KR20120121230A - 빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템 - Google Patents

빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템 Download PDF

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Abstract

빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템에 따르면, 빔포밍 방법은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하는 복수의 구동부들로 전달하고, 제어신호에 따라 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시킨다.

Description

빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템{Beamforming method, apparatus for performing the same, and medical imaging system}
빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템이 개시된다.
2차원 트랜스듀서-어레이(transducer-array)는 p×q 개의 트랜스듀서들이 배열된 것으로서, 고해상도 3차원 영상을 획득하기 위한 다채널 빔포밍에 사용된다. 빔포밍 방법은 모든 채널을 디지털 방식으로 처리하는 디지털 빔포밍(digital beamforming), 모든 채널을 아날로그적으로 처리하는 아날로그 빔포밍(analog beamforming), 및 디지털 및 아날로그 방법을 혼용하여 사용하는 하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)이 있다.
다채널 확장이 용이한 2차원 트랜스듀서-어레이를 사용한 빔포밍 방법, 이를 수행하는 장치 및 의료영상시스템을 제공한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 빔포밍을 수행하는 장치는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(transducer-arrays); 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 전기적으로 연결하는 인터포저(interposer); 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하는 제어부; 및 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하고, 상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 복수의 구동부들을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 의료영상시스템은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 인터포저를 통하여 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하는 복수의 구동부들로 전달하고, 상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 빔포밍 수행 장치; 및 상기 빔포밍 수행 장치에서 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부를 포함하고, 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각은 상기 인터포저를 통하여 전기적으로 연결된다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 빔포밍 방법은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 제어신호를 인터포저를 통하여 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하는 복수의 구동부들로 전달하는 단계; 및 상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 단계를 포함하고, 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각은 상기 인터포저를 통하여 전기적으로 연결된다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 상기된 빔포밍 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상기된 바에 따르면, 다채널 확장이 용이한 2차원 트랜스듀서-어레이를 사용하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들을 구성할 수 있고, 또한, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들을 사용하여 낮은 복잡도를 가지는 빔포밍 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들의 배열 구조 및 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 및 복수의 구동부들의 배열 구조의 단면도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 구동부의 첫번째 열을 좀 더 상세히 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 지연부를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치에서 피사체에 신호를 송신하는 동작을 수행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치에서 피사체로부타 반사된 신호를 처리하는 동작을 수행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치에서 하이브리드 빔포밍 방법에 따른 송신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치에서 하이브리드 빔포밍 방법에 따른 수신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료영상시스템을 도시한 구성도이다.
도 12는 본 실시예에 따른 빔포밍 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(transducer-arrays)(110), 인터포저(interposer)(120), 제어부(130) 및 복수의 구동부들(driving units)(140)로 구성된다.
도 1에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 제어부(130) 및 복수의 구동부들(140)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 빔포밍(beamforming) 수행 장치(100)는 송신 빔을 형성하여 피사체로 신호를 송신하고, 피사체로부터 반사된 신호를 수신하여 수신 빔을 형성한다.
또한, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 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 1에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 모든 채널에서 아날로그 빔포밍만을 수행하거나, 또는 아날로그 빔포밍 및 디지털 빔포밍을 혼용하는 하이브리드 빔포밍을 수행할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 빔포밍 수행 장치(100)에서 아날로그 빔포밍만을 수행하는 경우에 관하여 설명하고, 빔포밍 수행 장치(100)에서 하이브리드 빔포밍을 수행하는 경우에는 도 8 내지 도 10에서 상세히 설명한다.
복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)는 피사체와 신호를 송수신한다. 이때, 송수신되는 신호는 초음파 신호가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111), 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112), 제3 2차원 트랜스듀서-어레이(113), ... , 제m 2차원 트랜스듀서-어레이로 구성될 수 있다.
이때, 제1 내지 제m 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각은 모두 동일하게 구성되기에, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)를 예로 들어 설명할 것이나, 이에 관한 설명은 제1 내지 제m 2차원 트랜스듀서-어레이에도 적용이 가능함을 알 수 있다.
제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 p×q 개의 트랜스듀서들을 포함한다. 이때, 트랜스듀서들 각각은 전기신호를 초음파로 변환하여 피사체에 송신하고, 피사체로부터 반사된 초음파신호를 전기신호로 재변환한다.
본 실시예에 따른 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 cMUT(capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer; 초소형 용량형 초음파센서)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. cMUT는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems; 멤스) 방식에 의하여 제작될 수 있다. cMUT는 2차원 배열에 의한 다채널 집적이 용이하기에, cMUT를 사용한 빔포밍에 따라 고해상도 3차원 영상을 획득할 수 있다.
복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 여러 개 배열된 구조를 나타낸다. 즉, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 2차원 트랜스듀서-어레이 각각이 타일 형태로 배열되어 구성될 수 있다.
예를 들어 설명하면, p×q 개의 트랜스듀서들을 포함하는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111) K×L 개가 타일(tile) 구조로 배열됨에 따라, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 P×Q 개의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 이때, p, q, K, L은 각각 1 이상의 정수이고, P는 p×K 로 정의될 수 있고, Q는 q×L로 정의될 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 배열된 구조는 이하 도 2에서 상세히 설명한다.
이에 따라, 2차원 트랜스듀서-어레이들을 원하는 수만큼 배열함에 따라, 사용환경에 적합한 다양한 형태의 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성할 수 있다. 따라서, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)의 집적도 및 확장성이 향상될 수 있다.
인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결한다. 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결한다 함은, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111), 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112), 제3 2차원 트랜스듀서-어레이(113), ... , 제m 2차원 트랜스듀서-어레이가 인터포저(120)를 통하여 서로 전기적으로 연결되었음을 나타낸다.
이때, 본 실시예에 따른 전기적으로 연결한다 함은, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 2차원 트랜스듀서-어레이들이 인터포저(120)를 통하여 제어될 수 있음을 나타낸다. 즉, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)들에 포함된 트랜스듀서들 각각은 인터포저(120)를 통하여 소정의 지연시간에 따라 구동되도록 제어될 수 있다.
본 실시예에 따른 인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 모두와 연결되어 있기에, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 인터포저(120)를 통하여 제어될 수 있다.
제어부(130)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성한다. 또한, 제어부(130)는 빔포밍 수행 장치(100)의 전반적인 기능을 제어한다. 본 실시예에 따른 제어부(130)는 빔포밍 수행 장치(100)에 마련된 메인보드(main board)가 될 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 지연시간은 아날로그 빔포밍(analog beamforming)을 위한 시간 지연 값으로, 피사체의 집속점과 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각의 거리에 따라 산출될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 산출하는 방법에 관하여 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.
복수의 구동부들(140)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대응하고, 인터포저(120)를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 구동시킨다. 본 실시예에 따른 복수의 구동부들(140)은 제1 구동부(141), 제2 구동부(142), 제3 구동부(143), ... , 제m 구동부로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 복수의 구동부들(140) 각각은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대응한다.
