KR102549574B1 - Focused ultrasound apparatus and method for non-interference between treatment ultrasound signal and image ultrasound signal - Google Patents
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Abstract
집속 초음파 장치 및 초음파 신호 간 무간섭 방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치는, 치료 모듈이 치료 초음파 펄스가 실제로 발생하는 구간에 대한 타이밍 정보를 획득하여 이를 이미징 모듈에 전달하면 이미징 모듈이 치료 초음파 펄스가 발생하지 않는 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생함에 따라, 치료 모듈의 치료 초음파 신호가 이미지 모듈의 이미지 초음파 신호와 서로 간섭되지 않게 장치를 운용할 수 있다.A non-interference method between a focused ultrasound device and an ultrasound signal is disclosed. In the focused ultrasound device according to an embodiment, when a treatment module acquires timing information about a section in which a treatment ultrasound pulse actually occurs and transmits the obtained timing information to an imaging module, the imaging module generates image ultrasonic pulses in a section where no treatment ultrasound pulse is generated. As a result, the device may be operated so that the treatment ultrasound signal of the treatment module and the image ultrasound signal of the image module do not interfere with each other.
Description
본 발명은 초음파를 이용한 진단 및 치료 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상유도하 치료(Image Guide Therapy)를 위한 집속 초음파(Focused Ultrasound: FUS)를 이용한 이미지 스캐닝 및 치료 기술에 관한 것이다.The present invention relates to diagnosis and treatment technology using ultrasound, and more particularly, to image scanning and treatment technology using Focused Ultrasound (FUS) for Image Guided Therapy.
암, 종양, 병변 등과 같은 생체조직을 치료하는데 초음파 신호를 이용할 수 있다. 초음파를 이용한 치료는 초음파 신호를 인체의 병변에 조사하여 병변을 치료하는 방식이다. 일반적인 외과수술이나 화학적인 치료(Chemotherapy) 방식 등에 비하여, 초음파 치료는 환자의 외상을 덜 손상시키고 비침습적 치료(Non-invasive treatment)를 실현할 수 있다. 그 적용 예로는 간암(Liver cancer), 뼈 육종(Bone sarcoma), 유방암(Breast cancer), 췌장암(Pancreas cancer), 신장암(Kidney cancer), 연조직의 종양(Soft tissue tumor) 및 골반 종양(Pelvic tumor) 등 다양하다.Ultrasound signals can be used to treat biological tissues such as cancer, tumors, and lesions. Treatment using ultrasound is a method of treating lesions by irradiating ultrasonic signals to lesions in the human body. Compared to a general surgical operation or chemotherapy method, ultrasound treatment may cause less damage to a patient's trauma and realize a non-invasive treatment. Examples of its application include liver cancer, bone sarcoma, breast cancer, pancreas cancer, kidney cancer, soft tissue tumor, and pelvic tumor ) and so on.
한국등록특허 10-0972708 (2010년07월21일)Korean Registered Patent No. 10-0972708 (July 21, 2010)
일 실시 예에 따라, 치료 모듈에서 집속 초음파의 타이밍 정보를 이용하여 치료 모듈의 치료 초음파 신호가 이미지 모듈의 이미지 초음파 신호와 서로 간섭되지 않게 장치를 운용할 수 있으며, 이를 위한 별도의 타이밍 제어기가 불필요한 집속 초음파 장치 및 초음파 신호 간 무간섭 방법을 제안한다.According to an embodiment, the device can be operated so that the treatment ultrasound signal of the treatment module and the image ultrasound signal of the image module do not interfere with each other by using the timing information of the focused ultrasound in the treatment module, and a separate timing controller for this is unnecessary. We propose a non-interference method between a focused ultrasound device and an ultrasound signal.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치는, 치료 초음파 펄스가 실제로 발생하는 구간에 대한 타이밍 정보를 획득하는 치료 모듈과, 타이밍 정보를 치료 모듈로부터 수신하여 치료 초음파 펄스가 발생하지 않는 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 이미징 모듈을 포함한다.A focused ultrasound device according to an embodiment includes a treatment module that acquires timing information for a section in which a treatment ultrasound pulse actually occurs, and receives the timing information from the treatment module to produce an image ultrasound pulse in a section in which a treatment ultrasound pulse is not generated. Include an imaging module that occurs.
