Automated Measurement System of Carotid Artery Intima-Media Thickness based on Dynamic Programming

다이나믹 프로그래밍 기반 경동맥 내막-중막 두께 자동측정 시스템

In this paper, we present a method of detecting the boundary of the intima-media complex for automated measurement based on dynamic programming from carotid artery B-mode ultrasound images and then show the experimental results. We apply the dynamic programming for determining the optimal locations that a cost function is minimized. The cost function includes cost terms which are representing image features such as intensity, intensity gradient and geometrical continuity of the vessel interfaces. Moreover, we improve the boundary continuity by applying the B-spline to smooth the rough boundary due to noise such as speckle, dropout and weak edges. The proposed method has obtained more accurate reproducible results than conventional edge-detection by considering multiple image features and ensures efficient automated measurement by solving the problems of the inter- and intra-observer variability and its inefficiency due to manual measurement.

본 연구에서는 경동맥 B-모드 초음파영상에서 내막-중막 두께(IMT : Intima-Media Thickness)의 자동측정을 위해 다이나믹 프로그래밍(dynamic programming)을 이용하여 내막과 중막의 경계선을 자동 추출하는 알고리즘을 제안하고 실험결과를 보여준다. 혈관 인터페이스의 픽셀 값과 기울기 등의 영상특징과 연속성의 기하학적 특징을 고려한 평가항(cost term)들을 포함하는 평가함수(cost function)를 계산하여 그 값이 최소가 되는 최적의 위치를 결정하기 위해 다이나믹 프로그래밍 방법을 적용하였다. 또한 스페클(speckle), 드랍아웃(dropout)과 같은 잡음과 약한 에지로 인한 거친 추출 결과에 대해 B-spline을 적용하여 더욱 부드러운 경계선을 유지하도록 함으로써 경계선의 연속성을 향상시켰다. 제안한 방법은 다중영상특징(multiple image features)을 고려함으로써 일반적인 에지 알고리즘보다 더욱 정확하고 재생산 가능한 경계선을 추출하였고 수동측정 시 발생하는 측정자 내, 측정자 간의 추출결과 변이성과 비효율성의 문제점을 해결하여 편리한 자동측정이 가능하게 한다.