ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------------------

NGÔ THỊ THU AN

KHẢO SÁT SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG
HỒNG NGOẠI TRONG MÔ VÚ
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
Mã số: 8520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Trung Nghĩa
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Huỳnh Quang Linh
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM ngày 16 tháng 7 năm
2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng: TS. Lý Anh Tú
2. Thư ký: TS. Nguyễn Trung Hậu
3. Phản biện 1: PGS. TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
4. Phản biện 2: PGS. TS. Huỳnh Quang Linh
5. Ủy viên: PGS. TS. Phạm Thị Thu Hiền
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 KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TS. Lý Anh Tú

PGS. TS. Trương Tích Thiện


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: Ngô Thị Thu An
Ngày tháng năm sinh: 05/04/1996

MSHV: 2170302
Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Vật lý Kỹ thuật

Mã số: 8520401

I. TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG HỒNG NGOẠI TRONG MÔ VÚ
INVESTIGATE INFRARED LIGHT PROPAGATION IN BREAST TISSUE


II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Giải phẫu vú và sự bất thường ở vú.
- Đánh giá các phương pháp chẩn đoán trong phát hiện sự bất thường ở vú.
- Xây dựng mơ hình vú mơ phỏng 3D.
- Mơ hình hóa sự lan truyền ánh sáng trong mơ vú.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2023
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/06/2023
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. Trần Trung Nghĩa – Phòng Thí nghiệm Cơng nghệ Laser - Khoa Khoa học Ứng dụng – Trường
Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM.
Tp. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Trần Trung Nghĩa

PGS. TS. Huỳnh Quang Linh

TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

PGS. TS. Trương Tích Thiện


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cơ trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đặc
biệt là các thầy cô khoa Khoa Học Ứng Dụng của trường đã truyền đạt cho tôi những kiến
thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học cao học tại trường.
Tôi xin được gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy TS. Trần Trung Nghĩa, thầy đã tận tình,

hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành đề tài luận văn
này.
Tơi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã ln động viên, ủng hộ và giúp tơi có thêm
động lực để hồn thành đề tài.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 05 năm 2023
Học viên

Ngô Thị Thu An

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN
KHẢO SÁT SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG
HỒNG NGOẠI TRONG MÔ VÚ
Chụp nhũ ảnh là cách phổ biến và hiệu quả nhất để phát hiện sớm ung thư vú. Tuy nhiên,
chụp nhũ ảnh chỉ cho thấy cấu trúc vú chứ không thể cho biết nhiều về trạng thái sinh lý
của vú. Các phương pháp khám lâm sàng hay tự xét nghiệm đều có tỷ lệ dương tính giả và
tác dụng phụ khơng mong muốn nên cần có phương pháp chẩn đốn hình ảnh mới để thuận
tiện cho việc chẩn đốn. Các phương thức hình ảnh quang học như chụp cắt lớp quang học
khuếch tán (DOT) hoặc chụp ảnh thấu quang đã được đề xuất với mong muốn phát triển
một kỹ thuật khơng xâm lấn, chi phí thấp, thân thiện với bệnh nhân, không sử dụng bức xạ
không ion hóa. Những phương thức hình ảnh mới này có thể bổ sung cho các phương pháp
truyền thống như một công cụ sàng lọc bổ sung. Chụp ảnh thấu quang được xem như một
phương pháp tiềm năng trong các ứng dụng để chẩn đoán sự bất thường ở vú trong giai
đoạn sớm ở dải bước sóng cận hồng ngoại, việc xây dựng các mơ hình thực nghiệm một
để làm rõ sự tương tác giữa ánh sáng với mô sinh học giúp đánh giá tính khả dụng của thiết
bị hiệu quả hơn.
Nghiên cứu này điều tra mơ hình tái tạo vú ba chiều (3D) từ bộ dữ liệu hình ảnh cộng
hưởng từ (MRI) DICOM để phát triển các ứng dụng chẩn đoán dựa trên quang học. Mơ

hình 3D được phân đoạn và tái tạo bằng phần mềm The Mimicss Innovation Suite. Sau đó,
sự lan truyền ánh sáng của mơ hình vú 3D được mơ phỏng bằng phần mềm mơ phỏng có
tên là Môi trường mô phỏng quang học phân tử (MOSE) bằng phương pháp Monte Carlo.
Ngồi ra, mơ hình mơ phỏng cịn được thực hiên trên phần mềm COMSOL Multiphysics
3D là một phần mềm được thiết kế để mơ hình hóa và mô phỏng các hệ thống vật lý phức
tạp trong không gian ba chiều sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để giải số các
phương trình vi phân từng phần chi phối hoạt động của các hệ vật lý. Mơ hình được nghiên
cứu với các kịch bản khác nhau về nguồn sáng và máy dị. Từ đó, đánh giá cường độ hấp
thụ, bức xạ, tán xạ và truyền qua của gói photon cho thấy tính khả thi để phát triển hệ thống
hình ảnh quang học vú. Một vật thể bất thường được thêm vào mơ hình 3D chứng tỏ tính
khả thi của việc thu được hình ảnh vật thể bất thường. Kết quả đã xác thực và khẳng định
tính khả thi của việc phát hiện mô bất thường trong hình ảnh vú bằng mơ phỏng.
ii