치료 모듈은, 치료 초음파 트랜스듀서의 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 신호 추출부와, 각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구하는 합산부를 포함할 수 있다.The treatment module includes a signal extraction unit for extracting an active period of the therapeutic ultrasound pulse generated in each channel of the therapeutic ultrasound transducer and a summing unit for calculating the logical sum of the therapeutic ultrasound pulse activation period of each channel to obtain the entire therapeutic ultrasound pulse activation period. can include
신호 추출부는, 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 감쇠 시키는 감쇠기와, 감쇠된 각 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출하는 엔벨로프 추출기를 포함할 수 있다.The signal extractor may include an attenuator for attenuating therapeutic ultrasound pulses generated in each channel and an envelope extractor for extracting an envelope of each attenuated therapeutic ultrasound pulse.
합산부는 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈로 전송하고, 이미징 모듈은 이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생할 수 있다.The summing unit transmits the image pulse activation signal to the imaging module in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section, and the imaging module may generate an image ultrasound pulse in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section according to the image pulse activation signal.
집속 초음파 장치는, 신호 추출부를 통해 추출된 신호와 기준 신호를 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력하는 비교기와, 비교기에 기준 신호를 제공하는 기준 제공부를 더 포함할 수 있다.The focused ultrasound device receives the signal extracted through the signal extractor and the reference signal as inputs, compares them with each other, and outputs the extracted signal as a logic signal if the signal has a value equal to or greater than the reference signal value, and a reference signal is supplied to the comparator. It may further include a standard providing unit that provides.
기준 제공부는 기준 신호 값을 가변할 수 있는 디지털 아날로그 변환기일 수 있다.The reference providing unit may be a digital-to-analog converter capable of varying the reference signal value.
다른 실시 예에 따른 초음파 신호 간 무간섭 방법은, 치료 모듈이, 치료 초음파 트랜스듀서의 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 단계와, 치료 모듈이, 각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구하는 단계와, 이미징 모듈이, 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 단계를 포함한다.According to another embodiment, a non-interference method between ultrasound signals includes extracting, by a treatment module, an activation section of a therapeutic ultrasound pulse generated in each channel of a therapeutic ultrasound transducer, and the treatment module activates the therapeutic ultrasound pulse of each channel. Calculating a logical sum of the intervals to obtain an entire therapeutic ultrasound pulse activation interval, and generating, by an imaging module, image ultrasound pulses in a interval excluding the entire therapeutic ultrasound pulse activation interval.
치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 단계는, 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 감쇠 시키는 단계와, 감쇠된 각 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of extracting the activation section of the therapeutic ultrasound pulse may include attenuating the therapeutic ultrasound pulse generated in each channel and extracting an envelope of each attenuated therapeutic ultrasound pulse.
치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 단계는, 추출된 각 엔벨로프 신호와 기준 신호를 비교기가 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step of extracting the active section of the therapeutic ultrasound pulse, the comparator receives each extracted envelope signal and the reference signal as inputs, compares them with each other, and outputs the extracted signal as a logic signal if the signal has a value greater than or equal to the reference signal value. may further include.
초음파 신호 간 무간섭 방법은, 치료 모듈이, 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈로 전송하는 단계를 더 포함하며, 이미지 초음파 펄스를 발생하는 단계에서, 이미징 모듈이, 이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생할 수 있다.The interference-free method between ultrasound signals further includes transmitting, by the treatment module, an image pulse activation signal to the imaging module in a section other than the entire treatment ultrasound activation section, and in the step of generating the image ultrasound pulse, the imaging module, According to the image pulse activation signal, image ultrasound pulses may be generated in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치 및 초음파 신호 간 무간섭 방법에 따르면, 치료 모듈의 치료 초음파 신호가 이미지 모듈의 이미지 초음파 신호와 서로 간섭되지 않게 장비를 운용하며, 치료 초음파를 이용한 치료 동작을 하는 동시에 진단 이미지를 얻을 수 있어 사용자가 시술을 용이하게 할 수 있다.According to an interference-free method between a focused ultrasound device and an ultrasound signal according to an embodiment, the equipment is operated so that a therapy ultrasound signal of a treatment module and an image ultrasound signal of an image module do not interfere with each other, and a treatment operation using the therapy ultrasound is performed. A diagnostic image can be obtained, so that the user can easily perform the procedure.
