KR20030022567A - System for automatically optimizing input ultrasound image - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초음파 영상 진단 시스템에 입력되는 초음파 영상을 분석하고, 분석 결과를 이용하여 입력 초음파 영상에 영향을 주는 모든 파라미터 요소를 자동으로 최적화하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for analyzing an ultrasound image input to an ultrasound imaging system and automatically optimizing all parameter elements affecting an input ultrasound image using the analysis result.
종래의 초음파 영상 최적화 방법으로서, 밝기(brightness), 대조도(contrast) 등의 영상 파라미터 요소에 대하여 사전에 설정된 몇 개의 표준 수치를 사용자가 임의로 선택하는 방법과, 입력되는 초음파 영상을 진단 부위에 관계없이 사전에 정의된 복수의 특정 영상 파라미터 요소로 강제로 조정하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 인체 내의 각종 장기의 특성을 충분히 고려하지 않은 방법으로서, 사용자 측면에서 볼 때, 초음파 영상의 최적화가 곤란하며, 인체 내의 각 장기를 진단하기 위해서 표준 수치를 수동으로 선택하거나 초음파 영상을 강제로 조정하여야 하는 번거로움이 있다.A conventional method for optimizing ultrasound images, a method in which a user arbitrarily selects some preset numerical values for image parameter elements such as brightness and contrast, and the input ultrasound image is related to a diagnosis site. There is a method of forcibly adjusting to a plurality of specific image parameter elements defined in advance. However, this method does not fully consider the characteristics of various organs in the human body. From the user's point of view, it is difficult to optimize the ultrasound image, and a standard value is manually selected or an ultrasound image is diagnosed to diagnose each organ in the human body. There is a hassle to force adjustment.
예를 들면, BPD(Bi-Parietal Diameter, 태아 좌우 두개골의 길이)와 같은 인체의 특정 부위를 측정하고자 하는 경우, 몇 단계의 버튼 조작과 포인터를 이용하여 실제 화면 상에서 측정하고자 하는 위치를 지정하여야 하며, 다수의 항목 중에서 BPD 항목을 선택하여야 하므로 측정 작업이 번거로운 문제가 있다.For example, if you want to measure a specific part of your body, such as BPD (Bi-Parietal Diameter), you need to designate the location you want to measure on the actual screen using several steps of button operation and pointer. However, there is a problem that the measurement work is cumbersome because the BPD item must be selected from a plurality of items.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 입력 초음파 영상을 분석하고, 그 분석 결과에 기초하여 입력 초음파 영상에 영향을 주는 모든 파라미터를 자동으로 최적화함으로써, 초음파 영상 진단에 필요한 과정을 단순화시키는 시스템을 제공하는 데에 있다.Accordingly, the main object of the present invention is to provide a system for analyzing the input ultrasound image, and automatically optimizing all parameters affecting the input ultrasound image based on the analysis result, thereby simplifying the process necessary for the diagnosis of the ultrasound image. Is in.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 영상 최적화 시스템의 개략적인 블럭도.1 is a schematic block diagram of an ultrasound image optimization system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 데이터베이스(DB)에 저장된 각 특징 파라미터를 도시한 도면.Fig. 2 shows each feature parameter stored in the database DB of the present invention.
도 3은 본 발명의 데이터베이스에 저장된 각 영상 파라미터를 도시한 도면.3 is a diagram illustrating each image parameter stored in a database of the present invention.
도 4는 본 발명의 데이터베이스에 저장된 각 측정 파라미터를 도시한 도면.4 shows each measurement parameter stored in a database of the present invention.
