KR20130037112A - 진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법 - Google Patents

진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법 Download PDF

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Abstract

진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법에 있어서, 진단영상 생성장치는 변조된 송신신호를 피사체로 송신시키는 송신부, 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성하는 수신 빔포밍부, 형성된 수신 빔을 이용하여 PSF(Point Spread Function)을 추정하는 PSF 추정부, 추정된 PSF를 이용하여 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 필터링부, 및 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부를 포함한다.

Description

진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법{Apparatus for generating diagnosis image, medical imaging system, and method for beamforming}
진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법이 개시된다.
초음파 영상을 처리함에 있어서, 트랜스듀서-어레이를 이용하여 측 방향으로 집속(focusing)하여 빔의 측면 형태를 정의하는 함수와 정합 필터를 통하여 빔의 깊이 방향의 형태를 정의하는 함수는 서로 콘볼루션(convolution) 관계에 있다. 그러하기에, 스캔 라인(scan line)별로 깊이 방향으로 수신된 신호를 정합 필터를 이용하여 필터링함에 따라, 피사체의 깊이에 따른 반사 값을 획득할 수 있다.
고해상도의 진단영상을 생성하는 진단영상 생성장치, 의료영상시스템 및 빔포밍 수행방법을 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 진단영상 생성장치는 변조된 송신신호를 피사체로 송신시키는 송신부; 상기 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성하는 수신 빔포밍부; 상기 형성된 수신 빔을 이용하여 영역(region)별로 PSF(Point Spread Function)을 추정하는 PSF 추정부; 상기 추정된 PSF를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 필터링부; 및 상기 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부;를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 의료영상시스템은 변조된 송신신호를 트랜스듀서-어레이를 통하여 피사체로 송신시키고, 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여 수신 빔을 형성하고, 형성된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정하고, 추정된 PSF를 이용하여 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하고, 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성장치; 및 상기 생성된 진단영상을 표시하는 표시부;를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 빔포밍 수행방법은 송신신호를 변조하는 단계; 변조된 송신신호를 피사체로 송신시키는 단계; 상기 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성하는 단계; 상기 형성된 수신 빔을 이용하여, 영역(region)별로 PSF(Point Spread Function)을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 PSF를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기에서 기재된 바에 따르면, 고해상도를 가지는 진단영상을 생성할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 의료영상시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 의료영상시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 빔포밍 수행방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 진단영상 생성장치(100)는 송신부(110), 수신 빔포밍부(120), PSF(Point Spread Function) 추정부(130), 필터링부(140) 및 진단영상 생성부(150)를 포함한다.
도 1에 도시된 진단영상 생성장치(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 송신부(110), 수신 빔포밍부(120), PSF(Point Spread Function) 추정부(130), 필터링부(140) 및 진단영상 생성부(150)는 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 진단영상 생성장치(100)는 피사체에 대한 진단영상을 생성한다. 이때, 피사체는 인체의 유방, 간, 복부 등이 될 수 있으나 이에 한정되지 않고, 진단영상은 초음파 영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
송신부(110)는 변조된 송신신호를 피사체로 송신시킨다. 예를 들어 설명하면, 송신부(110)는 변조된 송신신호에 따른 초음파 신호가 피사체로 송신되도록 트랜스듀서-어레이(transducer-array)(200)를 제어한다. 이때, 송신부(110)에서 송신되는 송신신호는 변조부(미도시)에 의하여 변조 작업이 수행됨에 따라 변조된 송신신호가 될 수 있다. 변조부에 관하여 이하 도 2에서 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 변조된 송신신호는 광대역 송신신호가 될 수 있다. 이때, 광대역 송신신호는 전송코드 또는 주파수를 사용하여 변조된 송신신호가 될 수 있고. 예를 들어 설명하면, 광대역 송신신호는 처프 코드(chirp code), 골레이 코드(golay code), PN 시퀀스 코드(PN sequence code)를 이용하여 변조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 송신부(110)는 변조된 송신신호를 트랜스듀서-어레이(200)를 이용하여 피사체로 송신시키고, 수신 빔포밍부(120)는 트랜스듀서-어레이(200)를 이용하여 피사체로부터 반사된 에코신호를 수신한다.
