KR101691025B1 - 통신 및 전력 상황에 기반한 적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
통신 및 전력 상황에 기반한 적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법에 관한 것으로, 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 결정된 복원 파라미터에 따라 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하고, 복원된 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하며, 생성된 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 영상 수신 장치로 하여금 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
Description
본 발명은 의료 영상을 송수신하는 기술에 관한 것으로, 특히 프로브 장치와 초음파 영상 수신 장치가 물리적으로 분리된 휴대용 무선 초음파 영상 시스템에서 송신단과 수신단 간의 의료 영상을 전송하는 장치, 방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.
의료 영상 기술은 초음파나 광음향 등의 수단을 이용해 근육, 힘줄, 그리고 많은 내부 장기들, 이들의 크기, 구조와 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상으로 가시화하는 진단 기술이다. 이는 주기적 또는 응급 상황에서 태아를 가시화하는 데도 사용된다. 초음파는 적어도 50년 동안 인간의 몸속을 영상화하는데 사용되었으며, 이는 현대 의학에서 가장 널리 사용되는 진단 기술 중 하나이다. 이 기술은 자기공명영상(MRI)이나 엑스선 전산화 단층 촬영(CT)에 비해 가격이 저렴하고 이동이 용이하다는 장점을 갖는다.
초음파 영상의 원리는 다음과 같다. 우선 측정 대상에 프로브(probe)를 접촉시키고 초음파를 발생시켜 반사된 초음파를 수신하여 영상을 구성한다. 초음파를 발생시키면 매우 짧은 시간 안에 음파가 매질 속을 지나가고, 음향 임피던스가 다른 두 매질 사이를 지날 때에는 반사파가 발생한다. 초음파 영상 기술에서는 이러한 반사파를 측정해 반사음이 되돌아 올 때까지의 시간을 통해 거리를 역산함으로써 영상을 구성한다.
이러한 초음파 영상의 실시간성 및 비파괴적/비침습적 영상화가 가능하다는 장점을 활용하여 다양한 초음파 의료 영상 기술들이 제안되었다. 특히, 과거 대형 장비로서 구현되었던 초음파 의료 영상 시스템이 보다 작은 크기의 휴대용 장비로 개발되고 있는 추세로서, 이하에 제시되는 선행기술문헌에는 휴대용 초음파 시스템의 개괄적인 아이디어를 제시하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 휴대가 불편한 종래의 일체형 초음파 의료 장비의 한계를 극복하고자 제안된 휴대용 초음파 의료 장비에서 송신단과 수신단의 장비가 각각 고정된 형태로 영상 처리를 수행하고 있음으로 인해 송신단과 수신단 간의 통신 환경의 변화에 대응하지 못하고 있는 문제점을 해결하고, 물리적으로 분리된 송신단 장비와 수신단 장비 중 어느 하나라도 잔여 전력이 소진된 경우 초음파 의료 영상 시스템 전체의 동작 불능이 야기되는 한계를 극복하며, 원격 의료 영상 시스템이 통신 상태가 제한되는 상황과 환경을 고려하지 않고 영상 데이터 자체를 일률적이고 고정적인 규칙에 따라 압축하는 수준에 머무르고 있음으로 인해 사용자 경험을 저하시킴과 동시에 반드시 고화질로 유지되어야 하는 중요한 의료 정보가 유실되는 약점을 해소하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 영상 송신 장치가 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 제 1 의료 영상을 복원하는 단계는, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정한다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 압축 데이터를 생성하는 단계는, 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하는 단계; 및 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용할 수 있다. 나아가, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 압축 데이터를 생성하는 단계는, 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하는 단계; 및 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 압축 데이터를 생성하는 단계는, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 압축 데이터를 상기 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도할 수 있다. 나아가, 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 상기 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터를 생성하는 단계는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절할 수 있다. 이와 더불어, 상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고, 상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제할 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 복원 파라미터는, 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법은, 상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신하는 단계; 상기 영상 수신 장치가 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 및 상기 영상 수신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성하는 단계;를 포함하되, 상기 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성된다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 수신하는 방법에서, 상기 복원 파라미터는, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 가변적으로 결정된다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 수신하는 방법에서, 상기 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성될 수 있다. 