ABSTRACT
INVESTIGATE INFRARED LIGHT PROPAGATION
IN BREAST TISSUE
Mammography is the most popular and effective way to detect early, non-palpable breast
cancer. However, mammography only shows breast structure and cannot show much about
the physiological state of the breast. Clinical examination or self-testing methods have
false-positive rates and unwanted side effects, so a new diagnostic method with imaging
images is needed to facilitate diagnosis. Optical imaging modalities like diffuse optical
tomography (DOT) or transillumination imaging have been proposed with the desire to
develop a patient-friendly, low-cost, non-invasive technique that does not use non-ionizing
radiation. Transillumination is seen as a potential method in applications to diagnose early
breast abnormalities in the near-infrared wavelength range, clarify the interaction between
light and biological tissue helps to evaluate the usability of the device more effectively.
These novel imaging modalities can complement traditional methods as an additional
screening tool. This study investigates a three-dimensional (3D) breast reconstructed

model from DICOM Magnetic resonance imaging (MRI) dataset for developing opticalbased diagnosis applications. The 3D model is segmented and reconstructed using The
Mimicss Innovation Suite software. Then, the light propagation of the 3D breast model
was simulated using a simulation software called Molecular Optical Simulation
Environment (MOSE) using the Monte Carlo method. In addition, the simulation model is
also performed on COMSOL Multiphysics 3D software which is a software designed to
model and simulate complex physical systems in three-dimensional space using finite
element method (FEM) to numerically solve the partial differential equations that govern
the operation of physical systems. The model is investigated with different scenarios of
light sources and detectors. As a result, the absorption distribution, fluence, reflectance,
and transmittance show the feasibility for developing a breast optical imaging system. A
result of an abnormal object added into the 3D model proves the feasibility of obtaining
the abnormal object image. With the view toward developing a breast optical imaging
iii


system, the light propagation simulations are conducted by modeling the light propagated
in a 3D model with different light sources and detectors scenarios. The result validated and
confirmed the feasibility of detecting abnormal tissue in breast images by simulation.

iv


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn
khoa học của TS. Trần Trung Nghĩa. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
hoàn toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thơng tin
trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 05 năm 2023
Học viên


Ngô Thị Thu An

v


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ..................................................................................................... ii
ABSTRACT ....................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................x
DANH MỤC VIẾT TẮT ....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU .............................................................................................1

1.1

Đặt vấn đề ...............................................................................................................1

1.2

Mục tiêu đề tài ........................................................................................................2

1.3

Nhiệm vụ đề tài ......................................................................................................3


CHƯƠNG 2
2.1

TỔNG QUAN ...........................................................................................4

Giải phẫu và cấu trúc vú ở phụ nữ trưởng thành ....................................................4

2.1.1

Đặc điểm giải phẫu .............................................................................................4

2.1.2

Mạch máu và dây thần kinh ở vú ........................................................................5

2.1.3

Sinh lý vú ............................................................................................................6

2.2

Các vấn đề bất thường ở vú ....................................................................................7

2.2.1

Các khối u lành tính ............................................................................................7

2.2.2


Ung thư vú ..........................................................................................................8

2.3

Các kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh ở vú .................................................................11

2.3.1

Chụp X – quang tuyến vú .................................................................................12

2.3.2

Phương pháp chụp Cộng hưởng từ (MRI) ........................................................13

2.3.3

Siêu âm..............................................................................................................14
vi


2.4

Kỹ thuật hình ảnh thấu quang hồng ngoại gần (NIR - Transillumination) ..........15

2.5

Quang học mô và lan truyền ánh sáng trong mô sinh học ...................................17

2.5.1


Sự phản xạ và khúc xạ ......................................................................................18

2.5.2

Sự hấp thụ .........................................................................................................19

2.5.3

Sự tán xạ............................................................................................................20

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................21

3.1

Phương trình vận chuyển bức xạ (RTE) ..............................................................21

3.2

Mơ hình hóa sự lan truyền ánh sáng trong mô sinh học bằng phương pháp mô

phỏng Monte Carlo ........................................................................................................23
3.2.1

Tạo các biến số ngẫu nhiên ...............................................................................24

3.2.2

Quy tắc lan truyền photon .................................................................................26


3.2.2.1

Chiếu chùm photon ...........................................................................................26

3.2.2.2

Xác định bước đi của photon và xác định vị trí mới của photon ......................27

3.2.2.3

Sự hấp thụ và tán xạ photon ..............................................................................29

3.2.2.4

Sự phản xạ và truyền tại biên các lớp mô .........................................................30

3.2.2.5

Chấm dứt photon ...............................................................................................32

3.3

Phương trình phần tử hữu hạn (FEM) ..................................................................33

3.4

Chương trình mơ phỏng MOSE [33] ...................................................................34

3.5


Phần mềm mơ phỏng 3D COMSOL Multiphysics ..............................................36

CHƯƠNG 4
4.1

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ........................................38

Xây dựng mơ hình mơ phỏng ...............................................................................38

4.1.1

Mơ hình mơ phỏng ở phần mềm MOSE ...........................................................39

4.1.2

Mơ hình mơ phỏng với COMSOL ....................................................................41

4.2
4.2.1

Kết quả mơ phỏng với chương trình MOSE ........................................................43
Sự phân bố ánh sáng hấp thụ trong mô vú ........................................................43
vii


4.2.1.1

Trong mơ vú bình thường .................................................................................43


4.2.1.2

Trong mơ vú có tồn tại khối u ...........................................................................44

4.2.2

Hình ảnh thấu quang .........................................................................................45

4.3

Kết quả mơ phỏng với COMSOL ........................................................................46

CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................48

5.1

Kết luận ................................................................................................................48

5.2

Hạn chế .................................................................................................................49

