Sử dụng thuật toán machine vision để phát hiện bệnh võng mạc do tiểu đường.

1. Khái niệm về bệnh võng mạc do tiểu đường

Biến chứng tiểu đường (BCTĐ) tại mắt được ghi nhận bao gồm tăng nhãn áp cao, đục thủy tinh thể và bệnh lý võng mạc. Các bệnh này cần được phát hiện sớm để điều trị kịp thời, ngăn chặn mù lòa. Người bệnh tiểu đường cần lưu ý những sự thay đổi bất thường tại mắt để đi thăm khám.

Bệnh võng mạc do tiểu đường thường phát triển trên những bệnh nhân tiểu đường type 1 hoặc type 2 và tiến triển qua nhiều năm, có hai loại bệnh võng mạc đái tháo đường tiềm ẩn nguy cơ gây mất thị lực, đó là:

• Bệnh võng mạc tiểu đường không tăng sinh: là những mạch máu võng mạc bị tổn hại có thể trở nên tắc nghẽn hoặc biến dạng. Dịch, chất béo và protein rò rỉ ra khỏi bên ngoài các mạch máu bất thường. Dịch lỏng đó khu trú trong võng mạc gây ra hiện tượng phù nề, dẫn đến suy giảm thị giác sắc nét cho người bệnh.
• Bệnh võng mạc tiểu đường giai đoạn tăng sinh là do sự phát triển của các mạch máu cấu trúc bất thường trên bề mặt của võng mạc. Những mạch máu này có thể gây ra tình trạng chảy máu. Bệnh này có thể gây bong võng mạc, là tình trạng tách ra của các lớp võng mạc, đó là một trong những hậu quả nặng nề nhất của bệnh lý võng mạc tăng sinh.

2. Dấu hiệu của bệnh võng mạc do tiểu đường

Do biến chứng của bệnh tiểu đường có thể dẫn đến các hiện tượng:

• Bệnh tăng nhãn áp: Điều này chỉ có thể được chẩn đoán qua máy đo thị lực để xác định áp lực nội nhãn(IOP: Intra Oncular Pressure). Và thông thường để chẩn đoán thì thường phải có sự chỉ định từ bác sĩ chuyên khoa cũng như máy móc y tế hỗ trợ.
• Bệnh đục thủy tinh thể: Dấu hiệu nhận biết là mắt bệnh nhân sẽ không nhìn được rõ, thấy mờ và thủy tinh thể của bệnh nhân sẽ bị đục. Để xác định độ đục thì thường sẽ kiểm tra thăm khám mắt bằng bác sĩ chuyên khoa mắt với sự hỗ trợ của kính sinh hiển vi để giúp bác sĩ quan sát.
• Bệnh võng mạc tiểu đường: Võng mạc tiểu đường xảy ra do tình trạng tổn thương mạch máu ở võng mạc mắt. Biến chứng này nguy hiểm và tiến triển phức tạp gây nên các bệnh lý như phù hoàng điểm, xuất huyết dịch kính, bong võng mạc. Để xác định thì bệnh nhân sẽ được các bác sĩ cho tiến hành chụp ảnh đáy mắt kết hợp với 1 số phương pháp chẩn đoán khác như chụp ảnh OCT. 

Do biến chứng tiểu đường có nhiều ảnh hưởng, tuy nhiên với bệnh lý võng mạc tiểu đường thì sẽ dùng hình ảnh để chẩn đoán. Do vậy, nếu mình có thể ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để có thể phân tích 1 số hình ảnh đáy mắt và có thể kết hợp với hình ảnh OCT để mà có thể đưa ra chẩn đoán sớm và nhanh hơn cho người bệnh. Công cụ này tuy có thể xác định dấu hiệu bệnh nhưng nó cũng không có nghĩa là không cần sự tư vấn từ phía bác sĩ, mà nó chỉ là 1 công cụ để giảm thiểu thời gian thăm khám cho bác sĩ. Và cung cấp thêm công cụ để giúp cho các bác sĩ dễ dàng nắm được mức độ tổn thương khách quan, tăng độ chính xác hơn. 

