Extraction of Sternocleidomastoid Muscle for Ultrasound Images of Cervical Vertebrae

Cervical vertebrae are a complex structure and an important part of human body connecting the head and the trunk. In this paper, we propose a method to extract sternocleidomastoid muscle from ultrasonography images of cervical vertabrae automatically. In our method, Region of Interests(ROI) is extracted first from an ultrasonography image after removing unnecessary auxiliary information such as metrics. Then we apply Ends-in search stretching algorithm in order to enhance the contrast of brightness. Average binarization is then applied to those pixels which its brightness is sufficiently large. The noise part is removed by image processing algorithms. After extracting fascia encloses sternocleidomastoid muscle, target muscle object is extracted using the location information of fascia according to the number of objects in the fascia. When only one object is to be extracted, we search downward first to extract the target muscle area and then search from right to left to extract the area and merge them. If there are two target objects, we extract first from the upper-bound of higher object to the lower-bound of lower object and then remove the fascia of the target object area. Smearing technique is used to restore possible loss of the fat area in the process. The thickness of sternocleidomastoid muscle is then calculated as the maximum thickness of those extracted objects. In this experiment with 30 real world ultrasonography images, the proposed method verified its efficacy and accuracy by health professionals.

경추 초음파 영상에서 흉쇄유돌근 추출

경추는 머리와 몸통을 이어주는 중요한 요충지이기 때문에 매우 중요한 기관이며 매우 복잡한 구조로 되어있다. 본 논문에서는 경추 초음파 영상에서 경추 부분에 존재하는 흉쇄유돌근을 자동으로 검출하는 방법을 제안한다. 경추 초음파 영상에서 촬영 정보나 눈금자 등의 필요 없는 부분을 제외한 ROI(Region of Interest)영상을 추출하고 Ends-In Search Stretching 알고리즘을 적용하여 명암 대비를 강조한다. Stretching된 영상에 20 이상의 명암도를 가지는 픽셀을 대상으로 평균 이진화를 적용한 후, 잡음을 제거한다. 잡음이 제거된 영상에 흉쇄유돌근을 둘러싸고 있는 근막의 위치 정보를 이용하여 근막을 추출한 후, 근막의 객체 수에 따라서 각기 다른 방법을 적용하여 근육을 추출한다. 근막 객체가 하나인 경우에는 위에서 아래로 탐색하여 1차 근육 영역을 추출하고, 오른쪽에서 왼쪽으로 탐색하여 2차 근육 영역을 추출한 후, 1차와 2차 근육 영상을 하나로 합쳐 최종 근육 영역을 추출한다. 근막 객체가 두 개인 경우에는 근막 객체의 상단과 하단까지의 영역을 모두 추출한 후, 근막 객체 영역을 제거하는 방법으로 근육 영역을 추출한다. 추출된 근육 영역 중에서 두께가 가장 두꺼운 부분을 근육의 두께로 측정한다. 본 논문에서 제안된 방법을 경추 초음파 영상 30장을 대상으로 실험하여 물리치료사가 분석한 결과, 제안된 방법이 흉쇄유돌근을 정확히 추출되는 것을 확인하였다.