vì đặc tính kỹ thuật cao và rất nhạy cảm thường được sử dụng để phát
hiện những thay đổi chức năng và cấu trúc não trong hệ thống thần kinh trung ương.
Qua đó, hình ảnh thần kinh cung cấp những hiểu biết mới về chức năng não và cấu
trúc từ đó có thể cung cấp các dấu hiệu khách quan của bệnh, quá trình chuyển đổi từ
giai đoạn sang mãn tính đau nửa đầu và kháng thuốc. Điều này giúp các nhà thần kinh
học tìm ra các phương pháp trị liệu hiệu quả và theo dõi khách quan sự hiệu quả của
phương pháp điều trị đó.
2. TỔNG QUAN
2.1 Đau nửa đầu
2.1.1 Giới thiệu
Đau nửa đầu (migraine) là một chứng rối loạn tiền phát đau đầu gây mất khả
năng hoạt động phổ biến. Nhiều nghiên cứu dịch tể học cơ bản đã ghi nhận tỷ lệ phổ
biến cao của bệnh và các yếu tố kinh tế xã hội và cá nhân. Trong nghiên cứu về bệnh
tật toàn cầu năm 2010 (GBD2010), nó được xếp hạng là chứng rối loạn phổ biến thứ
ba trên thế giới. Trong GBD2015, nó đã được xếp hạng nguyên nhân gây mất khả
năng hoạt động cao thứ ba trên toàn thế giới ở cả nam giới và nữ dưới 50 tuổi. Đau
nửa đầu có đặc điểm bệnh lý cơ bản là: đau nửa đầu từng cơn, gặp nhiều ở tuổi thanh
thiếu niên, ở nữ gặp nhiều hơn nam và đa số có yếu tố gia đình. Đau nửa đầu điển
3
hình thường chỉ ảnh hưởng một bên đầu, nhức và kéo dài từ 4 đến 72 giờ đồng hồ;
với những triệu chứng buồn nôn, nôn mửa, sợ ánh sáng (nhạy cảm với ánh sáng hơn),
và sợ âm thanh (nhạy cảm với âm thanh hơn). Khoảng một phần ba người bị chứng
đau nửa đầu cảm nhận được cảm giác báo trước ('aura') - các triệu chứng thần kinh
cục bộ: hình ảnh, mùi vị, hoặc một cảm nhận giác quan không bình thường báo hiệu
cơn đau nửa đầu sắp diễn ra. [14]
2.1.2 Nguyên nhân
Nguyên nhân của đau nửa đầu chưa rõ ràng; giả thuyết được chấp nhận phổ
biến nhất là bệnh lý của hệ thống thần kinh sử dụng chất truyền đạt thần kinh
serotonin. Có một số loại đau nửa đầu khác nhau, một số bắt nguồn từ thân não (với
sự rối loạn vận chuyển ion canxi và kali) và một số là do di truyền. Nghiên cứu các
cặp song sinh cho thấy 60% đến 65% có sự ảnh hưởng của di truyền trong xu hướng
phát triển bệnh đau nửa đầu. Ngoài ra, thay đổi nồng độ hoóc môn cũng có liên quan
đến đau nửa đầu: 75% bệnh nhân người lớn là phụ nữ, mặc dù tỉ lệ này ngang nhau
đối với trẻ em nam và nữ tiền dậy thì; đau nửa đầu có xu hướng biến mất khi đang
mang thai, nhưng một số phụ nữ lại bị đau nửa đầu nhiều hơn khi mang thai.
2.1.3 Phân loại
Chứng đau nửa đầu có hai loại chính: chứng đau nửa đầu không có aura là một
hội chứng lâm sàng đặc trưng bởi đau đầu với các đặc tính cụ thể và các triệu chứng
liên quan, đau nửa đầu có aura được đặc trưng chủ yếu bởi các triệu chứng thần kinh
khu trú thoáng qua thường đi trước hoặc đôi khi đi kèm với đau đầu. Một số bệnh
nhân cũng trải qua giai đoạn aura, xảy ra vài giờ hoặc vài ngày trước hoặc trong khi
đau đầu. Các triệu chứng sau khi ăn bao gồm tăng động, giảm hoạt động, trầm cảm,
thèm ăn các loại thực phẩm cụ thể, ngáp lặp đi lặp lại, mệt mỏi và cứng cổ hoặc đau.
Một bệnh nhân có thể được chuẩn đoán và mã hóa bị tấn công bởi của cả hai dạng
dựa vào các tiêu chí hoặc thuộc đâu nửa đầu mãn tính. [14][15]
2.1.4 Chuẩn đoán
+ Chứng đau nửa đầu không có aura.
4
Rối loạn đau đầu tái phát biểu hiện trong các cuộc tấn công kéo dài 4 giờ đến
72 giờ. Đặc điểm điển hình của cơn đau đầu là diễn ra một bên đầu, tính chất đập
nhịp nhàng, cường độ trung bình hoặc cao, trầm trọng hơn do hoạt động thể chất
thông thường và liên quan đến buồn nôn, chứng sợ ánh sáng và chứng sợ âm thanh.