또한, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 나아가, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 공간 영상 보간(spatial image interpolation)하며, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 시간 보간(temporal interpolation)하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 수신하는 방법에서, 상기 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하되, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 따라 생성될 수 있다. 또한, 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 상기 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절함으로써 생성될 수 있다. 나아가, 상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고, 상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제할 수 있다. 이와 더불어, 상기 제 2 의료 영상을 생성하는 단계는, 상기 신호 패스에 따른 상기 제 1 의료 영상의 생성 과정에서 수행된 의료 영상 처리의 결과에 연속하여 상기 제 1 의료 영상을 후처리하되, 상기 후처리는, 적어도 디지털 스캔 변환 및 영상 출력을 포함하며, 2D 필터링 또는 에지 강화를 선택적으로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 영상을 수신하는 방법에서, 상기 복원 파라미터는, 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
한편, 이하에서는 프로브와 같은 하드웨어를 제어하여 상기 기재된 의료 영상을 전송하는 방법 및 의료 영상을 수신하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 통신 상황에 따라 송신단과 수신단에서 이루어지는 신호 처리의 단계를 변화시킴으로써 무선으로 전송해야 할 데이터 레이트를 적응적으로 변경하여 사용자에게 통신 상황과 무관하게 일정한 프레임 레이트의 초음파 영상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 송신단과 수신단의 배터리 사용을 효율적으로 분배함으로써 시스템의 가용 시간을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 프로브를 통해 획득된 전체 의료 영상을 구획화하여 사용자가 관심 있는 특정 영역은 고화질로 제공하되 다른 영역에 대해서는 영상의 품질을 떨어뜨려 무선으로 전송할 데이터 양을 최소화함으로써, 제한된 대역폭의 무선 통신망 내에서 중요한 의료 데이터에 대한 유실을 최소화하면서도 사용자가 얻는 관심 정보는 최대한 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 점진적인 데이터 감축 방식을 채택함으로써 부족한 통신 대역폭을 확보하여 사용자의 경험을 극대화한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템의 전체 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 의료 영상을 복원하고 송수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 통신 및 전력 상황에 따른 영상 복원 과정을 예시한 도면이다.
도 5는 각각의 영상 복원 과정에 대한 추정 압축률을 예시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용한 결과를 예시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 일련의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 활용되는 통신망에서 의료 영상 데이터를 전송하기 위해 필요한 데이터 레이트와 통신 처리량과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 의료 영상을 복원하고 송수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 통신 및 전력 상황에 따른 영상 복원 과정을 예시한 도면이다.
도 5는 각각의 영상 복원 과정에 대한 추정 압축률을 예시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용한 결과를 예시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 일련의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 활용되는 통신망에서 의료 영상 데이터를 전송하기 위해 필요한 데이터 레이트와 통신 처리량과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 휴대용 의료 초음파 영상 장치의 필요성과 기술적 문제점을 간략히 소개한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.
과거 의료 초음파 영상 장치는 거대한 규모로 제작되어 의료 기관에 비치되고, 병원에 내방한 환자들의 진단에 활용되었다. 그러나, 응급 의료 또는 가정 의료 분야에서는 환자가 병원에 내방하지 못하는 상황하에서 해당 환자의 기능적이고 해부학적 의료 영상을 제공할 필요성이 지적되었다. 이에 따라 앰뷸런스 등에 탑재 가능한 수준의 이동형 초음파 영상 장치가 개발되었으나, 여전히 시술자가 쉽게 휴대하거나 활용할 수 있는 수준에는 이르지 못하였다.
이에, 본 발명의 실시예들은 초음파를 발생시키고 인체로부터 반사된 초음파를 수신할 수 있는 프로브를 별도로 구성하고, 이러한 프로브(프로브를 구비하는 원격 의료 영상 장치가 될 수 있다.)에서 초음파 영상 처리를 일부 수행한 후, 이를 유무선 통신을 통해 스마트폰이나 스마트 패드, 또는 개인용 휴대 단말기 등(로컬 의료 영상 장치가 될 수 있다.)에 전달하여 나머지 영상 처리를 수행함으로써 최종적인 초음파 영상을 획득할 수 있는 휴대용 의료 초음파 영상 시스템을 제안하고자 한다. 특히, 이러한 휴대용 의료 초음파 영상 시스템의 구현에서 예상되는 문제점은 다음과 같다.
