KR20040070404A - Ultrasonic image enhancing method - Google Patents

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KR20040070404A KR1020030006604A KR20030006604A KR20040070404A KR 20040070404 A KR20040070404 A KR 20040070404A KR 1020030006604 A KR1020030006604 A KR 1020030006604A KR 20030006604 A KR20030006604 A KR 20030006604A KR 20040070404 A KR20040070404 A KR 20040070404A
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Abstract

PURPOSE: A method for improving an ultrasonic image is provided to obtain accurate diagnosis data by performing a local histogram equalization process for a diagnosis region. CONSTITUTION: A method for improving an ultrasonic image includes an ultrasonic image acquisition process, a diagnosis region detection process, and a local histogram equalization process. The ultrasonic image acquisition process is performed to obtain an ultrasonic image including a diagnosis region(10). The diagnosis region detection process is performed to detect a position and a size of the diagnosis region from the ultrasonic image(20). The local histogram equalization process is performed to increase a dynamic range of a gray level of the diagnosis region(30).

Description

초음파 영상 개선 방법{ULTRASONIC IMAGE ENHANCING METHOD}ULTRASONIC IMAGE ENHANCING METHOD}

본 발명은 초음파 영상 개선 방법에 관한 것으로, 특히 화질이 나쁜 의료용 초음파 영상의 소정 진단 영역에 대한 화질을 개선하도록 하여 진단자가 보다 정확한 진단을 실시하도록 하는데 적당하도록 한 초음파 영상 개선 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving an ultrasound image, and more particularly, to an ultrasound image improving method for improving an image quality of a predetermined diagnostic region of a medical ultrasound image having poor image quality so as to allow a diagnoser to perform a more accurate diagnosis.

종래의 초음파 영상은 초음파 빔을 전송하고, 고찰 객체로부터 반사된 빔을 수신하는데 사용되는 초음파 변환기 소자들이 배열된 초음파 영상 시스템에 의해 얻어진다. 상기 주사는 조종된 초음파가 전송되는 일련의 측정들을 포함하며, 상기시스템은 짧은 시간 간격 후 수신 모드로 절환되어, 반사된 초음파를 수신하고 저장한다. 음파빔이나 주사선을 따라 일련의 점들로부터 데이터를 얻도록 측정하는 동안에는 전송 및 수신이 동일 방향으로 조정되는 것이 보통이다. 반사된 초음파가 수신되면, 수신기는 주사선을 따라 연속한 레인지(range)에 동적으로 포커싱된다.Conventional ultrasound imaging is obtained by an ultrasound imaging system in which ultrasound transducer elements are used to transmit ultrasound beams and receive beams reflected from the object under consideration. The scan includes a series of measurements in which the steered ultrasound is transmitted and the system is switched to the receive mode after a short time interval to receive and store the reflected ultrasound. While measuring to obtain data from a series of points along an acoustic beam or scan line, transmission and reception are usually coordinated in the same direction. When the reflected ultrasound is received, the receiver is dynamically focused in a continuous range along the scan line.

초음파 영상화를 위해, 상기 배열은 다수 열로 배치되고 독립 전압들에 의해 구동되는 복수의 변환기 소자들을 가지는 것이 보통이다. 주어진 열의 개별적인 변환기 소자는, 인가된 전압들의 진폭 및 시간 지연(또는 위상)를 선택하여, 소정의 벡터 방향을 따라 진행하는 순 초음파(net ultrasound)를 형성하도록 결합하고 상기 빔을 따라 선택된 점에 포커싱되는 초음파를 발생하도록 제어될 수 있다.For ultrasonic imaging, the arrangement typically has a plurality of transducer elements arranged in multiple columns and driven by independent voltages. The individual transducer elements of a given column select the amplitude and time delay (or phase) of the applied voltages to combine to form a net ultrasound that travels along a given vector direction and focus at selected points along the beam. It can be controlled to generate an ultrasonic wave.

