[논문]휴대용 방광용적 측정 시스템을 위한 추정 알고리듬 연구

하재규; 송무용

문제 정의

본 논문은 이를 위해서 휴대용 시스템을 위한 알고리듬을 개발하였다. 그 시스템은 현재 구할 수 있는 초음파 배열 변환기에 단순히 구동회로, 마이크로 프로세서 및 액정화면으로 구성할 수 있도록 하는 시스템을 말하는 것으로서 본 논문은 그 시스템을 위한 알고리듬 개발에 주안점을 두었다.
본 논문은 이를 위해서 휴대용 시스템을 위한 알고리듬을 개발하였다. 그 시스템은 현재 구할 수 있는 초음파 배열 변환기에 단순히 구동회로, 마이크로 프로세서 및 액정화면으로 구성할 수 있도록 하는 시스템을 말하는 것으로서 본 논문은 그 시스템을 위한 알고리듬 개발에 주안점을 두었다.
따라서 본 논문은 기존의 섹터 변환기를 이용하여 종단 면과 횡단면의 주사를 실시하여 얻어진 2개의 화면을 가 지고 부피를 추정하였고, 이 방식을 실제의 방광에 적용하여 총 9개의 데이터로 실험하여 그 타당성을 입증하였다.
본 논문은 이를 위해서 휴대용 시스템을 위한 알고리듬을 개발하였다. 그 시스템은 현재 구할 수 있는 초음파 배열 변환기에 단순히 구동회로, 마이크로 프로세서 및 액정화면으로 구성할 수 있도록 하는 시스템을 말하는 것으로서 본 논문은 그 시스템을 위한 알고리듬 개발에 주안점을 두었다.

가설 설정

여기서 △/은 종단면의 샘플과 샘플간의 해상도이다. 이렇게 얻어진 단면이 횡단면으로 주사할 때도 그대로 유지된다고 가정한다면 횡단면의 각 축의 길이의 제곱에 비례하여 면적이 분포된다고 가정할 수 있으며 이를 적분하면 전체 부피가 얻어질 것이다. 다만 주의할 것은 복잡한 볼록체인 방광을 횡단면이나 종단면으로 주사할 때 우리가 주사한 면이 가장 넓은 면인가 하는 문제이다.

