KR20090057837A - Ultrasound synthetic aperture beamformer and ultrasound image apparatus using the beamformer - Google Patents

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KR20090057837A
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Abstract

An ultrasound synthetic aperture beamformer and ultrasound image apparatus using the same are provided to display a clean ultrasonic image in real time by using SAFT(Synthetic Aperture Focusing Technique). A synthetic aperture beamformer(1) has N channels and M synthetic transmit apertures. The synthetic aperture beamformer comprises the beamformer with n single-channels. The single channel beamformer outputs M data. A channel selection switch unit(100), a plurality of interpolators(110), a plurality of memories(120), a plurality of time delay calculators(130), a plurality of demultiplexers(140), and plurality of apodization calculators(150).

Description

초음파 합성 구경 빔포머 및 이를 이용한 초음파 영상 장치{Ultrasound Synthetic Aperture Beamformer and Ultrasound image apparatus using the beamformer}Ultrasound Synthetic Aperture Beamformer and Ultrasound image apparatus using the beamformer

본 발명은 초음파 영상 장치의 합성 구경 빔포머에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 합성 구경 집속 기법을 적용하되 하드웨어를 간단하게 하면서도 실시간 영상을 디스플레이시킬 수 있도록 하여 상용화를 가능하게 한 합성 구경 빔포머 및 이를 적용한 초음파 영상 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a composite aperture beamformer of an ultrasonic imaging apparatus. More specifically, the composite aperture beamformer enables a commercialization by applying a synthetic aperture focusing technique to display a real-time image while simplifying hardware. The present invention relates to an applied ultrasonic imaging apparatus.

초음파 영상 장치는 초음파 변환자(piezoelectric transducer)를 이용하여 전기 신호를 초음파로 바꾸어 송신하고, 관찰하고자 하는 물체로부터 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신하여 전기 신호로 변환한 후 이를 신호 처리하여 영상으로 사용자에게 전달한다. The ultrasound imaging apparatus converts an electric signal into an ultrasonic wave by using a piezoelectric transducer, receives an ultrasonic signal reflected from an object to be observed, converts it into an electric signal, and then processes the signal into an image. To pass.

도 1은 일반적인 초음파 영상 장치 중 B-모드 영상장치를 전체적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 초음파 변환자는 송신부로부터 전기 신호를 받아 초음파를 송신하고, 수신된 초음파를 전기 신호로 변환하여 수신부로 전달한다. 이렇 게 수신된 신호를 이용하여 수신 집속부에서는 주사선(Scan line)을 생성하고 이러한 방법을 통해 얻어진 다수의 주사선들은 에코 신호 처리부와 디지털 주사선 변환기를 거쳐 실시간으로 2차원 단면 영상을 구성한다. FIG. 1 is a block diagram of an overall B-mode imaging apparatus in a general ultrasound imaging apparatus. Referring to FIG. 1, the ultrasonic transducer receives an electrical signal from a transmitter and transmits ultrasonic waves, converts the received ultrasonic waves into electrical signals, and transmits the ultrasonic signals to the receiver. Using the received signal, the reception focusing unit generates a scan line, and a plurality of scan lines obtained through this method form a 2D cross-sectional image in real time through an echo signal processing unit and a digital scan line converter.

초음파 영상 장치에 있어서, 초음파 변환자가 배열형태로 배치된 배열 변환자를 이용하여 집속하는 방법으로서, 수신 동적 집속 기법이 일반적으로 사용된다. 도 2는 종래의 수신 동적 집속 기법을 적용한 수신 동적 빔포머(Beamformer)로서, N 채널을 갖는 수신 동적 빔포머의 구조를 도시한 블록도이며, 도 3은 도 2의 수신 동적 빔포머 중 1 채널에 대한 빔포머를 상세하게 도시한 블록도이다. 도 4는 전술한 수신 동적 빔포머의 10개의 주사선에 대한 주사 과정을 예시적으로 도시한 그림이다. 도 4를 참조하면, 상기 수신 동적 빔포머는 초음파 신호를 한 번 송신하여 하나의 주사선을 생성하며, 생성하는 주사선들은 모두 각각의 배열변환자의 중앙에 위치하게 된다. 이 때 프레임율은 수학식 1과 같다. In an ultrasound imaging apparatus, a reception dynamic focusing technique is generally used as a method of focusing an ultrasound transducer using an array transducer arranged in an array. FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a reception dynamic beamformer having an N channel as a reception dynamic beamformer using a conventional reception dynamic focusing technique. FIG. 3 is a channel diagram of the reception dynamic beamformer of FIG. 2. This is a block diagram showing the beamformer in detail. 4 is a diagram exemplarily illustrating a scanning process for 10 scan lines of the aforementioned reception dynamic beamformer. Referring to FIG. 4, the reception dynamic beamformer transmits an ultrasonic signal once to generate one scan line, and the generated scan lines are all positioned at the center of each array transducer. In this case, the frame rate is shown in Equation 1.

Figure 112007087057974-PAT00001
Figure 112007087057974-PAT00001

여기서 FR, DMAX, L과 c는 프레임율, 영상의 최대깊이, 한 단면의 주사선 수와 인체 내 초음파 속도를 표시한다. 이러한 수신 동적 집속 기법은 송신시에 고정된 점에만 집속할 수 있기 때문에 송신 집속점외의 영상에서는 해상도가 저하되는 단점을 갖고 있다. Where FR, D MAX , L and c represent the frame rate, the maximum depth of the image, the number of scan lines in one section and the ultrasound velocity in the human body. Since the reception dynamic focusing technique can focus on a fixed point at the time of transmission, the resolution of the image outside the transmission focusing point is deteriorated.

이러한 단점을 극복하기 위하여 양방향 동적 집속이 가능한 합성 구경 집속 기법이 제안되었다. 일반적인 합성 구경 집속 기법의 기본 원리는 집속되지 않은 초음파 신호를 송신한 후 반사되어 들어오는 신호를 수신하여 송신시간지연과 수신시간지연을 고려해 집속하는 것이다. 즉, 합성 구경 집속 기법은 초음파를 한 번 송신하고 N개의 변환자로 수신하여 집속하되 이러한 과정을 M번 송신한 후 집속된 신호를 합성해 하나의 주사선을 만들게 된다. 이 때 N은 채널 수, M은 합성 송신 구경수라고 한다. In order to overcome this drawback, a synthetic aperture focusing technique capable of bidirectional dynamic focusing has been proposed. The basic principle of the general synthetic aperture focusing technique is to focus on the transmission time delay and the reception time delay by receiving the reflected signal after transmitting the unfocused ultrasonic signal. In other words, the synthetic aperture focusing technique transmits ultrasonic waves once and receives them with N transducers and focuses them, but transmits these processes M times and synthesizes the focused signals to form a single scan line. N is the number of channels and M is the number of synthesized transmission apertures.

도 5의 (a) 및 (b)는 수신 동적 집속 기법을 적용한 수신 동적 빔포머와 합성 구경 집속 기법을 적용한 합성 구경 빔포머의 입출력 상태를 각각 도시한 구성도이다. 이와 같은 합성 구경 빔포머는 수신 동적 빔포머에 비하여 높은 하드웨어 복잡도를 요구하기 때문에 아직 상용화되지 못하고 있는 실정이다. 5A and 5B are diagrams illustrating input and output states of a reception dynamic beamformer using a reception dynamic focusing technique and a composite aperture beamformer using a composite aperture focusing technique, respectively. Such synthetic aperture beamformers have not been commercialized yet because they require higher hardware complexity than receive dynamic beamformers.

합성 구경 빔포머를 전술한 수신 동적 빔포머로 구현할 경우 도 6과 같이 송수신해야 하며 프레임율은 수학식 2와 같다. When the composite aperture beamformer is implemented by the above-described reception dynamic beamformer, transmission and reception should be performed as shown in FIG.