다중 화이어링(multiple firing)은 동일한 해부학적 정보를 나타내는 데이터를 얻는데 사용될 수 있다. 각 화이어링의 빔-형성 매개 변수(beamforming parameter)들은 스스로 변함으로써 최대 포커스를 변화시키거나, 선행 빔의 초점에 대해 천이된 초점을 가진 연속적인 빔들을 동일한 주사선을 따라 전송함으로써 각 화이어링에 대해 수신된 데이터의 내용을 변경시킨다. 시간 지체 및 인가된 전압의 진폭을 변화시킴으로써, 상기 빔 및 그 초점은 평면상에서 이동하여 객체를 주사할 수 있다.Multiple firing may be used to obtain data representing the same anatomical information. The beamforming parameters of each firing change for each firing by changing the maximum focus by changing itself, or by transmitting successive beams with the focus shifted to the focal point of the preceding beam along the same scan line. Change the content of the received data. By varying the time delay and the amplitude of the applied voltage, the beam and its focal point can be moved in plane to scan the object.

수신 모드내 반사음을 수신하도록 변환기 탐침(transducer probe)이 채용될 경우에도 동일한 원리들이 적용된다. 수신 변환기 소자들에서 발생된 전압들은 네트 신호가 객체의 단일 초점으로부터 반사되는 초음파를 나타내도록 합해진다. 전송 모드(transmission mode)에 있어서, 상기 초음파 에너지의 포커싱된 수신은 개별 시간 지체 (및/또는 위상 천이) 및 이득을 각 수신 변환기 소자로부터의 신호로 분배함으로써 수행된다. 빔-형성기 채널들의 출력 신호들은 객체 영역 또는 고찰 볼륨내의 샘플 볼륨(sample volume)에 대응하여 초점의 각 위치에 대한 대응 화소 세기의 값을 형성하도록 간섭적으로 합해진다.The same principles apply when a transducer probe is employed to receive the reflections in the receive mode. The voltages generated at the receive transducer elements are summed to represent the ultrasonic waves at which the net signal is reflected from a single focal point of the object. In the transmission mode, the focused reception of the ultrasonic energy is performed by distributing individual time lags (and / or phase shifts) and gains into signals from each receive transducer element. The output signals of the beam-former channels are coherently summed to form a value of the corresponding pixel intensity for each position of the focal point corresponding to a sample volume in the object region or the consideration volume.

상기 화소 세기의 값들은 로그-압축(log-compression) 및 주사-전환(scan-convertion)되어, 주사되는 해부도의 영상을 화면 상에 표시한다.The pixel intensity values are log-compressed and scan-converted to display an image of the scanned anatomy on the screen.

조직 타입(tissue type) 및 해부학적 특성들은 해당 부분의 영상 휘도(그레이 레벨값)가 다르기 때문에 초음파 영상내에서 쉽게 분화된다. 종래의 의료 초음파 영상 시스템의 영상 휘도는 수신 빔-형성된 신호 진폭의 함수(즉, 각 변환기 소자의 지연된 수신 신호의 후-간섭성 합)이다. 즉, 상기 빔-형성된 신호 진폭의 대수는 사용자-조절 이득 및 콘트라스트와 (필요하다면, 소수의 그레이-스케일 매핑 테이블들의 선택과) 함께 표시된다.Tissue type and anatomical characteristics are easily differentiated in the ultrasound image because the image luminance (gray level value) of the corresponding part is different. The image brightness of a conventional medical ultrasound imaging system is a function of the received beam-formed signal amplitude (ie, the post-coherent sum of the delayed received signal of each transducer element). That is, the logarithm of the beam-formed signal amplitude is displayed with user-adjusted gain and contrast (if necessary, with a selection of a few gray-scale mapping tables).

예를 들어, 심장의 판막을 초음파 영상 시스템으로 촬영한 사진을 도 1에 도시하였다.For example, FIG. 1 shows a photograph of a heart valve with an ultrasound imaging system.

