KR101652723B1 - 초음파 영상 화질 개선 방법 및 이를 이용한 초음파 영상 장치 - Google Patents

Abstract

초음파 영상의 화질 개선 방법이 개시된다. 본 화질 개선 방법은 대상체로부터 반사된 초음파 에코신호에 대해 포락선 검파(envelope detection)를 수행하여 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 단계, 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, TGC 커브 및 LGC 커브를 포락선 신호에 각각 반영하는 단계 및 TGC 커브가 반영된 포락선 신호와 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

초음파 영상 화질 개선 방법 및 이를 이용한 초음파 영상 장치 {ULTRASONIC IMAGE QUALITY IMPROVING METHOD AND ULTRASONIC IMAGING APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 초음파 영상의 화질 개선 방법 및 이를 이용한 초음파 영상 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자동으로 설정된 시간 이득 보상(TGC) 파라미터 및 측방향 이득 보상(LGC) 파라미터를 기초로 초음파 영상을 보정하여 영상의 화질을 개선하기 위한 것이다.

초음파 진단 시스템은 연부조직의 단층이나 혈관 또는 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻을 수 있어 인체 내부 상태를 검사하는데 사용된다. 또한, 초음파 진단 시스템은 X선 진단장치, CT(Computerized Tomography), MRI(magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 화상 진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며 실시간으로 표시 가능하고 X선 등의 피폭이 없어 안정성이 높아 심장 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단을 위해 널리 사용되고 있다.

구체적으로, 초음파 진단은 대상체의 체표로부터 체내의 소망 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 대상체로부터 반사되는 초음파 에코를 수신하여 처리하는 과정을 통해 이루어 진다.

이때, 초음파 에코는 매질을 진행함에 따라 감쇠가 발생하는데, 대상체의 깊이에 따라 신호가 약해지고, 또한, 동일한 깊이에서도 초음파의 전달 경로의 차이로 인해 감쇠량이 고르지 못하다. 이로 인해, 획득된 영상의 화질이 저하되어 영상으로부터 얻을 수 있는 정보가 제한되게 된다.

이를 개선하기 위해 TGC(Time Gain Compensation)나 LGC(Lateral Gain Compensation) 같은 파라미터들이 일반적으로 이용된다.

구체적으로, 깊이에 따라 감쇠하는 초음파 에코 신호를 보상하기 위해 TGC(time gain compensation)와 같은 파라미터를 조정하게 되며, 전달 경로의 차이로 인한 감쇠량 차이를 보상하기 위해 LGC 파라미터를 조정하게 되는데, 종래의 초음파 영상 시스템에서는 이득(gain)을 조정할 수 있도록 제공된 TGC 노브(knob)나 LGC 노브(knob)를 통해 사용자가 수동으로 이득을 조정하는 것이 일반적이다.

이 경우, 이득의 증가에 따라 노이즈(noise) 신호가 함께 증가할 수 있어서 영상화질 저하의 원인이 되며, 또한, 사용자의 조작에 따라 영상의 화질이 달라질 수 있다는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위해, 한국공개특허 제10-2007-0054820호에는 초음파 영상을 세로 방향으로 분할하여 분할된 영역의 수직 프로파일을 최소 자승법을 이용하여 직선으로 모델링하고, 모델링된 직선의 기울기를 분석하여 TGC 파라미터를 자동으로 결정하는 구성을 개시하고 있다.

그러나, 상기 문헌에 개시된 방법을 통해서는 초음파 영상의 화질 개선에 한계가 있어 보다 개선된 화질 개선 방법에 관한 필요성이 대두된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자동으로 초음파 영상의 화질을 개선하기 위해, 수직 프로파일 및 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 TGC 커브 및 LGC 커브를 생성하고, 생성된 TGC 커브 및 LGC 커브를 초음파 영상에 적용하는 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상의 화질 개선 방법은 대상체로부터 반사된 초음파 에코신호에 대해 포락선 검파(envelope detection)를 수행하여 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 단계, 상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 상기 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, 상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 상기 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, 상기 TGC 커브 및 상기 LGC 커브를 상기 포락선 신호에 각각 반영하는 단계 및 상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 TGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 수직 프로파일의 누적합을 이용하여 제 1 피팅 커브(fitting curve)를 생성하는 단계 및 상기 제 1 피팅 커브로부터 상기 TGC 커브를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 LGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계 및 상기 제 2 피팅 커브로부터 상기 LGC 커브를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계는, 상기 수직 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출하는 단계 및 상기 하나 이상의 절점 뎁스에 대응되는 상기 수직 프로파일 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는, 상기 수평 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하는 단계 및 상기 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 상기 수평 프로파일 값을 이용하여 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 절점 뎁스를 추출하는 단계는, 상기 수직 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 뎁스를 추출하고, 상기 절점 측방향 위치를 추출하는 단계는, 상기 수평 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 측방향 위치를 추출할 수 있다.

또한, 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계는, 상기 절점 뎁스 및 상기 절점 뎁스에 인접한 뎁스 각각에 대응되는 상기 수직 프로파일 값의 평균 값을 산출하는 단계 및 상기 평균 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는, 상기 수평 프로파일의 전체 평균 값을 상기 제2피팅 커브의 시작점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는, 상기 시작점과 상기 수평 프로파일의 최초 값의 차이를 이용하여 상기 제2 피팅 커브를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 TGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 제 1 피팅 커브를 반전(flip) 시켜 상기 TGC 커브를 생성하고, 상기 LGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 상기 LGC 커브를 생성할 수 있다.

또한, 상기 TGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 포락선 신호를 상기 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역별로 상기 TGC 커브를 생성할 수 있다.

또한, 상기 TGC 커브를 생성하는 단계는, 상기 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 최종 TGC 커브를 취득하는 단계를 더 포함하고, 상기 포락선 신호에 반영하는 단계는, 상기 최종 TGC 커브를 전체 포락선 신호에 반영할 수 있다.

또한, 상기 포락선 신호에 반영하는 단계는, 상기 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여 상기 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정할 수 있다.

또한, 상기 포락선 신호에 반영하는 단계는, 상기 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하는 단계, 임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 상기 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하는 단계 및 상기 추출된 두 TGC 값을 이용하여 상기 제1 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제2 영역에 인접한 영역 및 상기 제2 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 영상을 형성하는 단계는, 상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 합하여 상기 초음파 영상을 형성할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초음파 영상의 화질 개선 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램에 의해 수행될 수 있고, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상 장치는 대상체로부터 반사된 초음파 에코신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 포락선 검출부, 상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 상기 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하여 상기 포락선 신호에 반영는 TGC 처리부, 상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 상기 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하여 상기 포락선 신호에 반영하는 LGC 처리부 및 상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 영상 처리부를 포함한다.

또한, 상기 TGC 처리부는, 상기 수직 프로파일을 생성하는 수직 프로파일 생성부, 상기 수직 프로파일의 누적합을 이용하여 상기 수직 프로파일에 대한 제 1 피팅 커브(fitting curve)를 생성하는 제 1 피팅 커브 생성부, 상기 제 1 피팅 커브로부터 상기 TGC 커브를 생성하는 TGC 커브 생성부 및 상기 TGC 커브를 상기 포락선 신호에 반영하는 제 1 파라미터 처리부를 포함하고, 상기 LGC 처리부는, 상기 수평 프로파일을 생성하는 수평 프로파일 생성부, 상기 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 상기 수평 프로파일에 대한 제 2 피팅 커브를 생성하는 제 2 피팅 커브 생성부, 상기 제 2 피팅 커브로부터 상기 LGC 커브를 생성하는 LGC 커브 생성부 및 상기 LGC 커브를 상기 포락선 신호에 반영하는 제 2 파라미터 처리부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 피팅 커브 생성부는, 상기 수직 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출하고, 상기 하나 이상의 절점 뎁스에 대응되는 상기 수직 프로파일 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하며, 상기 제 2 피팅 커브 생성부는, 상기 수평 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하고, 상기 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 상기 수평 프로파일 값을 이용하여 상기 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제 1 피팅 커브 생성부는, 상기 수직 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 뎁스를 추출하고, 상기 제 2 피팅 커브 생성부는, 상기 수평 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 측방향 위치를 추출할 수 있다.

또한, 상기 제 1 피팅 커브 생성부는, 상기 절점 뎁스 및 상기 절점 뎁스에 인접한 뎁스 각각에 대응되는 상기 수직 프로파일 값의 평균 값을 산출하고, 상기 평균 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다.