Tuy nhiên, đây chỉ mới là ý tưởng của cá nhân mình. Còn việc thực hiện nó như thế nào, giải thuật để xử lý ra sao thì cũng cần phải có sự nghiên cứu sâu hơn về bệnh lý, cũng như sự hỗ trợ của bác sĩ về dấu hiệu nhận biết.

Tuy nhiên, trong tương lai không xa, công nghệ này có thể sẽ có phát triển mạnh hơn nữa. 

< Còn tiếp>

Tìm hiểu lý thuyết về Op-Amp

Amplifiers and operation amplifier circuit.

1 . Khuếch đại là gì ?

Khuếch đại ở đây có nghĩa là sự phóng đại các tín hiệu đó lên (Maginifes signal). Trái tim của mạch khuếch đại chính là nguồn điều khiển các tín hiệu đầu vào Chúng ta hãy xem 1 ví dụ đơn giản về mạch khuếch đại điện áp :

+ Điện áp vào là V1, thì ta có tín hiệu vòng hở(open) V2 = k.V1 , k được gọi là độ lợi vòng hở(open circuit gain).

+ Trong 1 mạch khuếch đại lý tưởng thì Ri = vô cùng và Ro = 0 (Ohm- đọc là ôm).

ð Mạch khuếch đại vi sai ở đây có nghĩa là khuếch đại những tín hiệu sai lệch có biên độ cực nhỏ .

a.     Xét ví dụ 1 :

Cho nguồn điện áp thực tế Vs với nội trở  là Rs, nối vào đầu input của mạch khuếch đại với trở kháng là Ri .Tìm biểu thức quan hệ giữa V2/Vs ?

Bài giải :

-        Mạch khuếch đại tải nguồn .

-        Độ lợi vòng lặp hở (open loop gain) giảm bởi yếu tố 

b.    Ví dụ 2 :

Cũng như ví dụ 1 nhưng tại điện áp ra V2 nuôi thêm 1 tải Rload (Rl), tìm   ?

Bài giải :

Cmtt như câu a , ta có biểu thức :

+ Độ lợi vòng lặp mở giảm nhanh hơn bởi có thêm yếu tố Rl/(Rl+Ro), điều  này cũng làm điện áp đầu ra phụ thuộc vào tải.

2 . Hồi tiếp trong mạch khuếch đại :

Khái niệm về hồi tiếp là gì? Hồi tiếp hiểu nôm na là sự kiểm tra lại thông số của đầu ra để đưa lại phần điều khiển control nhằm đảm bảo mức ra đạt yêu cầu .

Ví dụ về hồi tiếp :

+ Độ lợi của mạch khuếch đại có thể điều khiển được bởi phần hồi tiếp giữa tín hiệu đầu vào input  và đầu ra output .

+ Mạch hồi tiếp :

Hồi tiếp ở đây lấy tín hiệu thông qua trở R2 , tỷ lệ hồi tiếp (the feedback ratio) theo công thức sau :

chính vì vậy mà ta có thể thay đổi được độ lợi

khuếch đại nhưng cũng chính vì vậy làm cho độ khuếch đại này thấp hơn so với độ lợi vòng lặp hở(open loop gain).Mạch hồi tiếp chính là 1 mạch điều khiển kín nên độ khuếch đại đóng(close loop gain) .

Ví dụ 3 : Xét mạch điện như hình dưới .Hãy tìm biểu thức lien hệ giữa V2/Vs ?

Áp dụng định luật KCL (Kirffchof ‘s current Law).

