KR102022144B1 - 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법 - Google Patents

신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102022144B1
KR102022144B1 KR1020150185724A KR20150185724A KR102022144B1 KR 102022144 B1 KR102022144 B1 KR 102022144B1 KR 1020150185724 A KR1020150185724 A KR 1020150185724A KR 20150185724 A KR20150185724 A KR 20150185724A KR 102022144 B1 KR102022144 B1 KR 102022144B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
phase
phase shift
equalization filter
complex baseband
Prior art date
Application number
KR1020150185724A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170076025A (ko
Inventor
최동영
이유화
김장군
Original Assignee
지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크. filed Critical 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
Priority to KR1020150185724A priority Critical patent/KR102022144B1/ko
Publication of KR20170076025A publication Critical patent/KR20170076025A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102022144B1 publication Critical patent/KR102022144B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13—Tomography
    • A61B8/14—Echo-tomography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
    • A61B5/7257—Details of waveform analysis characterised by using transforms using Fourier transforms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5207—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of raw data to produce diagnostic data, e.g. for generating an image

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법이 개시된다. 초음파 시스템은 초음파 프로브 및 프로세서를 포함한다. 초음파 프로브는 초음파 신호를 대상체에 송신하고, 대상체로부터의 초음파 에코신호를 수신한다. 프로세서는 초음파 에코신호에 기초하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 포함하는 복소 기저대역 신호를 형성하고, 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하고, 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 초음파 에코신호의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터를 형성하고, 등화 필터에 의해 복조 기저대역 신호를 필터링한다.

Description

신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법{ULTRASOUND SYSTEM AND METHOD FOR ADAPTIVELY COMPENSATING ATTENUATION}
본 개시는 초음파 시스템에 관한 것으로, 특히 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법에 관한 것이다.
초음파 시스템은 대상체 내의 관심객체(objects of interest)에 관한 정보를 얻기 위해 의료 분야에서 널리 이용되고 있다. 초음파 시스템은 대상체를 직접 절개하는 외과 수술의 필요 없이, 고주파 음파를 사용하여 대상체의 고해상도 영상을 실시간으로 제공할 수 있다. 초음파 시스템은 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어, 의료 분야에서 널리 사용되고 있다.
초음파 시스템은 초음파 신호를 대상체에 송신하고, 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신한다. 또한, 초음파 시스템은 초음파 에코신호에 빔 포밍 처리를 수행하여 수신 집속 신호를 형성하고, 수신 집속 신호에 직교 복조(quadrature demodulation)를 수행하여 복소 기저대역 신호(complex baseband signal)를 형성하며, 복소 기저대역 신호에 기초하여 대상체의 초음파 영상을 형성한다.
일반적으로, 초음파 신호가 대상체로 전파될 때, 대상체내의 관심객체(즉, 매질)에 의해 초음파 신호가 감쇠된다. 초음파 신호의 감쇠는 대상체의 관심객체로부터 반사되는 초음파 에코신호의 크기(진폭)를 감소(즉, 초음파 에코신호의 감쇠)시켜, 초음파 영상의 화질을 저하시킨다.
초음파 신호의 감쇠(즉, 초음파 에코신호의 감쇠)를 보상하기 위해, 초음파 시스템은 대상체의 깊이에 따라 초음파 에코신호의 이득을 보상하는 시간 이득 보상(TGC)을 수행한다. 이러한 TGC는 대상체내의 관심객체(즉, 매질)가 균일하여 매질의 감쇠 계수가 동일하다는 가정하에 수행된다. 따라서, TGC는 일정하지 않은 감쇠 계수를 가지는 매질의 초음파 에코신호에 대해서도 동일하게 이득을 보상하므로, 초음파 영상의 화질을 저하시키는 문제점이 있다.
본 개시는 대상체로부터의 초음파 에코신호에 기초하여 복소 기저대역 신호를 형성하고, 복소 기저대역 신호에 기초하여 신호(즉, 초음파 에코신호)의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 초음파 시스템은 초음파 프로브와 프로세서를 포함한다. 초음파 프로브는 초음파 신호를 대상체에 송신하고, 대상체로부터의 초음파 에코신호를 수신한다. 프로세서는 초음파 에코신호에 기초하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 포함하는 복소 기저대역 신호를 형성하고, 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하고, 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 초음파 에코신호의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터를 형성하고, 등화 필터에 의해 복소 기저대역 신호를 필터링한다.
다른 실시예에 있어서, 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 방법은, 초음파 신호를 대상체에 송신하고 상기 대상체로부터의 초음파 에코신호를 수신하는 단계와, 상기 초음파 에코신호에 기초하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 포함하는 복소 기저대역 신호를 형성하는 단계와, 상기 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하는 단계와, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여 상기 초음파 에코신호의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터에 의해 상기 복소 기저대역 신호를 필터링하는 단계를 포함한다.
본 개시에 의하면, 대상체로부터의 초음파 에코신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정(예측)할 수 있고, 결정된 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 신호(즉, 초음파 에코신호)의 감쇠를 적응적으로 보상할 수 있다. 따라서, 대상체내의 관심객체(즉, 매질)의 감쇠 계수에 따라 초음파 영상의 화질이 변하는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 프로세서의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 복소 기저대역 신호 형성부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 5는 본 개시의 제1 실시예에 따른 위상 시프트, 위상 분산, 평활화 처리된 위상 시프트 및 평활화 처리된 위상 분산의 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 개시의 제1 실시예에 따른 지수 등화 필터를 보이는 도면.
도 7은 본 개시의 제1 실시예에 따른 RF(radio frequency) 신호 및 IQ (in-phase/quadrature) 신호의 크기 스펙트럼의 예를 보이는 도면.
도 8은 본 개시의 제1 실시예에 따른 상수 등화 필터를 보이는 도면.