Figure 112007087057974-PAT00002
Figure 112007087057974-PAT00002

여기서 M은 하나의 주사선을 생성하기 위해 합성하는 송신횟수, 즉 합성 송신 구경수를 의미하며, L은 주사선의 수를 의미한다. 도 6과 같이 합성 구경 기법 에 따라 송수신할 경우 기존의 빔집속 방식보다 프레임율이 M배 만큼 낮으므로 실시간으로 영상을 디스플레이시키기에는 무리가 있다. 그런데, 도 6을 참조하면, 주사선 번호가 2-3, 3-2, 4-1의 경우, 동일한 송수신 데이터를 가지고 서로 다른 주사선을 생성하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 7과 같이, 기존의 수신 동적 빔포머를 다수 사용하여 동시에 여러 주사선에 대하여 빔집속을 한다면 프레임율은 수학식 3과 같다. Here, M denotes the number of transmissions synthesized to generate one scan line, that is, the number of synthesized transmission apertures, and L denotes the number of scan lines. When transmitting and receiving according to the synthetic aperture technique as shown in FIG. 6, since the frame rate is M times lower than that of the conventional beam focusing method, it is difficult to display an image in real time. By the way, referring to FIG. 6, when the scan line numbers are 2-3, 3-2, and 4-1, it can be seen that different scan lines are generated with the same transmit / receive data. Therefore, as shown in FIG. 7, if a plurality of conventional reception dynamic beamformers are used to beam-focus on several scan lines simultaneously, the frame rate is expressed by Equation 3 below.

Figure 112007087057974-PAT00003
Figure 112007087057974-PAT00003

기존의 수신 동적 빔포머를 M개 이용하여 합성 송신 구경수가 M인 합성 구경 빔포머를 구현하는 경우, 입출력 데이터의 순서조절이 필요하므로 이를 위한 메모리 구조를 생각해야한다. 기존의 수신 동적 빔포머의 입력단을 RD(Raw data)단이라고 하고 출력단을 BD(Beamformed data)단이라고 했을 때 메모리 구조가 위치할 수 있는 부분은 RD단 또는 BD단이다. When implementing a composite aperture beamformer having a composite transmission aperture M using M conventional reception dynamic beamformers, the memory structure for the input / output data is required. When an input terminal of a conventional receiving dynamic beamformer is called a raw data (RD) stage and an output terminal is a BD (beamformed data) stage, a memory structure may be located at an RD stage or a BD stage.

RD단 메모리 구조의 경우 도 8과 같이 구성할 수 있다. 이 때 합성구경기법을 이용하여 하나의 주사선을 생성하기 위해서는 M번 송수신한 데이터를 모두 가지고 있어야 한다. 따라서 M개의 서로 다른 빔집속부를 이용하여 M번 송수신한 데이터를 동시에 처리해야한다. 이렇게 처리된 데이터를 마지막에 더해주면 양방향 동적집속이 이루어진 합성구경 빔집속부의 출력이 된다.The RD stage memory structure may be configured as shown in FIG. 8. In this case, in order to generate one scan line by using the synthetic aperture technique, it is necessary to have all data transmitted and received M times. Therefore, data transmitted and received M times must be processed simultaneously using M different beam focusing units. When the processed data is added to the end, it becomes the output of the composite diameter beam focusing unit in which the bidirectional dynamic focusing is performed.

BD단 메모리 구조는 도 9과 같이 구성할 수 있다. 하나의 변환자로 송신한 후 얻은 수신데이터로 빔집속한 데이터를 합성송신 구경 수(M)만큼 더하여, 하나의 주사선을 완성할 수 있다. 그러므로 한 번의 송신으로 발생한 수신데이터는 M개의 수신동적 빔포머의 입력이 된다. 데이터를 입력받은 수신동적 빔포머는 각각 집속된 데이터를 출력하고 이 데이터를 각 수신동적 빔포머에 연결되어 있는 FIFO에 저장되고 다음번 빔포머 출력데이터와 더해서 다시 FIFO에 저장된다. 완성된 주사선 데이터는 각각 다른 시간에 발생하므로 이를 순차적으로 출력해주면 합성구경 빔집속부의 출력이 된다. The BD stage memory structure can be configured as shown in FIG. The data beam-focused with the received data obtained after transmitting with one transducer can be added by the number of synthetic transmission apertures M to complete one scan line. Therefore, the received data generated in one transmission becomes the input of M reception dynamic beamformers. Receiving dynamic beamformers receiving the data output the focused data, and the data is stored in the FIFO connected to each receiving dynamic beamformer, and then stored in the FIFO in addition to the next beamformer output data. The completed scanning line data are generated at different times, so outputting them sequentially produces the composite diameter beam focusing unit.

RD단 메모리 구조는 BD단 메모리 구조보다 N배 많은 수의 FIFO를 필요로 한다. 따라서 본 발명에서는 Raw 데이터 획득이 필요한 것이 아니므로 하드웨어를 줄일 수 있는 BD단 메모리 구조를 사용하도록 한다.The RD stage memory structure requires N times as many FIFOs as the BD stage memory structure. Therefore, in the present invention, since raw data acquisition is not required, a BD stage memory structure capable of reducing hardware may be used.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하드웨어의 구조를 단순화시켜 상용화될 수 있는 합성 구경 빔포머를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above problems is to provide a synthetic aperture beamformer that can be commercialized by simplifying the structure of hardware.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 선명한 초음파 영상을 제공할 수 있는 합성 구경 빔포머를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a synthetic aperture beamformer capable of providing a clear ultrasound image in real time.

본 발명의 또 다른 목적은 상용화된 초음파 장비에 그대로 적용할 수 있는 합성 구경 빔포머를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a synthetic aperture beamformer that can be applied to commercially available ultrasonic equipment as it is.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 채널 수가 N이며 합성 송신 구경수가 M인 합성 구경 빔포머에 관한 것으로서, 상기 합성 구경 빔포머는 1채널 빔포머가 채널 수(N) 만큼 병렬로 연결된 것을 특징으로 하며, A feature of the present invention for achieving the above-described technical problem relates to a composite aperture beamformer having a number of channels N and a composite transmission aperture number M, wherein the composite aperture beamformer has a one-channel beamformer in parallel by the number of channels (N). Characterized in that connected,

상기 1채널 빔포머는 합성 송신 구경수(M) 만큼의 데이터를 출력하는 것으로서,The one-channel beamformer outputs data equal to the number of synthetic transmission apertures (M),

해당 채널을 선택하는 채널 선택 스위치부;A channel selection switch unit for selecting a corresponding channel;

상기 채널 선택 스위치부에 병렬로 연결된 다수 개의 보간기들;A plurality of interpolators connected in parallel to the channel select switch;

각 보간기의 출력단자에 병렬로 연결된 다수 개의 메모리들;A plurality of memories connected in parallel to the output terminals of each interpolator;

상기 보간기에 연결된 메모리들에 저장된 데이터들에 대한 시간 지연값을 계산하여 각 메모리들로 제공하는 다수 개의 시간 지연 계산기들;A plurality of time delay calculators for calculating time delay values for data stored in memories connected to the interpolator and providing them to respective memories;

동일한 합성 구경에 포함되는 메모리들의 데이터를 디멀티플렉싱하여 출력하 는 다수 개의 디멀티플렉서;A plurality of demultiplexers for demultiplexing and outputting data of memories included in the same synthesized aperture;

상기 디멀티플렉서의 출력 신호에 대하여 윈도우 계수를 곱하여 출력하는 다수 개의 윈도우 계수 계산기;를 구비한다. And a plurality of window coefficient calculators for multiplying and outputting window coefficients for the output signal of the demultiplexer.

전술한 특징을 갖는 합성 구경 빔포머의 상기 시간 지연 계산기는 송신 지연 시간과 수신 지연 시간이 동일한 경우를 사전에 설정하여 등록하고, 시간 지연 계산시에 수신 지연 시간이 송신 지연 시간과 동일한지 여부를 확인하고, 만약 수신 지연 시간이 송신 지연 시간과 동일한 경우에는 수신 지연 시간을 계산하지 않고 송신 지연 시간을 그대로 사용하는 것이 바람직하다. The time delay calculator of the composite aperture beamformer having the above-described characteristics sets and registers the case where the transmission delay time and the reception delay time are the same in advance, and determines whether the reception delay time is the same as the transmission delay time when calculating the time delay. If the reception delay time is the same as the transmission delay time, it is preferable to use the transmission delay time as it is without calculating the reception delay time.