또한, 제 2 피팅 커브 생성부는, 상기 수평 프로파일의 전체 평균 값을 상기 제2피팅 커브의 시작점으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 제 2 피팅 커브 생성부는, 상기 시작점과 상기 수평 프로파일의 최초 값의 차이를 이용하여 상기 제2 피팅 커브를 보정할 수 있다.

또한, 상기 TGC 커브 생성부는, 상기 제 1 피팅 커브를 반전(flip) 시켜 상기 TGC 커브를 생성하고, 상기 LGC 커브를 생성부는, 상기 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 상기 LGC 커브를 생성할 수 있다.

또한, 상기 수직 프로파일 생성부는, 상기 포락선 신호를 상기 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역별로 상기 수직 프로파일을 생성하며, 상기 제 1 피팅 커브 생성부는, 상기 분할된 영역별로 상기 제 1 피팅 커브를 생성하고, 상기 TGC 커브 생성부는, 상기 분할된 영역별로 상기 TGC 커브를 생성할 수 있다.

또한, 상기 TGC 커브 생성부는, 상기 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 최종 TGC 커브를 취득하고, 상기 제 1 파라미터 생성부는, 상기 최종 TGC 커브를 전체 포락선 신호에 반영할 수 있다.

또한, 상기 제 1 파라미터 생성부는, 상기 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여 상기 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정할 수 있다.

또한, 상기 제 1 파라미터 생성부는, 상기 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하고, 임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 상기 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하며, 상기 추출된 두 TGC 값을 이용하여 상기 제1 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제2 영역에 인접한 영역 및 상기 제2 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정하라 수 있다.

또한, 상기 영상 처리부는, 상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 합하여 상기 초음파 영상을 형성할 수 있다.

이상과 같은 다양한 실시 예들에 따르면, 사용자가 초음파 영상 시스템을 이용할 때, 자동으로 최적의 TGC 및 LGC 값을 적용하여 균일한 화질의 초음파 영상을 제공할 수 있으며, 이로 인해, 초음파 영상을 통한 진단의 정확도 및 사용자 편의성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상 장치에서 TGC 처리부및 LGC 처리부의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 수직 프로파일 생성을 위해 포락선 데이터를 복수의 뎁스 방향 영역으로 분할한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 포락선 신호가 4개의 영역으로 분할된 경우 각 영역에 대한 수직 프로파일을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직 프로파일의 누적합을 나타내는 예시도이다.
도 6은 도 4와 같은 예에서 피팅 커브 및 TGC 커브를 수직 프로파일과 함께 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 TGC커브를 이용하여 포락선 신호를 보정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 수평 프로파일을 생성하기 위한 포락선 데이터의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 프로파일을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수평 프로파일의 누적합을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피팅 커브 및 LGC 커브를 도9의 수평 프로파일과 함께 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따라 포락선 신호를 복수의 측방향 영역으로 분할하여 각 영역별 LGC 커브를 생성하는 경우, 생성된 LGC 커브를 이용하여 포락선 신호를 보정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 초음파 영상 처리 장치의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 TGC 및 LGC 처리 알고리즘을 적용하기 전과 적용한 후의 초음파 영상의 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 TGC 및 LGC 처리 알고리즘을 적용한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상의 화질 개선 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상의 TGC 및 LGC 처리 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 영상 장치의 구성도이다. 상기 초음파 영상 장치는 대상체로부터 반사된 초음파 신호를 자동으로 보정하여 화질이 개선된 초음파 영상을 제공한다. 상기 초음파 영상 장치는 프로브(110), 송수신부(120), 빔 형성부(130), 신호 처리부(140), TGC 처리부(150), LGC처리부(160), 영상 처리부(170) 및 출력부(180)를 포함한다.

프로브(110)는 전기적 신호를 초음파 신호로 변환하여 대상체에 전송하며, 대상체로부터 반사된 초음파 신호를 전기적 신호로 변환한다. 일반적으로 프로브(110)는 복수 개의 트랜스듀서 엘리먼트(transducer element)가 결합되어 형성된다. 트랜스듀서에 의해 초음파 신호가 대상체로 발사되면, 전파 매질 중에 음향 임피던스가 서로 다른 경계면이 존재할 경우 그 경계면에서 반사현상이 일어나며, 일부는 투과하고, 여러 경계면이 존재할 경우에는 초음파 에코는 순차적으로 반사되어 되돌아오게 된다. 이 때, 반사되어 되돌아온 초음파 에코는 트랜스듀서의 압전자기에 압력을 가하게 되고, 이 에코 강도에 비례한 전계를 발생시켜 전기적 신호로 변환한다. 이렇게 대상체로 발사된 하나의 초음파 펄스는 대상체 내의 여러 깊이(경계면)에서의 각 점으로부터 펄스 에코를 발생시키며, 이때 펄스 왕복 전파거리를 고려하여, 거리 x에 있는 조직으로부터의 초음파 에코는 시간축 상 t=2x/c(c=1530m/s: 평균음속)인 위치에 나타난다. 따라서 이 송신펄스에 대한 지연시간으로부터 역으로 반사위치를 결정할 수 있다.

송수신부(120)는 빔 형성부(130)로부터 전달된 전기적 신호를 송신 상기 프로브(110)로 전달하거나, 대상체로부터 반사되어 수신된 초음파 에코에 대한 변환된 전기적 신호를 빔 형성부(130)로 전달한다. 이 때, 송수신부(120)는 전단 증폭기(pre-amplifier)를 통해 수신된 전기적 신호를 증폭할 수 있다.

빔 형성부(130)는 프로브(110)에 의해 변환된 전기적 신호에 기초하여 수신 신호를 형성한다. 즉, 빔 형성부(130)는 프로브(110)의 각 트랜스듀서 엘리먼트에서 생성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 대상체로부터 각 트랜스듀서 엘리먼트에 도달하는 시간을 고려하여 각 디지털 신호에 적절한 지연을 가한 후 합산하여 수신 신호를 형성한다.

신호 처리부(140)는 형성된 수신 신호를 처리하여 기저 주파수 대역으로 이동시킨다. 이를 위해, 신호 처리부(140)는 DC 제거부(142). 복조부(144), 포락선 검출부(146)를 포함할 수 있다.

구체적으로, DC 제거부(142)는 형성된 수신 신호로부터 직류 성분을 제거한다. 복조부(144)는 상기 형성된 수신 신호, 즉 고주파(RF: Radio Frequency) 신호를 기저대역 신호로 복조하여 동일-위상(I: In-phase) 신호 성분 및 직교-위상 (Q: Quadrature-phase) 신호 성분으로 분해한다. 포락선 검출부(146)는 수신 신호, 즉 대상체로부터 반사된 초음파 에코를 기초로 에코들의 크기를 검출하는 포락선 검파 처리를 수행하여 포락선 신호(envelope signal)를 형성한다. 여기서, 포락선 신호는 각 주사선 상에 존재하는 다수의 점의 X-Y 좌표계 상의 좌표, 수직 주사선에 대한 각 주사선의 각도 정보 및 각 점에서 얻어지는 데이터 등을 포함할 수 있다.

TGC 처리부(150)는 포락선 신호에 대해 TGC 알고리즘을 적용하여 감쇠(attenuation)를 보상한다. TGC 처리부(150) 및 TGC 알고리즘에 대해서는 이하 도 2 내지 도7의 도면에 관한 설명에서 자세히 후술하기로 한다.

LGC 처리부(160)는 포락선 신호에 대해 LGC 알고리즘을 적용하여 감쇠(attenuation)를 보상한다. LGC 처리부(160) 및 LGC 알고리즘에 대해서는 이하 도 8 내지 도 12의 도면에 관한 설명에서 자세히 후술하기로 한다.

영상 처리부(170)는 신호 처리부(140), TGC 처리부(150) 및 LGC 처리부(160)를 거친 초음파 영상 신호를 사용자가 원하는 형태의 초음파 영상으로 출력부(180)의 디스플레이 영역에 출력될 수 있도록 조정한다. 영상 처리부(170)는 대수 변환부(172) 및 스캔 변환부(174)를 포함한다.

복조부(144) 및 포락선 검출부(146)를 거친 초음파 영상 신호의 동적 범위는 출력부(180)의 디스플레이 영역의 동적 범위에 비해 상대적으로 매우 넓으므로 대수 변환부(172)를 이용하여 대수 변환(log compression)하여 동적 범위를 조절하고, 스캔 변환부(174)에서 출력부(180)의 디스플레이 영역에 출력될 수 있도록 초음파 영상 데이터를 스캔 변환(scan conversion) 할 수 있다.

