SiYeoul Lee;Seonho Kim;Dongeon Lee;ChunSu Park;MinWoo Kim
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.44
no.4
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pp.255-263
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2023
Clinical ultrasound (US) is a widely used imaging modality with various clinical applications. However, capturing a large field of view often requires specialized transducers which have limitations for specific clinical scenarios. Panoramic imaging offers an alternative approach by sequentially aligning image sections acquired from freehand sweeps using a standard transducer. To reconstruct a 3D volume from these 2D sections, an external device can be employed to track the transducer's motion accurately. However, the presence of optical or electrical interferences in a clinical setting often leads to incorrect measurements from such sensors. In this paper, we propose a deep learning (DL) framework that enables the prediction of scan trajectories using only US data, eliminating the need for an external tracking device. Our approach incorporates diverse data types, including correlation volume, optical flow, B-mode images, and rawer data (IQ data). We develop a DL network capable of effectively handling these data types and introduce an attention technique to emphasize crucial local areas for precise trajectory prediction. Through extensive experimentation, we demonstrate the superiority of our proposed method over other DL-based approaches in terms of long trajectory prediction performance. Our findings highlight the potential of employing DL techniques for trajectory estimation in clinical ultrasound, offering a promising alternative for panoramic imaging.
This paper presents a two-step, semi-automated method for reconstructing a three-dimensional (3D) shape of the prostate from a 3D transrectal ultrasound (TRUS) image. While the method has been developed for prostate ultrasound imaging, it can potentially be applicable to any other organ of the body and other imaging modalities. The proposed method takes as input a 3D TRUS image and generates a watertight 3D surface model of the prostate. In the first step, the system lets the user visualize and navigate through the input volumetric image by displaying cross sectional views oriented in arbitrary directions. The user then draws partial/full contours on selected cross sectional views. In the second step, the method automatically generates a watertight 3D surface of the prostate by fitting a deformable spherical template to the set of user-specified contours. Since the method allows the user to select the best cross-sectional directions and draw only clearly recognizable partial or full contours, the user can avoid time-consuming and inaccurate guesswork on where prostate contours are located. By avoiding the usage of noisy, incomprehensible portions of the TRUS image, the proposed method yields more accurate prostate shapes than conventional methods that demand complete cross-sectional contours selected manually, or automatically using an image processing tool. Our experiments confirmed that a 3D watertight surface of the prostate can be generated within five minutes even from a volumetric image with a high level of speckles and shadow noises.
We have studied, by a nonisotopic in situ end-labeling(ISEL) technique, frequency of apoptosis in the external granular layer(EGL) of the cerebellum of immature mice by ${\gamma}$-rays irradiation from $^{60}Co$ or diagnostic ultrasound exposure. The total number of normal cells and cells showing morphological features of apoptosis were counted. The frequency of apoptotic cells was expressed as a percentage of the total number of cells in EGL. The extent of changes following 200 cGy(1090 cGy/min) was studied at 2, 4, 6, 8, 12, or 24 hours after exposure. The maximal frequency was found 6~8 hours after exposure. The immature mice that received 18, 36, 54, 108, 198, 396 cGy of ${\gamma}$-rays or diagnostic ultrasound(7.5MHz, 4.2mW, $I_{SPTA}=7.9mW/cm^2$, $I_{SPTA}=114.3W/cm^2$) for 10 or 30 minutes were examined 6 hours after irradiation. Measurements performed after ${\gamma}$-ray irradiation showed a dose-related increase in apoptotic cells in each of the mice studied. The dose-response curves were analyzed by a linear-quadratic model ; frequency of apoptotic cell in the EGL was y = $(0.1349{\pm}0.01175)D$+$(-0.0001522{\pm}0.0000334)D^2$+0.048($r^2$ = 0.981, D = dose in cGy). In the experiment of ultrasound exposure, the frequency of apoptotic cell was $0.106{\pm}0.130$(10 minutes exposure) and $0.167{\pm}0.220$(30 minutes exposure). We estimated the relative dose of the yield from the experiment with ultrasound by substituting the yield from ultrasound exposure into the curve from the ${\gamma}$-irradiation. The relative dose of ultrasound exposure compared with ${\gamma}$-irradiation were 0.432 cGy(10 minutes exposure) and 0.885 cGy(30 minutes exposure). We have found that there is no evidence to indicate that diagnostic ultrasound involves a significant risk.
