KR20100084203A - 다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템 - Google Patents

다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템 Download PDF

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Abstract

다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템이 개시된다. 이 시스템은, 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 다수의 변환소자를 포함하는 초음파 프로브와, 다수의 변환소자 각각에 인가될 송신펄스신호를 형성하도록 동작하는 다중 펄서를 포함하고, 송신 제어 클럭(transmit control clock), 송신 주파수(transmit frequency) 및 펄서 개수에 따라 송신펄스신호의 파워를 조절하기 위한 가중치를 다중 펄서에 가하도록 동작하는 송신부를 포함한다.
초음파, 펄서, 송신펄스신호, 파워, 아포디제이션

Description

다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템{ULTRASOUND SYSTEM FOR CONTROLLING POWER OF TRANSMIT PULSE SIGNAL USING MULTIPLE PULSER}
본 발명은 초음파 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템에 관한 것이다.
초음파 시스템은 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어, 대상체 내부의 정보를 얻기 위한 의료 분야에서 널리 이용되고 있다. 초음파 시스템은 대상체를 직접 절개하여 관찰하는 외과 수술의 필요 없이, 대상체 내부 조직의 고해상도 영상을 의사에게 제공할 수 있어, 의료 분야에서 매우 중요하게 이용되고 있다.
일반적으로, 초음파 시스템은 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 대상체의 2차원 또는 3차원 초음파 영상을 형성한다. 초음파 시스템은 다수의 변환소자를 포함하는 초음파 프로브와 다수의 변환소자 각각을 구동시키기 위한 송신펄스신호를 형성하도록 동작하는 펄서를 포함한다. 다수의 변환소자 각각은 펄서로부터 제공되는 송신펄스신호에 반응하여 초음파 신호를 형성하여 대상체에 송신한다.
한편, 초음파 시스템은 PWM(pulse width modulation)을 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하거나 송신 펄스 파형을 조절할 수 있다. PWM을 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 경우, 송신펄스신호의 파워를 조절하기 위한 가중치의 개수, 즉 가중치 단계(weighting step)는 송신 제어 클럭(transmit control clock) 및 송신 주파수(transmit frequency)에 의해 정해진다. 송신 제어 클럭이 높아지고 송신 주파수가 낮아지는 경우 가중치 단계는 높아지고, 송신 제어 클럭이 낮아지고 송신 주파수가 높아지는 경우 가중치 단계는 낮아진다. 이로 인해 가중치 단계를 높이기 위해서는 송신 제어 클럭이 매우 높아야 하지만, 하드웨어의 제약에 의해 높아질 수 있는 송신 제어 클럭은 한계가 있다.
본 발명은 다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 초음파 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 초음파 시스템은, 초음파 신호를 대상체에 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 다수의 변환소자를 포함하는 초음파 프로브; 및 상기 다수의 변환소자 각각에 인가될 송신펄스신호를 형성하도록 동작하는 다중 펄서를 포함하고, 송신 제어 클럭(transmit control clock), 송신 주파수(transmit frequency) 및 펄서 개수에 따라 상기 송신펄스신호의 파워를 조절하기 위한 가중치를 상기 다중 펄서에 가하도 록 동작하는 송신부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 다중 펄서를 이용하여 송신 제어 클럭(transmit control clock)과 송신 주파수(transmit frequency)에 의해 제한되는 가중치 단계(weighting step)를 높일 수 있어, 아포디제이션(apodiation)의 효과를 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 다중 펄서를 이용하여 다중 레벨의 송신펄스신호를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 의사 임의 송신 파형(pseudo arbitrary transmit waveform)을 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 보이는 블록도이다. 초음파 시스템(100)은 초음파 프로브(110) 및 송신부(120)를 포함한다. 또한, 초음파 시스템(100)은 수신부(130), 프로세서(140), 디스플레이부(150) 및 제어부(160)를 더 포함한다.
