KR102594614B1 - 연성 멤브레인, 표면 및 하부 표면의 특성화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 신호 프로세서는 여기 발생기를 사용하여 일련의 초음파 펄스가 멤브레인 또는 표면에 적용되는 동안 멤브레인 또는 표면의 변위를 유발한다. 송신된 신호와 수신된 신호 사이의 위상차를 검사하여 적용된 여기에 대한 반응으로 멤브레인 또는 표면의 움직임을 결정한다. 멤브레인 또는 표면의 위상 반응을 검사하면 멤브레인 또는 표면 뒤의 유체 유형이 유체 없음이거나, 혈청 유체 또는 화농성 유체 중 하나인지의 여부를 결정한다.

Description

연성 멤브레인, 표면 및 하부 표면의 특성화를 위한 장치 및 방법

본 발명은 임의의 연성 멤브레인, 표면, 또는 하부 표면 재료 성질의 특성화를 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가청 여기(audible excitation)와 같은 저주파 여기를 사용하여 표면 또는 멤브레인을 자극하고, 초음파와 같이 비교적 높은 주파수 여기에 의해 변위 거동을 측정하는, 연성 멤브레인, 표면 또는 하부 표면 영역의 비접촉 특성화에 관한 것이다.

연성 표면 또는 멤브레인의 측정은 전통적으로 힘의 적용에 대한 표면 또는 멤브레인에 대한 반응의 이해를 발전시키기 위해 힘을 외부에 적용하여 수행된다. 탄성 표면 또는 멤브레인 거동의 경우, 짧은 운동 범위에 걸쳐 스프링 상수에 대한 예시적인 특성화가 도출될 수 있고, 또는 한 방향으로의 변위에 이어 반대 방향으로의 비선형 변위가 뒤따르는 손실 시스템의 경우, 히스테리시스 효과도 관찰될 수 있다. 멤브레인과 인접 유체 또는 겔 사이의 관계와 관련된 몇 가지 관심 조건이 있다. 한 가지 조건에서, 멤브레인 연성이 측정을 지배하고, 멤브레인 특성이 측정을 지배하기 때문에, 공기, 유체 또는 겔과 같은 멤브레인에 인접한 물질의 영향이 측정에 영향을 미치지는 않는다. 또 다른 조건에서, 멤브레인은 표면 자극을 위한 인터페이스 및 도전 표면(challenge surface)을 제공하고, 멤브레인에 인접한 유체 또는 겔의 특성은 멤브레인을 사용하여 측정되며, 또는 측정될 특성을 변경하지 않고 표면 또는 멤브레인을 통해 기본 유체로의 변위가 이루어질 수 있도록, 멤브레인이 표면 및 하부 유체에 밀접하게 결합되어 있기 때문에, 측정되는 특성을 변경하지는 않는다. 이러한 특성화는, 경화 또는 배양 시간과 같은 다양한 액체 또는 반고체 식품의 강성 또는 기타 기계적 특성을 측정하기 위해 기계적(교반 패들) 또는 식품 산업의 기타 수단을 사용하여 광범위하게 수행된다. 예를 들어, 식품 과학의 종래 기술에서, 요구르트는 기계적 특성에 의해 특정 배양 수준에 도달한 시기를 아는 것이 바람직하지만, 박테리아 성장 간격은 이전의 배치 및 사용된 정해진 간격으로부터 결정될 수 있다. 유사하게, 과일 또는 야채의 성숙도는 표면 부드러움, 탄력성 또는 기타 기계적 특성에 의해 결정될 수 있으며, 이는 측정 가능한 편향을 생성하기에 충분한 작은 힘을 가하거나, 또는 과일이나 야채의 표면을 가로질러 표면 또는 전단파를 일으키고 그 표면 힘에 반응하는 미세한 표면 또는 표면 아래의 편향을 측정하여 수행된다.

따라서, 특성화하고자 하는 품목의 표면에 적용되는 비접촉 측정 방법을 사용하여 식품의 기계적 특성을 측정하는 것이 요망되고 있다.

의료 분야에서는 피부 표면, 가동 멤브레인 또는 장기(organ) 표면의 탄성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 일 예에서, 안구는, 공기 퍼프(air puff)의 적용에 따른 편향을 결정하기 위해, 접촉 또는 광학 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 종래 기술에서, 눈의 광학 반사율 특성은 적용된 힘에 대한 편향으로 측정될 수 있다. 그러나 눈의 광학 인터페이스와 다양한 기본 구조는 광학적으로 투명한 구조를 특성화하는 광학 측정 시스템의 결과인 모션 제한의 해상도를 가질 수 있고, 여기서 의도된 타겟(예: 각막)과 주변 구조(예: 안구 수정체와 유리 체액)은 광학적 특성이 유사하므로 서로 분리하기가 어렵다. 눈이나 다른 장기의 표면의 탄성을 측정하기 위해, 공기를 통해 원격 감지 및 원격 조사를 사용하는 것이 바람직하다.

초음파 측정은 일반적으로 액체 매질을 결합 유체로서 사용하여 수행되며, 초음파 에너지는 초음파 에너지가 이동 음향파로 유체를 통해 변환기에서 전파되어, 커플링 유체와 타겟 사이의 송신 임피던스 불일치에 따라 음향 굴절률에 차이를 갖는 타겟 인터페이스에서 발생하는 반사된 초음파 에너지를 생성한다. 변환기와 타겟 사이의 커플링 유체에 대한 기존 요구 사항으로 인해, 밀리미터(mm) 및 서브-밀리미터 거리 범위의 규격에 대한 거리를 해결하는 비접촉 변위 측정에는 초음파를 사용할 수 없었다.

표면 자극의 적용과 함께 변위의 원격 감지를 통해 표면의 비접촉 표면 특성화를 위한 방법이 요구된다. 자극 또는 측정 장치에 의해 표면 또는 멤브레인에 직접 접촉하지 않고, 자극 및 측정을 위한 매체로서 공기를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 제1 목적은 표면 또는 멤브레인에 적용하기 위한 박동성의 기계적 자극을 생성하기 위한 장치 및 방법이며, 상기 기계적 자극은 반사된 초음파 신호를 검사하여 자극에 대한 표면 또는 멤브레인의 반응에 대한 초음파 측정과 결합되고, 반사된 특성은 표면 또는 멤브레인의 기계적 특성을 결정하도록 반응한다.

본 발명의 제2 목적은 표면, 하부 표면 또는 멤브레인으로부터 반사된 초음파 신호를 검사하여, 표면, 하부 표면 또는 멤브레인의 연성 및 탄성을 측정하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 식품에 힘을 가하기 위한 장치 및 방법이며, 상기 힘은 전단파 또는 표면파를 포함하는 시간적 반응에 의해 표면 또는 멤브레인 편향을 생성하며, 상기 표면 또는 멤브레인 편향은 표면 또는 멤브레인에서 반사된 초음파 신호의 위상 또는 진폭의 변화를 특징으로 한다.

본 발명의 제4 목적은 비접촉 변위력의 적용에 의한 탄성 또는 점도에 대해 실질적으로 균질한 유체의 특성화 및, 유체 표면에 가해진 송신된 초음파로부터 반사된 초음파의 위상 및 진폭을 측정함으로써 비접촉 변위력에 대한 응답의 특성화이다.

본 발명의 제5 목적은 동물 또는 인간 장기의 탄력성을 측정하는 장치 및 방법이며, 인간의 눈과 같은 장기에 공기 퍼프를 적용하여 안압 측정을 수행하여, 장기의 반응이 측정되며, 공기 퍼프로부터 이완 반응 시간 동안의 장기의 공기 퍼프 반응은 연속파(CW) 초음파 심문(continuous wave ultrasound interrogation) 또는 일련의 펄스 초음파 심문(pulsed ultrasound interrogations)을 통해 가해진 초음파 에너지의 위상과 비교하여 반사된 초음파 에너지의 특징적인 위상 변화를 초래한다.

