KR20090005104A - 음파의 상승 초점 제어를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
어쿠스틱 프로브(100)는:
- 1차원 어레이로 배열된 복수의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 갖는 어쿠스틱 트랜스듀서(20)와,
- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서와 결합된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)를
포함한다. 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈는 전극(150, 160)에 걸쳐 인가된 선택된 전압에 대한 응답으로, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈의 적어도 하나의 특성을 조정하도록 적응된 적어도 한 쌍의 전극(150, 160)을 갖는다. 일실시예에서, 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈는:
- 공동과,
- 상기 공동 내에 배치된 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)와,
- 상기 전극 쌍을
포함한다. 상기 제1 유동성 매체에서의 음파의 음속은 상기 제2 유동성 매체에서의 음파의 음속과 다르다. 상기 제1 및 제2 유동성 매체는 서로에 관하여 혼합되지 않고, 상기 제1 유동성 매체는 상기 제2 유동성 매체와 실질적으로 다른 전도성을 갖는다.
Description
본 발명은 어쿠스틱 영상화 방법, 어쿠스틱 영상화 장치에 관한 것이며, 더 상세하게는, 조정 가능한 유체 렌즈를 이용해서 음파에 대한 상승 초점을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
(구체적으로 초음파를 포함하는) 음파는 많은 과학 또는 기술 분야 가령, 의료 진단, 기계 부품의 비파괴적 제어 및 수중 영상화 등에서 유용하게 사용된다. 음파는, 전자기파가 통과하지 못하는 매체를 통과할 수 있기 때문에 광학적 관찰에 보충되는 진단 및 제어가 가능하도록 한다.
어쿠스틱 영상화 장비는 전통적인 1차원 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이를 이용하는 장비와, 마이크로빔형성 기술을 이용해서 완전히 샘플링된 2차원 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이를 이용하는 장비 둘 다를 포함한다.
1차원 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이를 이용하는 장비에서, 어쿠스틱 트랜스듀서 요소는 단일 평면 내에서 초점형성을 최적화하는 방식으로 흔히 배열된다. 이것 은 송신 및 수신되는 어쿠스틱 압력파의 초점이 축 크기(즉, 전파 방향) 및 측면 크기(즉, 1차원 어레이 방향을 따라)로 형성되는 것을 허용한다. 평면을 벗어난 (상승) 초점형성은 어쿠스틱 트랜스듀서의 외형(geometry)에 의해 보통 조정되고, 이는 즉 상기 어쿠스틱 트랜스듀서 요소의 상승 높이가 상승 크기로 상기 어레이의 자연적인 초점을 제어하는 것이다. 대부분의 의료 어플리케이션에서, 상기 평면을 벗어난 (상승) 초점은 대부분의 어쿠스틱 에너지를 명목상의 초점 깊이에 집중시키기 위해 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이의 전방에 고정된 렌즈를 추가함으로써 또는 상기 요소가 갖는 외형(geometry)의 상승 높이를 변경함으로써 변화될 수 있다. 불행하게도, 이러한 절충안으로 인해 다른 깊이에 최적 이하의 상승 초점형성을 발생한다. 또한, 이것으로 인해 상승 방향으로 초점을 실시간 조절하는 것이 불가능하며, 이는 차례로 깊이 함수로서 다른 인터로게이트된(interrogated) 부피의 원인이 된다. 결론은 하나의 영상이 "평면을 벗어난(out-of-plane)" 정보 즉, "클러터(clutter)"로 손상된다는 사실이다.
증가된 요소 카운트(1.5차원 어레이, 2차원 어레이) 또는 조절 가능한 렌즈 물질{(리올로지컬(rheological) 지연 구조)}를 포함하는 이러한 문제에 대한 여러 기술적인 극복방안이 제안되지만, 각각의 극복방안이 보편적으로 수용되지 않는다. 각각의 요소가 개별적으로 어드레싱 가능할 경우에만(관련된 전자부품의 비용을 막대하게 증가시킴) 상기 요소 카운트를 증가시키는 것이 성공적일 수 있다. 리올로지컬한 물질과 같은 조절 가능한 지연은 최선이 아닌 극복방안을 갖는데, 이는 각각의 요소에 더하여 상기 지연을 각각 조절할 필요성이 추가적으로 존재하고 또한 복잡성을 더하기 때문이다.