출력부(180)는 스캔 변환된 초음파 영상 데이터를 출력부(180)의 디스플레이 영역에 출력한다. 이를 위해, 출력부(180)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display)중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 초음파 영상 장치의 실시 예에 따라 2개 이상의 디스플레이부를 포함할 수도 있다.

이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 TGC 처리부(150)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.

TGC 처리부(150)는 포락선 검출부(146)에서 전달된 상기 포락선 신호를 이용하여 수직 프로파일을 생성하고, 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성할 수 있다. 또한, TGC 처리부(150)는 생성된 TGC 커브를 포락선 신호에 반영할 수 있다.

도 2는 TGC 처리부(150)의 세부 구성을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, TGC 처리부(150)는 수직 프로파일 생성부(152), 피팅 커브 생성부(154), TGC 커브 생성부(156) 및 파라미터 처리부(158)를 포함한다.

구체적으로, 수직 프로파일 생성부(152)는 포락선 신호를 이용하여 수직 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서, 수직 프로파일은 동일한 깊이에 존재하는 픽셀들의 평균 세기를 1차원 데이터로 축적(accumulation)한 값을 의미한다.

전술한 바와 같이, 포락선 신호는 각 주사선 상에 존재하는 다수의 영상점의 X-Y 좌표계 상의 좌표, 각 주사선의 각도 정보 및 각 영상점에서 얻어지는 데이터 등을 포함할 수 있으므로, 수직 프로파일 생성부(152)는 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스(depth) 즉, 동일한 축방향(axial) 위치를 갖는 측방향(lateral) 픽셀(영상점)들의 데이터 값(예를 들어, 세기 값)의 평균 값들을 산출하고, 이를 이용하여 수직 프로파일을 생성할 수 있다. 이때, 세기 값은 각 픽셀에서 초음파 에코 신호의 세기 값 또는 각 픽셀의 밝기(brightness) 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 M개의 측방향(lateral) 위치와 N개의 뎁스(depth) 방향 위치를 갖는 초음파 영상 즉, M*N개의 영상점으로 구성된 초음파 영상의 데이터를 포함하는 포락선 신호의 일 예를 나타낸다.

예를 들어, 도 3의 예에서 수직 프로파일 생성부(152)는 N(=1000)개의 뎁스(=축방향 위치) 마다 M개의 측방향(lateral) 위치에 대응되는 각 데이터 값(예를 들어, 세기 값)들의 평균 세기 값을 산출하고, 이를 이용하여 전체 포락선 신호에 대한 하나의 수직 프로파일을 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 수직 프로파일 생성부(152)는 포락선 신호를 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역별로 수직 프로파일(vertical profile)을 산출할 수 있다.

예를 들어, 수직 프로파일 생성부(152)는 도 3에 도시된 바와 같이, 포락선 신호를 V1 내지 V4의 4개의 뎁스 방향(=축 방향) 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 수직 프로파일을 생성할 수 있다.

구체적으로, 수직 프로파일 생성부(152)는 N개의 각 뎁스(=축방향 위치) 마다 0 에서m1의 측방향 위치에 대응되는 각 데이터 값들의 평균 세기 값을 산출하고, 이를 이용하여 V1 영역에 대한 수직 프로파일을 생성할 수 있다. 이와 같은 방법으로 수직 프로파일 생성부(152) m1내지 m2에 대응되는 데이터 값들을 이용하여 V2 영역에 대한 수직 프로파일을, m2 내지 m3에 대응되는 데이터 값들을 이용하여 V3 영역에 대한 수직 프로파일을, 그리고, m3내지 M에 대응되는 데이터 값들을 이용하여 V4 영역에 대응되는 수직 프로파일을 생성할 수 있다.

도 4a 내지 도 4d는 도 3의 예에 따라 분할된 포락선 신호의 4영역 즉, V1 내지 V4 영역 각각에 대한 수직 프로파일의 예를 도시하고 있다. 이때, Axial Index는 뎁스를, Intensity는 평균 세기 값을 나타낸다. 이때, 세기 값은 초음파 에코 신호의 세기 값 또는 밝기 값일 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 수직 프로파일은 뎁스가 상대적으로 얕은 부분에서 변동성이 강하며, 뎁스가 깊어짐에 따라 전체적으로 변동성은 약해지면서 평균 세기 값이 작아지는 경향을 보이는 것을 볼 수 있다.

제 1 피팅 커브 생성부(154)는 수직 프로파일의 누적합을 이용하여 수직 프로파일에 대한 피팅 커브(fitting curve)인 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 수직 프로파일로부터 산출된 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출하며, 각 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다.

보다 구체적으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 뎁스에 따라 수직 프로파일의 세기 값을 누적한 누적합을 산출할 수 있다. 도 5는 수직 프로파일에 대한 누적합의 일 예를 나타낸다.

이에 따라, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 산출된 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출할 수 있다. 이때, 절점 뎁스는 제 1 피팅 커브의 절점이 되는 뎁스를 의미한다. 예를 들어, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 수직 프로파일의 누적합을 평균 세기 값의 누적률에 기초하여 복수 개로 분할하고, 각 분할 지점에 대응되는 뎁스를 상기 하나 이상의 절점 뎁스로 추출할 수 있다.

예를 들어, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 도 5의 예에서와 같이, 최종 뎁스까지의 세기 값의 누적률을 100%라 할 때, 100%를 16.7%씩 6등분하여 누적률이 0%부터 16.7%씩 증가할 때마다 그에 대응되는 뎁스를 절점 뎁스로 추출할 수 있다. 이에 따라, 제 1 절점 뎁스 내지 제 6 절점 뎁스와 같이 6개의 절점 뎁스가 추출된 것을 볼 수 있다.

초음파 에코 신호는 매질을 진행함에 따라 감쇠가 발생하여 대상체의 깊이에 따라 신호가 약해지므로, 도 5와 같은 누적합에서 상대적으로 뎁스가 얕은 쪽이 깊은 쪽보다 그래프의 경사가 급하게 된다. 따라서, 누적합의 누적률을 복수 개로 균분하는 경우, 상대적으로 그래프의 경사가 급한 쪽이 더 세분화 되므로, 상대적으로 얕은 뎁스에서 초음파 에코의 변동이 심한 부분을 보다 정밀하게 보정할 수 있게 된다.

도 5에서는 누적률을 6단계로 균분한 것을 예로 들었으나, 누적률에 기초하여 누적합을 분할하는 방법에 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 누적합은 4 단계로 분할될 수도 있고, 균분되지 않고 차등 분할될 수도 있다.

또한, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 추출된 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일의 세기 값을 이용하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 추출된 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 상의 세기 값을 서로 연결하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다. 이 경우, 각 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 상의 세기 값은 제 1 피팅 커브의 절점이 된다.

예를 들어, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 도 5의 예에서 제 1 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 상의 제 1 세기 값을 제 2 절점 뎁스에 대응되는 제 2 세기 값과 선형 연결하고, 제 2 절점 뎁스에 대응되는 제 2 세기 값을 제 3 절점 뎁스에 대응되는 제 3 세기 값과 선형 연결하는 방식으로 제 6 절점 뎁스에 대응되는 세기 값까지 선형 연결하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 추출된 절점 뎁스 및 그 절점 뎁스의 인접 뎁스 각각에 대응되는 수직 프로파일 값의 평균 값을 산출하고, 산출된 상기 평균 값을 이용하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수도 있다.

이는 절점 뎁스 앞 또는 뒤에서 수직 프로파일의 데이터가 갑자기 튀는 경우 즉, 절점 뎁스와 상기 절점 뎁스에 인접한 뎁스의 세기 값이 차이가 많이 나는 경우를 고려하기 위한 것으로, 이와 같은 방법으로 피팅 커브를 생성하는 경우 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 값과 제 1 피팅 커브의 절점이 반드시 일치하지는 않게 된다.

예를 들어, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 누적합에서 누적률 50%에 해당하는 절점 뎁스가 415인 경우, 수직 프로파일 상에서 뎁스 415에 대응되는 세기 값과 뎁스 414(또는 416)에 대응되는 세기 값을 합하여 2로 나눈 값을 뎁스 415에서의 제 1 피팅 커브의 절점으로 설정할 수 있다.