전술한 특징을 갖는 합성 구경 빔포머의 상기 윈도우 계수 계산기는 송신 구경 방향을 따라 일단부에서 중심까지의 채널에 대한 윈도우 계수에 대한 테이블을 구비하고 윈도우 계수의 대칭성에 따라 반복하여 사용하는 것이 바람직하다. The window coefficient calculator of the composite aperture beamformer having the above-described characteristics is preferably provided with a table of the window coefficients for the channel from one end to the center along the transmission aperture direction and used repeatedly according to the symmetry of the window coefficients. .

전술한 특징을 갖는 상기 1채널 빔포머에 구비되는 보간기는 4 개인 것이 바람직하다. Preferably, four interpolators are provided in the one-channel beamformer having the above-described characteristics.

본 발명의 다른 특징에 따른 초음파 영상 장치는 전술한 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공하는 것으로서, 상기 초음파 영상 장치는 According to another aspect of the present invention, an ultrasound imaging apparatus includes the aforementioned synthetic aperture beamformer and provides an ultrasound image of an inspection area.

검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자;An array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to the inspection area and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection area;

상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머;A composite aperture beamformer for beamforming a scanning line by controlling transmission and reception of an ultrasonic signal to the array transducer;

표시부;A display unit;

상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부; 및A controller which controls the synthesized aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit; And

사용자로부터 검사 영역 중 관심 영역에 대한 정보를 입력받는 사용자 입력부;를 구비하며, 상기 제어부는 상기 사용자 입력부를 통해 관심 영역에 대한 정보가 입력되는 경우, 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 합성 구경 빔포머를 상기 관심 영역에 대하여 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 검사 영역 중 관심 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 디스플레이시킨다. And a user input unit configured to receive information about an ROI of a test area from a user, wherein the controller drives the composite aperture beamformer by a reception dynamic focusing method when information about the ROI is input through the user input unit. Display an ultrasound image of the entire inspection area on the display unit, and then drive the composite aperture beamformer with a synthetic aperture focusing technique on the ROI to obtain an ultrasound image of the ROI of the inspection area. Display on the image.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 초음파 영상 장치는 전술한 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공하는 것으로서, 상기 초음파 영상 장치는 According to another aspect of the present invention, an ultrasound imaging apparatus includes the above-described synthetic aperture beamformer and provides an ultrasound image of an inspection area.

검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자;An array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to the inspection area and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection area;

상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머;A composite aperture beamformer for beamforming a scanning line by controlling transmission and reception of an ultrasonic signal to the array transducer;

표시부;A display unit;

상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부; A controller which controls the synthesized aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit;

를 구비하며, 상기 제어부는 검사 영역 중 배열 변환자로부터 일정 거리 이격된 위치에 한계 위치선을 사전에 설정하고, 상기 제어부는 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 배열 변환자로부터 상기 한계 위치선까지의 영역을 제외한 나머지의 영역에 대하여 상기 합성 구경 빔포머를 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 해당 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 디스플레이시킨다. The control unit presets a limit position line at a position spaced from the array transducer in the inspection area in advance, and the control unit drives the composite aperture beamformer by a receiving dynamic focusing technique to the entire inspection area. After displaying the ultrasound image on the display unit, the synthesized aperture beamformer is driven by a synthetic aperture focusing technique for the remaining region except the region from the array transducer to the limit position line to obtain an ultrasound image of the corresponding region. Display on the ultrasound image of the display unit.

도 17은 종래의 N 채널 수신 동적 빔포머 및 M 개의 N 채널수신 동적 빔포머를 이용한 종래의 합성 구경 집속 빔포머의 하드웨어 자원을 비교한 도표이다. 도 17을 통해 종래의 합성 구경 집속 빔포머는 N채널 수신 동적 빔포머에 비하여 M배의 하드웨어가 필요함을 알 수 있다. FIG. 17 is a diagram comparing hardware resources of a conventional synthetic aperture focused beamformer using a conventional N-channel receive dynamic beamformer and M N-channel receive dynamic beamformers. 17, it can be seen that the conventional synthetic aperture focusing beamformer requires M times as much hardware as the N-channel receiving dynamic beamformer.

도 18은 합성 송신구경 수가 M인 N채널의 기존의 합성 구경 빔포머와 본 발명에 따른 합성구경 빔포머의 하드웨어 자원을 비교한 표이다. 빔포머를 구성하는 하드웨어의 대부분은 메모리와 곱셈기 그리고 루트 연산기이므로 세 가지의 하드웨어에 대해서만 비교하였다. 대부분의 하드웨어가 M배 만큼 줄어들기 때문에 합성 송신구경 수가 커질수록 기존 방법 대비하여 효율이 좋아진다. 현재 상용화된 일반적인 초음파 시스템은 64 또는 그 이상의 변환자를 이용하여 수신동적 집속을 하고 있다.FIG. 18 is a table comparing the hardware resources of the conventional composite aperture beamformer of N-channel having a composite transmission aperture number M and the composite aperture beamformer according to the present invention. Most of the hardware constituting the beamformer is a memory, a multiplier, and a root operator. Therefore, only three types of hardware are compared. Since most of the hardware is reduced by M times, the larger the number of synthesized transmission diameters, the better the efficiency compared to the conventional method. Currently, a general ultrasonic system commercially available is receiving dynamic focus using 64 or more transducers.

도 19는 합성 송신구경 크기를 64로 할 때 기존 방법과 본 발명에 따른 합성 구경 빔포머에 필요한 하드웨어 자원을 비교한 것이다. 기존 방법과 비교하여 모든 하드웨어 복잡도가 절반 이하로 줄었다. 빔포머에서 가장 큰 연산량을 차지하는 시간 지연 계산부는 같은 시간 지연 값을 공유하여 98% 이상 줄어든 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 합성 구경 빔포머는 기존의 64채널 수신동적 빔포머와 비교하여 하드웨어 복잡도가 4배 정도 크다. 그러므로 본 발명에 따른 합성 구경 빔포머는 종래의 4개의 수신동적 빔포머의 하드웨어 복잡도로 구현할 수 있다. 19 compares the hardware resources required for the conventional aperture beamformer according to the present invention with the conventional transmission aperture size of 64. FIG. Compared to the previous method, all hardware complexity is reduced to less than half. The time delay calculator, which takes the largest amount of calculation in the beamformer, can be confirmed to be reduced by more than 98% by sharing the same time delay value. The composite aperture beamformer according to the present invention has a hardware complexity about four times larger than that of the conventional 64-channel receiving dynamic beamformer. Therefore, the composite aperture beamformer according to the present invention can be implemented with the hardware complexity of four conventional reception beamformers.

합성구경기법이 적용된 실시간 시스템을 구현하기 위하여 기존의 수신동적 빔포머를 다수 사용하여 실시간 영상화를 위한 프레임율을 맞출 수 있다. 이 때 순차적으로 입/출력 데이터를 사용하지 않으므로 이것을 저장해 두는 메모리가 필요하며, 본 발명은 이러한 메모리를 효율적으로 사용하기 위하여 BF단 메모리 구조를 갖는 합성구경 빔포머를 제공하게 된다. In order to implement a real-time system to which the composite aperture technique is applied, the frame rate for real-time imaging can be matched using a number of existing reception beam beamformers. In this case, since the input / output data are not used sequentially, a memory for storing the input / output data is required, and the present invention provides a composite diameter beamformer having a BF stage memory structure in order to efficiently use such a memory.