예를 들어 설명하면, 제1 구동부(141)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)에 대응하고, 이에 따라, 제1 구동부(141)는 인터포저(120)를 통하여 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)들에 포함된 트랜스듀서들을 구동시킨다.
다른 예를 들어 설명하면, 제2 구동부(142)는 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112)에 대응하고, 이에 따라, 제2 구동부(142)는 인터포저(120)를 통하여 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112)들에 포함된 트랜스듀서들을 구동시킨다.
이처럼, 복수의 구동부들(140) 각각은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 대응하고, 복수의 구동부들(140)은 인터포저(120)를 통하여 대응되는 각각의 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구동시킨다.
이때, 제1 내지 제m 구동부들 각각은 모두 동일하게 구성되기에, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 구동부(141)를 예로 들어 설명할 것이나, 이에 관한 설명은 제1 내지 제m 구동부에도 적용이 가능함을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 구동부(141)는 대응하는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 하부에 마련되고, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 타일 형태로 배열될 수 있는 크기를 가진다.
이때, 제1 구동부(141)가 대응하는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 하부에 마련된다 함은, 제1 구동부(141)의 하부에 인터포저(120)가 마련되고, 인터포저(120)의 하부에 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 마련되는 경우도 포함할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 구동부(141)가 대응하는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 하부에 마련된 구조는 이하 도 2에서 상세히 설명한다.
또한, 제1 구동부(141)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 타일 형태로 배열될 수 있는 크기를 가질 수 있고, 이때, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 타일 형태로 배열될 수 있는 크기는 제1 구동부(141)가 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)보다 현저하게 큰 경우가 아님을 나타낸다.
예를 들어 설명하면, 제1 구동부(141)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)와 동일하거나, 유사한 크기를 가질 수 있다. 그러하기에, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구현함에 있어서, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111) 내지 제m 2차원 트랜스듀서-어레이들이 타일 형태로 연속하여 배열될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 의하여 구경(aperture)의 형태를 사용환경에 따라 적절하게 구성할 수 있기에, 빔포밍 수행 장치(100)의 집적성 및 확장성이 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 제1 구동부(141)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 복수의 구동부(140)들이 대응하는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구동시키고, 또한, 인터포저(120)를 통하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 전기적으로 연결되기에, 빔포밍 수행 장치(100)의 집적도 및 확장성이 향상될 수 있고, 또한, 빔포밍 수행에 따른 채널 확장이 용이할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)의 배열 구조 및 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 및 복수의 구동부들(140)의 배열 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)의 배열 구조(21) 및 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 및 복수의 구동부들(140)의 배열 구조의 단면도(22)의 일 예가 각각 도시되어 있다.
복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 p×q 개의 트랜스듀서들을 포함하는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 타일 구조로 배열되어 있다. 이때, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111) K×L 개가 타일(tile) 구조로 배열됨에 따라, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 P×Q 개의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다
또한, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 및 복수의 구동부들(140)의 배열 구조의 단면도(22)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110), 인터포저(120) 및 복수의 구동부들(140)의 단면 구조를 나타낸다. 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 및 복수의 구동부들(140)의 배열 구조의 단면도(22)를 참조하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)가 최상부에 배치되어 있고, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)의 하부에 복수의 구동부들(140)이 마련되고, 또한, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)과 복수의 구동부들(140)을 서로 연결하기 위한 인터포저(120)가 중간에 배치되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 구동부들(140) 각각은 대응하는 2차원 트랜스듀서-어레이와 동일하거나, 유사한 크기를 가지기에, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 타일 형태로 연속하여 배열될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)의 확장성이 향상될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110), 인터포저(120), 제어부(130) 및 복수의 구동부들(140)로 구성된다. 또한, 도 3에서는 도시의 편의를 위하여 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)가 p×q 개의 트랜스듀서들을 포함하는 것으로 도시하였다.
복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111), 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112), 제3 2차원 트랜스듀서-어레이(113) 및 제m 2차원 트랜스듀서-어레이(114)로 구성되고, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 (1,1) 트랜스듀서(111a), (1,2) 트랜스듀서(111b), (1,3) 트랜스듀서(111c), (1,q) 트랜스듀서(111d) 내지 (p.q) 트랜스듀서(111e)와 같은 형태로 구성된다. 인터포저(120)는 합성부(121) 및 신호 전달부(122)로 구성된다. 복수의 구동부들(140)은 제1 구동부(141), 제2 구동부(142), 제3 구동부(143), 제m 구동부(144)로 구성되고, 제1 구동부(141)는 (1,1) 구동부(141a), (1,2) 구동부(141b), (1,3) 구동부(141c), (1,q) 구동부(141d), 내지 (p.q) 구동부(141e)와 같은 형태로 구성되고, 또한, 합성부(1416a), 합성부(1416b), 합성부(1416c) 등과 같은 형태로 구성된다. 이때, p, q, m은 자연수이다.
도 3에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 3에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 도 1 내지 도 2에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 도 3에 도시된 유닛들에 한정되지 않는다. 또한, 도 1 내지 도 2와 관련하여 기재된 내용은 도 3에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111) 내지 제m 2차원 트랜스듀서-어레이(114)를 포함하고, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 각각의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 복수의 트랜스듀서들을 포함한다.
예를 들어 설명하면, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 (1,1) 트랜스듀서(111a), (1,2) 트랜스듀서(111b) 등을 포함할 수 있다. 이때, (1,1), (1,2) 등은 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)를 구성하는 트랜서듀서의 좌표를 나타낸다.
예를 들어 설명하면, (1,1) 트랜스듀서(111a), (1,2) 트랜스듀서(111b), (1,3) 트랜스듀서(111c), (1,q) 트랜스듀서(111d)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)를 구성하는 트랜스듀서들 중 첫번째 열(column)을 구성하는 트랜스듀서들이 될 수 있다.
다른 예를 들어 설명하면, (1,1) 트랜스듀서(111a), (2,1) 트랜스듀서(111f), (p,1) 트랜스듀서(111g)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)를 구성하는 트랜스듀서들 중 첫번째 행(row)을 구성하는 트랜스듀서들이 될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)를 구성하는 열을 기준으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않고, 행을 기준으로 적용될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111) 내지 제m 2차원 트랜스듀서-어레이(114)들은 트랜스듀서들을 이용하여 피사체와 신호를 송수신한다.
인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결한다. 인터포저(120)는 합성부(121) 및 신호 전달부(122)로 구성될 수 있다.