5.3

Hướng phát triển...................................................................................................49

DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ......................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................52


viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cấu tạo các lớp của ngực từ ngồi vào trong. .......................................................4
Hình 2.2 Các khối u lành tính ở ngực. .................................................................................7
Hình 2.3 Các giai đoạn của ung thư vú bao gồm: T1, T2, T3, T4. ....................................10
Hình 2.4 Mơ hình kỹ thuật chụp ảnh cắt lớp khuếch tán (DOT) [22]. ..............................17
Hình 2.5 Hình ảnh thể hiện các sự tương tác khác giữa ánh sáng với mô sinh học [23]. .18
Hình 2.6 Sự lan truyền ánh sáng vào hai mơ có chiết suất n và n’’ [24]. ..........................19
Hình 3.1 Tương tác của ánh sáng bên trong mô với các chế độ khác nhau. .....................23
Hình 3.2 Quá trình tìm được biến số ngẫu nhiên 𝜒. ..........................................................25
Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn tiêu chuẩn của mơ hình hóa sự lan truyền ánh sáng trong mô
sinh học dựa trên phương pháp mơ phỏng Monte Carlo. ..................................................26
Hình 4.1 Quy trình tái tạo mơ hình vú 3 chiều. .................................................................38
Hình 4.2 Kết quả xây dựng mơ hình vú. ............................................................................39
Hình 4.3 Mơ hình vú bình thường. ....................................................................................40
Hình 4.4 Mơ hình vú có khối u (hình elip màu vàng). ......................................................40
Hình 4.5 Mơ hình mơ phỏng trong MOSE với vị trị chiếu và mặt phẳng detector. ..........41
Hình 4.6 Mơ hình vú được xây dựng bằng ảnh MRI trong phần mềm COMSOL............41
Hình 4.7 Mơ hình vú được xây dựng bằng ảnh MRI và được tiến hành chia lưới trong
COMSOL. ..........................................................................................................................42
Hình 4.8 Mơ hình vú có tồn tại khối u nằm bên vú bên phải được xây dựng bên trong
COMSOL. ..........................................................................................................................42
Hình 4.9 Thiết lặp mơ hình mơ phịng trong COMSOL ở hai kịch bản. ...........................43
Hình 4.10 Mật độ photon của mơ hình vú bình thường ở (a) mặt phẳng x-y, (b) mặt phẳng
y-z và (c) mặt phẳng x-z. ...................................................................................................44
Hình 4.11 Mật độ photon của mơ hình vú bất thường ở (a) mặt phẳng x-y, (b) mặt phẳng
y-z và (c) mặt phẳng x-z. ...................................................................................................45

Hình 4.12 Hình ảnh ánh sáng thấu quang của mơ vú: (a) Mơ bình thường và ..................46
Hình 4.13 Phân bố bức xạ chuẩn hóa ở mơ hình vú bình thường. ....................................47
Hình 4.14 Phân bố bức xạ chuẩn hóa ở mơ hình vú có khối u. .........................................47
ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Các thông số quang học của mơ hình vú [35, 36]. .............................................38

x


DANH MỤC VIẾT TẮT
WHO

World Health Organizition

Tổ chức Y tế Thế giới

GLOBOCAN

Global Cancer Observatory

Tổ chức Ung thư Toàn cầu

NIR

Near Infrared

Cận hồng ngoại


MRI

Magnetic Resonance Imaging

Chụp ảnh cộng hưởng từ

PET

Positron Emission Tomography Chụp cắt lớp phát xạ positron

SPECT

Single Photon Emission

Chụp cắt lớp phát xạ đơn

Computed Tomography

photon

xi


CHƯƠNG 1
1.1

GIỚI THIỆU

Đặt vấn đề


Ung thư là một trong những mối quan tâm hàng đầu trên thế giới. Theo báo cáo của Tổ
chức Y tế Thế giới (WHO) năm 2020, tỉ lệ mắc ung thư và tử vong do ung thư ngày càng
có xu hướng tăng trên tồn cầu với gần 10 triệu ca tử vong, dẫn đầu trong đó là ung thư vú
với tỉ lệ mắc bệnh gần 2.3 triệu ca và số bệnh nhân tử vong trên toàn cầu vào năm 2020 là
685.000 người [1]. Tại Việt Nam, ung thư vú là một trong những loại ung thư phổ biến với
21.555 ca mắc chiếm 11.8% số ca mắc ung thư vào năm 2020 chỉ sau ung thư phổi và ung
thư gan [2].
Theo báo cáo của WHO, phần lớn tỉ lệ bị mắc và tử vong do ung thư tập trung ở các nước
đang phát triển, nơi mà vấn đề sức khỏe vẫn chưa được hoàn toàn chú trọng. Có nhiều
nguyên nhân dẫn dẫn đến tỉ lệ mắc và tử vong do ung thư tăng cao và một trong những
nguyên nhân phổ biến nhất là bởi sự chậm trễ trong việc phát hiện các dấu hiệu bất thường
trước ung thư, đặc biệt là ở ung thư vú [3, 4].
Trong các vấn đề liên quan đến sự phát hiện sớm ung thư vú, yếu tố kĩ thuật chiếm vai trò
quan trọng hơn cả. Ngày nay, với sự phát triển và tiến bộ của khoa công nghệ, đặc biệt là
trong lĩnh vực y tế, nhiều phương pháp chẩn đoán ung thư vú ở giai đoạn sớm được áp
dụng, điển hình nhất là phương pháp chụp nhũ ảnh (mamography). Kỹ thuật chụp nhũ ảnh
được xem như là “tiêu chuẩn vàng” trong việc chẩn đốn sớm ung thư vú khi có khả năng
phát hiện sự bất thường ở mô vú ở các giai đoạn đầu tiên. Tuy nhiên, phương pháp này lại
có một hạn chế là bởi sử dụng tia X để chẩn đốn do đó khiến người bệnh phải chịu tổn
thương bởi phóng xạ khi chẩn đốn. Ngược lại với kỹ thuật chụp nhũ ảnh, siêu âm lại hồn
tồn có thể được dùng để chẩn đốn mà khơng gây ra các vấn đề ảnh hưởng đến sức khỏe,
nhưng kèm với đó hạn chế của kỹ thuật là khó có thể chẩn đốn chính xác bởi kết quả chẩn
đốn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kỹ thuật viên và bác sĩ. Ngoài ra, bởi đặc tính
âm học của các mơ bình thường và mơ ở các khối u ác tính tương tự nhau nên cũng gây ra
khó khăn trong việc chẩn đốn ung thư vú bằng kỹ thuật siêu âm. Ngoài hai kỹ thuật chụp
nhũ ảnh và siêu âm, nhiều kỹ thuật khác nhau được ứng dụng trong việc chẩn đoán ung thư
vú chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp cắt lớp positron (PET),... Tuy nhiên,
1