Objective: This study aimed to evaluate the role of preoperative two-dimensional (2D) shear wave elastography (SWE) in assessing the stages of liver fibrosis in patients with suspected biliary atresia (BA) and compared its diagnostic performance with those of serum fibrosis biomarkers. Materials and Methods: This study was approved by the ethical committee, and written informed parental consent was obtained. Two hundred and sixteen patients were prospectively enrolled between January 2012 and October 2018. The 2D SWE measurements of 69 patients have been previously reported. 2D SWE measurements, serum fibrosis biomarkers, including fibrotic markers and biochemical test results, and liver histology parameters were obtained. 2D SWE values, serum biomarkers including, aspartate aminotransferase to platelet ratio index (APRi), and other serum fibrotic markers were correlated with the stages of liver fibrosis by METAVIR. Receiver operating characteristic (ROC) curves and area under the ROC (AUROC) curve analyses were used. Results: The correlation coefficient of 2D SWE value in correlation with the stages of liver fibrosis was 0.789 (p < 0.001). The cut-off values of 2D SWE were calculated as 9.1 kPa for F1, 11.6 kPa for F2, 13.0 kPa for F3, and 15.7 kPa for F4. The AUROCs of 2D SWE in the determination of the stages of liver fibrosis ranged from 0.869 to 0.941. The sensitivity and negative predictive value of 2D SWE in the diagnosis of ≥ F3 was 93.4% and 96.0%, respectively. The diagnostic performance of 2D SWE was superior to that of APRi and other serum fibrotic markers in predicting severe fibrosis and cirrhosis (all p < 0.005) and other serum biomarkers. Multivariate analysis showed that the 2D SWE value was the only statistically significant parameter for predicting liver fibrosis. Conclusion: 2D SWE is a more effective non-invasive tool for predicting the stage of liver fibrosis in patients with suspected BA, compared with serum fibrosis biomarkers.
Ye Sull Kim;SeongOk Park;Chanhong Lee;Sang-Kyi Lee;A Ram Doo;Ji-Seon Son
The Korean Journal of Pain
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v.36
no.1
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pp.98-105
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2023
Background: Ultrasound-guided first sacral transforaminal epidural steroid injection (S1 TFESI) is a useful and easily applicable alternative to fluoroscopy or computed tomography (CT) in lumbosacral radiculopathy. When a needle approach is used, poor visualization of the needle tip reduces the accuracy of the procedure, increasing its difficulty. This study aimed to improve ultrasound-guided S1 TFESI by evaluating radiological S1 posterior foramen data obtained using three-dimensional CT (3D-CT). Methods: Axial 3D-CT images of the pelvis were retrospectively analyzed. The radiological measurements obtained from the images included 1st posterior sacral foramen depth (S1D, mm), 1st posterior sacral foramen width (S1W, mm), the angle of the 1st posterior sacral foramen (S1A, °), and 1st posterior sacral foramen distance (S1ds, mm). The relationship between the demographic factors and measured values were then analyzed. Results: A total of 632 patients (287 male and 345 female) were examined. The mean S1D values for males and females were 11.9 ± 1.9 mm and 10.6 ± 1.8 mm, respectively (P < 0.001); the mean S1A 28.2 ± 4.8° and 30.1 ± 4.9°, respectively (P < 0.001); and the mean S1ds, 24.1 ± 2.9 mm and 22.9 ± 2.6 mm, respectively (P < 0.001); however, the mean S1W values were not significantly different. Height was the only significant predictor of S1D (β = 0.318, P = 0.004). Conclusions: Ultrasound-guided S1 TFESI performance and safety may be improved with adjustment of needle insertion depth congruent with the patient's height.
In 3D ultrasound color Doppler imaging (CDI), 8-16 pulse transmissions (ensembles) per each scanline are used for effective clutter rejection and flow estimation, but it yields a low volume acquisition rate. In this paper, we have evaluated three flow estimation methods: autoregression (AR), eigendecomposition (ED), and autocorrelation combined with adaptive clutter rejection (AC-ACR) for a small ensemble size (E=4). The performance of AR, ED and AC-ACR methods was compared using 2D and 3D in vivo data acquired under different clutter conditions (common carotid artery, kidney and liver). To evaluate the effectiveness of three methods, receiver operating characteristic (ROC) curves were generated. For 2D kidney in vivo data, the AC-ACR method outperforms the AR and ED methods in terms of the area under the ROC curve (AUC) (0.852 vs. 0.793 and 0.813, respectively). Similarly, the AC-ACR method shows higher AUC values for 2D liver in vivo data compared to the AR and ED methods (0.855 vs. 0.807 and 0.823, respectively). For the common carotid artery data, the AR provides higher AUC values, but it suffers from biased estimates. For 3D in vivo data acquired from a kidney transplant patient, the AC-ACR with E=4 provides an AUC value of 0.799. These in vivo experiment results indicate that the AC-ACR method can provide more robust flow estimates compared to the AR and ED methods with a small ensemble size.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.11
no.12
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pp.1259-1264
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2016
Ultrasonic therapy has received great attention in the field of cosmetics related to the treatment of skin thickening because of its fast recovery and safety. In this study, an output circuit of a high intensity focused ultrasound system was developed for the treatment of beauty. To verify the applicability of the high intensity focused ultrasound system to the cosmetic treatment field, we measured and analyzed the 3D ultrasound intensity energy using a hydrophone. And high-intensity focused ultrasound devices were found to be useful for cosmetic treatment.
Automated breast ultrasound (ABUS) equipment is a new innovative technique for 3D automatic breast scanning, but limited for the examination in the concave axillary region. The purpose of this study was to determine feasible candidate materials for the ultrasonic wave propagation media in ABUS, enabling the evaluation of the axillary region. Ultrasonography was performed using an ABUS system ($Invenia^{TM}ABUS$, GE, USA) on the ultrasound-specific phantom (UC-551M-0.5, ATS Laboratories, USA) covered by different candidate materials. The validity of feasible candidate materials was evaluated by image quality. Three independent radiological technologists, with more than 10 years of experience, visually assessed on the images. The inter-observer agreements according to the candidate materials were tested using Cronbach's alpha. Unenveloped solidified carrageenan can be a feasible material for the use of ABUS with excellent test reliability. Therefore, the coverage of the axillary region with carrageenan may be effective for ABUS which was originally developed for the convex anatomic structure as female breast.
An automatic multi-threshold algorithm for segmentation of 2D ultrasound images based on average filtering and the characteristics of speckle noise in 2D ultrasound image is proposed. To do this, we investigate the histogram of difference between $7{\times}7$ averaging histogram and $3{\times}3$ averaging histogram. And, we find zero crossing points in the positive portion of the differenced histogram and select middle points of the zero crossing points. We assign these selected points to characteristic points. The thresholds are the center of two characteristic points. Then we segment 2D ultrasound image by using these thresholds and extract edges from applying edge operator to optimal segmented image. Experimental results show that the segmented regions are devided accurately around the homogeneous region.
Jang, Seol;Lee, A. Yeong;Lee, A. Reum;Choi, Goya;Kim, Ho Kyoung
Integrative Medicine Research
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v.6
no.4
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pp.388-394
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2017
Background: The present study optimized ultrasound-assisted extraction conditions to maximize extraction yields of glycyrrhizic acid from licorice. Methods: The optimal extraction temperature ($X_1$), extraction time ($X_2$), and methanol concentration ($X_3$) were identified using response surface methodology (RSM). A central composite design (CCD) was used for experimental design and analysis of the results to obtain the optimal processing parameters. Results: Statistical analyses revealed that three variables and the quadratic of $X_1$, $X_2$, and $X_3$ had significant effects on the yields and were followed by significant interaction effects between the variables of $X_2$ and $X_3$ (p<0.01). A 3D response surface plot and contour plots derived from the mathematical models were applied to determine the optimal conditions. The optimum ultrasound-assisted extraction conditions were as follows: extraction temperature, $69^{\circ}C$; extraction time, 34?min; and methanol concentration, 57%. Under these conditions, the experimental yield of glycyrrhizic acid was 3.414%, which agreed closely with the predicted value (3.406%). Conclusion: The experimental values agreed with those predicted by RSM models, thus indicating the suitability of the model employed and the success of RSM in optimizing the extraction conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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