따라서 어쿠스틱 영상화 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 것이며, 상기 어쿠스틱 영상화 디바이스는 바람직한 상승 초점형성을 통해 다양한 깊이로 최대한의 에너지를 전달하는 것을 가능하게 하기위한 상승 초점의 실시간 조정을 허용한다. 더욱이 사용자로 하여금 전형적인 1차원 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이를 사용하는 것과 추가적인 "평면을 벗어난"초점형성을 추가하는 것 사이에서 쉽게 전환하도록 하는 이러한 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일상승에 있어서, 어쿠스틱 영상화 장치는:
- 어쿠스틱 프로브로서:
. 1차원 어레이로 배열된 복수의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 갖는 어쿠스틱 트랜스듀서와,
. 상기 어쿠스틱 트랜스듀서에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈로서, 전극에 걸쳐 인가된 선택된 전압에 대한 응답으로, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈의 적어도 하나의 특성을 조정하도록 적응되는, 적어도 한 쌍의 전극을 갖는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 포함하는, 어쿠스틱 프로브와,
- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서에 연결된 어쿠스틱 신호 프로세서와,
- 선택된 전압을 상기 전극 쌍에 인가하도록 적응된 가변 전압 공급 장치와,
- 상기 가변 전압 공급 장치를 제어하여 상기 선택된 전압을 상기 전극 쌍에 인가하도록 적응된 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 상승에서, 어쿠스틱 프로브는:
- 1차원 어레이로 배열된 복수의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 갖는 어쿠스틱 트랜스듀서와,
- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈로서, 전극에 걸쳐 인가된 선택된 전압에 대한 응답으로, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈의 적어도 하나의 특성을 조정하도록 적응되는, 적어도 한 쌍의 전극을 갖는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 포함한다.
본 발명의 또 다른 상승에서, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법은:
(1) 어쿠스틱 프로브를 환자에게 적용하는 단계와,
(2) 상기 어쿠스틱 프로브의 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 제어하여 바람직한 상승 초점에 초점을 형성하게 하는 단계와,
(3) 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈로부터, 바람직한 상승 초점에 대응하는 타깃 영역에서 나오는 음파를 어쿠스틱 트랜스듀서에서 수신하는 단계와,
(4) 상기 어쿠스틱 트랜스듀서로부터, 상기 수신된 음파에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
도 1a-b는 어쿠스틱 트랜스듀서에 결합된 가변성 굴절 어쿠스틱 렌즈를 포함하는 어쿠스틱 프로브의 일실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 어쿠스틱 영상화 장치의 상승 초점을 제어하는 방법에 관한 일실시예의 흐름도.
도 3은 다른 어쿠스틱 영상화 장치의 일실시예에 관한 블록도.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 지금부터 더 완전히 설명될 것인데, 상기 도면에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된다. 그러나 이러한 발명은 다른 형태로 구체화될 수 있어서 본 명세서에서 기재된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예는 본 발명의 가르침의 예로서 제공된다.
가변-초점 유체 렌즈(variable-focus fluid lens) 기술은 특히, 광이 특정 굴절률을 갖는 액체로 채워진 공동의 물리적 경계의 변경을 통해 초점형성하기 위한 명백한 목적으로 최초로 개발된 해법이다(PCT 공보 WO2003/069380 참조바람, 상기 공보는 본 명세서에서 완전히 기재된 것과 같이 참고로 본 명세서에서 전체적으로 병합됨). 전자-습윤(electro-wetting) 기술로 알려진 프로세스는 유체 표면의 움직임을 달성하는데, 여기서 공동 내의 유체는 전도성 전극의 양단에 전압의 인가에 의해 이동한다. 표면 토폴로지(surface topology)에 있어서 이러한 변화는 광이 상기 이동 경로를 변경하는 방법으로 굴절되게 하고, 이로써 상기 광을 집중시킨다.
한편, 초음파는 유동성 매체(fluid medium) 내에서 전파된다. 사실상, 인간의 몸은 압축파를 제외한 고주파의 음파를 지원할 수 없는 유체로 종종 불려진다. 이러한 점에서, 상기 압축파는 벌크 조직(bulk tissue)에서의 어쿠스틱 전파 속도의 차이뿐만 아니라 경계면에서 음속의 갑작스런 변화에 의한 왜곡에 민감하다. 이러한 특성이 PCT 공보 WO2005/122139에서 설명되고, 이 공보는 본 명세서에서 완전히 기재되는 것과 같이 참고로 본 명세서에서 완전히 병합된다. PCT 공보 WO2005/122139는 어쿠스틱 트랜스듀서로/로부터 초음파를 집중시키기 위해 렌즈와 접촉하는 벌크 티슈와 다른 어쿠스틱의 음속을 갖는 가변성-초점 유체 렌즈의 사용을 개시한다. 그러나 PCT 공보 WO2005/122139는 음파의 상승 초점 제어를 위한 1차원 어쿠스틱 트랜스듀서 어레이에 가변성-초점 유체 렌즈 기술이 적용되는 것을 개시하거나 가르치지 않는다.