한편, 수직 프로파일 생성부(152)가 포락선 신호를 복수의 영역으로 분할하고 분할된 영역별로 수직 프로파일을 생성하는 실시 예의 경우, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 각 영역별로 제 1 피팅커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 영역별 수직 프로파일 각각에 대해 누적합을 산출하고, 각 누적합으로부터 전술한 방법과 같이 절점 뎁스를 추출하여 각각의 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 영역별 수직 프로파일에 대해 각각 6개의 절점 뎁스를 추출하여 제 1 피팅 커브를 생성한 경우를 나타낸다. 특히, 도 6은 상술한 제 1 피팅 커브를 생성하는 방법 중 절점 뎁스 및 그 절점 뎁스의 인접 뎁스를 함께 이용하는 방법을 통해 제 1 피팅 커브가 생성된 예를 도시하고 있으며, 따라서, 각 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일 값과 제 1 피팅 커브의 절점이 서로 일치하지 않는 것을 볼 수 있다.

한편, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 해당 수직 프로파일의 평균 값을 해당 제 1 피팅 커브의 시작점으로 설정할 수 있다. 도 6a의 예를 보면, 제 1 피팅 커브의 시작점이 첫 번째 뎁스(Axial Index = 0)에 대응되는 세기 값인 40이 아닌 해당 수직 프로파일의 전체 평균 값인 50으로 설정된 것을 볼 수 있다. 그러나, 제 1 피팅 커브 생성부(154)가 제 1 피팅 커브의 시작점을 설정하는 방법에 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 방법을 통해 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있으며, 이에 따라, 데이터의 경향 및 신호의 세기의 경향이 파악될 수 있다.

TGC 커브 생성부(156)는 제 1 피팅 커브를 이용하여 TGC커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, TGC 커브 생성부(156)는 제 1 피팅 커브를 반전(flip)시켜 TGC 커브를 생성할 수 있다. 예를 들어, TGC 커브 생성부(156)는 제 1 피팅 커브의 기하 평균을 중심으로 제 1 피팅 커브를 반전시켜 TGC 커브를 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 포락선 신호가 복수의 영역으로 분할되어 영역별로 제 1 피팅 커브가 생성된 경우, TGC 커브 생성부(156)가 분할된 각 영역별로 TGC 커브를 생성할 수 있음은 물론이다. 도 6a내지 6d에 도시된 V1 내지 V4 영역의 각 TGC커브는 이를 나타낸다.

이 경우, 실시 예에 따라, TGC 커브 생성부(156)는 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 하나의 최종 TGC 커브를 취득할 수도 있다. 예를 들어, TGC 커브 생성부(156)은 도 6의 예에서 V1 내지 V4 영역의 각 TGC 커브를 평균하여 하나의 최종 TGC 커브를 생성할 수 있다.

위와 같이 생성된 TGC 커브는 제 1 파라미터 처리부(158)에 의해 포락선 신호에 반영되게 된다. 구체적으로, 제 1 파라미터 처리부(158)는 생성된 TGC 커브를 포락선 신호에 곱하여 포락선 신호의 세기를 보정할 수 있다.

예를 들어, 포락선 신호의 영역을 분할하지 않고 하나의 TGC 커브가 생성된 경우 또는 포락선 신호의 영역을 분할하고 분할된 영역별로 생성된 복수의 TGC 커브로부터 하나의 최종 TGC 커브를 생성한 경우, 제 1 파라미터 처리부(158)는 하나의 TGC 커브 또는 최종 TGC 커브의 데이터를 원 포락선 신호에 곱하는 형식으로 TGC 커브를 반영할 수 있다.

이 경우, 하나의 TGC 커브를 전체 포락선 신호의 보정에 사용하게 되므로, 도 3에서 분할된 영역 중 V1영역이나 V4 영역과 같은 가장자리 영역 또는 anechoic 영역이 포함된 영역에서 불필요한 노이즈의 증폭을 억제할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 제 1 파라미터 처리부(158)는 분할된 포락선 신호의 각 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여, 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정할 수 있다.

예를 들어, 제 1 파라미터 처리부(158)는 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하고, 임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하며, 추출된 두 TGC 값을 이용하여 제1 영역의 이분된 두 영역 중 제2 영역에 인접한 영역 및 제2 영역의 이분된 두 영역 중 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정할 수 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 포락선 신호가 V1 내지 V4의 4 영역으로 분할된 경우, 제 1 파라미터 처리부(158)는 서로 인접한 V1 영역 및 V2 영역을 각각 이분하여 a, b, c, d 영역으로 분할할 수 있다.

또한, 제 1 파라미터 처리부(158)는 V1 영역의 임의의 뎁스(예를 들어, axial index = 200인 뎁스)에 대한 TGC 값(T1이라 가정함)을 V1 영역의 TGC커브로부터 추출하고, V2 영역의 상기 임의의 뎁스(axial index = 200인 뎁스)에 대한 TGC 값(T2라 가정함)을 V2 영역의 TGC 커브로부터 추출하여, 추출된 두 TGC 값(T1, T2)을 이용하여 V1 및 V2 영역의 서로 인접한 부분 즉, b 및 c영역의 상기 임의의 뎁스(axial index = 200인 뎁스)에 대한 포락선 신호를 보정할 수 있다.

구체적으로, 제 1 파라미터 처리부(158)는 상기 T1 및 T2를 선형 연결하여 생성되는 TGC 값들(T1과 T2사이의 값들)을 상기 임의의 뎁스(axial index = 200인 뎁스)의 b영역 가장 왼쪽 지점부터 c영역 가장 오른쪽 지점까지 적용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파라미터 처리부(158)는 상기 임의의 뎁스(axial index = 200인 뎁스)의 b영역 가장 왼쪽 영상점에는 T1을, 상기 임의의 뎁스(axial index = 200인 뎁스)의 c영역 가장 오른쪽의 영상점에는 T2를 적용하고, 동일한 뎁스(axial index = 200인 뎁스)를 갖는 b 영역과 c 영역 사이의 영상점들에는 T1부터 T2사이의 값들을 적용할 수 있다.

이와 같이, 동일한 뎁스에 대한 두 개의 TGC 값을 분할된 두 영역에 대한 각 TGC 커브로부터 추출하고, 추출된 두 TGC 값을 선형 연결하여 산출되는 TGC값들을 상기 분할된 영역 중 서로 인접하는 영역에 적용하는 것을 알파 블렌딩이라고 하는데, 제 1 파라미터 처리부(158)는 서로 인접한 V1 및 V2영역의 서로 인접한 부분인 b, c영역을 알파 블렌딩하는 것과 동일한 방법으로 서로 인접한 V2영역 및 V3영역의 d, e영역을 그리고, V3 영역 및 V4 영역의 f, g영역을 알파 블렌딩하여 전체 포락선 신호를 보정할 수 있다.

이때, 제 1 파라미터 처리부(158)는 이분된 영역들 중 다른 영역과 인접하지 않는 영역 즉, a 영역과 h영역에는 V1 영역의 TGC 커브와 V4 영역의 TGC커브 상의 TGC 값들을 각각 그대로 전체 뎁스에 대해 적용할 수 있다.

도 7에 도시된 a 내지 h 영역의 색상 차이는 이러한 알파 블렌딩의 개념을 나타내고 있다.

위와 같이, 제 1 파라미터 생성부(158)는 TGC 커브를 원 포락선 신호에 반영하여 TGC 커브가 반영된 포락선 신호를 생성할 수 있다.

이하에서는, 도2, 도 8 내지 도 12를 참조하여 LGC 처리부(160)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.

LGC처리부(160)는 포락선 검출부(146)에서 생성된 포락선 신호를 이용하여 수평 프로파일을 생성하고, 이를 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성할 수 있다. 또한, LGC 처리부(160)는 생성된 LGC 커브를 포락선 신호에 반영할 수 있다.

도 2는 LGC 처리부(160)의 세부 구성을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, LGC 처리부(160)는 수평 프로파일 생성부(162), 제 2 피팅 커브 생성부(164), LGC 커브 생성부(166) 및 제 2 파라미터 생성부(168)를 포함한다.

구체적으로, 수평 프로파일 생성부(162)는 포락선 신호를 이용하여 수평 프로파일(Lateral Profile)을 생성할 수 있다. 여기서, 수평 프로파일은 동일한 측방향 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기를 측방향 위치에 따른 1차원 데이터로 축적(accumulation)한 값을 의미한다.

