정맥 관찰용 소형 근적외선 영상 시스템에서의 비지역적평균 알고리즘 적용 가능성 연구

• 영문명: Application Feasibility Study of Non-local Means Algorithm in a Miniaturized Vein Near-infraredImaging System
• 발행기관: 한국방사선학회
• 저자명: 정현우 이영진
• 간행물 정보: 『한국방사선학회 논문지』제17권 제5호, 679~684쪽, 전체 6쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2023.10.31

국문 초록

정맥의 천자는 병리학적 검사를 위한 혈액 샘플을 획득하기 위해 널리 사용되고 있다. 바늘을 사용한 침습적인 정맥 천자 방법이 반복되서 시행되면 환자가 받는 고통이 증가되는 문제가 있어 본 연구팀은 사전에 소형 근적외선 (near-infrared, NIR) 영상 시스템을 개발하였다. 획득된 NIR 영상의 화질 개선을 위하여 본 연구에서는 노이즈 제거에 효율적으로 잘 알려진 비지역적 평균 (non-local means, NLM) 알고리즘을 모델링하여 시스템에서의 적용 가능성을 분석하고자 한다. 개발된 NIR 영상 시스템은 dichroic 및 long-pass filter를 적외선 (infrared, IR)이 통과하여 최종적으로 CMOS 센서 모듈로 검출되는 원리를 기반으로 구성하였다. 제안하는 NLM 알고리즘은 노이즈를 제거시키고자 하는 픽셀을 주변 픽셀들간의 거리들을 고려한 값으로 대체하는 원리를 기반으로 모델링하였다. 850 nm의 중심 파장을 가진 NIR 영상을 획득 후 NLM 알고리즘을 적용하여 히스토그램 평활화를 통해 최종 정맥 영역을 분할하였다. 결과적으로 NLM 알고리즘을 적용한 정맥의 NIR 영상의 coefficient of variation은 평균 0.247로 기존의 filtering 방법들과 비교하여 우수한 결과값으로 도출되었다. 또한 NLM 알고리즘의 dice similarity coefficient 값은 기존의 median filter와 total variation 방법에 비하여 각각 62.91 및 9.40% 향상된 값이 획득되었다. 결론적으로 NLM 알고리즘은 NIR 영상 시스템으로 획득한 정맥의 정확한 분할이 가능하게 할 수 있음을 증명하였다.

영문 초록

Venous puncture is widely used to obtain blood samples for pathological examination. Because the invasive venipuncture method using a needle is repeatedly performed, the pain suffered by the patient increases, so our research team pre-developed a miniaturized near-infrared (NIR) imaging system in advance. To improve the image quality of the acquired NIR images, this study aims to model the non-local means (NLM) algorithm, which is well known to be efficient in noise reduction, and analyze its applicability in the system. The developed NIR imaging system is based on the principle that infrared rays pass through dichroic and long-pass filters and are detected by a CMOS sensor module. The proposed NLM algorithm is modeled based on the principle of replacing the pixel from which noise is to be removed with a value that reflects the distances between surrounding pixels. After acquiring an NIR image with a central wavelength of 850 nm, the NLM algorithm was applied to segment the final vein area through histogram equalization. As a result, the coefficient of variation of the NIR image of the vein using the NLM algorithm was 0.247 on average, which was an excellent result compared to conventional filtering methods. In addition, the dice similarity coefficient value of the NLM algorithm was improved by 62.91 and 9.40%, respectively, compared to the median filter and total variation methods. In conclusion, we demonstrated that the NLM algorithm can acquire accurate segmentation of veins acquired with a NIR imaging system.

목차

Ⅰ. INTRODUCTION

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

Ⅲ. RESULT AND DISCUSSION

Ⅳ. CONCLUSION

Reference

키워드

근적외선 영상 시스템 비지역적 평균 알고리즘 정맥 분할 영상 화질의 정량적 평가 Near-infrared (NIR) imaging system Non-local means (NLM) algorithm Vein segmentation Quantitative evaluation of image quality