도 9는 본 개시의 제2 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 10은 본 개시의 제2 실시예에 따른 업믹싱 처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 설명한다. 본 실시예에서 사용되는 용어 "부"는 소프트웨어, FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일례로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세서, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 더 분리될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 초음파 시스템(100)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 초음파 시스템(100)은 컨트롤 패널(110), 초음파 프로브(120), 프로세서(130), 저장부(140) 및 디스플레이부(150)를 포함한다. 일실시예에 있어서, 프로세서(130)는 컨트롤 패널(110), 초음파 프로브(120), 저장부(140) 및 디스플레이부(150)를 제어한다.
컨트롤 패널(110)은 사용자로부터 입력 정보를 수신하고, 수신된 입력 정보를 프로세서(130)로 전송한다. 컨트롤 패널(110)은 사용자와 초음파 시스템(100) 간의 인터페이스를 가능하게 하는 입력부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 입력부는 진단 모드의 선택, 진단 동작의 제어, 진단에 필요한 적절한 명령의 입력, 신호 조작, 출력 제어 등의 조작을 실행하는데 적합한 입력 장치, 예를 들어 트랙볼, 키보드, 버튼 등을 포함할 수 있다.
초음파 프로브(120)는 전기적 신호와 초음파 신호를 상호 변환하도록 구성된 초음파 트랜스듀서(도시하지 않음)를 포함한다. 초음파 프로브(120)는 초음파 신호를 대상체(도시하지 않음)에 송신한다. 대상체는 관심객체(예를 들어, 간, 심장 등)를 포함한다. 또한, 초음파 프로브(120)는 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하고, 수신된 초음파 에코신호를 전기적 신호(이하, “수신신호”라 함)를 형성한다.
프로세서(130)는 컨트롤 패널(110)를 통해 수신된 입력 정보에 응답하여, 초음파 프로브(120)가 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하도록 제어한다. 또한, 프로세서(130)는 초음파 프로브(120)로부터 제공되는 수신신호에 기초하여 대상체의 초음파 영상(예를 들어, B 모드(brightness mode) 영상 등)을 형성한다.
저장부(140)는 초음파 프로브(120)에 의해 형성된 수신신호를 프레임별로 순차적으로 저장한다. 또한, 저장부(140)는 프로세서(130)에 의해 형성된 초음파 영상을 저장한다. 또한, 저장부(140)는 초음파 시스템(100)을 동작시키기 위한 인스트럭션을 저장할 수 있다.
디스플레이부(150)는 프로세서(130)에서 형성된 하나 이상의 초음파 영상을 표시한다. 또한, 디스플레이부(150)는 초음파 영상 또는 초음파 시스템(100)에 관한 적합한 정보를 표시할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 프로세서(130)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 프로세서(130)는 송신부(210)를 포함한다. 송신부(210)는 대상체의 초음파 영상을 얻기 위한 전기적 신호(이하, “송신신호”라 함)를 형성한다. 예를 들면, 송신신호는 사전 설정된 주파수를 갖는다. 송신신호는 초음파 프로브(120)에 제공된다. 초음파 프로브(120)는 송신신호를 초음파 신호로 변환하고, 변환된 초음파 신호를 대상체에 송신한다. 또한, 초음파 프로브(120)는 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성한다.
프로세서(130)는 송수신 스위치(220) 및 수신부(230)를 더 포함한다. 송수신 스위치(220)는 송신부(210)와 수신부(230)간을 스위칭해 주는 듀플렉서(duplexer)의 역할을 한다. 예를 들면, 송수신 스위치(220)는 초음파 프로브(120)가 송신 및 수신을 번갈아 가며 수행할 때, 송신부(210) 또는 수신부(230)를 초음파 프로브(120)(즉, 초음파 트랜스듀서)에 적절히 스위칭 또는 전기적으로 연결해 주는 역할을 한다.
수신부(230)는 초음파 프로브(120)로부터 송수신 스위치(220)를 통해 제공되는 수신신호를 증폭하고, 증폭된 수신신호를 디지털 신호로 변환한다. 수신부(230)는 초음파 신호가 대상체를 통과하면서 통상적으로 발생하는 감쇠를 보상하기 위한 시간 이득 보상(time gain compensation; TGC) 유닛(도시하지 않음), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환(analog to digital conversion) 유닛(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 신호 형성부(240)를 더 포함한다. 신호 형성부(240)는 수신부(230)로부터 제공되는 디지털 신호에 빔 포밍 처리를 수행하여 수신 집속 신호를 형성한다. 수신 집속 신호는 RF(radio frequency) 신호일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(130)는 신호 처리부(250)를 더 포함한다. 신호 처리부(250)는 신호 형성부(240)로부터 제공되는 수신 집속 신호에 기초하여 복소 기저대역 신호(complex baseband signals)를 형성한다. 또한, 신호 처리부(250)는 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하고, 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 신호(즉, 초음파 에코신호)의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터(도시하지 않음)를 형성한다. 또한, 신호 처리부(250)는 형성된 등화 필터에 의해 복소 기저대역 신호를 필터링한다.
프로세서(130)는 영상 형성부(260)를 더 포함한다. 영상 형성부(260)는 신호 처리부(250)에 의해 필터링된 복소 기저대역 신호에 기초하여 대상체의 초음파 영상을 형성한다.
도 3은 본 개시의 제1 실시예에 따른 신호 처리부(250)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 신호 처리부(250)는 복소 기저대역 신호 형성부(310)를 포함한다. 복소 기저대역 신호 형성부(310)는 신호 형성부(240)로부터 제공되는 수신 집속 신호에 기초하여 복소 기저대역 신호를 형성한다. 예를 들면, 복소 기저대역 신호는 동일 위상 성분(in-phase component) 신호(I 신호) 및 직교 위상 성분(quadrature phase component) 신호(Q 신호)를 포함한다.
도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 복소 기저대역 신호 형성부(310)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 복소 기저대역 신호 형성부(310)는 직교 복조부(410)를 포함한다.