합성부(121)는 복수의 구동부들(140) 각각에서 합성되어 출력되는 신호들을 합성한다. 예를 들어 설명하면, 합성부(121)는 복수의 구동부(140)들로부터 수신된 신호들을 합성하여, 하나의 아날로그 신호를 출력한다. 즉, 합성부(121)는 제1 구동부(141) 내지 제m 구동부(144) 각각에서 생성된 신호들을 합성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 합성부(121)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성하는 트랜스듀서들 중 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 신호들을 합성한다.
이때, 합성부(121)는 제1 구동부(141) 내지 제m 구동부(144) 각각을 구성하는 복수의 열들 각각에서 생성된 신호들을 합(sum)하여 하나의 열에 대한 하나의 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 합성부(121)를 통하여 출력되는 신호는 아날로그 빔포밍 작업에 따라 형성된 수신 빔이 될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
또한, 인터포저(120)는 합성부(121)에서 출력되는 신호들을 합하는 제2 합성부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 설명하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 트랜스듀서들이 3개의 열로 배열된 경우, 합성부(121)는 각각의 열에 대응하는 트랜스듀서들에서 수신된 신호들을 합성하고, 제2 합성부(미도시)는 합성부(121)에서 출력되는 각각의 열에 대응하는 신호들을 합성할 수 있다.
신호 전달부(122)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110), 제어부(130) 및 복수의 구동부들(140) 간의 신호를 전달한다.
제어부(130)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성한다.
복수의 구동부들(140)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대응하고, 인터포저(120)를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 구동시킨다.
본 실시예에 따른 복수의 구동부들(140)은 제1 구동부(141) 내지 제m 구동부(144)를 포함할 수 있고, 제1 구동부(141)는 (1,1) 구동부(141a), (1,2) 구동부(141b), (1,3) 구동부(141c), (1,q) 구동부(141d), 합성부(1416a) 등을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이 복수의 구동부들(140)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들의 개수에 대응하여 마련될 수 있음을, 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
예를 들어 설명하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 2×4로 구성된 2차원 트랜스듀서-어레이들 2개가 타일 형태로 배열된 경우를 예로 들어 설명하면, 제1 구동부(141) 및 제2 구동부(142) 각각에는 8개의 구동부들을 포함한다.
이에 따라, 제1 구동부(141)의 (1,1) 구동부(141a)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 (1,1) 트랜스듀서(111a)을 구동시키고, 제1 구동부(141)의 (1,2) 구동부(141b)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 (1,2) 트랜스듀서(111b)를 구동시킨다. 이와 같은 방법으로 복수의 구동부들(140)에 포함된 복수의 구동부들 각각은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 각각의 트랜스듀서를 구동시킨다.
이때, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성하는 트랜스듀서들 중 하나의 행을 구성하는 트랜스듀서들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 가지도록 한다. 예를 들어 설명하면, (1,1) 구동부(141a), (2,1) 구동부(141f), (p,1) 구동부(141g)는 (1,1) 트랜스듀서(111a), (2,1) 트랜스듀서(111f), (p,1) 트랜스듀서(111g) 각각이 행 방향에 대한 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 가지도록 구동시킨다. 다만, 상기 트랜스듀서들에 열 방향에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간이 더 추가될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 이에 관하여, 이하 도 5 내지 도 6에서 설명한다.
또한, 상기에서는 하나의 행을 기준으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 빔포밍 수행 장치(100)는 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들이 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 가지도록 할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
그러하기에, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 연결하는 제어라인들의 수가 현저하게 감소될 수 있고, 이러한 구성은 인터포저(120)가 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결하기에 구현될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 구동부(141)의 첫번째 열(141)을 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, (1,1) 구동부(141a)는 지연부(1411), 스위칭 소자(1412), 신호 생성부(1413), 송수신 스위치부(1414) 및 수신신호 처리부(1415)로 구성된다.
또한, (1,2) 구동부(141b) 내지 (1,q) 구동부(141d)에도 (1,1) 구동부(141a)와 동일한 구성요소들이 포함될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도시의 편의를 위하여, 제1 구동부(141)만을 상세하게 도시하였으나, 이는 제2 구동부(142) 내지 제m 구동부(144)에도 적용됨을 알 수 있다.
지연부(1411)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에서 송신될 신호 및 수신된 신호를 지연시킨다. 예를 들어 설명하면, 지연부(1411)는 제어부(130)에서 생성된 제어신호를 인터포저(120)를 통하여 입력받아, 지연부(1411)에 입력되는 신호들을 제어신호에 따른 지연시간만큼 지연시킨다.
이때, 지연부(1411)에 입력되는 신호들은 제어부(130)로부터 인터포저(120)를 통하여 전송되는 송신될 신호에 해당하는 펄스(pulse)이거나, 또는 피사체로부터 반사된 신호인 에코 신호(echo signal)가 될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 지연부(1411)는 제어신호에 따른 송신 및 수신 지연시간을 구현하는 복수의 지연선(delay line)들을 포함할 수 있고, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성하는 트랜스듀서들 중 하나의 행 또는 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들이 상기 행 또는 열 방향에 대한 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 가지도록 구현한다.
이때, 트랜스듀서들 각각에서 송신 및 수신시 사용되는 지연시간은 동일하다, 즉, 트랜스듀서에서 송신시 사용되는 지연시간과 수신시 사용되는 지연시간은 동일하다. 그러하기에, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 송신 및 수신을 아날로그 적으로 처리할 수 있다. 이에 관하여 이하 도 5에서 상세히 설명한다.
스위칭 소자(1412)는 지연부(1411)의 출력단에 마련된다. 본 실시예에 따른 스위칭 소자(1412)는 스위칭 동작을 수행하는 모든 소자들을 포함할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
스위칭 소자(1412)는 지연부(1411)에서 출력되는 신호가 피사체로 송신될 신호인지, 또는 피사체로부터 반사된 신호인지 여부에 따라, 스위칭 동작을 수행한다.
예를 들어 설명하면, 지연부(1411)에서 출력되는 신호가 피사체로 송신될 신호인 경우, 스위칭 소자(1412)는 지연부(1411)에서 출력되는 신호가 신호 생성부(1413)로 출력되도록 스위칭 동작을 수행한다.
다른 예를 들어 설명하면, 지연부(1411)에서 출력되는 신호가 피사체로부터 반사된 신호인 경우, 스위칭 소자(1412)는 지연부(1411)에서 출력되는 신호가 합성부(1416)로 출력되도록 스위칭 동작을 수행한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 구동부(140)는 지연부(1411)의 출력단에 마련된 스위칭 소자(1412)를 이용하여, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대한 송신동작 및 수신동작을 제어할 수 있다.
즉, 복수의 구동부들(140)은 동일한 회로를 사용하여, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)와 피사체의 신호 송신동작 및 수신동작을 모두 구동시킬 수 있다. 따라서, 빔포밍 수행 장치(100)의 구현시 단가가 절감될 수 있고, 또한, 회로 구성의 복잡도가 감소될 수 있다.