하나 이상의 어쿠스틱 디바이스 실시예가 아래에 개시되는데, 상기 어쿠스틱 디바이스는:
- 음파를 생성하는 어쿠스틱 제너레이터와,
- 상기 음파를 가변적으로 굴절시키는 것이 가능한 어쿠스틱 경계면과,
- 상기 어쿠스틱 제너레이터로부터의 음파를 상기 어쿠스틱 경계면으로 유도하는 수단을 포함한다. 유익하게, 상기 어쿠스틱 경계면은 음파가 다른 음속을 갖는 두 종류의 분리된 유동성 매체 사이에 있는 경계와, 이 경계의 적어도 일부의 변위를 선택적으로 야기하기 위해 상기 유동성 매체 중 하나의 일부에 직접적으로 힘을 가하는 수단을 포함한다.
도 1a-b는 어쿠스틱 트랜스듀서(20)에 결합된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 포함하는 어쿠스틱 프로브(100)의 일실시예를 도시한다. 이점으로서, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)는 아래서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전파 축을 따라{"초점기능(focus)"} 그리고 또한 이 평면에 수직인{"편향기능(deflection)"} 음파의 상승 초점을 가변시키는 능력을 지닌다. 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)는 하우징(110), 커플링 요소(120), 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142), 제1 전극(150) 및 적어도 하나의 제2 전극(160a)을 포함한다. 하우징(110)은 예컨대 원통 형태를 가질 수 있다. 이점으로서, 하우징(100)의 상단과 하단은 실질적으로 음향이 통과되지만, 상기 음파는 하우징(110)의 옆면을 관통하지 못한다. 어쿠스틱 트랜스듀서(20)는 이점으로 하나 이상의 어쿠스틱 정합 층(130)에 의해 하우징(110)의 밑면과 결합된다.
일실시예에서, 어쿠스틱 프로브(100)는 전송 모드 및 수신 모드 둘 다로 동작하도록 적응된다. 이러한 경우에, 전송 모드로 어쿠스틱 트랜스듀서(20)는 이곳에 입력된 전기 신호를 상기 어쿠스틱 프로브가 출력하는 음파로 변환한다. 수신 모드로, 어쿠스틱 트랜스듀서(20)는 상기 프로브가 수신하는 음파를 이 프로브가 출력하는 전기 신호로 변환한다. 어쿠스틱 트랜스듀서(20)는 음파에 관한 종래 기술에서 잘 알려진 유형의 것이다. 이점으로서, 어쿠스틱 트랜스듀서(20)는 1차원 어레이의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 포함한다.
대안적인 실시예에서, 어쿠스틱 프로브(100)는 그 대신 수신전용 모드로 동작하도록 적응될 수 있다. 이러한 경우에, 전송 트랜스듀서가 별도로 제공된다.
이점으로, 커플링 요소(120)는 하우징(110)의 한쪽 단부에 제공된다. 커플링 요소(120)는 신체 가령, 인간의 몸에 눌러질 때 접촉면(contact area)을 몸에 접촉 시키도록(developing) 설계된다. 이점으로서, 커플링 요소(120)는 커플링 고체 물질 가령, 마일라 필름(즉, 어쿠스틱 윈도우) 또는 몸에 대해 실질적으로 동일한 어쿠스틱 임피던스를 갖는 프라스틱 막(plastic membrane)으로 채워진 밀봉된 휘기 쉬운 포켓(pocket)을 포함한다.
하우징(110)은 볼륨(V)을 갖는 밀봉된 공동을 둘러싸는데, 이 공동에 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)가 제공된다. 일실시예에서, 예컨대 하우징(110) 내에서 공동의 볼륨(V)은 즉 하우징(110)의 축을 따라서 지름이 약 0.8cm이고 높이가 약 1cm이다.
