Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   13 ,  No.   1 ,  Jan uar y   201 9 ,   pp.  205 ~ 2 09   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 1 .pp 205 - 20 9          205       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Extracti ng acous tic shado wing fr om  ultras ound  image usin g  local diff erence       Hy u n  Ju n  Par k 1 , K w ang  Ba ek Kim 2   1 Division  of  Soft ware   Conve rge n ce ,   Cheong ju  Un ive rsit y ,   Cheong ju  28503,   Korea   2 Depa rtment of  Com pute r  Engi n ee ring ,   Sil la Uni ver sit y ,   Busan  4 6958,   Kore a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Sep   1 0 , 201 8   Re vised N ov 11 , 2 018   Accepte d Nov   19 , 201 8       W e  propose  a  m et hod  for  ext r ac t ing  ac ousti c  shadowing  from  ult rasound  image.   If  we  lo c at e  th e  acous ti c  shadowing  exa c t l y   the n  we  c an  a lso  ext ract  the   h y per ec hoi c   subs ta nce s  wit h  a  high  proba b il ity .   Th e  proposed  m et hod  rec onsti tut es  an  origi nal   ul tra sou nd  image  to  simpl if y   calc ul at ion s  and  uses   the   lo ca l l y   hori z ont al   d iffe r ence  to  ext r act  shado w  ca ndid at es.   T he  shadow  ca ndid at es  ar e  c la ss ifi ed  in to  sta rt  and  fini sh  poi nt,   and  shadow  reg ions  are  ext ra ct ed  b y   usi ng  the m .   The   ex per iment  result s   show   the   proposed  m et hod  ext ra ct s  23  of  27   ac ousti c  shado ws   from   ult rasonog ram  eff icientl y   and  it   can   be  used  in  wid e appl i ca t ions.   Ke yw or ds:   Acousti c s hado wing   Gall blad der   Gall ston e   Sh a dow  e xtrac ti on   Ultraso nogram   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Kw a ng Bae k Kim ,     Dep a rtm ent o f C om pu te r  E ng i neer i ng,    Sil la  U niv e rsit y,    Busan 4 6958,   Korea .   Em a il :  gb kim @sil la .ac.kr       1.   INTROD U CTION     Ultraso nogra phy  is  of te n  the  fir st  i m aging   te st  done   in  pe op le   w ho   ha ve  sym pto m s  fr om    abdom en  reg i on.  It  is  an  easy   te st  to  ha ve  done ,  an d  it   use s  no  ra diati on   [1 ] .  Also   ultra so no gr a phy  is  us ef ul   for  veteri nar y   m edici ne.   It  us es  no  an est hetic ,  and   it   is  no t  expensive  to  diagnosis  anim als  [2 ] .     Fo r   a  gallbla dd er  ultraso und  e xam ,  you  sim ply  l ie   on   a   ta bl e  w hile  the  do ct or   m ov es   the   trans ducer   al ong  the   sk in  over  the  ri gh t  uppe r  a bdom en.   Ob se r ved  s hape  an d  siz e   of   ti ssu e  from   ultrasono gr am   are  us e d  f or  di agnosin g.  Als o,   a co us ti c   sh a dowing  is  al so   us e d.   The   acou sti c  sh a dowi ng   us ed  to   cause  by  ab norm al   su bs ta nc es.  That  m ea ns   the   sh a dows  i n ult r aso nogr am  r ep resen t  diseases  o ccasi on al ly .   Ca lc ific at ion ,  ston e ,  bo ne,   a nd  ai r  a re  ty pi cal   hyper ec ho ic   su bst ances  that  occ ur   pos t  acou sti c   sh a dowing  in  ultraso nogram .  Stat ed  rev e rse ly ,  if  we  locat e  the  acous ti c  sh a dowing  the n  we  ca n  al so   extract  the  hype rechoi c  su bs ta nces.  So m e  hyper ec ho ic   s ub sta nce s  su ch  as  cal c ific at ion   an d  s ton e  are  of te n  fatal ,     so  it  m us t be  f ound  durin g ul traso nograp hy  [3,  4].   The  ac ou sti c  s hado wing  ha s  been   us i ng   as  an  im po rtant  f act or   in  pr a ct ic al   diagnosis.  