신호 생성부(1413)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 통하여 피사체에 송신될 송신 펄스를 생성한다. 즉, 신호 생성부(1413)는 지연부(1411)에서 출력된 지연된 신호에 대응하는 송신 펄스를 생성한다.
예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 신호 생성부(1413)는 초음파 송신 펄스를 생성하는 초음파 송신 펄서(pulser)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
송수신 스위치부(1414)는 입력되는 신호가 신호 생성부(1413)에서 생성된 신호인지, 또는 인터포저(120)를 통하여 전송되는 피사체로부터 반사된 신호인지 여부에 따라, 스위칭 동작을 수행한다.
예를 들어 설명하면, 송수신 스위치부(1414)로 입력되는 신호가 신호 생성부(1413)에서 생성된 신호인 경우, 송수신 스위치부(1414)는 신호 생성부(1413)에서 생성된 신호가 인터포저(120)로 전송되도록 스위칭 작업을 수행한다. 또한, 송수신 스위칭부(1414)는 각 채널에 따른 신호 송신작업이 수행되도록 스위칭 작업을 수행할 수도 있음을 알 수 있다.
이에 따라, 신호 생성부(1413)에서 생성된 신호는 인터포저(120)를 통하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)로 전송되고, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 신호 생성부(1413)에서 생성된 신호를 피사체로 송신한다.
다른 예를 들어 설명하면, 송수신 스위치부(1414)로 입력되는 신호가 인터포저(120)를 통하여 전송되는 피사체로부터 반사된 신호인 경우, 송수신 스위치부(1414)는 피사체로부터 반사된 신호가 수신신호 처리부(1415)로 전송되도록 스위칭 작업을 수행한다. 또한, 송수신 스위칭부(1414)는 각 채널에 따른 신호 수신작업이 수행되도록 스위칭 작업을 수행할 수도 있음을 알 수 있다.
수신신호 처리부(1415)는 송수신 스위치부(1414)로부터 수신된 신호에 대하여 소정의 처리 작업을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 수신신호 처리부(1415)는 피사체로부터 반사된 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) 또는 전-증폭기(Preamp)(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.
합성부(1416a)는 (1,1) 구동부(141a), (1,2) 구동부(141b), (1,3) 구동부(141c), (1,q) 구동부(141d) 각각에서 생성된 신호들을 합성한다. 이때, 합성부(1416a)는 제1 구동부(141)의 첫번째 열(1410)내에 포함된 복수의 구동부들 각각에서 생성된 신호들을 합(sum)하여 하나의 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 합성부(1416a)를 통하여 출력되는 신호는 아날로그 빔포밍 작업에 따라 형성된 수신 빔이 될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
이에 따라, (1,1) 구동부(141a)가 피사체로 신호를 송신하기 위한 동작을 수행하는 경우, 제어부(130)에서 생성된 펄스는 인터포저(120)를 통하여 지연부(1411)로 입력되고, 지연부(1411)에서 소정의 지연시간에 따라 지연된 후 스위칭 소자(1412)를 통하여 신호 생성부(1413)로 입력되고, 신호 생성부(1413)에서 생성된 초음파 송신 펄스는 송수신 스위치부(1414) 및 인터포저(120)를 통하여 (1,1) 트랜스듀서(111a)로 전송된 후 피사체에 송신된다.
또한, (1,1) 구동부(141a)가 피사체로부터 반사된 신호를 처리하는 동작을 수행하는 경우, (1,1) 트랜스듀서(111a)에서 수신된 신호는 인터포저(120) 및 송수신 스위치부(1414)를 통하여 수신신호 처리부(1415)로 입력되고, 수신신호 처리부(1415)에서 소정의 처리작업을 수행한 후 지연부(1411)로 입력되고, 지연부(1411)에서 송신 지연시간에 대응하는 소정의 지연시간에 따라 지연된 후 스위칭 소자(1412)를 통하여 합성부(1416a)로 입력된다.
이에 따라, 합성부(1416a)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)에 포함된 복수의 열들 중 첫번째 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 신호들을 합성하고, 합성된 신호를 인터포저(120)의 합성부(121)로 전달한다. 인터포저(120)의 합성부(121)는 제1 구동부(141) 내지 제m 구동부(144) 각각에 포함된 복수의 열들 중 첫번째 열을 구성하는 트랜스듀서들로부터 수신된 신호들을 합성하여, 하나의 신호를 출력한다. 이에 따라, 인터포저(120)의 합성부(121)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성하는 복수의 트랜스듀서들 중 어느 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들로부터 수신된 신호들을 하나의 아날로그 신호로 합성할 수 있다.
추가적으로, 인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성하는 복수의 열들 각각에 대하여 합성된 신호들을 합성하는 제2 합성부(미도시)를 더 포함할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 다만, 제2 합성부(미도시)는 합성부(121)와 결합하여 하나로 구성될 수도 있다.
따라서, 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 효율적으로 제어할 수 있고, 이에 따라, 빠르고 정확한 송수신 빔포밍 작업을 수행할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 지연부(1411)를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다. 도 5를 참조하면, 지연부(1411)는 제어신호에 따른 송신 및 수신 지연시간을 구현하는 복수의 지연선(delay line)들(510 내지 517) 및 스위칭 소자들(500 내지 507)이 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 지연선은 아날로그 시간지연을 구현하는 아날로그 지연선(Analog delay line)에 따른 회로에 해당함을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
도 5는 설명의 편의를 위하여 8개의 지연선들 및 8개의 스위칭 소자들을 사용하여 0nsec 이상 255nsec 이하의 지연시간을 1nsec 단위로 구현하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않음을 알 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 5에서 지연부(1411)로 입력되는 신호 IN1은 수신신호 처리부(1415)로부터 출력된 피사체로부터 반사된 신호에 대응하는 신호이거나, 또는 인터포저(120)로부터 출력된 피사체로부터 송신될 신호에 대응하는 신호일 수 있다.
또한, 도 5에서 지연부(1411)로 입력되는 신호 b0 내지 b7은, 제어부(130)에서 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하기 위하여 생성되는 제어신호로서, 인터포저(120)를 통하여 지연부(1411)로 입력될 수 있다.
복수의 지연선들(510 내지 517)은 제n 지연선(n은 0이상의 정수)으로 순차적으로 구성되고, 제n 지연선은 최소단위의 지연시간의 n제곱에 따른 지연시간을 구현한다. 최소단위의 지연시간을 2nsec인 경우를 예로 들어 설명하면, 도 5에 도시된 지연부(1411)는 0nsec 이상 255nsec 이하의 지연시간을 1nsec 단위로 구현할 수 있다. 다만, 최소단위의 지연시간을 2nsec가 아닌 다른 시간으로 설정함에 따라, 다양한 지연시간을 구현할 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
이에 따라, 최소단위의 지연시간이 2nsec인 경우, 제0 지연선(510)은 20nsec를 지연시키도록 구현되고, 제1 지연선(511)은 21nsec를 지연시키도록 구현되고, 제2 지연선(512)은 22nsec를 지연시키도록 구현되고, 제3 지연선(513)은 23nsec를 지연시키도록 구현되고, 제4 지연선(514)은 24nsec를 지연시키도록 구현되고, 제5 지연선(515)은 25nsec를 지연시키도록 구현되고, 제6 지연선(516)은 26nsec를 지연시키도록 구현되고, 제7 지연선(517)은 27nsec를 지연시키도록 구현된다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 복수의 지연선들(510 내지 517)에서 소정의 지연시간에 따라 입력신호를 지연시키는 방법에 관하여 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.