전술한 바와 같이 포락선 신호는 각 주사선 상에 존재하는 다수의 영상점의 X-Y 좌표계 상의 좌표, 각 주사선의 각도 정보 및 각 영상점에서 얻어지는 데이터 등을 포함할 수 있으므로, 수평 프로파일 생성부(162)는 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치를 갖는 뎁스(depth) 방향 픽셀(영상점)들의 데이터 값(예를 들어, 세기 값)의 평균 값들을 산출하고, 이를 이용하여 수평 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서, 세기 값은 각 픽셀에서 초음파 에코 신호의 세기 값 또는 각 픽셀의 밝기(brightness) 값일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8은 M개의 측방향(lateral) 위치와 N개의 뎁스(depth) 방향 위치를 갖는 초음파 영상 즉, M*N개의 영상점으로 구성된 초음파 영상의 데이터를 포함하는 포락선 신호의 일 예를 나타낸다. 도8의 예에서 수평 프로파일 생성부(162)는 800개의 측방향 위치 마다 N개의 데이터 값(예를 들어, 세기 값)의 평균 세기 값을 산출하고, 이를 이용하여 도 9와 같은 수평 프로파일을 생성할 수 있다.

도 9는 수평 프로파일 생성부(152)에 의해 생성된 수평 프로파일의 일 예를 도시하고 있다. 여기서, Lateral Index는 측방향 위치를 나타내고, Intensity는 평균 세기 값을 나타낸다. 도 9를 보면, 초음파 전달 경로의 차이로 인해 측방향 위치에 따른 감쇠량의 차이가 발생하여 수평 프로파일이 고르지 못한 것을 볼 수 있다.

제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 수평 프로파일에 대한 피팅 커브인 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일로부터 산출된 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하며, 각 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일의 값을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다.

보다 구체적으로, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 측방향 위치에 따라 수평 프로파일의 세기 값을 누적한 누적합을 산출할 수 있다. 도 10은 수평 프로파일에 대한 누적합의 일 예를 나타낸다.

이에 따라, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출할 수 있다. 이때, 절점 측방향 위치는 제 2 피팅 커브의 절점이 되는 측방향 위치를 의미한다. 예를 들어, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일의 누적합을 평균 세기 값의 누적률에 기초하여 복수 개로 분할하고, 각 분할 지점에 대응되는 측방향 위치를 상기 하나 이상의 절점 측방향 위치로 추출할 수 있다.

예를 들어, 도 10의 예에서와 같이, 기준 측방향 위치(lateral index = 0)로부터 최종 측방향 위치(lateral index = 800)까지의 세기 값의 누적률을 100%라 할 때, 제 2 피팅 커브 생성부(154)는 이를 25%씩 4등분하여 누적률이 25%, 50%, 75% 및 100%인 지점에 각각 대응되는 측방향 위치를 제 1 절점 측방향 위치 내지 제 4 절점 측방향 위치로 추출할 수 있다.

도 10에서는 누적률을 4단계로 균분한 것을 예로 들었으나, 누적률에 기초하여 누적합을 분할하는 방법에 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 누적합은 5 단계로 분할될 수도 있고, 균분되지 않고 차등 분할될 수도 있다.

또한, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 추출된 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 세기 값을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 추출된 각 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 세기 값을 서로 연결하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다.

예를 들어, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 각 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 값을 선형 연결하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다. 즉, 피팅 커브 생성부(164)는 도 10의 예에서, 제1절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 제1세기 값을 제2절점 측방향 위치에 대응되는 제2세기 값과 선형 연결하고, 제2절점 측방향 위치에 대응되는 제2세기 값을 제3절점 측방향 위치에 대응되는 제3세기 값과 선형 연결하는 방식으로 제 4 절점 측방향 위치에 대응되는 세기 값까지 선형 연결하여 피팅 커브를 생성할 수 있다. 이 경우, 각 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 세기 값은 제 2 피팅 커브의 절점이 된다.

한편, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일의 전체 평균 값을 제 2 피팅 커브의 시작점으로 설정할 수 있다. 도 11은 도 10과 같이 절점 위치가 추출된 경우, 수평 프로파일, 제 2 피팅 커브 및 LGC 커브의 일 예를 나타내는데, 도 11에 도시된 피팅 커브의 시작점(10)을 보면 수평 프로파일의 최초 값(20)과 일치하지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 기준 측방향 위치(lateral = 0)에서 수평 프로파일은 42.5(20) 정도의 값을 갖지만, 제 2 피팅 커브는 전체 수평 프로파일의 평균 값인 45(10) 정도에서 시작되는 것을 볼 수 있다.

이 경우, 제 2피팅 커브 생성부(164)는 상기 시작점(10)과 수평 프로파일의 최초 값(20)(즉, 측방향 기준 위치(lateral index = 0)의 세기 값)의 차이를 이용하여 제 2 피팅 커브를 보정할 수 있다. 도 11의 예를 보면, 수평 프로파일의 최초 값(20)인 42.5보다 제 2 피팅 커브의 시작점(10)인 45가 2.5만큼 크므로, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 제1절점 측방향 위치(lateral index = 200)에서의 제 2 피팅 커브의 절점(40)을 수평 프로파일 값(30)보다 2.5만큼 크게 보정하였다.

한편, 제2 피팅 커브 생성부(164)가 누적합을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성하는 방법이 상술한 방법에 한정되는 것은 아니다. 가령, 제 2 피팅 커브 생성부(144)는 추출된 절점 측방향 위치 및 상기 절점 측방향 위치의 인접한 측방향 위치에 대응되는 상기 수평 프로파일상의 각 세기 값의 평균 값을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수도 있다.

예를 들어, 누적합에서 누적률 50%에 해당하는 절점 측방향 위치가 500인 경우, 수평 프로파일 상에서 절점 측방향 위치 500에 대응되는 세기 값과 인접한 측방향 위치 499(또는 501)에 대응되는 세기 값을 합하여 2로 나눈 값을 절점 측방향 위치 500에 대응되는 제 2 피팅 커브의 절점으로 할 수도 있다. 이는 수평 프로파일의 데이터가 갑자기 튀는 경우 즉, 절점 측방향 위치와 상기 절점 측방향 위치에 인접한 측방향 위치에서의 세기 값이 차이가 많이 나는 경우를 고려하기 위한 것으로, 이 경우 역시 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 세기 값과 제 2 피팅 커브의 절점이 반드시 일치하지는 않게 된다.

또한, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 공지의 최소자승적합법을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 기준 측방향 위치(lateral index = 0)부터 제1절점 위치까지를 제 1구간, 제1절점 위치부터 제2절점 위치까지를 제2구간, 제 2절점 위치부터 제3절점 위치까지를 제3구간, 제3절점 위치부터 제4절점 위치까지를 제4구간이라고 할 때, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 최소자승적합법을 이용하여 각 구간에서 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다.

상술한 방법들을 이용하여 생성된 제 2 피팅 커브를 통해 포락선 신호에서 데이터의 측방향 감쇠 경향 및 신호의 세기의 경향이 파악될 수 있다.

LGC 커브 생성부(166)는 제 2 피팅 커브를 이용하여 LGC커브를 생성할 수 있다. 구체적으로, LGC 커브 생성부(166)는 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 LGC 커브를 생성할 수 있다. 예를 들어, LGC 커브 생성부(166)는 제 2 피팅 커브의 기하 평균을 중심으로 제 2 피팅 커브를 반전시켜 LGC 커브를 생성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11에 도시된 LGC커브는 이를 나타낸다.

위와 같이 생성된 LGC 커브는 제 2 파라미터 처리부(168)에 의해 포락선 신호에 반영되게 된다. 구체적으로, 제 2 파라미터 처리부(168)는 생성된 LGC 커브를 포락선 신호에 곱하여 초음파 신호의 감쇠량 차이를 보상할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, LGC 처리부(160) 역시 TGC 처리부(150)에 관한 설명에서 전술한 바와 유사하게 포락선 신호를 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역에 대한 LGC 커브를 산출한 후 이를 포락선 신호에 반영할 수 있다.

이 경우, 수평 프로파일 생성부(162)는 포락선 검출부(146)로부터 출력된 포락선 신호를 측방향의 복수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 수평 프로파일을 생성할 수 있다. 도 12는 포락선 신호를 측방향으로 복수의 영역으로 분할하여 각 영역별 LGC 커브를 생성하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 12을 보면, 도 8과 같은 포락선 신호가 V5, V6, V7 및 V8의 네 영역으로 균등하게 분할된 것을 볼 수 있다. 이때, 실시 예에 따라 분할되는 영역의 수나 각 영역의 크기가 변경될 수 있음은 물론이다. 도12의 예에서 수평 프로파일 생성부(162)는 V5 내지 V8의 각 영역마다 동일한 측방향 위치를 갖는 픽셀들의 평균 세기 값을 산출하여 수평 프로파일을 생성할 수 있다.