제안 방법

각 부피 추정 방식의 측정치에 대한 상관관계를 비교 하기 위하여 오렌지, 피망 그리고 방광 샘플에 관하여 몇 가지 부피 추정 방식의 오차에 대한 표준편차를 표 2에 도시하였다. 여기에서 세가지 종류 샘플 모두에 관하여 본 논문의 부피 추정 방식은 좋은 결과를 얻었다.
각 부피 추정 방식의 측정치에 대한 상관관계를 비교 하기 위하여 오렌지, 피망 그리고 방광 샘플에 관하여 몇 가지 부피 추정 방식의 오차에 대한 표준편차를 표 2에 도시하였다. 여기에서 세가지 종류 샘플 모두에 관하여 본 논문의 부피 추정 방식은 좋은 결과를 얻었다.
따라서 수식적으로 정확한 경계를 유도하는 일은 힘들고 적당한 타협이 필요한데, 본 연구의 대상인 방광의 경우 소변과 주위 조직간의 경계는 비교적 명확하므로 각 주사선에서의 최고치와 최소치 사이의 48%지점에서 경계를 잡아 끝점 검출을 하였다. 검출한 후에는 자세한 데이터가 필요 없으므로 다시 데이터를 이진 데이터로 변환하였다.
따라서 수식적으로 정확한 경계를 유도하는 일은 힘들고 적당한 타협이 필요한데, 본 연구의 대상인 방광의 경우 소변과 주위 조직간의 경계는 비교적 명확하므로 각 주사선에서의 최고치와 최소치 사이의 48%지점에서 경계를 잡아 끝점 검출을 하였다. 검출한 후에는 자세한 데이터가 필요 없으므로 다시 데이터를 이진 데이터로 변환하였다.
휴대용 방광 용적 측정 시스템을 위한 부피 추정 알고리듬에 대하여 살펴보았다. 그 주요과정은 먼저 얻고자 하는 부위의 끝점을 검출한 후, 축을 추출하고 필터링을 하여 잡음을 제거하였다. 종단면과 횡단면의 두 면으로 부피를 계산하였는데, 두 면 중 한쪽 면이 가장 큰 면적 이 아닐 경우 면적의 보정을 하였고, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우의 두 가지 방법을 한번씩 해보고 그 평균값으로 부피를 정하였다.
앞에서 종단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우를 설명하였다. 그러나, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하 고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 각각 부피가 다르므로 본 논문 에서는 두 가지 경우의 중간 값을 부피로 정하였다. 종단 면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 산출된 부피를 V₁ 으로 놓고, 횡단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 산출된 부피를 V₂로 놓으면 두가지 경우에 대한 부피의 중간 값은 아래의 식 (6)과 같다.
앞에서 종단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우를 설명하였다. 그러나, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하 고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 각각 부피가 다르므로 본 논문 에서는 두 가지 경우의 중간 값을 부피로 정하였다. 종단 면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 산출된 부피를 V₁ 으로 놓고, 횡단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우에 산출된 부피를 V₂로 놓으면 두가지 경우에 대한 부피의 중간 값은 아래의 식 (6)과 같다.
따라서 본 논문은 기존의 섹터 변환기를 이용하여 종단 면과 횡단면의 주사를 실시하여 얻어진 2개의 화면을 가 지고 부피를 추정하였고, 이 방식을 실제의 방광에 적용하여 총 9개의 데이터로 실험하여 그 타당성을 입증하였다.
그림 6에서 보듯이 방광과 방광 벽에서의 경계는 물론이고, 조직 내에서의 비균일로 인한 경계가 검출되어 정확한 방광영역을 얻기가 쉽지 않다. 따라서 수식적으로 정확한 경계를 유도하는 일은 힘들고 적당한 타협이 필요한데, 본 연구의 대상인 방광의 경우 소변과 주위 조직간의 경계는 비교적 명확하므로 각 주사선에서의 최고치와 최소치 사이의 48%지점에서 경계를 잡아 끝점 검출을 하였다. 검출한 후에는 자세한 데이터가 필요 없으므로 다시 데이터를 이진 데이터로 변환하였다.
그 주요과정은 먼저 얻고자 하는 부위의 끝점을 검출한 후, 축을 추출하고 필터링을 하여 잡음을 제거하였다. 종단면과 횡단면의 두 면으로 부피를 계산하였는데, 두 면 중 한쪽 면이 가장 큰 면적 이 아닐 경우 면적의 보정을 하였고, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우의 두 가지 방법을 한번씩 해보고 그 평균값으로 부피를 정하였다. 기초 실험으로 오렌지와 피망을 각각 20개의 샘플을 취한 후 상관관계를 알아보았고 실제 방광 9개의 샘플에 대하여 적용한 결과 본 논문의 방식은 상관관계 가 우수하다는 결론을 얻었다.
그 주요과정은 먼저 얻고자 하는 부위의 끝점을 검출한 후, 축을 추출하고 필터링을 하여 잡음을 제거하였다. 종단면과 횡단면의 두 면으로 부피를 계산하였는데, 두 면 중 한쪽 면이 가장 큰 면적 이 아닐 경우 면적의 보정을 하였고, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우의 두 가지 방법을 한번씩 해보고 그 평균값으로 부피를 정하였다. 기초 실험으로 오렌지와 피망을 각각 20개의 샘플을 취한 후 상관관계를 알아보았고 실제 방광 9개의 샘플에 대하여 적용한 결과 본 논문의 방식은 상관관계 가 우수하다는 결론을 얻었다.
휴대용 방광 용적 측정 시스템을 위한 부피 추정 알고리듬에 대하여 살펴보았다. 그 주요과정은 먼저 얻고자 하는 부위의 끝점을 검출한 후, 축을 추출하고 필터링을 하여 잡음을 제거하였다.