Tiêu chuẩn chẩn đoán: [15]
A. Ít nhất năm cuộc tấn công hoàn thành tiêu chuẩn B - D
B. Các cơn đau đầu kéo dài 4 giờ đến 72 giờ (khi không được điều trị hoặc
điều trị không thành công)
C. Khi đau đầu có ít nhất hai trong bốn điều sau đây đặc điểm:
1. Đau một bên
2. Tính chất đập nhịp nhàng
3. Cường độ đau trung bình hoặc cao
4. Trầm trọng hơn do các hoạt động thể chất thông thường (ví dụ: đi bộ hoặc
leo núi
cầu thang)
D. Trong khi đau đầu có ít nhất một trong những điều sau đây:
1. Buồn nôn và nôn
2. Chứng sợ ánh sáng và chứng sợ âm thanh
E. Không được giải thích tốt bởi chuẩn đoán ICHD-3 (liên quan đến chu kì
kinh nguyệt)
+ Chứng đau nửa đầu có aura
Các cuộc tấn công tái phát, kéo dài vài phút, các triệu chứng đơn thuần hoàn
toàn có thể đảo ngược hoàn toàn về thị giác, cảm giác hoặc hệ thần kinh trung ương
khác thường phát triển dần dần và thường đi kèm với đau đầu và các triệu chứng đau
nửa đầu liên quan.
Tiêu chuẩn chẩn đoán: [15]
5
A. Ít nhất hai cuộc tấn công đáp ứng tiêu chí B và C
B. Một hoặc nhiều hào quang có thể đảo ngược hoàn toàn sau đây
triệu chứng:
1. trực quan
2. giác quan
3. lời nói và / hoặc ngôn ngữ
4. động cơ
5. động não
6. võng mạc
C. Ít nhất ba trong sáu đặc điểm sau:
1. ít nhất một triệu chứng hào quang lan rộng dần trong 5 phút
2. hai hoặc nhiều triệu chứng hào quang xảy ra liên tiếp
3. mỗi triệu chứng hào quang cá nhân kéo dài 5 đến 60 phút
4. ít nhất một triệu chứng hào quang ở một bên đầu
5. ít nhất một triệu chứng hào quang rõ ràng
6. hào quang được đi kèm, hoặc theo sau trong vòng 60 phút, bởi đau đầu
D. Không được giải thích tốt bởi chuẩn đoán ICHD-3 (liên quan đến chu kì
kinh nguyệt).
2.1.5 Sự phổ biến của đau nửa đầu
Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu bị ảnh hưởng đáng kể bởi tuổi tác và giới tính.
Ở trẻ sơ sinh, tỷ lệ hiện mắc khoảng 3-7% không có sự khác biệt đáng kể giữa bé trai
và bé gái. Từ 10 tuổi-14 tuổi, tỷ lệ mắc bệnh ở nữ cao gấp hai đến ba lần so với nam
giới. Sự khác biệt giới tính tối đa là giữa tuổi 30 và 45 (Hình 1) khi tỷ lệ mắc chứng
đau nửa đầu lên đến đỉnh điểm ở cả nam và nữ [12 cạn16]. Sau tuổi 50, tỷ lệ lưu hành
giảm ở cả hai giới, rõ rệt nhất là phụ nữ. Bệnh đau nửa đầu mới sau 50 tuổi rất hiếm
6
gặp ở cả hai giới. Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu khác nhau ở các châu lục với các số
liệu cao nhất ở Úc, Châu Âu và Bắc Mỹ và thấp nhất ở Châu Phi, Trung / Nam Mỹ
và Đông Nam Á (Hình 1.2a, b). Số lượng nam giới và phụ nữ mắc chứng đau nửa
đầu tăng tỷ lệ thuận với sự gia tăng dân số
Hình 1. Tỷ lệ đau nửa đầu theo tuổi và giới tính. Dữ liệu từ Nghiên cứu Gánh nặng
Bệnh tật Toàn cầu 2016 (GBD 2016) [1]
7
Hình 2. (a) Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở nam giới từ 15- 49 tuổi. (b) Tỷ
lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở phụ nữ từ 15- 49 tuổi [1]
2.2 Chất trắng
2.2.1 Giới thiệu
Đại não – thành phần chính của não, được chia thành hai phần chính: bán cầu
não phải và trái. Mỗi bán cầu được chia thành bốn thùy chính - thùy trán, thùy đỉnh,
thùy thái dương và thùy chẩm. Bề mặt của đại não chứa hàng tỷ các tế bào neuron
thần kinh và các tế bào đệm tạo thành vỏ não. Vỏ não có màu nâu xám màu được tạo
thành từ chất xám được sắp xếp theo lớp. Nó dày từ 2 đến 4 milimét (0,079 đến 0,125
in). Bề mặt của não có các nếp nhăn gập sâu để mang lại vẻ ngoài phức tạp. Sau nhiều
thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học đã khám phá ra các chức năng chuyên biệt của
các vùng khác nhau của não bộ. Bên dưới vỏ não hay bề mặt của não bộ, các sợi trục
có bao myelin liên kết các neuron thần kinh với nhau tạo nên một vùng màu trắng
được gọi là chất trắng. Chất trắng của não chiếm khoảng một nửa tổng khối lượng
não. Bộ não sống rất mềm, có độ đặc giống như gel tương tự như đậu phụ mềm.