본 발명은 필요한 송신구경 방향으로 최적화하기 위해 불필요하게 병렬화된 부분을 제거하고, 보간기의 위치를 입력단의 제일 앞에 두고, 시간지연 계산기는 송신시간지연과 수신시간지연을 구분하여 계산함으로써 중복 계산되는 것을 방지하였으며, 윈도우계수 계산기는 윈도우계수의 대칭성을 이용하여 그 수를 절반으로 줄였고, 메모리는 합성구경 영상의 제약조건을 제시함으로써 효과적으로 줄일 수 있었다.The present invention eliminates unnecessary parallel parts in order to optimize in the required transmission port direction, and puts the position of the interpolator at the front of the input stage, and the time delay calculator calculates the transmission time delay and the reception time delay separately. The window coefficient calculator reduced the number by half using the symmetry of the window coefficient, and the memory could be effectively reduced by suggesting the constraint of the composite image.

그 결과 본 발명에 의하여 64 채널 시스템의 경우 합성구경 빔포머를 기존의 수신동적 빔포머 4개가 갖는 하드웨어 자원만으로도 구현이 가능해졌다. 이는 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 가격 상승의 원인을 제거한 것으로서 실제 상용 초 음파 장비에 적용 가능하다. As a result, according to the present invention, the composite channel beamformer can be implemented using only hardware resources of four conventional reception dynamic beamformers. This removes the cause of the price increase, which was the biggest obstacle to commercialization, and can be applied to actual ultrasonic equipment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합성 구경 빔포머에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a synthetic aperture beamformer according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널수(N) 및 합성 송신 구경수(M)를 갖는 합성 구경 빔포머의 내부 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널수(N) 및 합성 송신 구경수(M)를 갖는 합성 구경 빔포머(1)는 채널 수(N) 만큼의 1채널 빔포머(10)가 병렬로 연결된다. 10 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a composite aperture beamformer having a channel number N and a composite transmission aperture number M according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, a composite aperture beamformer 1 having a channel number N and a composite transmission aperture number M according to a preferred embodiment of the present invention is a one-channel beamformer 10 as many as the channel number N. ) Are connected in parallel.

상기 1채널 빔포머(10)는 합성 송신 구경수(M)만큼의 데이터를 출력하는 것으로서, 해당 채널을 선택하는 채널 선택 스위치부(100), 상기 채널 선택 스위치부에 병렬로 연결된 다수 개의 보간기들(110), 각 보간기의 출력단자에 병렬로 연결된 다수 개의 메모리들(120), 상기 보간기에 연결된 메모리들에 저장된 데이터들에 대한 시간 지연값을 계산하여 각 메모리들로 제공하는 다수 개의 시간 지연 계산기들(130), 동일한 합성 구경에 포함되는 메모리들의 데이터를 디멀티플렉싱하여 출력하는 다수 개의 디멀티플렉서(140), 상기 디멀티플렉서의 출력 신호에 대하여 윈도우 계수를 곱하여 출력하는 다수 개의 윈도우 계수 계산기(apodization calculator; 150)을 구비한다. The one-channel beamformer 10 outputs data corresponding to the synthesized transmission aperture number M, and includes a channel select switch unit 100 for selecting a corresponding channel and a plurality of interpolators connected in parallel to the channel select switch unit. 110, a plurality of memories 120 connected in parallel to the output terminal of each interpolator, a plurality of times to calculate the time delay value for the data stored in the memory connected to the interpolator to provide to each memory Delay calculators 130, a plurality of demultiplexers 140 for demultiplexing and outputting data of memories included in the same composite aperture, and a plurality of window coefficient calculators for multiplying and outputting window coefficients for the output signals of the demultiplexer 150).

상기 1채널 빔포머에는 4개의 보간기를 구비하는 것이 바람직하다. 보간기에 사용한 저역통과 여파기는 64tap FIR 필터이다. The one-channel beamformer is preferably provided with four interpolators. The lowpass filter used in the interpolator is a 64tap FIR filter.

상기 보간기(interolator)는 합성 송신 구경수(M) 만큼 병렬로 연결되어 있으며, 1채널에 대하여 4 개 구비하는 것이 바람직하다. 초음파 시스템에서 요구되는 시간지연 해상도는 초음파의 중심주파수가 f0일때 16f0이므로, 본 발명에서는 하나의 채널에 대하여 보간기를 4개 구비함으로써, 나이퀴스트율(4f0)로 표본화된 입력 데이터를 4배 보간하게 된다. The interolators are connected in parallel by the synthetic transmission aperture number M, and four interpolators are preferably provided for one channel. Time delay resolution is required in an ultrasound system, because it is the center frequency of the ultrasound f 0 when 16f 0, in the present invention, input data sampled by by having four an interpolation for a single channel, the Nyquist rate (4f 0) 4 times interpolation.

시간 지연 계산기(130)는 빔집속을 위하여 송신시와 수신시 각각의 변환자에 서로다른 시간지연을 주기 위한 것이다. 1채널에 대해 상기 시간 지연 계산기(130)는 원래 M 개 구비하므로, 합성 구경 빔포머는 수신 채널 방향으로 N개, 송신 구경 방향으로 M 개 존재하여야 되며, 결국 전체적으로 N ㅧM 개 만큼 구비하게 된다. 도 11은 집속점과 변환자 사이의 시간 지연 계산 모델을 도시한 것이다. 송ㆍ수신 방향으로 다른 시간지연을 계산하기 위해서 도 10과 같은 상황에서 수학식 4, 수학식 5 및 수학식 6과 같은 연산을 수행한다. The time delay calculator 130 is for giving a different time delay to each transducer at the time of transmission and reception for beam focusing. Since the time delay calculator 130 is originally provided with M for one channel, N composite beam beamformers should exist in the receiving channel direction and M in the transmission aperture direction, and as a whole, N ㅧ M pieces will be provided. . 11 illustrates a time delay calculation model between a focal point and a transformer. In order to calculate another time delay in the transmission / reception direction, operations such as Equations 4, 5 and 6 are performed in the situation as shown in FIG.

Figure 112007087057974-PAT00004
Figure 112007087057974-PAT00004

Figure 112007087057974-PAT00005
Figure 112007087057974-PAT00005

Figure 112007087057974-PAT00006
Figure 112007087057974-PAT00006

여기서 수학식 4의 t TX 는 송신시간지연, T dy 는 중심점에서 송신 배열소자까지 y축 방향의 거리, T dx 는 중심점에서 송신 배열소자까지 x축 방향의 거리, R 0 는 중심점에서 집속점까지 거리, θ는 편향각도를 나타낸다. 수학식 5의 t RX 는 수신시간지연, R dy 는 중심점에서 수신 배열소자까지 y축 방향의 거리, R dx 는 중심점에서 수신 배열소자까지 x축 방향의 거리를 나타낸다. 총 계산할 시간지연 값은 수학식 6의 t TOT 이다. 하나의 시간지연 계산기에는 6개의 곱셈기와 2개의 루트 연산기를 필요로 한다. 이 때 수행되는 계산은 R0ㅧsinθ, R0ㅧcosθ, (Tdy+R0sinθ)ㅧ(Tdy+R0sinθ), (Tdx+R0cosθ)ㅧ(Tdx+R0cosθ), (Rdy+R0sinθ)ㅧ(Rdy+R0sinθ), (Rdx+R0cosθ)ㅧ(Rdx+R0cosθ)이다. 합성구경기법을 적용하기 위해서는 NㅧM개의 시간지연 계산이 필요하므로 이를 효과적으로 줄이기 위해 송신시간지연과 수신시간지연을 분리하여 계산하고 중복되는 지연 값을 단일화하고자 한다. Where t TX in equation (4) Is the transmission time delay, T dy is the distance in the y-axis direction from the center point to the transmitting array element, and T dx Is the distance in the x-axis direction from the center point to the transmission array element, R 0 is the distance from the center point to the focal point, and θ is the deflection angle. T RX in Equation 5 represents a reception time delay, R dy represents a distance in the y-axis direction from the center point to the receiving array element, and R dx represents a distance in the x axis direction from the center point to the receiving array element. The total time delay value to be calculated is t TOT of Equation 6. One time delay calculator requires six multipliers and two root operators. The calculations performed at this time are R 0 ㅧ sinθ, R 0 ㅧ cosθ, (Tdy + R 0 sinθ) ㅧ (Tdy + R 0 sinθ), (Tdx + R 0 cosθ) ㅧ (Tdx + R 0 cosθ), (Rdy + R 0 sinθ) ㅧ (Rdy + R 0 sinθ) and (Rdx + R 0 cosθ) ㅧ (Rdx + R 0 cosθ). Since the N 줄이기 M time delay calculations are required to apply the composite aperture technique, the transmission time delay and the reception time delay are calculated separately and the overlapping delay values are unified.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 시간 지연 계산기(delay calculator)는 송신 지연 시간과 수신 지연 시간이 동일한 경우를 사전에 설정하여 등록하고, 시간 지연 계산시에 수신 지연 시간이 송신 지연 시간과 동일한지 여부를 확인하고, 만약 수신 지연 시간이 송신 지연 시간과 동일한 경우에는 수신 지연 시간을 계산하지 않고 송신 지연 시간을 그대로 사용한다. 그 결과 본 실시형태에 따른 경우, 시간 지연 계산기는 M개보다 작은 갯수의 시간 지연 계산기를 필요로 하게 된다. On the other hand, a delay calculator according to another embodiment of the present invention sets and registers the case where the transmission delay time and the reception delay time are the same in advance, and at the time of calculating the time delay, the reception delay time is equal to the transmission delay time. If the reception delay time is the same as the transmission delay time, the transmission delay time is used as it is without calculating the reception delay time. As a result, in the case of the present embodiment, the time delay calculator requires less than M number of time delay calculators.