직교 복조부(410)는 신호 형성부(240)로부터 제공되는 수신 집속 신호에 직교 복조를 수행하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 형성한다. 일실시예에 있어서, 직교 복조부(410)는 코사인 함수 승산기(411) 및 사인 함수 승상기(412)를 포함한다. 코사인 함수 승산기(411)는 코사인 함수(cos2πfTn)를 수신 집속 신호에 곱하여 동일 위상 성분 신호를 형성한다. 예를 들면, 코사인 함수(cos2πfTn)의 주파수(fT)는 송신부(210)에 의해 형성되는 송신신호의 주파수일 수 있다. 사인 함수 승산기(412)는 사인 함수(sin2πfTn)를 수신 집속 신호에 곱하여 직교 위상 성분 신호를 형성한다. 예를 들면, 사인 함수(sin2πfTn)의 주파수(fT)는 송신부(210)에 의해 형성되는 송신신호의 주파수일 수 있다.
복소 기저대역 신호 형성부(310)는 저역 통과 필터링부(420)를 더 포함한다. 저역 통과 필터링부(420)는 직교 복조부(410)에 연결되어, 직교 복조부(410)로부터 제공되는 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 필터링한다. 일실시예에 있어서, 저역 통과 필터링부(420)는 제1 저역 통과 필터(421) 및 제2 저역 통과 필터(422)를 포함한다. 제1 저역 통과 필터(421)는 코사인 함수 승산기(411)에 연결되어, 코사인 함수 승산기(411)로부터 제공되는 동일 위상 성분 신호를 필터링한다. 예를 들면, 제1 저역 통과 필터(421)의 차단 주파수(fc)는 송신부(210)에 의해 형성되는 송신신호의 주파수(fT)일 수 있다. 제2 저역 통과 필터(422)는 사인 함수 승산기(412)에 연결되어, 사인 함수 승산기(412)로부터 제공되는 직교 위상 성분 신호를 필터링한다. 예를 들면, 제2 저역 통과 필터(422)의 차단 주파수(fc)는 송신부(210)에 의해 형성되는 송신신호의 주파수(fT)일 수 있다.
복소 기저대역 신호 형성부(310)는 데시메이션부(430)를 더 포함한다. 데시메이션부(430)는 저역 통과 필터링부(420)에 연결되어, 사전 설정된 샘플링 주파수에 기초하여 저역 통과 필터링부(420)에 의해 필터링된 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호에 데시메이션(decimation) 처리를 수행한다. 일실시예에 있어서, 데시메이션부(430)는 제1 데시메이션부(431) 및 제2 데시메이션부(432)를 포함한다. 제1 데시메이션부(431)는 제1 저역 통과 필터(421)에 연결되어, 제1 저역 통과 필터(421)에 의해 필터링된 동일 위상 성분 신호에 데시메이션 처리를 수행한다. 제2 데시메이션부(432)는 제2 저역 통과 필터(422)에 연결되어, 제2 저역 통과 필터(422)에 의해 필터링된 직교 위상 성분 신호에 데시메이션 처리를 수행한다.
다시 도 3을 참조하면, 신호 처리부(250)는 신호 변환부(320)를 더 포함한다. 신호 변환부(320)는 복소 기저대역 신호 형성부(310)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호에 푸리에 변환을 수행한다. 예를 들면, 푸리에 변환은 STFT(short-time Fourier transform)를 포함한다. 일실시예에 있어서, 신호 변환부(320)는 복소 기저대역 신호 형성부(310)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호에 소정 크기를 갖는 윈도우를 적용하여, 복소 기저대역 신호를 복수의 영역으로 분할한다. 또한, 신호 변환부(320)는 각 영역에 해당하는 복소 기저대역 신호에 푸리에 변환을 수행하여, 푸리에 변환 신호를 형성한다.
신호 처리부(250)는 위상 정보 결정부(330)를 더 포함한다. 위상 정보 결정부(330)는 신호 변환부(320)로부터 제공되는 푸리에 변환 신호에 기초하여 위상 정보를 결정한다. 예를 들면, 위상 정보는 위상 시프트 및 위상 분산을 포함한다.
일실시예에 있어서, 위상 정보 결정부(330)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 영역(m×n) 각각에 해당하는 푸리에 변환 신호에 기초하여 위상 시프트(Δφi,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))를 결정한다. 예를 들면, 위상 시프트는 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00001
여기서, Δφ 는 위상 시프트를 나타내고, Im{}은 신호(예를 들면, 푸리에 변환 신호)의 허수부를 나타내고, Re{}은 신호(예를 들면, 푸리에 변환 신호)의 실수부를 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관(one-lag autocorrelation)을 나타낸다.
또한, 위상 정보 결정부(330)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 영역(m×n) 각각에 해당하는 푸리에 변환 신호에 기초하여 위상 분산(σ2 i,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))을 결정한다. 예를 들면, 위상 분산은 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00002
여기서, σ2는 위상 분산을 나타내고, R(0)는 제로 래그 자기상관(zero-lag autocorrelation)을 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타낸다.
신호 처리부(250)는 공간 필터링부(340)를 더 포함한다. 공간 필터링부(340)는 위상 정보 결정부(330)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 위상 시프트 및 위상 분산)에 평활화 처리(smoothing process)를 수행한다. 예를 들면, 공간 필터링부(340)는 평활화 처리를 수행하기 위한 공간 필터(도시하지 않음)를 포함한다.
일실시예에 있어서, 공간 필터링부(340)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 공간 필터에 의해 위상 시프트(Δφi,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))에 평활화 처리를 수행하여, 평활화 처리된 위상 시프트(
Figure 112016028004825-pat00003
(1≤i≤m, 1≤j≤n))를 결정한다. 또한, 공간 필터링부(340)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 공간 필터에 의해 위상 분산(σ2 i,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))에 평활화 처리를 수행하여, 평활화 처리된 위상 분산(
Figure 112016028004825-pat00004
(1≤i≤m, 1≤j≤n))을 결정한다.