8
Hình 3. Não người mổ xẻ bên phải cho thấy chất xám (các phần bên ngoài tối hơn),
và chất trắng (các bộ phận bên trong và màu trắng nổi bật).
Chất trắng là một trong ba thành phần rắn chính của hệ thần kinh trung ương.
Mô chất trắng mới cắt của não màu trắng khi nhìn bằng mắt thường do có thành phần
chủ yếu là lipid. Hai thành phần khác của não là chất xám và chất đen (provia nigra).
[3] Chất trắng chiếm một nửa bộ não con người và thường không được xem trọng
trong nghiên cứu bệnh lý. Quan điểm đó có thể thay đổi. Các nghiên cứu hình ảnh và
tế bào và phân tử đang tiết lộ tính dẻo của chất trắng với những tác động có thể có
đối với chức năng nhận thức bình thường và rối loạn tâm lý.
Chất trắng, nằm bên dưới vỏ chất xám, bao gồm hàng triệu bó sợi trục (dây
thần kinh) kết nối các tế bào thần kinh ở các vùng não khác nhau thành các mạch
chức năng. Màu trắng từ vật liệu cách điện (myelin) bao phủ sợi trục (Hình 2). Nó
được hình thành bởi các tế bào nonneuronal, oligodendrocytes, bao bọc tới 150 lớp
màng tế bào nén chặt quanh sợi trục. Myelin rất cần thiết cho việc truyền các xung
điện tốc độ cao, và thiệt hại của nó có thể làm giảm dẫn truyền và do đó, các chức
năng cảm giác, vận động và nhận thức. Chất trắng ảnh hưởng tới hoạt động học và
hoạt động não, điều biến sự phân bố của thế động tác, đóng vai trò như một rơ le và
điều phối giao tiếp giữa các vùng não khác nhau.
9
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN THỊ KIM LAN
QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ
ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG
LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH ĐAU NỬA ĐẦU
Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
Mã số chuyên ngành: 8520401
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÝ ANH TÚ
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày ….. tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. .........................................................................
2. ..........................................................................
3. ..........................................................................
4. ..........................................................................
5. ..........................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA
i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN THỊ KIM LAN MSHV: 1870344
Ngày, tháng, năm sinh: 16 – 01 – 1995 Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 8520401
I. TÊN ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ
ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG LIÊN QUAN ĐẾN
BỆNH ĐAU NỬA ĐẦU
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan lý thuyết về bệnh đau nửa đầu, chất trắng, hình ảnh cộng hưởng từ
2. Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi chất trắng
liên quan đến bệnh đau nửa đầu
3. Phân tích kết quả đạt được
4. Kết luận và hướng phát triển
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/12/2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÝ ANH TÚ, ThS. Nguyễn Trường Thanh
Hải
Tp. HCM, ngày . . . . tháng 12 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trính học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngành Vật
Lý Kỹ Thuật, tôi đã được sự giảng dạy tận tình của các thầy cô. Chính nơi đây đã
cung cấp cho tôi kiến thức và giúp tôi trưởng thành trong học tập và nghiên cứu khoa
học. Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến với các thầy cô đã giảng dạy tôi trong
suốc thời gian học tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ths. Nguyễn Trường Thanh Hải (University
Montpellier, Montpellier city, France) đã tạo tiền đề và hỗ trợ nhiệt tình giúp tôi thực
hiện luận văn này.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Lý Anh Tú, đã động viên, cung cấp
kiến thức và luôn tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin được phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong hội đồng đã đọc, nhận
xét và giúp tôi hoàn chỉnh luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã quan tâm, chia sẻ những khó
khăn, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp, hoàn thành
quãng đời học viên gian khổ nhưng cao đẹp tại trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG
Tp. HCM.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019
Trần Thị Kim Lan
iii
ABSTRACT
Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi
chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu
Đau nửa đầu là một bệnh thần kinh phổ biến. Nó không chỉ ảnh hưởng chất lượng
cuộc sống cá nhân mà còn mang đến những hạn chế về kinh tế và xã hội. Nghiên cứu
sự thay đổi chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu bằng hình ảnh cộng hưởng từ
MRI đang được thực hiện trên thế giới. Xác định sự bất thường của chất trắng ở bệnh
nhân đau nửa đầu giúp xác định mức độ nghiêm trọng, loại và khoảng thời gian bệnh.
Hiện nay, phương pháp nghiên cứu chung về sự thay đổi chất trắng liên quan đến
bệnh đau nửa đầu là sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ. Kết quả nghiên cứu bằng
phương pháp chụp cộng hưởng từ cho thấy có những thay đổi của chất trắng và tỷ lệ
phần trăm của những thay đổi này phụ thuộc vào tần suất của các cơn đau nửa đầu
lặp đi lặp lại.
