KR20060020508A - 다수 개의 트랜스듀서를 가진 초음파 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사되는 초음파를 서로 이격된 두 지점 이상에서 측정하여 그 복합된 데이터로서 초음파 이미지를 생성할 수 있는 휴대용 초음파 측정장치의 구조에 관한 것으로서, 초음파를 발산하고 입력받는 제 1 트랜스듀서; 상기 제 1 트랜스듀서와 소정 거리만큼 이격되어 배치된, 초음파를 발산하고 입력받는 제 2 트랜스듀서; 상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서를 스윙 운동하도록 지지하는 트랜스듀서 지지대; 상기 트랜스듀서 지지대의 스윙 운동에 대한 동력을 제공하는 제 2 스텝모터; 상기 제 2 스텝모터와 상기 트랜스듀서 지지대 사이에서 동력을 전달하는 기어부; 상기 트랜스듀서들 및 트랜스듀서 지지대, 제2 스텝모터 전체를 회전 가능하도록 지지하는 회전 지지대; 상기 회전 지지대를 회전시키는 제 1 스텝 모터; 상기 모터들과 트랜스듀서의 구동을 제어하는 구동제어부; 상기 트랜스듀서가 측정한 초음파에 대한 데이터를 출력하는 출력부; 상기 각 전기모듈에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다수 개의 트랜스듀서를 가진 초음파 측정장치{A ULTRASONIC MEASURING APPARATUS HAVING MULTIPLE TRANSDUCERS}

도 1은 종래의 초음파 측정장치의 구조도.

도 2는 종래의 초음파 측정장치를 이용한 측정모식도.

도 3은 종래의 초음파 측정장치를 이용한 측정에서의 문제점을 도시한 모식도.

도 4는 본 발명의 초음파 측정장치에 대한 구조도 및 측정 모식도.

도 5는 본 발명의 다양한 변형실시예들을 도시한 도면.

본 발명은 포터블 초음파 진단장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 두 개 이상의 트랜스듀서를 장착하여 입체적인 분석이 가능토록 한 의료용 포터블 초음파 진단장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 초음파를 이용하여 물체의 내부 상태를 파악하는 기술은 크게 의료용과 공업용으로 나뉜다. 그런데 이전까지 사용해온 대부분의 초음파 진단장치들은 카트에 싣고 다녀야 할 정도로 부피와 무게가 큰 것이 대부분이었다.

하지만, 의료용의 경우에는 특히 불편함이 따르므로 이러한 무겁고 큰 초음파 진단장치를 대체하고자 하는 움직임이 있었으며, 이러한 노력의 결과로 전기면도기 정도의 부피를 가진 포터블(portable or hand-held) 형 초음파 진단장치가 개발되어, 병원 등에서 태아의 상태 판별이나 기타 인체의 내부 상태에 대해 초음파 사진을 찍는 용도로 광범위하게 사용되고 있다.

도 1은 현재 사용되고 있는 포터블 초음파 진단장치의 한 예를 나타낸 도면으로서, 도 1a는 그 사시도를, 도 1b는 윈도우 내부 및 본체 내부에 구성된 내부 모듈 구성도를, 도 1c는 도 1b에 대해 화살표 방향에서 바라본 정면도를 나타낸 것이다.

도 1의 초음파 측정장치는 크게 측정부와 본체로 나뉜다. 측정부에는 초음파를 발산시키고 발산된 초음파가 인체의 내부 장기 등에서 반사되어 나오면 이를 수신하는 트랜스듀서, 이 트랜스듀서가 소정 각도만큼 제2 회전운동 즉, 스윙(swing) 하도록 지지하는 회전축을 포함한 트랜스듀서 지지대, 이 트랜스듀서의 스윙 운동을 제공하는 제2 스텝모터, 이 제 2 스텝 모터와 트랜스듀서 지지대 사이에 동력을 전달하는 기어부, 상기 트랜스듀서 지지대 기어부 및 제 2 스텝모터 전체를 지지하는 회전지지대, 그리고 상기 회전 지지대를 회전시키는 제 1 스텝모터로 구성된다.