신호 처리부(250)는 등화 필터링부(350)를 더 포함한다. 등화 필터링부(350)는 공간 필터링부(340)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)에 기초하여, 신호 변환부(320)로부터 제공되는 푸리에 변환 신호를 필터링한다. 예를 들면, 등화 필터링부(350)는 신호(즉, 초음파 에코신호)의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터(도시하지 않음)를 포함한다.
일실시예에 있어서, 등화 필터링부(350)는 도 6에 도시된 바와 같이, 등화 필터로서 지수 등화 필터(610)를 포함한다(도 6에 있어서 가로축은 위상을 나타내고, 세로축은 IQ 신호의 크기를 나타낸다). 예를 들면, 등화 필터링부(350)는 초음파 신호의 주파수 응답, 초음파 에코신호의 주파수 응답 및 공간 필터링부(340)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)에 기초하여 지수 등화 필터(610)를 형성한다.
일반적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 주파수(도 7의 (a))와 위상(도 7의 (b) 참조) 간의 관계는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다(도 7의 (a)에 있어서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 RF 신호의 크기를 나타내며, 도 7의 (b)에 있어서, 가로축은 위상을 나타내고, 세로축은 IQ 신호의 크기를 나타낸다).
Figure 112016028004825-pat00005
여기서, f는 주파수를 나타내고, φ는 위상을 나타내고, fs는 복소 기저대역 신호 형성부(310)의 데시메이션부(430)의 샘플링 주파수를 나타내고, fT는 송신신호(즉, 초음파 신호)의 주파수를 나타낸다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 수신 집속 신호(즉, RF 신호)의 주파수 시프트(도 7의 (a))와 복소 기저대역 신호(즉, IQ 신호)의 위상 시프트(도 7의 (b)) 간의 관계는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00006
여기서, △f는 RF 신호의 주파수 시프트를 나타내고, fR은 수신신호(즉, 초음파 에코신호)의 주파수를 나타내고, fT는 송신신호(즉, 초음파 신호)의 주파수를 나타내며, △φ 는 IQ 신호의 위상 시프트를 나타낸다.
또한, RF 신호의 주파수 분산과 IQ 신호의 위상 분산 간의 관계는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00007
여기서, s2은 RF 신호의 주파수 분산을 나타내고, Var()는 분산 함수를 나타내고, fs는 복소 기저대역 신호 형성부(310)의 데시메이션부(430)의 샘플링 주파수를 나타내고, σ2은 IQ 신호의 위상 분산을 나타낸다.
한편, 수신신호(즉, 초음파 에코신호)의 주파수 응답은 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00008
여기서, R(f)는 수신신호의 주파수 응답을 나타내고, T(f)는 송신신호(즉, 초음파 신호)의 주파수 응답을 나타내고, H(f)는 대상체내의 관심객체의 주파수 응답을 나타낸다.
즉, H(f)는 대상체내의 관심객체에 대응하는 감쇠 필터의 주파수 응답(즉, 크기 응답)을 나타내며, 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00009
여기서, roundtrip은 초음파 신호의 전파 경로의 길이를 나타내고, α(f)는 감쇠 계수를 나타낸다.
감쇠 계수(α(f))는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00010
여기서, β는 감쇠 팩터를 나타내고, n은 매체 의존 파라미터를 나타낸다.
감쇠 계수(α(f))는 소프트 티슈에 대한 주파수에 대략 선형적으로 비례하기 때문에, 매체 의존 파라미터(n)는 1로 추정될 수 있다. 따라서, 수학식 7은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00011
여기서, roundtrip은 초음파 신호의 전파 경로의 길이를 나타내고, β는 감쇠 팩터를 나타낸다.
송신신호가 가우시안 스펙트럼을 나타내는 것으로 가정하면, 송신신호의 주파수 응답(T(f))은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00012
여기서, fT는 송신신호의 주파수를 나타내고, s2은 RF 신호의 주파수 분산을 나타낸다.
따라서, 수학식 9 및 10을 수학식 6에 대입하면, 수학식 6은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00013
여기서, R(f)는 수신신호의 주파수 응답을 나타내고, T(f)는 송신신호의 주파수 응답을 나타내고, H(f)는 관심객체에 대응하는 감쇠 필터의 주파수 응답(즉, 크기 응답)을 나타내고, fT는 송신신호의 주파수를 나타내고, roundtrip은 초음파 신호의 전파 경로의 길이를 나타내고, fR은 수신신호의 주파수를 나타내고, s2은 RF 신호의 주파수 분산을 나타내고, A는 RF 신호에서의 감쇠 이득을 나타낸다.
수학식 11에 있어서, 수신신호의 주파수(fR) 및 RF 신호에서의 감쇠 이득(A)은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00014
Figure 112016028004825-pat00015
주파수 분산이 초음파 신호의 전파 동안 일정한 것으로 가정하면,
Figure 112016028004825-pat00016
는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00017
따라서, 수학식 14를 수학식 9에 대입하면, 감쇠 필터의 주파수 응답, 즉 RF 신호에서의 감쇠 필터의 크기 응답(H(f))은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00018
수학식 3 내지 5에 기초하여, RF 신호에서의 감쇠 필터의 크기 응답(H(f))은 다음의 수학식과 같이 IQ 신호의 위상 시프트 및 위상 분산으로 표현되는 위상 응답, 즉, IQ 신호에서의 감쇠 필터의 크기 응답(H(φ))으로 변환될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00019
따라서, 지수 등화 필터(610)(Ψ(φ))는 다음의 수학식과 같이 IQ 신호에서의 감쇠 필터의 크기 응답(H(φ))의 역수로서 정의될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00020
등화 필터링부(350)는 공간 필터링부(340)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)를 수학식 16에 대입하여, IQ 신호에서의 감쇠 필터의 크기 응답(H(φ))을 결정한다. 또한, 등화 필터링부(350)는 결정된 크기 응답(H(φ)을 수학식 17에 대입하여 지수 등화 필터(610)를 형성한다. 또한, 등화 필터링부(350)는 지수 등화 필터(610)에 의해 신호 변환부(320)로부터 제공되는 푸리에 변환 신호를 필터링한다.
