KR20120080093A

KR20120080093A - 피사체를 진단하는 진단시스템, 피사체에 대한 진단영상을 제공하는 의료영상시스템 및 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법

Info

Publication number: KR20120080093A
Application number: KR1020110001552A
Authority: KR
Inventors: 김배형; 장진호; 김동욱; 송종근; 송태경; 유양모; 조경일
Original assignee: 삼성전자주식회사; 서강대학교산학협력단
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-16
Also published as: US20120179043A1; JP2012143559A; EP2474835A2; CN102579078A; CN102579078B; KR101303626B1; EP2474835A3

Abstract

피사체를 진단하는 진단시스템, 피사체에 대한 진단영상을 제공하는 의료영상시스템 및 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법에 따르면, 피사체를 진단하는 진단시스템은 프로브 및 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 수행하는 하이브리드 빔포머(hybrid beamformer)를 포함한다.

Description

피사체를 진단하는 진단시스템, 피사체에 대한 진단영상을 제공하는 의료영상시스템 및 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법{Diagnosis system for diagnosing subject, medical image system for providing diagnosis image of subject and method for displaying diagnosis image of subject}

피사체를 진단하는 진단시스템, 피사체에 대한 진단영상을 제공하는 의료영상시스템 및 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법이 개시된다.

의료용 초음파 영상장치는 인체에 무해하고, 실시간으로 인체 내부의 해부학적 정보 및 기능적 정보를 제공한다. 이에 따라, 초음파 영상장치의 세계 시장은 매년 약 6% 정도 꾸준히 성장하여, 2010년 기준 57억 달러에 이르렀다. 초음파 의료 영상장치는 1차원 어레이 변환자를 사용하여, 인체 내부의 단면에 대한 2차원 영상을 제공할 수 있다. 또한, 초음파 의료 영상장치는 1차원 어레이 변환자를 기계적으로 이동시키면서 인체 내부의 볼륨(volume) 정보를 획득하여, 인체 내부의 3차원 영상을 제공할 수도 있다.

실시간 고해상도 진단영상을 제공하는 피사체를 진단하는 진단시스템, 피사체에 대한 진단영상을 제공하는 의료영상시스템 및 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법을 제공한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 피사체를 진단(diagnosis)하는 진단시스템은 상기 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하는 프로브(probe); 및 상기 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 상기 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하는 하이브리드 빔포머(Hybrid Beamformer)를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 피사체에 대한 진단(diagnosis)영상을 제공하는 의료영상시스템은 상기 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하는 프로브(probe); 상기 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 상기 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하여 수신빔을 형성하는 하이브리드 빔포머(Hybrid Beamformer); 및 상기 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부를 포함한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법은 프로브에 포함된 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 및 상기 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 단계; 상기 산출된 시간 지연값에 따라 상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 상기 피사체에 신호를 송신하는 단계; 상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 상기 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여, 상기 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성하는 단계; 상기 복수의 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 복수의 디지털 신호들을 상기 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하는 단계; 및 상기 합성결과를 이용하여 생성된 진단영상을 표시하는 단계를 포함하고, 상기 서브-어레이는 적어도 한 줄 이상의 어레이 변환자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 상기된 진단영상을 표시하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

상기된 바에 따르면, 하드웨어의 복잡도 및 연산량을 감소시키는 하이브리드 빔포머를 사용하여 피사체에 대한 3차원 진단영상을 생성 및 표시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단시스템 사용환경의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단시스템을 도시한 구성도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 실시예에 따른 서브-어레이의 예들을 도시한 도면들이다.
도 4는 본 실시예에 따른 제어부에서 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 실시예에 따른 고도 방향 및 측 방향의 일 예를 도시한 도면들이다.
도 6은 본 실시예에 따른 진단시스템의 송신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 진단시스템의 수신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료영상시스템을 도시한 구성도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 진단영상을 표시하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단시스템(10) 사용환경의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 프로브(probe)(100) 및 하이브리드 빔포머(hybrid beamformer)(200)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 도 1은 프로브(100) 및 하이브리드 빔포머(200)를 별개의 장치로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 하이브리드 빔포머(200)는 프로브(100)와 결합 가능하다.

본 실시예에 따른 프로브(100)는 피사체와 신호를 송수신하고, 하이브리드 빔포머(200)는 송신빔을 형성하여 프로브(100)에서 변환되어 피사체로 송신될 신호를 생성하고, 프로브(100)에 의하여 수신되는 신호를 합성하여 수신빔을 형성한다.

예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 프로브(100)는 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하고, 하이브리드 빔포머(200)는 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행한다. 이때, 서브-어레이가 배열된 방향은 고도 방향 또는 측 방향이 될 수 있고, 이에 따라, 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향은 측 방향 또는 고도 방향이 될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 피사체에 대한 정보를 나타내는 신호를 출력할 수 있고, 출력된 신호는 진단영상으로 생성되어 사용자에게 표시될 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 진단영상은 3차원 영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단시스템(10)을 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 프로브(100) 및 하이브리드 빔포머(200)로 구성되고, 하이브리드 빔포머(200)는 제어부(210), 신호 생성부(212), 송수신 스위치부(214), 수신 신호 처리부(216), 아날로그 빔포머(analog beamformer)(220), 아날로그-디지털 변환기(analog-digital converter)(230) 및 디지털 빔포머(digital beamformer)(240)로 구성되고, 디지털 빔포머(240)는 송신 디지털 빔포머(241) 및 수신 디지털 빔포머(242)로 구성된다.

도 2에 도시된 진단시스템(10)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 진단시스템(10)의 제어부(210), 수신 신호 처리부(216), 아날로그 빔포머(210), 아날로그-디지털 변환기(230) 및 디지털 빔포머(240)들은 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 피사체에 대한 진단영상을 나타내는 신호를 출력할 수 있고, 이때, 진단영상은 3차원 진단영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

프로브(100)는 피사체와 신호를 송수신한다. 이때, 송수신되는 신호는 초음파 신호가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 프로브(100)는 피사체와 초음파 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함한다.