첫째, 무선 초음파 프로브를 이용한 초음파 영상 시스템 구현 시, 현재 통신 기술의 한계로 인하여 데이터 전송량이 제한되며, 사용자의 경험도가 급격히 감소하여 효용성이 제한될 수 있다. 특히, 프로브를 포함하거나 또는 이와 연결된 송신단과 수신단에 연결되는 통신 매체의 상태에 변화가 있을 수 있으며, 특히 무선 통신의 경우 작동 환경에 따라 다양한 장애가 발생할 우려가 있다. 이에 효율적으로 신호 검출이 가능한 무선 초음파 장비에서 전달되는 데이터 양을 줄이면서도 사용자가 진단이 가능할 정도의 영상 품질을 보장하는 초음파 장비가 필요하다. 따라서, 이러한 통신 상태를 고려하여 송신단과 수신단의 수행 연산을 결정할 필요가 있다. 이후 도면을 참조하여 재차 설명하겠으나, 이러한 통신 상태에 대한 고려 중 일 측면은 필연적으로 송신단에서 처리하여야 하는 영상의 후처리 과정의 범위를 결정하는 문제로 귀결된다.
둘째, 프로브를 포함하거나 또는 이와 연결된 송신단 장비와 수신단 장비 모두 휴대용으로 구현되기 때문에 소모 전력의 제한을 받게 된다. 또한, 양자의 잔여 전력에 차이가 있는 경우, 어느 한쪽의 전력 부족은 결국 초음파 의료 영상 시스템 전체의 동작 불능으로 이어질 수 있다. 따라서, 물리적으로 분리된 각 장치의 배터리를 고려하여 송신단과 수신단의 수행 연산을 결정할 필요가 있다. 이 역시 송신단에서 처리하여야 하는 영상의 후처리 과정의 범위를 결정하는 문제와 연관되어 있다.
따라서, 이하에서 기술될 본 발명의 실시예들은, 휴대용 의료 초음파 영상 기법에서 통신 상황이 악화되거나 잔여 전력이 고갈된 경우 연산 및 통신에 수반되는 데이터의 크기를 감소시킬 수 있는 기술적 수단을 제안하고자 한다. 이를 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 일련의 데이터 감축 기법들은 초음파 영상을 복원하기 위한 복원 파라미터(parameter)의 조절을 통한 데이터 복원 과정에서 압축 효율을 향상시키거나, 영상 구획화를 구성함에 있어서 데이터 레이트(data rate), 시간 해상도(temporal resolution) 및 데이터 압축(data compression) 등의 다양한 기법을 활용하며, 또는 데이터 레이트(data rate)를 감소시켜 프레임 레이트(frame rate)를 개선하고 배터리 사용의 효율적 분배를 통해 시스템의 가용 시간을 연장할 수 있는 기술적 수단을 소개한다. 이를 위해 본 발명의 실시예들은, 송신단에 포함되거나 또는 이와 연결된 무선 프로브와 무선 통신이 가능하고 영상 신호 처리를 담당하는 수신단으로 구성된 휴대용 무선 의료 초음파 영상 시스템을 전제로 한다.
이하에서 제안되는 본 발명의 일 실시예는 획득된 전체 의료 영상을 구획화하여 사용자가 관심 있는 특정 영역(region of interest, ROI)은 고화질로 제공하되, 다른 영역에 대해서는 영상의 품질을 떨어뜨려 무선으로 전송할 데이터 양을 최소화시킬 수 있다. 즉, 제한된 대역폭의 무선 통신망에서, 초음파 프로브가 부착된 원격 초음파 영상 장치(remote US system)을 통하여 환자로부터 임상 정보를 취득하고, 이렇게 얻은 데이터를 사용자의 시야에 근접한 별도의 로컬 초음파 영상 장치(local US system)에 송신하되, 데이터 양을 최소화하면서도 사용자가 얻는 정보는 최대한 유지하는 기법을 제안한다. 특히, 본 발명의 일 실시예는, 사용자에게 제공하는 영상을 주된 관심 관찰 구간을 중심으로 여러 단계로 나누어 점진적으로 데이터의 질을 낮추는 방식을 채택하여 실제 전송하는 데이터 양을 감축함으로써, 통신 대역폭을 확보하는 방식을 통해 사용자의 경험을 최대화한다.