다른 실시예에 있어서, 등화 필터링부(350)는 도 8에 도시된 바와 같이, 등화 필터로서 상수 등화 필터(810)를 포함한다. 예를 들면, 등화 필터링부(350)는 초음파 신호의 주파수 응답, 초음파 에코신호의 주파수 응답 및 공간 필터링부(340)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)에 기초하여 상수 등화 필터(810)를 형성한다.
수학식 14를 수학식 13에 대입하면, 수학식 13은 아래의 수학식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00021
수학식 4 및 5에 기초하여, RF 신호에서의 감쇠 필터의 감쇠 이득(A)은 다음의 수학식과 같이 IQ 신호의 위상 시프트 및 위상 분산으로 표현되는 감쇠 이득(A), 즉, IQ 신호에서의 감쇠 필터의 감쇠 이득(A)으로 변환될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00022
따라서, 상수 등화 필터(810)는 다음의 수학식과 같이 IQ 신호에서의 감쇠 필터의 감쇠 이득(A)의 역수로서 정의될 수 있다.
Figure 112016028004825-pat00023
등화 필터링부(350)는 공간 필터링부(340)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)을 수학식 19에 대입하여 IQ 신호에서의 감쇠 필터의 감쇠 이득(A)을 결정한다. 또한, 등화 필터링부(350)는 결정된 감쇠 이득(A)을 수학식 20에 대입하여 상수 등화 필터(810)를 형성한다. 또한, 등화 필터링부(350)는 상수 등화 필터(810)에 의해 신호 변환부(320)로부터 제공되는 푸리에 변환 신호를 필터링한다.
다시 도 3을 참조하면, 신호 처리부(250)는 신호 역 변환부(360)를 더 포함한다. 신호 역 변환부(360)는 등화 필터링부(350)에 의해 필터링된 푸리에 변환 신호에 역 푸리에 변환을 수행하여, 시간 도메인의 복소 기저대역 신호(즉, 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호)를 형성한다.
도 9는 본 개시의 제2 실시예에 따른 신호 처리부(250)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 신호 처리부(250)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)를 포함한다. 본 실시예에서의 복소 기저대역 신호 형성부(910)는 제1 실시예에서의 복소 기저대역 신호 형성부(310)와 동일하므로, 복소 기저대역 신호 형성부(910)의 설명은 생략한다.
신호 처리부(250)는 위상 정보 결정부(920)를 더 포함한다. 위상 정보 결정부(920)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 정보를 결정한다. 예를 들면, 위상 정보는 위상 시프트 및 위상 분산을 포함한다.
일실시예에 있어서, 위상 정보 결정부(920)는 복소 기저대역 신호에 소정 크기를 갖는 윈도우를 적용하여 복소 기저대역 신호를 복수의 영역(예를 들면, m×n 영역)으로 분할한다. 위상 정보 결정부(920)는 각 영역에 해당하는 복소 기저대역 신호에 기초하여, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 위상 시프트(Δφi,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))를 결정한다. 예를 들면, 위상 시프트는 전술한 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
또한, 위상 정보 결정부(920)는 각 영역에 해당하는 복소 기저대역 신호에 기초하여, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 위상 분산(σ2 i,j(1≤i≤m, 1≤j≤n))을 결정한다. 예를 들면, 위상 분산은 전술한 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
신호 처리부(250)는 공간 필터링부(930)를 더 포함한다. 본 실시예에서의 공간 필터링부(930)는 제1 실시예에서의 공간 필터링부(340)와 동일하므로, 공간 필터링부(930)의 설명은 생략한다.
신호 처리부(250)는 업믹싱부(940)를 더 포함한다. 업믹싱부(940)는 공간 필터링부(930)로부터 제공되는 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여, 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호에 업믹싱 처리를 수행한다.
도 10은 본 개시의 제2 실시예에 따른 업믹싱부(940)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 업믹싱부(940)는 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기(910)를 포함한다. 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기(1010)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)에 연결된다. 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기(1010)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호(즉, 동일 위상 성분 신호(I 신호))에 코사인 함수(
Figure 112016028004825-pat00024
)를 곱하여, 제1 업믹싱 신호를 형성한다. 여기서, 코사인 함수(
Figure 112016028004825-pat00025
)에서의 fS는 복소 기저대역 신호 형성부(910)의 데시메이션부(도시하지 않음)에서의 샘플링 주파수(sampling frequency)를 나타낸다.
업믹싱부(940)는 제1 업믹싱 사인 함수 승산기(1020)를 더 포함한다. 제1 업믹싱 사인 함수 승산기(1020)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)에 연결된다. 제1 업믹싱 사인 함수 승산기(1020)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호(즉, 동일 위상 성분 신호(I 신호))에 사인 함수(
Figure 112016028004825-pat00026
)를 곱하여, 제2 업믹싱 신호를 형성한다.
업믹싱부(940)는 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기(1030)를 더 포함한다. 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기(1030)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)에 연결된다. 2 업믹싱 코사인 함수 승산기(1030)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호(즉, 직교 위상 성분 신호(Q 신호))에 코사인 함수(
Figure 112016028004825-pat00027
)를 곱하여, 제3 업믹싱 신호를 형성한다.
