KR100782045B1 - 탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템 - Google Patents

탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템을 제공한다. 초음파 진단 시스템은, 대상체로부터 수신된 에코 신호와 대상체에 가해진 압력에 관한 정보를 제공하는 프로브, 에코신호 및 압력에 관한 정보에 기초하여 탄성영상을 형성하면서 탄성영상 관련 부가 정보를 생성하는 탄성영상 프로세서 및 탄성영상 프로세서로부터 입력되는 탄성영상 및 부가정보를 표시하는 디스플레이부를 포함한다. 부가정보는 매질의 변형률 그리고 압축속도 및 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵을 포함한다. 탄성영상 프로세서는, 에코신호와 압력 관련 정보에 기초하여 변형률을 계산하고, 미리 설정된 프레임 레이트와 프레임간 대상체의 변위로부터 압축 속도를 계산하여 슈도우 칼라 맵을 형성한다.
탄성영상, 변형률, 압축 속도, 수치, 도플러 영상, 합성영상

Description

탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템{ULTRASOUND DIAGNOSTIC SYSTEM PROVIDING ELASTICITY IMAGE WITH ADDITIONAL INFORMATION}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 작성된 압축 속도 및 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵.
도 2b는 도 2a에 보인 칼라 맵의 실제 구현 양태를 보이는 예시도.
도 3a는 탄성영상 상에 사용자가 임의의 라인(SL)을 선택한 상태를 보이는 예시도.
도 3b는 도 3a의 선택된 라인의 깊이에 따른 변형률을 보이는 그래프.
도 4는 탄성영상 상의 선택 영역의 변형률을 수치로 계산하여 보이는 예시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 6은 도플러 영상 프로세서에 의해 기준치 이상 노이즈가 발생한 프레임이 보간에 의해 형성된 새로운 프레임으로 대체되는 것을 보이는 예시도.
도 7은 탄성영상과 칼라 도플러 영상의 합성 영상을 보이는 예시도.
도 8은 탄성영상과 파워 도플러 영상의 합성 영상을 보이는 예시도.
도 9는 탄성영상의 변형률, 압축 속도 및 도플러의 혈류 정보를 통합 칼라 맵으로 표시한 예시도.
도 10은 탄성영상의 변형률과 압축 속도의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵과 도플러 맵을 분리하여 표현한 예시도.
본 발명은 초음파 진단 시스템에 관한 것으로, 특히 탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템에 관한 것이다. 상기 부가정보는 탄성영상 측정시의 압축속도, 압축에 따른 변형률을 포함한다.
초음파 진단 시스템은 대상체에 초음파 신호를 조사하고, 대상체의 불연속면에서 반사되어 되돌아오는 초음파 신호를 수신하고, 수신된 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하여 소정의 영상 장치를 통하여 출력함으로써 대상체의 내부 상태를 진단한다.
초음파 의용영상에서 조직의 기계적인 특성을 영상화하는 탄성영상법이 실용화되고 있다. 탄성영상법은 조직의 탄성 계수를 영상으로 나타내는 것으로 조직의 탄성이 병리학적 현상과 관련 있음을 이용한다. 예를 들어, 암이나 종양 조직의 경우 일반 연조직에 비해 단단하므로 외부에서 같은 힘을 가했을 때 암이나 종양 조직은 연한 조직에 비해 변형되는 정도가 작다.
조직의 탄성을 측정하기 위해서는 최소한 압축 전과 후의 데이터가 필요하다. 실시간 초음파 장비에서 데이터를 얻는 경우 조직의 변형 정도는 사용자에 의해 가해지는 압력의 크기에 따라 달라지며, 탄성영상 질은 압력과 장비의 프레임 레이트에 의존한다. 예를 들어, 압력이 작을 경우 탄성차이가 다른 매질의 상대적인 변형 정도가 잘 드러나지 않고, 변형 정도가 큰 경우 압축에 의한 조직 내부의 비상관성이 커져 탄성영상의 질이 저하되므로 적당한 정도의 압축이 요구된다. 대상체에 가해지는 압력은 사용자마다 또는 측정시마다 달라지므로 사용자가 어느 정도의 압력을 가해야 하는지 또는 가하였는지에 관한 정보를 표시해 주어야 한다. 압력의 크기는 간접적으로 대상체의 압축 속도로 나타낼 수 있는데 이는 현재 프레임 레이트와 현재 계산된 조직의 변위(displacement)로 구할 수 있다.
종래의 탄성영상법은 조직의 상대적인 변형 정도를 2차원 영상(two dimensional image)의 슈도우 칼라(pseudo color)로 맵핑하여 보여 주고 있다. 따라서, 탄성영상법을 이용함으로써 조직간의 임피던스 차이에 의한 반사 계수를 영상화시키는 B-모드(B-mode) 영상에서 진단할 수 없는 병변의 진단에 큰 도움을 준다.
