진단용 초음파에 의해 가진된 초음파 조영제에서 방사하는 하모닉 성분의 크기: 이론적 고찰

강관석,유지철,팽동국,임성민,최민주,Kang Gwan Suk,Yu Ji Chul,Paeng Dong Guk,Rhim Sung Min,Choi Min Joo 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.2

진단용 초음파에 의해 가진된 초음파 조영제에서 방사하는 하모닉 성분의 크기를 이론적으로 고찰하였다. 본 연구에서는 2 MHz 진단용 초음파 펄스에 의한 초음파 조영제의 비선형 동적 반응을 Gilmore Model을 이용하여 수치 해석하였다. 초음파 조영제의 탄성 효과는 무시하였다. 초음파 조영제 반경의 크기 (1-9 $\mu$m)와 초음파의 MI 값 (0.125-8)을 변화시키면서 발생된 서브, 울트라. 2차 하모닉 성분의 파워를 기본 주파수 성분과 비교하였다. 시뮬레이션 결과, 초음파 조영제가 공진 반경 (2 $\mu$m) 보다 클 경우, 초음파 조영제에서 방출하는 서브 하모닉의 파워가 기본 주파수 것 보다 압도적으로 크게 나타났다. 특히 하모닉 영상에서 사용하는 2차 하모닉의 파워는 서브 및 울트라 하모닉 성분 보다 낮은 값을 가지는 것으로 예측되었다. 본 연구 결과는 초음파 조영제를 이용하여 하모닉 영상을 구현할 경우, 서브 및 울트라 하모닉 성분이 2차 하모닉 성분 보다 우수한 영상 변수가 될 수 있음을 시사한다. This study considers the magnitude of the harmonic components radiated from the ultrasonic contrast agents (UCA) activated by a typical diagnostic ultrasound. The nonlinear dynamic response of UCA to a 2 MHz diagnostic ultrasound pulse was predicted using Gilmore Model. The elastic property of the shell membrane of the UCA was ignored in the numerical model. Simulation was carried out for the UCA varying from 1 - 9 $\mu$m in its initial radius and the driving diagnostic ultrasound whose mechanical index (MI) ranges from 0.125 to 8. The powers of the sub. ultra and second harmonics of the acoustic signal from the UCA activated were compared with that of the fundamental component. The results show that. if the UCA is bigger than its resonant size (2 $\mu$m in radius for the present case) the sub harmonic power was much bigger than the fundamental. In particular, the 2nd harmonic component currently used as an imaging parameter for the harmonic imaging, was predicted to be lower in power than both the sub and the ultra harmonic component. This study indicates that, for obtaining harmonic imaging with UCA, the sub or ultra harmonics could be taken as imaging parameters better than the 2nd harmonic component.

Geometrical characterization of the cavitation bubble clouds produced by a clinical shock wave device

최민주,강관석,허정식 대한의용생체공학회 2017 Biomedical Engineering Letters (BMEL) Vol.7 No.2

This study was to optically visualize the cavitationbubbles produced by a clinical shock wave and tolook into their geometric features of the resulting cavitationbubbles in relation to the driving shock wave field. Aclinical shock wave therapeutic system was taken for shockwave production. The shock wave induced cavitationbubbles were captured by a professional camera under theillumination of a micro-pulse LED light. The light exposurewas set to last for the whole life time of bubbles fromformation to subsequent collapses. It was shown that thecavitation bubbles appeared mostly in the vicinity of thefocus. The bubbles became more and larger as approachingto the focus. The cavitation bubbles formed jet streamswhich became enlarged (stronger) as the shock wavedevice output setting increased. The bubble cloud boundarywas reasonably fitted to an elongated ellipsoid characteristicallysimilar to the acoustic focal area. The bubbleclouds were enlarged as the output setting increased. Thegeometric features of the cavitation bubbles characteristicallysimilar to those of the focusing acoustic field havepotential to provide the therapeutic focal informationwithout time consuming hydrophone measurements of theshock wave field causing damages of the expensive sensor. The present study is limited to the static afterimages of thecavitation bubbles and investigation including the bubbledynamics is suggested to deliver the more realistic therapeuticarea of the shock wave therapy