도 1에 도시된 바와 같이 심장의 판막 부분(사각형 박스 내부)이 희미하게 보이고 있다. 영상의 판독 목표인 판막 부분이 불명확하기 때문에 판독에 어려움을 가져올 수 있다. 특히, 동일한 조직 구성을 가지며 크기가 작고 두께가 얇은 부분에 대한 관찰은 상이한 조직 구성들을 구분하는 것 보다 더욱 어렵다.As shown in FIG. 1, the valve portion of the heart (inside the square box) is faintly visible. The part of the valve that is the reading target of the image is unclear, which may cause difficulty in reading. In particular, observation of small, thin sections having the same tissue configuration is more difficult than distinguishing different tissue configurations.

상기 영상을 개선하기위해서 영상의 조직 구성에 따른 콘트라스트(contrast;즉, 디스플레이된 휘도차)가 명확하도록 이를 인위적으로 조정할 수 있는데, 그레이 스케일 매핑을 수동으로 조절하는 것으로 콘트라스트를 변화시킬 수 있다. 하지만, 이는 실용적으로는 거의 가치가 없다.In order to improve the image, it can be artificially adjusted so that the contrast according to the organization of the image (i.e., the displayed luminance difference) is clear, and the contrast can be changed by manually adjusting the gray scale mapping. However, this is of little practical value.

초음파 영상을 개선하기위한 다양한 방법들이 속속 개발되고 있다. 그 중 하나는 조직의 종류가 다른 부분에 대한 콘트라스트를 달리 지정하는 것으로, 각 조직별 구별을 명확하게 표시하여 화질을 개선하는 것이다. 하지만 이는 조직 구성이 동일하지만 크기와 두께가 얇은 부분들의 관찰에는 도움이 되지 않는다.Various methods for improving ultrasound imaging are being developed one after another. One of them is to specify different contrasts for different kinds of tissues, and to improve image quality by clearly displaying the distinction of each tissue. However, this is not helpful for the observation of thin tissues having the same tissue composition but thin size and thickness.

그 외에도 영상 영역의 초음파적으로 얻어진 주사선으로부터 영상 라인을 보간하는 방법, 픽셀의 위치에 따라 전력 임계값을 다르게 함으로써 잡음과 신호를 보다 잘 분리하는 방법등이 사용되고 있으나, 이러한 방법들은 모두 하드웨어적인 변환과 추가를 요구하게 되므로 적용이 어렵고 비용 발생이 크며, 국부적 영역에 대한 화질 개선에는 대응하지 못한다.In addition, a method of interpolating an image line from an ultrasonically obtained scan line of an image region and a method of better separating noise and a signal by changing a power threshold value according to the position of a pixel are used. It is difficult to apply, expensive, and cannot cope with improvement of image quality in local area.

상기한 바와 같이 종래 의료용 초음파 영상은 진단하고자 하는 부위가 작거나 얇은 경우 이를 명확하게 표시하지 못하기 때문에 진단이 어려우며, 이를 개선하기위해 조직 콘트라스트를 변경 하더라도 동일 조직의 구별은 어렵고, 영상 라인 보간 또는 잡음 신호 분리 방법을 이용하면 하드웨어 구성을 변경해야 하고 국부적인 진단 부위에 대한 집중적인 화질 개선을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.As described above, the conventional medical ultrasound image is difficult to diagnose because the area to be diagnosed is small or thin, and thus the diagnosis is difficult. Even if the tissue contrast is changed to improve the diagnosis, it is difficult to distinguish the same tissue. The noise signal separation method has a problem in that it is difficult to change the hardware configuration and to expect intensive image quality improvement for the local diagnosis region.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 의료용 초음파 영상 중에서 진단 부위에 대한 영상 만을 국부 히스토그램 균등화 하여 해당 영역의 화질을 개선하고,이를 통해 보다 명확한 진단 자료를 제공하도록 한 초음파 영상 개선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In view of the above problems, the present invention improves the image quality of a corresponding region by equalizing only a histogram of a diagnosis region among medical ultrasound images, and provides an ultrasound image improvement method for providing a clearer diagnosis data. There is this.