치료 초음파 PRF 및 Duty를 가지고 이미지 초음파 전송시간과 치료 초음파 전송시간을 스케줄링을 하는 인터리빙(interleaving) 방식의 경우, 별도의 타이밍 제어기(timing controller)가 필요하며 제어가 어렵다. 그러나 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치 및 초음파 신호 간 무간섭 방법에 따르면, 별도의 타이밍 제어기가 불필요하므로 제어도 단순하고 경제적이다.In the case of an interleaving method that schedules an image ultrasound transmission time and a therapy ultrasound transmission time with a therapeutic ultrasound PRF and a duty, a separate timing controller is required and control is difficult. However, according to the non-interference method between the focused ultrasound device and the ultrasound signal according to an embodiment, since a separate timing controller is not required, control is simple and economical.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파(Focused Ultrasound: FUS) 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 신호 간 무간섭 동작을 설명하기 위한 초음파 집속 장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감쇠기의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 추출기의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 n개의 채널을 구성하는 집속 초음파 장치의 시간에 따라 생성되는 신호들의 파형을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치의 초음파 신호 간 무간섭을 위해 생성되는 신호들의 파형을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 신호 간 무간섭 방법의 흐름을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a focused ultrasound (FUS) device according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic focusing device for explaining a non-interference operation between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram showing the configuration of an attenuator according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram showing the configuration of an envelope extractor according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram showing the configuration of a comparator according to an embodiment of the present invention;
6 is a diagram illustrating waveforms of signals generated over time of a focused ultrasound device constituting n channels according to an embodiment of the present invention;
7 is a diagram showing waveforms of signals generated for non-interference between ultrasound signals of a focused ultrasound device according to an embodiment of the present invention;
8 is a diagram illustrating a flow of a non-interference method between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted, and the terms described later will be used in the embodiments of the present invention. These terms are defined in consideration of the functions of and may vary depending on the user's or operator's intention or custom. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.Combinations of each block of the accompanying block diagram and each step of the flowchart may be executed by computer program instructions (execution engine), and these computer program instructions are executed by a processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing device. Since it can be mounted, the instructions executed through the processor of a computer or other programmable data processing device create means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing device to implement functionality in a particular way, such that the computer usable or computer readable memory The instructions stored in are also capable of producing an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flow chart.