합성구경 빔포머가 동시에 구성해야하는 주사선은 언제라도 수신구경 내에 위치하게 된다. 도 12는 합성 송신 구경수가 4인 4 채널 합성구경 빔포머가 동시에 계산해야할 송ㆍ수신 시간지연 값을 예시적으로 도시하고 있다. 여기서 T0, T1, T2, T3는 송신 배열변환자에서 영상점까지의 송신 시간지연 값이고 R0, R1, R2, R3는 영상점에서 각 수신 배열변환자까지의 수신 시간지연 값이다. 이 때 T0 = R0, T1 = R1, T2 = R2, T3 = R3이므로 4개의 단방향 시간지연 값만으로 동시에 서로 다른 4개의 영상점에 송수신 집속을 할 수 있게 된다. 하나의 단방향 시간지연을 계산하기 위하여 4개의 곱셈기와 1개의 루트 연산기가 필요하지만 그 중 R0ㅧsinθ와 R0ㅧcosθ을 위한 곱셈은 4개의 단방향 시간지연 값을 얻기 위하여 공통으로 들어가는 요소이므로 이를 고려하면 전체적으로 총 2+(2ㅧ4)=10개의 곱셈기와 4개의 루트 연산기를 필요로 한다. 반면, 종래의 방법에 따라 시간 지연을 계산하는 경우 16개의 송ㆍ수신 지연 시간을 따로따로 계산하여 96개의 곱셈기와 32개의 루트 연산기를 필요로 한다. The scanning lines, which the composite aperture beamformer must construct at the same time, are located in the reception aperture at any time. FIG. 12 exemplarily shows transmission and reception time delay values to be simultaneously calculated by a four-channel composite aperture beamformer having a composite transmission aperture number of four. Where T0, T1, T2, and T3 are the transmission time delay values from the transmission array transducer to the image point, and R0, R1, R2, and R3 are reception time delay values from the image point to each reception array transformer. At this time, since T0 = R0, T1 = R1, T2 = R2, and T3 = R3, only four unidirectional time delay values can simultaneously transmit and receive to four different image points. Four multipliers and one root operator are required to calculate one unidirectional time delay, but multiplication for R 0 ㅧ sinθ and R 0 ㅧ cosθ is a common factor to obtain four unidirectional time delay values. In total, we need a total of 2+ (2 ㅧ 4) = 10 multipliers and 4 root operators. On the other hand, when calculating the time delay according to the conventional method, it is necessary to calculate the 16 transmission and reception delay times separately and require 96 multipliers and 32 root operators.

본 발명에 따른 시간 지연 계산기는 합성송신 구경의 크기와 상관없이 채널 수에 비례하여 하드웨어가 증가하므로, 합성 송신 구경의 크기가 증가할수록 효율성이 증가하게 된다. In the time delay calculator according to the present invention, the hardware increases in proportion to the number of channels irrespective of the size of the synthesized transmit aperture, so that the efficiency increases as the size of the synthesized transmit aperture increases.

수신구경 윈도우는 수신시 필드에 맺히는 초음파 빔패턴의 측엽 크기를 줄여주어 영상의 해상도를 좋게 해준다. 집속점과 수신구경의 크기와의 관계인 f-넘버 조절을 위한 수신동적구경은 전 영역의 해상도를 균일하게 해주는 역할을 한다. 수신동적구경은 도 13과 같이 구성하고자 하는 주사선을 중심으로 영상의 깊이에 따라 변화하며 점차적으로 그 크기가 커진다. 이 때 수신구경윈도우를 적용하기 위해서는 각 수신 변환자에 깊이에 따른 서로 다른 윈도우계수가 곱해져야 한다. 각 윈도우 계수 계산기는 계수 값을 저장해 놓는 SRAM과 계산과정에 필요한 나눗셈 연산을 위한 LUT용 ROM이 1개씩 들어가 있으며 곱셈기는 2개이다. The receiving aperture window reduces the side lobe size of the ultrasonic beam pattern formed on the field during reception, thereby improving image resolution. The receiving dynamic diameter for f-number adjustment, which is the relationship between the focusing point and the size of the receiving diameter, serves to make the resolution of the entire area uniform. The reception dynamic diameter changes with the depth of the image around the scan line to be constructed as shown in FIG. 13 and gradually increases in size. In this case, in order to apply the receiving aperture window, each receiving transformer must be multiplied by a different window coefficient according to the depth. Each window coefficient calculator contains one SRAM to store the coefficient values, and one ROM for the LUT for the division operation required for the calculation process, and two multipliers.

1채널 빔포머에 구비되는 상기 윈도우 계수 계산기(apodization calculator)는 상기 1채널 빔포머에 구비되는 상기 디멀티플렉서의 출력 신호에 대하여 윈도우 계수를 곱하여 출력하는 것으로서, 합성 송신 구경수인 M 개를 구비하는 것이 바람직하다. 합성 구경 빔포머는 선형 주사, 곡면 주사 및 극소곡면 주사에서만 적용된다. The window coefficient calculator provided in the 1-channel beamformer multiplies and outputs the window coefficient with respect to the output signal of the demultiplexer provided in the 1-channel beamformer. desirable. Synthetic aperture beamformers apply only to linear scan, curved scan and microcurve scan.

한편, 수신 동적 구경과 수신 구경 윈도우를 적용한 윈도우 계수는 구성하고자 하는 주사선의 위치에 따라 대칭성을 나타내게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 합성 구경 빔포머의 윈도우 계수 계산기는 송신 구경 방향으로 일단부에서 중심까지의 송신 구경에 대한 윈도우 계수에 대한 테이블만을 설정하고, 대칭성을 갖는 윈도우 계수는 반복하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 결과 본 실시 형태에 따른 윈도우 계수 계산기는 대칭성에 따라 반복하여 사용하므로, M/2개 구비할 수 있다. On the other hand, the window coefficient to which the reception dynamic aperture and the reception aperture window are applied shows symmetry according to the position of the scan line to be constructed. Therefore, the window coefficient calculator of the composite aperture beamformer according to another embodiment of the present invention sets only a table of window coefficients for transmission apertures from one end to the center in the transmission aperture direction, and the window coefficients having symmetry are repeatedly It is preferable to use. As a result, since the window coefficient calculator according to the present embodiment is used repeatedly according to symmetry, M / 2 can be provided.

상기 1채널 빔포머에 구비되는 동일한 합성 구경에 포함되는 메모리들의 데이터를 디멀티플렉싱하여 출력하는 디멀티플렉서는 M개인 것인 것이 바람직하다. The demultiplexer for demultiplexing and outputting data of memories included in the same synthesized aperture included in the 1-channel beamformer is preferably M.