T her e  a re  the   fiel d  of  m edicin e  us i ng   ac ous ti c  sh adowin g  extracti on  su c h  as  gallst one  extracti on,  ki dney   ston e  pr e di ct or ,  cal ci fied  plaq ue   detect ion ,  a nd  so   on   [5 - 7].  Ther e f or e,  if  w e  can  locat e  th e  acou sti c  sh a dowi ng   a uto m atical ly ,  it  w il l help t he practi cal  d ia gnos is i n va rio us   fiel ds   of m edic al .   Un ti l  recently ,  there  ha s  bee n  a  la ck  of   re sea rch   on   a uto m atical ly   extracti ng   the  aco us ti c  sh a dowing  by  us in g  m edical   i m age  processin g  m et ho ds.  The re  ar e  so m e  research es  prese nt  a  sh ad ow  extr act ing  al gorithm ,  bu t  their  al gorithm s  are  li m i te d  f or   sp eci fic  ap pl ic at ion .  T he  r esearche s  on   e xtracti ng  the   a coust ic   sh a dowing  f r om   ultraso nogra m   can  be  us e d  in  wide  a ppli cat ion s  are  sti ll   need e d.   T he refor e ,  in  t his  pap e r ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 ,  Ja nu a ry 20 19   :   2 0 5   –   2 0 9   206   we  propose  a   m et ho d  for  e x t racti ng   aco us ti c  sh a dowing  from   ultrasoun d  i m age  by  usi ng  local   dif fer e nce  to   us e i n wide a ppli cat ion s.   This  pap e r  is  orga nized  as   f ollows.  Sect i on  2  e xp la ins   a  pr e processi ng  m et ho d  a nd  s ha dow  reg i on  extracti on  m eth ods.   Sect io n  3  e valuates  t he   perf or m ance   of  the  pro posed   m et ho d  us i ng  twenty   im ages  wh ic h  wer e  u se d  i n  a ct ual in - hosp it al  d ia gnose s. F inall y, Sect ion  4 pr ese nts t he c on cl us io ns .       2.   E X T R AC TI N G ACO US TI C  S HADO WI NG   Figure  1  s hows  overall   proces s for   extracti ng  sh a dow re gion s.            Figure  1. O veral l  process  for sha dow  e xtract ion       2 . 1.       Pre proce ssing   Be cause  ultras onogra phy  us e s  sound  wa ve s  to  gen e rate  i m ages  of  inte rn al   orga ns ,  t he  ac ou sti c  sh a dowing  has   directi onal it y.  To   extr act   the   sh a dow   f ro m   the  ori gi nal  im age,  it   has  t o  r epeate dly  us e  t he  si n  a nd  c os  operati on s  for  cal cula ti ng  coor din at e s.  It is o ne  cau se o f  inc reasin g  the pro ces sin g  tim e. Th eref or e we   reconsti tute t he  i m age to  sim plify ca lc ulati ons.   Figure  2  s h ow s  an  e xam ple  of   im age  reconsti tuti on.  At  f irst,  as  s how n  in  Fig ur e  2  (a),  we  fin d  the   locat ion   of  P 1  to  P 4  a nd   cal culat e  the  van i sh in g  po i nt.  A fter  the n,  we  r econst it ute  the   i m age  as  sho wn  in  Figure  2  (b)  usi ng  piece wise  aff i ne  warpin g  [8 ] .  N ow,  w e  can  j us t  c ons ider  ver ti cal   directi on  to  e xtr act   the   sh a dowing i ns te ad of  sin  a nd  cos o per at io ns .           Figure  1 .  I m age r ec on sti tuti on  for  e xtracti ng s ha dow       In   reconsti tute d  im age,  gen e rall y,  the  aco ust ic   sh ad ow i ng  ha s  a  ve rtic al ly   lon g  a nd   dark  s hap e ,     bu t  le vel  of  da rk   is  not  an  abs olu te   value .  Ther e f or e ,  w e  hav e  to  u se   the  relat ive  di ff ere nce  to  e xtract    the s hado w.   As  a  pr e proces sing,  we  a pply   Gaussi an  filt er  to  rem ov e  noise   an d  m edian  filt er  to  e xt ract  sh a dow   cand i dates.  3× 15 size  of   Ga ussi an fil te r  is u sed. It als o  m a gn i fies the  hori zon ta l  differe nc e.     2 . 2 .      