KR20140132821A - 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법 - Google Patents

영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법 Download PDF

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Abstract

영상 처리 유닛은, 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터를 입력받는 입력부, 상기 적어도 하나의 영상 데이터를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 영상을 획득하는 필터링부 및 상기 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 생성부를 포함할 수 있다.

Description

영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법{Ultrasonic imaging processing module, ultrasonic imaging apparatus and method of generating image}
영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법이 개시된다.
초음파 영상 장치는, 초음파를 이용하여 피사체 내부에 대한 정보를 수집하고, 수집한 정보를 이용하여 피사체 내부의 영상을 획득하는 영상 장치이다.
구체적으로 초음파 영상 장치는, 피사체 내부의 목표 부위에서 반사되거나 생성된 초음파를 수집하고, 수집한 초음파를 이용하여 피사체 내부의 각종 조직이나 구조 등에 대한 단층 영상, 예를 들어 각종 장기나 연부 조직 등의 단층 영상을 획득하도록 할 수 있다. 이를 위해서 초음파 영상 장치는 피사체의 외부에서 피사체 내부의 목표 부위를 초점으로 하여 초음파를 조사하여 피사체 내부의 목표 지점에서 반사되는 초음파를 수집하도록 할 수도 있다.
초음파 영상 장치는, 초음파 트랜스듀서(transducer) 등을 이용하여 소정 주파수의 초음파를 생성한 후, 소정 주파수의 초음파를 목표 지점으로 조사하고, 소정의 목표 지점에서 반사된 초음파를 수신함으로써 수신된 초음파에 상응하는 복수의 채널의 초음파 신호를 획득할 수 있다. 초음파 영상 장치는, 복수 채널의 초음파 신호를 시간차를 보정하고 집속하여 빔포밍된 초음파 신호를 획득하고, 빔포밍된 초음파 신호를 이용하여 초음파 영상을 생성 및 획득하여 사용자가 피사체 내부의 단면 영상을 확인할 수 있도록 한다.
이와 같은 초음파 영상 장치는, 다른 장비에 비해 소형이고 저렴한데다 실시간으로 피사체 내부에 대한 영상 재생이 가능할 뿐만 아니라 엑스선과 같은 방사선 피폭의 위험성도 없어 의료계 등 여러 분야에서 널리 이용되고 있다.
필터링을 통하여 영상을 획득하는 과정에 있어서 영상에 대한 필터를 적용한 후 발생할 수 있는 영상의 부정확성을 개선하기 위한 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법에 따라 필터링된 영상의 부방사부(side lobe)을 저감할 수 있도록 하고, 고주파 성분을 유지할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
이에 따라 이상적인 영상(ideal image)에 근접한 영상을 복원할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법이 제공된다.
영상 처리 유닛은, 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터를 입력 받는 입력부, 상기 적어도 하나의 영상 데이터를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 영상을 획득하는 필터링부 및 상기 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 생성부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 영상 생성부는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하여 상기 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하는 선택부를 포함할 수 있으며, 선택부는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터의 분산값(variance)을 비교하고, 상기 복수의 필터링된 영상의 픽셀 중 분산값이 가장 작은 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하도록 할 수 있다.
초음파 영상 장치는, 수집된 복수의 채널의 초음파 신호를 빔 포밍하여 빔 포밍된 초음파 신호를 출력하는 빔 포밍부 및 상기 적어도 하나의 빔 포밍된 초음파 신호를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 초음파 영상을 획득하고, 상기 복수의 필터링된 초음파 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 초음파 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 추출하는 영상 처리부를 포함할 수 있다.
영상 생성 방법은, 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터를 입력받는 입력 단계, 상기 적어도 하나의 영상 데이터를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 영상을 획득하는 필터링 단계 및 상기 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 픽셀 선택 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법에 의하여, 필터링을 이용하는 영상의 복원, 예를 들어 초음파 신호를 기초로 한 초음파 영상 복원에 있어서 복원되는 영상의 부정확성을 개선할 수 있게 되고, 아울러 이상적인 영상에 근접한 영상을 획득할 수 있게 된다.
또한 상술한 바와 같은 영상 처리 유닛, 초음파 영상 장치 및 영상 생성 방법에 의하면, 필터링된 영상의 부방사부를 저감할 수 있게 되고, 더불어 고주파 성분을 유지할 수 있게 된다.
또한 음파 또는 초단파 등을 이용하여 영상을 획득하는 경우 음파 또는 초단파 등의 속도 등에 따른 퍼짐 현상 등을 방지할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 초음파 영상 장치에 적용되는 경우에는 높은 해상도와 양질의 초음파 영상을 용이하게 얻을 수 있게 된다. 따라서 초음파 영상 장치를 이용하여 환자를 진단하는 사용자, 일례로 의사 등에게 피사체와 동일하거나 유사한 고해상도의 초음파 영상을 제공할 수 있게 됨으로써, 사용자, 일례로 의사 등이 환자를 더욱 정확하게 진단할 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 영상 처리 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 2는 필터링부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다양한 필터의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 서로 다른 필터에 의해 필터링된 영상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 점 확산 함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 원 영상과 RF 영상 사이의 관계 및 디콘볼루션을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 영상 생성부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 8은 영상 생성부의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 영상 생성부에 의해 생성된 영상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 영상 처리 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 12는 초음파 영상 장치의 일 실시예에 대한 사시도이다.
도 13은 초음파 영상 장치의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 14는 초음파 탐침부의 일 실시예에 대한 평면도이다.
도 15는 빔 포밍부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 16은 초음파 영상 장치의 영상 처리부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 17은 초음파 영상 장치를 제어하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이하 도 1 내지 도 10을 참조하여 영상 처리 유닛의 일 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 영상 처리 유닛의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 영상 처리 유닛(10)은 소정의 입력 데이터(d)를 입력받고, 소정의 입력 데이터(d)를 이용하여 소정의 출력 데이터(z)를 생성한 후 생성된 소정의 출력 데이터(z)를 출력하도록 할 수 있다.
구체적으로 영상 처리 유닛(10)은 입력되는 소정의 데이터 신호(d)의 처리를 위해서 입력부(11), 필터링부(12), 영상 생성부(13) 및 출력부(16)를 포함할 수 있다.
구체적으로 입력부(11)는, 외부로부터 전달되는 소정의 입력 데이터(d)를 입력받는다.
일 실시예에 의하면 입력부(11)를 통해 입력되는 소정의 입력 데이터(d)는 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터일 수도 있다. 구체적으로 입력부(11)가 입력받는 입력 데이터(d)는 음파, 초음파 또는 전자기파와 같이 소정 주파수의 파동(wave)으로부터 획득된 영상 데이터일 수도 있다. 예를 들어 입력 영상 데이터(d)는, 인간이 들을 수 있는 가청 주파수(대략 16kHz 이상 20kHz 이하의 주파수)의 음파가 변환된 소정의 전기적 신호로부터 획득되는 영상 데이터일 수도 있다. 또한 입력 데이터(d)는 가청 주파수보다 큰 주파수의 음파, 일례로 초음파가 변환된 소정의 전기적 신호로부터 획득되는 영상 데이터일 수도 있다. 또한 입력 데이터(d)는 텔레비전이나 라디오 방송 등에서 이용되는 초단파(VHF, 파장 1m 내지 10m)로부터 획득된 영상 데이터일 수도 있고, 레이더(radar) 등에서 이용되는 극초단파(마이크로파, 파장 10cm 내지 100cm) 등을 이용하여 획득된 영상 데이터일 수도 있다. 이외 기타 다양한 수단을 이용해 획득되는 영상 데이터일 수도 있다.