또한, 이하에서 제안되는 본 발명의 다른 실시예는 통신 환경에 따라 요구되는 데이터 레이트의 변화를 고려하여 가변적으로 송신단과 수신단에서 처리하는 신호처리 블록의 경계를 결정해 사용자에게 통신 환경의 변화에도 사용자가 선택한 프레임 레이트와 영상의 품질을 만족시키는 영상을 제공하고자 한다. 나아가, 본 발명의 다른 실시예는 수신단과 송신단이 양방향으로 배터리 게이지를 모니터링하여 배터리 게이지에 따라 처리하는 신호 처리의 양을 효율적으로 분배해 배터리 기반으로 동작하는 휴대용 무선 초음파의 가용시간을 연장하고자 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에 표기된 동일한 부재 번호는 동일한 구성을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템의 전체 구조를 도시한 블록도로서, 크게 영상 송신 장치(10)와 영상 수신 장치(20)로 구성된다. 영상 송신 장치(10)는 측정 대상에 측정용 신호를 방사하고 이에 대한 응답 신호를 수신하는 프로브(11)를 포함하거나 또는 이와 전기적으로 연결될 수 있으며, 본 발명의 본질을 해칠 우려가 있으므로 프로브(11)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
이하에 기술되는 실시예들에서, 의료 영상은 초음파 영상을 가정하여 기술되었으나, 이는 동일한 기술적 사상을 공유하는 다양한 실시예 중 일례로서 제시된 것으로서, 단지 초음파 영상에만 한정되지 않는다. 또한, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치는 유선 또는 무선 통신 수단을 이용하여 연결됨으로써 의료 영상 처리의 결과를 전송하며, 이하의 실시예들에서는 편의상 무선 통신을 가정하고 있다.
영상 송신 장치(10)에서 처리부(13)는 프로브(11)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득한다. 영상 송신 장치(10)의 통신부(15)는 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 감지하여 처리부(13)에 제공한다. 그러면, 처리부(13)는 제공된 통신 상태 또는 전력 상태를 평가하고, 평가 결과에 따라 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 결정하며, 결정된 복원 파라미터에 따라 앞서 획득된 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원한다. 여기서, 복원 파라미터는, 의료 영상에 관한 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 그런 다음, 영상 송신 장치(10)의 처리부(13)는 복원된 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성한다. 영상 송신 장치(10)에서 수행되는 일련의 연산은 의료 영상 시스템의 송신단에서 이루어지는 일종의 영상 전처리 과정에 해당한다. 이제, 영상 송신 장치(10)는 통신부(15)를 통해 생성된 압축 데이터를 영상 수신 장치(20)에 전송함으로써 영상 수신 장치(20)로 하여금 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
영상 수신 장치(20)는 통신부(25)를 통해 영상 송신 장치(10)로부터 압축 데이터를 수신받는다. 그러면, 영상 수신 장치(20)의 처리부(23)는 수신된 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원한다. 그런 다음, 영상 수신 장치(20)의 처리부(23)는 복원된 제 1 의료 영상을 해석하여 전처리 과정을 식별한 후, 그에 따른 후처리 연산을 수행함으로써 제 2 의료 영상을 생성한다. 여기서, 전처리 과정은 앞서 영상 송신 장치(10)를 통해 수행된 제 1 의료 영상의 생성 과정을 의미한다. 처리부(23)는 이렇게 식별된 전처리 과정에 계속하여 통신부(25)를 통해 수신된 의료 영상 처리의 결과를 후처리하게 된다. 이러한 후처리 과정은 프로브(11)를 통해 획득된 원본 신호로부터 최종적인 의료 영상 신호를 생성하기 위한 전체 과정 중 앞서 영상 송신 장치(10)를 통해 수행된 전처리 과정을 제외한 나머지 과정을 의미한다. 마지막으로, 처리부(23)는 후처리된 최종 의료 영상(제 2 의료 영상)을 디스플레이 장치(30)로 출력한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 의료 영상을 복원하고 송수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