본 발명에 의하여 입력단에 요구되는 메모리는 4배 증가하게 되는데, 이를 효과적으로 줄이고자 합성구경기법이 적용되는 초음파 영상을 한정하는 것이 바람직하다. 따라서, 1차로 전체 영역에 대해 종래의 수신 동적 집속 기법을 적용하여 영상화하고 관심영역에서만 합성구경기법을 적용하여 양방향 동적집속을 한다. According to the present invention, the memory required for the input stage is increased by four times. In order to effectively reduce this, it is preferable to limit the ultrasound image to which the synthetic aperture technique is applied. Therefore, first, the image is applied by applying the conventional reception dynamic focusing technique to the entire region, and the bidirectional dynamic focusing is performed by applying the synthetic aperture technique only in the region of interest.

도 14는 일반적인 빔포머의 입력과 출력의 관계를 도시한 블록도이다. 도 14를 참조하면, 빔포머의 역할은 입력으로 들어온 x(t)신호를 τ(t)로 표현된 만큼 시간지연을 가함으로써 원하는 집속점으로부터 돌아오는 신호를 정확히 찾아내는데 있다.이는 비인과 시스템을 의미하므로 도 14와 같이 입력단에 버퍼를 두어 일정시간 후 출력을 하여 실시간 처리를 가능하게 해줄 수 있다.14 is a block diagram illustrating a relationship between an input and an output of a general beamformer. Referring to FIG. 14, the beamformer's role is to pinpoint the signal returned from the desired focal point by applying a time delay to the input x (t) signal expressed as τ (t). Therefore, as shown in FIG. 14, a buffer may be provided at an input terminal to output the output after a predetermined time to enable real-time processing.

이 때 필요한 입력단 버퍼의 최소 크기는 하나의 영상점으로부터 반사되어 돌아오는 신호가 서로 다른 변환자로 입력되는 데까지 걸리는 최대 시간차이를 저장할 수 있는 크기다. 한편 메모리는 매번 바뀌는 시간지연 값에 따라 서로 다른 데이터에 접근할 수 있어야 하므로 2-포트 SRAM을 사용하는 것이 바람직하다.In this case, the minimum size of the input buffer required to store the maximum time difference between the signals reflected from one image point and the input to different transducers is stored. On the other hand, it is preferable to use two-port SRAM because the memory must be able to access different data according to the time delay value changed every time.

합성구경 빔포머의 송신구경 방향으로 병렬화된 2-포트 SRAM은 같은 입력데이터를 저장하지만 서로 다른 주사선(M개)에 대하여 필요로 하는 데이터가 다르므로 동시에 M개의 서로 다른 데이터를 읽어가기 위하여 2-port SRAM을 M개 사용하여야 했다. 수학식 7은 수학식 5에서 합성구경기법이 적용 가능 경우를 살펴보기 위하여 θ=0으로 놓고 최대 시간차이를 나타낸 것이다.The two-port SRAM paralleled in the transmission diameter direction of the composite diameter beamformer stores the same input data, but the data required for different scan lines (M) are different, so that two different data can be read at the same time. M port SRAM had to be used. Equation 7 shows the maximum time difference by setting θ = 0 in order to examine the case where the synthetic diameter technique is applicable in Equation 5.

Figure 112007087057974-PAT00007
Figure 112007087057974-PAT00007

여기에서 RdyMAX와 RdxMAX는 집속점으로부터 가장 멀리 떨어진 변환자의 위치에 대한 값이다. 일반적으로 RdxMAX는 0 또는 매우 작은 값이므로 수학식 8과 같이 근사화 할 수 있다.Where Rdy MAX and Rdx MAX are values for the position of the transducer furthest from the focal point. In general, since Rdx MAX is 0 or a very small value, it can be approximated as shown in Equation 8.

Figure 112007087057974-PAT00008
Figure 112007087057974-PAT00008

일반적인 고성능 초음파 시스템은 64채널을 사용하며 선형변환자의 변환자간 폭이 약 0.3mm임을 감안할 때 RdyMAX의 최대 값은 약2cm가 됨을 알 수 있다.(0.3ㅧ64=19.2mm) 도 15는 초음파의 속도 c=1540m/sec로 RdyMAX가 2cm일 때 영상의 깊이(R0)에 따른 변환자간 수신시간 도달차를 보여주고 있다. 한편, 도 16은 40MHz로 동작하는 시스템의 경우에 필요로 하는 RF데이터 버퍼의 사이즈를 도시한 그래프이다. In general, a high performance ultrasound system uses 64 channels and the maximum value of Rdy MAX is about 2 cm, considering that the width between the transducers of the linear transducer is about 0.3 mm (0.3 ㅧ 64 = 19.2mm). When Rdy MAX is 2cm at the speed c = 1540m / sec, it shows the difference of reception time between transducers according to the image depth (R 0 ). On the other hand, Figure 16 is a graph showing the size of the RF data buffer required in the case of a system operating at 40MHz.

종래의 방법에 따른 64채널 합성구경 빔포머는 2-포트 SRAM을 64ㅧ64개를 사용하여야 하였으나, 본 발명에 따른 합성구경 빔포머는 보간기의 위치를 입력단 바 로 뒤로 배치함으로써 오히려 4배 늘어난 4ㅧ64ㅧ64개가 되었다. 기본적으로 4ㅧ64개의 2-port SRAM을 가지고 있으면 송신고정·수신동적 빔집속을 하는데 아무런 문제가 발생하지 않는다. 따라서 본 발명의 일 실시형태에서는 4ㅧ64개의 2-port SRAM은 그대로 사용하되 나머지 4ㅧ64ㅧ63개의 2-port SRAM을 대신하여 추가적으로 소용량 다출력 메모리 64개 설계한다. The 64 channel composite diameter beamformer according to the conventional method had to use 64 ㅧ 64 2-port SRAMs, but the composite diameter beamformer according to the present invention increased four times by arranging the position of the interpolator right behind the input terminal. It became 4 ㅧ 64 ㅧ 64. Basically, with 4x64 2-port SRAMs, no problem occurs when performing fixed transmit / receive beam focusing. Therefore, in one embodiment of the present invention, 4 × 64 2-port SRAMs are used as they are, but instead of the remaining 4 × 64 × 63 2-port SRAMs, 64 additional small capacity multi-output memories are designed.

<초음파 영상 장치><Ultrasound imaging device>

이하, 본 발명의 다른 특징에 따른 초음파 영상 장치의 일 실시예를 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 초음파 영상 장치는 전술한 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공한다. 상기 초음파 영상 장치는 (1) 검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자, (2) 상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머, (3) 표시부, (4) 상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부, 및 (5) 사용자로부터 검사 영역 중 관심 영역에 대한 정보를 입력받는 사용자 입력부를 구비한다. Hereinafter, an embodiment of an ultrasound imaging apparatus according to another feature of the present invention will be described in detail. The ultrasonic imaging apparatus according to the present invention includes the above-described synthetic aperture beamformer to provide an ultrasound image of an inspection area. The ultrasonic imaging apparatus includes (1) an array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to an inspection region and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection region, and (2) an ultrasonic signal to the array transducer. (3) a display unit, (4) a control unit for controlling the composite aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit, and (5) a user. And a user input unit configured to receive information about an ROI from the inspection area.

상기 제어부는 상기 사용자 입력부를 통해 관심 영역에 대한 정보가 입력되는 경우, 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 관심 영역에 대하여 상기 합성 구경 빔포머를 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 검사 영역 중 관심 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 중복하여 디스 플레이시킨다. When the information on the ROI is input through the user input unit, the controller drives the synthesized aperture beamformer by a reception dynamic focusing method to display an ultrasound image of the entire inspection area on a display unit and then displays the ROI. The synthesized aperture beamformer is driven by a synthetic aperture focusing technique to obtain an ultrasound image of a region of interest in the inspection area, and to display the image on the ultrasound image of the display unit.