입력부(11)는 입력 신호(d)를 필터링부(12)로 전달한다.
필터링부(12)는 소정의 필터(filter)를 이용하여 입력 데이터(d)를 필터링함으로써 소정의 필터링된 신호를 획득하도록 한다. 일 실시예에 따르면 필터링부(12)는 복수의 필터를 이용하여 입력 신호(d)를 필터링하도록 할 수도 있다. 이에 따라 필터링부(12)는 소정의 입력 신호(d)로부터 복수의 필터링된 신호를 획득하도록 할 수 있다.
한편 필터링부(12)는 도 1에 도시된 바와 같이 필터 데이터베이스(17)를 열람하고, 필터 데이터베이스(17)로부터 소정의 필터를 검출한 후, 검출된 소정의 필터를 이용하여 입력 신호(d)를 필터링하도록 할 수도 있다.
도 2는 필터링부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 서로 다양한 필터의 일례를 도시한 도면이며, 도 4는 서로 다른 필터에 의해 필터링된 영상을 설명하기 위한 그래프이다.
필터링부(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)를 이용하여 복수의 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득하도록 할 수 있다. 보다 구체적으로 필터링부(12)는 입력 데이터, 일례로 소정의 영상에 대한 영상 데이터(d)에 소정의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)를 적용하여 복수의 필터링된 영상에 대한 영상 데이터, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상에 대한 영상 데이터(df1 내지 df3)를 획득하도록 할 수 있다. 다시 말해서 필터링부(12)는, 입력된 영상 데이터(d)로 이루어진 영상에 제1 필터(f1)를 적용하여 제1 필터링된 영상(df1)을 획득하고, 제2 필터(f2)를 이용하여 제2 필터링된 영상(df2)을 획득하며, 제3 필터(f3)를 이용하여 제3 필터링된 영상(df3)를 획득함으로써 복수의 필터링된 영상을 획득하도록 할 수도 있다. 도 2에는 필터링부(12)가 세 개의 필터(f1 내지 f3)를 이용하여 하나의 영상으로부터 세 종류의 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득하는 구성에 대해 도시되어 있으나, 필터의 개수나 획득되는 필터링된 영상의 개수는 더 적을 수도 있고, 또한 더 많을 수도 있다.
이 경우 필터링부(12)에서 이용되는 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 상이한 필터일 수 있다. 즉, 복수의 필터 각각은 동일한 영상을 필터링하여 상이한 영상을 획득하도록 하는 서로 상이한 필터일 수 있다. 따라서 서로 상이한 복수의 필터(f1 내지 f3)를 적용하여 획득되는 복수의 필터링된 영상(df1 내지 df3) 역시 도 4에 도시된 바와 같이 서로 상이할 수 있다.
한편, 필터링부(12)에 의해 입력되는 영상 데이터(d)에 소정의 필터(f1 내지 f3)가 적용되는 경우, 영상 데이터(d)의 주방사부(메인 로브, main lobe)의 신호는 필터에 따라 강조될 수 있다. 이와 같은 영상 데이터(d)의 주방사부의 형태는 필터의 종류에 따라 상이할 수 있다. 한편 필터링부(12)에서 필터링을 수행하는 도중, 여러 가지 외부 요인, 일례로 음파의 속도나 음파 등에 의해 탐지된 물체와의 거리 등에 따라 주방사부 주변의 부방사부(사이드 로브, side lobe) 역시 강조될 수 있다.
도 4는 세 개의 서로 다른 필터를 이용해 하나의 영상 데이터를 필터링한 경우 획득되는 서로 다른 필터링된 영상 데이터를 중첩하여 표시한 그래프이다. 도 4의 제1 그래프 내지 제3 그래프(① 내지 ③)는 각각 동일한 영상 데이터에 상이한 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)을 적용하여 획득된 필터링된 영상 데이터이다. 도 4에 도시된 바를 참조하면 제1 그래프 내지 제3 그래프(① 내지 ③)의 중심부는 주방사부고, 각 그래프의 주변부는 부방사부(side lobe)를 의미한다.
제1 필터링된 영상 데이터(df1)에 대한 제1 그래프(①)는 도 4에 도시된 바와 같이 중심부에서 상 방향으로 볼록하게 형성되어 있고, 한편으로 중심부를 기준으로 좌우로 넓게 벌어져 있다. 즉, 제1 필터(f1)에 의해 획득된 제1 필터링된 영상 데이터(df1)는, 중심부뿐만 아니라 주변부의 값 역시 높은 값을 갖는다. 따라서 영상 데이터(d)를 제1 필터(f1)를 이용하여 필터링함으로써 획득된 제1 필터링된 영상 데이터(df1)는, 주방사부가 강조되면서도 동시에 부방사부 역시 함께 강조된 영상 데이터임을 알 수 있다.
한편 제2 필터링된 영상 데이터(df2)에 대한 제2 그래프(②)는, 도 4에 도시된 바에 따르면 그 형태가 제1 그래프(①)와 동일하게 중심부에서 상 방향으로 볼록 형태를 구비하면서도 제1 그래프(①)의 경우보다는 좀더 날카로운 형태를 구비하고 있다. 한편으로는 제2 그래프(②)는 중심부의 우측 및 좌측 중단에서 아래로 볼록하여 우측 및 좌측 말단에서 높은 값을 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서 제2 필터링된 영상 데이터(df2)은 중심부 및 주변부의 말단에서 강조되고 있음을 알 수 있다. 다시 말해서 제2 필터링된 영상 데이터(df2)는 주방사부가 강조되면서 부방사부의 말단이 함께 강조된 영상 데이터임을 알 수 있다.
한편 제3 필터링된 영상 데이터(df3)에 관한 제3 그래프(③)는, 도 4에 도시된 바와 같이 중심부에서 위로 날카롭게 볼록한 형상을 구비하고 있다. 주변부의 경우 일정하게 진동하는 형태를 구비하고 있다. 다시 말해서 제3 필터링된 영상 데이터(df3)는 주방사부가 강조되고, 부방사부는 일부 영역이 강조된 영상 데이터임을 알 수 있다.
이와 같이 필터링부(12)는 복수의 필터(f1 내지 f3)를 이용하여 복수의 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득할 수 있으며, 이 경우 서로 상이한 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)를 이용하여 서로 상이한 복수의 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득하도록 할 수 있다.
필터링부(12)에서 이용되는 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)는, 일 실시예에 의하면, 고해상도 필터(high resolution filter)일 수도 있으며, 최소 제곱 필터(LSF, least square filter) 또는 켑스트럼 필터(cepstrum filter)일 수도 있다.
또한 일 실시예에 의하면 필터링부(12)에서 이용하는 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는 점 확산 함수(PSF, point spread function)일 수도 있다.