초음파 영상 송신 장치에서는, S210 과정을 통해 프로브를 이용한 초음파 데이터 획득이 시작된다. 이와 병렬적으로, 초음파 영상 송신 장치 및 수신 장치 각각에 구비된 통신 수단에서는, S220 단계를 통해 현재의 무선 통신 및 전력 상황을 평가하는데, 예를 들어 미리 설정된 다단계의 구간별 평가가 가능하다. S230 단계에서는 이러한 평가 결과에 기초하여 기대 압축률을 결정한다. 기대 압축률이란 초음파 영상 송신 장치에서 획득된 초음파 데이터의 측정값을 어떠한 수준으로 압축할 것인지를 의미한다. S240 단계에서는 앞서 획득된 초음파 데이터의 복원을 수행함에 있어서, S220 단계를 통해 측정된 통신 상황 또는 전력 상황의 감지 구간에 따라 S230 단계에서 결정된 특정 복원 파라메터, 예를 들어, 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 등을 이용하게 된다. 여기서, 특정 복원 파라메터는 수행할 압축 방법에 따라 기대 압축 효율을 만족할 수 있는 영상 특징을 미리 갖도록 미리 결정되어 있는 것이 바람직하다. S240 단계에서 생성된 복원 데이터(제 1 의료 영상)는 S250 단계를 통해 지정된 압축 방법을 통해 데이터 양이 감소한 상태에서 S260 단계를 거쳐 초음파 영상 수신 장치로 전달된다.
한편, 초음파 영상 수신 장치에서는 S270 단계를 통해 앞서 전달된 압축 데이터를 원래의 복원 데이터(제 1 의료 영상)로 디코딩하고, S280 단계를 통해 이에 대한 후처리를 수행함으로써 최종 초음파 영상(제 2 의료 영상)을 구성한 후 이를 사용자에게 출력하게 된다.
상기된 실시예를 통한 데이터의 압축 효율은 사용자 경험 및 영상의 질 측면에서 영상의 부분을 구획화하여 압축 정도를 다르게 수행하여 최적화될 수도 있고, 또는 압축 전송할 데이터를 선택적으로 변경함으로써 최적화될 수도 있다. 이하에서는 각각의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 소개하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
S310 단계에서, 영상 송신 장치는 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득한다.
S320 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가한다. 이중 통신 상태에 따른 처리량은 네트워크 기술 분야에서 활용되는 다양한 통신 채널 감지 기술을 활용하여 구현될 수 있으며, 유선 또는 무선 통신의 규격에서 제안하고 있는 통신 상태 지표가 활용될 수도 있다.
S330 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 상기 S320 단계의 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원한다. 앞서 소개한 바와 같이, 복원 파라미터는, 의료 영상에 대한 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 의료 영상을 복원하는 과정은, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정하는 것이 바람직하다.
S340 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 S330 단계를 통해 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 압축 데이터를 생성함에 있어서, 사용자 경험 및 영상의 질 측면에서 영상의 부분을 구획화하는 기법과 초음파 신호 처리 단계에서 압축 송신할 데이터를 선택적으로 변경하는 최적화 기법을 제안한다. 보다 구체적인 기법은 이후 도 6a 내지 도 8을 통해 자세히 설명하도록 한다.
S350 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 S340 단계를 통해 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
도 4는 통신 및 전력 상황에 따른 영상 복원 과정을 예시한 도면으로서, 통신 상황 및 전력 상황별 복원 파라미터를 미리 구성한 후, 평가 결과에 따라 현재의 상황에 적합한 복원 파라미터를 선택하여 생성된 복원 데이터를 도시하였다. 구현의 관점에서 복원 데이터의 품질은 통신 상황 내지 전력 상황이 허용하는 한 최고 품질을 유지하는 것이 바람직하나, 주어진 환경에 따라 다른 전략을 채택하는 것도 가능하다.