도 5a 내지 도 8b는, 각각 종래 방식에 의해서 구해진 영상과 본 발명에 의해서 구해진 영상의 차이를 설명하기 위한 예시적인 실험 사진.5A to 8B are exemplary experimental photographs for explaining the difference between the image obtained by the conventional method and the image obtained by the present invention, respectively.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10; 표준 영상 DB10; Standard video DB
10a; 특징 파라미터 DB10a; Feature Parameter DB
10b; 영상 파라미터 DB10b; Image Parameter DB
11; 측정 파라미터 DB11; Measurement Parameter DB
20a; 전처리부20a; Preprocessor
20b; 영상 변환부20b; Video converter
20c; 특징 검출부20c; Feature detector
30; 유사도 계산부30; Similarity Calculator
40; 영상 애플리케이션40; Video applications
40a; 영상 조정부40a; Video controller
40b; 자동 측정부40b; Automatic measuring unit
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입력 초음파 영상을 최적화하는 시스템에 있어서, 인체 내의 장기별 또는 장기 스캔 방향별로 분류된 각 초음파 영상에 대한 제 1 특징 파라미터 및 영상 파라미터를 갖는 표준 영상 데이터와 측정 파라미터를 저장하는 메모리와, 입력 초음파 영상의 특징을 추출하여 제 2 특징 파라미터로서 출력하는 특징 추출 수단과, 상기 제 2 특징 파라미터와 상기 복수의 제 1 특징 파라미터를 비교하고, 이들 간의 유사도를 계산하여 가장 높은 유사도를 갖는 제 1 특징 파라미터를 추출하는 유사도 계산 수단과, 가장 높은 유사도를 갖는 상기 제 1 특징 파라미터에 대응하는 장기명 또는 장기 스캔 방향을 결정하는 결정 수단과, 상기 결정된 장기명 또는 장기 스캔 방향에 대응하는 상기 영상 파라미터를 이용하여 상기 초음파 영상을 조정하는 영상 조정 수단을 포함하는 초음파 영상 최적화 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, in the system for optimizing the input ultrasound image, the first feature parameter and the image parameter for each ultrasound image classified for each organ or organ scan direction in the human body A memory storing standard image data and measurement parameters, a feature extracting means for extracting a feature of an input ultrasound image and outputting the feature as a second feature parameter, the second feature parameter and the plurality of first feature parameters, Similarity calculation means for calculating a similarity between them to extract a first feature parameter having the highest similarity, determining means for determining a long term name or long term scan direction corresponding to the first feature parameter having the highest similarity; The image wave corresponding to the determined organ name or organ scan direction The ultrasound image optimization system including a video adjustment means for adjusting the ultrasound image is provided by the meter.
또한, 본 발명에 따른 초음파 영상 최적화 시스템은, 상기 입력 초음파 영상에 대하여 상기 데이터베이스에 저장된 상기 자동 측정 함수를 이용하여 BPD(Bi-Parietal Diameter), AC(Abdominal Circumference), FL(Femur Length), M Mode(Motion Mode) 및 도플러(Doppler) 항목 중의 적어도 하나를 측정하고, 그 측정 결과를 디스플레이에 출력하는 자동 측정부를 더 포함한다.In addition, the ultrasound image optimization system according to the present invention, by using the automatic measurement function stored in the database for the input ultrasound image BP (Bi-Parietal Diameter), AC (Abdominal Circumference), FL (Femur Length), M The apparatus may further include an automatic measuring unit measuring at least one of a Mode (Motion Mode) and a Doppler item and outputting the measurement result to a display.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 영상 최적화 시스템의 개략적인 블럭도이다.1 is a schematic block diagram of an ultrasound image optimization system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 초음파 영상 최적화 시스템(100)은 표준 영상 DB(10), 측정 파라미터 DB(11), 특징 추출부(20), 유사도 계산부(30) 및 영상 애플리케이션(40)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the ultrasound image optimization system 100 of the present invention includes a standard image DB 10, a measurement parameter DB 11, a feature extractor 20, a similarity calculator 30, and an image application ( 40).
표준 영상 DB(10)는 인체 내의 각 장기에 대한 표준 영상 데이터를 저장하는 것으로, 각 영상에 대한 표준 특징 파라미터를 저장하는 특징 파라미터 DB(10a) 및 각 장기에 대한 표준 영상 파라미터를 저장하는 영상 파라미터 DB(10b)를 구비한다. 영상 파라미터 DB(10b)에 저장되는 영상 파라미터로서는 밝기 값, 대조도, 에지의 세기, 송수신 주파수, 초음파의 평균 속도 등이 있다. 측정 파라미터 DB(11)는 각 영상의 측정에 필요한 자동 측정 함수를 저장한다. 측정 파라미터 DB(11)에 저장되는 자동 측정 함수는 BPD(Bi-Parietal Diameter, 태아 좌우 두개골의 길이), AC(Abdominal Circumference, 태아 몸통 둘레), FL(Femur Length, 태아 대퇴골 길이), M Mode(Motion Mode), 도플러(Doppler, 도플러 효과에 기초하여 혈류의 움직임을 파형으로 보여 주는 모드) 등의 항목을 자동으로 측정하는 함수로서, 복잡한 인터페이스없이 각 항목에 해당하는 기능을 사용자가 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다.The standard image DB 10 stores standard image data for each organ in the human body, and includes a feature parameter DB 10a for storing standard feature parameters for each image and an image parameter for storing standard image parameters for each organ. DB 10b is provided. Image parameters stored in the image parameter DB 10b include brightness values, contrast levels, edge intensities, transmission / reception frequencies, average speeds of ultrasonic waves, and the like. The measurement parameter DB 11 stores an automatic measurement function necessary for measuring each image. The automatic measurement functions stored in the measurement parameter DB (11) are BPD (Bi-Parietal Diameter), AC (Abdominal Circumference), FL (Femur Length) and M Mode ( It is a function that automatically measures items such as Motion Mode and Doppler, the mode that shows the flow of blood flow based on the Doppler effect. Can be used.