점 확산 함수는, 이상적인 영상(ideal image)과 획득된 영상 신호(RF image data) 사이의 관계에 관한 함수로, 영상 촬영 장치 등의 기술적 특성이나 물리적 특성 등에 기인한 오차를 보정하기 위하여 이상적인 영상을 복원하기 위해 이용된다.
도 5는 점 확산 함수를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 일례로 초음파 영상 장치에서의 원 영상과 영상 데이터 사이의 관계 및 디콘볼루션(deconvolution)을 설명하기 위한 도면이다.
영상 촬영 장치가 피사체에 대한 영상을 획득하는 경우, 영상 촬영 장치의 기술적 성질이나 물리적 특성, 또는 잡음(noise, η)으로 인하여 원래의 영상인 원 영상(o)과는 상이한 영상 데이터(d)가 출력될 수 있다. 다시 말하면 영상 촬영 장치에 의해 획득되는 영상 데이터(d)는 원 영상(o)에 영상 촬영 장치의 기술적 성질이나 물리적 특성에 따라 변형되고 여기에 잡음(η)이 부가되어 출력되는 신호이다.
점 확산 함수를 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 6의 영상 데이터는 초음파 영상 장치에 의해 획득된 영상 데이터의 일례를 도시한 것이다. 도 6의 가장 좌측에는 인체 내부의 조직에 대한 이상적인 형상(fR)이 도시되어 있다. 원 영상(ideal)이 도 3에 도시된 바(fR)와 같이 주어진다면 초음파 영상 장치에서 빔 포밍된 초음파 영상은 중단의 영상(gR)과 같다. 즉, 원 영상과 영상 데이터에 의한 서로 상이해진다. 이는 초음파의 음속이나 초음파가 반사된 목표 부위의 피사체 내부의 깊이 등에 따라 달라지게 된다.
따라서 영상 데이터(d)를 이용하여 원 영상(o)을 복원하는 경우에는, 이와 같은 원 영상(o)과 영상 데이터(d)에 의한 차이를 보정해주어야 촬영하고자 하는 목표 부위에 대한 정확한 영상을 얻을 수 있다. 이 경우 원 영상(o)과 획득한 영상 데이터(d) 사이에는 소정의 관계가 성립한다는 것을 전제로 소정의 관계에 상응하는 소정의 함수의 역함수를 이용하여 영상 데이터(d)를 보정하여 영상을 복원하게 되는데, 이때 이용되는 소정의 함수가 점 확산 함수(H)이다.
도 5에 도시된 원 영상(o), 점 확산 함수(H), 잡음(η) 및 영상 데이터(d) 사이의 관계를 수학식으로 표현하면 하기의 수학식 1과 같이 쓰여질 수 있다.
Figure pat00001
여기서 d는 출력되는 영상 데이터, H는 점 확산 함수, x는 원 영상에 대한 신호이고 η는 잡음을 의미한다.
만약 잡음이 없다고 가정한다면 영상 데이터(d)는 원 영상(o)과 점 확산 함수(H) 사이의 곱으로 표현될 수 있다. 그러므로 측정된 영상 데이터(d)에 대해 적절한 점 확산 함수(H)를 알 수 있으면, 영상 데이터(d)로부터 원 영상(o)를 얻을 수 있게 된다. 즉, 영상 데이터(d)에 대한 점 확산 함수(H)를 알면 피사체에 대한 원 영상과 동일하거나 유사한 영상을 복원할 수 있게 된다.
필터링부(12)는 상술한 바와 같은 점 확산 함수를 이용하여 적어도 하나의 필터링된 영상을 복원 및 획득하도록 할 수 있다. 구체적으로 필터링부(12)는, 영상 데이터(d)와 적절한 점 확산 함수(H)를 이용하여 원 영상(o)과 동일하거나 또는 상당히 유사한 필터링된 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어 필터링부(12)는, 도 6의 중단에 도시된 바와 같이 영상 데이터(d, gR)에 적절한 점 확산 함수(hR)의 역함수를 합성하여 디콘볼루션을 수행함으로써 원영상(o, fR)과 동일하거나 유사한 복원 영상(도 6의 최우측 사진)을 복원하도록 할 수도 있다.
한편 일 실시예에 의하면 필터링부(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 필터 데이터베이스(17)로부터 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3) 또는 점 확산 함수 등을 호출하고, 호출된 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3) 또는 점 확산 함수 등을 소정의 영상 데이터(d)에 적용하여 복수의 필터링된 영상 데이터(df1 내지 df3)를 획득하도록 할 수도 있다.
필터 데이터베이스(17)는 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 복수의 필터 또는 점 확산 함수로 이루어진 것일 수 있다.
필터링부(12)는, 필터 데이터베이스(17)에 저장된 다양한 형태의 복수의 필터 중에서 소정의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)를 검색하여 선택하고, 선택된 소정의 필터(f1 내지 f3)를 호출하여 영상 데이터(d)에 적용하여 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득하도록 할 수도 있다. 필터링부(12)는 미리 정의된 설정에 따라서 소정의 필터를 선택할 수도 있고, 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라 소정의 필터를 선택할 수도 있다. 한편 필터링부(12)는 입력되는 영상 데이터(d)에 따라서 소정의 필터를 선택하도록 할 수도 있고, 입력되는 영상 데이터(d)에 무관하게 미리 지정된 필터를 선택하도록 할 수도 있다.
필터링부(12)에서 필터링된 복수의 필터링된 영상 데이터(df1 내지 df3)는 영상 생성부(13)로 전달될 수 있다.
영상 생성부(13)는 복수의 필터링된 영상 데이터(df1 내지 df3)로부터 새로운 영상을 이루는 각각의 픽셀(pixel)에 대한 픽셀 데이터를 추출하도록 한다.
도 7은 영상 생성부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 7에 도시된 바를 참조하면 영상생성부(13)는 일 실시예에 있어서 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 선택부(14) 및 선택된 적어도 하나의 픽셀을 조합하여 영상을 생성하는 조합부(15)를 포함할 수 있다.
도 8은 영상 생성부의 동작의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3)이 획득되면, 영상 생성부(13)의 선택부(14)는 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3)으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하여 픽셀 데이터를 추출하도록 할 수 있다.
복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3) 각각은 영상을 표시하는 최소 단위의 점인 복수의 픽셀로 구성될 수 있다. 선택부(14)는 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하도록 할 수 있다.
일 실시예에 의하면 선택부(14)는, 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3) 각각의 서로 대응되는 픽셀(x111 내지 x31)의 데이터를 비교한 후, 비교 결과에 따라서 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3) 중 적어도 하나의 영상, 일례로 제3 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀, 일례로 제3 픽셀(x31)을 선택하도록 할 수도 있다. 다시 말해서 선택부(14)는, 비교 결과에 따라서 복수의 필터링된 영상의 픽셀, 일례로 제1 필터링된 영상의 픽셀 내지 제3 필터링된 영상의 픽셀(x11 내지 x31) 중에서 적어도 하나의 픽셀, 일례로 제3 픽셀(x31)을 선택하도록 할 수도 있다.
이 경우 비교되는 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀은 서로 대응되는 픽셀일 수 있다. 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀은, 필터링 전의 영상 데이터(d)의 동일한 픽셀과 대응되는 픽셀일 수 있다. 선택부(14)에서 선택된 픽셀은 조합부(15)에서 생성될 영상을 구성하는 픽셀로 이용될 수 있다.