초음파 프로브(110)는 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 수신신호를 형성한다. 초음파 프로브(110)는 초음파 신호와 전기적 신호를 상호 변환하도록 동작하는 다수의 변환소자(112, 도 2 참조)를 포함한다. 다수의 변환소자(112) 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 신호를 축 방향(axial direction)을 따라 대상체에 송신하고, 대 상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성한다. 도 2는 축 방향에 수직한 측 방향(lateral direction)과 대상체의 단면 두께 방향인 고도 방향(elevation direction)을 함께 보이고 있다.
송신부(120)는 초음파 프로브(110)의 변환소자 위치 및 집속점을 고려하여, 다수의 변환소자(112) 각각에 인가될 송신펄스신호를 형성하고, 송신 제어 클럭(transmit control clock) 및 송신 주파수(transmit frequency)에 따라 송신펄스신호의 파워를 조절한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신부(120)의 구성을 보이는 블록도이다. 송신부(120)는 송신 집속 지연 저장부(TX focus delay memory)(121), 송신펄스신호 형성부(122), 가중치 산출부(123) 및 가중치 설정부(124)를 포함한다.
송신 집속 지연 저장부(121)는 초음파 프로브(110)의 변환소자(112) 위치 및 집속점에 따라 초음파 신호가 대상체에 도달하는 시간을 보상하기 위한 지연 패턴을 저장한다.
송신펄스신호 형성부(122)는 송신 집속 지연 저장부(121)의 지연 패턴에 따라 초음파 프로브(110)의 다수 변환소자(112) 각각에 인가될 송신펄스신호를 형성한다. 본 실시예에서 송신펄스신호 형성부(122)는 다중 펄서를 포함한다. 일례로서 송신신호 형성부(122)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 펄서(122a) 및 제2 펄서(122b)를 포함하는 듀얼 펄서(dual pulser)를 포함한다. 도 4에 있어서 HV1 및 HV2는 서로 상이한 전압을 나타낸다. 일례로서, HV1는 HV2의 2배에 해당하는 전압이다.
가중치 산출부(123)는 송신 제어 클럭, 송신 주파수 및 펄서 개수에 따라 다수의 변환소자(112) 각각에 인가될 송신펄스신호의 파워를 조절하기 위한 가중치를 산출한다. 일례로서, 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 5㎒이며 펄서의 개수가 1개(즉, 단일 펄서)인 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이 8개의 가중치(제1 내지 제8 가중치)가 산출될 수 있다. 본 실시예에 따라 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 5㎒이며 펄서의 개수가 2개(즉, 듀얼 펄서)인 경우, 가중치 산출부(123)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 펄서(122a, 도 4)에 해당하는 가중치(제1 내지 제8 가중치) 및 제2 펄서(122b, 도 4)에 해당하는 가중치(제9 내지 제12 가중치)를 산출한다.
전술한 예에서는 제1 펄서(122a)에 대해 제1 내지 제8 가중치를 산출하고, 제2 펄서(122b)에 대해 제9 내지 제12 가중치를 산출하는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 제1 펄서에 대해 제1 내지 제4 가중치를 산출하고, 제2 펄서에 대해 제5 내지 제12 가중치를 산출할 수도 있다.
또한, 전술한 예에서는 펄서가 2개, 즉 듀얼 펄서인 경우에 가중치를 산출하는 것을 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 다수의 펄서를 포함하는 다중 펄서인 경우에 대해서도 가중치를 산출할 수 있다.
다른 예로서, 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 10㎒이며 펄서의 개수가 1개(즉, 단일 펄서)인 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이 4개의 가중치(제1 내지 제4 가중치)가 산출될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따라 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 10㎒이며 펄서의 개수가 2개(즉, 듀얼 펄서)인 경우, 가중치 산출부(123)는 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 펄스(122a, 도 4)에 해당하는 가중치(제1 내지 제4 가중치) 및 제2 펄서(122b, 도 4)에 해당하는 가중치(제5 및 제6 가중치)를 산출한다.