여기서 제 2 스텝모터는 회전력을 기어부에 전달하고 기어부는 이를 회전축 및 트랜스듀서 지지대에 전달하여 상기 트랜스듀서를 앞뒤로 스윙하도록 한다. 또한 이와 동시에 제 1 스텝모터에 의해서 제 1 회전 운동이 가능하므로 하면, 결과적으로 시산이 지남에 따라 상기 트랜스듀서를 꼭지점으로 한 원뿔 형태로 초음파 가 발산되고 측정이 이루어진다.

도 1c에는 상기 기계적 구성 부분에 더하여 사용자에 의해 제어 명령이 입력되는 스위치부, 이 스위치부에 의해서 제어명령을 입력받아 상기 제 1 및 제 2 스텝모터와 상기 트랜스듀서를 제어하는 구동제어부, 상기 트랜스듀서가 반사된 초음파를 입력받으면 이 초음파를 이용하여 측정된 물체의 이미지를 생성하는 이미지처리부, 이 이미지를 외부의 모니터 등에 전송하는 이미지출력부를 포함하는 전자부품 모듈들의 블록도가 혼합되어 도시되어 있다.

상기 이미지 처리부는 본 포터블 초음파 측정장치 자체에 존재하기 보다는 연결된 컴퓨터 장치에 구성될 수도 있으며, 이 경우 상기 이미지 출력부는 단순히 초음파 데이터 출력부가 된다. 도시되지는 않았지만 이러한 각 전기모듈들에 전원을 공급하는 전원부도 존재하는데, 외부의 전원으로부터 전선을 통해 전원을 공급받는 방식에 더하여 상기 포터블 측정장치 자체에 배터리가 내장된 형태도 사용된다.

도2a에는 상기 초음파 측정장치가 특정 물체를 측정할 때 초음파의 발산방향이 모식적으로 그려져 있다. 상기 제2 스텝모터에 의해 트랜스듀서가 스윙하면서 도시된 방식으로 한 단면을 측정한 후, 다시 상기 제1 스텝모터에 의해 일정 각도 회전한 후 다시 측정을 행하면서 필요한 부위에 대한 전체적인 이미지데이터를 얻거나 또는 가장 화질이 좋은 각도를 찾아내어 측정하는 방식인데, 이러한 측정을 거치면 도 2b에 나타난 화상 이미지가 얻어진다.

이러한 종래의 초음파 측정장치는 그 편의성에도 불구하고 다음과 같은 단점 을 가진다. 즉, 이 장치는 도 3a에서처럼 서로 근접해서 접촉하는 상태인 인체의 장기(臟器) A와 장기 B 중, 장기 A의 외형 및 크기를 측정하고자 할 경우, 인접하고 있는 장기 B 때문에 그 모양이 정확하게 얻어지지 않는 것이다.

이를 좀 더 상세하게 설명하면, 서로 비슷한 밀도와 초음파 특성을 가진 장기 A와 장기 B는 그 경계면에서 초음파를 반사시킬 때의 강도와 장기 내부의 조직에서의 반사 강도가 비슷하므로 상기 경계면이 실제 경계인지 아니면 내부의 조직인지를 알기가 어렵고, 극단적으로는 도 3b에 나타난 것처럼 경계선이 희미하여 자칫 하나의 장기처럼 보이거나 적어도 어디가 경계면인지를 구분하기 어려워지는 것이다.

이 경우 숙련된 의사나 의료 전문가라 하더라도 경계선 바깥의 부분이 장기 A의 일부분인지, 아니면 다른 장기의 일부분인지를 구분하기가 쉽지 는데, 특히 이러한 상황은 요실금처럼 장기의 용적(volume)이 중요한 측정 지표일 경우에는 더더욱 심각한 문제가 된다.