Áp dụng KCL  :

+ Tại nút A :

Từ 2 phương trình trên, ta có: 

3. Mạch khuếch đại thuật toán(Operational aplifiers) :

a. Sơ đồ cấu tạo mạch opamp bên trong opamp :

Đây chính là sơ đồ cấu tạo của opamp sử dụng các bóng bán dẫn transistor. Sơ đồ nguyên lý của Op-Amp bên trong rất phức tạp. Hình trên chỉ là diễn giải cơ bản chưa hoàn toàn chi tiết. Chúng ta cũng không cần phải bỏ quá nhiều thời gian vào để phân tích nó làm gì, chỉ cần chúng ta hiểu được hoạt động và nguyên lý cơ bản để sử dụng.

b. Mạch opamp tích hợp (IC opamp ) :

+ Mạch khuếch đại thuật toán (OpAmp) là 1 thiết bị có 2 đầu vào input- và input+

Input- : Inverting – đầu vào đảo .

Iput+ : Noninverting – đầu vào không đảo .

+ Cũng như tất cả các linh kiện bán dẫn khác thì để opamp hoạt động được thì cần phải cấp nguồn DC  (+Vcc , -Vcc, và chân ground chung)

 Ký hiệu của opamp là đây!

+ Tín hiệu ra output của opamp phụ thuộc vào Ed = V⁺ - V^-  . Ở đây chúng ta sẽ bỏ qua sự ảnh hưởng của điện dung, mà thực tế thì linh kiện bán dẫn nào cũng bị ảnh hưởng của điện dung cả( ảnh hưởng rất nhỏ nhé.) . Trong phạm vi tuyến tính thì Vo = A*Ed , như vậy với vòng lặp hở thì độ lợi A sẽ lớn vô cùng.

+ Vo sẽ bão hòa tại thời điểm mà Ed vượt quá mức |Ed| > Vcc/A

+ Trong thực tế thì trở kháng đầu vào Ri rất lớn, nhưng trở kháng ngõ ra lại rất nhỏ.Độ lợi A thuộc từ khảng 10⁵  đến vài triệu .

Vd2 :

Cho mạch opamp với các thông số sau : Vcc = 15V, A = 10⁵ , V^-  = 0 .Tính giới hạn trên V⁺ mà mạch thuộc khoảng tuyến tính . ?

Giải :

Như vậy đối với các mạch khuếch đại opamp mà mắc kiểu open loop thì độ khuếch đại là rất lớn , chỉ cần tín hiệu vào 1mV thì ở đầu ra tín hiệu cũng đã bị bão hòa .

Để tránh trường hợp đó thì người ta sử dụng các mạch khuếch đại hồi tiếp âm.

Còn tiếp.

Tìm hiểu về cách đọc Datasheet

How to read datasheet

Đối với người kỹ sư điện tử ,thì yêu cầu đầu tiên đó là phải biết đọc thông số của linh kiện của nhà sản xuất – hay còn gọi là datasheet .

Vậy datasheet là bảng thông số  thiết kế của linh kiện – do nhà sản xuất thiết kế. Giải thích cách làm việc của linh kiện cũng như cách sử dụng nó .

Nhưng do thông số của mỗi linh kiện là do nhà sản xuất chế tạo nên để đọc được cũng không hề đơn giản. 

Chưa kể phong cách viết của mỗi kỹ sư mỗi người mỗi khác gây khó khăn cho chúng ta.

Tuy nhiên thì Datasheet vẫn là nơi tốt nhất để cho chúng ta có thể tìm kiếm mọi thông tin.Vì vậy chúng ta phải bắt buộc đọc được datasheet  nếu bạn là 1 kỹ sư.

Yêu cầu đầu tiên để đọc được datasheet là các bạn phải biết tiếng anh !!!

Nếu bạn nào không biết tiếng anh thì chí ít cũng phải biết cách sử dụng các công cụ search – mà Bác Google là lựa chọn số 1  .

Nếu bạn không có cả 2 yếu tố nói trên thì xin chúc mừng , bạn nên dừng đọc tại đây.Tài liệu này không được viết để dành cho các bạn .

Datasheet cho ta biết được toàn bộ thông số của linh kiện, và mỗi thông số lại cho rất nhiều giá trị .