본 발명은 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT)와 같은 초음파 변환기를 사용할 수 있으며, 상기 초음파 변환기는 다이어프램의 변위로부터 공기를 통해 초음파 에너지를 전파하기 위해, 기체 매체에 우수한 임피던스 매칭을 제공하는 얇은 다이어프램을 갖는 다이어프램 구조를 제공한다. 따라서, cMUT는 공기를 통한 결합에 적합하며, 원하는 공간 특성 및 측면 범위의 평면파를 생성하기 위해, 기판과 같은 평면 2D 육각 패킹 어레이에서의 복제에 적합하다. 하나의 예시적인 실시예에서, 선택적으로 멤브레인의 먼 표면에 있는 물질은 공기 퍼프와 같은 박동성 도전 변위력의 적용을 특징으로 할 수 있으며, 초음파 변환기는 멤브레인 또는 표면의 동적 변위 특성을 측정한다. 하나의 예에서, 멤브레인은 특성화될 재료에 물리적 장벽을 투명하게 제공하므로 초음파 변환기에서 볼 수 있는 재료의 특성을 크게 변경하지 않는다. 초음파 변환기는 공기와 같은 매체를 통해 특성화될 표면 또는 멤브레인으로 초음파 에너지를 송수신하며, 비교적 낮은 주파수 여기 소스가 표면 또는 멤브레인에 결합되는 간격 동안 작동한다. 저주파 여기 소스는 CW 형태 또는 펄스 형태로 표면 또는 멤브레인에 음향파 초음파 에너지를 송신하는 초음파 송신기와 일치하는 간격 동안, 표면 또는 멤브레인의 작은 움직임을 생성한다. 표면 또는 멤브레인에서 반사된 초음파에 대한 수신기는 송신 주파수와 비교할 때 수신 신호의 위상 변화로서 표면 또는 멤브레인의 변위를 측정하여, 표면 또는 멤브레인의 시간적 변위를 나타낸다. 표면 또는 멤브레인의 시간적 변위에 대한 분석은, 시간적 변위와의 비교 또는 표면 또는 멤브레인으로부터의 여기 자극과 초음파 반응 사이의 반응의 지연 및 진폭과 관련된 템플릿 또는 메트릭으로부터의 비교와 함께, 표면 또는 멤브레인에 결합된 공압 여기에 대한 반응에 의해 반사된 초음파의 위상 시프트에 의해 측정되며, 표면 또는 멤브레인의 기계적 특성을 결정하는 데 사용된다. 측정된 기계적 특성에는 연성, 탄성 또는 경도가 포함될 수 있다. 이러한 방식으로, 표면 또는 멤브레인 아래의 유체의 기계적 특성의 비접촉 측정이 결정될 수 있다.

본 개시의 양태는 비접촉 특성화 시스템을 제공한다. 비접촉 특성화 시스템은 특성화될 원격 물체를 향해 비접촉 변위력을 생성하는 여기 발생기를 포함할 수 있다. 비접촉 특성화 시스템은 초음파 에너지를 원격 물체를 향하는 초음파 변환기; 초음파 변환기에 결합된 송신 파형 발생기를 포함할 수 있다. 비접촉 특성화 시스템은 초음파 변환기에 연결된 수신 신호 프로세서를 포함하고, 원격 물체에서 반사된 초음파 에너지를 수신할 수 있으며, 상기 수신 신호 프로세서는 수신된 초음파 신호의 진폭 또는 위상을 송신 파형 발생기에 의해 형성된 송신 신호와 비교하며, 이에 따라, 수신 신호 프로세서는 비접촉 변위력에 응답하여 원격 물체 변위의 추정치를 형성한다.

여기 발생기는 원격 물체를 향하는 공기의 퍼프를 형성할 수 있다. 공기의 퍼프에는 비산화성 가스가 포함되어 있을 수 있다. 비산화성 가스는 질소, 아르곤, CO₂, 헬륨 중 적어도 하나일 수 있다. 초음파 변환기는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT)일 수 있다. 송신 신호 발생기는 초음파 변환기 송신 주파수의 기본 또는 고조파 주파수에서 작동하는 연속파(CW) 또는 펄스 신호 발생기일 수 있다. 수신 신호 프로세서는 수신된 신호의 기저 대역 복조를 수행하고, 일련의 위상 추정치로부터 변위 추정치를 형성할 수 있으며, 각각의 위상 추정치는 송신 신호와 비교한 수신 신호의 위상 변위로부터 결정된다. 일련의 위상 추정치는 탄력성 메트릭을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 탄성 표면의 비접촉 측정 방법을 제공한다. 비접촉 힘 이벤트가 제공될 수 있다. 여기 발생기는 특성화될 표면에 인접한 물질의 부피 또는 표면에 비접촉 힘을 제공할 수 있다. 각각의 가해진 여기 발생기 비접촉 힘 이벤트에 대해서 일련의 변위 측정이 형성될 수 있다. 초음파 에너지는 변환기에서 특성화될 표면에 인접한 물질의 부피 또는 표면을 향할 수 있다. 변환기는 특성화될 표면 또는 부피에서 반사된 초음파 에너지를 수신할 수 있다. 송신된 초음파 에너지의 위상은 변위 추정치를 형성하기 위해 수신된 초음파 에너지와 비교될 수 있다. 복수의 상기 변위 측정은 탄성 또는 점도를 추정하기 위해 사용될 수 있다.

여기 발생기 비접촉 힘은 특성화될 재료 상의 표면 또는 그 재료의 표면을 향하는 노즐로부터 방출된 공기의 퍼프일 수 있다. 공기의 퍼프는 질소, 아르곤, CO₂ 또는 헬륨 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 가스일 수 있다.

변환기는 cMUT 또는 압전 변환기 중 적어도 하나일 수 있다. 지향 초음파 에너지는 송신 변환기 상의 연속파(CW) 초음파 에너지일 수 있다. 송신된 초음파 에너지의 위상을 수신된 초음파 에너지와 비교하는 것은, 측정될 물질의 비접촉 변위로 변환될 수 있는 위상 변위를 형성할 수 있다. 탄성 또는 점도의 추정은 측정된 일련의 위상 변위를 일련의 템플릿 측정과 비교하여 수행할 수 있다. 탄성 또는 점도의 추정은 여기 소스의 상승 시간 또는 하강 시간과 비교하여 변위의 상승 시간 또는 하강 시간의 검사에 의해 수행될 수 있다.

여기(excitation)는 스텝 또는 임펄스 압력일 수 있다. 탄성 또는 점도의 추정은 링다운(ringdown) 특성을 조사하여 수행할 수 있다. 링다운 특성은 지수 감쇠 시간 또는 링 사이클 간격 또는 주파수 중 적어도 하나일 수 있다. 여기는 표면파, 전단파 또는 표면파와 전단파의 조합으로서 특성화될 표면 또는 부피로 전파될 수 있다.

특성화될 표면 또는 부피는 유체 위의 멤브레인을 포함할 수 있다. 특성화될 표면 또는 부피는 탄성 또는 점도를 갖는 유체를 포함할 수 있다. 특성화될 표면 또는 부피는 동물 또는 인간을 포함할 수 있다.

본 개시 내용의 다른 양태는 비접촉 재료 특성화 시스템을 제공할 수 있다. 비접촉 재료 특성화 시스템은 여기 발생기를 포함할 수 있다. 여기 발생기는 탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 물질의 부피를 향해 비접촉 변위력을 생성하도록 구성될 수 있다. 비접촉 재료 특성화 시스템은 초음파 변환기를 포함할 수 있다. 초음파 변환기는 송신 신호를 표면 또는 부피를 향하도록 구성될 수 있다. 초음파 변환기는 표면 또는 부피로부터 반사된 도플러 초음파 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 비접촉 재료 특성화 시스템은 초음파 변환기에 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 비접촉 변위력 및 반사된 도플러 초음파 신호에 응답하여 표면 또는 부피의 변위를 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 프로세서는 반사된 도플러 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나를 송신 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나와 비교함으로써 변위를 결정하도록 구성될 수 있다. 여기 발생기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 공기의 퍼프를 포함한다. 여기 발생기는 적어도 20Hz의 주파수로 비접촉 변위력을 생성하도록 구성될 수 있다. 여기 발생기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 임펄스 여기를 포함한다. 초음파 변환기는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT) 또는 압전 변환기를 포함할 수 있다.

상기 비접촉 재료 특성화 시스템은 초음파 변환기에 결합된 파형 발생기를 포함할 수 있다. 파형 발생기는 연속파(CW) 또는 펄스 신호 발생기를 포함할 수 있다. 파형 발생기는 송신 신호 주파수의 기본 또는 고조파에서 작동할 수 있다.

상기 프로세서는 반사된 도플러 신호의 위상과 송신 신호의 위상의 일련의 비교를 수행하여 변위를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서는 또한 반사된 도플러 신호의 기저 대역 복조를 수행하도록 구성된다. 상기 프로세서는 일련의 위상 추정치에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서는 결정된 변위에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성될 수 있다.

본 개시 내용의 또 다른 측면은 탄성 표면의 측정 방법을 제공한다. 비접촉 변위력은 탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 재료의 부피에 제공될 수 있다(단계 (a)). 초음파 에너지는 변환기에서 표면 또는 탄성 표면에 인접한 부피로 송신될 수 있다(단계 (b)). 반사된 도플러 초음파 신호는 변환기에서 수신될 수 있다(단계 (c)). 송신된 초음파 에너지의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나는 변위 측정을 형성하기 위해, 반사된 도플러 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나와 비교될 수 있다(단계 (d)). 비접촉 변위력에 대한 변위 측정으로부터 탄성 또는 점도를 계산할 수 있다.

탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 재료의 부피에 비접촉 힘을 제공하는 것은 공기의 퍼프를 탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 재료의 부피를 향하게 하는 것을 포함할 수 있다. 비접촉 변위력은 임펄스 여기를 포함할 수 있다. 변환기는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT) 또는 압전 변환기를 포함할 수 있다. 초음파 에너지를 송신하는 것은 연속파(CW) 초음파 에너지를 송신하는 것을 포함할 수 있다.

상기 방법은 일련의 변위 측정을 수행하기 위해 단계 (a) 내지 단계 (d)를 반복하고, 일련의 변위 측정을 공지된 재료의 일련의 템플릿 변위 측정과 비교하는 스텝를 포함할 수 있다. 탄성 또는 점도를 계산하는 것은 변위 측정의 상승 시간 또는 하강 시간을 비접촉 변위력의 상승 시간 또는 하강 시간과 비교하는 것을 포함할 수 있다.

비접촉 힘을 제공하는 것은 스텝 또는 임펄스 압력을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 탄성 또는 점도를 계산하는 것은 반사된 도플러 초음파 신호의 링다운 특성을 분석하는 것을 포함할 수 있다. 링다운 특성은 지수 감쇠 시간, 링 사이클 간격 또는 링 사이클 주파수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

비접촉 변위력은 표면파 또는 전단파 중 적어도 하나로서 표면 또는 부피에 전파될 수 있다. 표면 또는 부피는 유체 위의 멤브레인을 포함할 수 있다. 탄성 표면은 동물 또는 인간의 조직을 포함할 수 있다. 탄성 표면은 고체 또는 반고체 식품을 포함할 수 있다. 비접촉 변위력은 적어도 20Hz의 주파수에서 제공될 수 있다.

본 발명의 새로운 특징은 첨부된 청구범위에서 구체적으로 설명된다. 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시예인 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하면, 본 발명의 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 표면 또는 멤브레인의 특성을 추정하기 위한 신호 프로세서 시스템의 블록도이다.
도 2는 신호 프로세서가 수신된 초음파 에코에 대해 직접 동작하는, 도 1에서와 같은 블록도이다.
도 3은 도 1의 시스템에 대한 파형을 도시한다.
도 4a는 위상 지연 및 진폭 레벨을 갖는 반사된 응답 신호로 변형 가능한 표면 또는 멤브레인에 적용된 정현파 여기에 대한 플롯을 도시한다.
도 4b는 변형 가능한 표면 또는 멤브레인에 적용된 스텝 여기에 대한 플롯과, 위상 지연 및 진폭 레벨을 갖는, 스텝 여기에 대한 응답을 도시한다.
도 4c-1은 +/- 180°이상의 위상 시프트를 생성하는 정현파 표면 또는 멤브레인 변위의 플롯을 도시한다.
도 4c-2는 도 4c-1의 큰 위상 시프트로부터 래핑된 위상을 갖는 획득된 데이터를 도시한다.
도 4c-3은 도 4c-2로부터 언래핑된 위상 추정치의 플롯을 도시한다.
도 5는 여기 발생기에 응답하여 멤브레인 또는 표면 또는 멤브레인의 연속적인 조사를 위한 CW 신호 프로세서를 도시한다.
도 6은 도 5의 CW 시스템에 대한 파형을 도시한다.
도 7a는 정현파 여기 소스 및 관련 멤브레인 또는 표면 또는 멤브레인 변위 응답의 플롯을 도시한다.
도 7b는 스텝 여기 소스 및 관련 멤브레인 또는 표면 또는 멤브레인 변위 응답의 플롯을 도시한다.

도 1은 비접촉, 가스 결합 표면, 하위 표면, 또는 멤브레인 특성화 시스템의 예시적인 실시예에 대한 신호 프로세서를 도시한다. 표면(150)은 탄성 특성을 갖는 멤브레인 또는 압축 가능한 표면일 수 있다. 표면(150)은 호스(122)를 통해 노즐(124)로 전송되는 공기 퍼프와 같은 기체 퍼프인, 인가된 비접촉 힘의 소스에 인접하여 선택적으로 장착되는 초음파 변환기(160)로부터의 초음파 빔(128)에 의해, 또는 비접촉 힘에 대한 멤브레인 또는 표면의 반응을 관찰할 수 있도록 멤브레인 또는 표면에 비접촉 압력 자극을 제공하는 다른 수단에 의해 정보를 얻게 된다. 노즐(124)은 표면 여기 발생기(120)로부터 호스(122)를 통해, 공기 압력이 표면(150)의 변위를 야기하는 표면(150)으로의 동적 압력의 결합을 제공하는 내부 부피에 결합될 수 있다. 이 변위는 또한 압력 차이의 결과일 수 있으며, 멤브레인 또는 표면의 한면이 다른 면보다 일시적으로 더 크거나 더 낮고, 압력 차이 후에 특성화된 표면 또는 멤브레인 반응이 정상 상태에 있도록 한다. 여기 발생기(120)는 표면(150)에 결합되는 정적 또는 동적 압력 변화를 생성할 수 있다. 상기와 같이, 여기 발생기(120)는 20Hz 미만의 서브 오디오 주파수, 20Hz ~ 20KHz의 오디오 주파수, 또는 20KHz 이상의 슈퍼 오디오 주파수를 포함하며, 표면의 변위를 위한 임의의 적절한 정적 또는 동적 압력 변조를 생성할 수 있다. 여기 발생기에 의해 생성된 압력 여기의 특성은 임펄스 스텝 또는 델타(임펄스) 생성, 정현파 압력 여기, 구형파 여기, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 여기는 게이트 버스트 또는 연속일 수 있다. 압력 여기는 정적 양압 또는 음압 바이어스를 포함하거나 포함하지 않고 제공될 수 있다. 압력 노즐(124)은 또한 수신 스위치(118)를 송신하도록 결합된 전기 리드(162 및 164)를 갖는 인접한 초음파 변환기(160)를 갖는다. 초음파 변환기(160)는 표면(150)의 중앙 영역을 향해 초음파 빔(128)을 생성한다. 제어기(148)는 신호 프로세서(100)를 통해 분배되는 다양한 제어 신호를 생성한다. 시스템 기준 클럭(110)은 시간적으로 안정된 클럭 소스로부터 도출될 수 있으며, 수신된 신호의 복조에도 사용될 수 있다. 시스템 기준 클럭(110)은 변환기(160)의 중심 주파수 또는 그 근처에서 펄스 트레인을 생성하는 송신 파형 발생기(112)에 결합되고, 송신 변환기 인터페이스(114)는 송신/수신 스위치(118)에 결합하기 전에 전압 레벨 시프팅 및 임의의 필요한 증폭을 수행하며, 리드(162 및 164)를 통해 송신 인터페이스(114)로부터 초음파 변환기(160)에 파형을 결합한다. 초음파 변환기(160)는 빔(128)의 초음파 에너지를 생성하고 표면(150)으로 송신한다. 표면(150)으로부터 반사된 에너지는 변환기(160)로부터 리드(162 및 164)를 통해 송신/수신 스위치(118)로 연결되며, 여기서 수신 증폭기(116)를 향하고, 신호 레벨을 증폭하고 주파수 필터링을 사용하여 신호를 분리하여 대역 외 주파수 성분을 제거하고, 선택적으로 컨트롤러(148)로부터 이득 제어 입력을 통해 자동 이득 제어를 제공한다. 수신 프리앰프(116)의 출력은 쿼드러처 믹서(quadrature mixers)(140 및 142)에 적용되며, 여기서 초음파 송신 주파수에서의 클럭 생성기(110)의 쿼드러처 클럭은 I(동 위상) 기저 대역 채널과 Q(쿼드러처, 또는 90도 분리된) 기저 대역 채널을 포함하는 쿼드러처 출력을 생성하며, 이들 채널은 동일한 저역 통과 필터( 및 138)에 결합되고, 이들 각각은 아날로그-디지털 변환기(132 및 134)를 가지며, 그 출력은 데이터 버퍼(144)에 저장되고, 각각의 I 및 Q 채널에 대해 하나의 데이터 버퍼를 갖는다. 또한 시간이 지남에 따라 다중 게이트 샘플을 제공할 수 있어, 타겟이 특정 게이트의 범위를 벗어나면 시스템은 후속 깊이와 관련된 샘플을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 변환기 중심 주파수가 2MHz이고, 초음파 전파 속도가 0.33mm/μs c/f = 170ns인 경우, 2mhz에서 8 사이클 버스트는 4μs, ct/2 = 2μs의 1/3 = 600u 이 된다. 스펙컬럼(speculum)을 1mm 조정하면, 신호는 TM이 피크 신호로 나타나는 곳에서 멀어지고, TM 이 0.5mm 이동하면, 즉 원하는 이동 범위의 2배이면, 샘플 부피의 가장자리까지 미칠 수 있고, 인접 신호 샘플의 I & Q를 사용하여 다양한 샘플의 최대 반사 진폭을 사용하기 위해서는 여러 인접 샘플 부피를 포함해야 한다. 프리앰프(116)에 적용된 이득 제어는 I 및 Q 신호를 A/D 변환기(132 및 134)에 대한 최적의 변환기 범위에 배치하도록 설정된다. 수신된 신호가 이러한 방식으로 기준 클럭과 혼합되면, 각 송신 펄스는 특정 깊이에서 범위 게이트 샘플 당 단일 위상 값을 생성하고, 일련의 송신 이벤트에 걸쳐, 표면(150)의 시간적 변위를 추정하기 위해 위상 및 진폭 분석기(146)에 의해 위상 차이의 시퀀스가 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 송신 간격 동안 변환기에 결합된 송신 클럭은 실질적으로 변환기의 중심 주파수에 있는 시스템 클럭(110)으로부터 유도된다. 위상 및 진폭 분석기(146)가 주로 리턴된 신호의 위상을 검사하는 예시적인 실시예에서, 시스템 클럭은 송신 속도에서, 수신 간격 동안 쿼드러처 믹서(140 및 142)에 동기식 클럭킹을 공급하여, 수신 신호 위상을 시스템 클럭(원래 송신 주파수에서)과 비교하여, 송신된 펄스와 반사된 펄스 사이의 위상차를 생성한다. 이 위상 값은 특정 수신 간격에 대한 평균 위상 값을 설정하기 위해 수신 신호의 하나 이상의 사이클에 걸쳐 비교될 수 있으며, 각각의 수신 간격의 각각의 위상 값은 음향파의 파장과 측정된 위상 값을 기초로, 표면(150) 변위의 연속적인 일련의 개별 추정치를 제공하도록 조합된다. 다른 예시적인 실시예에서, 위상 및/또는 진폭 분석기(146)는 수신된 신호의 진폭에 대해 작동할 수 있으며, 이는 데이터(예: 신호에서 노이즈 메트릭으로)로부터 생성된 위상 추정치의 품질에 대한 정보를 제공하도록 분석될 수 있고, 또는 신호의 진폭을 분석하여 db/MHz-cm 폴오프(falloff)와 같은 메트릭을 제공하거나, 또는 진폭 프로파일이 여기 발생기에서 제공하는 순간적인 압력 이동에 반응하여, 표면으로부터의 초음파 에너지 반사를 기초로 하는 탄성 또는 기타 표면 특성을 나타내는 탄성 메트릭을 제공할 수 있다. 일반적으로, 탄성 메트릭은 표면 탄성의 측정을 제공하는 진폭 및 위상 분석기(146)에 제공된 데이터로부터 얻어진 임의의 위상 또는 진폭 파생 메트릭이며, 여기서 이동성은 표면(150)의 탄성과 우선적으로 연관된다. 여기(122)를 생성하는 제어기(148)는 또한 여기 생성기(120)의 작동 동안 위상 및 진폭 분석기(146)의 출력을 판독하고, 선택적으로 반사된 신호의 진폭을 판독하여, 커플링 팁(124)을 통해 제공된 공압 여기에 대해서 표면(150)의 시간적 응답을 유도한다. 공압 여기는 전술한 바와 같이, 임의의 서브 오디오, 오디오 또는 슈퍼 오디오 주파수, 또는 펄스일 수 있다.