이에 따라, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 V5 내지 V8의 각 영역별 수평 프로파일의 누적합을 산출하고, 이를 이용하여 각 영역별 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있으며, LGC 커브 생성부(166) 역시 생성된 각 영역별 제 2 피팅 커브를 이용하여 각 영역별 LGC 커브를 생성할 수 있다.

이 경우, 제 2 파라미터 처리부(168)는 각 영역별 LGC 커브를 이용하여 포락선 신호를 보정함으로써 초음파 신호의 감쇠량 차이를 보상할 수 있다.

구체적으로, 제 2 파라미터 처리부(168)는 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 LGC 커브를 이용하여 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정할 수 있다.

예를 들어, 파라미터 처리부(158)는, 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하고, 임의의 측방향 위치에 대한 LGC 값을 제1 영역 및 제2 영역의 LGC 커브로부터 각각 추출하여, 추출된 두 LGC 값을 이용하여 제1 영역의 이분된 두 영역 중 제2 영역에 인접한 영역 및 제2 영역의 이분된 두 영역 중 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 측방향 위치에 대한 포락선 신호를 보정할 수 있다.

예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 포락선 신호가 V5 내지 V8의 네 영역으로 분할된 경우, 제 2 파라미터 처리부(168)는 서로 인접한 V5 영역 및 V6 영역을 각각 이분하여 i, j, k, l 영역으로 분할할 수 있다.

또한, 제 2 파라미터 처리부(168)는 V5 영역의 임의의 측방향 위치(예를 들어, lateral index = 300인 위치)에 대한 LGC 값(L1이라 가정함)을 V5 영역의 LGC커브로부터 추출하고, V6 영역의 상기 측방향 위치(lateral index = 300인 위치)에 대한 LGC 값(L2라 가정함)을 V6 영역의 LGC 커브로부터 추출하여, 추출된 두 LGC 값(L1, L2)을 이용하여 V5 및 V6 영역의 서로 인접한 부분 즉, j 및 k영역의 상기 측방향 위치(lateral index = 300인 위치)에 대한 포락선 신호를 보정할 수 있다.

구체적으로, 제 2 파라미터 처리부(168)는 상기 L1 및 L2를 선형 연결하여 생성되는 LGC 값들(L1과 L2 사이의 값들)을 상기 측방향 위치(lateral index = 300인 위치)의 j 영역 가장 위쪽 지점부터 k영역 가장 아래 지점까지 적용할 수 있다. 예를 들어, 제 2 파라미터 처리부(168)는 상기 측방향 위치의 j영역 가장 위쪽 영상점에는 L1을, 상기 측방향 위치의 k영역 가장 아래 쪽의 영상점에는 L2를 적용하고, 동일한 측방향 위치를 갖는 j 영역과 k 영역 사이의 영상점들에는 L1부터 L2사이의 값들을 적용할 수 있다.

제 2 파라미터 처리부(168)는 서로 인접한 V5 및 V6영역의 서로 인접한 부분인 j, k영역을 알파 블렌딩하는 것과 동일한 방법으로 서로 인접한 V6영역 및 V7영역의 l, m영역을 그리고, V7 영역 및 V8 영역의 n, o영역을 알파 블렌딩하여 전체 포락선 신호를 보정할 수 있다.

이때, 제 2 파라미터 처리부(168)는 이분된 영역들 중 다른 영역과 인접하지 않는 영역 즉, i 영역과 p영역에 대하여는 V5영역의 LGC 커브와 V8영역의 LGC 커브 상의 LGC 값들을 각각 그대로 당해 영역에 적용할 수 있다.

도 12에 도시된 i 내지 p 영역의 색상 차이는 이러한 알파 블렌딩의 개념을 나타내고 있다.

위와 같이, 제 2 파라미터 생성부(168)는 LGC 커브를 원 포락선 신호에 반영하여 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 생성할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 생성된 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 LGC 커브가 반영된 포락선 신호는 도 1에서 전술한 바와 같이, 영상 처리부(170)에서 대수 변환 및 스캔 변환을 통해 초음파 영상으로 형성되어 출력부(180)를 통해 디스플레이 된다.

구체적으로, 대수 변환부(172)는 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 각각 로그 컴프레션하여 출력하며, 대수 압축된 두 출력 신호는 하나의 신호로 합(summation)해져 스캔 변환부(174)로 출력된다. 이에 따라, 스캔 변환부(174)는 TGC 보상 및 LGC 보상이 모두 반영된 하나의 초음파 영상을 형성하게 된다.

한편, 도 1에는 대수 변환된 두 신호를 합산하는 별도의 구성이 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예에 불과하며, 그 구성이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 예를 들어, 대수 변환부(172)가 각 포락선 신호를 로그 컴프레션한 후에는 대수 변환부(172)나 스캔 변환부(174) 내부 등 적절한 단계에서 합산되어 초음파 영상 형성을 위한 하나의 신호로 합성될 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시 예를 나타내는데, 도 1과 비교할 때, 도 13에 도시된 초음파 영상 장치에서는 대수 변환부(172)가 영상 처리부(170)에 포함되지 않고, 신호 처리부(140)의 포락선 검출부(146) 이후 단에 배치되어 있다.

이 경우, 포락선 검출부(146)에서 형성된 포락선 신호가 바로 로그 컴프레션되므로, 이로부터 생성된 TGC 커브 및 LGC 커브가 원 포락선 신호에 반영될 때 곱이 아닌 합을 통해 반영되며, TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 LGC 커브가 반영된 포락선 신호 역시 바로 합해져 초음파 영상 형성을 위한 하나의 신호로 합성될 수 있다.

도 14에 도시된 초음파 영상의 B-mode 영상을 통해 본 발명의 효과를 확인한다. 도 14a는 종래 기술에 따른 초음파 영상 장비로부터 사람의 갑상선 영상을 획득한 B-mode 영상을 나타내며, 도 14b 및 도 14c는 도 14a와 동일한 초음파 영상에 TGC 처리 알고리즘 및 LGC 처리 알고리즘을 각각 적용한 B-mode 영상을 나타낸다. 도 8 a에 비해, 도 8b는 뎁스 방향으로, 도 8c는 측방향으로 균일하게 개선된 화질의 초음파 영상이 획득되는 것을 확인할 수 있다.

도 14d는 도 14a와 동일한 초음파 영상에 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 TGC 및 LGC 알고리즘을 적용한 B-mode 영상을 나타낸다. 이 경우, TGC 알고리즘과 LGC 알고리즘이 함께 반영되므로, 도 14d를 보면 초음파 에코 신호의 뎁스 방향 감쇠와 측방향 감쇠량 차이가 모두 보상되어 가장 균일하게 개선된 화질의 초음파 영상이 획득되는 것을 확인할 수 있다.

도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 TGC 및 LGC 처리 알고리즘을 전체 포락선 영역에 적용한 결과를 나타내는 예시도이다. 구체적으로, 도 15a는 TGC 알고리즘의 적용 결과를, 도 15b는 LGC 알고리즘의 적용 결과를 나타낸다.

도 15a를 보면, Input그래프에 비해 본 발명에 따른 TGC 알고리즘 처리를 한 Output그래프가 뎁스 방향(axial 방향)으로 균일한 세기의 갖도록 보정된 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 세기(intensity)가 밝기를 나타낸다고 할 때, 600뎁스부터 1000뎁스의 수직 프로파일의 밝기는 증가되고, 200뎁스에서 500뎁스 사이의 수직 프로파일의 밝기는 감소되어 전체적으로 Input에 비해 밝기가 균일하게 보정된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 15b 역시 Input그래프에 비해 본 발명에 따른 LGC 알고리즘 처리를 한 Output그래프가 측방향으로 균일한 세기의 갖도록 보정된 것을 볼 수 있다.

이와 같이, 뎁스 방향과 측방향으로 균일하게 보정된 결과를 합하여 전체적으로 균일하게 개선된 화질의 초음파 영상을 획득할 수 있음은 도 14를 통해 확인한 바와 같다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 내라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이하에서, 도 16 내지 도 18을 참조하여 본 발명에 따른 초음파 영상 장치의 다양한 화질 개선 방법을 설명한다. 도 16 내지 도 18을 설명함에 있어 도 1 내지 도 15에 대한 설명에서 전술한 것과 중복되는 것은 자세한 설명을 생략한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 초음파 영상을 표시하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 빔 형성부(130)를 통해 대상체로부터 반사된 초음파의 에코를 프로브(110)에서 수신하면(S1100), 수신된 초음파 에코는 직류 성분 제거 단계(S1200) 및 직교 복조 단계(S1300)를 거쳐 기저 주파수 대역으로 이동된다. 이후, 포락선 검출부(146)는 상기 초음파 에코에 대해 포락선 검파 처리를 하여 포락선 신호를 형성한다(S1400).