이점으로서, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)에서의 음속은 서로 다르다(즉, 음파는 이 음파가 유동성 매체 142에서 전파되는 것과는 다른 속도로 유동성 매체 141에서 전파된다). 또한, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)는 서로 쉽게 혼합되지 않는다. 그러므로 이들은 공동에서 항상 분리된 유체 위상(fluid phases)으로 유지된다. 상기 제1 및 제2 유동성 매체(141,142) 사이의 분리는 어떠한 고체 부분이 없이, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 경계를 한정하는 접촉면 또는 메니스커스이다. 또한 이점으로서, 두개의 유동성 매체(141, 142) 중 하나의 유동성 매체는 전기적으로 전도성을 갖고, 나머지 유동성 매체는 전기적으로 전도성을 실질적으로 갖지 않는 즉, 전기적으로 절연성을 갖는다.
일실시예에서, 제1 유동성 매체(141)는 주로 물로 구성된다. 예컨대, 이는 염용액일 수 있으며, 이온 함유량은 전기적으로 극성 거동(polar behavior)을 갖고 즉, 전기적으로 전도성을 지니기에 충분히 높다. 그러한 경우에, 제1 유동성 매 체(141)는 예컨대 둘 다 1 mol.1-1의 농도를 갖는 칼륨 및 염화물 이온을 포함할 수 있다. 이것은 대안적으로, (예컨대, 0.1 mol.1-1의 농도를 갖는) 나트륨 또는 칼륨과 같은 이온의 존재로 인해 실질적인 컨덕턴스를 갖는 물과 에틸알코올의 혼합물일 수 있다. 제2 유동성 매체(142)는 예컨대 전계에 민감하지 않은 실리콘 오일을 포함할 수 있다. 이점으로서, 상기 제1 유동성 매체(141)에서의 음속은 1480 m/s일 수 있는 반면에, 상기 제2 유동성 매체(142)에서의 음속은 1050 m/s일 수 있다.
이점으로서, 제1 전극(150)이 하우징(110)에 제공되므로 전기적으로 전도성을 갖는 두개의 유동성 매체(141, 142) 중 하나의 유동성 매체와 접촉된다. 도 1a-b의 예에서, 유동성 매체(141)가 전기적으로 전도성을 갖는 유동성 매체이고 유동성 매체(142)는 실질적으로 전기적으로 전도성을 갖지 않는 유동성 매체라는 사실이 가정된다. 그러나 유동성 매체(141)가 실질적으로 전기적으로 전도성을 갖지 않는 유동성 매체일 것이고, 유동성 매체(142)가 전기적으로 전도성을 갖는 유동성 매체일 것이라는 점이 이해되어야 한다. 그러한 경우에, 제1 전극(150)은 유동성 매체(142)와 접촉되도록 배열될 것이다. 또한 그러한 경우에, 도 1a-b에서 도시된 바와 같이 접촉 메니스커스의 오목부(concavity)는 반전된다.
한편, 제2 전극(160a)이 하우징(110)의 측(옆)벽을 따라 제공된다. 선택적으로, 두개 이상의 제2 전극(160a, 160b 등)은 하우징(110)의 측(옆)벽(들)을 따라서 제공된다. 전극(150, 160a)은 변경할 수 있는 전압 공급 장치의 두개의 출력단에 연결된다(도 1a-b에서 도시되지 않음).
조작 상, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)는 다음과 같이 어쿠스틱 트랜스듀서(20)와 연계하여 동작한다. 도 1a의 예시적인 실시예에서, 변경할 수 있는 전압 공급 장치에 의해 전극(150, 160) 사이에 인가된 전압이 0일 경우, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 접촉면은 메니스커스(M1)이다. 알려진 방식으로는, 상기 메니스커스의 형태는 하우징(110) 측벽의 내면이 갖는 표면 특성에 의해 결정된다. 이의 형태는 실질적으로 동일한 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)의 밀도일 경우에 특히 대략적으로 구의 일부이다. 상기 음파(W)가 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)에서 다른 전파 속도를 갖기 때문에, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142)로 채워진 볼륨(V)은 상기 음파(W)에서 수렴성 렌즈의 역할을 한다. 그러므로 프로브(100)에 들어가는 음파(W)의 발산(량)은 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 접촉면을 가로지를 때 줄어든다. 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)의 초점 길이는 어쿠스틱 트랜스듀서(20)에서 상기 음파의 소스 포인트까지의 거리이므로, 상기 음파는 어쿠스틱 트랜스듀서(20)에 닿기 전에 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(20)에 의해 2차원으로 만들어진다.