수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성한다. 이때, 수신 빔포밍부(120)에 의하여 형성된 수신 빔은 RF 데이터(Radio Frequency data)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
수신 빔포밍 작업에 관하여 예를 들어 설명하면, 수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 DAS(Delay and Sum) 빔포밍을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. DAS 빔포밍은 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여, 피사체의 집속점과 변조된 송신신호를 상기 피사체의 빔집속 위치로 전송하는 트랜스듀서-어레이(200)의 거리에 따른 시간지연 값을 적용하여 합성하는 것을 나타낼 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 에코신호들은 변조된 송신신호가 피사체로부터 반사된 신호가 될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 송신부(110)는 트랜스듀서-어레이(200)를 통하여 광대역 송신신호를 피사체로 송신시키고, 트랜스듀서-어레이(200)는 피사체로부터 반사된 에코신호들을 수신하고, 수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 수신 빔포밍부(120)는 광대역 송신신호가 송신됨에 따라 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하기에, 피사체와 진단영상 생성장치(100) 간의 송수신 속도, 고 공간 주파수(high spatial frequency)의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR) 및 진단영상 생성장치(100)에서 생성되는 진단영상의 해상도가 향상될 수 있다.
PSF 추정부(130)는 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔을 이용하여, 영역(region) 별로 PSF를 추정한다. 이때, 본 실시예에 따른 영역은 깊이(depth) 방향, 측(lateral) 방향 및 고도(elevation) 방향 중 적어도 어느 하나가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어 설명하면, PSF 추정부(130)는 깊이(depth) 방향, 측(lateral) 방향 및 고도(elevation) 방향 중 적어도 하나를 고려하여 PSF를 추정한다. 이때, PSF 추정부(130)에서 깊이 방향을 고려하여 PSF를 추정하는 것은 깊이 방향으로 깊이를 증가 또는 감소시키면서 PSF를 추정하는 것을 나타낼 수 있고, PSF 추정부(130)에서 측 방향을 고려하여 PSF를 추정하는 것은 측 방향의 위치를 변경시키면서 PSF를 추정하는 것을 나타낼 수 있고, PSF 추정부(130)에서 고도 방향을 고려하여 PSF를 추정하는 것은 고도 방향의 변화에 따른 PSF를 추정하는 것을 나타낼 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, PSF 추정부(130)는 깊이 방향, 측 방향 및 고도 방향 중 어느 하나가 고려된 하나의 PSF를 추정할 수 있다. 그러하기에, PSF 추정부(130)는 깊이 방향 및 측 방향으로 강한 상관도(correlation)를 가지는 PSF를 추정할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)는 깊이 방향뿐만 아니라, 측 방향 및 고도 방향으로의 해상도 및 신호대잡음비가 향상된 진단영상을 생성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)는 복조부(미도시)에 의하여 복조 작업이 수행된 수신 빔을 이용하여, 영역 별로 PSF를 추정할 수도 있다. 예를 들어 설명하면, 복조부는 빔포밍된 RF 데이터에 대하여 송신신호를 이용하여 복조 작업을 수행할 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 복조 작업의 수행은 정합 필터(matched filter)를 이용한 필터링 작업이 될 수 있다. 복조부에 관하여 이하 도 2에서 상세히 설명한다.
다만, 이에 한정되지 않고, 본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)는 영역 별로 PSF를 추정하면서, 복조 작업을 함께 수행할 수도 있다. 이러한 경우, 복조부는 따로 구비되지 않을 수 있다.
또한, PSF 추정부(130)는 파라미터릭(parametric) 또는 논파라미터릭(nonparametric) 방법에 의하여 PSF를 추정할 수 있다.