또한, 이러한 문제에 더하여 현재의 초음파 측정장치는 2차원적인 데이터를 보여줌으로 해서 일반적으로 이미지 해석이 상대적으로 어렵고 오류를 불러오기 쉬운 단점을 가진다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 초음파 측정장치에서 반사되는 초음파를 서로 이격된 두 지점 이상에서 측정하여 그 복합된 데이터로서 초음파 이미지를 생성할 수 있는 휴대용 초음파 측정장치의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다양한 방향으로 초음파를 발산하고 측정할 수 있는 듀얼(dual) 또는 다중 트랜스듀서를 장착한 새로운 휴대용 초음파 측정장치의 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 포터블 초음파 측정장치는, 초음파를 발산하고 입력받는 제 1 트랜스듀서; 상기 제 1 트랜스듀서와 소정 거리만큼 이격되어 배치된, 초음파를 발산하고 입력받는 제 2 트랜스듀서; 상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서를 스윙 운동하도록 지지하는 트랜스듀서 지지대; 상기 트랜스듀서 지지대의 스윙 운동에 대한 동력을 제공하는 제 2 스텝모터; 상기 제 2 스텝모터와 상기 트랜스듀서 지지대 사이에서 동력을 전달하는 기어부; 상기 트랜스듀서들 및 트랜스듀서 지지대, 제2 스텝모터 전체를 회전 가능하도록 지지하는 회전 지지대; 상기 회전 지지대를 회전시키는 제 1 스텝 모터; 상기 모터들과 트랜스듀서의 구동을 제어하는 구동제어부; 상기 트랜스듀서가 측정한 초음파에 대한 데이터를 출력하는 출력부; 상기 각 전기모듈에 전원을 공급하는 전원부;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명의 기본적인 실시예는 종래와는 달리 두 개의 트랜스듀서가 한꺼번에 초음파를 발산하고 측정하는 것이다. 즉, 전술한 것처럼 종래의 장치가 경계선을 명확하게 구분하지 못하는 것은, 측정하고자 하는 부분의 측면 경계의 경우 초음파 의 입사 각도가 90도에서 많이 벗어남에 따라 아주 일부분만이 반사됨으로 반사신호의 크기의 값이 작아 측면 경계를 찾는 데 어려움이 있었기 때문인데, 본 발명에서는 두 개의 트랜스듀서를 일정 거리만큼 이격시킨 상태에서 초음파를 발산하고 각각 초음파를 수신한 다음, 이를 이미지처리부에 전송함으로써 이미지처리부는 한 지점에서 반사된 두 개의 초음파 데이터를 입력받아 그 지점과 주변의 이미지에 대해서 깊이 또는 원근을 함께 계산하도록 하는 것이다. 이는 마치 인간이나 동물들이 두 개의 눈으로써 원근을 구분하고 사물의 부피를 인식하는 것과 동일한 것으로서 이미지처리부는 이러한 분석을 통해 경계면이라고 판단되면, 필요한 경우 경계면 이미지를 더 강조하거나 기타 적절하게 처리하여 선명한 화상 데이터가 모니터에 출력되도록 하며 또한 측정장치내의 알고리즘에서 쉽고 정확하게 측면 경계를 인식할 수 있다.

도 4a는 전술한 본 발명의 기본적인 실시예를 구현한 초음파 측정장치로서 트랜스듀서A와 트랜스듀서 B가 소정 거리만큼 이격되어 배치되어 있으며 이러한 초음파 측정장치를 이용한 측정 상황이 도 4b에 모식적으로 도시되어 있다. 경계면에서 반사되는 적어도 두 개 이상의 초음파가 각각 상기 트랜스듀서들에 별개로 입력되는 상황을 보여주는 것이다. 전술한 바와 같이 이 경우에는 한 지점에서 반사된 두 개의 초음파간의 도플러 차이나 기타 강도의 차이 등을 이용하여 그 지점의 입체적 상황을 파악하게 되는 것이다.

도 4c에는 도 4b의 측정의 결과로서 출력된 초음파 사진의 예가 모식적으로 도시되어 있다. 장기 A와 장기 B의 경계면이 이미지처리부에 의해서 명확하게 나타 나 있음을 알 수 있다.

본 발명의 이러한 장점을 가진 초음파 측정장치는 다양한 변형 실시예가 가능하다. 도 5a는 두 개의 트랜스듀서가 상대적으로 긴 이격거리(L)를 가진 실시예를 보여주는 것이다. 이처럼 이격거리가 길어지면 전술한 두 초음파의 도달거리 및 도플러 효과의 차이가 더 커지므로 좀 더 정확한 이미지를 얻을 수 있다.

도 5b는 각각 별개의 스텝모터인 제2 스텝모터 A와 제2 스텝모터 B 에 의해서 구동되는 별개의 트랜스듀서를 가진 본 발명의 초음파 측정장치에 대한 또 다른 실시예가 모식적으로 도시된 것이다. 이처럼 각 트랜스듀서가 별개의 모터들에 의해서 독립적인 회동 운동이 가능해지면, 각각은 사전엔 입력된 로직에 따라 별개로 움직이면서 다양한 각도의 초음파의 측정할 수 있으므로, 단순히 측정방향이 동기화된 전술한 형태보다 좀 더 복합적이고 정확한 이미지를 얻을 수 있게 된다.