cho đến hiện nay các kỹ thuật này còn các hạn chế khác nhau chẳng hạn như bức xạ ion
hóa, vấn đề chi phí,... [5, 6].
Do đó, việc phát triển một phương thức mới không sử dụng bức xạ ion hóa, chi phí thấp
với độ chính xác cao để phát hiện sớm những dấu hiện bất thường ở vú đang trở thành một
trong những nhu cầu cấp thiết.
Trong những năm gần đây, việc sử dụng hình ảnh hồng ngoại trong việc chẩn đoán ở vú
đang trở nên ngày càng phổ biến hơn bởi khả năng ưu việt của ánh sáng hồng ngoại gần
trong đánh giá khả năng tưới máu, thành phần các chất trong cơ thể,... Phương pháp này
cho thấy có nhiều ưu điểm như khơng có bức xạ ion hóa, chi phí thiết kế đơn giản và rẻ
tiền hơn so với các phương pháp hiện có và đặc biệt là có thể dùng trong các nghiên cứu
tầm sốt lặp đi lặp lại nhiều lần [7, 8].
Tuy nhiên, để phát triển một phương thức sử dụng kỹ thuật hình ảnh hồng ngoại trong việc
chẩn đoán ung thư vú ở giai đoạn sớm là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn
khác nhau. Trong giới hạn đề tài luận văn thạc sĩ này, tác giả tiến hành mô phỏng sự lan
truyền của ánh sáng hồng ngoại trong mơ hình vú được xây dựng bằng bộ ảnh MRI ở kịch
bản mơ hình vú bình thường và mơ hình vú có tồn tại khối u để đánh giá sự tương tác của
ánh sáng đến các mơ hình vú được thiết lập. Kết quả của nghiên cứu mang tính đóng góp
cơ sở cho các giai đoạn đầu tiên trong việc phát triển một phương thức chẩn đoán sự bất
thường ở vú bằng ánh sáng cận hồng ngoại.
1.2

Mục tiêu đề tài

Đề tài: “KHẢO SÁT SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG HỒNG NGOẠI TRONG MÔ
VÚ” cung cấp các định hướng đầu tiên trong việc phát triển một phương thức mới sử dụng
ánh sáng hồng ngoại trong việc chẩn đoán sớm sự bất thường ở vú phụ nữ. Mục tiêu của
đề tài là hiểu rõ sự tương tác của ánh sáng hồng ngoại trong mô vú ở hai kịch bản: mơ hình
vú bình thường và mơ hình vú có khối u ác tính từ đó đưa ra được các đánh giá tiềm năng
của việc ứng dụng kỹ thuật hình ảnh hồng ngoại trong chẩn đốn ung thư vú.

Trong đó, đề tài nghiên cứu này được tác giả thiết kế gồm có các mục tiêu chính như sau:
 Mục tiêu thứ nhất: Tổng quan và phân tích các vấn đề liên quan đến đề tài bao gồm:
cấu tạo và các loại bệnh liên quan, các kỹ thuật dùng trong chẩn đoán ung thư vú;
2


 Mục tiêu thứ hai: Tổng quan các cơ sở lý thuyết liên quan đến sự tương tác của ánh
sáng trong mơ sinh học nói chung và phương pháp mơ hình hóa sự lan truyền ánh
sáng trong mơ sinh học;
 Mục tiêu thứ ba: Xây dựng mơ hình mơ phỏng và tiến hành mô phỏng sự lan truyền
ánh sáng trong mô vú bằng phần mềm chuyên dụng.
1.3

Nhiệm vụ đề tài

Để hoàn thành các mục tiêu được đặt ra, trong quá trình nghiên cứu, tác giả xây dựng các
phần nhiệm vụ chính, cụ thể như sau:
 Nhiệm vụ thứ nhất: Trước tiên, tổng quan các vấn đề liên quan đến cấu tạo và các
bệnh liên quan đến vú, các kỹ thuật dùng trong chẩn đoán ung thư vú và tổng quan
các cơ sở lý thuyết liên quan đến tài;
 Nhiệm vụ thứ hai: Tiến hành xây dựng mơ hình vú bằng bộ ảnh MRI bằng phần
mềm chuyên dụng và thiết kế các thí nghiệm mơ phỏng.
 Nhiệm vụ thứ ba: Tiến hành mô phỏng sự lan truyền ánh sáng trong mô hình vú ở
các kịch bản được thiết lập bằng các phần mềm chuyên dụng.
 Nhiệm vụ thứ tư: Tiến hành bàn luận các kết quả để đưa ra các kết luận liên quan
đến hướng phát triển tiếp theo của đề tài.