업믹싱부(940)는 제2 업믹싱 사인 함수 승산기(1040)를 더 포함한다. 제2 업믹싱 사인 함수 승산기(1040)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)에 연결된다. 제2 업믹싱 사인 함수 승산기(1040)는 복소 기저대역 신호 형성부(910)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호(즉, 직교 위상 성분 신호(Q 신호))에 사인 함수(
Figure 112016028004825-pat00028
)를 곱하여, 제4 업믹싱 신호를 형성한다.
업믹싱부(940)는 제1 가산기(1050)를 더 포함한다. 제1 가산기(750)는 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기(1010) 및 제2 업믹싱 사인 함수 승산기(1040)에 연결된다. 제1 가산기(1050)는 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기(1010)로부터 제공되는 제1 업믹싱 신호와 제2 업믹싱 사인 함수 승산기(1040)로부터 제공되는 제4 업믹싱 신호를 가산하여, 동일 위상 성분 신호를 형성한다.
업믹싱부(940)는 제2 가산기(1060)를 더 포함한다. 제2 가산기(1060)는 제1 업믹싱 사인 함수 승산기(1020)와 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기(1030)에 연결된다. 제2 가산기(1060)는 제1 업믹싱 사인 함수 승산기(1020)로부터 제공되는 제2 업믹싱 신호와 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기(1030)로부터 제공되는 제3 업믹싱 신호를 가산하여, 직교 위상 성분 신호를 형성한다.
다시 도 9를 참조하면, 신호 처리부(250)는 등화 필터링부(950)를 더 포함한다. 등화 필터링부(950)는 공간 필터링부(930)에 의해 결정된 위상 정보(즉, 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산)에 기초하여, 업믹싱부(940)로부터 제공되는 복소 기저대역 신호(즉, 동일 위상 성분 신호(I 신호) 및 직교 위상 성분 신호(Q 신호))를 필터링한다. 본 실시예에서의 등화 필터링부(950)는 제1 실시예에서의 등화 필터링부(350)와 유사하므로, 등화 필터링부(950)의 설명은 생략한다.
특정 실시예들을 설명하였지만, 이러한 실시예들은 예시로서 제시된 것이고 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서의 새로운 방법 및 장치는 다양한 다른 형태로 구현될 수 있고, 더욱이 본 개시의 정신을 벗어나지 않으면서도 본 명세서에 개시된 실시예들을 다양하게 생략, 치환, 변경하는 것이 가능하다. 본 명세서에 첨부되는 청구범위 및 그 균등물은 본 개시의 범위와 정신에 포함되는 형태 및 변형을 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 초음파 시스템 110: 컨트롤 패널
120: 초음파 프로브 130: 프로세서
140: 저장부 150: 디스플레이부
210: 송신부 220: 송수신 스위치
230: 수신부 240: 신호 형성부
250: 신호 처리부 260: 영상 형성부
310, 910 복소 기저대역 신호 형성부
320: 신호 변환부
330, 920: 위상 정보 결정부
340, 930: 공간 필터링부
350, 950: 등화 필터링부
360: 신호 역 변환부
410: 직교 복조부
411: 코사인 함수 승산기 412: 사인 함수 승산기
420: 저역 통과 필터링부 421: 제1 저역 통과 필터
422: 제2 저역 통과 필터 430: 데시메이션부
431: 제1 데시메이션부 432: 제2 데시메이션부
610: 지수 등화 필터
810: 상수 등화 필터
940: 업믹싱부
1010: 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기
1020: 제1 업믹싱 사인 함수 승산기
1030: 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기
1040: 제2 업믹싱 사인 함수 승산기
1050: 제1 가산기 1060: 제2 가산기

Claims (27)

  1. 초음파 시스템으로서,
    초음파 신호를 대상체에 송신하고, 상기 대상체로부터의 초음파 에코신호를 수신하도록 구성된 초음파 프로브와,
    상기 초음파 에코신호에 기초하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 포함하는 복소 기저대역 신호를 형성하고, 상기 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하고, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여 상기 초음파 에코신호의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터를 형성하고, 상기 등화 필터에 의해 상기 복소 기저대역 신호를 필터링하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 복소 기저대역 신호에 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환 신호를 형성하도록 구성된 신호 변환부와,
    상기 푸리에 변환 신호에 기초하여 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산을 결정하도록 구성된 위상 정보 결정부와,
    상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 평활화 처리를 수행하도록 구성된 공간 필터링부와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여 상기 등화 필터를 형성하고, 상기 등화 필터에 의해 상기 푸리에 변환 신호를 필터링하도록 구성된 등화 필터링부와,
    상기 등화 필터에 의해 필터링된 푸리에 변환 신호에 역 푸리에 변환을 수행하도록 구성된 신호 역 변환부
    를 포함하는 초음파 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 푸리에 변환은 STFT(short-time Fourier transform)를 포함하는 초음파 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트는,
    Figure 112016028004825-pat00029
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    Δφ 는 상기 위상 시프트를 나타내고, Im{}은 상기 푸리에 변환 신호의 허수부를 나타내고, Re{}은 상기 푸리에 변환 신호의 실수부를 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관(one-lag autocorrelation)을 나타내는 초음파 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 위상 분산은,
    Figure 112016028004825-pat00030
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    σ2는 상기 위상 분산을 나타내고, R(0)는 제로 래그 자기상관(zero-lag autocorrelation)을 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 초음파 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 복소 기저대역 신호에 기초하여 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산을 결정하도록 구성된 위상 정보 결정부와,
    상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 평활화 처리를 수행하도록 구성된 공간 필터링부와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 상기 복소 기저대역 신호에 업믹싱 처리를 수행하도록 구성된 업믹싱부와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 상기 등화 필터를 형성하고, 상기 등화 필터에 의해 상기 업믹싱 처리된 복소 기저대역 신호를 필터링하도록 구성된 등화 필터링부
    를 포함하는 초음파 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 위상 시프트는,
    Figure 112016028004825-pat00031
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    Δφ 는 상기 위상 시프트를 나타내고, Im{}은 상기 복소 기저대역 신호의 허수부를 나타내고, Re{}은 상기 복소 기저대역 신호의 실수부를 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 초음파 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 위상 분산은,