E xt r ac ti ng   th e  Sh ado w  R egi on s   Figure 3   sho ws   resu lt s o f  t he  ver ti cal   an d  horizo ntal  diff e re nce  cal culat io n.  The  ve rtic al   diff ere nce  is   no t  su it able  f or  extracti ng  t he  sh a dow  as   s hown  in  Fig ur e   3  (a),  s o  we  us e   the  horizo ntal  diff e re nce  s ho wn  i n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ext ra ct ing  acoustic  sha do wi ng fr om   ultra sound i mage usi ng loc al  diff eren ce  ( Hyun  J un  Park )   207   Figure  3  ( b).  E ven  if  pix el s  ne ar  the  s ha dow   reg i ons  are  ra pid ly   cha nged ,   ad j acent  pix el s  ha ve  sim i la r  value.  Ther e f or e  we  cal culat e  the  horizo ntal  dif f eren ce  by  us i ng  pi xels  ix  a nd  ix - 5  (x  is  an  in de x  of  x - axis ).     The regi ons  ha ve big ger h or iz on ta l  diff e r e nc e than t hresh ol d  is ass um ed  to  the s ha dow  ca nd i dates.           Figure  2 .  V e rtic al  an d h ori zo ntal dif fer e nce       Figure  4  s how s  sh a dowing  r egio n  e xtracti ng   proces s.  Fi gure  4  (a )  s hows   re gion  of  interest   f or  extracti ng  the  acoust ic   sh a dowing.  Fi gure  4  (b)  s hows  t he   sh a dow  ca nd i dates.  T he  s ha dow  ca nd i date s  are  cl assifi ed  as   sha dow  sta rtin g  and  fi nish i ng  point.  We   de fin e  the  s ha dow  s ta rting   points  a s  a  pix el   wh ic h  is  it s   ver ti cal   dif fer e nce  is  ra pid ly   decr ease d.   I n  c on t rast,  the  fin ishin g  points  a re  de fine d  as  a   pix el   that  it s  ve rtic al   diff e re nce  is  rap i dly  increa sed.  Fig ur e   4  (c)  s hows  fi nally   resu lt s  of  extracti ng  the  s hado w  r egio ns.     The  sh a dow  ca n  be  ext racted  by co nnect in g  the sh a dow  sta rting   po i nts and f inis hing points.  Be f or e ext racti ng   the s hado w  re gi on s , th e  v e rtic al ly  s m all size of sha dow  can did at es a re  rem ov e d by  us in g si ze fil te r.           Figure  3 .  Proce ss of e xtracti ng  sh a dow re gion s       3.   E X PERI MEN TAL RES UL TS   The  s oft ware  was  im ple m ented  in   C+ +,  a nd  the   Mi cro s of t  Visu al   20 10  In te gr at e d  D evelo pm ent   En vironm ent  was  us e d  in  t he   co ding.  Sim u la ti on s  w ere  run  on   an  IBM - c om patible   PC  with  a n  I ntel  P entium   i7 - 2640M C P U @  2.80GH z   with  8.0G B  RAM.   Twe nty  ultras ound  im ages  wer e   us e d  f or  our   ex pe rim e nt.  T here  are   total   27  s hado ws,  an d  t he   exp e rim ental  r esults are s how n  in Fi gure  5  a nd   Table  1.   In   Figure  5  an d 6, do tt ed  li nes  in dicat e act ual sh ad ow   reg i on s   an d sol id li nes  a re e xt racted  reg i ons  by the  pro pose d  m et ho d.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   13 , N o.   1 ,  Ja nu a ry 20 19   :   2 0 5   –   2 0 9   208       Figure  4 .  Resul ts of aco us ti c s hado w  e xtracti ng       Table  1 . E val ua ti on   of the  Propose d  Me th od     Extractin g  Resu lt   Po sitiv e   Neg ativ e   Sh ad o w ( Tr u e)   2 3  ( Hit)   2  ( Miss)   No n - sh ad o w ( False)   5  ( False al ar m )   -       Ex per im ental   resu lt s  show s  23  of  27  s ha dows  are  e xtract ed,   5  sh a dow s   are  false  al ar m ed  and   2  sh a dows  a re  m issed.  We  t ried   to  m ini m iz e  t he  m iss  cases  than   the   false  al arm   to  util iz e  the  pro po se d  m et hod  as a to ol fo r pra ct ic al  d ia gnosi s.   Figure  6  s hows  e xam ple  of   fail ed   extrac ti on s.  