일 실시예에 의하면 선택부(14)는 복수의 필터링된 영상 데이터(df1 내지 df3)의 각각의 픽셀에 대한 분산값을 비교하고, 비교 결과에 따라 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하도록 할 수 있다.
이 경우 선택부(14)는, 일 실시에에 의하면, 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 데이터의 분산값을 연산하고, 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 중 연산된 픽셀 데이터의 분산값이 가장 작은 적어도 하나의 픽셀을 선택하도록 할 수 있다.
또한 선택부(14)는, 다른 실시예에 의하면, 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 및 그 주변의 픽셀의 픽셀 데이터에 대한 분산값을 연산하고, 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 중 연산된 분산값이 가장 작은 픽셀을 선택하도록 하거나, 또는 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 및 그 주변의 픽셀 중 분산값이 가장 작은 픽셀 및 그 주변의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다.
선택부(14)는, 다음의 수학식 2에 따라서 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 중에서 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다.
Figure pat00002
여기서 x는 이상적인 초음파 영상, y는 영상 데이터(d), f(i)는 제i 필터 또는 점 확산 함수를 의미한다.
수학식 2에 의하면 필터 또는 점 확산 함수의 역원, 즉 역필터 또는 역 점확산 함수를 영상 데이터(d)에 취하여 콘볼루션(convolution)을 할 경우, 콘볼루션 결과와 이상적인 영상의 차이의 제곱값을 최소화할 수 있는 최적의 필터 또는 점 확산 함수를 검출할 수 있다. 즉 최소 분산법(minimum variance)을 이용하여 최적의 필터 또는 점 확산 함수를 검출할 수 있다. 결과적으로 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3) 중에서 적절한 필터를 선택할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 필터링부(12)는 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터(f1 내지 f3)를 이용하여 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3)를 획득할 수 있다. 선택부(14)는 상술한 수학식 2 또는 수학식 3을 이용하여 필터링부(12)에 의해 획득된 복수의 필터링된 영상 중 최적의 필터링된 영상, 예를 들어 제3 필터링된 영상(df3)을 결정하고, 결정된 최적의 필터링된 영상, 예를 들어 제3 필터링된 영상(df3)로부터 소정의 픽셀을 검출하여 조합부(15)에서 생성될 영상의 전부 또는 일부에 대한 소정의 픽셀을 선택하도록 할 수 있다.
일 실시예에 의하면 선택부(14)는, 조합부(15)에서 생성될 영상의 일부에 대해서 최적의 필터가 적용된 필터링된 영상을 결정하도록 할 수 있다. 이 경우 선택부(14)는, 조합부(15)에서 조합될 소정의 영상의 특정 위치에 배치될 소정의 픽셀을, 결정된 최적의 필터가 적용된 필터링된 영상으로부터 검출함으로써, 조합부(15)에서 조합될 영상의 일부를 구성할 최적의 픽셀을 복수의 필터링된 영상 중에서 선택 및 검출할 수 있게 된다.
한편 만약 여기서 이상적인 초음파 영상은 알려지지 않았기 때문에 0이라고 하면 수학식 2는 다음의 수학식 3과 같이 쓰여질 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에 의하면 최적의 필터 또는 점 확산 함수를 연산하는 것은, 필터 또는 점 확산 함수와 영상 데이터(d)의 디콘볼루션 결과가 최소값이 되는 필터 또는 점 확산 함수를 선택하는 것과 동일하게 된다. 선택부(14)는 상술한 수학식 3을 이용하여 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 픽셀 중에서 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다.
결과적으로 선택부(14)는 조합부(15)에서 조합될 영상에 대한 복수의 픽셀을 복수의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3)로부터 검출하게 된다.
선택부(14)에서 선택된 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터는 조합부(15)로 전달되고, 조합부(15)는 선택된 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 조합하여 적어도 하나의 영상을 생성하도록 한다.
조합부(15)에서 생성되는 적어도 하나의 영상은 서로 상이한 필터를 이용하여 필터링된 영상의 일부, 일례로 제1 필터링된 영상의 일부 내지 제3 필터링된 영상의 일부를 조합하여 획득된 것일 수 있다. 예를 들어 조합부(15)에서 생성되는 적어도 하나의 영상의 픽셀 중 일부의 픽셀의 데이터는 소정의 필터링된 영상, 일례로 제1 필터링된 영상의 픽셀의 데이터이고, 다른 일부의 픽셀의 데이터는 소정의 필터링된 영상과 상이한 필터링된 영상, 일례로 제2 필터링된 영상의 픽셀의 데이터일 수 있다. 물론 경우에 따라서 조합부(15)에서 생성된 영상의 픽셀 모두가 특정 필터에 의해 필터링된 영상의 픽셀 중에서 선택된 것일 수도 있을 것이다.
도 9 및 도 10은 영상 생성부에 의해 생성된 영상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9에는 도 4에 도시된 바와 같이 세 가지 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터를 이용하여 필터링된 제1 필터링된 영상 내지 제3 필터링된 영상(df1 내지 df3)에 대해 도시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 제a1 영역 및 제a5 영역에서는 제1 필터링된 영상의 제1 그래프(①)가 다른 그래프들, 즉 제2 그래프(②) 및 제3 그래프(③)보다 작은 값을 가진다. 한편 제a2 영역 및 제a4 영역에서는 제2 필터링된 영상의 제2 그래프(②)가 다른 그래프보다 작은 값을 가진다. 한편으로는 제a3 영역에서는 제3 필터링된 영상의 제3 그래프(③)가 다른 그래프들에 비해 작은 값을 가지고 있다. 이 경우 선택부(14)에서 상술한 방법과 같이 최적의 픽셀을 선택한 후, 조합부(15)에서 선택된 픽셀을 조합하면 도 10에 도시된 바와 같은 형태의 영상 출력 데이터(z)를 획득할 수 있게 된다. 즉, 최적의 영상을 획득할 수 있게 된다.
도 10에 도시된 바를 참조하면, 획득된 최적의 영상은 주방사부의 형태는 유지되거나 또는 강조되면서 동시에 부방사부는 최소로 저감되어 있는 영상임을 알 수 있다. 결과적으로 필터링된 영상의 부방사부를 저감할 수 있게 되고, 더불어 고주파 성분을 유지할 수 있게 된다. 또한 음파 또는 초단파 등을 이용하여 영상을 획득하는 경우 음파 또는 초단파 등의 속도 등에 따른 퍼짐 현상 등을 방지할 수 있게 된다. 따라서 촬영되는 피사체에 대한 정확한 영상의 획득이 가능해진다.
조합부(15)에서 조합된 적어도 하나의 영상 데이터(z)는 출력부(16)로 전달되고, 출력부(16)는 외부의 다른 장치, 예를 들어 디스플레이 장치 등으로 생성된 영상 데이터(z)를 전송하도록 할 수 있다.
