심장 초음파 검사는 방법이 비교적 간단하고 피폭이 없다는 장점이 있지만, 불가피하게 산란 (scattering), 다중반사 (reverberation) 등에 의한 노이즈가 발생하게 된다. Near field clutter (NFC)는 그 대표적 노이즈 중에 하나로서 근거리 음장 (near field)에서 아티팩트 (artifact)로 작용하게 되며, 영상의 정확도를 저하시켜 진단의 오류를 발생시키게 된다. 이에 본 연구의 목적은 정확한 진단에 필요한 영역까지 영향을 끼치지 않고 NFC 부분만을 제거시킬 수 있는 patch 기반 wavelet 변환 알고리즘을 적용하는 것이다. 이를 위해 자체 제작한 심장 왼심실 (left ventricle, LV) phantom을 이용하여 NFC가 포함된 초음파 영상을 획득하였고, 이후 patch 기반 wavelet 변환 알고리즘을 적용하여 비교 평가하였다. 평가방법은 normal 영상과 알고리즘 적용 후의 영상을 비교할 수 있는 평균 제곱근 오차 (root mean square error, RMSE), 상관계수 (correlation coefficient, CC), 평균 구조적 유사도 (mean structural similarity, MSSIM), 범용 화질 지수 (universal quality index, UQI) 를 사용하였다. 결과적으로 알고리즘을 적용한 영상에서 RMSE 평균 값은 35.54에서 10.17로 71.38% 감소하였다. CC 평균 값은 0.87에서 0.98로 12.64% 증가하였고, MSSIM의 평균 값은 0.76에서 0.94로 23.68% 증가하였으며, 마지막으로 UQI의 평균 값은 0.81에서 0.95로 17.28% 증가하였다. 즉, RMSE 값은 감소하고, CC, MSSIM, UQI 값은 모두 1에 가까워짐으로써 normal 영상과의 오차는 작아지고 상관성, 유사성은 더 높아지며 NFC가 제거된 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 심장 초음파 영상에 patch 기반 wavelet 변환 알고리즘을 적용한 결과 NFC가 감소되어 그 유용성을 증명할 수 있었다. 향후, 실제 심장 초음파 장비에 이와 같은 알고리즘을 사용할 경우 NFC 제거를 통한 진단의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
Although echocardiography has advantages that procedure is simple and non-destructive, the noise is inevitable by scattering, reverberation of ultrasound beam. One of the typical noise, near field clutter (NFC) affects as an artifact in near field and causes diagnostic errors with decreased accuracy. The purpose of this study is to apply patch based wavelet transform algorithm to remove only NFC area without effecting on essential regions for accurate diagnosis. NFC image was reproduced and acquired by using a creating cardiac left ventricle phantom for this study. After that, the comparative evaluation was performed after applying patch based wavelet transform algorithm. Root mean square error (RMSE), correlation coefficient (CC), mean structural similarity (MSSIM), and universal quality index (UQI) were used to evaluate for images before and after patch based wavelet transform algorithm application. As a result, when patch based wavelet transform algorithm was applied to NFC image, RMSE value was reduced by 71.38% from 35.54 to 10.17. CC value was increased by 12.64% from 0.87 to 0.98, and MSSIM value was increased by 23.68% from 0.76 to 0.94. Lastly, UQI value was increased by 17.28% from 0.87 to 0.95. RMSE value was reduced and CC, MSSIM, UQI values were closer to 1 in the image after the algorithm application. In other words, it was confirmed that the image after the algorithm application has much higher similarity to normal image and significant NFC is removed selectively. In conclusion, patch based wavelet transform algorithm proved to remove significant NFC affecting image diagnosis in echocardiography. Furthermore, when this algorithm is used in cardiac ultrasound machines, it is expected to improve the accuracy of diagnosis by removing NFC.
국문요지 = ⅰ차례 = ⅳ표차례 = ⅶ그림차례 = ⅷⅠ. 서론 = 1Ⅱ. 이론적 배경 = 51. 초음파의 정의 = 51) 진단 초음파 장치의 원리 = 52) 초음파 프로브의 종류 = 83) 초음파 영상의 표현 = 112. 심장의 해부학적 구조와 검사의 종류 = 111) 심장의 해부학적 구조 = 112) 심장 검사의 종류 = 143. 심장 초음파 영상의 아티팩트 = 181) 아티팩트 원인 = 182) Near field clutter(NFC) = 184. Patch 기반 wavelet 변환 알고리즘 = 21Ⅲ. 연구 재료 및 방법 = 251. 장치 및 재료 = 251) 사용 장비 및 프로브 = 252) NFC 재현용 자체 제작 심장 LV phantom = 282. NFC 제거를 위한 Patch 기반 wavelet 변환 알고리즘 = 423. 연구 방법 = 451) 실험 방법 = 452) 영상 특성 평가 = 48Ⅳ. 결과 = 521. Patch 기반 wavelet 변환 알고리즘 적용 전 후 영상 = 522. 영상 특성 평가 = 56Ⅴ. 고찰 = 62Ⅵ. 결론 = 66참고문헌 = 67Abstract = 73