3



CHƯƠNG 2
2.1

TỔNG QUAN

Giải phẫu và cấu trúc vú ở phụ nữ trưởng thành

2.1.1 Đặc điểm giải phẫu
Ở phụ nữ trưởng thành, vú nằm giữa xương sườn 2- 6 theo trục dọc và giữa bờ xương ức
với đường nách giữa trên trục ngang. Trung bình, đường kính vú đo được là 10-12 cm, và
dày 5-7 cm ở vùng trung tâm. Hình dạng của vú rất thay đổi nhưng thường có hình như cái
nón ở phụ nữ chưa sinh đẻ và có thể chảy xệ ở những phụ nữ đã sinh đẻ như mơ tả trong
hình 1.1. Phần mơ tuyến được chia thành 15-20 phân thuỳ, tất cả đều tập trung về núm vú
thông qua các ống dẫn sữa. Vú được cấp máu chủ yếu từ các động mạch vú trong và động
mạch ngực bên. Các cơ quan trọng ở vùng vú là cơ ngực lớn và cơ ngực bé, cơ răng trước,
cơ lưng, cũng như các mạc của cơ chéo ngoài và cơ thẳng bụng.

Hình 2.1 Cấu tạo các lớp của ngực từ ngoài vào trong. [2]
Núm vú thường nằm ở khoang liên sườn 4, giao với đường 1/3 ngoài xương đòn, là nơi đổ
ra của khoảng 5-10 ống dẫn sữa. Kích thước núm vú có thể thay đổi, trung bình dài 10-12
mm, rộng khoảng 9-10 mm, nằm trên nền da sẫm màu gọi là quầng vú. Núm vú có chứa
các tận cùng thần kinh cảm giác, bao gồm các thể Ruffini và các hành tận cùng của Krause.
Ngồi ra cịn có các tuyến bã và tuyến bán hủy nhưng khơng có các nang lơng.
Quầng vú có hình trịn, màu sẫm, cũng giống như núm vú, kích thước có thể thay đổi, trung
bình đường kính từ 1,5-2,5 cm. Các củ Morgagni nằm ở quanh quầng vú, được nhô cao lên
do miệng các ống tuyến Montgomery (hạt Montgomery). Các tuyến Montgomery là những
tuyến bã lớn, nó là dạng trung gian giữa tuyến mồ hôi và tuyến sữa.
4



Cấu tạo của tuyến vú ở nữ giới thay đổi tuỳ theo giai đoạn phát triển cơ thể. Đến tuổi dậy
thì, tuyến vú bắt đầu phát triển, mỗi tuyến vú được tạo nên từ 15-20 thuỳ tuyến; mỗi thuỳ
tuyến gồm nhiều tiểu thuỳ tuyến nằm rải ra trong tổ chức liên kết đệm và tổ chức mỡ của
tuyến vú. Ở thời kỳ cho con bú tuyến vú phát triển đầy đủ nhất, mỗi thuỳ tuyến là một
tuyến ngoại tiết kiểu chùm nho. Các nang tuyến được cấu tạo bởi hai loại tế bào: tế bào chế
tiết và tế bào cơ-biểu mơ. Bao bọc bên ngồi bởi màng đáy. Sau khi mãn kinh, tuyến vú
thối triển, trong mơ liên kết dưới da chỉ cịn sót lại ít đám ống bài xuất nằm rải rác [10].
Cấu trúc vú gồm 3 thành phần: da, mơ dưới da và mơ vú, trong đó mơ vú bao gồm cả mô
tuyến và mô đệm [11]:
- Phần mô tuyến được chia thành 15-20 thùy không đều, liên kết với nhau tạo thành.
Giữa các thùy được ngăn cách bởi các vách liên kết, mỗi thùy chia ra nhiều tiểu thùy được
tạo nên từ nhiều nang tuyến tròn hoặc dài, đứng thành đám hoặc riêng rẽ, cấu trúc 2-3 nang
tuyến đổ chung vào các nhánh cuối cùng của ống bài xuất trong tiểu thùy. Các ống này đổ
vào các nhánh gian tiểu thùy và tập hợp lại thành các ống lớn hơn, cuối cùng các ống của
mọi tiểu thùy đều đổ vào núm vú qua ống dẫn sữa. Khi có hiện tượng tiết sữa, sữa từ các
tiểu thuỳ sẽ được đổ vào các ống góp có ở mỗi thuỳ, rồi tới các xoang chứa sữa dưới quầng
vú. Có tất cả khoảng 5 đến 10 ống dẫn sữa mở ra ở núm vú.
- Mô dưới da và mô đệm của vú bao gồm mỡ, các mô liên kết, mạch máu, sợi thần
kinh và bạch huyết. Mô đệm nâng đỡ các tiểu thùy có cấu trúc giống như mơ liên kết trong
tiểu thùy và nối liền với mô xung quanh các ống dẫn. Trong thời kì khơng mang thai và
khơng cho con bú, số lượng mô đệm nâng đỡ các tiểu thùy quyết định kích thước và độ
chắc của vú.
- Da vùng vú mỏng, bao gồm các nang lông, tuyến bã và các tuyến mồ hơi. Núm vú
và quầng vú có một cấu trúc chung là cơ và da, hai loại cơ chạy vòng và lan tỏa đan chéo
vòng quanh để tạo lên cơ quầng vú, một mặt chúng tạo lên sườn núm vú, mặt khác chúng
tỏa vào sâu bao lấy các ống dẫn sữa chính.
2.1.2 Mạch máu và dây thần kinh ở vú
 Động mạch: Vú được cấp máu chủ yếu từ các động mạch vú trong và động mạch vú
ngoài:
5



