[논문]간경변 초음파 영상에서의 노이즈 제거를 위한 Median Modified Wiener Filter 알고리즘의 유용성

김승연; 강수민; 이영진

doi:10.7742/jksr.2023.17.6.911

간경변 초음파 영상에서의 노이즈 제거를 위한 Median Modified Wiener Filter 알고리즘의 유용성
Usefulness of Median Modified Wiener Filter Algorithm for Noise Reduction in Liver Cirrhosis Ultrasound Image 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.17 no.6, 2023년, pp.911 - 917

김승연 (가천대학교 방사선학과) , 강수민 (가천대학교 방사선학과) , 이영진 (가천대학교 방사선학과)

초록
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임상 초음파 검사를 사용한 간 표면의 결절성 변화를 관찰하는 방법은 간경변 진단에 유용하게 사용되고 있다. 하지만 초음파 영상에서 필연적으로 발생되는 speckle 노이즈는 간표면과 echo 패턴 변화의 식별을 어렵게 하므로 간경변 진단에 부정적인 영향을 끼친다. 본 연구의 목적은 간경변 초음파 영상의 노이즈를 효율적으로 줄일 수 있는 변형된 중간값 위너 필터(median modified Wiener filter, MMWF)를 모델링하여 적용 가능성을 확인하는 것이다. ACR 팬텀과 실제 간경변 환자를 통해 초음파 영상을 획득하였고, 각각의 영상마다 제안하는 MMWF 알고리즘과 conventional filter 들을 적용하였다. 획득된 초음파 영상들의 정량적 화질 평가인자로는 변동 계수(coefficient of variation, COV)와 가장자리 상승 거리(edge rise distance, ERD)를 사용하였다. ACR 팬텀과 실제 간경변 환자의 초음파 영상 모두에서 MMWF 알고리즘이 conventional filter 보다 COV와 ERD 값이 모두 향상되었음을 확인하였다. 결론적으로 제안하는 MMWF 알고리즘은 노이즈 레벨을 줄일 수 있음과 동시에 공간 분해능을 향상시킬 수 있어 간경변 환자의 진단률 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The method of observing nodular changes on the liver surface using clinical ultrasonography is useful for diagnosing cirrhosis. However, the speckle noise that inevitably occurs in ultrasound images makes it difficult to identify changes in the liver surface and echo patterns, which has a negative impact on the diagnosis of cirrhosis. The purpose of this study is to model the median modified Wiener filter (MMWF), which can efficiently reduce noise in cirrhotic ultrasound images, and confirm its applicability. Ultrasound images were acquired using an ACR phantom and an actual cirrhotic patient, and the proposed MMWF algorithm and conventional noise reduction algorithm were applied to each image. Coefficient of variation (COV) and edge rise distance (ERD) were used as quantitative image quality evaluation factors for the acquired ultrasound images. We confirmed that the MMWF algorithm improved both COV and ERD values compared to the conventional noise reduction algorithm in both ACR phantom and real ultrasound images of cirrhotic patients. In conclusion, the proposed MMWF algorithm is expected to contribute to improving the diagnosis rate of cirrhosis patients by reducing the noise level and improving spatial resolution at the same time.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Sample ultrasound images on setting ROI for COV and ERD evaluations.
그림 Fig. 2. ACR phantom image applying MMWF and conventional filtering methods.
그림 Fig. 3. Result graphs for COV and ERD calculations with respect to algorithm in ACR phantom ultrasound image.
그림 Fig. 4. Ultrasound image for liver cirrhosis applying MMWF and conventional filtering methods.
그림 Fig. 5. Result graphs for COV and ERD calculations with respect to algorithm in ultrasound image for liver cirrhosis.

AI 본문요약
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문제 정의

하지만, 현재 간경변 환자의 초음파 영상에서의 MMWF 알고리즘의 적용 가능성을 분석한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 ACR 팬텀과 실제 간경변 환자를 통해 획득된 초음파 영상에 MMWF 알고리즘을 적용하여 제안하는 방법들의 유용성을 평가하고자 한다. 본 연구의 목적을 위하여 비교군으로 median filter와 Wiener filter를 추가로 모델링하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 ACR 팬텀과 실제 간경변 환자를 통해 획득된 초음파 영상에 MMWF 알고리즘을 적용하여 제안하는 방법들의 유용성을 평가하고자 한다. 본 연구의 목적을 위하여 비교군으로 median filter와 Wiener filter를 추가로 모델링하였다.

대상 데이터

ACR 팬텀과 실제 간경변 환자의 초음파 영상은 3.5 MHz 주파수의 convex 프로브를 사용하여 획득하였다. 획득된 초음파 영상에 기존의 노이즈 제거 방법들인 median 및 Wiener filter와 제안하는 MMWF 알고리즘을 적용하였다.

이론/모형

5 MHz 주파수의 convex 프로브를 사용하여 획득하였다. 획득된 초음파 영상에 기존의 노이즈 제거 방법들인 median 및 Wiener filter와 제안하는 MMWF 알고리즘을 적용하였다.

성능/효과

682로 계산되었다. 결과적으로 MMWF 알고리즘은 median filter 및 Wiener filter 적용 영상과 비교하면 각각 22.56% 및 16.11% 향상됨이 증명되었다.
812로 계산되었다. 결과적으로 MMWF 알고리즘의 ERD 값은 median filter 및 Wiener filter 적용 영상과 비교하면 각각 30.95% 및 25.30% 향상됨이 증명되었다.
381로 도출되었다. 또한, MMWF 알고리즘은 Noisy, median filter, 그리고 Wiener filter 적용 영상과 비교하면 평균 COV 값이 각각 2.29배, 1.45배, 그리고 1.12배 향상됨을 우리는 확인할 수 있었다. 실제 간경변 환자를 통해 얻은 초음파 영상의 설정한 ROI A에서 측정한 Noisy, median filter, Wiener filter, 그리고 MMWF 알고리즘의 ERD 값은 각각 1.
426으로 도출되었다. 또한, MMWF 알고리즘은 Noisy, median filter, 그리고 Wiener filter 적용 영상과 비교하면 평균 COV 값이 각각 2.36배, 1.45배, 그리고 1.15배 향상됨을 우리는 확인할 수 있었다. ACR 팬텀을 사용하여 얻은 초음파 영상의 ROI A에서 측정한 Noisy, median filter, Wiener filter, 그리고 MMWF 알고리즘의 ERD 값은 각각 0.
본 연구에서는 간경변 초음파 영상에서 MMWF 알고리즘 적용 시 speckle 노이즈 감소를 정량적인 평가를 통해 유의미한 결과 값을 볼 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 MMWF 알고리즘의 사용은 간경변 표면 결절성 변화의 식별을 어렵게 하는 speckle 노이즈를 제거함으로써 더 정확한 간경변의 진단으로 이어질 것이라 기대된다.

후속연구

본 연구에서는 간경변 초음파 영상에서 MMWF 알고리즘 적용 시 speckle 노이즈 감소를 정량적인 평가를 통해 유의미한 결과 값을 볼 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 MMWF 알고리즘의 사용은 간경변 표면 결절성 변화의 식별을 어렵게 하는 speckle 노이즈를 제거함으로써 더 정확한 간경변의 진단으로 이어질 것이라 기대된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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