그러나, 종래 탄성영상법은 시각적으로 조직의 단단한 정도를 쉽게 표현해주는 장점이 있는 반면에 변형률(strain)에 대한 정보를 정확하게 제공할 수가 없다. 따라서 변형률에 대한 수치정보를 알고 싶은 경우에는 영상이 아닌 수치를 표시해주기 위한 방법이 필요하다.
아울러, 실시간 탄성영상을 얻기 위해서 압축(constriction)과 신장 (expansion)이 반복적으로 가해지는데, 칼라 도플러나 파워 도플러 영상과 함께 표시하는 경우 이 압축과 신장이 플래쉬 노이즈(Flash Noise)를 만들게 되므로 이를 제거하는 방법이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 탄성영상과 함께 탄성영상 획득을 위한 진단시의 대상체 압축속도 정보, 압축에 따른 변형률 정보를 포함하는 부가정보를 함께 표시하는 초음파 진단 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 초음파 칼라 도플러 영상(Ultrasonic Color Doppler Imaging) 또는 파워 도플러 영상(Power Doppler Imaging)과 탄성영상을 제공하면서 상기 부가정보를 함께 제공하는 초음파 진단 시스템을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 초음파 진단 시스템은, 대상체로부터 수신된 에코 신호를 수신하고, 사용자로부터 인가되는 압력을 대상체에 전달하는 프로브; 압력 인가 전, 후의 상기 에코신호에 기초하여 탄성영상 및 탄성영상 관련 부가 정보를 생성하는 탄성영상 프로세서; 및 상기 탄성영상 프로세서로부터 입력되는 탄성영상 및 상기 부가정보를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 초음파 진단 시스템은, 대상체로부터 에코 신호를 수신하고, 사용자로부터 인가되는 압력을 대상체에 전달하는 프로브; 압력인가 전, 후의 상기 에코신호에 기초하여 탄성영상 및 탄성영상 관련 부가 정보를 생성하는 탄성영상 프로세서; 상기 에코신호에 기초하여 도플러 영상 및 도플러 맵을 형성하는 도플러 영상 프로세서; 상기 탄성영상 및 상기 도플러 영상을 합성하여 합성영상을 형성하고, 상기 부가정보와 상기 도플러 맵에 관한 정보를 전달받는 합성영상 프로세서; 및 상기 합성영상 프로세서로부터 입력되는 합성영상, 상기 부가정보 및 상기 도플러 맵를 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1에 보이는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 진단 시스템(100)은 프로브(101), 제어부(102), 탄성영상 프로세서(103), 모니터(104) 및 사용자 인터페이스부(user interface unit)(105) 등을 포함한다.
프로브(101)는 대상체에 초음파 신호를 송신하고 대상체에서 반사되는 초음파 신호(에코 신호)를 수신하며, 사용자로부터 인가되는 압력을 대상체에 전달한다.
제어부(102)는 초음파 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어부(102)는 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate)를 상기 탄성영상 프로세서(103)에 전달한다.
탄성영상 프로세서(103)는 프로브(101)로부터 입력되는 에코신호에 기초하여 매질의 변형률을 계산한다. 즉, 탄성영상 프로세서(103)는 압력인가 전·후의 에코신호 변화에 기초하여 매질의 변형률을 계산한다. 또한, 계산된 변형률과 상기 제어부(102)에서 제공된 프레임 레이트 정보에 기초하여 대상체의 압축 속도를 계산하고, 압축속도 및 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵(color map)을 형성한다. 압축속도 [mm/sec]는 프레임 레이트[frames/sec]와 현재 프레임에서 계산된 조직의 변위(displacement) 즉, 프레임간의 대상체 변위[mm/frames]의 곱으로 계산할 수 있다. 도 2a에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 탄성영상 프로세서(103)에서 작성된 압축 속도(compress speed) 및 변형률(strain)의 상대적인 크기를 칼라 맵으로 표현할 수 있다. 즉, 압축 속도에 대한 단계는 임의의 수 단계로 분리될 수 있고, 변형률에 대한 정보는 256 단계 또는 512 단계로 분리하여 실제 도 2b에 보인 칼라 맵(E01)을 구현한다.