특징 추출부(20)는 전처리부(20a), 영상 변환부(20b) 및 특징 검출부(20c)를 갖는다. 전처리부(20a)는 초음파 프로브(도시하지 않음)로부터 획득된 입력 초음파 영상에 대하여 정규화(normalization) 및 잡음 제거를 수행하여 입력 초음파 영상 내에서 의미있는 영역들을 선별하는 기능을 수행한다.The feature extractor 20 includes a preprocessor 20a, an image converter 20b, and a feature detector 20c. The preprocessor 20a performs normalization and noise removal on the input ultrasound image obtained from an ultrasound probe (not shown) to select meaningful regions within the input ultrasound image.
영상 변환부(20b)는 영상의 특징을 용이하게 추출할 수 있도록 영상의 형태나 분포를 변형시킨다. 즉, 영상 변환부(20b)는 통상의 고속 푸리에 변환(FFT), 이산 코사인 변환(DCT), 웨이브렛 변환(Wavelet Transform), 가버 변환(Gabor Transform) 등을 이용하여, 영상을 공간 영역에서 주파수 영역으로 변환시켜 영상 내에 있는 각 주파수 성분을 보다 체계적으로 분류하고, 영상 분할이나 에지 강조 등을 통해서 공간 영역에서 영상의 특징을 강조하는 기능을 수행한다. 이와 같이, 영상 변환부(20b)에 의해서 분류되고 강조된 영상은 특징 검출부(20c)에 입력된다.The image converter 20b deforms the shape or distribution of the image so as to easily extract the features of the image. That is, the image transform unit 20b uses an ordinary fast Fourier transform (FFT), a discrete cosine transform (DCT), a wavelet transform, a Gabor transform, and the like. The system converts each frequency component in the image more systematically by converting it into an area, and performs the function of emphasizing the characteristics of the image in the spatial domain through image segmentation or edge enhancement. In this way, the image classified and highlighted by the image converter 20b is input to the feature detector 20c.
특징 검출부(20c)는 영상을 대표하는 특징을 검출하고 이를 수치적으로 나타내는 기능을 수행한다. 즉, 특징 검출부(20c)는 주파수 영역의 경우는 각 주파수 성분의 에너지, 모멘트, 각 대역별 국소적인 밝기 분포, 방향성 등을 이용하여 영상의 특징을 정의하고, 공간 영역의 경우에는 영상의 밝기 분포, 에지(edge)의 위치 및 세기 정보, 영역 분할 정보 등을 조합하여 영상의 특징을 정의한다. 이와같이 정의된 영상의 특징은 장기 인식을 위한 제 1 특징 파라미터로서 유사도 계산부(30)에 공급된다.The feature detector 20c detects a feature representative of an image and performs a function of numerically representing it. That is, the feature detector 20c defines an image of the image using energy, moment, local brightness distribution, and directionality of each frequency component in the frequency domain, and brightness distribution of the image in the spatial domain. The characteristics of the image are defined by combining edge position and intensity information and region segmentation information. The feature of the image defined as described above is supplied to the similarity calculator 30 as a first feature parameter for long term recognition.
