다초점 도플러 트윙클링 인공영상(Multifocal Doppler twinkling artifact, MDTA) 촬영은 팬텀 연구에서 미세석회화(microcalcifications)의 높은 검출률을 보였다. 본 연구는 절제(ex vivo) 유방암 검체를 이용하여, MDTA의 성능을 의심되는 미세석회화 검출에 대해 유방촬영술(mammography)과 비교 평가하고자 하였다. 우리는 유방촬영술에서 석회화가 관찰된 유방암 환자 10명을 전향적으로 포함하였다. 절제 유방암 검체에 대해 수술 당일에 디지털 검체 유방촬영술과 MDTA 영상을 모두 시행하였다. 5명의 유방 영상의학과 전문의가 검체 유방촬영 이미지에서 의심되는 미세석회화가 포함된 세포를(‘양성 세포(positive cell)’) 5-mm 크기의 격자(grid)로 표시하였다. 최소 3명의 판독자가 표시한 세포는 ‘합의 양성(consensus-positive)’으로 간주하였다. 일치하는 색 도플러 트윙클링 인공영상(Compared matched color Doppler twinkling artifact, CDTA) 신호를 재구성된 US-MDTA 투영 영상과 유방촬영술 영상 간에 비교하였다. 각 증례에서의 중간 검출률은 양성 세포에서 74.7%, 합의 양성 세포에서 96.7%였다. 10개 증례 중 90%에서 검출률이 ≥ 80%였으며, 50%의 증례에서 합의 양성 세포에 대한 검출률이 100%로 나타났다. 제안된 MDTA 영상화 방법은 절제 유방암 검체에서 의심되는 미세석회화를 검출하는 데 높은 성능을 보였고, 초음파(US)를 이용한 의심 유방 미세석회화 검출을 위한 실행 가능한 접근법일 수 있다.

납 탭의 밀봉 무결성을 점검하는 것은 얇은 다층 알루미늄(Al) 적층 필름을 사용하는 파우치형 리튬이온(Li-ion) 배터리의 신뢰성과 안전성을 확보하는 데 중요한 수단이다. 본 논문은 리키(누설) 램브(Lamb) 파 전송; 그리고 수신을 기반으로, 납 탭과 Al 파우치 필름 사이의 밀봉 무결성을 평가하기 위한 새로운 공기결합 초음파 비파괴검사(NDT) 검사 방법을 제시한다. 제안된 방법은 공기와 램브 파의 속도가 가장 빠른 층 사이에서의 임계 입사각을 이용하여 투과-전송 모드에서 신호 대 잡음비를 최대화한다. 임계 입사각을 결정하기 위해 두 개의 시험편(즉, Al 탭과 Al 파우치 필름으로 밀봉된 Al 탭)에 대한 팬텀 실험을 수행한다. 또한 결함으로서 1-mm 폭의 이물질을 삽입한 사내 제작 파우치형 Li-ion 배터리에 대해 다양한 입사각에서 2D 스캔을 수행한다. 임계 입사각(즉, 22°)에서 투과-전송 모드의 제안된 공기결합 초음파 NDT 방법은 c-scan 영상 재구성을 통해 결함의 형상과 위치를 성공적으로 식별한다. 이러한 예비 결과는 새로 제안된, 리키 램브 파를 사용하는 공기결합 초음파 NDT 방법이 건식 시험 조건에서 Li-ion 파우치 배터리의 밀봉 무결성을 검사하는 데 활용될 수 있음을 시사한다.