이와 같이 작성된 압축속도와 변형률의 상대적인 크기를 보이는 칼라 맵은 모니터(104)에 제공된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라 사용자가 선택한 영역의 변형률을 수치정보로 제공할 수 있다. 즉, 탄성영상 이미지에서 사용자가 사용자 인터페이스부(105)를 통하여 임의의 영역을 선택하면, 선택된 영역의 변형률에 관한 수치정보를 제공한다. 도 3a는 탄성영상 상에 사용자가 임의의 라인(SL)을 선택한 상태를 보이는 예시도이고, 도 3b는 선택 라인의 깊이에 따른 변형률을 보이는 그래프이다. 또한, 도 4에 보이는 바와 같이 사용자가 임의의 두 영역을 선택할 경우, 선택된 영역(I, II)의 변형률을 계산하여 수치정보를 제공한다. 상기 수치정보는 변형률의 분산, 평균, 표준편차 등일 수 있으며, 아울러, 선택 영역내 위치에 따른 변형률을 그래프의 형태로 제공할 수도 있다.
한편, 도플러 영상은 신호의 산란강도와 함께 주파수의 편이량을 화상으로 표시하여 줌으로써 생체의 동태 기능을 판단할 수 있게 한다. 특히, 칼라 도플러 및 파워 도플러 영상은 수신 신호를 복조한 다음 디지털 처리하여 얻은 것으로써, 심장이나 대혈관 속을 흐르는 혈류를 실시간 2차원 영상으로 묘사한다.
칼라 도플러 영상에서 조직의 단층상은 흑백의 B 모드(B-mode) 영상으로 표시되고, 혈류는 칼라로 표시된다. 주사한 초음파 빔의 진행방향으로 흐르는 혈류는 따뜻한 색(빨간색 계열)으로 표시하고 반대방향의 혈류는 차가운 색(파란색 계열)으로 표시한다. 파워 도플러 영상에서는 혈류의 파워를 색의 명도에 차이를 두어 표시함으로써 혈류에 대한 정보를 좀 더 정확하게 표시할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 병변의 진단을 정확하게 하기 위해 도플러 영상과 탄성영상의 합성 이미지를 제공하면서 탄성영상 획득을 위한 진단시의 대상체 압축속도를 함께 표시하는 초음파 진단 시스템을 제공한다.
도 5에 보이는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 진단 시스템(200)은 프로브(201), 제어부(202), 영상 프로세서(203), 모니터(204) 및 사용자 인터페이스부(205)를 포함한다. 상기 영상 프로세서(203)는 탄성영상 프로세서(203a), 도플러 영상 프로세서(203b) 및 합성영상 프로세서(203c)를 포함한다.
프로브(201), 제어부(202), 탄성영상 프로세서(203a), 모니터(204) 및 사용자 인터페이스부(205)의 기능은 도 1에 보이는 초음파 진단 시스템의 프로브(101), 제어부(202), 탄성영상 프로세서(103), 모니터(104) 및 사용자 인터페이스부(105)의 기능과 각각 동일하므로 그에 대한 설명은 생략한다.
도플러 영상 프로세서(203b)는 칼라 도플러 영상 프로세서 또는 파워 도플러 영상 프로세서로써, 프로브(201)로부터 입력되는 에코신호에 기초하여 칼라 도플러 영상 또는 파워 도플러 영상(이하, 도플러 영상이라 통칭함) 및 도플러 영상 맵을 형성한다. 상기 도플러 영상 맵은 혈류 속도 또는 파워의 크기를 보이는 칼라 맵이다. 한편, 탄성영상을 얻기 위한 대상체의 반복적인 압축과 복원 때문에 도플러 영상에 플래쉬 노이즈가 발생하기도 한다. 상기 도플러 영상 프로세서(203b) 는 도플러 영상의 각 프레임에서 플래쉬 노이즈(flash noise)의 발생정도를 체크하고, 기준치 이상 노이즈가 발생된 프레임을 제거하고, 제거된 프레임의 전·후 프레임을 이용한 보간(interpolation)으로 새로운 프레임을 구성하여 제거된 프레임을 대체한다. 도 6은 기준치 이상 플래쉬 노이즈가 발생한 프레임(FR)이 보간에 의해 형성된 새로운 프레임(FI)으로 대체되는 것을 보인다.
합성영상 프로세서(203c)는 탄성영상 프로세서(203a) 및 도플러 영상 프로세서(203b)로부터 전달된 탄성영상 및 도플러 영상을 합성하여 합성영상을 형성하고, 도플러 영상 프로세서(203b)로부터 전달된 도플러 영상 맵과 탄성영상 프로세서(203a)로부터 전달된 슈도우 칼라 맵 중 적어도 어느 하나를 합성영상과 함께 모니터(204)에 제공한다.
도 7은 탄성영상(A)과 칼라 도플러영상(B)의 합성영상을 보이는 예시도이고, 도 8은 탄성영상(A)과 파워 도플러 영상(C)의 합성영상을 보이는 예시도이다.