Procedure of image processing on magnetic resonance image to study
the change of white matter associated with migraine disease
Migraine is a common neurological disorder. It influences the quality of personal life
and also brings economic and social drawbacks. Studies on the change of white
matter associated with migraine disease by magnetic resonance imaging (MRI) have
been investigating in many places around the world. Detection of the prevalence of
white matter in migraine patients determines its correlation with migraine severity,
type and duration. At present, the general method of studying on the change of white
matter associated with migraine disease is using magnetic resonance imaging. The
results of studies by magnetic resonance imaging method show that there are changes
of white matter and the percentage of these changes depend on the frequency of the
repeated migraine attacks.
iv
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii
LỜI CẢM ƠN iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH SÁCH HÌNH VẼ vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT x
LỜI CAM ĐOAN 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2
2. TỔNG QUAN 3
2.1 Đau nửa đầu 3
2.1.1 Giới thiệu 3
2.1.2 Nguyên nhân 4
2.1.3 Phân loại 4
2.1.4 Chuẩn đoán 4
2.1.5 Sự phổ biến của đau nửa đầu 6
2.2 Chất trắng 8
2.2.1 Giới thiệu 8
2.2.2 Tình hình nghiên cứu sự thay đổi chất trắng trên thế giới 12
2.3 Hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân 14
2.3.1 Giới thiệu 14
2.3.2 Cấu tạo 16
2.3.3 Nguyên lý hoạt động 18
2.3.4 MRI chức năng (fMRI) 20
3. QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH TRÊN ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ ĐỂ
NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CHẤT TRẮNG LIÊN QUAN ĐẾN BỆNH
ĐAU NỬA ĐẦU 43
3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 43
3.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu sự thay đổi chất trắng liên quan đến
bệnh đau nửa đầu bằng ảnh cộng hưởng từ 46
3.2.1 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 46
v
3.2.2 Lựa chọn giao thức hình ảnh 47
3.2.3 Phân tích dữ liệu 48
3.2.4 Phân tích thống kê 49
3.3 Quy trình xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu sự thay đổi
chất trắng liên quan đến bệnh đau nửa đầu bằng chương trình FSL 49
3.3.1 Giới thiệu chương trình FSL 49
3.3.2 Tiền xử lý ảnh trên ảnh cộng hưởng từ bằng công cụ FEAT 54
3.3.3 Phân tích hình ảnh bằng ReHo 62
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64
5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
PHỤ LỤC 80
vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1. Tỷ lệ đau nửa đầu theo tuổi và giới tính. Dữ liệu từ Nghiên cứu Gánh nặng
Bệnh tật Toàn cầu 2016 (GBD 2016) [1] ....................................................................7
Hình 2. (a) Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở nam giới từ 15- 49 tuổi. (b) Tỷ
lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở phụ nữ từ 15- 49 tuổi [1] ................................8
Hình 3. Não người mổ xẻ bên phải cho thấy chất xám (các phần bên ngoài tối hơn),
và chất trắng (các bộ phận bên trong và màu trắng nổi bật). ......................................9
Hình 4. Chất trắng. Myelin bao bọc và cách điện sợi trục thần kinh có thể kiểm soát
sự lan truyền của các xung điện theo cách ảnh hưởng đến việc xử lý thông tin [12]
...................................................................................................................................10
Hình 5. Một hệ thống nam châm lâm sàng siêu dẫn. (Lịch sử của Siemens) [2] .....17
Hình 6. Cấu tạo máy MRI ........................................................................................17
Hình 7. Bằng cách điều chỉnh các giá trị TR và TE của T1 và T2, ta thu được các
tương phản ảnh tương ứng với một đặc tính mô riêng biệt.......................................19
Hình 8. Chất trắng ....................................................................................................24
Hình 9. Biến động tự phát trong hoạt động não quan sát với hình ảnh cộng hưởng
từ chức năng. .............................................................................................................25
Hình 10. Não bộ [16] ................................................................................................26
Hình 11. Voxels [16] ................................................................................................27
Hình 12. Phản hồi BOLD [16] .................................................................................28
Hình 13. Hiệu chỉnh chuyển động tối thiểu [16] ......................................................32
Hình 14. Hiệu chỉnh tín hiệu giả [16] .......................................................................33
Hình 15. Tín hiệu giả phát hiện bởi Artifact Detection [16] ....................................34
Hình 16. Hình ảnh cấu trúc tham chiếu trên hình ảnh chức năng [16] ....................35
Hình 17. Bình thường hóa ........................................................................................35
Hình 18. Hình ảnh được làm mịn .............................................................................36
Hình 19. FWHM .......................................................................................................37
Hình 20. Mô hình tuyến tính tổng quát ....................................................................38
Hình 21. Các dạng tần số [16] ..................................................................................39
Hình 22. Bộ lọc thông cao [16] ................................................................................40
Hình 23. Ước tính độ tương phản [16] .....................................................................41
Hình 24. Thiết lập ngưỡng [16] ................................................................................42