파라미터릭 방법에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, PSF 추정부(130)는 주파수 도메인에서 수신 빔을 이용하여 PSF의 크기(magnitude) 및 위상(phase)을 추정한다. 이때, PSF 추정부(130)는 PSF의 위상을 추정하면서, 이에 따른 필터(filter)를 함께 추정할 수 있다. 본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)는 PSF의 크기, 위상 및 필터를 추정함에 있어서 커브 피팅(curve fitting) 방법을 사용할 수 있다. 즉, PSF 추정부(130)는 커브 피팅 방법을 사용하여, 추정하고자 하는 데이터를 모델링하고 커브 파라미터를 추정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)에서 추정되는 필터는 공간필터(spatial filter)가 될 수 있고, 예를 들어 설명하면, 필터는 2차원 또는 3차원 윈도우(window) 기반 정합필터(matched filter), 역 필터(inverse filter), 위너필터(winer filter)를 포함할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, PSF는 진단영상 생성장치(100)의 특성을 나타내기에, PSF는 수신 빔의 베이스밴드(baseband) 스펙트럼(spectrum)에 포함될 수 있다. 그러하기에, PSF 추정부(130)는 수신 빔에 대하여 필터링을 수행하여, PSF의 크기를 추정할 수 있다. 즉, PSF 추정부(130)는 수신 빔에 대하여 DFT(Discrete Fourier Transform) 처리를 수행하고, DFT 처리된 수신 빔에 화이트 노이즈 필터링(white noise filtering)을 수행하여, PSF의 크기를 추정할 수 있다.
또한, PSF 추정부(130)는 추정된 PSF의 크기 및 필터링된 결과 값의 엠플리튜드(amplitude)의 곱이 최소가 되는 방향으로 PSF의 위상 및 필터를 추정할 수 있다. 이때, PSF 추정부(130)는 PSF의 위상 및 필터를 추정하기 위하여 MAP(Maximum A Posteriori) 추정 방법을 사용할 수 있다.
논파라미터릭 방법에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, PSF 추정부(130)는 주파수 대역별 PSF의 모든 데이터를 계산하거나, 또는 공간 도메인에서 PSF의 모든 데이터 값을 계산하는 방식으로 PSF를 추정할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, PSF 추정부(130)는 수학식 1과 같은 연산을 만족하는 PSF를 추정할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, H는 PSF, X는 피사체 반사특성의 초기 값(initial value) 또는 이전에 계산된 값, Y는 피사체로부터 반사된 에코신호를 이용하여 빔포밍된 RF 데이터가 될 수 있다. 이때, 피사체의 반사특성은 피사체를 나타내는 진단영상에 대응하는 데이터가 될 수 있고, 피사체로부터 반사된 RF 데이터 Y는 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔이 될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
또한, 수학식 1에서 H, X 및 Y는 FT(Fourier Transform) 또는 DFT(Discrete Fourier Transform) 등을 수행하여 주파수 도메인으로 변환된 신호를 나타낼 수 있다.
수학식 1을 참조하여 설명하면, PSF 추정부(130)는 피사체 반사특성의 초기 값 X를 이용하여 PSF를 추정한다. 즉, PSF 추정부(130)는 PSF H 및 피사체 반사특성의 초기 값 X의 곱과 피사체로부터 반사된 RF 데이터의 오차(error)가 최소가 되는 PSF를 추정할 수 있다. 이때, 피사체 반사특성의 초기치가 정확하지 않을 경우, PSF 추정부(130)는 PSF H를 이용하여 피사체 반사특성 X를 다시 추정할 수도 있다.
또한, PSF 추정부(130)는 수학식 2와 같은 연산을 만족하는 PSF를 추정할 수도 있다.
Figure pat00002
수학식 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)는 H, X, Y 각각을 주파수 도메인으로 변환하지 않고, H, X, Y 각각의 공간(spatial) 도메인 변수인 Hs, Xs, Ys를 이용하여, 상기와 같은 반복 추정 방법에 따라 Hs를 추정할 수도 있다. 이때, a는 상수 파라미터가 될 수 있다.
이처럼, PSF 추정부(130)는 파라미터릭 방법 또는 논파라미터릭 방법을 사용하여 PSF를 추정할 수 있다.
