다차 표본화 방법을 이용한 초음파 의료 영상 시스템의 화질 개선 및 연산량 감소에 관한 연구 : A Study on Image Quality Improvement and Computational Cost Reduction using Multi-Order Sampling in Ultrasonic Imaging System
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 송태경
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 전자공학
- 식별자(기타) 000000104429
- 본문언어 한국어
목차
초음파 의료 영상 시스템은 송수신 과정을 통하여 얻은 주사선 데이터를 영상 좌표에 맞게 2차원 보간하여 실시간 영상을 제공한다. 하지만 이 방법은 빔 집속해야 하는 주사선 데이터의 수가 영상을 구성하는 화소의 수 보다 많으므로 불필요한 연산이 포함되게 된다. 또한 주사선 데이터를 보간하는 과정에서 에러가 포함되어 영상의 화질이 저하된다.
본 논문에서는 초음파 의료 영상 시스템의 화질 개선 및 연산량 감소를 위하여 다음의 4가지 방법을 제안한다. 첫째로, 다차 표본화 방법 기반의 화소 단위 집속 기법을 제안한다. 이 방법은 수신 집속시 직접 화소에 집속하므로 주사선 변환 과정에서 발생하는 화질 저하가 없으며, 포락선 검출에 필요한 영상점의 수를 다차 표본화 방법을 사용하여 줄임으로써 기존의 단방향 집속 시스템보다 연산량을 줄인다. 두 번째로, 다차 표본화 방법 기반의 균일 사다리 표본 단위 집속 기법을 제안한다. 이 기법은 다차 표본화 방법을 사용하여 포락선을 검출하였으며, 수신 집속시 영상의 y축으로는 화소의 간격과 동일하게 주사선 위에 집속함으로써 처리해야 하는 영상점의 수를 줄여 기존의 단방향 집속 시스템보다 연산량을 크게 개선하는 방법이다. 하지만 1차원 주사선 변환 과정이 필요하므로 화질 개선 정도는 첫 번째 방법보다 떨어진다. 세 번째로, 다차 표본화 방법 기반의 화소 단위 합성 구경 기법을 제안한다. 이 방법 역시 연산량 개선을 위하여 포락선 검출 방법으로 다차 표본화 방법을 사용하였으며, 주사선 변환 과정에서 발생하는 에러 없이 모든 영상점에서 양방향 집속되므로 최상의 화질을 갖는 영상을 제공한다. 네 번째로, 다차 표본화 방법 기반의 균일 사다리 표본 단위 합성 구경 기법을 제안한다. 이 방법은 두 번째 방법처럼 균일 사다리 위에 집속하기 때문에 1차원 주사선 변환 과정이 필요하므로 영상의 화질 개선 정도는 세 번째 방법보다 떨어지나, 모든 영상점에서 양방향 집속된 영상을 제공하며 기존의 양방향 집속 시스템 보다 연산량을 크게 줄일 수 있으므로 합성 구경 기법의 상용 시스템 구현에 적합한 방법이다.
본 논문에서 제안한 4가지 방법을 검증하기 위하여 시스템에서 사용하는 곱셈 수를 비교하였으며, 7.5MHz의 선형 변환자로 경동맥 부근에서 얻은 데이터를 사용하여 영상을 얻었다. 결과를 비교해 보면, 제안한 4가지 방법 모두 상용 시스템 보다 화질 개선은 개선되고 연산량은 감소하였다. 제안한 방법 중, 다차 표본화 방법 기반의 화소 단위 합성 구경 기법이 최상의 화질을 갖는 영상을 제공하였으며, 다차 표본화 방법 기반의 균일 사다리 표본 단위 집속 기법은 상용 시스템 보다 화질이 좋으며, 최소의 연산량을 가지는 시스템 구현을 가능하게 한다.
목차
The medical ultrasound imaging system provides a real time image with 2D interpolating scanline data obtained by TX/RX process. But this method contains unnecessary calculations because the number of scanline data needed in focusing are more than display pixels. Also errors contained from interpolating scanline data degrade the image quality.
This paper suggests following four methods to improve the image quality and reduce the computational cost in the medical ultrasound imaging system. At first, I suggest display pixel based focusing using multi-order sampling. Since this method focuses directly on pixels during Rx focusing, it has no image quality degradation while digital scan conversion, also the computational cost will be improved by reducing the number of focal point needed in envelope detection by using multi-order sampling. Secondly, I suggest uniform ladder sampling based focusing using multi-order sampling. This is the method that decreasing the number of additional focal point by using multi-order sampling as envelope detection and improving the computational cost largely as reduces the number of image point by focusing on the scanline same as the distance of display pixels to the y axis when Rx focusing. But since it needs 1D scan conversion, the level of the image quality improvement will be degraded. Thirdly, I suggest display pixel based synthetic aperture focusing using multi-order sampling. This method also uses multi-order sampling as envelope detection to lessen the computational cost, and provides the best image quality because it becomes 2-way focusing at every image point without errors occured in scan conversion. Fourthly, I suggest uniform ladder sampling based synthetic aperture focusing using multi-order sampling. Like the second method, the necessity of 1D scan conversion degrades the level of the image quality improvement in this method. But, since this method provides 2-way focusing at every image point and can greatly decrease the computational cost, it is suitable for implementing synthetic aperture focusing for commercial use.
In this paper, the number of multiplication used in the system and the image obtained from the carotid region by using 7.5Mhz linear array are compared to prove suggested four methods. We can see all these four methods has more improved image quality and decreased computational cost than existing system. Among suggested methods, display pixel based synthetic aperture focusing using multi-order sampling has provided the best image quality. And uniform ladder sampling based focusing using multi-order sampling has better image quality than the existing system, as well as makes it possible to realize minimum computational cost system.