Đầu tiên chúng ta nên đọc trang 1 để nắm các thông tin tổng quát nhất về IC như ic loại gì dùng vào việc gì điện áp làm việc bao nhiêu, dải đo từ bao nhiêu đến bao nhiêu.
- Đọc phần đến phần overview và đọc những phần quan tâm như tạo thư viện thì quan tâm đến kiểu chân . Việc đọc kiểu chân được quan tâm nhiều nhất khi các bạn phải ngồi thiết kế mạch in ( layout ) .

Trang đầu tiên thường cho biết tổng quan về loại ,chức năng và nét đặc trưng  của linh kiện.Chúng ta sẽ  nhanh chóng nắm được chứng năng cơ bản của nó .Ứng dụng cơ bản, thậm chí 1 vài datasheet còn cho ta biết được sơ đồ khối cấu tạo bên trong của nó (đối với các linh kiện mạch tích hợp – IC ) .

Tiếp đến là miêu tả các đặc trưng vật lý , quy cách đóng gói, sơ đồ các chân output (pinout) , chức năng của mỗi chân .

Đặc tính chi tiết làm việc của linh kiện ,nhà sản xuất sẽ cho bạn những thông số tuyệt đối  absolute maximum ratings  , những  thông số này được lấy từ thực tế và gần mức ngưỡng phá hủy của linh kiện  ,khi thiết kế chúng ta không được tính toán vượt quá mức ngưỡng này .

1 số nhà sản xuất còn cho chúng ta bảng khuyến cáo các thông số nên sử dụng (thông số đặc trưng-typical) . Dải điện áp hoạt động , dòng tiêu thụ , mức logic , bảng trạng thái ,…Điều kiện test thử nghiệm .

Ngoài ra , để người kỹ sư dễ hình dung thì datasheet còn cung cấp cho ta những đồ thị , đặc tuyến làm việc của linh kiện :

Đối với những IC logic thì đi kèm với nó luôn có bảng trạng thái Truth tables , với các chữ H(high) ,L(low),X – nghĩa là mức logic không xác định , chính vì vậy mà khi thiết kế ta phải quan tâm đến các điều kiện đảm bảo cho chip hiểu được mức logic , việc mức logic ở mức 0 ,1 là do nguồn cung cấp quyết định .

Nếu Vout > =2/3 Vcc thì hiểu là mức 1 ,và Vout < 1/3Vcc là mức thấp, trong kỹ thuật số thì chỉ có 2 mức, nhưng thực ra nó vẫn tồn tại 1 khoảng mà chip không thể hiểu được đó là mức gì , không phải 0 ,không phải 1  (Uncertain) .Thực ra , để hiểu rõ hơn thì các bạn có  thể nghiên cứu về mảng logic mờ (Fuzzy) hoặc tham khảo quyển sách Fuzzy logic  keyword  ( Logic mờ ) .

 Đối với các IC tạo xung , clock , Timing thì nó còn có thêm giản đồ xung :

Và điều quan trọng nhất của con linh kiện đó mà người kỹ   sư quan tâm nhất đó là , con linh kiện ứng dụng để làm cái gì ? sử dụng trong lĩnh vực gì  ?

Thì datasheet sẽ cung cấp cho chúng ta những ứng dụng điển hình của linh kiện đó.Các mẫu thiết kế ứng dụng tiêu biểu :

Có thêm các mạch mẫu :

Ngoài ra , đối với các linh kiện có những yêu cầu thiết kế layout riêng , đặc biệt thì datasheet còn có phần hướng dẫn cách thiết kế layout sao cho phù hợp và tối ưu nhất , việc thiết kế layout sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của mạch đó ,thiết kế pcb 

tránh bị nhiễu , suy giảm tín hiệu , EMI ,..

Và trang cuối cùng của datasheet sẽ luôn là quy cách đóng gói package .Đây là những thông số rất quan trọng được dùng để thiết kế footprint cho linh kiện .

Nguồn tham khảo : Sparkfun Electronic .