KR20110038744A - 스윕 신호를 이용하여 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템 - Google Patents

스윕 신호를 이용하여 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템 Download PDF

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Abstract

스윕(sweep) 신호를 이용하여 거리 정보를 갖는 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템이 개시된다. 이 시스템은, 트리거(trigger) 신호를 형성하고, 트리거 신호에 따라 주파수가 변하는 스윕(sweep) 신호를 연속적으로 형성하도록 동작하는 신호 형성부; 스윕 신호를 초음파 신호로 변환하여 대상체에 송신하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 변환소자 및 대상체내의 반사체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 제2 변환소자를 포함하는 초음파 프로브; 수신신호의 주파수 성분을 분석하여, 송신 시각정보를 추출하여 초음파 신호의 송수신 시간을 산출하고, 송수신 시간을 이용하여 주파수 성분에 따른 거리 정보를 검출하며, 거리 정보 및 수신신호를 이용하여 거리별로 반사체의 반사량을 산출하도록 동작하는 신호 처리부; 및 반사량 및 거리 정보를 이용하여 초음파 영상을 형성하도록 동작하는 프로세서를 포함한다.
초음파, 스윕(sweep), 주파수, 거리

Description

스윕 신호를 이용하여 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템{ULTRASOUND SYSTEM FOR FORMING ULTRASOUND IMAGE USING SWEEP SIGNALS}
본 발명은 초음파 시스템에 관한 것으로, 특히 주파수가 변하는 스윕 신호를 이용하여 거리 정보를 갖는 초음파 영상을 형성하는 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 내부의 고해상도 영상을 의사에게 제공할 수 있으므로 의료 분야에서 매우 중요하게 이용되고 있다.
초음파 시스템은 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 대상체 내부의 관심객체에 해당하는 초음파 영상을 형성한다. 일반적으로 초음파 시스템은 초음파 신호를 송수신하는 방식에 따라 CW(continuous wave) 방식과 PW(pulse wave) 방식으로 구분된다. CW 방식은 초음파 신호를 대상체에 연속적으로 송신하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 변환소자(transducer element) 및 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 제2 변환 소자를 포함하는 초음파 프로브를 이용하여 초음파 신호를 대상체에 연속적으로 송신한다. 즉, CW 방식은 서로 다른 변환소자를 이용하여 초음파 신호의 송수신을 수행하기 때문에 초음파 신호를 연속적으로 송신할 수 있다. PW 방식은 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 변환소자를 포함하는 초음파 프로브를 이용하여 초음파 신호를 대상체에 송신한다. PW 방식은 동일한 변환소자를 이용하여 초음파 신호의 송수신을 수행하기 때문에, 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신한 후에 다음 초음파 신호를 송신할 수 있다.
CW 방식은 초음파 신호를 연속적으로 송신하여 SNR(signal to noise ratio)를 향상시킬 수 있고, 초음파 신호의 송신 전압을 감소시킬 수 있지만, 송신되는 초음파 신호의 주파수가 고정되어 있어 거리 정보를 획득할 없다. PW 방식은 거리 정보를 획득할 수 있지만, CW 방식에 비해 초음파 신호의 송신 파워가 높아야 하며 SNR이 감소된다. 따라서, CW 방식을 이용하여 거리 정보를 갖는 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 트리거 신호에 따라 주파수가 변하는 스윕(sweep) 신호를 이용하여, 초음파 신호를 대상체에 연속적으로 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 거리 정보를 갖는 초음파 영상을 형성하는 초음파 시스템을 제공 한다.
본 발명에 따른 초음파 시스템은, 트리거(trigger) 신호를 형성하고, 상기 트리거 신호에 따라 주파수가 변하는 스윕(sweep) 신호를 연속적으로 형성하도록 동작하는 신호 형성부; 상기 스윕 신호를 초음파 신호로 변환하여 대상체에 송신하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 변환소자 및 상기 대상체내의 반사체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 제2 변환소자를 포함하는 초음파 프로브; 상기 수신신호의 주파수 성분을 분석하여, 송신 시각정보를 추출하여 초음파 신호의 송수신 시간을 산출하고, 상기 송수신 시간을 이용하여 주파수 성분에 따른 거리 정보를 검출하며, 상기 거리 정보 및 상기 수신신호를 이용하여 거리별로 상기 반사체의 반사량을 산출하도록 동작하는 신호 처리부; 및 상기 반사량 및 상기 거리 정보를 이용하여 초음파 영상을 형성하도록 동작 하는 프로세서를 포함한다.
본 발명에 의하면, 스윕 신호를 이용하여 거리 정보를 갖는 초음파 영상을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, SNR을 향상시킬 수 있고, 초음파 신호의 송신 전압을 적게 하여 규격에서 제한하는 초음파 음향 파워 출력의 영향을 개선할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템(100)의 구성을 보이는 블록 도이다. 초음파 시스템(100)은 신호 형성부(110), 초음파 프로브(120), 신호 처리부(130), 프로세서(140), 디스플레이부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
신호 형성부(110)는 트리거(trigger) 신호를 형성한다. 아울러, 신호 형성부(110)는 트리거 신호에 따라 주파수가 사전 설정된 일정한 비율로 변화되는 신호(이하, 스윕(sweep) 신호라 함)를 연속적으로 형성한다. 본 실시예에서 신호 형성부(120)는 초음파 영상을 형성하고자 하는 영상 깊이(image depth)에 따라 스윕 신호의 주파수를 변화시킨다. 일례로서, 영상 깊이가 사전 설정된 임계값 이상 경우, 신호 형성부(110)는 초음파 프로브(120)의 주파수 사용 대역을 기준으로 스윕 신호의 주파수를 저주파수(예를 들어, 2㎒)에서 고주파수(예를 들어, 4㎒)로 변화시킨다. 다른 예로서, 영상 깊이가 사전 설정된 임계값 미만인 경우, 신호 형성부(110)는 스윕 신호의 주파수를 고주파수에서 저주파수로 변화시킨다. 또한, 조사를 위한 관심 영역의 거리에 따라 주파수의 변화율을 한 개 이상으로 동작시켜 거리 분해능과 관심 영역의 거리에 적합하게 신호 처리할 수 있도록 변화시킨다.
초음파 프로브(120)는 신호 형성부(110)로부터 연속적으로 제공되는 스윕 신호를 초음파 신호로 변환하여 대상체에 연속적으로 송신하고, 대상체내의 반사체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 수신신호를 형성한다. 초음파 프로브(120)는 초음파 신호를 연속적으로 송신하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 변환소자(transducer element)(도시하지 않음) 및 대상체내의 반사체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 제2 변환소자(도시하지 않음)를 포함한다. 본 실시예에서 초음파 프로 브(120)는 연속파 프로브(continuous wave)를 포함할 수 있다.
신호 처리부(130)는 초음파 프로브(120)로부터 제공되는 수신신호의 주파수 성분을 분석하여, 송신 시각정보를 추출하여 초음파 신호의 송수신 시간을 산출하고, 산출된 송수신 시간을 이용하여 주파수 성분에 따른 거리 정보를 검출한다. 송수신 시간을 이용한 거리 정보는 공지된 다양한 방법을 통해 검출될 수 있으므로 본 실시예에서 상세하게 설명하지 않는다. 신호 처리부(130)는 거리 정보 및 수신신호를 이용하여 거리별 반사체의 반사량을 산출한다.
상세하게 설명하면, 초음파 신호를 수신하는 수신 시점에서 수신 초음파 신호의 주파수 성분을 분석하면, 일정 비율로 증가 혹은 감소하면서 송신 초음파 신호의 송신 시간 정보, 즉 트리거 신호로부터의 시간을 추출할 수 있으며, 그 방법 중 첫번째 예인 주파수 분석에 의한 송신 시간 추출 방법은, 분석된 주파수에서 송신 시작 주파수의 차이를 구하고 구해진 차의 주파수를 스윕 신호의 주파수 변환율로 나누어 주면 송신시간 정보를 얻을 수 있다. 또 다른 예는 신호를 수신한 시점에서 수신된 초음파 신호의 주파수 성분과 송신하고 있는 초음파 신호의 주파수의 차를 연산하여 송신 스윕 주파수 변환율로 나누어 주면 송신 및 수신 초음파 신호 간의 시간 차를 알 수 있다.
프로세서(140)는 신호 처리부(130)로부터 제공되는 반사량 및 거리 정보를 이용하여 초음파 영상을 형성한다. 초음파 영상은 B 모드(brightness mode) 영상을 포함한다.
디스플레이부(150)는 프로세서(140)로부터 제공되는 초음파 영상을 디스플레 이한다. 제어부(160)는 스윕 신호의 형성을 제어하고, 초음파 신호의 송수신을 제어한다. 아울러, 제어부(160)는 거리 정보의 검출 및 반사량의 산출을 제어하고, 초음파 영상의 형성 및 디스플레이를 제어한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 사항 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
일례로서, 전술한 실시예에서는 트리거 신호가 신호 형성부(110)에서 형성되는 것으로 설명하였지만, 다른 실시예에서는 트리거 신호가 외부 장치로부터 제공될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 보이는 블록도.

