K-평균 클러스터링과 그래프 탐색을 통한 심장 자기공명영상의 좌심실 자동분할 알고리즘
Automatic Left Ventricle Segmentation Algorithm using K-mean Clustering and Graph Searching on Cardiac MRI
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초록
심장 질환을 예방하기 위해서는 정기적인 검진을 통해 심장 기능을 분석하고 관찰하는 것이 중요하다. 정기적인 검진에서 심장 기능은 심장을 촬영한 후에 관측자가 이를 수작업을 통하여 처리하여 혈류량과 심박구출률 등을 분석함으로서 이루어지나, 시간도 오래 걸리며 관측자에따른 변이성이 문제가 된다. 본 논문에서는 심장 단축 자기공명영상에서 좌심실 영역을 분할하는 자동화된 알고리즘을 제안한다. 코일 위치에따른 왜곡을 보정하고, K-평균 클러스터링 기법을 이용하여 좌심실 내부를 분할한다. 영상의 왜곡 및 잡음에 의하여 발생하는 분할 오류는 그래프 탐색 기법을 적용하여 수정하였다. 제안하는 알고리즘의 성능을 평가하기 위하여 38명의 지원자 그룹에 대하여 혈류량과 심박구출률을 계산하였고, 전문가에 의한 수동윤곽검출 결과와 GE MASS 소프트웨어와 비교하였다. 결과에 따르면 제안한 알고리즘의 수동윤곽검출과 혈류량의 차이는 평균적으로 이완기에 6.2mL±5.6 및 수축기에 2.9mL±3.0, 심박구출률의 차이는 2.1%±1.5로 높은 정확성을 보였다. 특히 제안한 알고리즘은 기존 알고리즘에서 발생하던 사용자 간섭률을 최소화하여 자동화 성능을 향상하였다.
Abstract
To prevent cardiac diseases, quantifying cardiac function is important in routine clinical practice by analyzing blood volume and ejection fraction. These works have been manually performed and hence it requires computational costs and varies depending on the operator. In this paper, an automatic left ventricle segmentation algorithm is presented to segment left ventricle on cardiac magnetic resonance images. After coil sensitivity of MRI images is compensated, a K-mean clustering scheme is applied to segment blood area. A graph searching scheme is employed to correct the segmentation error from coil distortions and noises. Using cardiac MRI images from 38 subjects, the presented algorithm is performed to calculate blood volume and ejection fraction and compared with those of manual contouring by experts and GE MASS software. Based on the results, the presented algorithm achieves the average accuracy of 6.2mL±5.6, 2.9mL±3.0 and 2.1%±1.5 in diastolic phase, systolic phase and ejection fraction, respectively. Moreover, the presented algorithm minimizes user intervention rates which was critical to automatize algorithms in previous researches.
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