도 2는 도 1의 신호 프로세서의 대안적인 실시예를 도시하며, 여기서 신호 프로세서는 RF 신호의 기저 대역에 대한 쿼드러처 믹싱을 사용하는 대신, 변환기로부터 RF 신호의 직접 샘플링을 수행한다. 시스템 클럭(210)은 송신 파형 발생기(112)에 결합된 송신 클럭을 생성한다. 송신 파형 발생기(112), 송신 변환기 인터페이스(114), 송신 수신 스위치(118), 수신 프리앰프(116), 표면 여기 소스(120), 및 변환기(160)의 동작은 도 1에서 전술한 바와 같다. 수신 프리앰프(116)는 RF 신호를 최적의 A/D 변환기(232) 범위에 위치시키기 위해 제어기(248)에 의해 결정된 이득에 의해, 이전과 같이, 이득 제어가 가능하다. 수신 프리앰프(116)의 출력은 ADC(232)에 적용되는 노이즈 대역폭의 감소를 위해 대역 통과 필터(236)를 향하고, 이는 적용된 신호보다 적어도 2배 빠른 나이퀴스트 속도(Nyquist rate)로 샘플링한다. 1.5MHz 변환기(160)의 경우, 나이퀴스트 샘플링 속도는 적어도 3MHz에 변환기(160)의 대역폭과 관련된 스커트 폴오프(skirt falloff)를 더한 값이며, 이는 신호 샘플링 분야에서 나이퀴스트 샘플링 기준으로 알려져 있다. ADC(232)의 단일 채널 출력은 데이터 버퍼(244)에 적용되고, 신호 분석기(246)는 표면의 움직임을 식별하기 위해, RF 신호의 위상 변화를 결정하는 버퍼링된 신호의 위상 변화를 검사한다. 위상 측정을 형성하는 데 사용되는 일련의 위상 측정은 최근에 획득한 측정의 효과를 높이기 위해 역 시간 가중치를 적용하는 일련의 측정일 수도 있고, 위상 샘플 윈도우를 통해 균일하게 가중치를 적용할 수도 있다. 윈도우를 통해 측정 스트림에 적용되는 가중치 계수를 사용하면 양호한 노이즈 제거 특성을 제공할 수 있으며, 여기 소스 대역폭 외부에 있는 노이즈의 영향을 필터링하고 줄이기 위해, 여기 소스 대역폭의 신호를 선호하도록 가중치를 선택할 수도 있다.