이하 본 발명의 초음파 영상 장치의 다른 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 초음파 영상 장치는 전술한 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공한다. 상기 초음파 영상 장치는 (1) 검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자, (2) 상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머, (3) 표시부, (4) 상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부를 구비한다. Hereinafter, another embodiment of the ultrasound imaging apparatus of the present invention will be described. The ultrasonic imaging apparatus according to the present invention includes the above-described synthetic aperture beamformer to provide an ultrasound image of an inspection area. The ultrasonic imaging apparatus includes (1) an array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to an inspection region and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection region, and (2) an ultrasonic signal to the array transducer. And a control unit configured to control transmission and reception of the composite aperture beamformer to beamform the scan line, (3) a display unit, and (4) to control the composite aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit.

상기 제어부는 검사 영역 중 배열 변환자로부터 일정 거리 이격된 위치에 한계 위치선을 사전에 설정하고, 상기 제어부는 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 배열 변환자로부터 상기 한계 위치선까지의 영역을 제외한 나머지의 영역에 대하여 상기 합성 구경 빔포머를 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 해당 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 중복하여 디스플레이시킨다. The controller presets a limit position line at a predetermined distance from the array transducer in the inspection region, and the controller drives the synthesized aperture beamformer by a reception dynamic focusing technique to generate an ultrasound image of the entire inspection region. After displaying on the display unit, the synthesized aperture beamformer is driven by a synthetic aperture focusing technique for the remaining regions other than the region from the array transducer to the limit position line to obtain an ultrasound image of the corresponding region. It is displayed in duplicate on the ultrasound image.

본 발명에 따른 초음파 영상 장치는 사용자에 의해 설정된 관심 영역 또는 사전에 설정된 한계 위치선 이상의 영역에만 합성 구경 집속 기법에 따라 합성 구경 빔포머를 구동시켜 초음파 영상을 디스플레이시키고, 나머지 영역에 대해서는 수신 동적 집속 기법에 따른 초음파 영상을 디스플레이시킴으로써, 메모리의 용량 을 감소시킬 수 있게 된다. The ultrasound imaging apparatus according to the present invention displays a ultrasound image by driving a composite aperture beamformer according to a synthesis aperture focusing technique only in a region of interest set by a user or in a region above a predetermined limit position line, and receives dynamic focus for the remaining regions. By displaying the ultrasound image according to the technique, it is possible to reduce the capacity of the memory.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, this is merely an example and is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications which are not illustrated above in the scope are possible. And differences relating to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

본 발명에 따른 합성 구경 빔포머는 초음파 진단 장비등에 널리 사용될 수 있다. Synthetic aperture beamformer according to the present invention can be widely used in ultrasonic diagnostic equipment and the like.

도 1은 일반적인 초음파 영상 장치 중 B-모드 영상장치의 구성을 전체적으로 도시한 블록도이다. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a B-mode imaging apparatus in a typical ultrasound imaging apparatus.

도 2는 종래의 수신 동적 집속 기법을 적용한 수신 동적 빔포머(Beamformer)로서, N 채널을 갖는 수신 동적 빔포머의 구조를 도시한 블록도이며, 도 3은 도 2의 수신 동적 빔포머 중 1 채널에 대한 빔포머를 상세하게 도시한 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a reception dynamic beamformer having an N channel as a reception dynamic beamformer using a conventional reception dynamic focusing technique. FIG. 3 is a channel diagram of the reception dynamic beamformer of FIG. 2. This is a block diagram showing the beamformer in detail.

도 4는 종래의 수신 동적 빔포머의 10개의 주사선에 대한 주사 과정을 예시적으로 도시한 그림이다.4 is a diagram illustrating a scanning process for 10 scan lines of a conventional receiving dynamic beamformer.

도 5의 (a) 및 (b)는 수신 동적 집속 기법을 적용한 수신 동적 빔포머와 합성 구경 집속 기법을 적용한 합성 구경 빔포머의 입출력 상태를 각각 도시한 구성도이다. 5A and 5B are diagrams illustrating input and output states of a reception dynamic beamformer using a reception dynamic focusing technique and a composite aperture beamformer using a composite aperture focusing technique, respectively.

도 6은 수신 동적 빔포머를 이용하여 구현한 종래의 합성 구경 빔포머를 이용하여 빔집속을 하기 위한 주사 과정을 예시적으로 도시한 그림이다. 6 is a diagram illustrating a scanning process for beam focusing using a conventional synthetic aperture beamformer implemented using a reception dynamic beamformer.

도 7은 기존의 수신 동적 빔포머를 다수 사용하여 동시에 여러 주사선에 대하여 빔집속을 하기 위한 주사 과정을 예시적으로 도시한 그림이다.7 is a diagram exemplarily illustrating a scanning process for beam focusing on multiple scan lines at the same time using a plurality of conventional reception dynamic beamformers.

도 8은 RD단 메모리 구조를 이용한 합성 구경 빔포머의 구조를 예시적으로 도시한 블록도이다. 8 is a block diagram exemplarily illustrating a structure of a composite aperture beamformer using an RD stage memory structure.

도 9는 BD단 메모리 구조를 이용한 합성 구경 빔포머의 구조를 예시적으로 도시한 블록도이다. 9 is a block diagram illustrating a structure of a composite aperture beamformer using a BD stage memory structure.

도 10는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널수(N) 및 합성 송신 구경 수(M)를 갖는 합성 구경 빔포머의 내부 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.10 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a composite aperture beamformer having a channel number N and a composite transmission aperture number M according to a preferred embodiment of the present invention.

도 11은 집속점과 변환자 사이의 시간 지연 계산 모델을 도시한 것이다. 11 illustrates a time delay calculation model between a focal point and a transformer.

도 12은 합성 송신 구경수가 4인 4 채널 합성구경 빔포머가 동시에 계산해야할 송ㆍ수신 시간지연 값을 예시적으로 도시하고 있다.12 exemplarily shows transmission and reception time delay values to be simultaneously calculated by a four-channel composite aperture beamformer having a composite transmission aperture number of four.

도 13은 주사선별 수신 동적 구경을 예시적으로 도시한 것으로서, 구성하고자 하는 주사선을 중심으로 영상의 깊이에 따라 변화하며 점차적으로 그 크기가 커진다.FIG. 13 exemplarily shows a reception dynamic aperture for each scan line. The scan line changes with depth of an image around a scan line to be configured and gradually increases in size.

도 14은 일반적인 빔포머의 입력과 출력의 관계를 도시한 블록도이다. 14 is a block diagram illustrating a relationship between an input and an output of a general beamformer.

도 15는 초음파의 속도 c=1540m/sec로 RdyMAX가 2cm일 때 영상의 깊이(R0)에 따른 변환자간 수신시간 도달차를 보여주고 있다. FIG. 15 illustrates the difference in arrival time between transducers according to the depth R 0 of an image when Rdy MAX is 2cm at an ultrasonic speed c = 1540m / sec.

도 16은 40MHz로 동작하는 시스템의 경우에 필요로 하는 RF데이터 버퍼의 사이즈를 도시한 그래프이다. FIG. 16 is a graph showing the size of an RF data buffer required in a system operating at 40 MHz.

도 17은 종래의 N 채널 수신 동적 빔포머 및 M 개의 N 채널수신 동적 빔포머를 이용한 종래의 합성 구경 집속 빔포머의 하드웨어 자원을 비교한 도표이다. FIG. 17 is a diagram comparing hardware resources of a conventional synthetic aperture focused beamformer using a conventional N-channel receive dynamic beamformer and M N-channel receive dynamic beamformers.

도 18는 합성 송신구경 수가 M인 N채널의 기존의 합성 구경 빔포머와 본 발명에 따른 합성구경 빔포머의 하드웨어 자원을 비교한 표이다. FIG. 18 is a table comparing hardware resources of a conventional composite aperture beamformer of N channels having a synthetic transmission aperture number M and a composite aperture beamformer according to the present invention.

