KR100197581B1 - 초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조 - Google Patents

초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기의 2차원 배열구조에 관한 것으로서, 적은 수의 변환소자를 사용하여 3차원 스캔을 하기 위한 것이다. 본 발명은 변환소자들을 원형의 그리드상에, 첫 번째 소자는 임의의 위치를 갖도록 배열하고 나머지 변환소자들은 서로 동일한 현길이를 갖도록 배열하므로써, 시스템을 간단히 구성하면서도 초음파 3차원 영상화를 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조
제1도는 본 발명에 의한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조를 보여주는 도면.
제2도는 제1도의 배열구조에 의해 499개의 변환소자들이 배열된 초음파변환기를 도시한 도면.
제3(a)도 및 제3(b)도는 제1도에 따른 다수의 RES 및 CES값에 대한 빔들의 필드응답을 도시한 도면.
본 발명은 초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기 변환소자의 배열구조에 관한 것으로서, 특히 적은 수의 변환소자들을 원형의 그리드상에 배열하여 3차원 영상화를 효과적으로 수행할 수 있는 초음파변환기 변환소자의 배열구조에 관한 것이다.
인체 내부의 단면구조 및 인체내의 혈류정보를 영상으로 제공하는 의료용 초음파진단장치는 의료영상 진단기의 중요한 위치를 차지하고 있다. 최근에는 의료정보들의 3차원 영상을 제공하는 초음파 3차원 영상진단장치가 개발되고 있다. 초음파에 의하여 3차원 영상을 얻기 위하여 스캐닝시간이 많이 걸리고 시스템이 복잡해지는 것이다. 기계식 3차원 스캐닝 방법은 원하는 3차원 영상의 구성을 위한 신호획득 시간이 매우 길어서 환자의 호흡 등에 의하여 영향을 받으므로 양호한 데이터를 얻기가 어려웠다. 스캐닝 시간을 줄이기 위하여 2차원 어레이 변환기를 사용하는 방법이 있는데 일반적인 2차원 어레이를 이용할 경우, 어레이 소자의 수가 수천여개에 이르며 이에 따른 시스템이 매우 복잡해지는 단점이 있다. 따라서 초음파에 의한 3차원 영상구성에 있어서, 2차원 어레이 변환기를 사용하면서도 어레이 소자의 수를 줄이는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 초음파 3차원 영상화를 실현하기 위해 원형그리드들상에 변환소자들을 배열하여 시스템을 간단하게 구성할 수 있는, 초음파 3차원 영상화를 위한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적은 초음파 3차원 영상화를 위해 3차원 스캔을 수행하는 초음파 변환기 변환소자들의 배열구조에 있어서, 동일한 중심을 갖는 복수개의 원형 그리드들상에 변환소자들을 배열하는 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조에 의하여 달성된다.
또한, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적은 상기한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조에서 상기 원형 그리드들은 일정한 관계식에 의한 거리만큼씩 떨어진 원상에 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조에 의하여 달성된다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.
변환소자들의 랜덤 어레이에 의한 측엽(side lobe; 사이드로브)의 상승을 막기 위하여, 변환소자들은 주엽(main lobe; 메인로브) 근방에서는 각 소자들의 필드가 랜덤하게 더해지도록 배열되어야 한다. 본 발명에서는 스퀘어 그리드가 아닌 원형 그리드들상에서 소자들을 랜덤하게 배열하면서 그레이팅로브(grating lobe)를 줄이고 동시에 측엽(side lobe)의 레벨을 상승시키지 않도록 한다.
제1도는 본 발명에 의한 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조를 보여주는 도면이다. 제1도에서 점선으로 표시된 부분은 원형의 어퍼쳐(aperture)들이다. 반지름이 Ra인 원형 어퍼쳐들은 다음의 식(1)과 같은 관계를 가지는 Nc개의 원으로 구성된다.
Ri- Ri-1= 2·R1= 상수,
I = 3, 4, ……, Nc (1)
여기서, Ri는 i번째 원의 반지름이다.
변환소자들은 원형 어퍼쳐들 사이의 실선으로 표시된 원상에 위치한다. 각 원상에서 첫 번째 변환소자는 임의의 위치에 위치하고 나머지 소자들은 서로 동일한 현길이를 갖는 곳에 위치한다. 각 원상에서 변환소자들간의 거리를 CES(Circular Element Spacing)로 표시하며, 각 원들 사이의 거리는 RES(Radial Element Spacing)로 표시하며 RES는 모두 동일한다.
제1도에 도시된 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조는 각 리드들의 첫 번째 변환소자를 임의의 위치에 배열시키므로써 적은 그레이팅로브값을 갖을 것이며, 또한 방사(radial)방향으로는 균일하게 분포되므로 측엽의 크기가 상승하지 않는다.
제2도는 제1도의 배열구조에 의해 499개의 변환소자들이 배열된 초음파변환기를 도시한 도면이다.
제3(a)도 및 제3(b)도는 여러 가지 RES와 CES값에 대한 본 발명의 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조에 의한 빔들의 필드응답을 도시한 도면이다. 제3(가)도는 주엽(main lobe)이 0°에 위치할 경우를 도시한 것이고, 제3(나)도는 주엽이 -40°에 위치할 경우를 도시한 것이다.
제3(a)도 및 제3(b)도는 변환소자의 중심주파수가 3.5Khz이고 지름이 1,584cm(381)일 경우에, 실선은 RES=1.41 DES=1.41인 499개의 변환소자들로 구성된 어레이(array)형태의 초음파변환기에 대한 필드응답을 도시한 것이다. 점선은 RES=1.21, DES=1.21인 673개의 변환소자들, 단속 선은 RES=1.41, DES=1.01인 703개의 변환소자들, 점 및 단속 선은 RES=1.41, DES=0.81인 877개의 변환소자들로 구성된 어레이변환기에 대한 필드응답을 도시한 것이다.
제3도에 도시된 바와 같이, RES가 작을수록 측엽의 크기가 줄어들고 CES에 따라 그레이팅 로브값이 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 2차원 어레이 변환기의 변환소자 배열구조를 통해 RES와 CES를 각각 조절하므로써 측엽과 그레이팅로브를 줄일 수 있다. 또한, 499개의 변환소자들로 구성된 어레이변환기는 625개의 변환소자들로 구성된 어레이변환기는 그레이팅 로브가 적음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파변환기의 변환소자 2차원 배열구조는 변환소자들의 수를 줄여 시스템을 간단히 구성하면서도 초음파 3차원 영상화를 효과적으로 수행할 수 있다.

Claims (4)

  1. 초음파 3차원 영상화를 위해 3차원 스캔을 수행하는 초음파변환기 변환소자들의 배열구조에 있어서, 동일한 중심을 갖는 복수개의 원형 그리드들상에 변환소자들을 배열하는 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원형 그리드들은 일정한 관계식에 의한 거리만큼씩 떨어져 있고, 각 원형 그리드상의 변환소자들은 서로 동일한 현길이를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 원형 그리드들은 다음의 관계식에 따른 Nc개의 원형 어퍼쳐들 사이의 원상에 배열되는 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조. Ri- Ri-1= 2·R1= 상수, i = 3, 4, ……, Nc 여기서, Ri는 i번째 원의 반지름이다.
  4. 제3항에 있어서, 각 원형의 그리드는 이웃하는 두 원형어퍼쳐들로부터 동일한 거리에 위치하는 원(circle)인 것을 특징으로 하는 초음파변환기 변환소자의 2차원 배열구조.
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