도 3은 도 1의 초음파 프로세서의 예시적인 동작을 도시한다. 펄스 RF 모드에서, 송신/수신 이벤트는 일련의 반복된 질문 간격(340) 동안 일련의 위상 값으로서 표면 위치의 추정치를 제공하며, 각각 단일 위상 값을 제공한다. 시스템 클럭 파형(302)은 연속적으로 작동하고, 도 1의 시스템 클럭 발생기(110)에 의해 제공된다. 이벤트 간격(340)의 지속 시간은 변환기(160)에서 표면(130)으로, 그리고 다시 도 1의 변환기(160)로의 비행 시간에 의해 결정된다. 공기 중의 초음파의 전파 속도는 330 m/s(0.33 mm/μs) 이다. 따라서 1.5 MHz 변환기의 경우, 공기 중의 이 진행파의 결과 파장은 0.22 mm 이다. 각 방향의 10 mm 초음파 신호의 총 비행 시간은 60μs 이므로, 이 경우 기간(340)은 60μs 이상일 수 있다. 반사 후 수신 신호로서 복귀하는 송신 펄스에 대한 비행 간격 시간은 도 3의 간격(343)으로 표시된다. 비행 시간은 송신 간격의 합에 해당하는 펄스 반복 주파수(PRF)에 대한 상한 및 수신 간격을 제공한다. 이 예에서 중심 주파수가 1.5 MHz 인 변환기는 220u 파장이 공중에서 이동한다. 표면의 변위는 변환기에서 표면으로의 경로가 짧아지고, 표면에서 변환기로 다시 반사된 신호는 위상 시프트와 함께 돌아온다. 따라서 데이터 위상 오프셋과 비교하여 송신 클럭과 수신 신호 사이에서 180도의 위상 오프셋을 나타내는 위상 및 진폭 분석기는 표면의 55μm 변위에 해당한다. 더 긴 펄스 트레인의 송신을 위한 송신 간격(342)은 수신 신호 위상의 개선된 신호 대 노이즈 비를 제공하고, 또한 감소된 축 해상도를 희생시키면서, 송신 펄스 스트림의 기간(342) 만큼 비행 복귀 시간을 연장하며, 이는 표면과 같이 분리된 이동 타겟의 경우에 바람직할 수 있다. 1.5MHz에서 10 사이클 스트림의 경우 송신 간격(342)은 6.6μs 이고, 이전 송신 버스트의 반사 신호가 새로운 송신 버스트를 방해하지 않는 경우, 최대 간격(340)은 66.6μs이며, 이는 15KHz 이하의 펄스 반복 주파수(PRF)를 의미한다. 표면의 편도 비행 시간의 거리가 30μs이고, 대부분의 신호 에너지 반사가 그 뒤에 유체가 있는 표면의 공기/유체 경계면에서 발생하고, 표면 넘어 구조물에서 반사되는 신호 에너지가 최소인 제한적인 경우, 표면에서 가능한 가장 짧은 반복 사이클 시간은 30μs(최대 송신 버스트 길이) + 30μs(비행 시간) + 30μs(비행 복귀 시간)이다. 이 이상적인 시나리오에서, 변환기는 반복 사이클의 t = 0에서 송신을 시작한다. t = 30μs에서, 송신 에너지의 첫 번째 사이클은 변환기가 마지막 송신 버스트의 송신을 완료함과 동시에 표면에 도달한다. t = 60μs에서, 첫 번째 반사 사이클이 변환기에 도달하고, 버스트의 마지막 사이클이 표면에서 반사되고, t = 90μs에서 버스트의 마지막 사이클이 변환기에 도달했다. 실제 초음파 시스템에서, PRF는 표면 반사와 혼합되는 다중 경로 반사 에너지의 필요한 감쇠를 고려하여 훨씬 더 낮다. CW 시스템에서, 별도의 송신 및 수신 변환기가 사용되며, 측정할 표면이 반환되는 도플러 신호 에너지를 지배하는 신호 에너지를 갖는 경우, 다중 경로의 고려는 무시될 수 있다. 반사된 신호 에너지의 특성에 따라 시스템이 일부 환경에서는 CW 모드로 작동하고 다른 환경에서는 펄스 모드로 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 펄스 모드의 경우, 여기(excitation)에 일관되게 응답하는 다이어프램 또는 유체의 공간 범위와 일치하는, 짧거나 긴 전송 RF 에너지 버스트(도 3의 307) 사용을 포함하여, SNR을 개선하기 위해 몇 가지 매개변수 변경을 사용할 수 있고, 공통 방향으로 이동하는 것과 같이, 음향 에너지를 반환하는 샘플 볼륨이 같은 방향으로 움직일 때, 더 양호한 SNR을 가진 더 강한 반사 신호가 제공된다. 대안적으로, 동일한 방향으로 움직이는 다이어프램 또는 유체의 영역과 일치하는 공간적 범위를 가진 짧은 송신 버스트(307)를 사용하는 것이 가능하고, 다른 영역의 이동 또는 변위로부터 하나의 영역의 이동 또는 변위를 구별하기 위해, 반사된 신호의 각 영역을 개별적으로 연속하여 범위를 지정하거나 샘플링할 수 있어, 각각의 반사 영역을 개별적으로 처리할 수 있다. 이것은 또한 멤브레인 또는 표면이 하나의 샘플링된 영역의 범위로 이동하고 다른 샘플링된 영역의 범위를 벗어나는 경우에 이점을 제공할 수 있다(예: 도 3의 파형(311/313)에 의해 표현된 공간적 범위). 특히, 명확한 표면 반사 경계가 존재하고 대부분의 신호 에너지가 표면에서 반사되는 경우, 각 측정의 위상 정확도를 개선하기 위해 많은 송신 에너지 사이클을 제공할 수 있다. PRF를 결정하는 송신 간격과 수신 간격의 결합은 반복 주기 범위가 50μs ~ 1ms 이상일 수 있다. 다중 경로 반사가 발생할 수 있으므로, 예를 들어, 현재 간격(340)보다 빠른 송신 이벤트로부터 초음파 반사의 영향을 줄이기 위해 최대 PRF를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 초음파 전파 속도가 0.33 mm/μs인 경우, 변환기에서 표면까지의 거리가 15mm일 때, 왕복 초음파 경로에는 ~ 90μs가 필요하며, 변환기에서 표면까지의 이격 거리가 20mm이면, 왕복 경로에는 ~ 120μs가 필요하다. 예를 들어, 20mm 이격 거리의 경우, 1.5MHz에서 15 사이클의 송신 버스트 길이는 추가적으로 10μs를 추가하고, 다중 경로 반사에 대해 20μs의 안정화 시간을 추가하면, ~ 6.67KHz의 PRF에 해당하는 150μs의 간격(340)이 발생한다. 변환기 파형(306)은 송신 간격(342) 동안 바이어스 및 진폭 보정을 포함하는 송신 파형(307) 및, 표면으로부터 감소된 진폭 수신 신호(309)를 나타낸다. 수신된 신호(309)는 또한, 존재할 수 있는 임의의 정적 위상 값으로부터 감산되어야 하는, 시스템 클럭으로부터의 위상 변화 형태의 표면 변위의 효과를 포함한다. 저역 통과 필터링 후, 믹서 I 및 Q 출력은 각각 파형(308 및 310)으로 표시된다. 각 66μs 사이클은 단상 추정 값을 제공하며, 이는 I 및 Q 출력을 사용하는 극좌표에서 고려될 수 있다. 이것은 송신 이벤트로부터 특정 샘플에 대한 표면의 순간 위상을 나타내는 각각의 샘플을 얻기 위해, 표면으로부터 반사를 포함하는 영역에 대응하는 비행 시간 간격을 선택하는 범위 게이트를 사용하여 수행될 수 있다. RX 간격(344) 내의 각각의 획득된 값은, I 및 Q 파형(308 및 310)에 대해, 각각 311 및 313으로 도시된 평균 위상 추정치에 도달하기 위해, 표면 반사 응답에 대응하는 시간 영역에 걸쳐 평균화되거나 시간적으로 필터링된다. 이러한 일련의 위상 추정치가 저장되며, 이들 각각은 Rx 간격(344)의 범위에 걸쳐 있고, 특정 깊이로부터의 반사에 대응하는 범위에 걸쳐 있다. 여러 데이터 획득 Rx 간격(344)에 걸쳐 IQ의 샘플이 연결되어, 표면 또는 하부 표면 움직임을 설명하는 시계열을 구성하며, 이는 시간에 따른 위상 변화가 변환기로부터의 거리 변화에 기인하기 때문이다. 이러한 샘플링된 값의 연속 값이 수집되어, 특정 여기 파형에 대한 표면의 특성화를 형성하는 데 사용되는 표면 여기 파형과 비교된다.

도 4a는 표면에 적용된 예시적인 정현파 여기를 도시하며, 이는 100daPa(데카파스칼) p-p에 의해 멤브레인 또는 표면 압력의 국부화된 영역을 충분히 변조하도록, 부피를 대체하는 보이스 코일 다이어프램을 사용하여 적용된 정현파 파형(321)과 같다. 아음속 주파수(<20Hz)는 여기 표면 주변의 국부화된 영역을 밀봉할 수 있는 반면, 오디오 주파수(20Hz-20kHz) 및 슈퍼 오디오 주파수(> 20kHz)는 표면 영역을 밀봉하지 않고 오디오 파로 충분히 전파될 수 있다. 정현파 압력 여기(321)는 표면 변위의 변조를 초래하며, 이는 리턴 신호의 위상 변화에 대응하기 때문에, 위상 플롯(332)으로 도시된다. 파형(332)의 각각의 이산 원(discrete circle)은 I(311) 및 Q(313)에 대한 평균값의 극 변환과 같은 샘플 포인트를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서, 일련의 정현파 변조 여기(321) 주파수가 적용되며, 각각은 서로 다른 주기(322)를 사용하며, 응답 지연(330) 및 피크 위상 진폭은 탄성의 연성, 또는 기타 표면 또는 벌크 유체 특성을 추정하기 위해 조합하여 사용된다. 1.5MHz 송신 펄스의 각각의 360도 위상 변화는 lambda/2 = 0.11mm에 해당하므로, 플롯(332)에 도시된 바와 같이, 총 +/- 180°의 위상 변화는 표면의 0.11mm의 피크 대 피크 변위에 해당한다. 다양한 사이클 시간(322)을 갖는 일련의 오디오 및 서브 오디오 톤을 적용하고 플롯(332)에 도시된 바와 같이 위상 응답(330)을 측정함으로써, 표면 뒤의 유체의 점도 또는 탄성과 같은 특성을 추정할 수 있다. 예를 들어, 유체의 변화된 밀도 또는 점도와 관련된 예시적인 탄성 메트릭 측정은 표면 또는 멤브레인 응답 시간의 관련된 변화일 수 있다. 이러한 방식으로, 표면의 주파수 도메인 응답은 일련의 여기(321)를 사용하고 일련의 표면 응답(332)을 측정하여 만들어질 수 있다.

일련의 도 4c-1, 4c-2 및 4c-3은 수신된 신호 위상이 λ/2(180°, λ/4 표면 변위에 대응)를 초과할 때, 표면 변위를 재구성하는 효과를 도시한다. 도 4c-1은 λ/2(180°)를 초과하는 변위 관련 위상 편위를 갖는 수신 신호(430)를 도시한다. 180°보다 큰 위상 편위는 -180°로 래핑되기 때문에, 도 4c-2의 일련의 샘플은 개별 세그먼트(432, 434, 436, 438 및 440)의 샘플로 도시된, 일련의 샘플을 래핑하고 생성한다. 나이퀴스트 샘플링 속도를 초과하는 충분히 높은 샘플링 속도가 사용되면, 도 4c-3에 도시된 바와 같이 샘플을 "언래핑(unwrap)" 할 수 있어, 원래의 위상 정보를 제공할 수 있다. 이러한 기술은 도플러 신호 재구성의 종래 기술에 잘 알려져 있다.