이에 따라, 제어부(130)는 제어신호인 b0 내지 b7을 나타내는 비트신호를 생성하고, 지연부(1411)는 이러한 제어신호에 따라 입력신호를 소정의 지연시간만큼 지연시킬 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 지연부(1411)는 복수의 지연선들(510 내지 517)의 입력단에 마련된 스위칭 소자들(500 내지 507)을 이용하여 지연시간을 구현하고, 제어부(130)는 스위칭 소자들(500 내지 507)을 제어하는 제어신호를 생성하고, 인터포저(120)는 제어부(130)에서 생성된 제어신호를 스위칭 소자들(500 내지 507)에 전송한다.
예를 들어 설명하면, 제어부(130)에서 생성되는 제어신호 b0 내지 b7은 제0 스위칭 소자(500) 내지 제7 스위칭 소자(507) 각각을 제어한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제어부(130)에서 생성되는 제어신호가 1일 경우 복수의 스위칭 소자들(500 내지 507) 각각은 입력되는 신호를 복수의 지연선들(510 내지 517)로 전송되도록 스위칭 작업을 수행하고, 제어부(130)에서 생성되는 제어신호가 0일 경우 복수의 스위칭 소자들(500 내지 507) 각각은 입력되는 신호가 복수의 지연선들(510 내지 517)을 통과하지 않도록 스위칭 작업을 수행하는 것으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 제어부(130)에서 생성되는 제어신호에 따라, 지연부(1411)에서 구현되는 지연시간은 표 1과 같이 표현될 수 있다.
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 지연시간
0 0 0 0 0 0 0 0 0ns
1 0 0 0 0 0 0 0 1ns
0 1 0 0 0 0 0 0 2ns
1 1 0 0 0 0 0 0 3ns
?
?
?		 ?
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?
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?		 ?
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?
?		 ?
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?		 ?
?
?		 ?
?
?
0 1 1 1 1 1 1 1 254ns
1 1 1 1 1 1 1 1 255ns
표 1을 참조하여 예를 들어 설명하면, 제어부(130)에서 제어신호 b0 내지 b7에 대응하여 0000000이 생성되어 지연부(1411)로 입력되면, 지연부(1411)로 입력된 입력신호 IN1는 0nsec 만큼 지연된 후 출력된다. 이러한 경우, 입력신호 IN1는 지연되지 않고 바로 출력된다.
표 1을 참조하여 다른 예를 들어 설명하면, 제어부(130)에서 제어신호 b0 내지 b7에 대응하여 1000000이 생성되어 지연부(1411)로 입력되면, 지연부(1411)로 입력된 입력신호 IN1는 제0 지연선(510)만을 통과하기에 1nsec 만큼 지연된 후 출력된다.
표 1을 참조하여 또 다른 예를 들어 설명하면, 제어부(130)에서 제어신호 b0 내지 b7에 대응하여 1100000이 생성되어 지연부(1411)로 입력되면, 지연부(1411)로 입력된 입력신호 IN1는 제0 지연선(510) 및 제1 지연선(511)만을 통과하기에 3nsec 만큼 지연된 후 출력된다.
이처럼, 제어부(130)는 0000000 내지 1111111 중 어느 하나에 대응하는 제어신호를 생성하여, 지연부(1411)에 입력되는 신호를 제어신호에 대응하는 소정의 지연시간만큼 지연시킬 수 있다.
이와 같이, 지연부(1411)는 복수의 지연선들(510 내지 517) 및 복수의 스위칭 소자들(500 내지 507)을 이용하여, 다양한 지연시간들을 구현할 수 있다. 또한, 지연부(1411)는 피사체에 송신될 신호 및 피사체로부터 반사된 신호 모두에 공동으로 적용될 수 있기에, 빔포밍 수행 장치(100)의 구현이 용이해질 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에서 피사체에 신호를 송신하는 동작을 수행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 도 6에 도시된 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 두개의 열에 포함된 트랜스듀서들만을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 복수의 열들을 포함할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 복수의 구동부들(140)내에 마련된 (1,1) 구동부(141a) 내지 (1,16) 구동부(142h)들 각각은 도 4에 도시된 지연부(1411), 스위칭 소자(1412), 신호 생성부(1413), 송수신 스위치부(1414) 및 수신신호 처리부(1415)를 포함한다.
이에 따라, 제어부(130)에서 생성된 입력신호에 대응하는 펄스 및 제어부(130)에서 생성된 제어신호는 인터포저(120)의 신호 전달부(122)를 통하여 복수의 구동부들(140)로 입력된다. 그 후, 복수의 구동부들(140)은 입력받은 펄스에 대하여 제어신호에 따른 소정의 처리를 수행함에 따라, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에서 초음파 송신 펄스가 피사체에 송신되도록 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 구동시킨다.
본 실시예에 따른 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들은 모두 인터포저(120)를 통하여 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 제어부(130)에서 생성된 입력 펄스는 인터포저(120)를 통하여 복수의 구동부들(140)로 동시에 입력되고, 복수의 구동부들(140)에서 출력된 초음파 송신 펄스는 다시 인터포저(120)를 통하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)로 인가된다.
이때, 복수의 구동부들(140)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 소정의 지연시간에 따라 서로 다른 타이밍을 가지면서 피사체에 신호를 송신하도록 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)들 각각을 구동시킨다.
또한, 제1 구동부(141)에 포함된 (1,1) 구동부(141a)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 (1,1) 트랜스듀서(111a)를 구동시키고, 제1 구동부(141)에 포함된 (1,2) 구동부(141b)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 (1,2) 트랜스듀서(111b)를 구동시키고, 이와 같은 방식으로, 제1 구동부(141)에 포함된 (1,8) 구동부(141h)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 (1,8)트랜스듀서(111h)를 구동시킨다.
이와 같은 방식으로 복수의 구동부들(140) 각각은 대응하는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 각각의 트랜스듀서를 구동시킨다.