합성영상과 함께 도플러 영상 및 압축속도와 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵을 함께 표현할 수 있다. 도플러 영상 맵과 슈도우 칼라 맵을 하나의 맵으로 구성하여 표현할 수 있는데, 탄성영상의 변형률과 압축 속도, 혈류 속도나 파워를 3차원으로 구성하여 도 9에 보이는 바와 같이 하나의 통합 칼라 맵으로 표시한다. 또는 도 9에 보이는 바와 같이, 압축 속도와 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵(도 10의 좌)과 도플러 맵(도 10의 우)를 개별적으로 보일 수도 있다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은 탄성영상의 변형률에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있다. 즉, 압축 속도과 변형률에 대한 정보를 하나의 슈도우 칼라 맵(pseudo color map)으로 구현 함으로써 조직의 최적의 탄성영상을 얻기 위한 압축속도와 변형률에 대한 영상을 동시에 제공할 수 있다.
또한, 탄성영상을 얻기 위한 과정 중 사용자의 미숙으로 인한 시행착오를 줄여 안정적이면서 최적의 탄성영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 변형률에 대한 결과를 통계적인 수치로 보여줌으로써 조직간의 탄성차이를 알 수 있고, 미세한 차이의 탄성 차이를 갖는 병변의 진단을 하는데 도움을 주는 효과가 있다.
그리고, 탄성영상과 도플러 영상을 동시에 표현함으로써 암과 같이 단단한 조직과 함께 그 주변에 발달해 있는 혈관들을 함께 관찰할 수 있으므로 진단에 도움이 된다.
본 발명에 따른 초음파 진단 시스템은 HIFU(high intensity focused ultrasound)를 이용할 때, 고집속 초음파로 병변을 태우고 난 후 주변의 남아있는 혈관들을 관찰하는 경우에도 유용하게 이용될 수 있다.
아울러, 본 발명은 압축 속도에 대한 정보를 하나의 슈도우 칼라 맵으로 구현함으로써 사용자가 최적의 탄성영상을 얻을 수 있게 한다.
그리고, 플래쉬 노이즈가 많이 발생한 영상 프레임을 제거함으로써 고화질의 영상을 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 대상체에 초음파 신호를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코신호를 수신하는 프로브 - 상기 프로브는 사용자로부터 압력이 가해지면 상기 압력을 상기 대상체에 전달함 -;
    압력 인가 전, 후의 에코신호들에 기초하여 탄성영상 및 탄성영상 관련 부가 정보를 생성하는 탄성영상 프로세서; 및
    상기 탄성영상 프로세서로부터 입력되는 상기 탄성영상 및 상기 탄성영상 관련 부가 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하되,
    상기 탄성영상 프로세서는 상기 압력 인가 전, 후의 에코신호들에 기초하여 상기 대상체의 변형률을 계산하고, 미리 설정된 프레임 레이트와 프레임 간 대상체의 변위를 곱하여 압축속도를 계산하고, 상기 탄성영상 관련 부가정보로서 상기 압축속도와 변형률의 상대적인 크기를 보이는 슈도우 칼라 맵을 형성하고,
    상기 디스플레이부는 상기 탄성영상과 상기 슈도우 칼라 맵을 함께 표시하는, 초음파 진단 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 진단 시스템은,
    상기 탄성영상 프로세서에 상기 프레임 레이트(frame rate)를 제공하는 제어부를 더 포함하는, 초음파 진단 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 인가 전, 후의 상기 에코신호들에 기초하여 도플러 영상 및 도플러 맵을 형성하는 도플러 영상 프로세서; 및
    상기 탄성영상 및 상기 도플러 영상을 합성하여 합성영상을 형성하는 합성영상 프로세서를 더 포함하고,
    상기 디스플레이부는 상기 탄성영상 및 상기 도플러 영상의 합성영상, 상기 슈도우 칼라 맵 및 상기 도플러 맵을 표시하는, 초음파 진단 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도플러 영상 프로세서는,
    도플러 영상의 각 프레임에서 플래쉬 노이즈의 발생정도를 체크하고,
    기준치 이상 플래쉬 노이즈가 발생된 프레임을 제거하고,
    제거된 프레임의 전·후 프레임을 이용한 보간으로 새로운 프레임을 구성하여 제거된 프레임을 대체하는, 초음파 진단 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 초음파 진단 시스템은,
    상기 탄성영상 프로세서에 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate)를 제공하는 제어부를 더 포함하는, 초음파 진단 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 2 항, 제 3 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 진단 시스템은,
    사용자로부터 선택영역을 입력받는 사용자 인터페이스부를 더 포함하고,
    상기 탄성영상 프로세서는 상기 선택된 영역의 변형률을 제공하는, 초음파 진단 시스템.
KR1020050074160A 2004-10-15 2005-08-12 탄성영상과 함께 부가정보를 제공하는 초음파 진단 시스템 KR100782045B1 (ko)

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