도 4a는 정현파 여기를 도시하며, 이는 일련의 측정으로부터 표면 변위의 위상 대 주파수 응답 플롯을 생성하기 위해 이러한 일련의 여기에서 제공될 수 있고, 도 4b는 도 4a와 동등한 시간 도메인 스텝 응답을 도시하며, 여기서, 50daPa 피크의 표면 스텝 압력 여기(362)가 표면 또는 멤브레인에 적용되고, 이는 표면으로부터 리턴 신호의 위상 응답(372)을 생성한다. 또한, 0.11/2 mm 변위에 해당하는, 위상 응답 플롯(372)에 대한 시간 지연(374) 및 진폭 응답(180°로 표시됨)을 기반으로 표면 응답을 특성화하는 것도 유사하게 가능하다. 일련의 도 4c-1, 4c-2, 4c-3에 설명된 위상 언랩 기술은, +/- 180°를 초과하는 위상 시프트를 재구성하기 위해 도 4b의 파형(372)의 샘플에 유사하게 적용될 수 있다.

도 2의 신호 처리는 도 3에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 작동하지만, 변환기에 의해 관찰된 반사(306)가 직접 샘플링되고 기준 클럭과 비교되어, 표면 이동과 관련된 위상 변화를 결정하며, 예를 들면, 수신 신호 평균화 시간 동안, 기준 클럭을 수신 신호와 곱하고, 수신 신호의 기간 동안, 이 값을 통합하여 하나의 수신 간격에 대한 위상 값을 추정한다. 유사한 방식으로, 이것은 도 4a에 대해 설명된 바와 같이, 표면과 상호 작용하는 여기 소스(321)로부터의 응답 파형(332)의 생성, 또는 표면과 상호 작용하는 여기 소스(362)로부터의 응답 파형(372)의 생성을 초래할 것이다. 표면 인터페이스가 특성화되는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 위상 분석기(146) 또는 신호 분석기(246)는 I 또는 Q 채널의 가장 큰 진폭, 또는 IQ에 의해 생성된 벡터의 가장 큰 크기를 검출하도록 작동하고, 그 큰 신호 응답의 영역을 특성화될 표면으로서 연관시키고, 후속적으로 해당 영역을 샘플링하여 변위가 추정될 수 있는 위상 오프셋의 추정치를 형성한다.

도 5는 CW 동작을 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 5의 신호 프로세서는 도 1에서와 같이 동작하고, 도 1에서와 같이 작동하지만, 송신 인터페이스(114)는 리드(502/504)를 통해 송신 변환기(524)에 직접 결합되어, 수신 변환기(530)의 수신 빔 프로파일(528)과 표면에서 일치하는 송신 빔(526)을 생성하며, 리드(506/508)를 사용하여 수신 신호를 수신 증폭기(116)로 송신하고, 여기서 신호 처리는 도 1에서 설명된 바와 같이 발생하지만, 도 5의 시스템은, 송신기가 지속적으로 송신하고, 수신기 기저 대역 신호가 지속적으로 수신되면서, 계속하여 작동한다. 이 동작은 도 3에서 설명된 펄스 송신 구성을 초과하는 신호 대역폭의 검출에 유리하다. CW 송신 신호는 수신 믹서(140 및 142)에서 DC 오프셋을 발생시키기 때문에, 송신 요소(524)와 수신 요소(530) 사이에 전자적 격리를 제공하는 것이 바람직하다. CW 처리의 경우, 저역 통과 필터(570 및 572)는 송신 클럭 속도(Ftx/2)의 절반의 나이퀴스트 속도로 설정될 수 있고, 또는 대안적으로, Ftx/2를 초과하지 않는 측정 중에 예상되는 가장 높은 응답 주파수로 설정될 수 있다. 저역 통과 필터(570 및 572 대역폭) 대역폭을 신호 대역폭에 일치시키는 이점은 대역외 노이즈 주파수(out-of-band noise frequency) 기여로 인한 과도한 노이즈 감소이다.

도 1, 2 및 5의 시스템은 초음파 트랜시버 방사 패턴(도 1 및 2의 128, 도 5의 526)이 멤브레인의 공진화된 표면(insonified surface)에서 가시화되어, 특성화되는 공진화 영역이 시각적으로 쉽게 식별될 수 있도록 한다.

광학 조명 시스템(예 : 시준된 LED, 레이저, 또는 기타 빔 소스)을 추가하여 조사중인 영역을 나타낼 수 있고, 도 1의 방사 패턴(128) 및 도 5의 526과 수렴하거나 동일 선상에 있는 광원을 추가하여 시스템을 특성화할 수 있다.

도 6은 도 5의 기저 대역 CW 시스템에 대한 파형 플롯을 보여준다. 시스템 클럭(110), 송신 파형 발생기(112), 및 송신 변환기 인터페이스(114)는 도 5의 송신 변환기에 적용되는, 도 6의 DC 바이어스 변환기 CW 신호 파형(602)을 생성하며, 도 5의 수신 변환기(530)는 도 6의 수신 신호(608)를 생성한다. cMUT 변환기는 DC 바이어스를 필요로 하는 반면, 압전 변환기는 DC 바이어스를 필요로 하지 않는다. I 및 Q 채널 저역 통과 필터(136 및 138)의 출력은 각각 파형(614 및 616)으로 표시된다. 전술한 위상 언래핑 기술은 이러한 파형에도 적용될 수 있으며, 검출된 위상이 +/- 180°경계를 교차하며 반대 경계에 래핑된다.

도 7a 및 7b는 여기(702)에 대한 CW 출력(714)을 나타내고, 믹서 출력이 믹서 출력에서 위상 변화에 대한 나이퀴스트 기준을 만족시키기에 충분히 높은 속도로 샘플링된다면, 도 5의 CW 시스템은 도 2와 3의 펄스형 도플러 시스템의 기저 대역 나이퀴스트 샘플링의 제한을 받지 않기 때문에, 도 4a 및 4b의 332 및 372의 샘플 포인트는 존재하지 않는다.

도 1 및 2의 130에 대한 변환기 유형, 및 도 5a의 524 및 530에 대한 변환기 유형은, 임의의 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT)가 될 수 있고, 또는 예를 들어, 압전 재료 PZT로 형성된 임의의 압전 변환기가 될 수 있다.

신호 프로세서에 대한 예시적인 실시예는 도 1 및 2의 펄스형 도플러 시스템 및 도 5의 CW 도플러 시스템의 실시예를 도시한다. 이들 시스템 각각은 도 2에 도시된 바와 같이, 직접 RF 샘플링을 사용하여 실행될 수 있고, 여기서, 대역 통과 필터는 시스템의 노이즈 대역폭을, 일반적으로 루트 헤르츠 당 나노 볼트로 표시되는, 으로 줄이기 위해 작동하며, 여기서,

K는 볼츠만 상수 1.38 * 10^-23 이고,

T는 시스템의 온도이며, 300°K로 가정하고,

B는 샘플링된 신호의 대역폭(도 2의 대역 통과 필터(236)의 대역폭, 또는 도 1 및 5의 저역 통과 필터(136/138)의 대역폭)이고,

R은 죤슨 노이즈를 생성하는 저항이며, 일반적으로 50ohm이다.

이상적인 시스템에서, 죤슨 노이즈는 도 1의 변환기(160) 및 프리앰프(120)에 의해 생성되며, 이 노이즈는 시스템 측정에 미치는 영향을 줄이기 위해 주파수가 제한된다. 50ohm 시스템에 대한 노이즈 플로어는 이다. 도 2의 대역 통과 필터(236)보다 도 1의 저역 통과 필터(136 및 138)와 같은 기저 대역 신호에 대해 협대역 필터링을 수행하는 것이 일반적으로 더 쉽다. 예를 들어, 1.5MHz 시스템에 대한 1차 대역 통과 필터(236)는 1MHz의 3db 대역폭을 갖지만, 원하는 신호 내용이 1KHz 미만이라 대역 통과 필터(236)에 통합하기는 어렵지만, 저역 통과 필터(136)에 통합하기는 간단하다. 따라서 1KHz에 대한 기저 대역 시스템의 샘플 노이즈 플로어는 28nV rms가 되고, 반면 1MHz 대역폭 직접 샘플링 시스템은 동일한 신호 에너지로 30배 더 높거나, 900nV rms가 된다. 시스템의 노이즈 계수(일반적으로 수신 체인의 처음 몇 개 요소에 의해 제어 됨)는 별도로 관리되고, 노이즈 계수에 따라 노이즈 플로어를 확장하므로, 6dB 노이즈 계수는 위의 rms 노이즈 플로어 값의 약 두배가 된다.