도1은 종래 초음파 영상.1 is a conventional ultrasound image.

도2는 본 발명의 간단한 구성을 보인 구성도.2 is a block diagram showing a simple configuration of the present invention.

도3은 본 발명에 의해 개선된 영역을 가지는 초음파 영상.3 is an ultrasound image having an area improved by the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 입력 초음파 영상 20: 영역 검출 단계10: input ultrasound image 20: region detection step

30: 국부 히스토그램 균등화 단계 40: 개선된 초음파 영상30: Local histogram equalization step 40: Improved ultrasound imaging

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 진단 영역을 포함한 초음파 영상을 획득하는 단계와; 상기 획득한 영상에서 진단 영역의 위치와 크기를 검출하는 단계와; 상기 얻어진 진단 영역에 대한 그레이 레벨 동적 범위(dynamic range)를 증가시키기 위해 국부 히스토그램 균등화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the step of obtaining an ultrasound image including a diagnostic region; Detecting a position and a size of a diagnosis area in the acquired image; And performing local histogram equalization to increase the gray level dynamic range for the obtained diagnostic region.

상기 진단 영역의 위치와 크기를 검출하는 단계는 전문가에 의한 다수의 진단 영역 초음파 영상들로부터 얻은 진단 영역의 위치와 크기들을 평균하여 얻은 데이터를 기반으로, 상기 획득한 초음파 영상으로부터 진단 영역의 시작 좌표, 가로 크기, 세로 크기를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The detecting of the position and the size of the diagnosis region may include starting coordinates of the diagnosis region from the acquired ultrasound image based on data obtained by averaging positions and sizes of the diagnosis region obtained from a plurality of diagnosis region ultrasound images by an expert. The method may further include detecting a horizontal size and a vertical size.

상기 진단 영역은 진단이 어려운 특정한 진단 영역들 중 기 선택되어 해당 영역에 대한 위치와 크기를 검출하기위한 기준 데이터가 구비된 영역들에 속하는 것을 특징으로 한다.The diagnostic area may be selected from specific diagnostic areas that are difficult to diagnose, and belong to areas having reference data for detecting a position and a size of the corresponding area.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

도 2는 본 발명의 간단한 구성을 보인 구성도로서, 도시한 바와 같이 초음파 영상 시스템을 통해 획득한 초음파 영상(10)은 상기 초음파 영상(10)을 수신하여 검진 하고자 하는 검진 대상 영역을 검출하는 대상 영역 검출 단계(20)와, 상기 검출된 대상 영역에 대한 국부 그레이 레벨 동적 범위(dynamic range)를 증가시키는 국부 히스토그램 균등화 단계(30)를 통해 상기 검진 대상 영역의 영상이 개선된 초음파 영상(40)으로 변환된다.2 is a block diagram showing a simple configuration of the present invention, as shown in the ultrasound image 10 obtained through the ultrasound imaging system is a target for detecting the examination target area to receive the ultrasound image 10 to be examined An ultrasound image 40 in which an image of the examination target region is improved through a region detection step 20 and a local histogram equalization step 30 that increases a local gray level dynamic range for the detected target region. Is converted to.