이하 도 11을 참조하여 영상 처리 방법의 일 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 11은 영상 처리 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
도 11에 도시된 바에 따라 영상 처리 방법의 일 실시예에 의하면 먼저 영상 데이터가 입력된다.(s20) 입력된 영상 데이터는 서로 상이한 복수의 필터를 이용하여 필터링되고, 서로 상이한 복수의 필터링된 영상이 획득된다.(s21) 일 실시예에 의하면 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는 점 확산 함수일 수도 있다. 또한 실시예에 따라서 서로 상이한 복수의 필터를 필터 데이터베이스로부터 호출하는 과정이 단계 s20에 선행될 수도 있다. 또한
복수의 필터링된 영상을 비교하고,(s22) 비교 결과에 따라 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 선택한다.(s23) 일 실시예에 의하면 복수의 필터링된 영상의 서로 대응되는 적어도 하나의 픽셀의 픽셀 데이터를 비교하여, 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택할 수 있다. 이 경우 서로 대응되는 적어도 하나의 픽셀 데이터의 분산값을 이용하여 각 픽셀의 픽셀 데이터에 대한 분산값이 가장 작은 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다. 이때 상술한 수학식 2 및 수학식 3이 이용될 수도 있을 것이다.
복수의 필터링된 데이터로부터 적어도 하나의 픽셀이 선택된 경우, 선택된 픽셀을 조합하여,(s24) 적어도 하나의 영상을 생성한다.(s25) 결과적으로 도 10에 도시된 바와 같이 주방사부는 강조되고 부방사부는 저감된 영상을 획득할 수 있게 된다.
이하 도 12 내지 도 17을 참조하여 초음파 영상 장치의 일 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 12는 초음파 영상 장치의 일 실시예에 대한 사시도이고, 도 13은 초음파 영상 장치의 일 실시예에 대한 구성도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 초음파 영상 장치는, 일 실시예에 따라서 초음파를 이용하여 피사체(ob) 내부에 대한 초음파 신호를 수집하는 초음파 탐침부(p)와, 초음파 탐침부(p)가 수집한 초음파 신호를 수집하여 초음파 영상을 생성하는 본체(m)를 포함할 수 있다.
도 14는 초음파 탐침부의 일 실시예에 대한 평면도이다.
초음파 탐침부(p)는, 도 12 내지 도 14에 도시된 것처럼 인가되는 전원에 따라서 초음파를 생성하고 생성된 초음파를 피사체 내부의 적어도 하나의 목표 부위로 조사하고, 피사체의 적어도 하나의 목표 부위에서 반사된 에코 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 적어도 하나의 초음파 소자(t10)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 초음파 소자(t10)는, 도 14에 도시된 바와 같이 초음파 탐침부(p)의 일 말단에 설치되어 있을 수 있다. 이 경우 적어도 하나의 초음파 소자(t10)는 적어도 하나의 열로 초음파 탐침부(p)의 일 말단에 배치되어 있을 수 있다.
실시예에 따라서 적어도 하나의 초음파 소자(t10)는, 인가되는 전원에 따라서 초음파를 생성하는 적어도 하나의 초음파 발생 소자 및 에코 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 적어도 하나의 초음파 수신 소자 중 어느 하나일 수도 있다. 물론 하나의 초음파 소자(t10)가 초음파를 발생시키고, 에코 초음파를 수신할 수도 있다.
초음파 소자(t10) 또는 초음파 발생 소자는 초음파 탐침부(p) 또는 본체(m) 등에 설치된 초음파 발생 제어부(110)의 제어에 따라서 초음파 소자(t10)에 인가되는 펄스 신호 또는 교류 전류에 따라서 진동하여 초음파를 생성한다. 생성된 초음파는 피사체 내부의 목표 부위로 조사된다. 이 경우 초음파 소자(t10)에 생성된 초음파는 피사체 내부의 복수의 목표 부위를 초점으로 하여 조사될 수도 있다. 즉 생성된 초음파는 복수의 목표 부위로 멀티 포커싱(multi-focusing)되어 조사될 수도 있다.
초음파 소자(t10)에서 발생된 초음파는 피사체 내부의 적어도 하나의 목표 부위에서 반사되어 다시 초음파 소자(t10)로 돌아온다. 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자는 적어도 하나의 목표 부위에서 반사되어 돌아오는 에코 초음파를 수신한다. 에코 초음파가 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자에 도달하면 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자는 에코 초음파의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하면서, 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자의 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력한다. 이에 따라 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자는 수신한 에코 초음파를 소정의 전기적 신호로 변환할 수 있게 된다.
각각의 초음파 소자(t10) 또는 초음파 수신 소자는 외부의 초음파를 수신하여 전기적 신호를 출력하게 되므로, 초음파 탐침부(p)는 도 14에 도시된 바와 같이 복수 채널의 전기적 신호(c1 내지 c10)를 출력하도록 할 수 있다. 이 경우 채널의 개수는 예를 들어 64개 또는 128개일 수 있다.
초음파 소자(t10)은 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)일 수도 있다. 트랜스듀서란 소정 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시키는 장치를 의미한다. 예를 들어 초음파 트랜스듀서는 전기 에너지와 파동 에너지로 상호 변환시킬 수 있다. 이에 따라서 초음파 트랜스듀서는 상술한 초음파 소자(t10), 초음파 발생 소자 및 초음파 수신 소자의 기능을 모두 수행할 수 있게 된다.
보다 상세하게는 초음파 트랜스듀서는 압전 진동자나 박막을 포함할 수 있다. 만약 외부의 전원 공급 장치나 또는 내부의 축전 장치, 예를 들어 배터리 등과 같은 전원(111)으로부터 교류 전류가 초음파 트랜스듀서의 압전 진동자나 박막에 인가되면, 인가되는 교류 전류에 따라서 압전 진동자나 박막 등이 소정의 주파수로 진동하고, 진동하는 주파수에 따라 소정 주파수의 초음파가 생성된다. 반대로 소정 주파수의 에코 초음파가 압전 물질이나 박막에 도달하면, 압전 물질이나 박막은 에코 초음파에 따라 진동하게 된다. 이 때 압전 물질이나 박막은 진동 주파수에 대응하는 주파수의 교류 전류를 출력한다.
초음파 트랜스듀서는, 예를 들어 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer)나, 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 및 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(cMUT, Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) 중 어느 하나일 수 있다. 또한 이외에 전기적 신호에 따라 초음파를 생성하거나 또는 초음파에 따라 전기적 신호를 생성할 수 있는 다른 종류의 트랜스듀서들 역시 초음파 트랜스듀서의 일례가 될 수 있다.
본체(m)는 도 14에 도시된 바와 같이 일 실시예에 의하면 시스템 제어부(100), 초음파 발생 제어부(110), 전원(111), 빔 포밍부(210), 영상 처리부(220), 필터 데이터베이스(222), 영상 후처리부(230), 저장부(240), 입력부(i) 및 디스플레이부(d)를 포함할 수 있다.
시스템 제어부(300)는 본체(m)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로 시스템 제어부(300)는, 본체(m)의 각 요소, 일례로 도 14에 도시된 초음파 탐침부(p), 초음파 발생 제어부(110), 빔 포밍부(210), 영상 처리부(220), 영상 후처리부(230), 저장부(240) 및 디스플레이부(d) 등에 대한 소정의 제어 신호를 생성하여 본체(m)의 각 구성 요소의 동작을 제어하도록 할 수 있다.