도 5c 및 도 5d는 상기 두 개의 트랜스듀서의 면 법선이 서로 평행하지 않고각각 각도 c 또는 각도 d만큼 기울어져 고정된 또다른 실시예들을 도시한 것이다. 이 경우에도 다양한 각도에서의 측정을 위한 것으로서, 단순한 동기화된 측정을 넘어서 복합적이고 입체화된 이미지를 얻을 수 있다.

본 발명은 종래의 초음파 측정장치와는 달리 두 개 이상의 트랜스듀서를 장착한 신규한 구조의 초음파 측정장치에 관한 것이다.

본 발명을 이용하면 한 지점에서 반사된 초음파를 서로 다른 두 개의 지점에서 측정할 수 있으므로 입체적인 데이터를 얻을 수 있게 된다. 따라서 종래에는 구 분하기 어려웠던 장기의 경계면 등에 대해 명확한 이미지를 얻을 수 있으므로 좀 더 정확하고 편리한 초음파 측정 및 진단이 가능해진다.

이러한 본 발명의 기술적인 원리를 이해한 당업자라면 다양한 변형 예를 손쉽게 생각해낼 수 있을 것이다. 가령, 전술한 실시예들을 혼합한다던가 또는 트랜스듀서를 세 개 이상 장착하고 삼각 탐지법 등으로 초음파 측정을 할 수 있는 장치는 본 발명의 기술적 사상 하에서 비롯된 간단하고 쉬운 변형이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 국한되지 않으면 이하에서 청구되는 특허청구범위에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 초음파 측정장치에 있어서,

   초음파를 발산하고 입력받는 제 1 트랜스듀서;

   상기 제 1 트랜스듀서와 소정 거리만큼 이격되어 배치된, 초음파를 발산하고 입력받는 제 2 트랜스듀서;

   상기 제 1 트랜스듀서 및 제 2 트랜스듀서를 스윙 운동하도록 지지하는 트랜스듀서 지지대;

   상기 트랜스듀서 지지대의 스윙 운동에 대한 동력을 제공하는 제 2 스텝모터;

   상기 제 2 스텝모터와 상기 트랜스듀서 지지대 사이에서 동력을 전달하는 기어부;

   상기 트랜스듀서들 및 트랜스듀서 지지대, 제2 스텝모터 전체를 회전 가능하도록 지지하는 회전 지지대;

   상기 회전 지지대를 회전시키는 제 1 스텝 모터;

   상기 모터들과 트랜스듀서의 구동을 제어하는 구동제어부;

   상기 트랜스듀서가 측정한 초음파에 대한 데이터를 출력하는 출력부;

   상기 각 전기모듈에 전원을 공급하는 전원부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 초음파 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 트랜스듀서 지지대, 제2 스텝모터 및 기어부는 상기 제1 및 제 2 트랜스듀서 각각에 대해 구비된 것을 특징으로 하는 포터블 초음파 측정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 트랜스듀서와 제2 트랜스듀서의 법선은 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 포터블 초음파 측정장치.
4. 초음파 측정장치에 있어서,

   초음파를 발산하고 입력받는 트랜스듀서;

   상기 트랜스듀서를 스윙 운동하도록 지지하는 트랜스듀서 지지대;

   상기 트랜스듀서 지지대의 스윙 운동에 대한 동력을 제공하는 제 2 스텝모터;

   상기 제 2 스텝모터와 상기 트랜스듀서 지지대 사이에서 동력을 전달하는 기어부;

   상기 트랜스듀서들 및 트랜스듀서 지지대, 제2 스텝모터 전체를 회전 가능하도록 지지하는 회전 지지대;

   상기 회전 지지대를 회전시키는 제 1 스텝 모터;

   상기 모터들과 트랜스듀서의 구동을 제어하는 구동제어부;

   상기 트랜스듀서가 측정한 초음파에 대한 데이터를 출력하는 출력부;

   상기 각 전기모듈에 전원을 공급하는 전원부;

   를 포함하는 것으로서,

   상기 트랜스듀서는 서로 이격된 다수 개의 트랜스듀서인 것을 특징으로 하는 포터블 초음파 측정장치.

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