I n  4  an d  18   im ages,  sh a dows  ha ve   not  en ou gh   horizo ntal  di fference   to   extra ct   the  s hado ws ,  s o  they   are   m issed.  I n  7  a nd  16   im ages,  extracte d  re gions  a re   si m il ar w it h  sha dow, so  they  are f al se  alarm ed.           Figure  6. Exa m ple o f  fail ed   extracti on       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ext ra ct ing  acoustic  sha do wi ng fr om   ultra sound i mage usi ng loc al  diff eren ce  ( Hyun  J un  Park )   209   4.   CONCL US I O N     In   this  paper,  we  prese nt  a  ne w  m et ho d  f or  extracti ng  the   acou sti c  s hadow i ng   from   ult rason ogram .    It  us es  the  lo cal ly   ho rizo ntal  diff ere nce  to  extract  the  sh a dow  can did at es,  an d  ext ract  the  sh ad ow  by   connecti ng t he sha dow  sta rtin g po i nt and  fini sh in g p oin t.    The  e xperim e nt  res ults  s how  the   pr opose d  m et ho d  ex tract s  23  of  27  ac ousti c  sha dows   f ro m   ultraso nogram   eff ic ie ntly .  Howe ver,  ther e  are  al so   5  false  al ar m s  and   2  m isses.  For  f ur the r   work s ,    extracte d  s hadow  re gions   by  the  propose d  m et ho d  can   be   im pr ov e d  by  ver ific at io n  pr ocess.  It  c an   c orrect  th e   fail ed  cases .   The  pr opos e d  m et ho d  ca n  be  ext racti ng   the   hype rec hoic   su bs ta nces  by  extracti ng  the  aco us ti c  sh a dows, so i t  can  be uti li zed  in v a rio us   ultra so nic  m edical  i m age pro ces sing sy ste m s.       REFERE NCE S    [1]     Park  HJ ,   Kim   KB,  Cha  EY.   A  new  appr oach  to  loc a te   th e  gal lbladder   fro m   ult rasound  image  using  int e nsit y   stret ch ing  and   S OM - base d  col or   quant i za t ion. Cu rre nt  Med ical  Im agi ng  R evi ews.   2015;  11(1):   63 - 68.     [2]     Penninc k  D,   d ' A njou  MA .   Atl as  of  sm al l ani m al   ult rasonogra ph y .   John W il e y   &  S ons.  2013.   [3]     Park  HJ ,   Kim   K B,   Cha  EY .   Im prove d  Method  t o  Loc a te   the   Ga ll bla dd er  in  Son ogra m   Based  on   Support  Vec to r   Mac hine.  Journal  of   Me di cal Imaging  and  Hea lth Inf orm ati cs .   2 016;  6(7):   1566 - 1569.   [4]     Le e  FC ,   Dunm ire   B,   Harp er  JD . ,   Cunit z  BW ,   Pa un  M,  Bai l e y   M,   Sorensen  M D.  Ultra sound  ac ou stic   shadow  wid t h   is  an  ac cur a te   p red ictor  of  kidney   stone  siz e.   The  Journal  of  the   Ac oustic a l  Soci e ty   of  Ame ri ca .   2014;  135(4):     2267 - 2267.   [5]     Basij   M,  Ta ki  A,  Yaz dchi   M.   Aut omatic   shadow  enhanc eme nt  in  int ra  vasc ular  ult ras ound  ( IVUS )  imag es .    In  Biom edi c al En gine er ing  (ME CBM E),   2014  M iddl e   Ea st   Confe ren ce on, IEEE   Februa r y   2014;   309 - 312.   [6]     Gao  Z,   Hau  WK,   Zha ng  H,  Zha ng  YT.   Aut o matic   Detect ion   of  Calc if i ed  Pl aque  wit h  Ac o ustic   Shadowin g .    In  The Internatio nal   Conf ere n ce  on  Hea l th  Infor m at ic s.   Spring er Inte rna ti ona l  Pu bli shing,   Janua r y   2014;  197 - 199 .   [7]     Noble  JA ,   Bou ker roui  D.   Ultr a sound  image  se gm ent at ion:  a   surve y .   M edical  Imaging,   IE EE  Tr ansacti ons  on .  2006;  25(8):   987 - 1010.   [8]     Matt hews  I,   Bak er  S.  Acti v e  app ea ran ce   m odel s  rev isit ed.   Int ernati onal   Journal  of  Computer  Vi s ion ,   2004;  60(2) :   135 - 164.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.