이때, 변환자는 하이브리드 빔포머(200)에서 생성된 전기신호를 초음파 신호로 변환하고, 피사체로부터 반사된 초음파 신호를 전기신호로 변환하여 하이브리드 빔포머(200)로 전송한다.

본 실시예에 따른 프로브(100)는 이와 같은 변환자들을 2차원 어레이의 형태로 포함하고 있기에, 진단시스템(10)은 3차원 진단영상을 나타내기 위한 신호를 출력할 수 있다. 이때, 진단영상은 초음파 영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기에서, 2차원 어레이의 형태라 함은 변환자들이 M×N개 배열된 경우를 의미하고, M 및 N은 1 이상의 정수이고, M과 N은 동일한 수가 될 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 프로브(100)는 적어도 한 줄 이상의 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함한다.

프로브(100)가 고도(elevation) 방향 및 측(lateral) 방향으로 M×N개 배열된 변환자들을 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 서브-어레이는 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자 또는 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자 중 어느 하나가 될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 서브-어레이는 두 줄 이상의 어레이 변환자들이 될 수도 있다.

이에 따라, 하이브리드 빔포머(200)는 프로브(100)에 포함된 복수의 변환자들을 서브-어레이 별로 구별하여 제어하기에, 변환자들을 제어하는 케이블의 수 및 연산량이 감소될 수 있다. 서브-어레이에 관하여, 이하 도 3a 내지 도 3d에서 상세히 설명한다.

하이브리드 빔포머(200)는 송신빔을 형성하여 프로브(100)에서 변환되어 피사체로 송신될 신호를 생성하고, 프로브(100)에 의하여 수신되는 신호를 합성하여 수신빔을 형성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 하이브리드 빔포머(200)는 송신빔을 형성하여 전기신호를 생성하고, 프로브(100)는 하이브리드 빔포머(200)에서 생성된 전기신호를 초음파 신호로 변환하여 피사체에 송신하고, 프로브(100)는 피사체로부터 반사되는 초음파 신호를 전기신호로 변환하고, 하이브리드 빔포머(200)는 프로브(100)에서 변환된 전기신호들을 합성하여 피사체에 대한 정보를 나타내는 수신빔을 형성한다. 이에 따라, 하이브리드 빔포머(200)에서 형성된 수신빔은 DSP(digital Signal Processing) 등과 같은 소정의 처리절차에 따라 피사체에 대한 진단영상으로 생성될 수 있다.

제어부(210)는 하이브리드 빔포머(200)의 전반적인 동작을 제어하기 위하여 신호 생성부(212), 송수신 스위치부(214), 수신 신호 처리부(216), 아날로그 빔포머(220), 아날로그-디지털 컨버터(230) 및 디지털 빔포머(240)를 제어한다. 좀 더 상세히 설명하면, 제어부(210)는 프로브(100)에 포함된 변환자들과 피사체의 집속점의 거리 차에 따른 시간 지연값을 산출하고, 산출된 시간 지연값에 따라 송 수신빔이 형성되고, 이에 따른 송수신 신호가 생성되도록 제어한다.

본 실시예에 따른 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 서브-어레이 별로 산출된 시간 지연값에 따라 변환자들이 피사체와 신호를 송수신하도록 제어한다. 또한, 본 실시예에 따른 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브 어레이에 포함된 변환자들 각각에 대하여 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 산출된 시간 지연값에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어한다. 이때, 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들은 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 가지기에, 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브 어레이에 포함된 변환자들 각각에 대하여만 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출한다. 또한, 본 실시예에 따른 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값은 변환자와 집속점과의 거리에 따라 산출될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 방법 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 방법에 관하여 알 수 있기에 상세한 설명은 생략한다.

즉, 제어부(210)는 아날로그 빔포머(220)에 의하여 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍이 수행되고, 디지털 빔포머(240)에 의하여 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍이 수행되도록 제어한다.

프로브(100)가 제1 내지 제3 서브-어레이에 따른 3개의 서브-어레이를 포함하고, 각 서브-어레이는 5개의 변환자들(예를 들면, 서브-어레이가 배열된 방향 순서로 변환자 a, 변환자 b, 변환자 c, 변환자 d, 변환자 e라 한다.)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명하면, 제어부(210)는 3개의 서브-어레이 각각에 대하여 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출한다. 산출된 시간 지연값을 각각 d1, d2 및 d3라고 하면, 제어부(210)는 제1 서브-어레이에 포함된 변환자들이 시간 지연값 d1에 따라 피사체와 신호를 송수신하고, 제2 서브-어레이에 포함된 변환자들이 시간 지연값 d2에 따라 피사체와 신호를 송수신하고, 제3 서브-어레이에 포함된 변환자들이 시간 지연값 d3에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 프로브(100)의 변환자들을 제어한다.

또한, 제어부(210)는 3개의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들에 대하여 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출한다. 이때, 제어부(210)는 3개의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 시간 지연값에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어한다.

예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 제1 서브-어레이에 포함된 변환자 a 내지 변환자 e에 대한 각각의 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값(예를 들면, t1 내지 t5)을 산출하고, 산출된 시간 지연값에 기초하여, 제1 서브-어레이에 포함된 변환자 a, 제2 서브-어레이에 포함된 변환자 a 및 제3 서브-어레이에 포함된 변환자 a가 동일한 시간 지연값 t1에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어한다. 이처럼, 본 실시예에 따른 동일한 위치라 함은 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 동일한 라인에 배열된 경우를 나타낸다.

상기에서 복수의 서브-어레이들 중 제1 서브-어레이를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 다른 서브-어레이를 기준으로 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출할 수도 있다.