유사도 계산부(30)는 특징 검출부(20c)로부터 공급된 제 1 특징 파라미터와 도 2에 도시한 바와 같은 표준 영상 DB(10)의 특징 파라미터 DB(10a)로부터 입력되는 복수의 제 2 특징 파라미터와를 비교하여, 이들 간의 유사도를 계산하고, 계산된 유사도 중의 가장 높은 유사도를 갖는 제 2 특징 파라미터를 추출함으로써, 추출된 제 2 특징 파라미터가 속해 있는 분류명을 인식 장기명으로서 출력한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 특징 파라미터 DB(10a)에 저장된 각 특징 파라미터는 장기별로 분류되어 있기 때문에, 제 1 특징 파라미터와 가장 유사한 특징을 갖는 제 2 특징 파라미터가 입력 초음파 영상의 장기명으로서 인식된다. 또한, 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 각 특징 파라미터는 장기 스캔 방향으로 분류되어, 전술한 바와 같은 특징 파라미터의 유사도 계산을 통해서 가장 높은 유사도를 갖는 특징 파라미터를 입력 초음파 영상의 장기 스캔 방향으로서 간주할 수 있다.The similarity calculator 30 may include a first feature parameter supplied from the feature detector 20c and a plurality of second feature parameters input from the feature parameter DB 10a of the standard image DB 10 as shown in FIG. 2. By comparing the two, and calculating the similarity between them and extracting the second feature parameter having the highest similarity among the calculated similarities, thereby outputting the classification name to which the extracted second feature parameter belongs as the recognition organ name. As shown in FIG. 2, since each feature parameter stored in the feature parameter DB 10a is classified for each organ, a second feature parameter having a feature most similar to the first feature parameter is recognized as a long-term name of the input ultrasound image. do. In addition, although not shown in FIG. 2, each feature parameter is classified into a long-term scan direction, so that the feature parameter having the highest similarity may be regarded as the long-term scan direction of the input ultrasound image through the similarity calculation of the feature parameter as described above. Can be.
유사도 계산부(30)로부터 출력된 장기명 데이터 또는 장기 스캔 방향 데이터는 영상 조정부(40a) 및 자동 측정부(40b)를 갖는 영상 애플리케이션(40)에 입력된다. 영상 애플리케이션(40)의 영상 조정부(40a)는 도 3에 도시한 바와 같이, 영상 파라미터 DB(10b)에 저장되어 있는, 예를 들면, 이득(gain), 대조도, 에지 등의 장기별 영상 파라미터에 기초하여 입력 초음파 영상을 조정하고 조정된 영상을 디스플레이에 출력한다. 영상 애플리케이션(40)의 자동 측정부(40b)는 도 4에 도시한 바와 같이 측정 파라미터 DB(11)에 저장되어 있는, 예를 들면, Ob(Obstetric), M모드(M Mode), 도플러(Doppler) 등의 유형별 측정 파라미터를 이용하여 측정에 필요한 각 항목에 대하여 자동 측정을 수행하거나 각 항목에 해당하는 기능을 사용자가 직접 수행할 수 있도록, 측정된 영상 데이터를 디스플레이에 출력한다.The long term name data or long term scan direction data output from the similarity calculator 30 is input to the image application 40 having the image adjusting unit 40a and the automatic measuring unit 40b. As illustrated in FIG. 3, the image adjusting unit 40a of the image application 40 stores image parameters for each organ such as gain, contrast, edge, etc. stored in the image parameter DB 10b. The input ultrasound image is adjusted based on the output, and the adjusted image is output to the display. The automatic measuring unit 40b of the image application 40 is stored in the measurement parameter DB 11 as shown in FIG. 4, for example, Ob (Obstetric), M mode (M Mode), Doppler (Doppler). The measured image data is output on the display so that the user can perform automatic measurement on each item necessary for measurement or directly perform the function corresponding to each item by using the measurement parameter of each type.
도 5a 내지 도 8b는 종래 방식에 의해서 구해진 초음파 영상과 본 발명에 의해서 구해진 초음파 영상의 차이를 설명하기 위한 예시적인 실험 사진이다.5A to 8B are exemplary experimental photographs for explaining the difference between the ultrasound image obtained by the conventional method and the ultrasound image obtained by the present invention.
도 5a는 종래의 초음파 진단 시스템에 의해서 얻어진 간의 초음파 영상 사진이며, 도 5b는 본 발명에 따라서 이득이 조절된 간의 초음파 영상 사진이다. 도 5b로부터 알 수 있듯이, 도 5a에 비하여 적절한 밝기의 이득으로 조절된 간의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.5A is an ultrasound image photograph of a liver obtained by a conventional ultrasound diagnosis system, and FIG. 5B is an ultrasound image photograph of a liver whose gain is adjusted according to the present invention. As can be seen from Figure 5b, compared with Figure 5a it was possible to obtain an ultrasound image of the liver adjusted to the gain of the appropriate brightness.
도 6a는 종래의 초음파 진단 시스템에 의해서 얻어진 간의 초음파 영상 사진이며, 도 6b는 본 발명에 따라서 초음파 입력 신호의 동적 범위(dynamic range)가 조절된 간의 초음파 영상 사진이다. 도 6b로부터 알 수 있듯이, 동적 범위가 넓어 간의 초음파 영상이 뿌연 도 6a에 비하여, 적절한 동적 범위로 조절되어 대조도가 향상된 간의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.6A is an ultrasound image photograph of a liver obtained by a conventional ultrasound diagnosis system, and FIG. 6B is an ultrasound image photograph of a liver of which a dynamic range of an ultrasound input signal is adjusted according to the present invention. As can be seen from FIG. 6B, the ultrasound image of the liver is wider than the cloudy FIG. 6A, and the ultrasound image of the liver can be obtained by adjusting to an appropriate dynamic range compared to FIG. 6A.