이때, (1,1) 구동부(141a) 및 (2,1) 구동부(141i)는 각각 (1,1) 트랜스듀서(111a) 및 (2,1) 트랜스듀서(111i)가 동일한 지연시간을 가지도록 구동시킨다. 즉, 아날로그 빔포밍을 위한 행 방향의 지연시간이 동일하기에, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 연결된 제어라인의 수를 현저히 감소시킬 수 있고, 이러한 빔포밍 수행 장치(100)를 이용하여 연산량을 감소시키면서 피사체에 신호를 송신하는 동작을 수행할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에서 피사체로부타 반사된 신호를 처리하는 동작을 수행하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 도 7에 도시된 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 두개의 열에 포함된 트랜스듀서들만을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)는 복수의 열들을 포함할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 복수의 구동부들(140)내에 마련된 (1,1) 구동부(141a) 내지 (1,16) 구동부(142h)들 각각은 도 4에 도시된 지연부(1411), 스위칭 소자(1412), 신호 생성부(1413), 송수신 스위치부(1414) 및 수신신호 처리부(1415)를 포함한다.
이에 따라, 합성부(1416a)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 첫번째 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 피사체로부터 반사된 신호들을 합성하고, 합성부(1416b)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 두번째 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 피사체로부터 반사된 신호들을 합성하고, 합성부(1426a)는 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112)의 첫번째 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 피사체로부터 반사된 신호들을 합성하고, 합성부(1426b)는 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112)의 두번째 열을 구성하는 트랜스듀서들에서 수신된 피사체로부터 반사된 신호들을 합성한다. 또한, 인터포저(120)의 합성부(121)는 제1 내지 제2 구동부들(141 내지 142) 각각에서 출력되는 신호들을 합성한다.
이러한 방식으로, 복수의 구동부들(140) 각각에 마련된 합성부들(1416a, 1416b, 1426a, 1426b)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 복수의 열들 각각에 대하여, 합성된 신호를 출력하고, 인터포저(120)의 합성부(121)는 합성부들(1416, 1426)로부터 출력된 신호들을 합성하여 하나의 출력신호를 생성한다.
예를 들어 설명하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 제1 열 및 제2 열로 구성된 경우, 인터포저(120)의 합성부(121)는 제1 열에 대하여 합성된 출력신호 및 제2 열에 대하여 합성된 출력신호에 대하여 합성된 출력신호 각각을 생성한다.
또한, 도 7에 도시되진 않았지만, 인터포저(120)는 합성부(121)에서 출력된 신호들을 합성하는 제2 합성부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 연결된 제어라인의 수를 현저히 감소시킬 수 있고, 이러한 빔포밍 수행 장치(100)를 이용하여 연산량을 감소시키면서 피사체에 대한 정보를 나타내는 수신 빔을 형성할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)의 다른 예를 도시한 구성도이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110), 인터포저(120), 제어부(130), 복수의 구동부들(140), 디지털 빔포머(150) 및 ADC(Analog-Digital Converter)(160)로 구성되고, 디지털 빔포머(150)는 송신 디지털 빔포머(152) 및 수신 디지털 빔포머(154)로 구성된다.
도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에는 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.
도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 도 8에 도시된 유닛들에 한정되지 않는다. 또한, 도 1 내지 도 3과 관련하여 기재된 내용은 도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각은 수평 및 수직 방향으로 배열되고, 이에 따라, 빔포밍 수행 장치(100)는 수평 및 수직 방향 중 어느 하나의 방향으로 아날로그 빔포밍(analog beamforming)을 수행하고, 다른 하나의 방향으로 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 수행한다. 또한, 빔포밍 수행 장치(100)는 아날로그 빔포밍이 수행되는 방향으로 배열된 트랜스듀서들에 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연을 적용하고, 디지털 빔포밍이 수행되는 방향으로 배열된 트랜스듀서들에 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연을 적용한다. 이에 관하여, 이하 도 9 내지 도 10에서 상세히 설명한다.
이때, 수평 방향은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 배열된 행 방향, 수직 방향은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)이 배열된 열 방향을 나타낸다.
디지털 빔포머(150)는 디지털 빔포밍을 수행한다. 즉, 디지털 빔포머(150)는 송신 디지털 빔포머(152)를 이용하여 송신 빔을 형성하고, 수신 디지털 빔포머(154)를 이용하여 수신 빔을 형성한다.
송신 디지털 빔포머(152)는 송신될 신호에 해당하는 펄스(pulse)를 이용하여 소정의 제어신호에 따른 지연시간을 고려하여 송신 빔을 형성한다. 이때, 송신될 신호에 해당하는 펄스 및 소정의 제어신호는 제어부(130)로부터 인터포저(120)를 통하여 송신 디지털 빔포머(152)로 입력될 수 있다.
또한, 수신 디지털 빔포머(154)는 ADC(160)로부터 전달받은 복수의 디지털 신호들에 대하여 소정의 제어신호에 따른 지연시간을 고려하여 합성한다. 이에 따라, 수신 디지털 빔포머(154)는 피사체에 대한 정보를 나타내는 수신 빔을 형성할 수 있다.
ADC(160)는 복수의 구동부들(140)에 의하여 출력된 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 디지털 빔포밍 및 아날로그 빔포밍을 결합한 하이브리드 빔포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 연산량이 감소하고, 또한, 제어부(130)에서 트랜스듀서들을 제어하기 위한 케이블들의 수가 감소됨에 따라, 빔포밍 수행 장치(100)의 구현이 쉬워질 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에서 하이브리드 빔포밍 방법에 따른 송신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 도 6에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, 송신 디지털 빔포머(152)가 부가된 점을 제외하고는 동일하기에, 중복되는 설명은 생략한다.
즉, 도 6에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 아날로그 빔포밍만을 수행하여 송신 빔포밍을 수행하고, 도 9에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 하이브리드 빔포밍을 수행하여 송신 빔포밍을 수행한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 빔포밍 수행 장치(100)는 수직 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 수평 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하는 것으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다.
송신 디지털 빔포머(152)는 제어부(130)로부터 송신될 신호에 대응하는 펄스를 입력받아, 제어부(130)에서 생성된 제어신호에 따른 소정의 디지털 빔포밍을 위한 지연시간을 고려하여 송신 빔을 형성한다.
이때, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 수평 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하기에, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 중 수직 방향으로 동일한 라인을 구성하는 트랜스듀서들에는 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연이 적용된다.
예를 들어 설명하면, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)들 중 첫번째 열(91)에 포함된 트랜스듀서들(111a 내지 111d 및 112a 내지 112d)에는 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연이 적용된다. 이와 같은 방식으로 두번째 열, 세번째 열 등에도 각각의 열에는 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연이 적용된다.
즉, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, 수평 방향으로 디지털 빔포밍을 수행할 경우, 수직 방향으로 같은 라인에 배열된 트랜스듀서들에 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연을 적용한다.
이에 따라, 송신 디지털 빔포머(152)에서 형성된 송신 빔은 아날로그 빔포밍에 따른 송신 빔 형성을 위하여 복수의 구동부들(140)로 전송된다.