 Động mạch vú ngoài: tách từ động mạch nách, đi từ trên xuống dưới sát bờ trong
của hõm nách đến cơ răng to, cho các nhánh nuôi dưỡng mặt ngoài vú, phần ngoài
cơ ngực và nhánh tiếp nối với động mạch vú trong.
 Động mạch vú trong: tách từ động mạch dưới địn, ni dưỡng phần cịn lại của vú.
 Tĩnh mạch: đổ vào tĩnh mạch nách, tĩnh mạch vú trong và tĩnh mạch dưới đòn. Tĩnh
mạch nách ở nông tạo thành mạng tĩnh mạch Haller. Mạng tĩnh mạch nông này chảy
vào tĩnh mạch sâu, rồi đổ vào tĩnh mạch vú trong, tĩnh mạch vú ngoài và tĩnh mạch
cùng - vai - ngực.
 Thần kinh: nhánh thần kinh bì cánh tay trong của đám rối cổ nông chi phối phần
nửa ngoài của vú. Các nhánh nhỏ từ thần kinh liên sườn II, III, IV, V, VI chi phối
nửa trong của vú.
2.1.3 Sinh lý vú
Vú ở nam và nữ đều phát triển từ một mơ phơi. Ở tuổi dậy thì, Estrogen kết hợp với
Hormone tăng trưởng gây ra sự phát triển ở vú của người nữ khác biệt hoàn toàn so với
người nam. Đối với một người phụ nữ trưởng thành, tuyến vú thay đổi theo rõ rệt theo chu
kỳ kinh nguyệt, trong thời gian mang thai và trong thời kì mãn kinh. Trong giai đoạn bắt
đầu mang thai, vú trở nên to hơn với sự gia tăng cả về khối lượng và độ dày, các tĩnh mạch
giãn ra và phức hợp núm vú – quầng vú trở nên sẫm màu hơn. Điều này do ảnh hưởng của
Estrogen, progesterone, hormone tăng trưởng, prolactin và hormone nhau thai. Vú của
người mẹ sẽ to ra, vú đau và mềm là một trong các dấu hiệu đầu tiên của thai kì. Thậm chí
trước khi phơi thai được cấy vào tử cung, một tín hiệu hóa học được tạo ra bởi phơi làm
buồng trứng tăng sản xuất estrogen và progesterone để duy trì thai kỳ. Trong kỳ ba tháng
đầu tiên, các yếu tố chất nền được thay thế bởi mô tuyến tăng sinh. Trong kỳ ba tháng thứ
ba, các biểu mơ được biệt hóa dẫn đến sự phát triển các tế bào có khả năng tổng hợp và tiết
ra sữa. Sau khi sinh con, nồng độ estrogen và progesterone giảm. Prolactin, insulin và
hormone tăng trưởng tạo ra quá trình sản xuất và tiết sữa cho con bú. Trong thời kì mãn
kinh, vú bị thối hóa, các tuyến và ống dẫn chứa chủ yếu là chất béo và chất nền stoma,
bên cạnh đó số lượng ống dẫn và tiểu thùy cũng giảm do sự lão hóa. Theo thời gian, các


6


yếu tố cơ địa và chất béo giảm dần, các dây chằng chéo Cooper giãn ra dẫn đến vú bị xệ
và mất đường viền [10 - 12].
2.2

Các vấn đề bất thường ở vú

Bệnh tuyến vú là một trong những bệnh có tỉ lệ mắc khá cao ở phụ nữ, thường được chia
thành hai nhóm: bệnh tuyến vú khơng do u và bệnh tuyến vú do u. Trong nhóm bệnh tuyến
vú do u, ung thư vú thuộc nhóm hàng đầu gây tử vong do ung thư nói chung ở phụ nữ Việt
Nam và thế giới.
2.2.1 Các khối u lành tính
Có hai loại: U nang và u tuyến xơ như mô tả trong Hình 2.2

Hình 2.2 Các khối u lành tính ở ngực.
U nang tuyến vú thường là một hoặc nhiều khối hình trịn hoặc bầu dục, ranh giới rõ, di
động, có thể kèm theo triệu chứng đau khi sờ nắn, có thể có ở một hoặc cả 2 bên vú. Một
u nang lớn là một túi chứa đầy dịch, trông rất giống một bọng nước lớn, phát triển ở giữa
mô tuyến vú; với mặt ngồi nhẵn và có rãnh ở mặt trong, do vậy nếu đẩy vào khối u nang
có thể cảm thấy nó chứa dịch. Tuy nhiên, có thể bị nhầm lẫn do chỉ những u nang gần bề
mặt mới có cảm giác này, cịn những u nang ở sâu trong mô vú sẽ đẩy mô vú căng lên và
sẽ nhận thấy là mô tuyến vú rắn chắc, không phải mô mềm. Trong những trường hợp này
u nang cảm giác giống một u rắn.
U xơ tuyến là u lành tính thường gặp nhất của tuyến vú thanh niên và phụ nữ trẻ, đặc biệt
là giữa tuổi 20 và 35, hiếm gặp trước tuổi dậy thì và mãn kinh. U phát triển tăng lên ở giai
đoạn mang thai và tiết sữa (cho con bú). Khám lâm sàng: u thường nhỏ, chắc, giới hạn rõ,
7