필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 PSF를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행한다. 이때, 필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 PSF 및 필터 중 적어도 어느 하나를 이용하여 필터링 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 필터링부(140)는 PSF를 이용하여, 복조부(미도시)에서 복조 작업이 수행된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다. 복조부에 관하여 이하 도 2에서 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 PSF와 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔을 디콘볼루션(deconvolution)하여 필터링 작업을 수행할 수 있다.
좀 더 상세히 설명하면, PSF는 진단영상 생성장치(100)의 시스템 특성을 나타낼 수 있기에, 피사체의 반사특성(reflectivity)과 PSF의 콘볼루션(convolution)이 피사체로부터 반사된 에코신호를 나타낸다. 그러하기에, 필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 PSF와 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔포밍된 RF 데이터를 디콘볼루션(deconvolution)하여 필터링 작업을 수행할 수 있다.
다른 예를 들어 설명하면, 필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 역 필터를 이용하여 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 PSF의 추정, 필터의 추정 및 추정된 PSF 및 필터 중 적어도 어느 하나를 이용한 필터링 작업은 블라인드 디콘볼루션(blind deconvolution)에 의하여 구현될 수 있다.
다만, 본 실시예에 따른 필터링부(140)는 상기된 바에 한정되지 않고, PSF 및 수신 빔을 이용하여, 코스트 값(cost value)를 최소화하는 피사체를 나타내는 반사특성을 추정할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 필터링부(140)는 수학식 3과 같은 연산을 수행하여 피사체의 반사특성을 추정할 수도 있다.
Figure pat00003
수학식 3을 참조하여 설명하면, 필터링부(140)는 PSF Hs와 RF 데이터 Ys를 이용하여 수학식 3에 기재된 코스트 함수에 따른 코스트 값(cost value)을 최소화하는 Xs, 즉, 피사체를 나타내는 반사특성(reflectivity)을 메트릭스 연산을 통하여 산출할 수 있다. 이러한 경우, 필터링부(140)는 단순 필터링 과정보다 복잡한 반복(iteration) 과정에 따른 추정을 수행할 수도 있다. 수학식 3에서 b는 상수 파라미터가 될 수 있다.
진단영상 생성부(150)는 필터링부(140)에서 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성한다. 또한, 진단영상 생성부(150)는 필터링부(140)에서 추정된 피사체의 반사특성을 이용하여 진단영상을 생성할 수도 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 진단영상 생성부(150)는 DSP(Digital Signal Processor)(미도시) 및 DSC(Digital Scan Converter)(미도시)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 DSP는 필터링부(140)로부터 출력되는 신호를 처리하여 b, c 또는 d 모드 등을 표현하는 영상데이터를 형성하고, DSC는 DSP에서 형성된 영상데이터를 디스플레이하기 위하여 스캔변환된 진단영상을 생성한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(110)는 고해상도를 가지는 진단영상을 생성할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)는 송신부(110), 변조부(115), 수신 빔포밍부(120), 복조부(125), PSF 추정부(130), 필터링부(140) 및 진단영상 생성부(150)를 포함한다.
도 2에 도시된 진단영상 생성장치(100)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 송신부(110), 변조부(115), 수신 빔포밍부(120), 복조부(125), PSF 추정부(130), 필터링부(140) 및 진단영상 생성부(150)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다.
도 2에 도시된 진단영상 생성장치(100)는 도 1에 도시된 진단영상 생성장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)는 도 2에 도시된 유닛들에 한정되지 않는다. 또한, 도 1과 관련하여 기재된 내용은 도 2에 도시된 진단영상 생성장치(100)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100)는 피사체에 대한 진단영상을 생성한다. 이때, 피사체는 인체의 유방, 간, 복부 등이 될 수 있으나 이에 한정되지 않고, 진단영상은 초음파 영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
변조부(115)는 송신신호에 대한 변조 작업을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 변조부(115)는 전송코드 또는 주파수를 사용하여 송신신호를 변조한다. 이에 따라, 변조된 송신신호는 광대역 송신신호가 될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 변조부(115)는 처프 코드(chirp code), 골레이 코드(golay code), PN 시퀀스 코드(PN sequence code)를 이용하여 변조할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
송신부(110)는 변조된 송신신호를 피사체로 송신시키고, 수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성한다.