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.And since the computer program instructions can also be loaded on a computer or other programmable data processing device, a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing device to create a computer-executed process to create a computer or other programmable data processing device. It is also possible that the instructions for performing the data processing apparatus provide steps for executing the functions described in each block of the block diagram and each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or each step may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing specified logical functions, and in some alternative embodiments may refer to blocks or steps. It should be noted that it is also possible for functions to occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the blocks or steps may be performed in the reverse order of their corresponding functions, if necessary.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention exemplified below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파(Focused Ultrasound: FUS) 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a focused ultrasound (FUS) device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 집속 초음파 장치(1)은 치료 모듈(Treatment Module)(10) 및 이미징 모듈(Imaging Module)(12)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a focused
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치(1)는 치료 모듈(10)의 치료 초음파를 이용한 치료 동작을 하는 동시에 이미징 모듈(12)의 이미지 초음파를 이용한 진단 이미지를 얻을 수 있다.The focused
치료 모듈(10)을 동작시키는 동시에 이미징 모듈(12)을 통한 초음파 진단 이미지를 얻기 위한 방법 중 하나로, 치료 초음파의 PRF 및 Duty를 사용자로부터 받아서 치료 모듈(10)과 이미징 모듈(12)의 펄스 동작을 실시간으로 제어하는 방법이 사용될 수 있다. 그런데 이를 위해서는 치료 초음파 PRF와 Duty를 받아서 실시간으로 제어할 수 있도록 하는 동기기와 같은 타이밍 제어기가 필요하며, 제어를 한다고 해도 실제 개별의 펄스 제어시간과 실제 펄스를 출력하는 시점과 지연(delay)이 생겨서 이미지 시퀀스(sequence) 제어에 어려움이 있다.As one of the methods for obtaining an ultrasound diagnosis image through the
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치(1)는 치료 초음파의 신호의 정보를 파악하여 치료 초음파 신호가 이미지 초음파 신호와 간섭되지 않게 하며, 이때 별도의 타이밍 제어기가 불필요하다. 이를 위해, 집속 초음파 장치(1)는 치료 모듈(10)을 통해 치료 초음파 펄스가 실제로 발생하는 구간에 대한 타이밍 정보를 실시간 획득하고 이를 이미징 모듈(12)에 전달하며, 이미징 모듈(12)에서는 타이밍 정보를 치료 모듈(10)로부터 수신하여 치료 초음파 펄스가 발생하지 않는 구간에서 이미지 초음파 펄스 시퀀스를 발생한다. 이에 따라, 별도의 타이밍 제어기가 필요하지 않으며 제어가 단순해지는 효과가 있다.The focused
이하, 전술한 특징을 가지는 집속 초음파 장치(1)의 구성에 대해 상세히 후술한다.Hereinafter, the configuration of the focused
치료 모듈(10)은 치료 초음파 트랜스듀서(Treatment Ultrasound Transducer)(100), 치료 초음파 펄스 발생기(Treatment Ultrasound Pulse Generator)(102), 신호 추출부(104), 비교기(Comparator)(108), 기준 제공부(109) 및 합산부(110)를 포함할 수 있다. 신호 추출부(104)는 감쇠기(Attenuator)(105) 및 엔벨로프 추출기(Envelope detector)(106)를 포함할 수 있다.The
이미징 모듈(12)은 이미지 트랜스듀서(Image Transducer)(120), 송수신 전환기(Transmit Receive Switch: T/R Switch)(122), 진단 초음파 펄스 발생기(Image Ultrasound Pulse Generator)(124), 신호 처리부(126), 영상 처리부(128) 및 디스플레이부(129)를 포함할 수 있다.The
치료 초음파 펄스 발생기(102)는 소정의 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency: PRF, 이하 'PRF'라 칭함) 및 듀티(duty)를 가진 펄스를 가진 구동신호를 생성하여, 치료 초음파 트랜스듀서(100)로 전송한다.The therapeutic