상기 대상 영역을 검출하기 위해서는 해당 검진 영역에 대한 전문가 촬영 영상들을 다수 분석하여 검진 영역의 위치와 크기를 평균한 데이터가 필요하다. 예를 들어 도 1에서와 같이 희미하게 보이는 심장 판막(사각형 부분)을 검진하기 위해서는 심잔 판막에 대한 전문가 촬영 자료들을 다수 확보한 후, 해당 영상들에서 심장 판막 부분에 대한 위치(시작점 좌표), 가로크기(x_size), 세로크기(y_size)들을 얻은 후 이들을 평균하는 것으로 이후 촬영되는 심장 초음파 영상에서 심장 판막 부분의 대상 영역을 검출할 수 있게 된다.In order to detect the target area, data obtained by averaging the position and size of the examination area by analyzing a plurality of expert photographed images of the examination area is required. For example, in order to examine a faint heart valve (rectangle) as shown in FIG. 1, after obtaining a large number of professional photographing data on the pericardial valve, the position (starting point coordinate), horizontal, By obtaining the size (x_size) and the vertical size (y_size) and averaging them, it is possible to detect the target region of the heart valve portion in the subsequent echocardiography.

상기와 같은 방법으로 대상 영역을 검출하면, 해당 영역의 화질을 개선하기위해 국부 히스토그램을 균등화 한다. 국부 히스토그램의 균등화는 해당 영역의 그레이 레벨 동적 범위를 증가시키는 것이며, 이는 다음의 수식을 이용하여 실시된다.When the target region is detected by the above method, the local histogram is equalized to improve the image quality of the region. The equalization of the local histogram is to increase the gray level dynamic range of the area, which is done using the following equation.

상기 국부 히스토그램 균등화 식에서, v°는 향상된 초음파 영상의 선택된 진단 영역에서의 그레이 레벨 값이다. 즉, 개선되는 그레이 레벨 값이 되며, 그 동적 범위는 대단히 폭넓어지고, 그에 따라 보다 밝은 값을 가지는 부분들이 늘어나게 되어 판독이 용이해 진다.In the local histogram equalization equation, v ° is the gray level value in the selected diagnostic region of the enhanced ultrasound image. That is, the gray level value is improved, and the dynamic range thereof becomes very wide, thereby increasing the portions having brighter values, thereby making it easier to read.

L은 입력 초음파 영상의 해당 검진 영역에서 그레이 레벨 최대값을 나타내며, 상기 v는 다음의 식을 통해 얻어지며, vmin은 다음 식에 의해 구해진 값들 중 양의 최소값을 나타낸다.L represents the maximum gray level value in the corresponding examination area of the input ultrasound image, v is obtained through the following equation, and v min represents the positive minimum value among the values obtained by the following equation.

상기 식에서 Pu(xi)는 다음 식을 통해 구할 수 있으며, xi는 입력 초음파 영상의 해당 검진 영역에서 i 번째 그레이 레벨을 의미한다. h(xi)는 xi의 히스토 그램을 나타낸다.In the above equation, P u (x i ) can be obtained by the following equation, and x i means the i-th gray level in the corresponding examination region of the input ultrasound image. h (x i ) represents the histogram of x i .

즉, 상기와 같은 식들을 통해 상기 검진 영역의 시작 부분(x,y)에서 가로로 x_size 만큼, 세로로 y_size 만큼 균등화된 그레이 레벨 값들을 구해 이들로 선택 영역의 영상을 대체하게 되면 개선된 영상을 얻을 수 있게 된다.In other words, the gray level values equalized by x_size horizontally and y_size vertically at the beginning (x, y) of the examination region through the above equations are obtained, and the image of the selected region is replaced with the improved image. You can get it.

도 3은 도 1에서 선택된 검진 영역인 심장의 판막 부분에 대한 영상을 개선한 것으로, 이를 통해 검진 대상 영역의 영상이 확실하게 나타나게되어 검진의 신뢰성이 높아질 수 있다. 도시된 바와 같이 도 1에서는 희미하던 판막 부분이 대단히 선명하게 표시된다.FIG. 3 is an improved image of a valve portion of the heart, which is the examination region selected in FIG. 1, whereby the image of the examination subject region is clearly displayed, thereby increasing the reliability of the examination. As shown in FIG. 1, the faint valve portion is displayed very clearly.