Hình 25. Hình ảnh não khi kích thích âm thanh [16] ...............................................42
Hình 26. Logo của FSL ............................................................................................50
Hình 27. Giao diện FSL...........................................................................................52
Hình 28. Hình trên cùng: ảnh chụp màn hình của FSLView hiển thị hai bản đồ kích
hoạt lớp phủ (được tô màu đỏ và xanh lam) cùng với mô hình GLM chuỗi thời gian
thô phù hợp và kết quả phân cụm. Hình dưới cùng: ảnh chụp màn hình kết xuất đồ
họa dựa trên khuếch tán 3D trong FSLView. [11] ....................................................53
Hình 29. Ví dụ GUI FEAT. ......................................................................................55
Hình 31. GUI FEAT: Data .......................................................................................57
vii
Hình 32. GUI FEAT: Pre-stats .................................................................................59
Hình 33. Mạng lưới chế độ hoạt động được phát hiện bởi phân tích ReHo [27] .....63
Hình 34. Kích thước cụm voxel ...............................................................................63
Hình 35. Hình ảnh độ phân giải thấp FMRI ses-1_T1w hợp nhất với một hình ảnh
có độ phân giải cao mẫu ............................................................................................66
Hình 36. Hình ảnh độ phân giải cao được hợp nhất với một hình ảnh tiêu chuẩn
(MNI 152) .................................................................................................................66
Hình 37. Hỉnh ảnh độ phân giải thấp hợp nhất với một hình ảnh tiêu chuẩn (MNI
152) ...........................................................................................................................66
Hình 38. MCFLIRT ước tính chuyển động quay .....................................................67
Hình 39. MCFLIRT ước tính chuyển động tịnh tiến................................................68
Hình 40. MCFLIRT ước tính chuyển vị trung bình .................................................68
Hình 41. Ước tính phân tích thành phần chính ........................................................69
Hình 42. Bản đồ không gian .....................................................................................70
Hình 43. Thời gian quá trình phân tách ICA ............................................................70
Hình 44. Phổ năng lượng theo thời gian ..................................................................71
Hình 45. Dữ liệu thô IC đầu ra .................................................................................71
Hình 46. Bản đồ xác suất..........................................................................................72
Hình 47. IC_1 Gaussian Mixture Model fit. ...........................................................72
Hình 48. Hình ảnh fMRI được chuẩn hóa ................................................................73
Hình 49. Sự thay đổi của bất thường chất trằng trong khoảng thời gian ba năm từ
2009 đến 2012 [8] .....................................................................................................73
viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1. Các phương pháp hình ảnh thần kinh..........................................................20
Bảng 2. Các công cụ của phần mềm FSL ................................................................50
ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MRI Magnetic resonance imaging Hình ảnh cộng hưởng từ
Function Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ chức
fMRI
imaging năng
Structural Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ cấu
sMRI
imaging trúc
Diffusion Magnetic resonance Hình ảnh cộng hưởng từ
dMRI
imaging khuếch tán
NMR Nuclear Magnetic resonance Cộng hưởng từ hạt nhân
WMLs White matter lesion Tổn thương chất trắng
Chất trắng cường độ cao trên
WMHs White matter hyperintensity
ảnh MRI
Hình ảnh cộng hưởng từ sức
DTI Diffusion Tensor imaging
căng khuếch tán
CNS Central nervous system Hệ thần kinh trung tâm
RF Radio frequency Tần số vô tuyến
FID Free induction decay Phân rã cảm ứng tự do
BOLD Blood-oxygen-level-dependent Độ bão hòa ocy trong máu
Toàn bộ chiều rộng ở mức tối
FWHM Full width at half maximum
đa một nửa
GM Gray matter Chất xám
WM White matter Chất trắng
WMA White matter abnormalities Bất thường chất trắng
IHL Infratentorial hyperintense lesion Tổn thương chất trắng
ILLs Infarct-like lesion Tổn thương nhồi máu
FLAIR Fluid-attenuated inversion recovery Phục hồi đảo ngược chất lỏng
MO Migraine without aura Đau nửa đầu không tiền triệu
MA Migraine with aura Đau nửa đầu có tiền triệu
PCA Principle component analysis Phân tích thành phần chính
ICA Independent component analysis Phân tích thành phần độc lập
x
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. 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 rõ ràng và được phép công bố.
Tp. HCM, tháng 12 năm 2019
Học viên thực hiện
Trần Thị Kim Lan
1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo WHO, chứng đau nửa đầu ảnh hưởng đến khoảng 15% dân số. Đây là
bệnh thần kinh phổ biến nhất và nó được xếp hạng thứ 12 ở phụ nữ và thứ 19 trong
dân số nói chung về mức độ tàn tật mà nó gây ra. Thông thường, chứng đau nửa đầu
được coi là một rối loạn lành tính mà không gây hậu quả lâu dài cho não. Các nhà
thần kinh học thường đánh giá bệnh nhân bị đau nửa đầu để loại trừ nguyên nhân thứ
phát của đau đầu.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây điều tra mô hình kích hoạt của não khi đau
nửa đầu tấn công và cũng chỉ ra những triệu chứng như sợ ánh sáng, sợ mùi và nhận
thức đau với mục đích tìm ra cơ chế cơ bản. Ngày càng có nhiều bằng chứng rằng có
đau nửa đầu diễn ra bất thường và các cuộc tấn công lặp lại nhiều lần đang dẫn đến
sự thay đổi cấu trúc và chức năng não, từ đó có thể dẫn đến chứng đau nửa đầu mãn
tính.