본 발명은 다양한 방식으로 실시될 수 있다. 일 실시예에서, 위상 및 진폭 분석기는 표면 여기 소스로부터의 표면 변위와 조합하여, 표면으로부터의 초음파 반사로부터 위상 측정 시퀀스의 특성화인 탄성 메트릭을 생성한다. 표면의 반응에서 파생된 탄성 메트릭은 여러 다른 현상의 표시를 제공할 수 있다. 탄성 메트릭은, 멤브레인에 인접한 표면이 기체 경계(이 경우 반사가 멤브레인 자체에서 발생함) 또는 유체 경계(이 경우 반사가 멤브레인에 인접한 유체 모두에서 발생함)를 갖는 지의 여부를 나타낼 수 있다. 탄성 메트릭은, 멤브레인 유체 경계 뒤의 유체를 특성화하는 경우, 유체의 범위 또는 특성을 나타낼 수 있고, 또는 대안적으로, 반응 히스테리시스가 있거나 없는 탄성 유체의 특성을 측정하는 수단을 제공할 수 있으며, 이에 따라, 유체는, 한 방향의 응답 동작은 반대 방향의 응답 동작과 유사하지만, 이러한 응답 동작이 특정 변위 거리를 이동한 후에만 가능하도록, 변위 응답, 또는 "메모리(memory)" 내에 오프셋을 가진다. 히스테리시스 응답의 경우, 시스템의 히스테리시스와 관련된 특정 측정 변위 후에 응답의 선형 동작을 특성화할 필요가 있다. 유체 탄성 메트릭은 표면 여기 및 반사된 초음파 특성화에 대한 표면 또는 멤브레인의 특성 응답으로부터 결정될 수 있다.

시스템의 구성 요소는 본 발명의 이해를 명확하게 하기 위해 블록 다이어그램 형태로 표시된다. 본 발명의 물리적 구성 요소는 측정될 표면에 인접하거나, 또는 그 표면으로부터의 임의의 거리를 포함하여, 어디에나 위치할 수 있음을 이해해야 한다. 측정될 표면 또는 멤브레인에 대한 요소들의 특정 배열은 명확성을 위해 그리고 본 발명의 한 예를 설명하기 위해 도시된다.

여기 발생기는 멤브레인 또는 표면에 힘을 가하기 위해 조작자가 조작하는 공기 주머니일 수 있고, 공기 변위 발생기는 교번 압력, 스텝 압력 또는 공기 퍼프를 생성한다. 여기 발생기 출력은 표면의 주변 영역에 밀봉되거나 밀봉되지 않을 수 있고, 대기 공기 또는 기타 적절한 가스와 같은 가스 퍼프를 사용한다.

표면 편향의 추정치는 속도, 가속도, 또는 시간에 따른 편향과 관련된 임의의 다른 메트릭의 측정된 추정치로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 한 예에서, 여기는 시스템의 예상 응답 주파수보다 큰 분해된 주파수 성분을 포함하는 임펄스 여기, 상승 에지, 또는 하강 에지를 갖는 스텝 또는 임펄스 응답이며, 탄성 또는 점도의 추정치는 링다운 특성을 검사하여 수행된다. 본 발명의 다른 예에서, 링다운 특성은 다음과 같은 링다운 특성으로의 응답 분해와 같은, 지수 감쇠 시간 또는 링 사이클 간격 또는 주파수 중 적어도 하나를 포함한다:

여기서:

는 일련의 측정에 대해 캡처된 위상이고;

τ는 지수 감쇠 계수이며;

f는 링 사이클 주파수이고;

t는 시간이다.

비접촉 탄성 측정의 한 예에서, 여기 발생기는 노즐을 통해 멤브레인 표면으로 향하는 공기 퍼프이며, 멤브레인은 특성화될 하부 액체를 가지고 있다. 액체는 요구르트, 치즈 또는 기타 발효 식품과 같은 반고체 식품일 수 있으며, 탄성 측정은 발효 또는 기타 시간 의존적 공정의 완료 측정을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 예에서, 여기 발생기는 박테리아 또는 기타 시간 의존적 공정을 사용하는, 발효 또는 경화되는 반고체 식품의 표면에 결합된 공기 퍼프이고, 초음파 변환기는 주기적으로 초음파 송신 이벤트로부터 반사된 신호를 수신하고, 여기서 공기 퍼프 여기 후에 식품의 이완 시간 동안 수신된 진폭 또는 위상을 원래 송신된 신호와 비교하여, 식품의 시간 종속 변위 특성을 특성화하고, 여기에 대한 응답으로 이완 시간 변화에 기초하여 탄성 또는 기타 물리적 특성을 유도한다.

본 발명의 다른 예에서, 여기 발생기는 야채 또는 과일과 같은 식품의 표면에 충격 압력을 적용하고, 식품에 적용되는 초음파 에너지는 반사되고 특성화되어, 야채 또는 과일의 시간 의존적 표면 반응을 측정하며, 이에 따라, 표면 이완 시간 동안 반사된 위상 또는 진폭 응답을 사용하여 야채 또는 과일의 숙성과 관련될 수 있는 탄성 또는 기타 물리적 특성을 결정한다. 본 발명의 한 예에서, 식품이 홀더에 배치될 수 있고, 그 표면이 공기와 같은 가스의 퍼프로 여기되고, 표면 편향 반응은 숙성도 또는 기타 특성을 추정한다. 본 발명의 다른 예에서, 여기는 식품의 표면에 대한 초음속 및/또는 이목 각도(glancing angle)로 전송되는 가스일 수 있고, 또는 하나 이상의 식품이 변형 대 압력과 같은, 압력에 대한 저주파 표면 응답을 측정하기 위해 가변 압력을 갖는 챔버에 배치될 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 여기는 하나의 표면에 적용될 수 있고, 그 반응은, 특성화되는 품목을 통해 이동하는 전파 표면파 또는 전단파의 측정 등이, 동일한 품목의 다른 표면에서 측정된다.

본 발명의 다른 예에서, 여기 발생기는 초음파 에너지가 눈에 가해지는 간격 동안, 눈과 같은 동물 또는 인간의 장기에 충격 압력을 가하고, 비접촉 여기의 적용 동안, 또는 비접촉 여기의 제거 후, 반사된 초음파의 위상 변화는 녹내장의 측정 또는 진단을 위한 안압과 관련될 수 있는 탄성을 나타낸다.

본 발명의 다른 예에서, 여기는 질소(N₂), 또는 아르곤, 이산화탄소(CO₂), 헬륨(He)과 같은 기타 비 반응성 가스, 또는 특성화될 표면의 멤브레인의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스를 포함하는, 공기 퍼프일 수 있다. 이러한 대체 가스의 경우 음향파 속도는 공기의 속도에 비해 다른 값을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 예에서, 초음파 변환기는 송신 전압 파형에 의해 각각 정전기적으로 여기된 복수의 멤브레인 표면으로 형성되어, 멤브레인 표면이 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(CMUT)와 같이, 음향파를 형성하고 송신하게 한다. 인가된 전압 파형은 또한 멤브레인 표면을 원하는 운동 범위에 위치시키기 위한 직류(DC) 성분을 포함할 수 있는 반면, 인가된 전압 파형의 교류(AC) 성분은 초음파 에너지의 생성을 위한 멤브레인의 운동을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 예에서, 초음파 변환기는 인가된 전압에 따라 기계적 형태를 변화시키는 세라믹 압전 변환기일 수 있다.

본 발명의 다양한 측면이 아래에 언급된 바와 같이 실시될 수 있다.

표면 뒤의 공기 또는 유체를 검출하고, 존재할 때, 유체의 탄성 메트릭을 추가로 추정하기 위한 신호 프로세서로서, 상기 신호 프로세서는:

초음파 에너지를 표면에 결합시키는 초음파 변환기;

표면에 측정 가능한 편향을 유발하여, 측정되는 표면에 결합된 서브 오디오, 오디오, 또는 슈퍼 오디오 여기를 생성하는 여기 발생기;

송신 간격 동안 초음파 변환기에 연결된 송신기;

송신 간격을 따르는 수신 간격 동안 초음파 변환기에 결합된 수신기; 및

표면 편향을 추정하기 위해 송신 간격의 송신 신호의 위상을 수신 간격 동안 수신 신호의 위상 및/또는 진폭과 비교하는 위상 및/또는 진폭 분석기; 를 포함하고;

상기 신호 프로세서는 표면 편향을 여기 발생기 출력과 비교하여 위상 및 진폭 분석기로부터 메트릭을 도출하고;

상기 탄성 메트릭은, 수신 신호가 공기 또는 유체로부터의 반사를 포함하는 표면으로부터의 반사인지의 여부를 나타내고, 선택적으로 표면 편향 특성으로부터 유체를 특성화한다.

여기 발생기가 정현파, 임펄스, 정상 상태, 또는 주기적 서브 오디오, 오디오 또는 슈퍼 오디오 여기 중 적어도 하나를 생성하는, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 분석기가 변환기의 고유 중심 주파수에서 변환기로부터 수신된 음향 에너지에 대해 작동하는, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 분석기가 기저 대역 주파수 스펙트럼에서 변환기로부터 수신된 음향 에너지에 대해 작동하며, 상기 기저 대역 주파수 스펙트럼은 실질적으로 송신기의 중심 주파수에 있는 반송파 주파수와 수신 신호를 혼합하여 형성되는, 신호 프로세서.