치료 초음파 트랜스듀서(100)는 치료 초음파 펄스 발생기(102)로부터 수신된 구동신호인 전기적 파형을 치료 초음파로 변환시켜 치료 초음파를 조직으로 전송하여, 조직 내에서 초음파 에너지 전달을 통한 국부조직 온도 상승을 가져오도록 한다. 치료 초음파는 고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound: HIFU)일 수 있다.The
이미지 트랜스듀서(120)는 진단 초음파 펄스 발생기(124)에서 수신된 구동신호인 짧은 펄스의 전기신호에 따라, 조직 내로 이미지 초음파를 전달하고, 조직으로부터 반사되는 에코신호를 추출한다. 이미지 트랜스듀서(120)는 다음 펄스가 생성되기 전까지 에코신호를 수신하여 이를 송수신 전환기(122)로 전송한다.The
집속 초음파 장치(1)는 중앙에 이미지 트랜스듀서(120)가 위치하고, 주변부에 치료 초음파 트랜스듀서(100)가 배열되어 있는 구조일 수 있다. 그러나 이미지 트랜스듀서(120)와 치료 초음파 트랜스듀서(100)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변형 가능하다.The
신호 추출부(104)는 치료 초음파 트랜스듀서(100)의 각 채널에서 생성되는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출한다. 신호 추출부(104)는 감쇠기(105)와 엔벨로프 추출기(106)를 포함할 수 있다. 감쇠기(105)는 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 임피던스의 변화 없이 감쇠 시키고, 엔벨로프 추출기(106)는 감쇠기(105)를 통해 감쇠된 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출한다. 신호 추출부(104)는 저대역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF)로 대체될 수 있다.The
합산부(110)는 각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구한다. 합산부(110)는 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈(12)로 전송하고, 이미징 모듈(12)은 진단 초음파 펄스 발생기(124)가 이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생할 수 있다.The summing
일 실시 예에 따른 치료 모듈(10)은 비교기(108) 및 기준 제공부(109)를 더 포함할 수 있다. 치료 모듈(10)은 개별 채널에서 각각 감쇠기(105)를 사용하여 임피던스의 변화 없이 신호를 감쇠 시키고 엔벨로프 추출기(106)와 비교기(108)를 사용하여 각 채널의 활성화 구간을 구하고 합산부(110)를 통해 전체 채널의 활성화 구간을 논리합(OR) 연산하여 전체 치료 초음파 활성화 구간을 구한 후 활성화 구간의 타이밍 정보를 이미징 모듈(12)로 송신한다. 이미징 모듈(12)에서는 치료 초음파 펄스가 활성화되지 않는 구간 동안 이미지 펄스 시퀀스를 발생한다.The
비교기(108)는 신호 추출부(104)를 통해 추출된 신호와 기준 신호를 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력한다. 기준 제공부(109)는 비교기(108)에 기준 신호를 제공한다. 예를 들어, 기준 값 0.4V를 비교기(108)에 제공하고, 비교기(108)는 신호 추출부(104)를 통해 추출된 신호가 0.4V 이상이면 로직 신호 1을 출력한다. 기준 제공부(109)는 기준 신호 값을 가변할 수 있는 디지털 아날로그 변환기일 수 있다.The
감쇠기(105), 엔벨로프 추출기(106), 비교기(108), 기준 제공부(109) 및 합산부(110)는 피드백 경로에 형성된다.An
이미징 모듈(12)의 송수신 전환기(122)는 이미징 모듈(12)의 송신모드 및 수신모드를 전환하며, 수신 모드 시에는 이미지 트랜스듀서(120)와 전기적으로 연결되어 초음파 에코신호를 수신한다.The
신호 처리부(126)는 수신된 초음파 에코신호를 처리한다. 예를 들어, 신호 처리부(126)는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)와 A/D 변환기(Analog to Digital Converter: ADC)를 포함할 수 있다. 저잡음 증폭기는 이미지 트랜스듀서(120)로부터 송수신 전환기(122)를 거쳐 초음파 에코신호를 수신하여, 수신 신호를 최소의 잡음 레벨로 증폭한다. A/D 변환기는 저잡음 증폭기의 출력된 초음파 에코신호를 디지털 신호로 변환하여, 영상 처리부(128)로 전송한다. 이미징 모듈(12)은 영상 처리부(128)를 통한 영상 처리를 거쳐, 디스플레이부(129)를 통해 초음파 영상을 출력한다.The
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 신호 간 무간섭 동작을 설명하기 위한 초음파 집속 장치의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic focusing device for explaining a non-interference operation between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 치료 모듈이 n개의 채널(CH)을 가지는 경우, 개별의 채널(1, 2, …, n)에서 각각 감쇠기(105-1, 105-2, …, 105-n)를 사용하여 임피던스의 변화 없이 신호를 감쇠 시키고, 각각 엔벨로프 추출기(106-1, 106-2, …, 106-n)와 비교기(108-1, 108-2, …, 108-n)를 사용하여 각 채널의 활성화 구간을 구한다.Referring to FIG. 2, when the treatment module has n channels (CH), attenuators 105-1, 105-2, ..., 105-n are respectively applied to individual channels (1, 2, ..., n). The signal is attenuated without a change in impedance using the envelope extractor (106-1, 106-2, ..., 106-n) and the comparator (108-1, 108-2, ..., 108-n) respectively. Calculate the active interval of the channel.