실시예에 따라서 시스템 제어부(300)는 기정해진 설정에 따라서 또는 별도의 입력부(i)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라서 본체(m)의 각 요소에 대한 소정의 제어 명령을 생성하여 초음파 영상 장치를 제어할 수 있다.
초음파 발생 제어부(110)는 시스템 제어부(100) 등으로부터 소정의 제어 명령을 수신하고, 수신된 제어 명령에 따라 소정의 제어 신호를 생성하여 초음파 탐침부(p)의 초음파 소자(t10)로 전달하도록 할 수 있다. 이 경우 초음파 소자(t10)는 전달받은 소정의 제어 신호에 따라 동작하여 초음파를 생성할 수 있다. 한편 초음파 발생 제어부(110)는, 수신된 제어 명령에 따라 초음파 소자(t10)와 전기적으로 연결된 전원(111)에 대한 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 전원(111)에 전달하도록 할 수 있다. 이 경우 제어 신호를 전달받은 전원(111)은 제어 신호에 따라서 초음파 소자(t10)에 소정의 주파수의 교류 전류를 인가하여, 초음파 소자(t10)가 교류 전류의 주파수에 상응하는 주파수의 초음파를 생성하도록 할 수 있다.
도 15는 빔 포밍부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
본체(m)의 빔 포밍부(210)는 초음파 소자(t10)로부터 전달되는 복수 채널(c1 내지 c8)의 초음파 신호를 전달받고, 전달받은 복수 채널(c1 내지 c8)의 초음파 신호를 집속하여 빔 포밍된 초음파 신호를 출력한다. 빔 포밍된 초음파 신호는 초음파 영상을 이룰 수 있다. 구체적으로 빔 포밍부(210)는 복수의 채널의 초음파 신호에 대해서 특정 공간의 반사파 크기를 추정하기 위한 빔 포밍을 수행하도록 한다.
도 15에 도시된 바와 같이 빔 포밍부(210)는, 일 실시예에 의하면 시차보정부(211) 및 집속부(212)를 포함할 수 있다.
시차보정부(211)는 각각의 초음파 소자(t11 내지 18)에서 출력되는 초음파 신호 사이의 시간 차를 보정할 수 있다.
상술한 바와 같이 초음파 소자(t10)는 목표 부위에서 반사되어 돌아오는 에코 초음파를 수신한다. 초음파 탐침부(p)에 설치된 각각의 초음파 소자(t11 내지 t18)와 목표 부위 사이의 거리는 서로 상이한데 반해, 초음파의 음속은 매질에 따라 차이가 있지만 거의 일정하다. 따라서 각각의 초음파 소자(t11 내지 t18)는 상이한 시간에 동일 목표 부위에서 발생하거나 반사된 에코 초음파를 수신한다. 그러므로 각각의 초음파 소자(t11 내지 t18)에서 출력하는 초음파 신호 사이에는 동일한 에코 초음파를 수신한 경우라고 하더라도 소정의 시간차가 존재하게 된다. 시차보정부(211)는 이와 같은 각각의 초음파 소자(t11 내지 t18)에서 출력하는 초음파 신호 사이의 시차를 보정한다.
시차보정부(211)는 초음파 신호 사이의 시차를 보정하기 위하여, 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이 특정 채널(c1 내지 c8)로 입력되는 초음파 신호의 전송을 미리 정해진 바에 따라 일정 정도로 지연시켜 복수 채널(c1 내지 c8)의 초음파 신호가 동일한 시간에 집속부(212)로 전달되도록 할 수 있다.
집속부(212)는 초음파 신호를 집속할 수 있다. 집속부(212)는 도 15에 도시된 바와 같이 시차보정부(211)에서 시차가 보정된 복수 채널(c1 내지 c8)의 초음파 신호를 집속하도록 할 수도 있다.
집속부(212)는 입력되는 각각의 초음파 신호마다 소정의 가중치, 일례로 빔 포밍 계수를 부가하여 소정 위치의 신호를 강조하거나 또는 상대적으로 감쇠시켜 초음파 신호를 집속하도록 할 수 있다. 이에 따라 사용자의 필요에 따른 초음파 영상을 생성할 수 있게 된다.
일 실시예에 의하면, 집속부(212)는 초음파 신호와 무관하게 미리 정의된 빔 포밍 계수를 이용하여 초음파 신호를 집속하도록 할 수 있다. 다른 일 실시예에 의하면 집속부(212)는 입력되는 초음파 신호를 기초로 적절한 빔 포밍 계수를 획득한 후 획득된 빔 포밍 계수를 이용하여 초음파 신호를 집속하도록 할 수도 있다.
시차보정부(211) 및 집속부(212)에서 수행되는 빔 포밍 프로세스는 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
여기서 n은 목표 부위의 깊이 등 목표 부위의 위치에 대한 인덱스이고, m은 초음파 신호의 각 채널에 대한 인덱스이며, wm은 m번째 채널의 초음파 신호에 부가되는 가중치, 일례로 빔 포밍 계수(w)를 의미한다. 한편 Δm은 시차보정값이다. 시차보정값은 상술한 시차보정부(211)에서 수행되는 초음파 신호의 전송 시간의 지연에 이용될 수 있다. 상술한 수학식 4에 따라서 집속부(212)는 시차가 보정된 각 채널의 초음파 신호를 집속하여 빔 포밍된 초음파 신호, 즉 빔 포밍된 초음파 영상을 출력하도록 한다.
빔 포밍부(210)에서 빔 포밍된 초음파 신호(d)는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 영상처리부(220)로 전달된다.
도 16은 초음파 영상 장치의 영상 처리부의 일 실시예에 대한 구성도이다.
영상처리부(220)는 일 실시예에 의하면 필터링부(221) 및 영상생성부(223) 를 포함하고 있을 수 있다.
필터링부(221)는 소정의 필터를 이용하여 빔 포밍된 초음파 신호, 즉 빔 포밍된 초음파 영상을 필터링하여 소정의 필터링된 신호, 즉 필터링된 초음파 영상을 획득하도록 한다. 일 실시예에 의하면 필터링부(221)는, 도 16에 도시된 바와 같이 복수의 필터, 일례로 제1 필터 및 제2 필터를 이용하여 빔 포밍된 초음파 신호를 필터링함으로써, 필터의 개수에 상응하는 개수의 복수의 필터링된 초음파 신호를 획득하도록 할 수도 있다. 예를 들어 필터링부(221)는, 빔 포밍된 초음파 신호에 제1 필터를 적용하여 제1 필터링된 초음파 신호를 획득하고, 제2 필터를 이용하여 제2 필터링된 초음파 신호를 획득하도록 할 수 있다.
필터링부(221)는 일 실시예에 의하면 도 17에 도시된 바와 같이 필터 데이터베이스(222)로부터 소정의 필터를 검출한 후, 검출된 소정의 필터를 이용하여 빔 포밍된 초음파 신호를 필터링하도록 할 수도 있다. 필터 데이터베이스(222)는 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 복수의 필터 또는 점 확산 함수로 구축된 것일 수 있다.
필터링부(221)에서 이용되는 필터는 점 확산 함수일 수도 있고, 고해상도 필터일 수도 있으며, 최소 제곱 필터나 켑스트럼 필터일 수도 있다.