대상 데이터

실험을 위하여 그림 5에 보인 Hewlett Packard사의 Sonoace 100모델과 2.5MHz 섹터 변환기를 사용하였다. 섹터 변환기는 원형 변환기를 모터를 이용하여 1차원적 으로 구동하는 것으로서 정밀성은 떨어지지만, 복부의 경우에는 그 투과성이 좋아서 아직도 사용되고 있고 또 방광 과 같이 좁은 면을 통하여 주사하는 경우에 변환기의 값 이 싸면서도 쉽게 구할 수 있는 장점이 있기 때문이다.
앞장의 결과를 모의실험으로 오렌지, 피망 각각 20개의 샘플과 실제의 방광 샘플 9개의 경우에 적용하여 보았다. 오렌지와 피망의 경우에는 먼저 비이커에서 부피를 측정 하고, 칼로 자른 후에 횡단면과 종단면을 얻고 스캐너를 사용하여 데이터를 저장하였다.

성능/효과

종단면과 횡단면의 두 면으로 부피를 계산하였는데, 두 면 중 한쪽 면이 가장 큰 면적 이 아닐 경우 면적의 보정을 하였고, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우의 두 가지 방법을 한번씩 해보고 그 평균값으로 부피를 정하였다. 기초 실험으로 오렌지와 피망을 각각 20개의 샘플을 취한 후 상관관계를 알아보았고 실제 방광 9개의 샘플에 대하여 적용한 결과 본 논문의 방식은 상관관계 가 우수하다는 결론을 얻었다.
종단면과 횡단면의 두 면으로 부피를 계산하였는데, 두 면 중 한쪽 면이 가장 큰 면적 이 아닐 경우 면적의 보정을 하였고, 부피를 계산하는데 있어서 종단면으로부터 면적을 구하고, 이 면적과 횡단면의 축으로 부피를 계산하는 경우와 횡단면으로부터 면적을 구하고 이 면적과 종단면의 축으로 부피를 계산하는 경우의 두 가지 방법을 한번씩 해보고 그 평균값으로 부피를 정하였다. 기초 실험으로 오렌지와 피망을 각각 20개의 샘플을 취한 후 상관관계를 알아보았고 실제 방광 9개의 샘플에 대하여 적용한 결과 본 논문의 방식은 상관관계 가 우수하다는 결론을 얻었다.
그 실험 결과는 측정치와 본논문의 추정치와의 상관관계를 오렌지 샘플에 대하여 아래의 그림 9의 (a)에 상관관계도로 나타내었고, 피망 샘플에 관하여 (b)에 나타내었으며, 방광 샘플에 관하여 상관관계도를 (c)에 보였다. 여기에서 세가지 샘플 모두에 대하여 y=x의 그래프에 멀리 벗어나지 않고 평행을 이 루는 것을 볼 수 있었고, 상관관계가 크다는 것을 알 수 있었다.
그 실험 결과는 측정치와 본논문의 추정치와의 상관관계를 오렌지 샘플에 대하여 아래의 그림 9의 (a)에 상관관계도로 나타내었고, 피망 샘플에 관하여 (b)에 나타내었으며, 방광 샘플에 관하여 상관관계도를 (c)에 보였다. 여기에서 세가지 샘플 모두에 대하여 y=x의 그래프에 멀리 벗어나지 않고 평행을 이 루는 것을 볼 수 있었고, 상관관계가 크다는 것을 알 수 있었다.
각 부피 추정 방식의 측정치에 대한 상관관계를 비교 하기 위하여 오렌지, 피망 그리고 방광 샘플에 관하여 몇 가지 부피 추정 방식의 오차에 대한 표준편차를 표 2에 도시하였다. 여기에서 세가지 종류 샘플 모두에 관하여 본 논문의 부피 추정 방식은 좋은 결과를 얻었다.
각 부피 추정 방식의 측정치에 대한 상관관계를 비교 하기 위하여 오렌지, 피망 그리고 방광 샘플에 관하여 몇 가지 부피 추정 방식의 오차에 대한 표준편차를 표 2에 도시하였다. 여기에서 세가지 종류 샘플 모두에 관하여 본 논문의 부피 추정 방식은 좋은 결과를 얻었다.

후속연구

본 논문은 저가의 배뇨장애환자 잔류 소변량 측정을 위한 휴대용 초음파 방광용적 추정 알고리듬에 관한 연구로서 연구결과가 매우 긍정적이라고 생각하며 앞으로 휴대용 초음파 방광용적 측정기를 개발하고 국내의 배뇨장애환자의 케이스별 임상실험을 통한 다양한 데이터 베이스를 축적하는 과제를 더 연구해야 할 것으로 생각한다.

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