제1 구동부(141)는 제1 2차원 트랜스듀서-어레이(111)의 트랜스듀서들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연에 따른 송신 빔을 형성하고, 제2 구동부는 제2 2차원 트랜스듀서-어레이(112)의 트랜스듀서들 각각에 대한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연에 따른 송신 빔을 형성한다.
이때, 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들(111a 내지 111d 및 112a 내지 112d)에는 서로 다른 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용될 수 있고, 하나의 행을 구성하는 트랜스듀서들(111a, 111i, 111q)에는 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, 수직 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행할 경우, 수평 방향으로 같은 라인에 배열된 트랜스듀서들에 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용된다.
또한, 인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결하고 있기에, (1,1) 구동부(141a)는 (1,1) 트랜스듀서(111a)를 제어할 수 있고, (2,1) 구동부(141i)는 (2,1) 트랜스듀서(111i)를 제어할 수 있고, (3,1) 구동부(141q)는 (3,1) 트랜스듀서(111q)를 제어할 수 있다. 또한, (1.2) 구동부(141b)는 (1,2) 트랜스듀서(111b)를 제어할 수 있고, (2,2) 구동부(141j)는 (2,2) 트랜스듀서(111j)를 제어할 수 있고, (3,2) 구동부(141r)는 (3,2) 트랜스듀서(111r)를 제어할 수 있다, 이러한 방식으로, 복수의 구동부들(140) 각각은 대응하는 트랜스듀서들 각각을 제어할 수 있다.
이처럼, 수평 방향으로 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간이 사용되고, 수직 방향으로 동일한 디지털 빔포밍을 위한 지연시간이 사용되기에, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 연결된 제어라인의 수를 현저하게 감소시킬 수 있고, 또한, 하이브리드 빔포밍을 수행할 수 있다.
도 10은 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에서 하이브리드 빔포밍 방법에 따른 수신 빔포밍 동작의 일 예를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 도 7에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, ADC(160) 및 수신 디지털 빔포머(154)가 부가된 점을 제외하고는 동일하기에, 중복되는 설명은 생략한다.
즉, 도 7에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 아날로그 빔포밍만을 수행하여 수신 빔포밍을 수행하고, 도 10에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 하이브리드 빔포밍을 수행하여 수신 빔포밍을 수행한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 빔포밍 수행 장치(100)는 수직 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행하고, 수평 방향으로 디지털 빔포밍을 수행하는 것으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다.
인터포저(120)의 합성부(121)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 중 첫번째 열(91), 두번째 열(92) 및 세번째 열(93) 각각에 대한 아날로그 빔포밍에 따른 수신 빔을 형성하여, 아날로그 출력신호들을 생성한다.
ADC(160)는 아날로그 빔포밍에 따른 아날로그 출력신호들을 디지털 출력신호로 변환하고, 수신 디지털 빔포머(154)는 디지털 출력신호들을 합성하여 하나의 디지털 출력신호를 출력한다.
이때, 복수의 구동부들(140) 및 수신 디지털 빔포머(154)는 상기 도 9에서 설명된 바에 따른 송신 과정에서 사용된 시간지연과 동일한 시간지연이 적용될 수 있다.
즉, 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들(111a 내지 111d 및 112a 내지 112d)에는 서로 다른 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용될 수 있고, 하나의 행을 구성하는 트랜스듀서들(111a, 111i, 111q)에는 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)에 있어서, 수직 방향으로 아날로그 빔포밍을 수행할 경우, 수평 방향으로 같은 라인에 배열된 트랜스듀서들에 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용된다.
또한, 인터포저(120)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 전기적으로 연결하고 있기에, (1,1) 구동부(141a)는 (1,1) 트랜스듀서(111a)를 제어할 수 있고, (2,1) 구동부(141i)는 (2,1) 트랜스듀서(111i)를 제어할 수 있고, (3,1) 구동부(141q)는 (3,1) 트랜스듀서(111q)를 제어할 수 있다. 또한, (1.2) 구동부(141b)는 (1,2) 트랜스듀서(111b)를 제어할 수 있고, (2,2) 구동부(141j)는 (2,2) 트랜스듀서(111j)를 제어할 수 있고, (3,2) 구동부(141r)는 (3,2) 트랜스듀서(111r)를 제어할 수 있다, 이러한 방식으로, 복수의 구동부들(140) 각각은 대응하는 트랜스듀서들 각각을 제어할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 수평 방향으로 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간이 사용되고, 수직 방향으로 동일한 디지털 빔포밍을 위한 지연시간이 사용되기에, 본 실시예에 따른 빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 연결된 제어라인의 수를 현저하게 감소시킬 수 있고, 또한, 하이브리드 빔포밍을 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료영상시스템(200)을 도시한 구성도이다. 본 실시예에 따른 의료영상시스템(200)은 빔포밍 수행 장치(100), 진단영상 생성부(210), 표시부(220), 저장부(230) 및 출력부(240)로 구성된다.
도 11에 도시된 의료영상시스템(200)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 11에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)는 도 1 내지 도 2, 도 4 및 도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 도 1 내지 도 3 및 도 8과 관련하여 기재된 내용은 도 11에 도시된 의료영상시스템(200)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 의료영상시스템(200)은 피사체에 대한 진단영상을 제공한다. 예를 들어 설명하면, 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하거나, 또는 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하는 외부장치로 피사체에 대한 진단영상을 나타내는 신호를 출력한다.
빔포밍 수행 장치(100)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 인터포저(120)를 통하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대응하는 복수의 구동부들(140)로 전달하고, 인터포저(120)를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각을 구동시킨다. 이때, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각은 인터포저(120)를 통하여 전기적으로 연결된다.
진단영상 생성부(210)는 빔포밍 수행 장치(100)에서 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 진단영상 생성부(210)는 DSP(Digital Signal Processor)(미도시) 및 DSC(Digital Scan Converter)(미도시)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 DSP는 빔포밍 수행 장치(100)로부터 출력되는 신호 및 저장부(230)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.
표시부(220)는 진단영상 생성부(210)에서 생성된 진단영상을 표시한다. 예를 들어 설명하면, 표시부(220)는 의료영상시스템(200)에 마련된 디스플레이 패널, 마우스, LCD 화면, 모니터 등의 출력 장치를 모두 포함한다.
다만, 본 실시예에 따른 의료영상시스템(200)은 표시부(220)를 구비하지 않고, 진단영상 생성부(210)에서 생성된 진단영상을 외부의 표시장치(미도시)로 출력하기 위한 출력부(240)를 구비할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
저장부(230)는 의료영상시스템(200)의 동작을 수행하는 중에 발생하는 데이터를 저장한다. 예를 들어 설명하면, 저장부(230)는 빔포밍 수행 장치(100)에서 형성되는 수신빔을 저장하거나, b, c 또는 d 모드 등을 표현하는 영상데이터, 또는 스캔변환된 진단영상 등을 저장할 수 있다.