본 실시예에 따른 제어부(210)는 프로브(100)에 포함된 변환자들이 각 서브-어레이 별로 소정의 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값(예를 들면, d1 내지 d3)을 가지고, 또한, 서브-어레이 각각에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치의 변환자들은 소정의 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값(예를 들면, t1 내지 t5)을 가지도록 제어한다. 이에 관하여, 이하 도 6 내지 7에서 상세히 설명한다.

다만, 이에 한정되지 않고, 제어부(210)는 제1 서브-어레이에 포함된 5개의 변환자들 중 하나 또는 그 이상의 변환자들에서 시간 지연값 d1에 따라 피사체와 신호를 송수신하고, 제2 서브-어레이에 포함된 5개의 변환자들 중 하나 또는 그 이상의 변환자들에서 시간 지연값 d2에 따라 피사체와 신호를 송수신하고, 제3 서브-어레이에 포함된 5개의 변환자들 중 하나 또는 그 이상의 변환자들에서 시간 지연값 d3에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 프로브(100)의 변환자들을 제어할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

또한, 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 내지 d3를 산출하는 방법에 관하여 예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 서브-어레이에 포함된 복수의 변환자들 중 집속점과 가장 가깝게 위치한 변환자를 기준으로 시간 지연값을 산출하거나, 집속점과 가장 멀게 위치한 변환자를 기준으로 시간 지연값을 산출하거나, 가운데 위치한 변환자를 기준으로 시간 지연값을 산출하거나, 또는 집속점과 복수의 변환자들 간의 거리의 평균을 이용하여 시간 지연값을 산출할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 관하여, 이하 도 4에서 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여, 동일한 기준을 사용하여 시간 지연값을 산출한다. 그러하기에, 복수의 서브-어레이들 각각은 서로 다른 시간 지연값을 가질 수 있다.

이에 따라, 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들이 적절한 시간 지연값을 가지고 피사체와 신호를 송수신하도록 제어함에 따라, 하이브리드 빔포머(200)에서 형성되는 수신빔에 의하여 생성되는 진단영상의 선명도를 향상시킬 수 있다.

또한, 프로브(100)에 포함된 변환자들이 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따른 신호를 피사체와 송수신하도록 하기 위하여 변환자들에 제어 라인을 연결하는 경우, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들에 대하여 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 사용할 수 있기에, 각 서브-어레이에만 제어 라인을 연결할 수 있다. 따라서, 모든 변환자들에 제어 라인을 연결하는 경우에 비하여 연산량을 현저하게 감소시키면서도 생성되는 진단영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 아날로그 빔집속 시 필요한 제어 라인은 3차원 영상을 구성하는 2차원 단면 영상의 개수에 따라 결정될 수 있었다. 예를 들어 설명하면, 2차원 단면 영상이 256개 필요할 경우, 이를 위한 시간 지연 소자의 선택을 위한 제어 신호는 256개가 필요하였다. 하지만, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들에 대하여 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 사용할 수 있기에, 각 서브-어레이에만 제어 라인을 연결함에 따라, 제어 라인의 수를 감소시킬 수 있다. 8개의 서브-어레이로 구성된 경우로 예를 들어 설명하면, 상기 256개의 2차원 단면 영상을 생성할 경우, 8개의 제어 신호만을 사용할 수 있다.

신호 생성부(212)는 아날로그 빔포머(220)에서 형성된 송신빔을 이용하여 송신 신호를 생성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 신호 생성부(212)는 프로브(100)를 통하여 피사체에 송신될 송신 펄스를 생성한다. 예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 신호 생성부(212)는 초음파 송신 펄스를 생성하는 초음파 송신 펄서(pulser)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

송수신 스위치부(214)는 초음파 송신 펄서(212)에서 생성된 신호 및 프로브(100)에서 수신된 신호 중 적어도 어느 하나에 대하여 서브-어레이별로 각 변환자들에서 신호를 송수신하도록 스위칭 작업을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 서브-어레이별로 신호를 송수신하는 것은 각 채널에 따른 신호의 송수신 작업이 될 수 있다.

수신 신호 처리부(216)는 프로브(100)로부터 수신된 신호에 대하여 소정의 처리 작업을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 수신 신호 처리부(216)는 프로브(100)로부터 수신된 아날로그 신호에 대하여 잡음을 감소시키는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)(미도시) 및 입력되는 신호에 따라 이득(gain) 값을 제어하는 가변 이득 증폭기(VGA: Variable Gain Amplifier)(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 가변 이득 증폭기는 집속점과의 거리에 따른 이득을 보상하는 TGC(Time Gain compensation)이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 신호 생성부(212), 송수신 스위치부(214) 및 수신 신호 처리부(216)에 관하여 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.

아날로그 빔포머(220)는 제어부(210)의 제어에 따라 송신빔을 형성하여 신호 생성부(212)로 출력하고, 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성한다. 즉, 본 실시예에 따른 아날로그 빔포머(220)는 고정 집속을 수행하며, 아날로그 빔포밍을 수행한다.

예를 들어 설명하면, 아날로그 빔포머(220)는 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 집속점과의 거리에 따른 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 아날로그 빔포밍을 수행한다. 이때, 복수의 서브-어레이들 각각에 포함된 변환자들에 있어서, 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들은 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 가진다.

이때, 어느 하나의 서브-어레이는 집속점과 가장 가까운 서브-어레이가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 집속점과 가장 먼 서브-어레이, 또는 서브-어레이들 중 중간에 위치한 서브-어레이 등 다양한 경우가 존재할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 아날로그 빔포머(220)는 프로브(100)에서 피사체로 송신되는 신호를 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향(steering)시킬 수 있다.

예를 들어 설명하면, 서브-어레이가 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 아날로그 빔포머(220)는 프로브(100)의 변환자들에서 피사체로 송신되는 신호를 고도 방향으로만 조향시킨다.