복조부(125)는 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔에 대한 복조 작업을 수행한다. 예를 들어 설명하면, 복조부(125)는 변조된 송신신호의 변조 코드 또는 변조 주파수에 따른 복조 작업을 수행할 수 있다.
변조 코드에 따른 복조 작업의 경우를 예로 들어 설명하면, 복조부(125)는 변조 코드에 대응하는 신호를 이용하여 복조 작업을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
변조 주파수에 따른 복조 작업의 경우를 예로 들어 설명하면, 복조부(125)는 송신신호 기반 정합필터(matched filter), 코사인(cosine) 승산기 및 사인(sin) 승산기 중 적어도 어느 하나와 저역통과필터(LPF)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
PSF 추정부(130)는 수신 빔포밍부(120)에서 형성된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정한다. 다만, 본 실시예에 따른 PSF 추정부(130)는 복조부(125)에서 복조 작업이 수행된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정할 수도 있다.
필터링부(140)는 PSF 추정부(130)에서 추정된 PSF를 이용하여, 복조부(125)에서 복조된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하고, 진단영상 생성부(150)는 필터링부(140)에서 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성한다.
도 3은 본 실시예에 따른 의료영상시스템(300)의 일 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 의료영상시스템(300)은 프로브(310) 및 본체(320)로 구성되고, 프로브(310)는 진단영상 생성장치(100) 및 트랜스듀서-어레이(200)로 구성되고, 본체(320)는 표시부(322), 저장부(324) 및 출력부(326)로 구성된다.
도 3에 도시된 의료영상시스템(300)은 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.
또한, 도 3에 도시된 진단영상 생성장치(100) 및 트랜스듀서-어레이(200)은 도 1 내지 도 2에 도시된 진단영상 생성장치(100) 및 트랜스듀서-어레이(200)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 도 1 내지 도 2와 관련하여 기재된 내용은 도 3에 도시된 의료영상시스템(200)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 의료영상시스템(300)은 피사체에 대한 진단영상을 제공한다. 예를 들어 설명하면, 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하거나, 또는 피사체를 나타내는 진단영상을 표시하는 외부장치로 피사체에 대한 진단영상을 나타내는 신호를 출력한다.
프로브(310)는 피사체에 송신신호를 송신하고, 피사체로부터 반사된 에코신호를 수신하고, 수신된 에코신호를 이용하여 피사체에 대한 진단영상을 생성한다.
트랜스듀서-어레이(200)는 적어도 하나의 트랜스듀서(transducer)를 포함한다. 트랜스듀서-어레이(200)에 포함된 트랜스듀서들 각각은 전기신호를 초음파 신호로 변환하여 피사체로 송신하고, 피사체로부터 반사된 초음파 신호를 전기신호로 재변환하여 진단영상 생성장치(100)로 전달한다.
진단영상 생성장치(100)는 변조된 송신신호를 트랜스듀서-어레이(200)를 통하여 피사체로 송신시키고, 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여 수신 빔을 형성하고, 형성된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정하고, 추정된 PSF를 이용하여 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하고, 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성한다.
본 실시예에 따른 프로브(310)는 진단영상을 생성하는 기능을 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 본 실시예에 따른 프로브(310)는 필터링 작업을 수행하고, 본체(320)에서 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
본체(320)는 의료영상시스템(300)을 구동하고, 피사체에 대한 진단영상을 표시하고, 저장하고, 출력한다.
표시부(322)는 진단영상 생성장치(100)에서 생성된 진단영상을 표시한다. 예를 들어 설명하면, 표시부(322)는 의료영상시스템(300)에 마련된 디스플레이 패널, LCD 화면, 모니터 등의 출력 장치를 모두 포함한다.