Việc sử dụng các kỹ thuật MRI đã chỉ ra chứng đau nửa đầu không chỉ đơn
giản là một căn bệnh liên quan đến cơn đau xảy ra gián đoạn hoặc liên tục, mà là một
quá trình theo thời gian hoặc ảnh hưởng đến chức năng hoặc cấu trúc não. Trong thập
kỷ qua, một số thay đổi cơ bản đã được chứng minh xảy ra trong não của chứng đau
nửa đầu bao gồm chức năng bất thường của các vùng và mạng não chính, thay đổi
cấu trúc chất xám và chất trắng trong não và thay đổi hóa học não. Các nghiên cứu
về hình ảnh thần kinh đang bắt đầu làm sáng tỏ các cơ chế cơ sở cho sự phát triển của
chứng đau nửa đầu và các triệu chứng cụ thể của nó. Điều này giúp cải thiện các
phương pháp điều trị cũng như theo dõi hiệu quả điều trị theo cách khách quan và
không xâm lấn.
Đau nửa đầu là một yếu tố nguy cơ độc lập đối với các tổn thương chất trắng
não (WMLs) và nguy cơ thầm lặng nhồi máu vòng tuần hoàn. Sự hiện diện của các
tổn thương này không tương quan với tuổi. Cơ chế bệnh sinh của sự phát triển tổn
thương không hoàn toàn được biết đến và các kết quả điều tra mô bệnh học của WMLs
không có sẵn trong chứng đau nửa đầu. Cả thời gian mắc bệnh và tần suất tấn công
đều có vai trò quan trọng trong quá trình tiến triển của tổn thương và ảnh hưởng hôn
mê của bệnh cũng có thể dẫn đến sự phát triển của tổn thương. Các cơ chế bệnh lý
2
liên quan đến sự tấn công khác nhau đã được xem xét trong việc hình thành WMLs.
Trong số này, các tác động của thay đổi huyết động nội sọ lặp đi lặp lại, bao gồm
thiếu máu cục bộ và giảm tưới máu khu trú với thiếu máu cục bộ mô chỉ ra rằng
WMH có thể là hậu quả của chấn thương do thiếu máu cục bộ vi mạch máu trong đau
nửa đầu. Số lượng, thể tích và vị trí của WMH cũng được điều tra trong cùng một
nhóm bệnh nhân. Các WMH xuất hiện thường xuyên nhất trong chất trắng sâu ở vùng
tuần hoàn trước, chủ yếu ở thùy trước và thùy đỉnh, với kích thước WMH trung bình
tương tự ở tất cả các thùy bán cầu.
Kiểm tra sự thay đổi của chất trắng có liên quan đến bệnh nhân đau nửa đầu,
có thể thực hiện quan sát bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) và
khuếch tán DTI vì đặc tính kỹ thuật cao và rất nhạy cảm thường được sử dụng để phát
hiện những thay đổi chức năng và cấu trúc não trong hệ thống thần kinh trung ương.
Qua đó, hình ảnh thần kinh cung cấp những hiểu biết mới về chức năng não và cấu
trúc từ đó có thể cung cấp các dấu hiệu khách quan của bệnh, quá trình chuyển đổi từ
giai đoạn sang mãn tính đau nửa đầu và kháng thuốc. Điều này giúp các nhà thần kinh
học tìm ra các phương pháp trị liệu hiệu quả và theo dõi khách quan sự hiệu quả của
phương pháp điều trị đó.
2. TỔNG QUAN
2.1 Đau nửa đầu
2.1.1 Giới thiệu
Đau nửa đầu (migraine) là một chứng rối loạn tiền phát đau đầu gây mất khả
năng hoạt động phổ biến. Nhiều nghiên cứu dịch tể học cơ bản đã ghi nhận tỷ lệ phổ
biến cao của bệnh và các yếu tố kinh tế xã hội và cá nhân. Trong nghiên cứu về bệnh
tật toàn cầu năm 2010 (GBD2010), nó được xếp hạng là chứng rối loạn phổ biến thứ
ba trên thế giới. Trong GBD2015, nó đã được xếp hạng nguyên nhân gây mất khả
năng hoạt động cao thứ ba trên toàn thế giới ở cả nam giới và nữ dưới 50 tuổi. Đau
nửa đầu có đặc điểm bệnh lý cơ bản là: đau nửa đầu từng cơn, gặp nhiều ở tuổi thanh
thiếu niên, ở nữ gặp nhiều hơn nam và đa số có yếu tố gia đình. Đau nửa đầu điển
3
hình thường chỉ ảnh hưởng một bên đầu, nhức và kéo dài từ 4 đến 72 giờ đồng hồ;
với những triệu chứng buồn nôn, nôn mửa, sợ ánh sáng (nhạy cảm với ánh sáng hơn),
và sợ âm thanh (nhạy cảm với âm thanh hơn). Khoảng một phần ba người bị chứng
đau nửa đầu cảm nhận được cảm giác báo trước ('aura') - các triệu chứng thần kinh
cục bộ: hình ảnh, mùi vị, hoặc một cảm nhận giác quan không bình thường báo hiệu
cơn đau nửa đầu sắp diễn ra. [14]
2.1.2 Nguyên nhân
Nguyên nhân của đau nửa đầu chưa rõ ràng; giả thuyết được chấp nhận phổ
biến nhất là bệnh lý của hệ thống thần kinh sử dụng chất truyền đạt thần kinh
serotonin. Có một số loại đau nửa đầu khác nhau, một số bắt nguồn từ thân não (với
sự rối loạn vận chuyển ion canxi và kali) và một số là do di truyền. Nghiên cứu các
cặp song sinh cho thấy 60% đến 65% có sự ảnh hưởng của di truyền trong xu hướng
phát triển bệnh đau nửa đầu. Ngoài ra, thay đổi nồng độ hoóc môn cũng có liên quan
đến đau nửa đầu: 75% bệnh nhân người lớn là phụ nữ, mặc dù tỉ lệ này ngang nhau
đối với trẻ em nam và nữ tiền dậy thì; đau nửa đầu có xu hướng biến mất khi đang
mang thai, nhưng một số phụ nữ lại bị đau nửa đầu nhiều hơn khi mang thai.