다른 예를 들어 설명하면, 서브-어레이가 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 아날로그 빔포머(220)는 프로브(100)의 변환자들에서 피사체로 송신되는 신호를 측 방향으로만 조향시킨다.

이처럼, 아날로그 빔포머(220)는 서브-어레이의 배열 방향으로만 프로브(100)에서 피사체로 송신되는 신호를 조향시키기에, 하이브리드 빔포머(200)에서 형성되는 수신빔에 의하여 생성될 수 있는 진단영상의 해상도가 향상될 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 서브-어레이가 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 제어부(210)에서 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값은 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 집속점과의 거리가 고려되지 않았기에, 아날로그 빔포머(220)는 변환자들에서 피사체로 송신되는 신호를 서브-어레이의 배열 방향으로 조향시킨다.

이에 따라, 아날로그 빔포머(220)는 연산량을 향상시키지 않으면서도 생성되는 진단영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.

다만, 아날로그 빔포머(220)는 진단영상의 해상도를 향상시키기 위하여 변환자들을 서브-어레이의 배열 방향에 한정되지 않고, 다른 방향으로도 조향시킬 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 아날로그 빔포머(220)에서 아날로그 빔포밍을 수행하는 방법에 관하여 알 수 있기에 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 기재된 바와 같이, 본 실시예에 따른 아날로그 빔포머(220)는 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성할 수 있고, 또한, 프로브(100)에서 송신되는 신호가 조향되는 경우, 조향된 신호가 피사체에 반사되어 변환자들이 수신한 신호들을 합성하여 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성한다.

아날로그-디지털 변환기(230)는 아날로그 빔포머(220)에서 생성된 복수의 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환한다. 이에 따라, 아날로그-디지털 변환기(230)는 복수의 디지털 신호들을 생성하고, 생성된 복수의 디지털 신호들은 디지털 빔포머(240)로 출력된다.

디지털 빔포머(240)는 제어부(210)의 제어에 따라 송신빔을 형성하여 아날로그 빔포머(220)로 출력하고, 아날로그-디지털 변환기(230)에서 변환된 복수의 디지털 신호들을 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성한다. 즉, 디지털 빔포머(240)는 디지털 빔포밍을 수행한다.

예를 들어 설명하면, 송신 디지털 빔포머(241)는 제어부(210)의 제어에 따라 송신빔을 형성하여 아날로그 빔포머(220)로 출력하고, 수신 디지털 빔포머(242)는 아날로그-디지털 변환기(230)에서 변환된 복수의 디지털 신호들을 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여 수신빔을 형성한다.

예를 들어 설명하면, 아날로그 빔포머(220)는 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성하고, 아날로그-디지털 변환기(230)는 아날로그 빔포머(220)에서 생성된 복수의 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하고, 수신 디지털 빔포머(242)는 아날로그-디지털 변환기(230)에서 변환된 복수의 디지털 신호들을 제어부(210)에서 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성한다.

이처럼, 디지털 빔포머(240)는 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 고려하여 송수신빔을 형성하는 동적 집속을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 수신 디지털 빔포머(242)는 아날로그 빔포머(220)에서 생성된 복수의 아날로그 신호들에 대하여 동적 집속을 수행하기에, 디지털 빔포머(240)에 연결된 케이블의 수를 현저하게 감소시킬 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 디지털 빔포머(240)에서 디지털 빔포밍을 수행하는 방법에 관하여 알 수 있기에 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 케이블 수, 제어라인 및 연산량을 감소시키면서도, 고선명의 진단영상을 생성할 수 있는 수신빔을 형성할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 실시예에 따른 서브-어레이의 예들을 도시한 도면들이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 3a 내지 도 3b는 고도 방향 및 측 방향으로 5×6개 배열된 변환자들을 예로 들어 설명하고, 도 3c 내지 도 3d는 고도 방향 및 측 방향으로 M×N개 배열된 변환자들을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 프로브(100)는 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이(31)로 구성할 수 있고, 이에 따라, 프로브(100)는 6개의 서브-어레이들을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3b를 참조하면, 프로브(100)는 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이(31)로 구성할 수 있고, 이에 따라, 프로브(100)는 5개의 서브-어레이들을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3c를 참조하면, 프로브(100)는 고도 방향으로 배열된 세 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자들을 하나의 서브-어레이(33)로 구성할 수 있다. 이때, 세 줄의 변환자들은 하나의 실시예에 해당할 뿐이기에, 서브-어레이(33)는 이에 한정되지 않고, 두 줄의 변환자들, 네 줄의 변환자들 등을 모두 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3d를 참조하면, 프로브(100)는 측 방향으로 배열된 세 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자들을 하나의 서브-어레이(34)로 구성할 수 있다. 이때, 세 줄의 변환자들은 하나의 실시예에 해당할 뿐이기에, 서브-어레이(34)는 이에 한정되지 않고, 두 줄의 변환자들, 네 줄의 변환자들 등을 모두 포함할 수 있다.

이에 따라, 하이브리드 빔포머(200)는 프로브(100)에 포함된 복수의 변환자들을 서브-어레이 별로 구별하여 제어하기에, 변환자들을 제어하는 케이블의 수 및 연산량이 감소될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 프로브(100)는 서브-어레이에 포함되는 어레이 변환자의 수를 적응적으로 조정하여, 고해상도의 3차원 진단영상을 얻고자하는 경우에는 한 줄의 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하고 저해상도의 3차원 진단영상을 얻고자하는 경우에는 두 줄 이상의 어레이 변환자들을 하나의 서브-어레이로 구성할 수 있다. 이에 따라, 사용 환경에 따라 적절하게 서브-어레이를 구성할 수 있기에, 사용자의 편의에 따라 연산량과 진단영상 해상도 간의 트레이드-오프(trade-off)를 조정할 수 있다.