송신기가 송신 간격 동안 변환기의 중심 주파수에서 여기 전압 신호를 포함하는 송신 파형을 생성하는, 신호 프로세서.

송신 간격과 수신 간격의 합이 50 마이크로초(microsecond)보다 크고 1 밀리초(millisecond)보다 작은, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 분석기가 송신 클럭에 대해 가중 또는 비가중 평균 위상을 결정하는, 신호 프로세서.

메트릭이 수신 신호 간격 동안 변환기로부터 수신된 신호와 수신 간격 동안 동작하는 송신 클럭 사이의 시간적 위상 변화로부터 도출되는, 신호 프로세서.

메트릭이 믹서 출력 기저 대역 신호와 여기 발생기 출력 사이의 위상 관계로부터 도출되는, 신호 프로세서.

메트릭이 수신 신호 및 여기 발생기 출력의 시간적 위상 변화로부터 도출되는 신호 프로세서.

초음파 변환기가 송신 신호 에너지의 주기적인 버스트를 생성하는, 신호 프로세서.

초음파 변환기가 연속 송신 신호 에너지를 생성하는, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 분석기가 수신된 신호에 대해 작동하여 멤브레인 또는 표면으로부터의 첫 번째 반사 영역을 식별한 후, 식별된 영역 뒤의 유체를 공기 또는 액체로 특성화하는, 신호 프로세서.

식별된 영역 뒤의 유체가 액체인 경우, 측정 가능한 편향과 관련된 위상 및 진폭 응답을 사용하여 표면 탄성 또는 유체 점도를 결정하는, 신호 프로세서.

표면 또는 멤브레인으로부터의 시간적 응답을 특성화하기 위한 신호 프로세서로서, 상기 신호 프로세서는,

변위를 유발하기 위해 표면 또는 멤브레인에 적용하기 위한 서브 오디오, 오디오 또는 슈퍼 오디오 여기를 생성하는 여기 발생기;

특성화될 표면을 향해 음향파를 발사하고 표면으로부터 반사를 수신하기 위한 변환기;

변환기에서 표면의 관심 영역으로 음향파의 지향을 허용하는 시각적 표시기;

송신 간격 동안 작동하고 게이트 주파수 버스트를 변환기에 결합하는 초음파 송신기;

수신 간격 동안 작동하고 변환기에 연결된 초음파 수신기;

송신 클럭의 위상을 초음파 수신기로부터의 수신 신호와 비교하여 위상 출력을 생성하는 위상 및 진폭 검출기; 및

위상 출력을 여기 발생기 출력과 비교하고, 위상 출력과 여기 발생기 출력을 비교하여 특성화될 표면에 인접한 유체의 점도를 결정하는 반응 분석기를 포함한다.

변환기가 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT) 또는 압전 변환기 중 적어도 하나인, 신호 프로세서.

여기 발생기가 보이스 코일 액추에이터 또는 이동 다이어프램 중 적어도 하나인, 신호 프로세서.

시각적 가이드가 레이저 다이오드, 발광 다이오드, 또는 초음파 변환기로부터의 빔 프로파일에 대응하는 영역을 조명하는 광학 표시기 중 적어도 하나인, 신호 프로세서.

초음파 송신기의 반복률이 15KHz 미만인, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 검출기가 저역 통과 필터 뒤에 출력을 생성하는 기저 대역 믹서인, 신호 프로세서.

위상 및 진폭 검출기가 변환기의 중심 주파수에서 작동하는, 신호 프로세서.

응답 분석기가, 여기 발생기가 작동하는 기간에 걸쳐 복수의 샘플 포인트에 걸친 위상 출력과 여기 발생기 출력을 비교하는, 신호 프로세서.

수신 간격과 송신 간격이 동시 간격인, 신호 프로세서.

수신 간격과 송신 간격이 배타적인 간격인, 신호 프로세서.

본 발명의 바람직한 실시예가 여기에 도시되고 설명되었지만, 그러한 실시예는 단지 예로서 제공된다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 이제 본 발명에서 벗어나지 않고 다양한 변형, 변경 및 대체가 당업자에게 발생할 것이다. 본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 다음의 청구범위는 본 발명의 범위를 정의하고, 이러한 청구범위 내의 방법 및 구조, 그리고 그 균등물이 이에 의해 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (47)

1. 비접촉 의료 진단 시스템으로서,
   탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 재료의 부피에 대한 비접촉 변위력을 생성하도록 구성되며, 상기 비접촉 변위력은 스텝 또는 임펄스 압력인, 여기 발생기,
   송신 초음파 신호를 기체상 매체를 통해 탄성 표면 또는 부피를 향해 지향시키도록 구성되며, 탄성 표면 또는 부피로부터 반사된 초음파 신호를 수신하도록 구성되는, 초음파 변환기, 및
   상기 초음파 변환기에 결합되어 있고, 스텝 또는 임펄스 압력에 응답하여 조직 운동의 링 다운 특성을 분석하여 비접촉 변위력 및 반사된 초음파 신호에 응답하여 탄성 표면 또는 부피의 변위를 결정하도록 구성되는, 프로세서를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로세서는 반사된 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나를 상기 송신 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나와 비교함으로써 변위를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 프로세서는 반사된 초음파 신호의 위상과 송신 초음파 신호의 위상의 일련의 비교를 수행함으로써 변위를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 프로세서는 기저 대역 신호를 획득하기 위해 상기 반사된 초음파 신호의 기저 대역 복조를 수행하도록 추가로 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 프로세서는 일련의 기저 대역 위상 값에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   여기 발생기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 공기의 퍼프를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 비접촉 변위력은 적어도 20Hz의 주파수를 갖는, 비접촉 의료 진단 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 비접촉 변위력은 20Hz 내지 20kHz 사이의 주파수를 갖는, 비접촉 의료 진단 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 비접촉 변위력은 20Hz 미만의 주파수를 갖는, 비접촉 의료 진단 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT) 또는 압전 변환기를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기에 결합된 파형 발생기를 더 포함하고, 상기 파형 발생기는 연속파(CW) 또는 펄스 신호 발생기를 포함하고, 상기 파형 발생기는 송신 초음파 신호의 주파수의 기본 또는 고조파에서 작동하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 변위 측정에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 발생기는 상기 초음파 변환기와 구별되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 변위 측정에 기초하여 탄성 표면에 인접한 유체의 부피의 점도를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
15. 비접촉 의료 진단 시스템으로서,
    탄성 표면 또는 탄성 표면에 인접한 재료의 부피에 대한 비접촉 변위력을 생성하도록 구성되며, 비접촉 변위력은 20Hz 미만의 주파수를 가지는, 여기 발생기,
    송신 초음파 신호를 기체상 매체를 통해 탄성 표면 또는 부피를 향해 지향시키도록 구성되고, 탄성 표면 또는 부피로부터 반사된 초음파 신호를 수신하도록 구성되는, 초음파 변환기, 및
    초음파 변환기에 결합된 프로세서로서, 비접촉 변위력 및 반사된 초음파 신호에 응답하여 탄성 표면 또는 부피의 변위를 결정하도록 구성되는, 프로세서를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세서는 반사된 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나를 상기 송신 초음파 신호의 진폭 또는 위상 중 적어도 하나와 비교함으로써 변위를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는 반사된 초음파 신호의 위상과 송신 초음파 신호의 위상의 일련의 비교를 수행함으로써 변위를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는 기저 대역 신호를 획득하기 위해 상기 반사된 초음파 신호의 기저 대역 복조를 수행하도록 추가로 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는 일련의 기저 대역 위상 값에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
20. 제 15 항에 있어서,
    여기 발생기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 공기의 퍼프를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
21. 제 15 항에 있어서,
    여기 생성기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 임펄스 여기를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
22. 제 15 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(cMUT) 또는 압전 변환기를 포함하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
23. 제 15 항에 있어서,
    상기 초음파 변환기에 결합된 파형 발생기를 더 포함하고, 상기 파형 발생기는 연속파(CW) 또는 펄스 신호 발생기를 포함하고, 상기 파형 발생기는 송신 초음파 신호의 주파수의 기본 또는 고조파에서 작동하는, 비접촉 의료 진단 시스템.
24. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세서는 변위 측정에 기초하여 탄성 표면 또는 부피의 탄성 또는 점도 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
25. 제 15 항에 있어서,
    여기 발생기에 의해 생성된 비접촉 변위력은 가스 매체를 통해 전달되도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
26. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세서는 변위 측정에 기초하여 탄성 표면에 인접한 유체의 부피의 점도를 결정하도록 구성되는, 비접촉 의료 진단 시스템.
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