kích thước thường 2 - 3cm, di động, khơng đau và đơn dạng, ít khi gặp 2 hay nhiều u (716%). U có thể ở một bên hoặc 2 bên vú. Về lâm sàng và X-Quang có thể nhầm với nang
vú hoặc hạch lympho trong vú. Kích thước khối u từ rất nhỏ 5mm đến kích thước bằng quả
chanh 5cm, lớn nhất gọi là u tuyến xơ khổng lồ. U tuyến xơ thường thấy rõ trên phim chụp
vú hoặc siêu âm. Sinh thiết cũng có thể chỉ ra u tuyến xơ. Bản thân u tuyến xơ là vô hại và
không cần phải cắt bỏ khi chúng ta chắc chắn là u tuyến xơ. Phụ nữ trẻ có xu hướng bị u
tuyến xơ nhiều hơn và có ít khả năng bị ung thư vú hơn phụ nữ nhiều tuổi hơn, do đó khơng
cần phải cắt bỏ u tuyến xơ ở phụ nữ trẻ. Nhưng ở phụ nữ trung niên và người nhiều tuổi
hơn lại nên cắt bỏ tất cả những u tuyến xơ để chắc chắn họ không bị ung thư.
U dạng lá là u biểu mô xơ hiếm gặp của tuyến vú (0,2 - 1% các u nguyên phát của vú), cần
phải phân biệt với u tuyến xơ do tổn thương cũng có thành phần trung mơ. Thường u dạng
lá là lành tính hoặc giáp biên, hiếm có tổn thương ác tính. Tuy nhiên, phân biệt trước mổ
với u tuyến xơ là rất quan trọng vì nếu là u dạng lá sẽ cần phải cắt rộng triệt để hơn nhằm
tránh tái phát. U thường gặp ở độ tuổi 45 - 50, hầu hết bệnh nhân có u ở một bên vú, kích
trung bình của u là 5 cm. Gần 15 - 20% u dạng lá tái phát sau phẫu thuật [13, 14].
2.2.2 Ung thư vú
Ung thư vú là loại ung thư phổ biến nhất ở phụ nữ. Ung thư vú xảy ra khi tế bào ở vú bắt
đầu phát triển quá mức kiểm soát. Các tế bào này thường tạo thành một khối u có thể nhìn
thấy trên hình ảnh X quang. Khối u ác tính (ung thư) khi các tế bào phát triển và xâm lấn
đến các mô xung quanh hoặc di căn đến các cơ quan khác của cơ thể. Ung thư vú gần như
chỉ xảy ra ở phụ nữ, nhưng cũng có trường hợp ngoại lệ đàn ông cũng có thể bị ung thư vú.
Ung thư vú có thể xảy ra ở các phần khác nhau của vú. Nhưng hầu hết ung thư vú xảy ra ở
ống dẫn sữa đến núm vú. Một số khác xảy ra ở các tuyến tạo sữa. Ngồi ra cịn các trường
hợp khác nhưng ít phổ biến hơn [15]. Ung thư vú thường tạo ra khối u ở vú hiện có nhiều
loại ung thư vú có thể được phát hiện bằng phương pháp chụp nhũ ảnh ở giai đoạn sớm,
lúc khối u chưa hình thành rõ. Khơng như những khối u ác tính, các khối u lành tính chỉ là
sự tăng trưởng bất thường của vú, chúng khơng lan ra bên ngồi vú và khơng đe dọa đến
tính mạng. Nhưng các khối u lành tính có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư vú nên


8


bất cứ thay đổi hay khối u nào ở vú đều nên được kiểm tra để xác định xem nó có ảnh
hưởng đến nguy cơ ung thư hay khơng.
Ung thư vú có thể lan ra khi tế bào ung thư đi vào máu hoặc hệ bạch huyết và được vận
chuyển đến các bộ phận khác của cơ thể. Hệ bạch huyết là một mạng lưới các mạch bạch
huyết khắp cơ thể được nối với các hạch bạch huyết. Nếu các tế bào ung thư lan vào hạch
bạch huyết, chúng sẽ thông qua hệ bạch huyết để đi đến các bộ phận khác của cơ thể. Càng
nhiều hạch bạch huyết có tế bào ung thư thì có thể có càng nhiều dấu hiệu ung thư ở các
bộ phận khác.
Hầu hết các triệu chứng phổ biết của ung thư vú là xuất hiện một khối u bất thường. Khối
u này thường không gây đau đớn, cứng và có các cạnh khơng đều, cũng có trường hợp khối
u có thể mềm hoặc trịn và có thể gây đau. Do đó cần phải có chun gia có kinh nghiệm
trong chẩn đốn bệnh về ung thư vú để kiểm tra khối u. Ngoài ra, một số dấu hiệu khác của
ung thư vú như là sưng tất cả hoặc một phần của vú, da ở vùng vú bị rát hay xuất hiện chỗ
trũng, đau vú hoặc núm vú, núm vú hoạc da vú xuất hiện vảy đỏ, núm vú chảy dịch. Đôi
khi ung thư vú lan đến các hạch bạch huyết dưới ghi tay hoặc quanh xương cổ gây ra khối
u hoặc sưng ở đỏ.
Khi một người được xác định là có khối u ác tính hay được chẩn đoán là ung thư vú, bộ
phân y tế sẽ xác định giai đoạn của ung thư để đánh giá mức độ nghiêm trọng của ung thư
nhằm hỗ trợ cho việc điều trị. Các giai đoạn được xác định dựa trên các yếu tố: kích thước
của khối u trong vú, số lượng hạt bạch huyết bị ảnh hưởng, dấu hiệu ung thư có xâm lấn
các cơ quan khác của cơ thể chưa. Vào đầu năm 2018, Ủy ban Ung thư Hoa Kỳ đã đưa ra
hệ thống TNM. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định các giai đoạn
của ung thư vú.
Trong đó, TNM là viết tắt của:
 T: Tumor size: kích thước của khối u.
 N: Lymph node status: số lượng và vị trí của các hạt bạch huyết bị ảnh hưởng bởi
ung thư.