도 4는 본 실시예에 따른 제어부(210)에서 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 방법을 도시한 도면이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 한 줄의 어레이 변환자로 구성된 하나의 서브-어레이(41) 및 피사체의 집속점(42)이 도시되어 있다.

예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 서브-어레이(41)에 포함된 복수의 변환자들 중 집속점(42)과 가장 가깝게 위치한 변환자(413)를 기준으로 서브-어레이(41)에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다.

다른 예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 서브-어레이(41)에 포함된 복수의 변환자들 중 집속점(42)과 가장 멀게 위치한 변환자(417)를 기준으로 서브-어레이(41)에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다.

또 다른 예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 서브-어레이(41)에 포함된 복수의 변환자들 중 가운데 위치한 변환자(414)를 기준으로 서브-어레이(41)에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다.

또 다른 예를 들어 설명하면, 제어부(210)는 집속점(42)과 서브-어레이(41)에 포함된 복수의 변환자들 간의 거리의 평균을 이용하여 서브-어레이(41)에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 제어부(210)는 집속점(42)과 서브-어레이(41)에 포함된 복수의 변환자들 간의 거리인 r1, r2, r3, r4, r5, r6 및 r7의 평균 거리를 이용하여 서브-어레이(41)에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다.

이때, 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여, 동일한 기준을 사용하여 시간 지연값을 산출할 수 있다. 이에 따라, 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 시간 지연값을 산출할 수 있다.

도 5a 내지 도 5b는 본 실시예에 따른 고도 방향 및 측 방향의 일 예를 도시한 도면들이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다.

도 5a를 참조하면 고도 방향으로 송수신 빔집속을 수행하는 경우의 일 예가 도시되어 있고, 도 5b를 참조하면, 측 방향으로 송수신 빔집속을 수행하는 경우의 일 예가 도시되어 있다.

도 2 및 도 5a를 참조하여 송수신 빔집속에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, 프로브(100) 및 아날로그 빔포머(220)에서 아날로그 소자를 이용하여 고도 방향으로 송수신 빔집속을 수행하는 동작의 일 예가 도시되어 있다. 이때, 6개의 서브-어레이들(511 내지 516) 각각이 제어 라인으로 연결되고, 제어부(210)는 이러한 제어 라인을 통하여, 아날로그 빔포머(220)의 고도 방향에 대한 빔집속 위치를 결정할 수 있다. 이때, 제어부(210)는 복수의 서브-어레이들(511 내지 516)에 포함된 변환자들 각각에 대하여, 복수의 서브-어레이들(511 내지 516)에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어한다.

즉, 제어부(210)는 고도 방향으로의 신호 송수신 방향과 빔집속 위치를 결정하고, 아날로그 빔포머(220)는 제어된 송수신 방향 및 빔집속 위치에 따라 신호를 조정한다.

본 실시예에 따른 아날로그 소자를 이용하여 송수신 빔집속을 수행하는 것은 1차원 어레이 변환자에서 고도 방향으로 음향 렌즈를 사용하는 것과 유사한 동작을 수행한다. 하지만, 1차원 어레이 변환자의 경우, 고도 방향으로 신호의 송수신 방향을 결정할 때 기계적으로 움직여서 수행하게 된다. 즉, 종래와 같이 1차원 어레이 변환자를 기계적으로 이동시키면서 3차원 진단영상을 획득할 수 있으나, 이러한 방법은 영상형성속도, 즉, 시간 해상도(temporal resolution) 또는 공간 해상도(spatial resolution) 측면에서 성능이 매우 제한적이다.

즉, 종래의 1차원 어레이 변환자는 고도 방향으로 음향 렌즈를 사용하여 고정 집속하기에, 영상의 공간 해상도가 고도 방향의 집속점 근처에서 가장 좋고, 그 외의 지점에서는 공간 해상도가 저하된다. 이에 따라, 1차원 어레이 변환자를 기계적으로 이동시키면서 3차원 진단영상을 획득할 수 있으나, 기계적 움직임의 속도가 제한적이기에 시간 해상도가 2초당 1프레임으로 감소된다.

반면에, 본 실시예에 따른 아날로그 빔포머(220)는 2차원 어레이 변환자들을 사용하여 신호의 송수신 방향의 결정을 전기적으로 수행할 수 있기에, 시간 해상도 및 공간 해상도의 성능이 보장될 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 2차원 어레이 변환자를 사용하여 공간 해상도 및 시간 해상도를 향상시킴에 따라, 실시간 고해상도 3차원 영상(volumetric imaging) 및 단면 영상들(multi-planes)을 획득할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 2차원 어레이 변환자를 사용하면서도 서브-어레이를 사용하여 케이블 수를 감소시킬 수 있다.

이에 따라, 아날로그 빔포머(220)는 고도 방향으로 신호의 송수신 방향 및 빔집속 위치를 결정하고, 본 실시예에 따른 디지털 빔포머(240)는 측 방향으로 송수신 빔집속 동작을 수행한다.

이때, 디지털 빔포머(240)에는 신호 전송 케이블이 연결되어 있고, 이러한 케이블들은 아날로그-디지털 컨버터(230)에 연결될 수 있다. 제어부(210)는 이러한 신호 전송 케이블을 통하여 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 신호가 송수신되도록 디지털 빔포머(240)를 제어한다.

본 실시예에 따른 디지털 소자를 이용하여 송수신 빔집속을 수행하는 것은 1차원 어레이 변환자를 사용하여 2차원 단면영상을 획득하는 방법과 유사한 동작을 수행한다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 서브-어레이가 배열된 방향인 고도 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 측 방향으로 디지털 빔포밍을 수행한다. 따라서, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 아날로그 빔포머(220)에 연결된 제어라인의 수, 디지털 빔포머(240)에 연결된 케이블의 수 및 연산량을 감소시키면서도, 고선명의 3차원 진단영상을 생성하기 위한 신호를 생성할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 도 5a 내지 도 5b는 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우에 적용할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

이러한 경우, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 서브-어레이가 배열된 방향인 측 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 고도 방향으로 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다.