본 실시예에 따른 저장부(230)는 통상적인 저장매체로서 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 저장부(230)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.
출력부(240)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(230) 및 출력부(240)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.
도 12는 본 실시예에 따른 빔포밍 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 빔포밍을 수행하는 방법은 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 3 및 도 8에 도시된 빔포밍 수행 장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 12의 빔포밍을 수행하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
1201 단계에서 제어부(130)는 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성한다.
1202 단계에서 인터포저(120)는 상기 1201 단계에서 생성된 제어신호를 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110) 각각에 대응하는 복수의 구동부들(140)로 전달한다. 이때, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)은 인터포저(120)를 통하여 전기적으로 연결된다.
1203 단계에서 복수의 구동부들(140)은 상기 1202 단계에서 전송된 제어신호에 따라, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시킨다. 또한, 본 실시예에 따른 복수의 구동부들(140)은 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)에 포함된 트랜스듀서들 각각에서 송신될 신호 및 수신된 신호를 동일한 지연회로를 이용하여 지연시킨다. 이때, 동일한 지연회로는 지연부(1411)가 될 수 있고, 지연부(1411)는 제어신호에 따른 송신 및 수신 지연시간을 구현하는 복수의 지연선(delay line)들을 포함하고, 복수의 지연선들의 입력단에 마련된 스위칭 소자들을 이용하여 지연시간을 구현한다.
이에 따라, 다채널 확장이 용이한 2차원 트랜스듀서-어레이를 사용하여 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 구성할 수 있고, 또한, 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(110)을 사용하여 낮은 복잡도를 가지는 빔포밍 장치를 구현할 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.
100 ... 빔포밍 수행 장치
110 ... 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들
111 ... 제1 2차원 트랜스듀서-어레이들
112 ... 제2 2차원 트랜스듀서-어레이들
113 ... 제3 2차원 트랜스듀서-어레이들
120 ... 인터포저
130 ... 제어부
140 ... 복수의 구동부들
141 ... 제1 구동부
142 ... 제2 구동부
143 ... 제3 구동부

Claims (20)

  1. 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들(transducer-arrays);
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 전기적으로 연결하는 인터포저(interposer);
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하고, 상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 복수의 구동부들을 포함하는 빔포밍을 수행하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 2차원 트랜스듀서-어레이 각각이 타일 형태로 배열되어 구성되고,
    상기 복수의 구동부들 각각은 대응하는 2차원 트랜스듀서-어레이의 하부에 마련되고, 상기 2차원 트랜스듀서-어레이가 타일 형태로 배열될 수 있는 크기를 가지는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 구동부들 각각은 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에서 송신될 신호 및 수신된 신호를 지연시키는 지연부를 포함하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지연부는 상기 제어신호에 따른 송신 및 수신 지연시간을 구현하는 복수의 지연선(delay line)들을 포함하고, 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들을 구성하는 트랜스듀서들 중 하나의 행 또는 하나의 열을 구성하는 트랜스듀서들이 상기 행 또는 열 방향에 대한 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 지연시간을 가지도록 구현하고,
    상기 트랜스듀서들 각각에서 송신 및 수신시 사용되는 지연시간은 동일한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 지연선들은 제n 지연선으로 순차적으로 구성되고, 상기 제n 지연선은 최소단위의 지연시간의 n제곱에 따른 지연시간을 구현하고, 상기 n은 0이상의 정수인 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 지연부는 상기 복수의 지연선들의 입력단에 마련된 스위칭 소자들을 이용하여 지연시간을 구현하고,
    상기 제어부는 상기 스위칭 소자들을 제어하는 제어신호를 생성하고,
    상기 인터포저는 상기 제어신호를 상기 스위칭 소자들에 전송하는 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 지연부의 출력단에 마련된 스위칭 소자를 이용하여, 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대한 송신동작 및 수신동작을 구동시키는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 수평 및 수직 방향으로 배열되고, 상기 수평 및 수직 방향 중 어느 하나의 방향으로 아날로그 빔포밍(analog beamforming)을 수행하고, 다른 하나의 방향으로 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 수행하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동부로부터 출력되는 아날로그 빔포밍을 수행한 결과에 따른 수신 빔들에 대하여, 디지털 빔포밍을 수행하는 디지털 빔포머를 더 포함하는 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 아날로그 빔포밍이 수행되는 방향으로 배열된 트랜스듀서들에 동일한 디지털 빔포밍을 위한 시간지연이 적용되고, 상기 디지털 빔포밍이 수행되는 방향으로 배열된 트랜스듀서들에 동일한 아날로그 빔포밍을 위한 시간지연이 적용되는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터포저는 상기 복수의 구동부들 각각에서 합성되어 출력되는 신호들을 합성하는 합성부를 포함하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 트랜스듀서-어레이들은 cMUT(capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)이고,
    상기 구동부는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)인 장치.
  13. 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 인터포저를 통하여 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하는 복수의 구동부들로 전달하고, 상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 빔포밍 수행 장치; 및
    상기 빔포밍 수행 장치에서 형성된 수신빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부를 포함하고,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각은 상기 인터포저를 통하여 전기적으로 연결되는 의료영상시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 2차원 트랜스듀서-어레이 각각이 타일 형태로 배열되어 구성되고,
    상기 복수의 구동부들 각각은 대응하는 2차원 트랜스듀서-어레이의 하부에 마련되고, 상기 2차원 트랜스듀서-어레이가 타일 형태로 배열될 수 있는 크기를 가지는 의료영상시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 빔포밍 수행 장치는 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에서 송신될 신호 및 수신된 신호를 지연시키는 지연부를 포함하는 의료영상시스템.
  16. 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대한 지연시간을 구현하는 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 제어신호를 인터포저를 통하여 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각에 대응하는 복수의 구동부들로 전달하는 단계; 및
    상기 인터포저를 통하여 전송되는 제어신호에 따라 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들 각각을 구동시키는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 상기 인터포저를 통하여 전기적으로 연결되는 빔포밍 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 구동시키는 단계는 상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들에 포함된 트랜스듀서들 각각에서 송신될 신호 및 수신된 신호를 동일한 지연회로를 이용하여 지연시키는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 동일한 지연회로는 상기 제어신호에 따른 송신 및 수신 지연시간을 구현하는 복수의 지연선(delay line)들을 포함하고, 상기 복수의 지연선들의 입력단에 마련된 스위칭 소자들을 이용하여 지연시간을 구현하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 트랜스듀서-어레이들은 수평 및 수직 방향으로 배열되고, 상기 수평 및 수직 방향 중 어느 하나의 방향으로 아날로그 빔포밍(analog beamforming)을 수행하고, 다른 하나의 방향으로 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 수행하는 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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