Claims (4)

  1. 초음파 시스템으로서,
    트리거(trigger) 신호를 형성하고, 상기 트리거 신호에 따라 주파수가 변하는 스윕(sweep) 신호를 연속적으로 형성하도록 동작하는 신호 형성부;
    상기 스윕 신호를 초음파 신호로 변환하여 대상체에 송신하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 변환소자 및 상기 대상체내의 반사체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 제2 변환소자를 포함하는 초음파 프로브;
    상기 수신신호의 주파수 성분을 분석하여, 송신 시각정보를 추출하여 초음파 신호의 송수신 시간을 산출하고, 상기 송수신 시간을 이용하여 주파수 성분에 따른 거리 정보를 검출하며, 상기 거리 정보 및 상기 수신신호를 이용하여 거리별로 상기 반사체의 반사량을 산출하도록 동작하는 신호 처리부; 및
    상기 반사량 및 상기 거리 정보를 이용하여 초음파 영상을 형성하도록 동작하는 프로세서
    를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 형성부는, 상기 초음파 영상을 형성하고자 하는 영상 깊이(image depth)에 따라 상기 스윕 신호의 주파수를 증가 또는 감소하도록 설정하도록 동작하는 초음파 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는, 상기 초음파 신호를 수신한 시각에 해당하는 송신 초음파 신호 및 수신 초음파 신호 간의 주파수 차이를 연산하여 주파수 변환율에 의한 초음파 신호의 송수신 시간차를 연산하고, 상기 송수신 시간차를 이용하여 상기 거리 정보를 검출하며, 상기 반사량을 산출하도록 동작하는 초음파 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 형성부는, 상기 초음파 영상을 형성하고자 하는 영상 깊이(image depth)에 따라 스윕 신호의 주파수 변환율을 가변시키도록 동작하는 초음파 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101876909B1 (ko) * 2015-12-24 2018-07-10 한국해양과학기술원 소나 영상의 컬러표시방법 및 이를 이용하여 표적 식별이 용이한 소나시스템

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101876909B1 (ko) * 2015-12-24 2018-07-10 한국해양과학기술원 소나 영상의 컬러표시방법 및 이를 이용하여 표적 식별이 용이한 소나시스템

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