다만, 본 실시예에 따른 의료영상시스템(300)은 표시부(322)를 구비하지 않고, 진단영상 생성장치(100)에서 생성된 진단영상을 외부의 표시장치(미도시)로 출력하기 위한 출력부(326)를 구비할 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
저장부(324)는 의료영상시스템(300)의 동작을 수행하는 중에 발생하는 데이터를 저장한다. 예를 들어 설명하면, 저장부(324)는 진단영상 생성장치(100)에서 형성되는 수신빔을 저장하거나, b, c 또는 d 모드 등을 표현하는 영상데이터, 또는 스캔변환된 진단영상 등을 저장할 수 있다.
본 실시예에 따른 저장부(324)는 통상적인 저장매체로서 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 저장부(324)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(326)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(324) 및 출력부(326)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 4는 본 실시예에 따른 의료영상시스템(300)의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 의료영상시스템(300)은 도 3에 도시된 의료영상시스템(300)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 도 3과 관련하여 기재된 내용은 도 4에 도시된 의료영상시스템(300)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 의료영상시스템(300)은 피사체와 신호를 송수신하고, 수신된 신호를 이용하여 빔포밍을 수행하는 프로브(310)와, 프로브(310)로부터 획득된 데이터를 처리하여 표시하거나, 저장하거나, 출력하는 본체(320)로 구성된다. 이때, 본체(320)는 프로브(310)에서 생성된 진단영상을 표시하는 표시부(322)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본체(320)는 저장부(324) 및 출력부(326)를 본체(320)의 내부에 포함할 수 있다.
다만, 진단영상의 생성은 프로브(310)에서 수행되거나, 또는 본체(320)에서 수행될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 빔포밍 수행방법의 일 예를 도시한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 빔포밍을 수행하는 방법은 도 1 내지 도 4에 도시된 진단영상 생성장치(100), 트랜스듀서-어레이(200) 또는 의료영상시스템(300)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 4에 도시된 도시된 진단영상 생성장치(100), 트랜스듀서-어레이(200) 또는 의료영상시스템(300)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 빔포밍을 수행하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
501 단계에서 변조부(115)는 송신신호를 변조한다. 예를 들어 설명하면, 변조부(115)는 주파수 또는 코드 시퀀스(code sequence)를 사용하여 송신신호를 변조할 수 있다.
502 단계에서 송신부(110)는 변조된 송신신호를 피사체로 송신시킨다. 이때, 변조된 송신신호는 광대역 송신신호가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
503 단계에서 수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성한다. 이때, 수신 빔포밍부(120)는 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 DAS(Delay and Sum) 빔포밍을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
504 단계에서 PSF 추정부(130)는 상기 503 단계에서 형성된 수신 빔을 이용하여 영역(region)별로 PSF(Point Spread Function)을 추정한다. 이때, PSF 추정부(130)는 깊이(depth) 방향 및 측(lateral) 방향 중 적어도 하나를 고려하여 PSF를 추정할 수 있다. 예를 들어 설명하면, PSF 추정부(130)는 깊이 방향으로 깊이를 증가 또는 감소시키면서 PSF를 추정하거나, 또는 측 방향의 위치를 변경시키면서 PSF를 추정할 수 있다.
505 단계에서 필터링부(140)는 상기 504 단계에서 추정된 PSF를 이용하여, 상기 503 단계에서 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행한다.