전술한 예에서는 제1 펄서(122a)에 대해 제1 내지 제4 가중치를 산출하고, 제2 펄서(122b)에 대해 제5 및 제6 가중치를 산출하는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 제1 펄서(122a)에 대해 제1 및 제2 가중치를 산출하고, 제2 펄서(122b)에 대해 제3 내지 제6 가중치를 산출할 수도 있다.
또한, 전술한 예에서도 펄서가 2개, 즉 듀얼 펄서인 경우에 가중치를 산출하는 것을 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 다수의 펄서를 포함하는 다중 펄서인 경우에 대해서도 가중치를 산출할 수 있다.
가중치 설정부(124)는 가중치 산출부(123)에서 산출된 가중치를 송신펄스신호 형성부(122)에 가하여 송신펄스신호의 파워를 조절한다.
수신부(130)는 초음파 프로브(110)로부터 제공되는 수신신호를 아날로그 디지털 변환한다. 아울러, 수신부(130)는 초음파 프로브(110)의 변환소자 위치 및 집속점을 고려하여 디지털 변환된 수신신호를 수신 집속시켜 수신 집속 신호를 형성한다.
프로세서(140)는 수신부(130)로부터 제공되는 수신 집속 신호를 이용하여 대상체의 초음파 영상을 형성한다. 디스플레이부(150)는 프로세서(140)에서 형성된 초음파 영상을 디스플레이한다.
제어부(160)는 초음파 신호의 송수신을 제어하며, 송신펄스신호의 파워 조절 을 제어한다. 아울러, 제어부(160)는 초음파 영상의 형성 및 디스플레이를 제어한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 사항 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
일례로서, 본 실시예에서는 다중 펄서를 이용하여 송신펄스신호의 파워를 조절하는 것으로 설명하였지만, 다른 실시예에서는 송신부가 도 7에 도시된 다중 펄서를 이용하여 도 8에 도시된 바와 같이 다중 레벨 송신 파형(multi-level transmit waveform)을 형성할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변환소자, 주사선 및 좌표계를 보이는 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신부의 구성을 보이는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 펄서를 보이는 예시도.
도 5a는 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 5㎒인 경우에 가중치 단계(weighting step)을 보이는 예시도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 펄서를 이용하여 가중치 단계를 높이는 예를 보이는 예시도.
도 6a는 송신 제어 클럭이 80㎒이고 송신 주파수가 10㎒인 경우에 가중치 단계(weighting step)을 보이는 예시도.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 펄서를 이용하여 가중치 단계를 높이는 예를 보이는 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 펄서를 보이는 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 펄서를 이용한 다중 레벨 송신 파형을 보이는 예시도.

Claims (3)

  1. 초음파 시스템으로서,
    초음파 신호를 대상체에 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 다수의 변환소자를 포함하는 초음파 프로브; 및
    상기 다수의 변환소자 각각에 인가될 송신펄스신호를 형성하도록 동작하는 다중 펄서를 포함하고, 송신 제어 클럭(transmit control clock), 송신 주파수(transmit frequency) 및 펄서 개수에 따라 상기 송신펄스신호의 파워를 조절하기 위한 가중치를 상기 다중 펄서에 가하도록 동작하는 송신부
    를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신부는,
    상기 송신 제어 클럭, 상기 송신 주파수(transmit frequency) 및 상기 펄서 개수에 따라, 상기 다중 펄서에 가해지는 가중치를 산출하도록 동작하는 가중치 산출부; 및
    상기 산출된 가중치를 상기 다중 펄서에 가하여 상기 송신펄스신호의 파워를 조절하도록 동작하는 가중치 설정부
    를 포함하는 초음파 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신부는 상기 다중 펄서를 이용하여 다중 레벨 송신 파형(multi-level transmit waveform)을 형성하도록 더 동작하는 초음파 시스템.
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