필터링부(221)에서 생성된 복수의 필터링된 초음파 신호는 영상 생성부(223)로 전달된다.
영상생성부(223)는 선택부(224) 및 조합부(225)를 포함하고 있을 수 있다.
선택부(224)는 복수의 필터링된 초음파 신호 중에서 조합부(225)에서 생성될 영상의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 선택하여 결정할 수 있다. 선택부(224)는, 복수의 필터링된 초음파 신호, 즉 필터링된 초음파 영상 또는 필터링된 초음파 영상의 적어도 하나의 픽셀을 서로 비교한 후 비교 결과에 따라서 복수의 필터링된 초음파 신호, 즉 복수의 필터링된 초음파 영상 중에서 적어도 하나의 픽셀을 선택할 수 있다. 선택된 적어도 하나의 픽셀은 조합부(225)에서 생성될 영상의 픽셀로 이용될 수 있다.
선택부(224)는, 복수의 필터링된 초음파 영상 각각의 서로 대응되는 픽셀의 데이터를 비교한 후, 비교 결과에 따라서 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택할 수도 있다.
또한 선택부(224)는, 최소 분산법(minimum variance)을 이용하여 적어도 하나의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다. 예를 들어 선택부(224)는 수학식 2 또는 수학식 3을 이용하여 필터링부(221)에 의해 획득된 복수의 필터링된 초음파 영상 중 최적의 필터링된 초음파 영상을 결정하고, 결정된 최적의 필터링된 초음파 영상으로부터 소정의 픽셀을 선택함으로써 조합부(15)에서 생성될 영상의 전부 또는 일부에 대한 소정의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다. 여기서 최적의 필터링된 초음파 영상은 이상적인 초음파 영상과의 차이가 가장 작은 필터링된 초음파 영상일 수 있다.
조합부(225)는 선택부(224)에서 선택된 복수의 픽셀을 조합하여 초음파 영상을 생성할 수 있다. 조합부(225)에서 생성된 영상은 서로 상이한 필터에 의해 필터링된 초음파 영상의 조합으로 이루어진 것일 수 있다. 다시 말해서 조합부(225)에서 생성된 영상은, 서로 상이한 필터에 의해 필터링된 픽셀의 조합일 수 있다. 예를 들어 조합부(225)에서 생성된 영상의 일부는 소정의 필터에 의해 필터링된 것일 수 있고, 영상의 다른 일부는 소정의 필터와 상이한 필터에 의해 필터링된 것일 수 있다. 물론 경우에 따라서 조합부(225)에서 생성된 영상의 픽셀 모두가 특정 필터에 의해 필터링된 초음파 영상의 픽셀 중에서 선택된 것일 수도 있다.
조합부(225)에 의해 생성된 초음파 영상은 다양한 영상 모드의 초음파 영상일 수 있다. 예를 들어 초음파 영상은, A 모드 또는 B 모드의 초음파 영상일 수 있다. A 모드의 초음파 영상은 진폭(amplitude)을 이용하여 표시되는 초음파 영상이다. 구체적으로 A 모드의 초음파 영상은 목표 부위를 초음파 탐침부(p)와 목표 부위 사이의 거리 등으로 표시하도록 하되 반사의 강도를 진폭으로 표시한다. B 모드의 초음파 영상은 밝기(brightness)를 이용하여 표시되는 초음파 영상이다. 구체적으로 B 모드의 초음파 영상은, 에코 초음파의 크기를 밝기를 이용하여 표시하도록 한다. B 모드의 초음파 영상은 사용자가 직관적으로 피사체 내부의 조직이나 구조를 용이하게 파악할 수 있기 때문에 흔히 사용된다.
조합부(225)에 의해 생성된 초음파 영상은, 영상후처리부(230), 저장부(240) 또는 디스플레이부(dp)로 전달될 수 있다.
영상후처리부(230)는, 영상처리부(220)에서 생성된 초음파 영상에 대한 소정의 영상 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어 영상후처리부(230)는 사용자가 초음파 영상 내의 조직을 명확하게 볼 수 있도록 초음파 영상의 전부 또는 일부의 명도나 휘도, 대조도 또는 선예도 등을 보정할 수도 있다. 영상후처리부(230)는 사용자의 지시나 명령에 따라 초음파 영상을 보정할 수도 있고, 미리 정의된 설정에 따라서 초음파 영상을 보정할 수도 있다. 또한 영상후처리부(230)는 영상처리부(220)에서 복수의 초음파 영상이 출력되는 경우 출력되는 복수의 초음파 영상을 이용하여 삼차원 입체 초음파 영상을 생성하도록 하는 것도 가능하다.
저장부(240)는, 초음파 영상을 일시적 또는 비일시적으로 저장할 수 있다. 저장부(240)에 저장되는 초음파 영상은 영상처리부(220)에서 생성된 초음파 영상일 수도 있고, 또는 영상후처리부(230)에서 보정된 초음파 영상일 수도 있다.
디스플레이부(dp)는 초음파 영상을 사용자에게 표시하도록 한다. 실시예에 따라서 디스플레이부(dp)는 영상처리부(220)에서 생성된 초음파 영상을 직접 사용자에게 표시할 수도 있고, 영상후처리부(230)가 소정의 영상 처리를 수행한 초음파 영상을 사용자에게 표시하도록 할 수도 있다. 또한 저장부(240)에 저장된 초음파 영상을 사용자에게 표시할 수도 있다. 디스플레이부(dp)에 표시되는 초음파 영상은 A 모드의 초음파 영상이나 B 모드의 초음파 영상일 수도 있고, 또한 삼차원 입체 초음파 영상일 수도 있다. 실시예에 따라서 디스플레이부(dp)는 도 11에 도시된 바와 같이 본체부(m)에 직접 설치되어 있을 수도 있다. 또한 본체부(m)와 연결된 유무선 통신망을 통해 연결된 워크스테이션(workstation)에 설치되어 있을 수도 있다.
입력부(i)는 초음파 영상 장치의 제어를 위해 사용자로부터 소정의 지시나 명령을 입력받을 수 있다. 입력부(i)는 예를 들어 각종 버튼, 키보드, 마우스, 트랙볼(trackball), 터치스크린(touch screen) 또는 패들(paddle) 등과 같은 다양한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서 입력부(i)는 도 11에 도시된 바와 같이 본체(m)에 직접 설치되어 있을 수도 있고, 본체부(m)와 유무선 통신망을 기초로 연결된 워크스테이션에 설치되어 있을 수도 있다.
이상 초음파 영상 장치의 일 실시예로써 초음파 소자(t10) 등은 초음파 탐침부(p)에 설치되고, 빔 포밍부(210), 영상처리부(220), 초음파 발생 제어부(110), 전원(111)이나 영상후처리부(230) 등은 본체부(m)에 설치된 초음파 영상 장치에 대해 설명하였다. 물론 초음파 영상 장치의 다른 실시예의 경우, 빔 포밍부(210), 영상처리부(220), 초음파 발생 제어부(110), 전원(111) 등이 초음파 탐침부(p)에 마련되어 있을 수도 있을 것이다.