목적: 혈관내 초음파(IVUS)는 혈관 구조를 시각화하고 죽상경화반을 평가하는 데 널리 사용되며, 특히 파열 위험을 평가하는 데 유용하다. 변환기(center frequency)의 중심 주파수를 높이면 공간 분해능을 향상시킬 수 있지만, 동시에 감쇠가 증가하여 더 깊은 영역에서 영상 품질이 실질적으로 저하된다. 이러한 상충 관계를 완화하기 위해 합성 개구 합초점화(synthetic aperture focusing, SAF) 기법이 연구되어 왔으나, 단일 요소 회전형 IVUS 시스템에 적용한 경우에는 단지 제한적인 개선만이 보고되었고, 원치 않는 인공물(artifact)이 추가되었다. 방법: 본 연구에서는 이러한 한계를 해결하기 위한 방향성 SAF(directional SAF, dSAF) 방법을 제안한다. 회전형 IVUS 스캐닝에서 점 퍼짐 함수(point spread function)의 볼록한(convex) 특성을 분석하여 에코 신호의 실제 방향을 추적하고, 이를 통해 축외(off-axis) 신호를 선택적으로 제외할 수 있게 한다. 합성 과정에서 유효한 신호에만 초점을 맞추면 해상도 저하 및 인공물 생성을 방지할 수 있으며, 재구성된 영상의 충실도(fidelity)가 유지된다. 결과: 시뮬레이션과 팬텀 실험을 통한 검증 결과, dSAF 방법은 관찰자 평균 37.3%의 횡방향 분해능(lateral resolution) 개선과 8.6%의 대비 대 잡음비(contrast-to-noise ratio) 증가를 달성하였으며, 침투 깊이는 저하시키지 않았다. 결론: 본 연구 결과는 방향성 에코 스크리닝이 IVUS 영상에서 기존 SAF가 직면하는 제한을 효과적으로 완화할 수 있음을 시사하며, 향상된 영상 품질을 위한 견고한 경로를 제공한다. 또한 제안된 접근법은 기존 IVUS 작업 흐름에 통합될 수 있어, 임상 적용을 가속하고 혈관 내 진단 역량을 발전시킬 가능성이 있다.

초음파 영상에서 스펙클(speckle) 패턴은 종종 해부학적 세부를 가려 진단의 불확실성을 초래한다. 최근 스펙클을 효과적으로 억제하기 위한 다양한 딥러닝(DL) 기반 기법들이 소개되었으나, 높은 계산 비용은 휴대용 초음파 시스템과 같은 저자원 장치에 어려움을 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 휴대용 초음파 영상에서 실시간 스펙클 저감 및 영상 향상을 위한 경량 하이브리드 DL 프레임워크인 EdgeSRIE를 소개한다. 제안된 프레임워크는 두 개의 주요 분기(branch)로 구성된다. 스펙클이 포함된 영상 간의 손실함수(loss function)를 최소화하여 학습되는 비지도 디스펙클링(despeckling) 분기와, 흐린 영상을 선명한 영상으로 복원하는 디블러링(deblurring) 분기이다. 하드웨어 구현을 위해 학습된 네트워크를 8비트 정수 정밀도로 양자화(quantized)하고, 전력 소비가 제한된 저자원 시스템온칩(SoC)에 배치한다. 팬텀(phantom) 및 생체 내(in vivo) 분석을 포함한 성능 평가에서 EdgeSRIE는 다른 기준선(baselines)들(서로 다른 2가지 규칙 기반 방법 및 다른 4가지 DL 기반 방법)과 비교하여 가장 높은 대조대잡음비(contrast-to-noise ratio, CNR)와 평균 그라디언트 크기(average gradient magnitude, AGM)를 달성하였다. 또한 EdgeSRIE는 실제 휴대용 초음파 하드웨어에서 계산 요구사항(< 20K 파라미터)을 만족하면서 초당 60프레임을 초과하는 실시간 추론을 가능하게 하였다. 이러한 결과는 자원이 제한된 환경에서 EdgeSRIE의 실시간 고품질 초음파 영상 구현 가능성을 입증하였다.

방광 용적의 정확한 측정은 요로 질환의 효과적인 관리에 있어 중요하다. 사용 가능한 여러 양식 중 초음파 영상은 비용 효율성, 비(非)방사화(비이온화) 특성, 그리고 실시간 방광 용적 측정을 제공할 수 있다는 점 때문에 선호된다. 임상 현장에서의 편의성을 높이기 위해 초음파 방광 스캐너가 개발되어 다양한 환경에서 채택되어 왔다. 그러나 흔들림(바퀴 흔들림) 프로브 장치는 실시간 영상을 제공할 수 없다는 점, 정확한 프로브 위치 지정을 위해 사전 스캔 정렬이 필요하다는 점, 그리고 측정 정확도를 달성하기 위해 여러 차례의 용적 추정이 필요하다는 점 등 중대한 한계를 지닌다. 또한 표준 초음파 기기 또는 최근 개발된 방광 스캐너를 활용한 기존의 영상 기반 추정법은 형상 계수(shape coefficients)를 사용하는 데 따른 어려움에 직면해 있다. 이러한 방법들은 일반적으로 두 개의 영상 평면에 의존하며, 방광의 형상을 충분히 반영하지 못해 형상을 계수로 보정하는 과정에서 용적 추정에 상당한 오차가 발생한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구는 T자형 교차 어레이(cross-array) 초음파 프로브와 자유 손(Free-hand) 동작 기반 3D 재구성을 결합하는 새로운 자동 방광 용적 측정 기법을 제안한다. T자형 교차 어레이는 방광의 시상(sagittal) 및 횡단(transverse) 뷰 영상을 동시에 획득할 수 있게 한다. 프로브를 치골상(suprapubic) 부위에서 이동시키면 연속적으로 획득된 시상 영상을 3D 용적으로 결합할 수 있으며, 횡단 이미지를 통해 운동 보상이 수행된다. 그 결과, 제안된 방법은 형상 보정 계수 없이 방광 전체를 정확히 재구성하고 그 용적을 측정할 수 있을 뿐 아니라 초음파 프로브 위치 설정과 관련된 오차를 감소시킬 수 있다. 제안된 방법론은 구형 및 불규칙한 방광 형상을 시뮬레이션하는 팬텀 실험을 통해 검증되었다. 그 결과, 기준 진실(ground truth)에 비해 -8.8%에서 +5.6% 범위의 오차율이 관찰되어 높은 정확도를 보여주었다. 이러한 결과는 개발된 어레이와 시스템과 함께 제안된 방법이 임상 환경에서 도뇨(catheterization)의 필요성을 줄이고 임상적 의사결정을 향상시킬 잠재력이 있음을 시사한다.

방광 용적 평가는 비뇨기 질환 관리에 있어 매우 중요하다. 초음파 영상(US)은 방광 관찰 및 용적 측정을 위한 비침습적이고 비용 효율적인 영상 모달리티로 선호된다. 그러나 초음파 영상의 평가는 전문 지식 없이 수행하기 어렵기 때문에, US의 높은 검사자 의존성은 주요한 과제로 남아 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 영상 기반 자동 방광 용적 추정 방법들이 도입되었으나, 대부분의 기존 방법은 포인트-오브-케어(POC) 환경에서 사용할 수 없는 고복잡도 연산 자원을 요구한다. 따라서 본 연구에서는 저자원 시스템온칩(SoC)에서 최적화된 경량 합성곱 신경망(CNN) 기반 분할 모델을 이용하여 POC 환경용 딥러닝 기반 방광 용적 측정 시스템을 개발하였다. 이 모델은 초음파 영상에서 방광 영역을 실시간으로 검출하고 분할하도록 설계되었으며, 저자원 SoC에서 최적화되었다. 제안된 모델은 높은 정확도와 견고성을 달성하였고, 저자원 SoC에서 초당 7.93 프레임으로 실행 가능하였는데, 이는 정확도 저하가 미미한(다이스 계수의 0.004) 기존 네트워크의 프레임 레이트보다 13.44배 빠른 성능이다. 또한 개발된 경량 딥러닝 네트워크의 타당성은 조직 모사( tissue-mimicking ) 팬텀을 사용하여 입증하였다.

다초점 도플러 트윙클링 인공영상(Multifocal Doppler twinkling artifact, MDTA) 촬영은 팬텀 연구에서 미세석회화(microcalcifications)의 높은 검출률을 보였다. 본 연구는 절제(ex vivo) 유방암 검체를 이용하여, MDTA의 성능을 의심되는 미세석회화 검출에 대해 유방촬영술(mammography)과 비교 평가하고자 하였다. 우리는 유방촬영술에서 석회화가 관찰된 유방암 환자 10명을 전향적으로 포함하였다. 절제 유방암 검체에 대해 수술 당일에 디지털 검체 유방촬영술과 MDTA 영상을 모두 시행하였다. 5명의 유방 영상의학과 전문의가 검체 유방촬영 이미지에서 의심되는 미세석회화가 포함된 세포를(‘양성 세포(positive cell)’) 5-mm 크기의 격자(grid)로 표시하였다. 최소 3명의 판독자가 표시한 세포는 ‘합의 양성(consensus-positive)’으로 간주하였다. 일치하는 색 도플러 트윙클링 인공영상(Compared matched color Doppler twinkling artifact, CDTA) 신호를 재구성된 US-MDTA 투영 영상과 유방촬영술 영상 간에 비교하였다. 각 증례에서의 중간 검출률은 양성 세포에서 74.7%, 합의 양성 세포에서 96.7%였다. 10개 증례 중 90%에서 검출률이 ≥ 80%였으며, 50%의 증례에서 합의 양성 세포에 대한 검출률이 100%로 나타났다. 제안된 MDTA 영상화 방법은 절제 유방암 검체에서 의심되는 미세석회화를 검출하는 데 높은 성능을 보였고, 초음파(US)를 이용한 의심 유방 미세석회화 검출을 위한 실행 가능한 접근법일 수 있다.