2.1.3 Phân loại
Chứng đau nửa đầu có hai loại chính: chứng đau nửa đầu không có aura là một
hội chứng lâm sàng đặc trưng bởi đau đầu với các đặc tính cụ thể và các triệu chứng
liên quan, đau nửa đầu có aura được đặc trưng chủ yếu bởi các triệu chứng thần kinh
khu trú thoáng qua thường đi trước hoặc đôi khi đi kèm với đau đầu. Một số bệnh
nhân cũng trải qua giai đoạn aura, xảy ra vài giờ hoặc vài ngày trước hoặc trong khi
đau đầu. Các triệu chứng sau khi ăn bao gồm tăng động, giảm hoạt động, trầm cảm,
thèm ăn các loại thực phẩm cụ thể, ngáp lặp đi lặp lại, mệt mỏi và cứng cổ hoặc đau.
Một bệnh nhân có thể được chuẩn đoán và mã hóa bị tấn công bởi của cả hai dạng
dựa vào các tiêu chí hoặc thuộc đâu nửa đầu mãn tính. [14][15]
2.1.4 Chuẩn đoán
+ Chứng đau nửa đầu không có aura.
4
Rối loạn đau đầu tái phát biểu hiện trong các cuộc tấn công kéo dài 4 giờ đến
72 giờ. Đặc điểm điển hình của cơn đau đầu là diễn ra một bên đầu, tính chất đập
nhịp nhàng, cường độ trung bình hoặc cao, trầm trọng hơn do hoạt động thể chất
thông thường và liên quan đến buồn nôn, chứng sợ ánh sáng và chứng sợ âm thanh.
Tiêu chuẩn chẩn đoán: [15]
A. Ít nhất năm cuộc tấn công hoàn thành tiêu chuẩn B - D
B. Các cơn đau đầu kéo dài 4 giờ đến 72 giờ (khi không được điều trị hoặc
điều trị không thành công)
C. Khi đau đầu có ít nhất hai trong bốn điều sau đây đặc điểm:
1. Đau một bên
2. Tính chất đập nhịp nhàng
3. Cường độ đau trung bình hoặc cao
4. Trầm trọng hơn do các hoạt động thể chất thông thường (ví dụ: đi bộ hoặc
leo núi
cầu thang)
D. Trong khi đau đầu có ít nhất một trong những điều sau đây:
1. Buồn nôn và nôn
2. Chứng sợ ánh sáng và chứng sợ âm thanh
E. Không được giải thích tốt bởi chuẩn đoán ICHD-3 (liên quan đến chu kì
kinh nguyệt)
+ Chứng đau nửa đầu có aura
Các cuộc tấn công tái phát, kéo dài vài phút, các triệu chứng đơn thuần hoàn
toàn có thể đảo ngược hoàn toàn về thị giác, cảm giác hoặc hệ thần kinh trung ương
khác thường phát triển dần dần và thường đi kèm với đau đầu và các triệu chứng đau
nửa đầu liên quan.
Tiêu chuẩn chẩn đoán: [15]
5
A. Ít nhất hai cuộc tấn công đáp ứng tiêu chí B và C
B. Một hoặc nhiều hào quang có thể đảo ngược hoàn toàn sau đây
triệu chứng:
1. trực quan
2. giác quan
3. lời nói và / hoặc ngôn ngữ
4. động cơ
5. động não
6. võng mạc
C. Ít nhất ba trong sáu đặc điểm sau:
1. ít nhất một triệu chứng hào quang lan rộng dần trong 5 phút
2. hai hoặc nhiều triệu chứng hào quang xảy ra liên tiếp
3. mỗi triệu chứng hào quang cá nhân kéo dài 5 đến 60 phút
4. ít nhất một triệu chứng hào quang ở một bên đầu
5. ít nhất một triệu chứng hào quang rõ ràng
6. hào quang được đi kèm, hoặc theo sau trong vòng 60 phút, bởi đau đầu
D. Không được giải thích tốt bởi chuẩn đoán ICHD-3 (liên quan đến chu kì
kinh nguyệt).