    Figure 112016028004825-pat00032
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    σ2는 상기 위상 분산을 나타내고, R(0)는 제로 래그 자기상관을 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 초음파 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 업믹싱부는,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 코사인 함수를 상기 동일 위상 성분 신호에 곱하여 제1 업믹싱 신호를 형성하도록 구성된 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 사인 함수를 상기 동일 위상 성분 신호에 곱하여 제2 업믹싱 신호를 형성하도록 구성된 제1 업믹싱 사인 함수 승산기와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 코사인 함수를 상기 직교 위상 성분 신호에 곱하여 제3 업믹싱 신호를 형성하도록 구성된 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 사인 함수를 상기 직교 위상 성분 신호에 곱하여 제4 업믹싱 신호를 형성하도록 구성된 제2 업믹싱 사인 함수 승산기와,
    상기 제1 업믹싱 코사인 함수 승산기 및 상기 제2 업믹싱 사인 함수 승산기에 연결되어, 상기 제1 업믹싱 신호와 상기 제4 업믹싱 신호를 가산하도록 제1 가산기와,
    상기 제1 업믹싱 사인 함수 승산기 및 상기 제2 업믹싱 코사인 함수 승산기에 연결되어, 상기 제2 업믹싱 신호 및 상기 제3 업믹싱 신호를 가산하도록 구성된 제2 가산기
    를 포함하는 초음파 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 등화 필터는 지수 등화 필터를 포함하는 초음파 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 등화 필터링부는,
    상기 초음파 신호의 주파수 응답, 상기 초음파 에코신호의 주파수 응답, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여, 상기 초음파 에코신호의 감쇠에 대응하는 감쇠 필터의 주파수 응답을 결정하고,
    상기 감쇠 필터의 주파수 응답에 기초하여 상기 감쇠 필터의 위상 응답을 결정하고,
    상기 감쇠 필터의 위상 응답의 역수에 기초하여 상기 지수 등화 필터를 형성하도록 구성된 초음파 시스템.
  12. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 등화 필터는 상수 등화 필터를 포함하는 초음파 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 등화 필터링부는,
    상기 초음파 신호의 주파수 응답, 상기 초음파 에코신호의 주파수 응답, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여, 상기 초음파 에코신호의 감쇠에 대응하는 감쇠 이득을 결정하고,
    상기 감쇠 이득의 역수에 기초하여 상기 상수 등화 필터를 결정하도록 구성된 초음파 시스템.
  14. 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 방법으로서,
    초음파 시스템의 초음파 프로브에 의해, 초음파 신호를 대상체에 송신하고 상기 대상체로부터의 초음파 에코신호를 수신하는 단계와,
    상기 초음파 시스템의 프로세서에 의해, 상기 초음파 에코신호에 기초하여 동일 위상 성분 신호 및 직교 위상 성분 신호를 포함하는 복소 기저대역 신호를 형성하는 단계와,
    상기 프로세서에 의해, 상기 복소 기저대역 신호에 기초하여 위상 시프트 및 위상 분산을 결정하는 단계와,
    상기 프로세서에 의해, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여 상기 초음파 에코신호의 감쇠를 적응적으로 보상하기 위한 등화 필터에 의해 상기 복소 기저대역 신호를 필터링하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산을 결정하는 단계는,
    상기 복소 기저대역 신호에 푸리에 변환을 수행하여 푸리에 변환 신호를 형성하는 단계와,
    상기 푸리에 변환 신호에 기초하여 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 푸리에 변환은 STFT(short-time Fourier transform)를 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 위상 시프트는,
    Figure 112016028004825-pat00033
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    Δφ 는 상기 위상 시프트를 나타내고, Im{}은 상기 푸리에 변환 신호의 허수부를 나타내고, Re{}은 상기 푸리에 변환 신호의 실수부를 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 위상 분산은,
    Figure 112016028004825-pat00034
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    σ2는 상기 위상 분산을 나타내고, R(0)는 제로 래그 자기상관(zero-lag autocorrelation)을 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 복소 기저대역 신호를 필터링하는 단계는,
    상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 평활화 처리를 수행하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 상기 등화 필터를 형성하는 단계와,
    상기 등화 필터에 의해 상기 푸리에 변환 신호를 필터링하는 단계와,
    상기 등화 필터에 의해 필터링된 푸리에 변환 신호에 역 푸리에 변환을 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 위상 시프트는,
    Figure 112016028004825-pat00035
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    Δφ 는 상기 위상 시프트를 나타내고, Im{}은 상기 복소 기저대역 신호의 허수부를 나타내고, Re{}은 상기 복소 기저대역 신호의 실수부를 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 위상 분산은,
    Figure 112016028004825-pat00036
    (수학식)
    상기 수학식에 의해 산출되며,
    σ2는 상기 위상 분산을 나타내고, R(0)는 제로 래그 자기상관을 나타내고, R(1)은 원 래그 자기상관을 나타내는 방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 복소 기저대역 신호를 필터링하는 단계는,
    상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 평활화 처리를 수행하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 상기 복소 기저대역 신호에 업믹싱 처리를 수행하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트 및 위상 분산에 기초하여 상기 등화 필터를 형성하는 단계와,
    상기 등화 필터에 의해 상기 업믹싱 처리된 복소 기저대역 신호를 필터링하는 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복소 기저대역 신호에 상기 업믹싱 처리를 수행하는 단계는,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 코사인 함수를 상기 동일 위상 성분 신호에 곱하여 제1 업믹싱 신호를 형성하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 사인 함수를 상기 동일 위상 성분 신호에 곱하여 제2 업믹싱 신호를 형성하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 코사인 함수를 상기 직교 위상 성분 신호에 곱하여 제3 업믹싱 신호를 형성하는 단계와,
    상기 평활화 처리된 위상 시프트에 기초하여 사인 함수를 상기 직교 위상 성분 신호에 곱하여 제4 업믹싱 신호를 형성하는 단계와,
    상기 제1 업믹싱 신호와 상기 제4 업믹싱 신호를 가산하는 단계와,
    상기 제2 업믹싱 신호 및 상기 제3 업믹싱 신호를 가산하는 단계
    를 포함하는 방법.