도 4에는 활용 가능한 다양한 복원 파라메터 중 영상의 동적 레인지(dynamic range)만을 수정하여 영상에 표현되는 임상 정보의 양을 가변하여 적용하였다. 도 4를 참조하면, 통신 감도 내지 잔여 전력량이 감소하는 방향인 1 단계에서 5 단계로 진행할수록 비록 영상 내에 표현되는 정보가 감소하고 있으나, 모든 영상이 임상에 필요한 최소한의 정보는 제공하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 각각의 영상 복원 과정에 대한 추정 압축률을 예시한 도면으로서, 다단계로 나뉘어 복원된 데이터에 대해 대표적인 압축 방법인 RLE(run-length encoding) 압축(compression) 방식을 통해 압축하였을 때의 추정 압축률을 도시하였다. x축을 살펴보면 복원 데이터의 정보의 양이 1 번에서 5 번 케이스로 진행하면서 감소하게 되고, 이를 압축했을 때의 추정 압축률을 나타내는 y축을 살펴보면 6%에서 25% 까지의 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이를 통해 전송할 데이터의 양을 줄여 사용자 경험을 확보할 수 있을 것임을 알 수 있다.
이하에서, 압축 효율의 관점에서 영상의 구획화와 초음파 신호 처리 단계의 선택 적용에 관한 두 가지 구현 기법을 소개하도록 한다.
(1) 영상 구획화 기법
본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 의료 영상의 송신 방법에서, 압축 데이터를 생성하는 S340 단계는, 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 압축된 영상 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 감축된 영상 데이터를 생성하는 과정은, 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용함으로써 달성될 수 있다. 특히, 이러한 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 이렇게 데이터를 감축하는 방법에 따라 저하된 영상의 질은 이후 초음파 수신 장치의 내부에서 영상 보정 알고리즘을 사용하여 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 데이터 데시메이션(data decimation)을 통한 데이터 감축이 이루어진 경우, 초음파 수신 장치는 공간 영상 보간(spatial image interpolation) 등의 후처리를 통하여 영상의 질을 향상시킬 수 있으며, 만약 시간 해상도(temporal resolution)를 희생한 경우에는 시간 보간(temporal interpolation)을 적용하여 영상의 프레임률을 회복할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용한 결과를 예시한 도면으로서, 각각 도 6a는 시간 해상도(temporal resolution) 가변 기법, 도 6b는 데이터 레이트(data rate) 가변 기법, 및 도 6c는 특정 구획(예를 들어, 중심 영역 또는 관심 영역이 될 수 있다.) 이외에는 모두 가중치(weight)를 '0'으로 설정하는 기법을 적용한 결과를 도시하였다.
도 6a를 참조하면, 중앙의 관심 영역으로부터 가장자리 영역으로 이동함에 따라 단계적으로 구획이 이루어졌으며, 중심에 가장 높은 시간 해상도(60Hz)가 부여되었으며, 점진적인 감축을 거쳐 최외각 영역에 가장 낮은 시간 해상도(10Hz)가 부여되어 있음을 확인할 수 있다. 도 6b를 참조하면, 중앙의 관심 영역으로부터 가장자리 영역으로 이동함에 따라 단계적으로 구획이 이루어졌으며, 중심에 가장 높은 데이터 레이트(40MHzfs)가 부여되었으며, 점진적인 감축을 거쳐 최외각 영역에 가장 낮은 데이터 레이트(10MHzfs)가 부여되어 있음을 확인할 수 있다. 또한 이에 따라 최외각 영역의 이미지 품질이 저하되었음을 확인할 수 있다. 도 6c를 참조하면, 중앙의 관심 영역과 그 외의 영역으로만 구획이 이루어졌으며, 관심 영역 외의 나머지 영역에는 가중치 '0'이 부여되었음을 확인할 수 있다. 그 결과, 로컬 의료 영상 장치에서는 관심 영역 이외의 영역에 대한 영상을 받아볼 수 없다.
이상과 같이 전체 의료 영상에 대하여 다양한 구획 방법과 영상 데이터 감축 기법 및 가중치 적용이 활용될 수 있음을 알 수 있다. 효과의 측면에서, 단순한 예로써 영상을 2단계 구획으로 나누고 각 구획의 면적이 동일하다고 가정했을 때, 관심 영역 외의 영역에 대해 시간 해상도(temporal resolution)을 관심 영역(50Hz) 대비 절반(25Hz)으로 설정할 경우, 데이터의 양은 전체 데이터를 모두 전송할 때 대비 25%의 전송 데이터 양 감소 효과를 가질 수 있다. 이는 동일한 조건에 관심 영역 외의 나머지 영역의 데이터 레이트(data rate)를 낮췄을 때도 마찬가지의 효과를 가진다.