상기 변경할 수 있는 전압 공급 장치에 의해 전극(150,160) 사이에 인가된 전압이 양의 값 또는 음의 값으로 설정되는 경우에, 상기 메니스커스의 형태는 전극(150, 160) 사이의 전계로 인해 변하게 된다. 특히, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 접촉면에 인접한 제1 유동성 매체(141)의 일부 상에 힘이 가해진다. 제1 유동성 매체(141)의 극성 거동으로 인해, 이 유체가 전극(160) 쪽으로 더 가깝게 이동하는 경향이 있으므로, 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 접촉면은 도 1b의 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이 평평하게 된다. 도 1b에서, M2는 전압이 0이 아닌 값이 되도록 설정되는 경우에 상기 접촉면의 모양을 나타낸다. 상기 접촉면의 형태에 있어서 이러한 전기적으로 제어되는 변화를 전자-습윤 기술(electrowetting)이라고 부른다. 제1 유동성 매체(141)가 전기적으로 전도성을 갖는 경우에, 전압이 인가될 때 제1 및 제2 유동성 매체(141, 142) 사이의 접촉면의 모양의 변화는 앞서 설명된 바와 동일하다. 상기 접촉면이 평평하게 됨으로 인해, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)의 초점 길이는 전압이 0이 아닐 경우 증가한다.
이점으로서, 도 1a-b의 예에서는, 유동성 매체(141)가 주로 물로 구성되는 경우에, 적어도 하우징(110)의 밑바닥은 친수성 코팅(170)으로 코팅된다. 유동성 매체(142)가 주로 물로 구성되는 다른 예에서도 물론, 하우징(110)의 상부(top wall)이 그 대신 친수성 코팅(170)으로 코팅될 수 있다.
한편, PCT 공보 WO2004051323은 가변성-굴절 유체 렌즈의 메니스커스를 기울이는 것에 대한 상세한 설명을 제공하는데, 이는 본 명세서에서 완전히 기재되어 있는 것과 같이 참고로 본 명세서에 완전히 병합된다.
이점으로서, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 어쿠스틱 트랜스듀서(20)에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)의 결합은 전통적인 1차원 트랜스듀서 어레이를 대체하며, 상기 바람직한 상승 초점형성을 통해 다양한 깊이로 최대 에너지 전달을 가능하게 하기 위한 상승 초점을 실시간으로 조정하는 추가적인 이점이 있다.
도 2는 실시간 상승 초점 제어를 제공하기 위한 어쿠스틱 영상화 장치(200)의 실시예에 관한 블록도로서, 상기 어쿠스틱 영상화 장치는 어쿠스틱 트랜스듀서에 결합된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 포함하는 어쿠스틱 프로브를 사용한다. 어쿠스틱 영상화 장치(200)는 프로세서/제어기(210), 전송 신호 소스(220), 송/수신 스위치(230), 어쿠스틱 프로브(240), 필터(250), 이득/감쇠기 스테이지(260), 어쿠스틱 신호 프로세싱 스테이지(270), 상승 초점 제어기(280) 및 가변 전압 공급 장치(290)를 포함한다. 한편, 어쿠스틱 프로브(240)는 어쿠스틱 트랜스듀서(244)에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)를 포함한다.
어쿠스틱 프로브(240)는 도 1에 관하여 위에서 설명된 바와 같이 어쿠스틱 프로브(100)로 구현될 수 있다. 그러한 경우에, 이점으로서 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)의 두개의 유체(141,142)는 정합 임피던스를 갖지만, 다른 음속을 갖는다. 이것은 상기 음파의 최대 전방향 전파를 허용하고, 빔의 방향에 대한 제어를 허용한다. 이점으로서, 유체(141,142)는 음속이 상기 초점형성에서의 유연성과 상기 음파의 굴절성을 최대화하도록 선택된 음속을 갖는다.
이점으로서, 어쿠스틱 트랜스듀서 요소(244)는 어쿠스틱 트랜스듀서 요소들의 1차원 어레이로 이루어져 있다.
동작상으로, 어쿠스틱 영상화 장치(200)는 다음과 같이 동작한다.