도 6은 본 실시예에 따른 진단시스템(10)의 송신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 프로브(100)는 3개의 서브-어레이들(61, 62, 63)을 포함하고, 각 서브-어레이에 포함된 변환자들(611 내지 614, 621 내지 624, 631 내지 634)이 도시되어 있다.

제어부(210)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하고, 또한, 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 산출된 시간 지연값들에 따라 변환자들(611 내지 614, 621 내지 624, 631 내지 634)이 피사체에 신호를 송신하도록 제어한다.

이에 따라, 송신 디지털 빔포머(241)는 서브 어레이들(61 내지 63) 각각에 포함된 변환자들에 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1, d2 및 d3가 적용되도록 하고, 아날로그 빔포머(220)는 서브 어레이들(61 내지 63)에 포함된 변환자들(611 내지 614, 621 내지 624, 631 내지 634) 각각에 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t1, t2, t3 및 t4가 적용되도록 한다.

첫 번째 서브-어레이(61)에 포함된 변환자들(611 내지 614)에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, 변환자(611)은 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t1이 모두 적용된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신하고, 변환자(612)는 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t2가 모두 적용된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신하고, 변환자(613)은 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t3가 모두 적용된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신하고, 변환자(614)는 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t4가 모두 적용된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신한다.

또한, 두 번째 서브-어레이(62)에 포함된 변환자들(621 내지 624)에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, 변환자(621)은 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d2 및 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t1이 모두 적용된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신한다, 이와 같은 방식으로 두 번째 서브-어레이(62) 및 세 번째 서브-어레이(63)에 포함된 다른 변환자들에 대한 시간 지연값을 알 수 있다.

이처럼, 서브-어레이의 배열 방향과 수직 방향인 측 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들(611, 621, 631)은 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값 t1을 가진다.

신호 생성부(212)는 아날로그 빔포머(220)에서 형성된 송신빔에 따른 전기신호를 생성하고, 송수신 스위치부(214)는 각 서브-어레이(61 내지 63) 별로 신호가 송신되도록 스위칭한다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 제어 라인 및 케이블의 수를 감소시키면서도, 고선명의 진단영상을 획득하기 위한 송신 빔집속을 수행할 수 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 진단시스템(10)의 수신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않는다.

도 2 및 도 7을 참조하면, 프로브(100)는 3개의 서브-어레이들(71, 72, 73)을 포함하고, 각 서브-어레이에 포함된 변환자들(711 내지 714, 721 내지 724, 731 내지 734)이 도시되어 있다.

송수신 스위치부(214)는 각 서브-어레이(71 내지 73) 별로 신호가 수신되도록 스위칭하고, 수신 신호 처리부(216)는 수신된 신호에 대하여 잡음 감소 및 이득 증폭 등의 소정의 처리를 수행한다.

아날로그 빔포머(220)는 서브-어레이(71)에 포함된 변환자들(711 내지 714)이 수신하여 수신 신호 처리부(216)에서 소정의 처리를 수행한 신호들을, 송신빔을 형성하는데 사용된 아날로그 빔포밍을 지연 신호값 t1, t2, t3 및 t4에 따라 합성하여, 아날로그 신호 a1을 생성한다. 이에 따라, 아날로그 빔포머(220)는 3개의 서브-어레이들(71 내지 73) 각각에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 합성하여 3개의 아날로그 신호들(a1, a2 및 a3)을 생성한다.

아날로그-디지털 변환기(230)는 3개의 아날로그 신호들(a1, a2 및 a3)을 3개의 디지털 신호들(b1, b2 및 b3)로 변환한다.

수신 디지털 빔포머(242)는 3개의 디지털 신호들(b1, b2 및 b3)을 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 d1 내지 d3에 따라 합성하여 하나 또는 다수의 디지털 신호(c1)를 생성한다. 수신 디지털 빔포머(242)에서 생성된 신호(c1)는 피사체의 집속점 또는 영상을 구성하고자 하는 피사체에 대한 정보를 나타내고, 이를 이용하여 진단영상이 생성될 수 있다.

프로브(100)가 고도 방향 및 측 방향으로 4×3개 배열된 변환자들인 경우, 종래에는 아날로그 빔포밍을 수행하거나 또는 디지털 빔포밍을 수행하기 위하여 12개의 제어라인 또는 케이블 선이 필요하였다.

본 실시예에 따른 진단시스템(10)에 따르면, 서브-어레이가 고도 방향으로 배열된 경우, 4개의 제어라인과 3개의 케이블만을 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 제어라인과 케이블의 수를 감소시킴에 따라, 연산량도 현저하게 감소시키면서도, 고선명의 3차원 진단영상을 생성하기 위한 신호를 생성할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 도 6 내지 도 7은 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자를 하나의 서브-어레이로 구성하는 경우에 적용할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 이러한 경우, 본 실시예에 따른 진단시스템(10)은 3개의 제어라인과 4개의 케이블만을 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료영상시스템(800)을 도시한 구성도이다. 본 실시예에 따른 의료영상시스템(800)은 진단시스템(10), 진단영상 생성부(810), 저장부(820), 진단영상 표시부(830) 및 출력부(840)로 구성되고, 진단시스템(10)은 프로브(100) 및 하이브리드 빔포머(200)로 구성된다.

도 8에 도시된 의료영상시스템(800)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 8에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 진단시스템(10)은 도 1 내지 도 2에 도시된 진단시스템(10)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 도 1 내지 도 2와 관련하여 기재된 내용은 도 8에 도시된 의료영상시스템(800)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 의료영상시스템(800)은 피사체에 대한 진단영상을 제공한다. 예를 들어 설명하면, 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하거나, 또는 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하는 외부장치로 피사체에 대한 진단영상을 나타내는 신호를 출력한다.