(2) 초음파 신호 처리의 선택 적용 기법
본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 의료 영상의 송신 방법에서, 압축 데이터를 생성하는 S340 단계는, 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하여 압축된 영상 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 압축 데이터의 생성 과정은, 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도하게 된다.
만약, 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 압축 데이터를 생성하는 과정은, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여될 수 있는데, 영상의 품질에 비해 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 프레임 레이트에 비해 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제하는 것이 바람직하다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 일련의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 블록도로서, 발명의 본질을 흐리지 않기 위해, 각 신호 처리 블록이 수행하는 연산의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 실시예들은 단일의 하드웨어를 통해 구현되는 것이 아니라, 휴대용 초음파 영상 시스템의 구현을 위해 물리적으로 이격된 송신단과 수신단의 적어도 2개의 장치로서 구현된다. 따라서, 도 7에 제시된 전체 시그널 패스 중 어디까지를 송신단에서 처리할지, 어디부터를 수신단에서 처리할지 여부를 결정할 필요가 있다. 이를 결정함에 있어서, 본 발명의 실시예들은 송신단과 수신단 간의 통신 상황과 각 장치의 잔여 배터리를 고려하게 된다.
우선, 빔포밍 처리 블럭(710)의 입력 데이터의 데이터 레이트를 채널(channel)의 수와 A(A는 단위 시간에 전달되는 데이터량을 나타내는 양수)의 곱(channel×A)이라고 가정할 때, 각 신호 처리 블록의 출력물의 데이터 레이트를 A로 표시하였다. 또한, 데시메이션(decimation) 블록(740)에서의 표본화 데이터의 양의 감소 비율을 나타내는 데시메이션 비율(decimation ratio)을 r로 표기하였다. 프로브와 신호 처리단에서 처리하는 신호 처리 블록을 데이터 레이트에 따라 개괄적으로 분류하면 다음과 같다.
(A) 빔포밍(beamforming) 블록(710)의 출력 : A
(B) 직교 복조(quadrature demodulation) 블록(730)의 출력 : 2A
(C) 데시메이션(decimation) 블록(740)의 출력 : 2A/r
(D) 포락선 검출(envelope detection) 블록(750)의 출력 : A/r
(E) 디지털 스캔 컨버터(digital scan converter) 블록(780)의 출력 : 출력 영상의 너비(width) x 높이(height)의 바이트(Bytes)
예를 들어, 통신 상황이 악화되면 전송에 필요한 데이터 레이트가 낮아지도록 프로브단에서 신호 처리를 데시메이션 블록(740)까지 수행하여 2A/r의 데이터 레이트로 만들거나, 또는 포락선 검축 블록(750)까지 수행하여 A/r의 데이터 레이트로 전송을 하게 할 수 있다. 또는, 통신 상황이 가장 악화된 경우에는 프로브에서 디지털 스캔 컨버터 블록(780)까지 수행하여 데이터 레이트를 출력 영상의 너비 x 높이 바이트까지 낮추어 사용자에게 일정한 프레임 레이트의 영상을 제공할 수도 있다. 나아가, 수신단과 송신단의 배터리 게이지에 따라 배터리가 충분한 측에서 더 많은 신호 처리를 할 수 있게 배터리 관리 쪽의 가중치를 사용자가 결정함으로써 신호 처리의 경계의 결정에 영향을 줄 수도 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 활용되는 통신망에서 의료 영상 데이터를 전송하기 위해 필요한 데이터 레이트와 통신 처리량과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 가로축은 통신 처리량을 나타내고, 세로축은 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 나타낸다.
도 8의 그래프는 통신 상황에 따라 통신 처리량이 결정되고 각 처리단(송신단 또는 수신단)에서 처리할 신호 처리의 단계(신호 패스)를 결정했을 때 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 그래프로 나타낸 것이다. 도 8에서 볼 수 있듯이 통신 처리량과 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트는 양의 상관 관계를 가지며, 각 통신 처리량에 따라 적합한 데이터 레이트가 결정될 수 있으며, 이는 곧 각 처리단에서 어떠한 신호 패스에 따라야할 지를 결정하는 근거로서 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 도 3의 영상 송신 장치에 대응하여 의료 영상을 처리하는 방법을 시계열적으로 도시하였다. 설명의 중복을 피하기 위하여 여기서는 대응하는 개별 구성에 대해서는 그 개요만을 약술하도록 한다.