 M: Metastases: ung thư đã xâm lấn các cơ quan khác của cơ thể hay chưa.

Dựa vào các yếu tố đó, ung thu vú được chia thành các giai đoạn từ 0 đến IIB.
9


Hình 2.3 Các giai đoạn của ung thư vú bao gồm: T1, T2, T3, T4.
 Ung thư vú giai đoạn T1
 Giai đoạn IA: Khối u cịn nhỏ, đường kính <2cm và khối u khu trú tại vú và chưa
lan đến các hạch bạch huyết
 Giai đoạn IB: Bắt đầu tìm thấy khối u ở các hạch bạch huyết dưới nách
 Tuy nhiên, giai đoạn T1 vẫn là giai đoạn sớm và có thể điều trị hồn tồn
 Ung thư vú giai đoạn T2:
 Giai đoạn IIA – Khối u có kích thước 2-5cm nhưng chưa lan sang hạch bạch huyết.
Giai đoạn này chưa xuất hiện khối u nguyên phát và chưa đến 4 hạch bạch huyết.
 Giai đoạn IIB – Khối u có đường kính 2-5 cm và đã lan đến các hạch bạch huyết.
Ung thư đã xâm lấn đến 1 – 3 hạch bạch huyết ở nách hoặc gần xương ức. Ở 1 số
bệnh nhân, giai đoạn này kích thước khối u lớn hơn 5 cm và chưa xâm lấn đến các
hạch bạch huyết.

10


 Ung thư vú giai đoạn T3: Khi bạn phát hiện bệnh ở giai đoạn 3, thì các khối u trong
cơ thể đã lan rộng 4 – 9 hạch bạch huyết ở nách hoặc phù các hạch bạch huyết bên
trong vú. Các khối u nguyên phát lớn có thể được tìm thấy trong giai đoạn này.
 Ung thư vú giai đoạn T4 (giai đoạn cuối)
Tại giai đoạn 4, mầm ung thư đã lan rộng và di căn đến nhiều cơ quan trong cơ thể
người bệnh. Thường thì bệnh sẽ lây lan đến xương, não, phổi và gan.
Các tế bào ung thư cũng được phân cấp với các mức độ phát triển khác nhau:

 Cấp độ 1 – Cấp thấp: Các tế bào trơng bất thường và có tốc độ phát triển nhanh hơn
các tế bào bình thường.
 Cấp độ 2 – Cấp trung bình: Các tế bào bất thường phát triển nhanh hơn cấp độ 1.
 Cấp độ 3 – Cấp độ cao. Các tế bào phát triển nhanh hơn cấp độ 2, có khả năng di căn
tới các bộ phận khác.
2.3

Các kỹ thuật chẩn đốn hình ảnh ở vú

Chẩn đốn hình ảnh tuyến vú bao gồm chụp X-quang thường quy, chụp cắt lớp vi tính
(CT), chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp cắt lớp vi tính và siêu âm.
Hai phương pháp X-quang vú và siêu âm tuyến vú là những cơng cụ hình ảnh phổ biến
nhất được sử dụng để phát hiện và mơ tả đặc tính của mơ vú, tuy nhiên độ nhạy và độ đặc
hiệu của hai phương pháp này chưa cao, đặc biệt có 0,3-0,8% ung thư vú biểu hiện đơn
độc di căn hạch nách ác tính mà khơng có bằng chứng X-quang, siêu âm cũng như lâm
sàng của một khối u nguyên phát ở vú. Do đó nhiều phụ nữ phải trải qua đánh giá thêm
bằng sinh thiết dẫn đến bệnh tật về thể chất và tâm lý khơng cần thiết. Ngồi ra, chụp Xquang tuyến vú tiếp xúc với bức xạ ion hóa và kỹ thuật này không thể đánh giá mạch máu,
không cung cấp thông tin định lượng về chức năng và thành phần của mơ.
Cộng hưởng từ (MRI) có độ phân giải tổ chức cao, đánh giá đa bình diện, đồng thời đánh
giá động học cấp mạch máu vùng tổn thương vì vậy nó cho phép phát hiện các tổn thương
nhỏ, kín đáo. MRI đặc biệt ưu thế trong việc đánh giá các tổn thương đa ổ, tổn thương đối
bên, đánh giá mức độ xâm lấn của tổn thương . Ở Việt Nam việc áp dụng MRI trong chẩn
đoán ung thư tuyến vú còn chưa được rộng rãi.

11