도 19은 합성 송신구경 크기를 64로 할 때 기존 방법과 본 발명에 따른 합성 구경 빔포머에 필요한 하드웨어 자원을 비교한 것이다. 19 compares the hardware resources required for the composite aperture beamformer according to the present invention with the conventional transmission aperture size of 64. FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1 : 합성 구경 빔포머1: synthetic aperture beamformer

10 : 1채널 빔포머10: 1 channel beamformer

100 : 채널 선택 스위치부100: channel select switch

110 : 보간기110: interpolator

120 : 메모리120: memory

130 : 시간 지연 계산기130: Time Delay Calculator

140 : 디멀티플렉서140: Demultiplexer

150 : 윈도우 계수 계산기150: Window Coefficient Calculator

Claims (8)

채널 수가 N이며 합성 송신 구경수가 M인 합성 구경 빔포머에 있어서, 상기 합성 구경 빔포머는, In a composite aperture beamformer having a number of channels N and a composite transmission aperture number M, the composite aperture beamformer includes: 1채널 빔포머가 채널 수(N) 만큼 병렬로 연결된 것을 특징으로 하며, 1-channel beamformer is characterized in that connected in parallel by the number of channels (N), 상기 1채널 빔포머는 합성 송신 구경수(M) 만큼의 데이터를 출력하는 것으로서,The one-channel beamformer outputs data equal to the number of synthetic transmission apertures (M), 해당 채널을 선택하는 채널 선택 스위치부;A channel selection switch unit for selecting a corresponding channel; 상기 채널 선택 스위치부에 병렬로 연결된 다수 개의 보간기들;A plurality of interpolators connected in parallel to the channel select switch; 각 보간기의 출력단자에 병렬로 연결된 다수 개의 메모리들;A plurality of memories connected in parallel to the output terminals of each interpolator; 상기 보간기에 연결된 메모리들에 저장된 데이터들에 대한 시간 지연값을 계산하여 각 메모리들로 제공하는 다수 개의 시간 지연 계산기들;A plurality of time delay calculators for calculating time delay values for data stored in memories connected to the interpolator and providing them to respective memories; 동일한 합성 구경에 포함되는 메모리들의 데이터를 디멀티플렉싱하여 출력하는 다수 개의 디멀티플렉서;A plurality of demultiplexers for demultiplexing and outputting data of memories included in the same synthesized aperture; 상기 디멀티플렉서의 출력 신호에 대하여 윈도우 계수를 곱하여 출력하는 다수 개의 윈도우 계수 계산기;A plurality of window coefficient calculators for multiplying and outputting window coefficients for the output signals of the demultiplexer; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. Composite aperture beamformer, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서, 상기 시간 지연 계산기는 송신 지연 시간과 수신 지연 시간이 동일한 경우를 사전에 설정하여 등록하고, 시간 지연 계산시에 수신 지연 시간 이 송신 지연 시간과 동일한지 여부를 확인하고, 만약 수신 지연 시간이 송신 지연 시간과 동일한 경우에는 수신 지연 시간을 계산하지 않고 송신 지연 시간을 그대로 사용하는 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. The method of claim 1, wherein the time delay calculator sets and registers a case where the transmission delay time and the reception delay time are the same in advance, and checks whether the reception delay time is the same as the transmission delay time when calculating the time delay. If the reception delay time is the same as the transmission delay time, the synthesized aperture beamformer characterized by using the transmission delay time as it is without calculating the reception delay time. 제1항에 있어서, 상기 윈도우 계수 계산기는 송신 구경 방향을 따라 일단부에서 중심까지의 채널에 대한 윈도우 계수에 대한 테이블을 설정하는 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. 2. The composite aperture beamformer according to claim 1, wherein the window coefficient calculator sets a table for window coefficients for the channel from one end to the center along the transmission aperture direction. 제1항에 있어서, 상기 1채널 빔포머에 구비되는 보간기는 4 개인 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. The composite aperture beamformer of claim 1, wherein four interpolators are provided in the one-channel beamformer. 제1항에 있어서, 상기 1채널 빔포머에 구비되는 동일한 합성 구경에 포함되는 메모리들의 데이터를 디멀티플렉싱하여 출력하는 디멀티플렉서는 M개인 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. The composite aperture beamformer according to claim 1, wherein the demultiplexer for demultiplexing and outputting data of memories included in the same composite aperture included in the one-channel beamformer is M. 제1항에 있어서, 상기 1채널 빔포머에 구비되는 상기 디멀티플렉서의 출력 신호에 대하여 윈도우 계수를 곱하여 출력하는 윈도우 계수 계산기는 M/2 개인 것을 특징으로 하는 합성 구경 빔포머. The synthesized aperture beamformer according to claim 1, wherein the window coefficient calculator for multiplying and outputting a window coefficient with respect to an output signal of the demultiplexer provided in the one-channel beamformer is M / 2. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공하는 초음파 영상 장치에 있어서, 상기 초음파 영상 장치는 An ultrasound imaging apparatus comprising a composite aperture beamformer according to any one of claims 1 to 6, wherein an ultrasound imaging apparatus provides an ultrasound image of an inspection area. 검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자;An array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to the inspection area and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection area; 상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머;A composite aperture beamformer for beamforming a scanning line by controlling transmission and reception of an ultrasonic signal to the array transducer; 표시부;A display unit; 상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부; 및A controller which controls the synthesized aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit; And 사용자로부터 검사 영역 중 관심 영역에 대한 정보를 입력받는 사용자 입력부;A user input unit configured to receive information about an ROI of the inspection area from a user; 를 구비하며, 상기 제어부는 상기 사용자 입력부를 통해 관심 영역에 대한 정보가 입력되는 경우, 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 합성 구경 빔포머를 상기 관심 영역에 대하여 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 검사 영역 중 관심 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 디스플레이시키는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치. And when the information on the ROI is input through the user input unit, the controller drives the synthesized aperture beamformer by a reception dynamic focusing method to display an ultrasound image of the entire inspection area on a display unit. And operating the synthesized aperture beamformer with a synthetic aperture focusing technique on the region of interest to obtain an ultrasound image of the region of interest in the inspection region and to display the image on the ultrasound image of the display unit. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 합성 구경 빔포머를 구비하여 검사 영역에 대한 초음파 영상을 제공하는 초음파 영상 장치에 있어서, 상기 초음파 영 상 장치는 An ultrasound imaging apparatus comprising a synthetic aperture beamformer according to any one of claims 1 to 6, wherein the ultrasound imaging apparatus provides an ultrasound image of an inspection area. 검사 영역으로 초음파 신호를 송신하고, 검사 영역으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 다수 개의 변환자들로 구성되는 배열 변환자;An array transducer comprising a plurality of transducers for transmitting an ultrasonic signal to the inspection area and receiving an ultrasonic signal reflected from the inspection area; 상기 배열 변환자로의 초음파 신호의 송수신을 제어하여 주사선을 빔포밍하는 합성 구경 빔포머;A composite aperture beamformer for beamforming a scanning line by controlling transmission and reception of an ultrasonic signal to the array transducer; 표시부;A display unit; 상기 합성 구경 빔포머를 제어하여 상기 검사 영역에 대한 초음파 영상을 상기 표시부에 제공하는 제어부; A controller which controls the synthesized aperture beamformer to provide an ultrasound image of the inspection area to the display unit; 를 구비하며, 상기 제어부는 검사 영역 중 배열 변환자로부터 일정 거리 이격된 위치에 한계 위치선을 사전에 설정하고, 상기 제어부는 상기 합성 구경 빔포머를 수신 동적 집속 기법으로 구동하여 검사 영역의 전체에 대한 초음파 영상을 표시부에 디스플레이시킨 후, 상기 배열 변환자로부터 상기 한계 위치선까지의 영역을 제외한 나머지의 영역에 대하여 상기 합성 구경 빔포머를 합성 구경 집속 기법으로 구동하여 해당 영역에 대한 초음파 영상을 획득하여 상기 표시부의 초음파 영상위에 디스플레이시키는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 장치. The control unit presets a limit position line at a position spaced from the array transducer in the inspection area in advance, and the control unit drives the composite aperture beamformer by a receiving dynamic focusing technique to the entire inspection area. After displaying the ultrasound image on the display unit, the synthesized aperture beamformer is driven by a synthetic aperture focusing technique for the remaining regions except for the region from the array transducer to the limit position line to obtain an ultrasound image of the corresponding region. And display on the ultrasound image of the display unit.
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