상승 초점 제어기(280)는 가변 전압 공급 장치(290)에 의해 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)의 전극에 인가된 전압을 제어한다. 위에서 설명된 바와 같이, 이는 차례로 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)의 "초점 길이"를 제어한다.
가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)에 있는 두개의 유체에 의해 한정된 메니스커스의 표면이 정확한 토폴로지(topology)에 이를 경우, 프로세서/제어기(210)는 전송 신호 소스(220)를 제어하여 바람직한 음파를 생성하기 위해 어쿠스틱 트랜스듀서(244)에 인가될 바람직한 전기 신호를 생성한다. 하나의 경우에 있어서, 전송 신호 소스(220)는 M-모드로 동작하는 쇼트 타임(short time)(광대역) 신호, 아마도 다른 영상화 기술을 위한 펄스 파형 도플러 또는 다른 관련된 신호를 허용하는 쇼트 톤-버스트(short tone-burst)를 생성하도록 제어될 수 있다. 전형적인 용도는 임상적으로 중요한 영역으로 조정된 고정된 상승 초점을 갖는 평면을 영상화하는 것일 수 있다. 다른 용도는 멀티플 초점을 갖는 평면을 영상화하는 것, 즉 상기 상승 초점을 조절하여 축의 초점 영역으로 전달되는 에너지를 최대화하는 것일 수 있다. 상기 어쿠스틱 신호는 정상 에코, M-모드 또는 PW 도플러와 같은 타임-도메인 분해(time-domain resolved) 신호 또는 CW 도플러와 같은 넌-타임 도메인 분해(non-time domain resolved) 신호일 수 있다.
도 2의 실시예에서, 어쿠스틱 프로브(240)는 송신 모드 및 수신 모드 둘 다로 동작하도록 적응된다. 위에서 설명된 바와 같이, 대안적인 실시예에서 어쿠스틱 프로브(240)는 그 대신 수신전용 모드로 동작하도록 적응될 수 있다. 그러한 경우에, 전송 트랜스듀서가 별도로 제공되고, 송/수신 스위치(230)는 생략될 수 있다.
도 3은 도 2의 어쿠스틱 영상화 장치(200)의 상승 초점을 제어하는 방법(300)의 일실시예에 관한 흐름도를 도시한다.
제1 단계(305)에서, 어쿠스틱 프로브(240)는 환자에게 연결된다.
그 다음 단계 310에서, 상승 초점 제어기(280)는 타깃 상승에 초점을 맞추기 위해 가변 전압 공급 장치(290)에 의해 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)의 전극에 인가된 전압을 제어한다.
다음으로 단계 315에서, 프로세서/제어기(210)는 전송 신호 소스(220)와 송/수신 스위치(230)를 제어하여 바람직한 전기 신호(들)를 어쿠스틱 트랜스듀서(244)에 인가한다. 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)는 어쿠스틱 트랜스듀서(244)와 연계하여 동작하여 음파를 생성하고 타깃 상승을 포함하는 환자의 타깃 부분에 상기 음파를 집중시킨다.
따라서 단계 320에서, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)는 상기 환자의 타깃 부분으로부터 음파를 수신하기위해 어쿠스틱 트랜스듀서(244)와 함께 동작한다. 이 때, 프로세서/제어기(210)는 어쿠스틱 트랜스듀서(244)를 필터(250)에 연결하기 위한 송/수신 스위치(230)를 제어하여 어쿠스틱 트랜스듀서(244)로부터의 전기 신호(들)를 필터(250)에 출력한다.
다음으로 단계 330에서, 필터(250), 이득/감쇠기 스테이지(260), 및 어쿠스틱 신호 프로세싱 스테이지(270)는 어쿠스틱 트랜스듀서(244)로부터의 전기 신호를 컨디셔닝하고 이로부터 수신된 어쿠스틱 데이터를 생성하기 위해 함께 동작한다.
그 다음 단계 340에서, 상기 수신된 어쿠스틱 데이터는 어쿠스틱 영상화 장치(200)의 어쿠스틱 신호 프로세싱 스테이지(270)의 메모리(미도시)에 저장된다.
다음으로 단계 345에서, 프로세서/제어기(210)는 다른 상승 평면에 초점형성 하는지에 대한 여부를 결정한다. 만일 초점형성 한다면, 단계 350에서 새로운 상승 평면이 선택되고 단계 310에서 프로세스는 반복된다. 만일 초점형성하지 않는다면, 단계 355에서 어쿠스틱 신호 프로세싱 스테이지(270)는 상기 수신된 어쿠스틱 데이터를 처리하여(아마도 프로세서/제어기 210과 결합해서) 영상을 생성 및 출력시킨다.
