[논문]퍼지 스트레칭과 8 방향 윤곽선 추적 방법을 이용한 초음파 영상에서 결절종 추출

임효빈; 김동하; 한민영; 김지연; 이향미; 김광백

퍼지 스트레칭과 8 방향 윤곽선 추적 방법을 이용한 초음파 영상에서 결절종 추출
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임효빈 (신라대학교 컴퓨터공학과) , 김동하 (신라대학교 컴퓨터공학과) , 한민영 (신라대학교 컴퓨터공학과) , 김지연 (신라대학교 컴퓨터공학과) , 이향미 (신라대학교 컴퓨터공학과) , 김광백 (신라대학교 컴퓨터공학과)

본 논문에서는 검사 시간과 비용이 적게 드는 초음파 영상에서 결절종을 추출하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 초음파의 영상에서 퍼지 Stretching기법을 적용하여 명암 대비를 증가시킨 후, 8방향 윤곽선 추적 방법을 적용하여 결절종 후보 영역을 추출한다. 결절종이 형태학적으로 타원 형태를 가지는 정보를 이용하여 추출된 결절종 후보 영역에 침식과 팽창 기법을 적용하여 최종적으로 결절종 영역을 추출한다. 제안된 방법을 결절종 초음파 영상을 대상으로 실험한 결과, 결절종 영상에서 결절종 영역이 비교적 정확히 추출되었고 전문의가 결절종의 수술 여부를 분석할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 가능성을 확인하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 결절종을 효과적으로 추출하는 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 초음파 영상에서 퍼지 스트레칭 기법과 8 방향 윤곽선 추적 방법을 적용하여 결절종을 추출하는 방법을 제안한다.

제안 방법

8방향 윤곽선 추적 기법을 적용한 영상에서 결절종의 경계선을 추출하기 위해서 침식 기법[6]을 적용한다. 결절종의 경계선을 검출한 후, 팽창 기법[6]을 적용하여 픽셀 값이 하얀색(255,white)인 픽셀을 팽창시키고 픽셀 값이 검은색(0,Black)인 픽셀은 축소시킨다. 위 기법을 이용하여 물체 내부의 빈 공간을 메우거나 인접한 영역을 연결하여 결절종 후보 영역의 형태를 선명하게 한다.
제안된 방법은 초음파의 영상에서 퍼지 Stretching 기법을 적용하여 명암 대비를 증가시킨 후, 8 방향 윤곽선 추적 방법을 적용하여 결절종 후보 영역을 추출하였다. 결절종이 형태학적으로 타원 형태를 가지는 정보를 이용하여 추출된 결절종 후보 영역에 침식과 팽창 기법을 적용하여 최종적으로 결절종 영역을 추출하였다.
결절종 초음파 영상들은 결절종 영역과 잡음 영역의 명암도의 값이 초음파 영상마다 다르거나 명암도 값이 거의 차이가 나지 않는 경우가 발생하기 때문에 기존의 퍼지 이진화 기법을 적용할 경우에는 α-cut을 정적으로 설정하므로 결절종 영역이 잡음 영역과 구분되지 않은 상태로 이진화 되어 결절종 영역을 추출할 수 없는 경우가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 퍼지 이진화 기법을 개선하여 적용한다. 개선된 퍼지 이진화 기법은 퍼지 스트레칭 기법과 마찬가지로 영상에서 삼각형 타입의 소속 함수를 설계하고 상한과 하한을 동적으로 설정하여 이진화 한다.
본 논문에서 제안된 결절종 추출 과정은 결절종 초음파 영상에서 퍼지 스트레칭을 적용하여 초음파 영상의 명암 대비를 명확하게 구분한다. 퍼지 스트레칭 기법을 적용하여 명암 대비가 강조된 초음파 영상에서 후보 결절종 영역을 추출하기 위한 전단계로 퍼지 이진화 기법을 개선하여 적용한다.
본 논문에서는 제안한 방법을 Intel(R) Core(TM) i5 CPU @ 2.80GHz 와 3.00GB RAM이 장착된 PC에서 Visual Studio 2010 C#으로 구현하여 실험하였다. 제안된 방법의 효율성을 확인하기 위하여 제안된 결절종 추출 방법과 기존 결절종 추출 방법과 비교한 것을 그림 5로 나타내었다.
제안된 방법은 초음파의 영상에서 퍼지 Stretching 기법을 적용하여 명암 대비를 증가시킨 후, 8 방향 윤곽선 추적 방법을 적용하여 결절종 후보 영역을 추출하였다. 결절종이 형태학적으로 타원 형태를 가지는 정보를 이용하여 추출된 결절종 후보 영역에 침식과 팽창 기법을 적용하여 최종적으로 결절종 영역을 추출하였다.
퍼지 스트레칭 기법이 적용된 초음파 영상에서 퍼지 이진화 기법[4]을 개선하여 적용한다. 결절종 초음파 영상들은 결절종 영역과 잡음 영역의 명암도의 값이 초음파 영상마다 다르거나 명암도 값이 거의 차이가 나지 않는 경우가 발생하기 때문에 기존의 퍼지 이진화 기법을 적용할 경우에는 α-cut을 정적으로 설정하므로 결절종 영역이 잡음 영역과 구분되지 않은 상태로 이진화 되어 결절종 영역을 추출할 수 없는 경우가 발생한다.

이론/모형

8방향 윤곽선 추적 기법을 적용한 영상에서 결절종의 경계선을 추출하기 위해서 침식 기법[6]을 적용한다. 결절종의 경계선을 검출한 후, 팽창 기법[6]을 적용하여 픽셀 값이 하얀색(255,white)인 픽셀을 팽창시키고 픽셀 값이 검은색(0,Black)인 픽셀은 축소시킨다.
개선된 퍼지 이진화를 적용한 영상에서 결절종 영역을 추출하고 잡음 영역을 제거하기 위해 8방향 윤곽선 추적 알고리즘 기법을 적용한다. 8방향 윤곽선 추적 알고리즘[5]을 적용하여 객체 크기 값이 0이거나 영상의 1/4보다 작은 크기의 객체들을 제거하여 결절종의 후보 영역을 그림 3과 같이 추출한다.
최종적으로 결절종 후보 영역에서 결절종 영역을 추출하기 위해 labelling 기법[7]을 적용한다. 본 논문에서는 그룹 단위로 라벨링한 후, 객체의 크기가 타원 형태이거나 가장 큰 객체가 결절종 영역이므로 이 정보를 이용하여 최종적으로 결절종 영역을 그림 4(b)와 같이 추출한다.
본 논문에서 제안된 결절종 추출 과정은 결절종 초음파 영상에서 퍼지 스트레칭을 적용하여 초음파 영상의 명암 대비를 명확하게 구분한다. 퍼지 스트레칭 기법을 적용하여 명암 대비가 강조된 초음파 영상에서 후보 결절종 영역을 추출하기 위한 전단계로 퍼지 이진화 기법을 개선하여 적용한다.

성능/효과

제안된 방법의 효율성을 확인하기 위하여 제안된 결절종 추출 방법과 기존 결절종 추출 방법과 비교한 것을 그림 5로 나타내었다. 그림 5에서 알 수 있듯이 일반적인 결절종 추출 방법에서는 결절종 영역의 경계가 명확하지 않고 결절종 영역 내부에 홀이 발생하였으나 제안된 방법에서는 비교적 정확히 결절종 영역이 추출된 것을 확인할 수 있다.

후속연구

향후 연구 방향은 타원 형태가 아닌 다양한 인체 부위의 결절종을 추출할 수 있도록 확장할 것이고 결절종 영역의 경계가 배경 영역과 명암도 차이가 없는 경우에 대해서는 퍼지 추론 기반 윤곽선 추출 방법을 연구하여 현재의 제안된 방법을 개선할 것이다.

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