상기에서 기재된 501 단계 내지 505 단계는 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 수행될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 진단영상 생성장치(100), 의료영상시스템(300) 및 빔포밍 수행방법은 깊이 방향 외에 측 방향 및 고도 방향으로도 피사체를 나타내는 진단영상의 해상도 및 SNR을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기에서는 설명의 편의를 위하여 초음파 영상에 관한 방법으로 본 실시예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 탄성 영상과 같은 다양한 초음파 영상 기술, 레이더 및 음성(sound) 신호처리에도 적용이 가능함을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 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 ... 진단영상 생성장치
110 ... 송신부
120 ... 수신 빔포밍부
130 ... PSF 추정부
140 ... 필터링부
150 ... 진단영상 생성부

Claims (20)

  1. 변조된 송신신호를 피사체로 송신시키는 송신부;
    상기 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성하는 수신 빔포밍부;
    상기 형성된 수신 빔을 이용하여 영역(region)별로 PSF(Point Spread Function)을 추정하는 PSF 추정부;
    상기 추정된 PSF를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성부;를 포함하는 진단영상 생성장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 PSF 추정부는 상기 형성된 수신 빔을 이용하여 깊이(depth) 방향 및 측(lateral) 방향 중 적어도 하나를 고려하여 PSF를 추정하는 진단영상 생성장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PSF 추정부는 깊이 방향으로 깊이를 증가 또는 감소시키면서 PSF를 추정하는 진단영상 생성장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 PSF 추정부는 측 방향의 위치를 변경시키면서 PSF를 추정하는 진단영상 생성장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 PSF 추정부는 상기 추정된 PSF를 이용하여 필터를 추정하고,
    상기 필터링부는 상기 추정된 필터를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 진단영상 생성장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 형성된 수신 빔에 대한 복조 작업을 수행하는 복조부를 더 포함하고,
    상기 PSF 추정부는 상기 복조된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정하는 진단영상 생성장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 형성된 수신 빔에 대한 복조 작업을 수행하는 복조부를 더 포함하고,
    상기 필터링부는 상기 복조된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 진단영상 생성장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조된 송신신호는 광대역 송신신호인 진단영상 생성장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링부는 상기 추정된 PSF 및 상기 형성된 수신 빔을 이용하여, 코스트 값을 최소화하는 피사체를 나타내는 반사특성을 추정하고,
    상기 진단영상 생성부는 상기 추정된 피사체를 나타내는 반사특성을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성장치.
  10. 변조된 송신신호를 트랜스듀서-어레이를 통하여 피사체로 송신시키고, 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여 수신 빔을 형성하고, 형성된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정하고, 추정된 PSF를 이용하여 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하고, 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 진단영상 생성장치; 및
    상기 생성된 진단영상을 표시하는 표시부;를 포함하는 의료영상시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 진단영상 생성장치는 상기 형성된 수신 빔을 이용하여 깊이(depth) 방향 및 측(lateral) 방향 중 적어도 하나를 고려하여 PSF를 추정하는 진단영상 생성장치.
  12. 송신신호를 변조하는 단계;
    변조된 송신신호를 피사체로 송신시키는 단계;
    상기 피사체로부터 반사된 에코신호들에 대하여 수신 빔포밍을 수행하여, 수신 빔을 형성하는 단계;
    상기 형성된 수신 빔을 이용하여, 영역(region)별로 PSF(Point Spread Function)을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 PSF를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 단계;를 포함하는 빔포밍 수행방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 PSF를 추정하는 단계는 상기 형성된 수신 빔을 이용하여 깊이(depth) 방향 및 측(lateral) 방향 중 적어도 하나를 고려하여 PSF를 추정하는 빔포밍 수행방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 PSF를 추정하는 단계는 깊이 방향으로 깊이를 증가 또는 감소시키면서 PSF를 추정하는 빔포밍 수행방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 PSF를 추정하는 단계는 측 방향의 위치를 변경시키면서 PSF를 추정하는 빔포밍 수행방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 추정된 PSF를 이용하여 필터를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 필터를 이용하여, 상기 형성된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 단계;를 더 포함하는 빔포밍 수행방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 변조된 송신신호는 광대역 송신신호인 빔포밍 수행방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터링된 수신 빔을 이용하여 진단영상을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 진단영상을 표시하는 단계;를 더 포함하는 빔포밍 수행방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 형성된 수신 빔에 대한 복조 작업을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 PSF를 추정하는 단계는 상기 복조된 수신 빔을 이용하여 영역 별로 PSF를 추정하고,
    상기 필터링 작업을 수행하는 단계는 상기 추정된 PSF를 이용하여, 상기 복조된 수신 빔에 대한 필터링 작업을 수행하는 빔포밍 수행방법.
  20. 제 12 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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