마지막으로 단계 360에서, 어쿠스틱 영상화 장치(200)는 영상을 출력한다. 일반적으로, 상기 방법(300)은 상기 어쿠스틱 신호가 정상 에코, M-모드 또는 PW 도플러와 같은 타임-도메인 분해(time-domain resolved) 신호 또는 CW 도플러와 같은 넌-타임 도메인 분해(non-time domain resolved) 신호일 경우 측정하도록 적응될 수 있다.
바람직한 실시예가 본 명세서에서 개시되지만, 본 발명의 개념과 범위 내에서 많은 변형이 가능하다. 이러한 변형은 상세한 설명, 도면 및 청구범위를 검열한 이후 당업자에게 더 분명해 질 것이다. 그러므로 본 발명은 첨부된 청구범위의 사상과 범위 내에서를 제외하고는 제한되지 않아야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 어쿠스틱 영상화 방법, 어쿠스틱 영상화 장치에 이용가능 하며, 더 상세하게는, 조정 가능한 유체 렌즈를 채용해서 음파에 대한 상승 초점을 제어하기 위한 방법 및 장치에 이용가능 하다.
Claims (20)
- 어쿠스틱 영상화 장치(200)에 있어서,- 어쿠스틱 프로브(240, 100)로서:. 1차원 어레이로 배열된 복수의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 갖는 어쿠스틱 트랜스듀서(244,20)와,. 상기 어쿠스틱 트랜스듀서(244,20)에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)로서, 전극(150, 160) 양단에 인가된 선택된 전압에 대한 응답으로, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242, 10)의 적어도 하나의 특성을 조정하도록 적응되는, 적어도 한 쌍의 전극(150, 160)을 갖는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)를 포함하는, 어쿠스틱 프로브(240, 100)와,- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서(244)에 연결된 어쿠스틱 신호 프로세서(270)와,- 선택된 전압을 상기 전극 쌍(150, 160)에 인가하도록 적응된 가변 전압 공급 장치(290)와,- 상기 가변 전압 공급 장치(290)를 제어하여 상기 선택된 전압을 상기 전극 쌍(150, 160)에 인가하도록 적응된 제어기(210)를포함하는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 1항에 있어서,- 전송 신호 소스(220)와,- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서(244)를 상기 전송 신호 소스(220) 및 어쿠스틱 신호 프로세서(270)에 선택적으로 연결하도록 적응된 송/수신 스위치(230)를더 포함하는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242)는:- 공동과,- 상기 공동 내에 배치된 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)와,- 제1 및 제2 전극(150, 160)을포함하되,상기 제1 유동성 매체(141)에서의 음파의 음속은 상기 제2 유동성 매체(142)에서 대응하는 음파의 음속과 다르고,상기 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)는 서로에 관하여 혼합되지 않고,상기 제1 유동성 매체(141)는 상기 제2 유동성 매체(142)와 실질적으로 다른 전도성을 갖는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제1 및 제2 유동성 매체는 실질적으로 동일한 밀도를 갖는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 3항에 있어서,가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈는 공동을 한정하는 하우징(110)을 포함하고, 상기 전극 쌍 중 제1 전극은 상기 하우징(110)의 바닥 또는 상부에 제공되고, 전극 쌍 중 제2 적극은 상기 하우징(110)의 상승 벽에 제공되는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 3항에 있어서,전극 쌍 중 제1 전극(150)은 더 큰 전도성을 갖는 제1 및 제2 유동성 매체(141,142) 중 하나와 접촉해서 제공되고, 전극 쌍 중 제2 전극(160)은 더 큰 전도성을 갖는 제1 또는 제2 유동성 매체(141,142)로부터 분리되는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,20)는 적어도 하나의 어쿠스틱 정합 층(130)에 의해 어쿠스틱 트랜스듀서(244,10)에 결합되는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 제 1항에 있어서,전극(150,160) 양단에 인가된 선택된 전압에 응답하여 조정되는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 적어도 하나의 특성은 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 초점과 상승을 포함하는, 어쿠스틱 영상화 장치.