도 2에서는 n개의 기준 제공부(109-1, 109-2, …, 109-n)를 도시하고 있으나, 각 채널에서의 기준 신호 값이 동일할 경우에는 단일 개의 기준 제공부(109)만을 사용할 수 있다.Although FIG. 2 shows n reference providing units 109-1, 109-2, ..., 109-n, only a single
이어서, 치료 모듈은 합산부(110)를 통해 전체 채널의 활성화 구간을 논리합(OR) 연산한 후 구한 다음 연산한 논리합 값을 이미징 모듈(12)로 송신한다. 이미징 모듈(12)에서는 치료 초음파 펄스가 활성화되지 않는 구간동안 이미지 펄스 시퀀스를 실행시킨다.Next, the treatment module calculates an OR operation of the active sections of all channels through the summing
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감쇠기의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of an attenuator according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 치료 모듈은 고전압(High voltage) 신호의 피드백(feedback) 경로를 구성하기 때문에 출력 임피던스 매칭에 영향을 주지 않으면서 신호의 레벨(level)을 감쇠 시키기 위해서는 감쇠기(105)를 구성하여야 한다.Referring to FIG. 3, since the treatment module configures a feedback path of a high voltage signal, an
감쇠기(105)는 도 3에 도시된 바와 같이, T형으로 구성할 수 있으며, 아래의 공식을 만족하는 저항 값(R1, R2)을 가진다.As shown in FIG. 3, the
여기서, K는 10α/20이며, α는 감쇠량(dB)이다.Here, K is 10 α/20 , and α is the amount of attenuation (dB).
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 추출기의 구성을 도시한 도면이다.4 is a diagram showing the configuration of an envelope extractor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 엔벨로프 추출기(106)는 추출기 다이오드(Detector Diode)와 커패시터(Capacitor: C) 및 레지스터(Resistor: R)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the
엔벨로프 추출기(106)는 보통 통신 AM(Amplitude Modulation) 복조기의 입력으로 사용되나, 여기서는 감쇠된 치료 초음파 펄스의 신호를 입력으로 하여 펄스 출력의 활성화 구간을 생성하기 위해서 사용된다.The
추출기 다이오드를 통과하면 신호의 네거티브(negative) 영역은 제거되며, 포지티브(positive) 구간의 신호가 커패시터(C)에 충전(charge) 되고, 레지스터(R)에 엔벨로프 신호가 나타나게 된다.When passing through the extractor diode, the negative region of the signal is removed, the signal in the positive section is charged in the capacitor C, and the envelope signal appears in the resistor R.
RC 시정수 값은 엔벨로프 신호가 유지될 수 있도록 충분히 길어야 하고, 다음의 식을 만족하여야 한다.The RC time constant value must be sufficiently long so that the envelope signal can be maintained, and must satisfy the following equation.
1/Fc << RC << 1/W1/Fc << RC << 1/W
여기서, Fc: carrier Frequency, W: maximum modulation Frequency (최대 FUS PRF)이다.Here, Fc: carrier frequency, W: maximum modulation frequency (maximum FUS PRF).