이에 따라, 진단시스템(10)은 프로브(100) 및 하이브리드 빔포머(200)를 이용하여, 피사체에 대한 진단영상을 생성하기 위한 신호를 출력한다.

프로브(100)는 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하고, 하이브리드 빔포머(200)는 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하여 수신빔을 형성한다.

이때, 프로브(100)의 서브-어레이가 배열된 방향은 고도 방향 또는 측 방향 중 어느 하나가 될 수 있고, 이에 따라, 서브-어레이가 배열된 방향에 수직인 방향은 상기 서브-어레이의 배열 방향에 수직인 측 방향 또는 고도 방향이 될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포머를 포함하고, 아날로그 빔포머는 상기 프로브에서 상기 피사체로 송신되는 신호를 상기 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향(steering)시킨다.

또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 변환자들이 피사체에 신호를 송신하도록 제어하고, 또한, 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대하여 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하고, 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 하이브리드 빔포머(200)는 연산량을 감소시키면서도 고선명의 3차원 진단영상을 생성하기 위한 수신빔을 형성할 수 있다.

진단영상 생성부(810)는 하이브리드 빔포머(200)에서 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 진단영상 생성부(810)는 DSP(Digital Signal Processor)(미도시) 및 DSC(Digital Scan Converter)(미도시)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 DSP는 하이브리드 빔포머(200)로부터 출력되는 신호 및 저장부(820)에 저장된 신호 중 적어도 어느 하나를 처리하여 b, c 또는 d 모드 등을 표현하는 영상데이터를 형성하고, DSC는 DSP에서 형성된 영상데이터를 디스플레이하기 위하여 스캔변환된 진단영상을 생성한다.

본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 DSP 및 DSC에 관하여 알 수 있기에 상세한 설명은 생략한다.

저장부(820)는 의료영상시스템(800)의 동작을 수행하는 중에 발생하는 데이터를 저장한다. 예를 들어 설명하면, 저장부(820)는 하이브리드 빔포머(200)에서 형성되는 수신빔을 저장하거나, b, c 또는 d 모드 등을 표현하는 영상데이터, 또는 스캔변환된 진단영상 등을 저장할 수 있다.

본 실시예에 따른 저장부(820)는 통상적인 저장매체로서 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 저장부(720)는 하드디스크드라이브(Hard Disk Drive, HDD), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래쉬메모리(Flash Memory) 및 메모리카드(Memory Card)를 모두 포함함을 알 수 있다.

진단영상 표시부(830)는 진단영상 생성부(810)에서 생성된 진단영상을 표시한다. 예를 들어 설명하면, 진단영상 표시부(830)는 의료영상시스템(800)에 마련된 디스플레이 패널, 마우스, LCD 화면, 모니터 등의 출력 장치를 모두 포함한다.

다만, 본 실시예에 따른 의료영상시스템(800)은 진단영상 표시부(830)를 구비하지 않고, 진단영상 생성부(810)에서 생성된 진단영상을 외부의 표시장치(미도시)로 출력하기 위한 출력부(840)를 구비할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

이때, 출력부(840)는 유, 무선 네트워크 또는 유선 직렬 통신 등을 통하여 외부장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 네트워크(network)는 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network) 등을 포함하나 이에 한정되지 않고 정보를 송수신할 수 있는 다른 종류의 네트워크가 될 수도 있음을 알 수 있다.

이에 따라, 또한, 본 실시예에 따른 저장부(820) 및 출력부(840)는 영상 판독 및 검색 기능을 더 포함시켜 PACS(Picture Archiving Communication System)와 같은 형태로 일체화될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 의료영상시스템(800)은 연산량을 감소시키면서도, 고선명의 3차원 진단영상을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 9는 본 실시예에 따른 진단영상을 표시하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 진단영상을 표시하는 방법은 도 1, 도 2 및 도 8에 도시된 진단시스템(10) 또는 의료영상시스템(800)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 2 및 도 8에 도시된 진단시스템(10) 또는 의료영상시스템(800)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 9의 진단영상을 표시하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.

901 단계에서 제어부(210)는 프로브(100)에 포함된 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 및 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출한다. 이때, 서브-어레이는 적어도 한 줄 이상의 어레이 변환자로 구성되고, 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들은 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 가진다.

902 단계에서 프로브(100)는 상기 901 단계에서 산출된 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신한다. 좀 더 상세히 설명하면, 프로브(100)의 서브-어레이에 포함된 변환자들은 상기 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 및 상기 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 피사체에 신호를 송신한다. 또한, 하이브리드 빔포머(200)의 제어에 따라, 프로브(100)로부터 피사체에 송신되는 신호는 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향된다.

903 단계에서 아날로그 빔포머(220)는 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 상기 901 단계에서 산출된 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여, 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성한다.

904 단계에서 아날로그-디지털 변환기(230)는 복수의 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환한다.

905 단계에서 디지털 빔포머(240)는 변환된 복수의 디지털 신호들을 상기 901 단계에서 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성한다.

906 단계에서 진단영상 표시부(830)는 합성결과를 이용하여 생성된 진단영상을 표시한다. 이때, 진단영상은 진단영상 생성부(810)에 의하여 생성될 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 진당영상을 표시하는 방법은 연산량을 감소시키면서도 고선명의 3차원 진당영상을 표시할 수 있다.

본 실시예에 따른 진단시스템(10) 및 의료영상시스템(800)에 따르면, 2차원 어레이 변환자를 이용하여 모든 3차원 영상 점에서 최적의 공간 해상도를 얻을 수 있고, 기계적 이동 방식이 아닌 전기적 스위칭 방식을 사용함으로써 실시간 고해상도 3차원 진단영상을 획득할 수 있다. 이러한 실시간 고해상도 3차원 진단영상은 인체 내 장기의 해부학적 정보를 사용자가 쉽게 인지할 수 있는 형태로 제공하기에, 질병의 정확한 진단 및 진단 편의성을 증가시킬 수 있다. 나아가, 심장의 3차원 컬러 플로우(color flow) 영상과 같은 새로운 임상 정보를 의료전문가들에게 제공할 수도 있다.