따라서, 본 발명을 수행하기위해서는 진단이 어렵다고 판단된 다수의 진단 영역들을 설정하고, 해당 영역들에 대해서 전문가가 촬영한 초음파 영상들을 다수 확보한 후 해당 진단 영역들의 위치와 크기 데이터들을 획득하고, 이들에 대한 평균으로 진단 영역 검출용 데이터를 구비해야 한다. 이후, 촬영된 초음파 영상에서기 설정된 진단 영역에 한해서 본 발명의 화질 개선이 실시될 수 있다.Therefore, in order to carry out the present invention, a plurality of diagnostic regions determined to be difficult to diagnose are set, a plurality of ultrasound images photographed by an expert are obtained for the corresponding regions, and position and size data of the corresponding diagnostic regions are obtained. The diagnostic area detection data should be provided as an average of. Thereafter, the image quality improvement of the present invention may be performed only on the preset diagnosis region in the captured ultrasound image.

전술한 실시예의 심장 판막은 상기 진단 영역들 중 하나일 뿐이며, 본 발명은 심장 판막 영상의 화질을 개선하는 것으로 국한되지 않는다.The heart valve of the above embodiment is only one of the diagnostic regions, and the present invention is not limited to improving the image quality of the heart valve image.

상기한 바와 같이 본 발명 초음파 영상 개선 방법은 소정의 기 설정된 검진 부위에 대해서, 전문가에 의해 촬영된 다수의 진단 부위 데이터 평균을 미리 구하여 데이터를 구성하고, 이를 통해 획득한 초음파 영상에서 진단하고자 하는 부위를 검출하며, 상기 검출된 해당 부위에 대한 영상 만을 국부 히스토그램 균등화하여 화질 개선함으로써, 판독이 어려운 검진 부위에 대한 영상의 품질을 해당 영역만 극단적으로 높이도록 하여 검진의 정확도와 의료 품질을 개선 할 수 있도록 한 효과가 있다.As described above, the method for improving the ultrasound image of the present invention obtains an average of a plurality of diagnostic site data photographed by a specialist in advance for a predetermined predetermined test site, and configures the data, and the site to be diagnosed from the ultrasound image obtained through this. By improving the image quality by localized histogram equalization of only the image of the detected area, and to improve the quality of the image for the area difficult to read only in the relevant area to improve the accuracy and medical quality of the examination It has one effect.

Claims (3)

진단 영역을 포함한 초음파 영상을 획득하는 단계와; 상기 획득한 영상에서 진단 영역의 위치와 크기를 검출하는 단계와; 상기 얻어진 진단 영역에 대한 그레이 레벨의 동적 범위를 증가시키기 위해 국부 히스토그램 균등화를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 개선 방법.Acquiring an ultrasound image including a diagnosis area; Detecting a position and a size of a diagnosis area in the acquired image; And performing a local histogram equalization to increase the dynamic range of gray levels for the obtained diagnostic region. 제 1항에 있어서, 상기 진단 영역의 위치와 크기를 검출하는 단계는 전문가에 의한 다수의 진단 영역 초음파 영상들로부터 얻은 진단 영역의 위치와 크기들을 평균하여 얻은 데이터를 기반으로, 상기 획득한 초음파 영상으로부터 진단 영역의 시작 좌표, 가로 크기, 세로 크기를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 개선 방법.The method of claim 1, wherein the detecting of the location and size of the diagnosis area is based on data obtained by averaging the location and size of the diagnosis area obtained from a plurality of diagnosis area ultrasound images by an expert. And detecting a starting coordinate, a horizontal size, and a vertical size of the diagnostic region. 제 1항에 있어서, 상기 진단 영역은 진단이 어려운 특정한 진단 영역들 중 기 선택되어 해당 영역에 대한 위치와 크기를 검출하기위한 기준 데이터가 구비된 영역들에 속하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 개선 방법.The method of claim 1, wherein the diagnosis area belongs to areas in which specific diagnosis areas that are difficult to diagnose are selected and include reference data for detecting a position and a size of the corresponding area.
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