도 7a는 종래의 초음파 진단 시스템에 의해서 얻어진 간의 초음파 영상 사진이며, 도 7b는 본 발명에 따라서 에지 강화(edge enhancement)가 조절된 간의 초음파 영상 사진이다. 도 7b로부터 알 수 있듯이, 조직간의 차이가 적어 변별력이 떨어지는 도 7a에 비하여, 경계간의 차이를 강조하여 변별력을 증가시킨 간의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.7A is an ultrasound image photograph of the liver obtained by a conventional ultrasound diagnosis system, and FIG. 7B is an ultrasound image photograph of the liver with edge enhancement adjusted according to the present invention. As can be seen from FIG. 7B, compared to FIG. 7A, in which the difference between tissues is small and the discrimination power decreases, the ultrasound image of the liver with increased discrimination power may be obtained by emphasizing the difference between boundaries.
도 8a는 종래의 초음파 진단 시스템에 의해서 얻어진 간의 초음파 영상 사진이며, 도 8b는 본 발명에 따른 영상 최적화를 통해서 얻어진 간의 초음파 영상 사진이다. 도 8b로부터 알 수 있듯이, 입력 초음파 영상에 대하여 이득, 동적 범위 및 에지 강화 등의 각 영상 파라미터를 자동으로 조절함으로써, 도 8a에 비하여 보다 향상된 화질의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.8A is an ultrasound image photograph of a liver obtained by a conventional ultrasound diagnosis system, and FIG. 8B is an ultrasound image photograph of a liver obtained through image optimization according to the present invention. As can be seen from FIG. 8B, by automatically adjusting each image parameter such as gain, dynamic range, and edge enhancement with respect to the input ultrasound image, an ultrasound image having a higher quality than that of FIG. 8A can be obtained.
본 발명에 따른 초음파 영상 최적화 시스템은, 초음파 진단 시스템 내에서 독립적으로 운영되거나, 다른 초음파 진단 시스템과 네트웍을 통해 연결되어 각 시스템이 사용하는 데이터베이스를 공유하여 운영될 수도 있음은 물론이다.The ultrasound image optimization system according to the present invention may be operated independently in the ultrasound diagnosis system, or may be operated by sharing a database used by each system by being connected to another ultrasound diagnosis system through a network.
상기에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였는데, 본 발명의 특허 청구 범위를 이탈하지 않으면서 당업자는 다양한 변경을 행할 수 있음은 물론이다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, those skilled in the art can change variously, without deviating from the claim of this invention.
따라서, 본 발명에 따르면, 의료용 초음파 영상 진단 시스템에서 입력되는 인체 장기에 대한 초음파 영상의 특징 파라미터를 추출하고, 추출된 특징 파라미터와 데이터베이스에 이미 저장된 인체 내의 각 장기에 대한 특징 파라미터를 비교하여, 가장 유사한 특징을 갖는 특징 파라미터를 추출하고, 그 추출된 특징 파라미터에 대응하는 장기명을 입력 초음파 영상의 장기명으로서 인식하여, 데이터베이스에 저장된 영상 파라미터를 이용하여 해당 장기의 영상을 최적화함으로써, 양호한 화질의 초음파 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, a feature parameter of an ultrasound image of a human organ input from a medical ultrasound imaging system is extracted, and the extracted feature parameter is compared with a feature parameter for each organ in the human body already stored in a database. By extracting feature parameters having similar features, recognizing organ names corresponding to the extracted feature parameters as organ names of the input ultrasound image, and optimizing the images of the organs using image parameters stored in a database, The ultrasound image may be provided to the user.
또한, 본 발명에 따르면, 상기와 같이 하여 얻어진 양호한 화질의 초음파 영상에 대하여 사전에 저장된 자동 측정 알고리즘을 적용함으로써, 초음파 영상의 측정시, 사용자의 버튼 조작, 위치 지정 조작 등의 번거로운 수동 작업을 단순화시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by applying a pre-stored automatic measurement algorithm to the ultrasound image of good quality obtained as described above, the manual manual operation, such as button operation, positioning operation, etc. during the measurement of the ultrasound image is simplified. You can.
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