2.1.5 Sự phổ biến của đau nửa đầu
Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu bị ảnh hưởng đáng kể bởi tuổi tác và giới tính.
Ở trẻ sơ sinh, tỷ lệ hiện mắc khoảng 3-7% không có sự khác biệt đáng kể giữa bé trai
và bé gái. Từ 10 tuổi-14 tuổi, tỷ lệ mắc bệnh ở nữ cao gấp hai đến ba lần so với nam
giới. Sự khác biệt giới tính tối đa là giữa tuổi 30 và 45 (Hình 1) khi tỷ lệ mắc chứng
đau nửa đầu lên đến đỉnh điểm ở cả nam và nữ [12 cạn16]. Sau tuổi 50, tỷ lệ lưu hành
giảm ở cả hai giới, rõ rệt nhất là phụ nữ. Bệnh đau nửa đầu mới sau 50 tuổi rất hiếm
6
gặp ở cả hai giới. Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu khác nhau ở các châu lục với các số
liệu cao nhất ở Úc, Châu Âu và Bắc Mỹ và thấp nhất ở Châu Phi, Trung / Nam Mỹ
và Đông Nam Á (Hình 1.2a, b). Số lượng nam giới và phụ nữ mắc chứng đau nửa
đầu tăng tỷ lệ thuận với sự gia tăng dân số
Hình 1. Tỷ lệ đau nửa đầu theo tuổi và giới tính. Dữ liệu từ Nghiên cứu Gánh nặng
Bệnh tật Toàn cầu 2016 (GBD 2016) [1]
7
Hình 2. (a) Tỷ lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở nam giới từ 15- 49 tuổi. (b) Tỷ
lệ mắc chứng đau nửa đầu toàn cầu ở phụ nữ từ 15- 49 tuổi [1]
2.2 Chất trắng
2.2.1 Giới thiệu
Đại não – thành phần chính của não, được chia thành hai phần chính: bán cầu
não phải và trái. Mỗi bán cầu được chia thành bốn thùy chính - thùy trán, thùy đỉnh,
thùy thái dương và thùy chẩm. Bề mặt của đại não chứa hàng tỷ các tế bào neuron
thần kinh và các tế bào đệm tạo thành vỏ não. Vỏ não có màu nâu xám màu được tạo
thành từ chất xám được sắp xếp theo lớp. Nó dày từ 2 đến 4 milimét (0,079 đến 0,125
in). Bề mặt của não có các nếp nhăn gập sâu để mang lại vẻ ngoài phức tạp. Sau nhiều
thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học đã khám phá ra các chức năng chuyên biệt của
các vùng khác nhau của não bộ. Bên dưới vỏ não hay bề mặt của não bộ, các sợi trục
có bao myelin liên kết các neuron thần kinh với nhau tạo nên một vùng màu trắng
được gọi là chất trắng. Chất trắng của não chiếm khoảng một nửa tổng khối lượng
não. Bộ não sống rất mềm, có độ đặc giống như gel tương tự như đậu phụ mềm.
8
Hình 3. Não người mổ xẻ bên phải cho thấy chất xám (các phần bên ngoài tối hơn),
và chất trắng (các bộ phận bên trong và màu trắng nổi bật).
Chất trắng là một trong ba thành phần rắn chính của hệ thần kinh trung ương.
Mô chất trắng mới cắt của não màu trắng khi nhìn bằng mắt thường do có thành phần
chủ yếu là lipid. Hai thành phần khác của não là chất xám và chất đen (provia nigra).
[3] Chất trắng chiếm một nửa bộ não con người và thường không được xem trọng
trong nghiên cứu bệnh lý. Quan điểm đó có thể thay đổi. Các nghiên cứu hình ảnh và
tế bào và phân tử đang tiết lộ tính dẻo của chất trắng với những tác động có thể có
đối với chức năng nhận thức bình thường và rối loạn tâm lý.
Chất trắng, nằm bên dưới vỏ chất xám, bao gồm hàng triệu bó sợi trục (dây
thần kinh) kết nối các tế bào thần kinh ở các vùng não khác nhau thành các mạch
chức năng. Màu trắng từ vật liệu cách điện (myelin) bao phủ sợi trục (Hình 2). Nó
được hình thành bởi các tế bào nonneuronal, oligodendrocytes, bao bọc tới 150 lớp
màng tế bào nén chặt quanh sợi trục. Myelin rất cần thiết cho việc truyền các xung
điện tốc độ cao, và thiệt hại của nó có thể làm giảm dẫn truyền và do đó, các chức
năng cảm giác, vận động và nhận thức. Chất trắng ảnh hưởng tới hoạt động học và
hoạt động não, điều biến sự phân bố của thế động tác, đóng vai trò như một rơ le và
điều phối giao tiếp giữa các vùng não khác nhau.
9