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기의 구성을 도시한 도면이다.5 is a diagram showing the configuration of a comparator according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 5를 참조하면, 엔벨로프 추출기(106)를 통과한 신호는 고전압(High voltage) 펄스의 감쇠된 아날로그(analog) 신호이므로, 합산부(110)의 논리합(OR) 연산을 위한 입력으로 신호를 넣기 위해서는 아날로그(analog) 신호를 로직(logic) 신호(TTL, CMOS)로 변환시켜 주어야 한다. 비교기(108)를 통해서 일정 기준 전압(Vref) 이상의 전압(Vi)이 입력되면, logic 1(HIGH) 신호가 출력되게 할 수 있다.1 and 5, since the signal that has passed through the
비교기(108)는 도 5에 도시된 바와 같이 기준 전압(Vref)보다 큰 값이 들어오게 되면 logic 1을 출력할 수 있는 OP amp로 구성할 수 있으며, 기준 전압(Vref) 값을 가변할 수 있도록 기준 제공부(109)는 DAC(Digital to Analog Converter)일 수 있다.As shown in FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 n개의 채널을 구성하는 집속 초음파 장치의 시간에 따라 생성되는 신호들의 파형을 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating waveforms of signals generated according to time of a focused ultrasound device constituting n channels according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 6을 참조하면, 집속 초음파 장치의 치료 모듈(10)은 n개의 채널을 구성한 치료 초음파 각각의 채널(CH1, CH2, …, CH N)에서 각각 엔벨로프 신호를 추출한다.Referring to FIGS. 1 and 6 , the
이어서, 치료 모듈(10)은 합산부(110)를 통해 각 엔벨로프 신호를 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 활성화 구간을 구하고, 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하도록 하기 위한 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈(12)로 전송한다. 이때, 이미징 모듈(12)은 이미지 펄스 활성화 신호를 수신하여, 치료 초음파가 동작하지 않는 구간에서만 이미지 초음파 펄스를 처리하도록 한다.Subsequently, the
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치의 초음파 신호 간 무간섭을 위해 생성되는 신호들의 파형을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating waveforms of signals generated for non-interference between ultrasound signals of a focused ultrasound apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 7을 참조하면, 치료 모듈(10)이 치료 초음파 PRF(예를 들어, 1,000ms)를 가진 펄스를 구동신호로 발생하는 경우, 엔벨로프 추출기(106)를 통해 치료 초음파 펄스 1과 치료 초음파 펄스 2의 엔벨로프 신호를 각각 구한 후, 합산부(110)를 통해, 초음파 펄스 1의 엔벨로프 신호와 치료 초음파 펄스 2의 엔벨로프 신호를 논리합 연산 한다. 이어서, 논리 합 연산된 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 트리거 신호를 발생하여 이미징 모듈(12)로 전송하며, 이미징 모듈(12)은 이미지 펄스 트리거 신호에 따라 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 시퀀스를 발생한다.1 and 7, when the
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 신호 간 무간섭 방법의 흐름을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a flow of a non-interference method between ultrasonic signals according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 8을 참조하면, 집속 초음파 장치(1)의 치료 모듈(10)이 치료 초음파 트랜스듀서(100)의 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출한다(810).Referring to FIGS. 1 and 8 , the
이어서, 치료 모듈(10)이 각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구한다(820).Subsequently, the
이어서, 이미징 모듈(12)이 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생한다(830).Subsequently, the
치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 단계(810)에서, 치료 모듈(10)은 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 감쇠 시킨 후, 감쇠된 각 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출할 수 있다. 나아가, 치료 모듈(10)은 추출된 각 엔벨로프 신호와 기준 신호를 비교기가 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력할 수 있다.In
나아가, 치료 모듈(10)이, 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈(12)로 전송하는 단계를 더 포함하며, 이미지 초음파 펄스를 발생하는 단계(830)에서, 이미징 모듈(12)이 이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생할 수 있다.Furthermore, the
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 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.So far, the present invention has been looked at mainly by its embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
Claims (10)
타이밍 정보를 치료 모듈로부터 수신하여 치료 초음파 펄스가 발생하지 않는 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 이미징 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.For no interference between the therapeutic ultrasound signal and the focused ultrasound signal. a treatment module for obtaining timing information about a section in which a treatment ultrasound pulse actually occurs; and
an imaging module that receives timing information from the treatment module and generates image ultrasound pulses in a section where no treatment ultrasound pulses are generated;
A focused ultrasound device comprising a.
치료 초음파 트랜스듀서의 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 신호 추출부; 및
각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구하는 합산부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.The method of claim 1, wherein the treatment module
A signal extraction unit for extracting an activation section of the therapeutic ultrasound pulse generated in each channel of the therapeutic ultrasound transducer; and
a summation unit for calculating the logical sum of the therapeutic ultrasound pulse activation intervals of each channel to obtain the entire therapeutic ultrasound pulse activation interval;
A focused ultrasound device comprising a.