- 어쿠스틱 프로브(100)에 있어서,- 1차원 어레이로 배열된 복수의 어쿠스틱 트랜스듀서 요소를 갖는 어쿠스틱 트랜스듀서(20)와,- 상기 어쿠스틱 트랜스듀서(10)에 연결된 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)로서, 전극(150, 160)에 걸쳐 인가된 선택된 전압에 대한 응답으로, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)의 적어도 하나의 특성을 조정하도록 적응되는, 적어도 한 쌍의 전극(150, 160)을 갖는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)를 포함하는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 9항에 있어서,상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)는:- 공동과,- 상기 공동 내에 배치된 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)와,- 한 쌍의 전극(150, 160)을포함하되,상기 제1 유동성 매체(141)에서의 음파의 음속은 상기 제2 유동성 매체(142)에서 대응하는 음파의 음속과 다르고,상기 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)는 서로에 관하여 혼합되지 않고,상기 제1 유동성 매체(141)는 상기 제2 유동성 매체(142)와 실질적으로 다른 전도성을 갖는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 10항에 있어서,상기 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)는 실질적으로 동일한 밀도를 갖는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 10항에 있어서,가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(10)는 공동을 한정하는 하우징(110)을 포함하고, 상기 전극 쌍 중 제1 전극(150)은 상기 하우징(110)의 바닥 또는 상부에 제공되고, 전극 쌍 중 제2 적극(160)은 상기 하우징(110)의 상승 벽에 제공되는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 10항에 있어서,상기 전극 쌍 중 제1 전극(150)은 더 큰 전도성을 갖는 제1 및 제2 유동성 매체(141,142) 중 하나와 접촉해서 제공되고, 전극 쌍 중 제2 전극(160)은 더 큰 전도성을 갖는 제1 및 제2 유동성 매체(141,142)로부터 분리되는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 9항에 있어서,상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)는 적어도 하나의 어쿠스틱 정합 층(130)에 의해 어쿠스틱 트랜스듀서 요소(244,20)에 결합되는, 어쿠스틱 프로브.
- 제 9항에 있어서,전극(150,160) 양단에 걸쳐 인가된 선택된 전압에 응답하여 조정되는 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 적어도 하나의 특성은 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 초점과 상승을 포함하는, 어쿠스틱 프로브.
- 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법(300)에 있어서,(1) 어쿠스틱 프로브를 환자에게 적용하는 단계(305)와,(2) 상기 어쿠스틱 프로브의 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 제어하여 바람직한 상승 초점에 집중시키는 단계(310)와,(3) 상기 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈로부터, 바람직한 상승 초점(320)에 대응하는 타깃 부분에서 나오는 음파를 어쿠스틱 트랜스듀서에서 수신하는 단계(320)와,(4) 상기 어쿠스틱 트랜스듀서로부터, 상기 수신된 음파에 대응하는 전기 신호를 출력하는 단계(330)를포함하는, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법.
- 제 16항에 있어서,(5) 트랜스듀서에 의해 출력된 전기 신호에서 수신된 어쿠스틱 데이터를 생성하는 단계(330)를더 포함하는, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법.
- 제 17항에 있어서,(6) 상기 수신된 어쿠스틱 데이터를 메모리에 저장하는 단계(340)와,(7) 다른 상승 초점에 집중시키는지에 대한 여부를 결정하는 단계(345)와,(8) 다른 상승 초점이 선택되는 경우에, 새로운 상승 초점을 위해 단계(1)에서 단계(7)까지 반복하는 단계(350)와,(9) 더 이상의 상승 초점이 선택되지 않는 경우에, 상기 저장된 어쿠스틱 데이터를 처리하고 이 처리된 어쿠스틱 데이터로부터의 영상을 출력하는 단계(355)를더 포함하는, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법.
- 제 16항에 있어서,단계(3)에 앞서, 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈에 결합된 어쿠스틱 트랜스듀서에 전기 신호를 인가하여 바람직한 상승 초점에 집중된 음파를 생성하는 단계(315)를 더 포함하는, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법.
- 제 16항에 있어서,타깃 영역에 초점 형성하기 위해 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈를 제어하는 단계(310)는 서로에 관하여 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 하우징(110)에 배치된 두개의 유체(141,142)를 변위시키도록 가변성-굴절 어쿠스틱 렌즈(242,10)의 전극(150,160)에 전압을 인가하는 단계를 포함하되,상기 두개의 유체(141,142)는 서로에 관하여 다른 음파 전파 속도를 갖는, 음파를 이용해서 측정을 실행하는 방법.
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