The role of the acoustic radiation force in color Doppler twinkling artifacts

양정화,강관석,최민주 대한초음파의학회 2015 ULTRASONOGRAPHY Vol.34 No.2

Purpose: The aim of this experimental study was to evaluate whether the acoustic radiation force(ARF) is a potential source of twinkling artifacts in color Doppler images. Methods: Color Doppler images were obtained using a clinical ultrasonic scanner (Voluson e,GE Healthcare) for a high contrast (+15 dB) circular scattering phantom at pulse repetitionfrequencies (PRFs) ranging from 0.1 to 13 kHz. Ultrasound transmissions resulting in ARF weremeasured using a hydrophone at the various PRFs considered. The influence of ARF on theappearance of twinkling colors was examined via the common parameter PRF. This methodologyis based on the fact that alternating positive and negative Doppler shifts induced by the ARF arecentered at a PRF twice the maximum Doppler frequency on the color scale bar, whereas thetwinkling color aliasing is expected to remain similar regardless of PRF. Results: Color twinkling artifacts were observed to be most conspicuous at the lowest PRF of0.1 kHz. The extent of twinkling rapidly decreased as the PRF increased, eventually disappearingwhen the PRF ≥0.6 kHz. The measured ultrasound transmissions, however, were found to beinsensitive to the PRF, and therefore it can be inferred that the PRF was insensitive to the ARF. Conclusion: Based on our experimental observations, the ARF may not be a source of colorDoppler twinkling artifacts.

Dynamic visualization of the thermal legion for QA in HIFU surgery

최민주,강관석,팽동국,이강일,앤드류콜만 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4

골 밀도 평가를 위한 뼈의 전기 전도도 재구성: 시뮬레이션

최민주,김민찬,강관석,최흥호 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.4

골다공증은 골 조직의 량이 감소하여 골절의 가능성이 증가하는 상태이다. 뼈의 전기적 특성은 골 밀도와 관련이 있으며, 특히 뼈의 절기 저항은 골 소실이 증가할수록 감소하는 것으로 알려져 있다. 만일 신뢰성 있는 측정이 가능하다면, 뼈의 전기적인 특성은 골다공증 진단을 위한 유용한 변수가 될 수 있음을 의미한다 본 연구에서는 EIT (electrical impedance tomography) 기술을 이용하여 뼈의 전기 전도도 평가를 시도하였다. 뼈와 주위의 연조직 간의 전기적인 특성의 차이가 크기 때문에 (100 정도), 일반적으로, 뼈의 EIT를 얻기는 쉽지 않다. 본 연구에서는 이상 경계 검출을 위해 개발된 adaptive mesh regeneration 기법을 이용하여, 주어진 경계면의 기하학적 조건하에서, 경계 내부의 전기전도도를 복원할 수 있도 록 하였다. 수치 해석은 균일한 타원형 (장경 17 mm, 단경 15 mm) 뼈와 주위의 연 조직으로 구성된 반경 40 mm인 원통형 팬텀으로 모의한 경골에 대해 수행하였다. 타원형 뼈는 팬텀의 원형 단면 중심에서 15 mm 위쪽에 위치하도록 하였다. 연 조직의 전기 전도도는 4 mS/cm로 고정하였고, 뼈에 대해서는 0.01 - 1 mS/cm에서 변하도록 하였다. 측정 오차에 의한 효과를 분석하기 위해 시뮬레이션은 측정 오차를 포함하도록 하였다. 시뮬레이션 결과, 만일 측정 오차가 5 % 미만으로 유지될 경우, 재구성된 뼈의 전기전도도는 10 % 이내의 오차를 갖는 것으로 나타났다. 예측할수 있듯이 복원의 정확도는 뼈의 전기 전도도가 증가함에 따라 증가하였다. 이것은 사용된 EIT가 골 소실이 진행된 뼈에 대한 좀더 정확한 정보를 제공할 수 있음을 시사한다. 본 연구는, 뼈의 해부학적인 정보를 알고 있을 때 뼈와 주위의 연조직에 대한 단순한 이상 영상에 한정된 결과를 제공하지만, EIT 기술이 골다공증 골절을 예측하는 새로운 방법으로 활용될 가능성을 시사한다. Osteoporosis is a clinical condition in which the amount of bone tissue is reduced and the likelihood of fracture is increased. It is known that the electrical property of the bone is related to its density, and, in particular, the electrical resistance of the bone decreases as the bone loss increases. This implies that the electrical property of bone may be an useful parameter to diagnose osteoporosis, provided that it can be readily measured. The study attempted to evaluate the electrical conductivity of bone using a technique of electrical impedance tomography (EIT). It nay not be easy in general to get an EIT for the bone due to the big difference (an order of 2) of electrical properties between the bone and the surrounding soft tissue. In the present study, we took an adaptive mesh regeneration technique originally developed for the detection of two phase boundaries and modified it to be able to reconstruct the electrical conductivity inside the boundary provided that the geometry of the boundary was given. Numerical simulation was carried out for a tibia phantom, circular cylindrical phantom (radius of 40 mm) inside of which there is an ellipsoidal homeogenous tibia bone (short and long radius are 17 mm and 15 mm, respectively) surrounded by the soft tissue. The bone was located in the 15 mm above from the center of the circular cross section of the phantom. The electrical conductivity of the soft tissue was set to be 4 mS/cm and varies from 0.01 to 1 ms/cm for the bone. The simulation considered measurement errors in order to look into its effects. The simulated results showed that, if the measurement error was maintained less than 5 %, the reconstructed electrical conductivity of the bone was within 10 % errors. The accuracy increased with the electrical conductivity of the bone, as expected. This indicates that the present technique provides more accurate information for osteoporotic bones. It should be noted that tile simulation is based on a simple two phase image for the bone and the surrounding soft tissue when its anatomical information is provided. Nevertheless, the study indicates the possibility that the EIT technique may be used as a new means to detect the bone loss leading to osteoporotic fractures.