또한, 의료용 영상장치에서 빔집속은 대부분 하드웨어 적으로 구현되며, 구현이 난이하면서도, 영상의 질에 직접적으로 영향을 줄 수 있다. 그럼에도, 본 실시예에 따른 진단시스템(10) 및 의료영상시스템(800)은 2차원 어레이 변환자들을 사용하면서도 케이블 수를 감소시킬 수 있기에, 하드웨어 복잡도를 감소시킴에 따라, 시스템의 효용성을 극대화시킬 수 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등), PC 인터페이스(PC Interface)(예를 들면, PCI, PCI-express, Wifi 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 ... 진단시스템
100 ... 프로브
200 ... 하이브리드 빔포머
210 ... 제어부
212 ... 신호 생성부
214 ... 송수신 스위치부
216 ... 수신 신호 처리부
220 ... 아날로그 빔포머
230 ... 아날로그-디지털 컨버터
240 ... 디지털 빔포머
241 ... 송신 디지털 빔포머
242 ... 수신 디지털 빔포머

Claims

피사체를 진단(diagnosis)하는 진단시스템에 있어서,
상기 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하는 프로브(probe); 및
상기 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 상기 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하는 하이브리드 빔포머(hybrid beamformer)를 포함하는 진단시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 상기 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 상기 서브-어레이 별로 산출된 시간 지연값에 따라 상기 변환자들이 상기 피사체와 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 진단시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이 포함된 변환자들 각각에 대하여 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하고, 상기 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 상기 피사체와 신호를 송수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 진단시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여, 상기 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성하는 아날로그 빔포머(analog beamformer)를 포함하는 진단시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 아날로그 빔포머는 상기 프로브에서 상기 피사체로 송신되는 신호를 상기 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향(steering)시키는 것을 특징으로 하는 진단시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 하이브리드 빔포머는
상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여, 상기 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성하는 아날로그 빔포머(analog beamformer);
상기 아날로그 빔포머에서 생성된 복수의 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(analog-digital converter); 및
상기 변환된 복수의 디지털 신호들을 상기 서브-어레이 별로 산출된 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하는 디지털 빔포머(digital beamformer)를 포함하는 진단시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 상기 서브-어레이가 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 상기 변환자들에서 상기 피사체로 송신되는 신호를 고도 방향으로만 조향시키는 아날로그 빔포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 상기 서브-어레이가 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 상기 변환자들에서 상기 피사체로 송신되는 신호를 측 방향으로만 조향시키는 아날로그 빔포머를 포함하는 진단시스템.
피사체에 대한 진단(diagnosis)영상을 제공하는 의료영상시스템에 있어서,
상기 피사체와 신호를 송수신하는 적어도 한 줄 이상의 어레이(array) 변환자(transducer)를 하나의 서브-어레이(sub-array)로 구성하는 복수의 서브-어레이들을 포함하는 프로브(probe);
상기 서브-어레이가 배열된 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 상기 서브-어레이가 배열된 방향과 수직 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하여 수신빔을 형성하는 하이브리드 빔포머(hybrid beamformer); 및
상기 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부를 포함하는 의료영상시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 아날로그 빔포밍을 수행하는 아날로그 빔포머를 포함하고, 상기 아날로그 빔포머는 상기 프로브에서 상기 피사체로 송신되는 신호를 상기 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향(steering)시키는 것을 특징으로 하는 의료영상시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 하이브리드 빔포머는 상기 복수의 서브-어레이들 각각에 대하여 서브-어레이 별로 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하여, 상기 서브-어레이 별로 산출된 시간 지연값에 따라 상기 변환자들이 상기 피사체와 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 의료영상시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하고, 상기 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 피사체와 신호를 송수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 의료영상시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 생성된 진단영상을 표시하는 진단영상 표시부를 더 포함하는 의료영상시스템.
피사체에 대한 진단영상을 표시하는 방법에 있어서,
프로브에 포함된 복수의 서브-어레이들 각각에 대한 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값 및 상기 복수의 서브-어레이들 중 어느 하나의 서브-어레이에 포함된 변환자들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 산출하는 단계;
상기 산출된 시간 지연값에 따라 상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 상기 피사체에 신호를 송신하는 단계;
상기 서브-어레이에 포함된 변환자들이 수신한 신호들을 상기 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하여, 상기 복수의 서브-어레이들에 대한 복수의 아날로그 신호들을 생성하는 단계;
상기 복수의 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 변환된 복수의 디지털 신호들을 상기 디지털 빔포밍을 위한 시간 지연값에 따라 합성하는 단계; 및
상기 합성결과를 이용하여 생성된 진단영상을 표시하는 단계를 포함하고,
상기 서브-어레이는 적어도 한 줄 이상의 어레이 변환자로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 피사체에 신호를 송신하는 단계는 상기 송신되는 신호를 상기 서브-어레이의 배열 방향으로만 조향하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 서브-어레이는 고도(elevation) 방향 또는 측(lateral) 방향 중 어느 하나의 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 어레이 변환자인것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 피사체에 신호를 송신하는 단계는 상기 서브-어레이가 고도 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 상기 송신되는 신호를 고도 방향으로만 조향시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 피사체에 신호를 송신하는 단계는 상기 서브-어레이가 측 방향으로 배열된 한 줄의 변환자들을 모두 포함하는 경우, 상기 송신되는 신호를 측 방향으로만 조향시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값은 상기 복수의 서브-어레이들에 포함된 변환자들 중 서브-어레이가 배열된 방향에 수직 방향으로 동일한 위치에 있는 변환자들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간 지연값을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.