  24. 제19항 또는 제22항에 있어서, 상기 등화 필터는 지수 등화 필터를 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 등화 필터를 형성하는 단계는,
    상기 초음파 신호의 주파수 응답, 상기 초음파 에코신호의 주파수 응답, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여, 상기 초음파 에코신호의 감쇠에 대응하는 감쇠 필터의 주파수 응답을 결정하는 단계와,
    상기 감쇠 필터의 주파수 응답에 기초하여 상기 감쇠 필터의 위상 응답을 결정하는 단계와,
    상기 감쇠 필터의 위상 응답의 역수에 기초하여 상기 지수 등화 필터를 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  26. 제19항 또는 제22항에 있어서, 상기 등화 필터는 상수 등화 필터를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 등화 필터를 형성하는 단계는,
    상기 초음파 신호의 주파수 응답, 상기 초음파 에코신호의 주파수 응답, 상기 위상 시프트 및 상기 위상 분산에 기초하여, 상기 초음파 에코신호의 감쇠에 대응하는 감쇠 이득을 결정하는 단계와,
    상기 감쇠 이득의 역수에 기초하여 상기 상수 등화 필터를 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
KR1020150185724A 2015-12-24 2015-12-24 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법 KR102022144B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150185724A KR102022144B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150185724A KR102022144B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170076025A KR20170076025A (ko) 2017-07-04
KR102022144B1 true KR102022144B1 (ko) 2019-09-17

Family

ID=59357152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150185724A KR102022144B1 (ko) 2015-12-24 2015-12-24 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102022144B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200142675A (ko) 2019-06-13 2020-12-23 주식회사 엘에이치바이오메드 심박 검출을 위한 초음파 신호 처리모듈 및 초음파 신호 처리방법
EP4006579A1 (en) * 2020-11-25 2022-06-01 Supersonic Imagine Method and system for compensating depth-dependent attenuation in ultrasonic signal data
US11765006B2 (en) 2021-04-30 2023-09-19 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd. Methods and apparatus for demodulating digital signals

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110116A (en) 1994-08-05 2000-08-29 Acuson Corporation Method and apparatus for receive beamformer system
JP4646808B2 (ja) 2003-12-02 2011-03-09 株式会社日立メディコ 超音波診断装置
WO2015110582A1 (de) 2014-01-23 2015-07-30 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Verfahren zur entzerrung von verzerrten signalen und ein zugehöriges entzerrungsfilter
JP5801956B2 (ja) 2012-05-21 2015-10-28 古野電気株式会社 伝播速度測定装置、伝播速度測定プログラム、及び伝播速度測定方法
JP2015213673A (ja) 2014-05-12 2015-12-03 株式会社東芝 超音波診断装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3462584B2 (ja) * 1994-02-14 2003-11-05 フクダ電子株式会社 超音波診断装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110116A (en) 1994-08-05 2000-08-29 Acuson Corporation Method and apparatus for receive beamformer system
JP4646808B2 (ja) 2003-12-02 2011-03-09 株式会社日立メディコ 超音波診断装置
JP5801956B2 (ja) 2012-05-21 2015-10-28 古野電気株式会社 伝播速度測定装置、伝播速度測定プログラム、及び伝播速度測定方法
WO2015110582A1 (de) 2014-01-23 2015-07-30 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Verfahren zur entzerrung von verzerrten signalen und ein zugehöriges entzerrungsfilter
JP2015213673A (ja) 2014-05-12 2015-12-03 株式会社東芝 超音波診断装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170076025A (ko) 2017-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10641879B2 (en) Systems and methods for distortion free multi beam ultrasound receive beamforming
JP4931910B2 (ja) 超音波画像装置
US11123044B2 (en) Signal processing device, ultrasonic diagnostic apparatus, and method
US10564281B2 (en) Ultrasonography apparatus and ultrasonic imaging method
US20150324957A1 (en) Signal processing apparatus
US20160262729A1 (en) Systems and methods of reducing ultrasonic speckle using harmonic compounding
KR102606973B1 (ko) 초음파 신호 데이터의 깊이 의존 감쇠를 보상하는 방법 및 시스템
KR102022144B1 (ko) 신호의 감쇠를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법
US10012724B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and method of controlling the same
US11911222B2 (en) Model-based control of a dynamic range of an ultrasound image
US20170245832A1 (en) Ultrasound diagnosis apparatus, signal processing apparatus, and signal processing method
KR102035993B1 (ko) 탄성 영상을 형성하는 초음파 시스템 및 방법
CN111466951A (zh) 超声衰减图像的生成方法、装置、超声设备及存储介质
US20150141830A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and control method
KR102022143B1 (ko) 신호의 스펙트럴 다운시프트를 적응적으로 보상하는 초음파 시스템 및 방법
JP2016067704A (ja) 超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラム
US20220330920A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and medical image processing apparatus
EP2876461A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus, image processing apparatus, and image processing method
JP2007313322A (ja) 直交復調器なしにｉｑデータを形成する超音波診断装置及び方法
JP6767902B2 (ja) 超音波診断装置及びプログラム
US10779800B2 (en) Ultrasound imaging transducer electrical noise compensation
KR102035001B1 (ko) 초음파 영상 형성 방법 및 장치
JP5269626B2 (ja) 超音波診断装置
JP2012081115A (ja) 超音波診断装置
US20240285258A1 (en) Ultrasound diagnosis apparatus and ultrasound diagnosis method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant