경계면 강조 마스크를 이용한 초음파 영상 화질 비교 (Comparison of Ultrasound Image Quality using Edge Enhancement Mask)

서지정보

· 발행기관 : 한국방사선학회
· 수록지 정보 : 한국방사선학회논문지 / 17권 / 1호 / 157 ~ 165페이지
· 저자명 : 손정민, 이준행

초록

초음파 영상(ultrasound imaging)이란 주파수의 음파를 이용하여 서로 다른 조직의 경계에서 반사, 흡수, 굴절, 투과 등의 물리적인 작용을 일으킨다. 초음파 장비로부터 생성되는 데이터 특성상의 잡음이 많고, 실제로 관찰하고자 하는 조직의 경계가 모호해서 형태의 파악이 어렵기 때문에 개선이 필요하다. 영상 화질의 감소로 인하여 경계면이 뭉쳐 보이는 경우를 해결하기 위한 방법으로 윤곽선(edge) 강조 방법을 사용한다. 본 논문에서는 경계면을 강화시키는 방법으로 언샤프닝 마스크와 하이부스트를 이용하여 각 영상에서 고주파 부분인 경계면을 강화시켜 화질 향상을 확인하였으며 원 영상과 화질이 향상된 영상을 정량적으로 평가하기 위해 MAE, RMSE, PSNR, SNR 등으로 측정하여 각 영상에 사용한 마스크 필터링을 평가했다. 필립스의 epiq 5 g , affiniti 70 g와 알피니언의 E-cube 15 초음파 장비로부터 복부, 머리, 심장, 간, 신장, 유방, 태아 영상을 획득하였다. 알고리즘 구현에 사용된 프로그램은 MathWorks의 MATLAB R2022a으로 구현하였다. 언샤프닝과 하이부스트 마스크 배열 크기는 3×3으로 설정하였으며 윤곽선 강조 영상을 만들 때 사용하는 공간필터인 라플라시안(laplacian) 필터를 두 마스크 모두 동일하게 적용하였다. 화질 정량 평가는 ImageJ 프로그램을 사용하였다. 다양한 초음파 영상에서 마스크 필터를 적용한 결과 주관적인 화질은 원 영상에서 언샤프닝과 하이부스트 마스크를 적용하였을 경우 영상의 전반적인 윤각선이 뚜렷하게 보였으며 또한 하이부스트 마스크에서는 언샤프닝 마스크 영상보다 밝은 명암비를 보여주었다. 정량적인 영상의 품질 비교 시 원 영상보다 언샤프닝 마스크와 하이부스트 마스크를 적용한 영상의 화질이 높게 평가되었다. 간문맥, 머리, 쓸개, 신장의 영상에서는 하이부스트 마스크를 적용한 영상의 SNR, PSNR, RMSE, MAE이 높게 측정되었으며 심장, 유방, 태아 영상은 반대로 언샤프닝 마스크 적용 영상이 SNR, PSNR, RMSE, MAE 값이 높은 값으로 측정되었다. 영상에 따라 최적의 마스크를 사용하는 것이 영상 품질 향상에 도움이 될 것으로 사료되며 각 부위의 초음파 영상의 윤곽 정보를 제공하여 영상의 품질을 향상시켰다.

영어초록

Ultrasound imaging uses sound waves of frequencies to cause physical actions such as reflection, absorption, refraction, and transmission at the edge between different tissues. Improvement is needed because there is a lot of noise due to the characteristics of the data generated from the ultrasound equipment, and it is difficult to grasp the shape of the tissue to be actually observed because the edge is vague. The edge enhancement method is used as a method to solve the case where the edge surface looks clumped due to a decrease in image quality. In this paper, as a method to strengthen the interface, the quality improvement was confirmed by strengthening the interface, which is the high-frequency part, in each image using an unsharpening mask and high boost. The mask filtering used for each image was evaluated by measuring PSNR and SNR. Abdominal, head, heart, liver, kidney, breast, and fetal images were obtained from Philips epiq5g and affiniti70g and Alpinion E-cube 15 ultrasound equipment. The program used to implement the algorithm was implemented with MATLAB R2022a of MathWorks. The unsharpening and high-boost mask array size was set to 3*3, and the laplacian filter, a spatial filter used to create outline-enhanced images, was applied equally to both masks. ImageJ program was used for quantitative evaluation of image quality. As a result of applying the mask filter to various ultrasound images, the subjective image quality showed that the overall contour lines of the image were clearly visible when unsharpening and high-boost mask were applied to the original image. When comparing the quantitative image quality, the image quality of the image to which the unsharpening mask and the high boost mask were applied was evaluated higher than that of the original image. In the portal vein, head, gallbladder, and kidney images, the SNR, PSNR, RMSE and MAE of the image to which the high-boost mask was applied were measured to be high. Conversely, for images of the heart, breast, and fetus, SNR, PSNR, RMSE and MAE values were measured as images with the unsharpening mask applied. It is thought that using the optimal mask according to the image will help to improve the image quality, and the contour information was provided to improve the image quality.

참고자료

· 없음