각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 감쇠 시키는 감쇠기; 및
감쇠된 각 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출하는 엔벨로프 추출기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.The method of claim 2, wherein the signal extraction unit
an attenuator for attenuating the therapeutic ultrasound pulse generated in each channel; and
an envelope extractor for extracting an envelope of each attenuated therapeutic ultrasound pulse;
A focused ultrasound device comprising a.
전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈로 전송하고,
이미징 모듈은
이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.The method of claim 2, wherein the summing unit
Transmits an image pulse activation signal to the imaging module in a section other than the entire treatment ultrasound activation section,
imaging module
A focused ultrasound device, characterized in that for generating image ultrasound pulses in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section according to an image pulse activation signal.
신호 추출부를 통해 추출된 신호와 기준 신호를 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력하는 비교기; 및
비교기에 기준 신호를 제공하는 기준 제공부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.3. The method of claim 2, wherein the focused ultrasound device
A comparator that receives the signal extracted through the signal extractor and the reference signal as inputs, compares them with each other, and outputs the extracted signal as a logic signal if the signal has a value greater than or equal to the reference signal value; and
a reference providing unit providing a reference signal to the comparator;
A focused ultrasound device further comprising a.
기준 신호 값을 가변할 수 있는 디지털 아날로그 변환기인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.The method of claim 5, wherein the reference providing unit
A focused ultrasound device, characterized in that it is a digital-to-analog converter capable of varying the reference signal value.
치료 모듈이, 치료 초음파 트랜스듀서의 각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스의 활성화 구간을 추출하는 단계;
치료 모듈이, 각 채널의 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 논리합 연산하여 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 구하는 단계; 및
이미징 모듈이, 전체 치료 초음파 펄스 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 간 무간섭 방법.In the non-interference method between a therapeutic ultrasound signal and a focused ultrasound signal using a focused ultrasound device, the focused ultrasound device
Extracting, by a treatment module, an activation section of a treatment ultrasound pulse generated in each channel of a treatment ultrasonic transducer;
Calculating, by a treatment module, a logical sum operation of the treatment ultrasound pulse activation section of each channel to obtain a total treatment ultrasound pulse activation section; and
generating, by an imaging module, image ultrasound pulses in a section excluding the entire treatment ultrasound pulse activation section;
Non-interference method between ultrasonic signals comprising a.
각 채널에서 발생하는 치료 초음파 펄스를 감쇠 시키는 단계; 및
감쇠된 각 치료 초음파 펄스의 엔벨로프를 추출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 간 무간섭 방법.The method of claim 7, wherein the step of extracting the active period of the therapeutic ultrasound pulse
Attenuating the therapeutic ultrasound pulse generated in each channel; and
extracting the envelope of each attenuated therapeutic ultrasound pulse;
Non-interference method between ultrasonic signals comprising a.
추출된 각 엔벨로프 신호와 기준 신호를 비교기가 각각 입력으로 받아 서로 비교한 후 추출된 신호가 기준 신호 값 이상을 가진 신호이면 이를 로직 신호로 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 간 무간섭 방법.The method of claim 8, wherein the step of extracting the activation period of the therapeutic ultrasound pulse
Receiving each of the extracted envelope signals and the reference signal as inputs to a comparator, comparing them with each other, and outputting the extracted signal as a logic signal if the extracted signal has a value greater than or equal to the reference signal value;
Non-interference method between ultrasonic signals, characterized in that it further comprises.
치료 모듈이, 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 펄스 활성화 신호를 이미징 모듈로 전송하는 단계; 를 더 포함하며,
이미지 초음파 펄스를 발생하는 단계는
이미징 모듈이, 이미지 펄스 활성화 신호에 따라 전체 치료 초음파 활성화 구간을 제외한 구간에서 이미지 초음파 펄스를 발생하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 간 무간섭 방법.The method of claim 8, wherein the method of interference-free between ultrasonic signals
Transmitting, by the treatment module, an image pulse activation signal to the imaging module in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section; Including more,
The step of generating the image ultrasound pulse is
An interference-free method between ultrasound signals, characterized in that the imaging module generates image ultrasound pulses in a section excluding the entire treatment ultrasound activation section according to the image pulse activation signal.
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