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시뮬레이션된 성인 남성 인체모형 팬텀을 이용한 전산화단층촬영 에서의 노이즈 제거를 위한 Median Modified Wiener 필터

Median Modified Wiener Filter for Noise Reduction in Computed Tomographic Image using Simulated Male Adult Human Phantom

한국방사선학회논문지 2021년 15권 1호 p.21 ~ 28
주성욱, 안병헌, 강성현, 이영진,
소속 상세정보
주성욱 ( Ju Sung-Uk ) - Gachon University College of Health Science Department of Radiological Science
안병헌 ( An Byung-Heon ) - Gachon University College of Health Science Department of Radiological Science
강성현 ( Kang Seong-Hyeon ) - Gachon University College of Health Science Department of Radiological Science
이영진 ( Lee Young-Jin ) - Gachon University College of Health Science Department of Radiological Science

Abstract

전산화단층촬영장치 (computed tomography, CT)는 다른 방사선 촬영 장치와 비교하면 피폭이 많다는 문제점이 있다. 이러한 피폭을 감소하기 위하여 저선량 촬영을 하게 되면 영상에 잡음이 증가하게 된다. 이를 보완하기 위해 환자의 피폭선량은 감소시키면서 영상의 화질을 향상하는 다양한 잡음 제거 알고리즘이 개발되었으며, 그 중 우수한 시간 분해능을 가진 CT 장치에 효과적으로 적용할 수 있는 median modified Wiener filter (MMWF) 알고리즘이 제시되었다. 본 연구의 목적은 MMWF 알고리즘의 마스크 크기를 최적화하고, 기존의 알고리즘들에 대한 MMWF 알고리즘의 잡음 제거의 우수성을 보는 것이다. MATLAB 프로그램을 이용하여 획득한 Gaussian 잡음이 부가된 MASH 팬텀 복부 영상들로부터 각각의 마스크 크기가 설정된 MMWF 알고리즘을 적용한 후 root mean square error (RMSE), peak signal-to-noise ratio (PSNR), coefficient correlation (CC) 그리고 universal image quality index (UQI) 값을 비교하였다. 그 결과 5 × 5 마스크 크기에서 RMSE 값이 가장 낮고, PSNR, CC, UQI 값이 가장 높았다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 최적화된 마스크 크기로 Gaussian 필터, median 필터, Wiener 필터에 대한 MMWF의 RMSE, PSNR, CC, UQI 값을 비교하였으며 그 결과 MMWF 알고리즘에서 가장 개선된 RMSE, PSNR, CC, UQI 값을 얻을 수 있었다.

Computed tomography (CT) has the problem of having more radiation exposure compared to other radiographic apparatus. There is a low-dose imaging technique for reducing exposure, but it has a disadvantage of increasing noise in the image. To compensate for this, various noise reduction algorithms have been developed that improve image quality while reducing the exposure dose of patients, of which the median modified Wiener filter (MMWF) algorithm that can be effectively applied to CT devices with excellent time resolution has been presented. The purpose of this study is to optimize the mask size of MMWF algorithm and to see the excellence of noise reduction of MMWF algorithm for existing algorithms. After applying the MMWF algorithm with each mask sizes set from the MASH phantom abdominal images acquired using the MATLAB program, which includes Gaussian noise added, and compared the values of root mean square error (RMSE), peak signal-to-noise ratio (PSNR), coefficient correlation (CC), and universal image quality index (UQI). The results showed that RMSE value was the lowest and PSNR, CC and UQI values were the highest in the 5 x 5 mask size. In addition, comparing Gaussian filter, median filter, Wiener filter, and MMWF with RMSE, PSNR, CC, and UQI by applying the optimized mask size. As a result, the most improved RMSE, PSNR, CC, and UQI values were showed in MMWF algorithms.

키워드

전산화단층촬영장치 ; MMWF 알고리즘 ; 성인 남성 인체모형 팬텀 ; 영상 화질의 정량적 평가
Computed tomography ; MMWF algorithm ; Male adult human phantom ; Quantitative evaluation of image quality

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