체외 충격파 치료술을 위한 솔레노이드 코일을 이용한 전자기식 충격파 발생기: 구성 및 음향학적 특성

최민주,이종수,강관석,팽동국,이윤준,조주현,임근희,Choi Min Joo,Lee Jong Soo,Kang Gwan Suk,Paeng Dong Guk,Lee Yoon Joon,Cho Chu Hyun,Rim Geun Hie 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.5

솔레노이드 코일을 이용하여 체외 충격파 치료술에 적합한 전자기식 충격파 발생기를 구성하였다. 충격파 발생기의 충격파의 특성은 바늘형 하이드로폰을 이용하여 평가하였다 충격파 발생기 방전 전압이 8에서 18 kV로 증가할 때 측정된 충격파의 최대 양압 (P+)은 $10\~77\;MPa$사이를 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 반면, 충격파 최대 음압 (P-)은 $-3.2\~-6.8\;MPa$ 에서 변화하고 있으며, 방전 전압이 14 kV에서 -6.9 MPa로 가장 낮은 값을 보였다. 동일한 설정에서 반복 측정된 충격파의 크기 P+는 평균값의 $5\;\%$ 이내에서 변화하며, 전기 수력학적 방식 충격파 발생기 경우의 $50\;\%$ 정도와 비교하여, 매우 작은 것으로 나타났다. 시간 축에서 1 ms 동안 측정한 하이드로폰 신호로부터 충격파에 의해 야기된 음향 공동 현상, 즉, 기포의 파열 현상으로 발생된 다수의 순차적인 음향 임펄스를 관찰할 수 있었다. 웨이블렛 변환 기법을 이용하여, 충격파 강도와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려진, 첫 번째와 두 번째 기포 파열 시간 지연을 정확히 측정하였다. 충격파 크기 P+가 10 에서 77 MPa로 증가할 때 측정된 기포 파열 지연 시간은 120부터 $700\;{\mu}s$ 로 거의 선형적으로 증가함을 관찰할 수 있었다. An electromagnetic type shock wave generator suitable for extracorporeal shock wave therapy has been constructed by employing a solenoid coil. The Property of the shock waves produced by the shock wave generator was evaluated using a needle hydrophone. It was shown that, as the capacitor discharging voltage increased from 8 to 18 kV, the Positive Peak Pressure (P+) of the shock wave increased non-linearly from 10 to 77 Wa. In contrast. the negative peak Pressure (f) varied between -3.2 and -6.8 MPa. had its absolute maximum of -6.9 ma at 14 kV The peak amplitudes P+ measured repeatedly under the same voltage setting varied within $5\;\%$ from mean values and this is very small compared to about $50\;\%$ for electrohydraulic type shock wave generators. It could be observed, from the hydrophone signal recorded over 1 ms. several sequential acoustic impulses representing bubble collapses. namely. acoustic cavitation. induced by the shock wave. A technique based on wavelet transformation was used to accurately measure the time delay between the 1st and 2nd collapse known to be closely related to the shock strength. It was observed that the measured time delay increased almost linearly from 120 to $700\;{\mu}s$ with the shock wave Pressure P+ increasing from 10 to 77 MPa.

초음파 진단기의 설정 파라미터가 영상의 질에 미치는 효과

양정화,이경성,강관석,팽동국,최민주,Yang, Jeong-Hwa,Lee, Kyung-Sung,Kang, Gwan-Suk,Paeng, Dong-Guk,Choi, Min-Joo 한국음향학회 2008 韓國音響學會誌 Vol.27 No.2

초음파 진단기의 설정은 영상의 질에 영향을 준다. sonographer는 최적의 영상을 얻기 위해 초음파 영상의 질에 영향을 주는 설정 변수에 대한 효과를 이해해야 한다. 본 연구에서는 4가지 대표적인 영상 조절 변수 즉 TGC (Time Gain Control), 이득 (Gain), 주파수 (Frequency), DR (Dynamic Range)를 고려하였다. 초음파 영상의 질은 LCS (Law Contrast Sensitivity) 관점에서 정량적으로 비친 평가하였다. 실험은 임상용 초음파 진단기 (SA-9000 PRIME, Medison, Korea)를 사용하여 초음파 평가 팬텀 (539, ATS, USA)의 LCS 타겟을 영상화하였다. 영상 조절 변수의 설정을 변화하면서, 각 설정에 대한, 6개의 LCS 영상 (+15 dB, +C dB, +3 dB, -3 dB, -6 dB, -15 dB)을 취득하고, 영상에 대한 LCS픽셀 값을 계산하였다. 실험결과 TGC가 최대, Gain은 중간에서 최대사이, 주파수가 Pen모드, DR이 40-66 dB일 때 타겟 영상 (LCS)의 평균 픽셀 값이 높았다. 모든 타겟 영상에서 DR이 40 dB일 때에 LCS가 좋은 영상을 얻었다. 본 결과는 임상에서 잘 발견되는 solid lesion (+15, +6, +3 dB 타겟과 유사) 또는 cystic lesion (-15, -6, -3 dB 타겟과 비슷)이 있는 mass 평가 시 적절한 영상조절 변수 설정에 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다. Setting parameters of Ultrasonic scanners influence the quality of ultrasonic images. In order to obtain optimized images sonographers need to understand the effects of the setting parameters on ultrasonic images. The present study considered typical four parameters including TGC (Time Gain Control), Gain, Frequency, DR (Dynamic Range). LCS (low contrast sensitivity) was chosen to quantitatively compare the quality of the images. In the present experiment LCS targets of a standard ultrasonic test phantom (539, ATS, USA) were imaged using a clinical ultrasonic scanner (SA-9000 PRIME, Medison, Korea). Altering the settings in the parameters of the ultrasonic scanner, 6 LCS target images (+15 dB, +6 dB, +3 dB, -3 dB, -6 dB, -15 dB) to each setting were obtained, and their LCS values were calculated. The results show that the mean pixel value (LCS) is the highest at the max setting in TGC, mid to max in gain and pen mode in frequency and 40-66 dB in DR. Among all images, the image being the highest in LCS was obtained at the setting of DR 40 dB. It is expected that the results will be of use in setting the parameters when ultrasonically examining masses often clinically found In either solid lesions (similar to +15, +6, +3 dB targets) or cystic lesions (similar to -15, -6, -3 dB targets).

Color Doppler Twinkling Artifact: Possible Mechanisms and Clinical Potential

최민주,Chang Hee Cho,강관석,양정화 대한의용생체공학회 2014 Biomedical Engineering Letters (BMEL) Vol.4 No.1

In the color Doppler mode of ultrasonography, a rapidlychanging mixture of red and blue colors referred to as‘twinkling artifact’ (TA) may appear for a stationary hyperechogenictarget. This introduces ambiguity in diagnosis aswell as provides conclusive information. We reviewed thepossible mechanisms, and also illustrated the clinical potentialin the detection of pathological sites associated with calculi,calcifications, cacinoses and fibroses and foreign bodies suchas surgical clips, catheters, and guiding needles which wereinconclusive in conventional grayscale sonograms. In orderto increase the clinical utility of TA, a practical means toenhance TA was suggested which leads to a ‘TA mode’ to beimplemented in a clinical scanner.

초음파 영상에서 동적영역과 주파수 방식의 설정에 따른 효과

양정화(Jeong-Hwa Yang),강관석(Gwan-Suk Kang),이경성(Kyung-Sung Lee),팽동국(Dong-Guk Paeng),최민주(Min-Joo Choi) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2009 방사선기술과학 Vol.32 No.3

임상에서 정확한 진단을 위해 양질의 초음파 영상을 얻는 것은 중요하다. 본 연구에서는 초음파 진단기의 주파수와 동적 영역(dynamic range, DR) 설정 및 프로브 유형에 따른 초음파 영상의 변화를 관찰하였다. 실험에서 고형 및 낭성 종괴 병변과 유사한 초음파 평가 팬텀(539,551, ATS, USA)의 6가지 LCS(low contrast sensitivity) 표적 (-15, -6, -3, +3, +6, +15dB)에 대한 영상을 대상으로 평가하였다. 초음파 영상은 볼록형(convex, C3-7IM 및 선형(linear probe, L5-12IM) 두 가지 탐촉자(probe)에 대해 SA-9900(Medison Ltd, Korea)을 이용하여 얻었다. 주파수는 4가지 방식(gen, pen, res, harmonic), 동적영역은 40~100dB 범위에서 설정을 변화하면서 영상을 취득하였다. 취득한 영상의 질은 표적의 명목상 LCS 값과 영상에서 측정된 LCS을 비교하여 평가 하였다. 실험 결과 볼록형 탐촉자의 경우, 각 LCS 표적에 대해 주파수 방식 별로 동적영역 값을 40, 60, 80, 100dB로 변화할 때, 초음파 영상의 질은 유의한 변화가 없었다. 그러나 낭종성 병변에 가까운 LCS 표적 -15dB에서는 동적영역 60dB과 하모닐 주파수 방식에서 LCS 값이 높게 나타났다. 선형 프로브에서는 -15dB LCS 표적에서 동적영역 40dB, 하모닉 방식에서 명목상 값에 근접하였다. LCS관점에서 정량화된 영상의 평가의 한계와 주관적인 평가 즉 심리적인 관점에서의 ROC(Receiver Operating Characteristic) 평가의 필요성에 대해 토의하였다. It is important to get clinical ultrasonic images of good quality for accurate diagnosis. In this study, it observed the change of ultrasonic images against setting frequency, dynamic range(DR) and type of probes on ultrasonic scanner. In the experiment it evaluated image of LCS (Low Contrast Sensitivity) targets(-15, -6, -3, +3, +6, +15dB) of a standard ultrasonic test phantoms(539,551, ATS, USA) similar to solid and cystic lesions. Its imaged from convex (C3-7IM) and linear probe (L5-12IM) on SA-9900 (Medison Ltd, Korea) scanner. The images obtained altering the setting parameters which, are frequency(gen, pen, res, harmonic) mode and DR(40~100dB). The quality of images evaluated compare with the nominal LCS value of target and measured LCS value. The results show that there was no significant changing of quality images altering DR 40, 60, 80, 100dB against frequency in Convex probe but the image being the highest in LCS target at DR 60dB, harmonic of frequency mode in the -15dB target close to cystic lesion. In Linear probe, DR 40dB, harmonic mode at -15dB LCS target closer to nominal value. It discussed necessity of evaluation about ROC(Receiver Operating Characteristic) from the psychological viewpoint and limit of evaluation from quantified images.

비침습적 초음파 방광 내압 측정 기술

최민주(Min Joo Choi),강관석(Gwan Suk Kang),이강일(Kang Il Lee) 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.5

본 연구에서는 기존의 방광 내압 측정의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 접근법인 ‘초음파를 이용한 비침습적 방광 내압 측정 기술’을 제안한다. 제안된 기술은 초음파에 의한 캐비테이션 현상을 이용한다. 즉, 체외에서 조사된 고강도 초음파 펄스에 의해 방광 내에 생성된 기포의 동 특성은 방광 내압에의 영향을 받는다는 물리적인 현상에 근거한다. 본 논문에서는 초음파 방광 내압의 측정 기술의 이론적 기초를 제시하고 및 초기적인 측정 실험을 통해 실현 가능성을 입증했다. 제안된 초음파 방광 압력 측정법은 비침습적이며, 성별, 연령에 관계없이 적용 가능하고, 상시 측정이 가능하여 향후 방광 및 배뇨 장애관련 진단 및 치료에 크게 기여할 것으로 기대된다. A new approach was proposed in this article, named, a non-invasive ultrasonic method to monitor the urinary bladder internal pressure which can resolve the shortcomings of the existing methods. The proposed method makes use of acoustic cavitation. It is based on a physical phenomenon that an extracorporeal high intensity focused ultrasonic pulse generates bubbles inside the urinary bladder and the dynamic properties of the bubbles are related to the urinary bladder internal pressure. The article presents the theoretical foundation for the proposed technique and verifies its feasibility with preliminary experimental data. The suggested ultrasonic urinary bladder internal pressure monitoring method is non-invasive and can be used any time regardless of sex and age, so that it will be of a great benefit to the diagnosis and therapy of urination related diseases.