TGC 보상 단계(S1500)에서, TGC 처리부(150)는 포락선 신호로부터 TGC 커브를 생성하고, 생성된 TGC 커브를 포락선 신호에 반영한다. 이에 관하여는 도 17a에서 상세히 후술하기로 한다. 또한, LGC 보상 단계(S1600)에서, LGC 처리부(160)는 포락선 신호로부터 LGC 커브를 생성하고, 생성된 LGC 커브를 포락선 신호에 반영한다. 이 역시 도 17b의 설명에서 상세히 후술한다.

TGC 커브가 반영된 포락선 신호와 LGC 커브가 반영된 포락선 신호는 대수 변환부(172)에서 출력부(180)의 디스플레이 영역의 동적 범위에 맞도록 각각 대수 변환(S1700, S1800)된 후, 서로 합산되고(S1900), 이후 스캔 변환부(174)를 통해 출력부(180)의 디스플레이 영역에 출력될 수 있도록 스캔 변환되어(S2000), 출력부(180)의 디스플레이 영역으로 출력된다(S2100).

도 17a는 TGC 처리부(150)의 TGC 처리 알고리즘의 일 실시 예를 도시한 흐름도이다. 구체적으로, 도 17a는 포락선 신호를 복수의 뎁스 방향 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 TGC 커브를 생성하여 포락선 신호에 반영하는 실시 예를 나타내는데, 도 17a를 참조하면, 수직 프로파일 생성부(152)는 포락선 검파 단계(S1400)에서 형성된 포락선 신호를 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고(S1510), 분할된 영역별로 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성한다(S1520). 여기서, 뎁스 방향은 포락선 신호에 포함된 초음파 영상에서 축방향 즉, 대상체의 깊이 방향을 말한다..

다음으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 수직 프로파일 별로 수직 프로파일의 누적합을 산출하고(S1530), 산출된 누적합을 이용하여 수직 프로파일 별로 제 1 피팅 커브를 생성한다(S1540). 구체적으로, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 산출된 누적합을 평균 세기 값의 누적률에 기초하여 복수 개로 분할하고, 각 분할 지점에 대응되는 뎁스를 절점 뎁스로 추출한다. 이에 따라, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 추출된 하나 이상의 절점 뎁스에 대응되는 수직 프로파일상의 세기 값을 이용하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 제 1 피팅 커브 생성부(154)는 추출된 절점 뎁스 및 그 절점 뎁스의 인접 뎁스 각각에 대응되는 수직 프로파일상의 각 세기 값의 평균 값을 이용하여 제 1 피팅 커브를 생성할 수 도 있다.

제 1 피팅 커브가 생성되면, TGC커브 생성부(156)는 생성된 제1 피팅 커브를 이용하여 수직 프로파일 별로 TGC 커브를 생성한다(S1550). 구체적으로, TGC커브 생성부(156)는 제 1 피팅 커브를 반전(flip)시켜 TGC 커브를 생성할 수 있다. 이때, TGC커브 생성부(156)는 수직 프로파일의 기하 평균값을 기준으로 제 1피팅 커브를 반전(flip)시켜 TGC 커브를 생성할 수 있다.

한편, TGC 커브 생성부(156)는 실시 예에 따라 분할된 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 최종 TGC 커브를 생성할 수도 있다.

다음으로, 제 1 파라미터 처리부(158)는 생성된 TGC 커브를 포락선 신호에 반영하여 포락선 신호를 보정할 수 있다(S1560). 예를 들어, TGC커브 생성부(156)에서 최종 TGC 커브를 생성하는 실시 예의 경우, 제 1파라미터 처리부(158)는 최종 TGC 커브를 전체 포락선 신호에 곱하여 신호의 세기를 보정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 제 1 파라미터 처리부(158)는 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여, 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정할 수 있다.

구체적으로, 제 1 파라미터 처리부(158)는 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하고, 임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하여 추출된 두 TGC 값을 이용하여, 제1 영역의 이분된 두 영역 중 제2 영역에 인접한 영역 및 제2 영역의 이분된 두 영역 중 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정할 수 있다.

위 실시 예는 최종 TGC 커브 하나를 전체 포락선 신호에 반영하는 것이 아니라, 분할된 각 영역의 TGC 커브를 모두 이용하게 되므로, 보다 균일한 초음파 영상 화질을 얻을 수 있는 장점이 있다.

한편, 도17b는 LGC 처리부(160)의 LGC 처리 알고리즘의 일 실시 예를 도시한 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 수평 프로파일 생성부(162)는 포락선 검파 단계(S1400)에서 형성된 포락선 신호를 이용하여 수평 프로파일을 생성한다(S1610). 여기서, 수평 프로파일은 측방향(lateral) 위치가 동일한 픽셀들의 평균 세기값을 나타내며, 측방향은 포락선 신호의 가로 방향일 수 있다.

제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일의 누적합을 산출하고(S1620), 산출된 누적합을 이용하여 수평 프로파일에 대한 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다(S1630).

구체적으로, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 산출된 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하고, 추출된 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 값을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수 있다. 이때, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 산출된 누적합의 누적률에 기초하여 하나 이상의 절점 위치를 추출할 수 있다.

또한, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 수평 프로파일의 전체 평균 값을 제 2 피팅 커브의 시작점으로 설정할 수 있으며, 시작점과 수평 프로파일의 최초 값의 차이를 이용하여 제 2 피팅 커브를 보정할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따르면, 제 2 피팅 커브 생성부(164)는 추출된 절점 측방향 위치 및 그 절점 측방향 위치의 인접한 측방향 위치에 대응되는 수평 프로파일 상의 각 세기 값의 평균 값을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수도 있으며, 공지의 최소자승적합법을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성할 수도 있다.

제 2 피팅 커브가 생성되면, LGC커브 생성부(166)는 생성된 제2 피팅 커브를 이용하여 LGC 커브를 생성한다(S1640). 구체적으로, LGC커브 생성부(166)는 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 LGC 커브를 생성할 수 있다. 이때, LGC커브 생성부(166)는 수평 프로파일의 기하 평균값을 기준으로 제 2피팅 커브를 반전(flip)시켜 LGC 커브를 생성할 수 있다.

다음으로, 제 2 파라미터 처리부(168)는 생성된 LGC 커브를 포락선 신호에 반영하여 포락선 신호를 보정할 수 있다(S1650). 예를 들어, 제 2 파라미터 처리부(168)는 LGC 커브를 전체 포락선 신호에 곱하여 신호의 세기를 보정할 수 있다.

한편, 도 16에는 TGC처리 알고리즘이 수행되는 자동 TGC 보상단계(S1500)가 LGC처리 알고리즘이 수행되는 자동 LGC 보상 단계(S1600)보다 먼저 수행되는 것처럼 도시되었으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 자동 LGC 보상 단계가 먼저 수행될 수도 있고, 또한, 자동 TGC 보상 단계와 자동 LGC보상 단계가 병행하여 함께 수행될 수도 있음은 물론이다.

이상과 같은 다양한 실시 예들에 따르면, 사용자가 초음파 영상 시스템을 이용할 때, 자동으로 최적의 TGC 및 LGC 값을 적용하여 균일한 화질의 초음파 영상을 제공할 수 있으며, 이로 인해, 초음파 영상을 통한 진단의 정확도 및 사용자 편의성을 높일 수 있다.

한편, 상술한 다양한 실시 예들에 따른 초음파 영상 장치의 TGC처리부(150) 및 LGC 처리부(160)의 동작이나 초음파 영상의 화질 개선 방법들은 소프트웨어로 생성되어 초음파 영상 장치에 탑재될 수 있다.