S910 단계에서, 영상 수신 장치는 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신한다. 여기서, 압축 데이터는, 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성되는 것을 의미한다. 또한, 복원 파라미터는, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 가변적으로 결정된다.
첫째, 영상 구획화 기법을 활용한 구현의 경우, 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성될 수 있다. 여기서, 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 만약, 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 공간 영상 보간(spatial image interpolation)하며, 만약 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 시간 보간(temporal interpolation)하는 것이 바람직하다.
둘째, 초음파 신호 처리의 선택 적용 기법을 활용한 구현의 경우, 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하되, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 따라 생성될 수 있다. 만약 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 상기 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절함으로써 생성될 수 있다. 한편, 상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고, 상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제할 수 있다.
S920 단계에서, 상기 영상 수신 장치는 S910 단계를 통해 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원한다.
S930 단계에서, 상기 영상 수신 장치는 S920 단계를 통해 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성한다. 이러한 제 2 의료 영상의 생성 과정은, 상기 신호 패스에 따른 상기 제 1 의료 영상의 생성 과정에서 수행된 의료 영상 처리의 결과에 연속하여 상기 제 1 의료 영상을 후처리하되, 상기 후처리는, 적어도 디지털 스캔 변환 및 영상 출력을 포함하며, 2D 필터링 또는 에지 강화를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 통신 및 전력 상황에 따른 차등 압축 전송 기법을 통해 무선 통신 상황이 저간섭 상황에는 고화질 초음파 영상을 제공하는 반면, 무선 통신상 간섭이 발생하고 있는 상황이나 잔여 전력이 부족한 경우 영상의 정보는 줄이되 프레임율은 유지시켜 사용자 경험을 최적화할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 영상 송신 장치 11 : 프로브
13 : 영상 송신 장치의 처리부 15 : 영상 송신 장치의 통신부
20 : 영상 수신 장치
23 : 영상 수신 장치의 처리부 25 : 영상 수신 장치의 통신부
30 : 디스플레이 장치
13 : 영상 송신 장치의 처리부 15 : 영상 송신 장치의 통신부
20 : 영상 수신 장치
23 : 영상 수신 장치의 처리부 25 : 영상 수신 장치의 통신부
30 : 디스플레이 장치
Claims (20)
- 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에 있어서,
상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하는 단계;
상기 영상 송신 장치가 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하는 단계;
상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하는 단계;
상기 영상 송신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 영상 송신 장치가 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도하는 단계;를 포함하는 의료 영상 전송 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 의료 영상을 복원하는 단계는,
상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하는 단계; 및
분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는,
상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은,
각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따르는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하는 단계; 및
결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 압축 데이터를 상기 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 6 항에 있어서,
통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며,
상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고,
상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 복원 파라미터는,
동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법. - 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법에 있어서,
상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신하는 단계;
상기 영상 수신 장치가 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 및
상기 영상 수신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성하는 단계;를 포함하되,
상기 압축 데이터는,
상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 복원 파라미터는,
상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 가변적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 압축 데이터는,
상기 영상 송신 장치가 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은,
각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따르는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 공간 영상 보간(spatial image interpolation)하며,
상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 시간 보간(temporal interpolation)하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 압축 데이터는,
상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하되, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 16 항에 있어서,
통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 상기 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터는,
데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며,
상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고,
상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 의료 영상을 생성하는 단계는, 상기 신호 패스에 따른 상기 제 1 의료 영상의 생성 과정에서 수행된 의료 영상 처리의 결과에 연속하여 상기 제 1 의료 영상을 후처리하되,
상기 후처리는, 적어도 디지털 스캔 변환 및 영상 출력을 포함하며, 2D 필터링 또는 에지 강화를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 복원 파라미터는,
동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
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| KR1020150086791A KR101691025B1 (ko) | 2015-06-18 | 2015-06-18 | 통신 및 전력 상황에 기반한 적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법 |
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-
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