예를 들어, 대상체로부터 반사된 초음파 에코신호에 대해 포락선 검파(envelope detection)를 수행하여 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 단계, 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계, TGC 커브 및 LGC 커브를 포락선 신호에 각각 반영하는 단계 및 TGC 커브가 반영된 포락선 신호와 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 단계를 포함하는 화질 개선 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 설치될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 미들웨어 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 프로브 120 : 송수신부
130 : 빔 형성부 140 : 신호 처리부
150 : TGC 처리부 160 : LGC 처리부
170 : 영상 처리부 180 : 출력부

Claims (27)

1. 초음파 영상의 화질 개선 방법에 있어서,
   대상체로부터 반사된 초음파 에코신호에 대해 포락선 검파(envelope detection)를 수행하여 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 단계;
   상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 상기 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계;
   상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 상기 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하는 단계;
   상기 TGC 커브 및 상기 LGC 커브를 상기 포락선 신호에 각각 반영하는 단계; 및
   상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 단계;를 포함하고,
   상기 TGC 커브를 생성하는 단계는,
   상기 수직 프로파일의 누적합을 이용하여 제 1 피팅 커브(fitting curve)를 생성하는 단계; 및 상기 제 1 피팅 커브로부터 상기 TGC 커브를 생성하는 단계;를 포함하고,
   상기 LGC 커브를 생성하는 단계는,
   상기 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계; 및 상기 제 2 피팅 커브로부터 상기 LGC 커브를 생성하는 단계;를 포함하며,
   상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계는,
   상기 수직 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출하는 단계; 및 상기 하나 이상의 절점 뎁스에 대응되는 상기 수직 프로파일 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계;를 포함하고,
   상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는,
   상기 수평 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하는 단계; 및 상기 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 상기 수평 프로파일 값을 이용하여 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계;를 포함하는, 화질 개선 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 절점 뎁스를 추출하는 단계는,
   상기 수직 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 뎁스를 추출하고,
   상기 절점 측방향 위치를 추출하는 단계는,
   상기 수평 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 측방향 위치를 추출하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계는,
   상기 절점 뎁스 및 상기 절점 뎁스에 인접한 뎁스 각각에 대응되는 상기 수직 프로파일 값의 평균 값을 산출하는 단계; 및
   상기 평균 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는,
   상기 수평 프로파일의 전체 평균 값을 상기 제2피팅 커브의 시작점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 2 피팅 커브를 생성하는 단계는,
   상기 시작점과 상기 수평 프로파일의 최초 값의 차이를 이용하여 상기 제2 피팅 커브를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 TGC 커브를 생성하는 단계는,
   상기 제 1 피팅 커브를 반전(flip) 시켜 상기 TGC 커브를 생성하고,
   상기 LGC 커브를 생성하는 단계는,
   상기 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 상기 LGC 커브를 생성하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 TGC 커브를 생성하는 단계는,
   상기 포락선 신호를 상기 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역별로 상기 TGC 커브를 생성하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 TGC 커브를 생성하는 단계는,
    상기 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 최종 TGC 커브를 취득하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 포락선 신호에 반영하는 단계는,
    상기 최종 TGC 커브를 전체 포락선 신호에 반영하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 포락선 신호에 반영하는 단계는,
    상기 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여 상기 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 포락선 신호에 반영하는 단계는,
    상기 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하는 단계;
    임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 상기 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 두 TGC 값을 이용하여 상기 제1 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제2 영역에 인접한 영역 및 상기 제2 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 영상을 형성하는 단계는,
    상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 합하여 상기 초음파 영상을 형성하는 것을 특징으로 화질 개선 방법.
14. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 13 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
15. 초음파 영상 장치에 있어서,
    대상체로부터 반사된 초음파 에코신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 형성하는 포락선 검출부;
    상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 뎁스에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수직 프로파일을 생성하고, 상기 수직 프로파일을 이용하여 TGC(Time Gain Compensation) 커브를 생성하여 상기 포락선 신호에 반영는 TGC 처리부;
    상기 포락선 신호를 이용하여 동일한 측방향(lateral) 위치에 존재하는 픽셀들의 평균 세기 값을 나타내는 수평 프로파일을 생성하고, 상기 수평 프로파일을 이용하여 LGC(Lateral Gain Compensation) 커브를 생성하여 상기 포락선 신호에 반영하는 LGC 처리부;
    상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호에 기초하여 초음파 영상을 형성하는 영상 처리부;를 포함하고,
    상기 TGC 처리부는,
    상기 수직 프로파일을 생성하는 수직 프로파일 생성부;
    상기 수직 프로파일의 누적합을 이용하여 상기 수직 프로파일에 대한 제 1 피팅 커브(fitting curve)를 생성하는 제 1 피팅 커브 생성부;
    상기 제 1 피팅 커브로부터 상기 TGC 커브를 생성하는 TGC 커브 생성부; 및
    상기 TGC 커브를 상기 포락선 신호에 반영하는 제 1 파라미터 처리부;를 포함하고,
    상기 LGC 처리부는,
    상기 수평 프로파일을 생성하는 수평 프로파일 생성부;
    상기 수평 프로파일의 누적합을 이용하여 상기 수평 프로파일에 대한 제 2 피팅 커브를 생성하는 제 2 피팅 커브 생성부;
    상기 제 2 피팅 커브로부터 상기 LGC 커브를 생성하는 LGC 커브 생성부; 및
    상기 LGC 커브를 상기 포락선 신호에 반영하는 제 2 파라미터 처리부;를 포함하며,
    상기 제 1 피팅 커브 생성부는,
    상기 수직 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 뎁스를 추출하고, 상기 하나 이상의 절점 뎁스에 대응되는 상기 수직 프로파일 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하며,
    상기 제 2 피팅 커브 생성부는,
    상기 수평 프로파일의 누적합으로부터 하나 이상의 절점 측방향 위치를 추출하고, 상기 하나 이상의 절점 측방향 위치에 대응되는 상기 수평 프로파일 값을 이용하여 상기 제 2 피팅 커브를 생성하는,
    초음파 영상 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 피팅 커브 생성부는,
    상기 수직 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 뎁스를 추출하고,
    상기 제 2 피팅 커브 생성부는,
    상기 수평 프로파일의 누적합의 누적률에 기초하여 상기 절점 측방향 위치를 추출하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 피팅 커브 생성부는,
    상기 절점 뎁스 및 상기 절점 뎁스에 인접한 뎁스 각각에 대응되는 상기 수직 프로파일 값의 평균 값을 산출하고, 상기 평균 값을 이용하여 상기 제 1 피팅 커브를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
20. 제 15 항에 있어서,
    제 2 피팅 커브 생성부는,
    상기 수평 프로파일의 전체 평균 값을 상기 제2피팅 커브의 시작점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 피팅 커브 생성부는,
    상기 시작점과 상기 수평 프로파일의 최초 값의 차이를 이용하여 상기 제2 피팅 커브를 보정하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
22. 제 15 항에 있어서,
    상기 TGC 커브 생성부는,
    상기 제 1 피팅 커브를 반전(flip) 시켜 상기 TGC 커브를 생성하고,
    상기 LGC 커브를 생성부는,
    상기 제 2 피팅 커브를 반전(flip)시켜 상기 LGC 커브를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
23. 제 15 항에 있어서,
    상기 수직 프로파일 생성부는,
    상기 포락선 신호를 상기 뎁스 방향의 복수의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역별로 상기 수직 프로파일을 생성하며,
    상기 제 1 피팅 커브 생성부는,
    상기 분할된 영역별로 상기 제 1 피팅 커브를 생성하고,
    상기 TGC 커브 생성부는,
    상기 분할된 영역별로 상기 TGC 커브를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 TGC 커브 생성부는,
    상기 영역별로 생성된 TGC 커브들의 평균을 기초로 최종 TGC 커브를 취득하고,
    상기 제 1 파라미터 생성부는,
    상기 최종 TGC 커브를 전체 포락선 신호에 반영하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터 생성부는,
    상기 분할된 영역 중 서로 인접한 두 영역에 대한 각각의 TGC 커브를 이용하여 상기 서로 인접한 두 영역의 서로 인접한 부분에 대해 알파 블렌딩(alpha blending)하여 포락선 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
26. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터 생성부는,
    상기 분할된 영역 중 서로 인접한 제1 영역과 제2 영역을 각각 이분하고, 임의의 뎁스에 대한 TGC 값을 상기 제1 영역 및 제2 영역의 TGC 커브로부터 각각 추출하며, 상기 추출된 두 TGC 값을 이용하여 상기 제1 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제2 영역에 인접한 영역 및 상기 제2 영역의 이분된 두 영역 중 상기 제1 영역에 인접한 영역에 대해 상기 임의의 뎁스에 대한 포락선 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.
27. 제 15 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 TGC 커브가 반영된 포락선 신호 및 상기 LGC 커브가 반영된 포락선 신호를 합하여 상기 초음파 영상을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치.

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