또한 이상 상술한 영상 처리 모듈이 적용된 일 실시예로서 일반적인 초음파 영상 장치에 대해 설명하였으나, 상술한 영상 처리 모듈은 상술한 바와 같은 일반적인 초음파 영상 장치 외에도 탄성 초음파 영상 장치(elastography)나 광음향 영상 장치(photoacoustic imaging apparatus)와 같은 다양한 종류의 초음파 영상 장치에도 적용될 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 상술한 영상 처리 모듈은, 레이더나 음파 탐지기(SONAR) 등에서도 동일하거나 상술한 실시예를 일부 변형하여 이용될 수도 있다. 이외에 적어도 하나의 필터를 이용해서 영상을 보정하는 여타 다른 장치에서도 이용될 수도 있을 것이다.
이하 도 17을 참조하여 초음파 영상 장치 제어 방법의 일 실시예에 대해 설명한다.
도 17은 초음파 영상 장치를 제어하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다. 도 20에 도시된 바를 참조하면 피사체 내부의 적어도 하나의 목표 부위로 초음파를 조사하고,(s300) 조사된 초음파가 적어도 하나의 목표 부위에서 반사되어 되돌아오는 에코 초음파를 수신한다.(s310) 초음파의 조사 및 수신은 모두 소정의 초음파 소자, 일례로 초음파 트랜스듀서에 의해 수행될 수 있다. 이 경우 동일한 초음파 소자가 초음파의 조사 및 수신을 모두 할 수도 있고, 서로 상이한 초음파 소자가 초음파의 조사 및 수신을 각각 할 수도 있다.
수신된 에코 초음파는 전기적 신호, 즉 초음파 신호로 변환되어 출력된다.(s320) 에코 초음파가 복수의 초음파 소자에 의해 수신되는 경우, 복수의 초음파 소자로부터 복수 채널의 초음파 신호가 출력될 수 있다.
출력된 복수 채널의 초음파 신호 각각의 시간차가 보정되고,(s330) 시간차가 보정된 초음파 신호가 집속된다.(s340) 그 결과 빔 포밍된 초음파 신호가 출력된다. 빔 포밍된 초음파 신호는 초음파 영상으로 이용될 수 있다.
빔 포밍된 초음파 신호, 즉 초음파 영상을 필터링하기 위한 복수의 필터가 선택된다.(s350) 이 경우 필터 데이터베이스에서 초음파 영상 필터링에 적절한 복수의 필터가 선택될 수 있다. 일 실시예에 의하면 복수의 필터 중 적어도 하나는 점 확산 함수일 수도 있다. 또한 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는 최소 제곱 필터나 켑스트럼 필터일 수도 있다.
빔 포밍된 초음파 신호, 즉 초음파 영상을 선택된 복수의 필터를 이용하여 필터링된다.(s360)
이어서 초음파 영상을 선택된 각각의 필터를 이용하여 별도로 필터링하여 복수의 필터링된 초음파 영상을 획득할 수 있다.(s370) 다시 말해서 선택된 복수의 필터, 일례로 제1 필터 내지 제3 필터를 이용하여 초음파 영상을 필터링하여, 선택된 복수의 필터에 대응하는 복수의 필터링된 초음파 영상, 일례로 제1 필터링된 초음파 영상 내지 제3 필터링된 초음파 영상을 획득할 수 있다.
복수의 필터링된 초음파 영상을 서로 비교한다.(s380) 복수의 초음파 영상은 복수의 픽셀로 이루어져 있을 수 있다. 일 실시예에 의하면 복수의 필터링된 초음파 영상을 비교하기 위해서, 복수의 필터링된 초음파 영상의 복수의 픽셀 중 서로 대응되는 픽셀을 비교할 수도 있다. 또한 이 경우 서로 대응되는 픽셀의 분산값을 서로 비교하도록 할 수 있다.
단계 s380의 비교 결과에 따라 초음파 영상으로부터 소정의 픽셀을 선택하여 검출한다.(s390) 일 실시예에 의하면 서로 대응되는 픽셀의 분산값을 비교하고, 서로 대응되는 픽셀 중 분산값이 가장 작은 픽셀을 선택하도록 할 수 있다. 여기서 분산값은 상술한 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 결정될 수도 있다. 한편 소정의 픽셀의 선택을 위해서 복수의 필터링된 초음파 영상 중에서 최적의 필터가 적용된 필터링된 초음파 영상을 결정한 후, 초음파 영상의 결정 결과에 따라서 소정의 픽셀을 선택하도록 할 수도 있다. 보다 구체적으로는 복수의 필터링된 초음파 영상 중 초음파 영상의 전부 또는 일부의 영역에 대해서 최적의 필터가 적용된 필터링된 초음파 영상을 결정한 후, 초음파 영상의 전부 또는 일부의 영역에 대응되는 최적의 필터가 적용된 필터링된 초음파 영상의 픽셀을 선택하여 검출하도록 할 수 있다.
단계 s390에서 선택된 픽셀을 조합한다.(s400) 그 결과 주방사부는 강조되고 부방사부는 저감된 초음파 영상이 생성될 수 있다.(s410)
10 : 영상 처리 유닛 11 : 입력부
12 : 필터링부 13 : 영상생성부
14 : 선택부 15 : 조합부
16 : 출력부 17 : 필터 데이터베이스
100 : 시스템 제어부 110 : 초음파 발생 제어부
111 : 전원 210 : 빔포밍부
220 : 영상처리부 230 : 영상 후처리부
240 : 저장부

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터를 입력받는 입력부;
    상기 적어도 하나의 영상 데이터를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 영상을 획득하는 필터링부; 및
    상기 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 생성부;
    를 포함하는 영상 처리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 생성부는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하여 상기 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하는 선택부;
    를 포함하는 영상 처리 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선택부는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터의 분산값을 비교하고, 상기 복수의 필터링된 영상의 픽셀 중 분산값이 가장 작은 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하는 영상 처리 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 선택부는, 상기 복수의 필터링된 영상의 복수의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하여 상기 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 처리 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀은 서로 근접한 픽셀인 영상 처리 유닛.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 영상 생성부는, 상기 선택부에서 선택된 픽셀을 조합하는 조합부;
    를 더 포함하는 영상 처리 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 필터를 저장하는 필터 데이터베이스;
    를 더 포함하는 영상 처리 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는, 점 확산 함수(PSF, point spread function)인 영상 처리 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 필터 중 상기 적어도 하나의 필터는 최소 제곱 필터(LSF, least square filter) 또는 켑스트럼 필터(cepstrum filter)인 영상 처리 유닛.
  10. 수집된 복수의 채널의 초음파 신호를 빔 포밍하여 빔 포밍된 초음파 신호를 출력하는 빔 포밍부; 및
    상기 적어도 하나의 빔 포밍된 초음파 신호를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 초음파 영상을 획득하고, 상기 복수의 필터링된 초음파 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 초음파 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 처리부;
    를 포함하는 초음파 영상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 영상 처리부는, 상기 복수의 필터링된 초음파 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하여 상기 복수의 필터링된 초음파 영상 중 적어도 하나의 필터링된 초음파 영상의 픽셀을 선택하여 추출하는 선택부;
    를 포함하는 초음파 영상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택부는, 상기 복수의 필터링된 초음파 영상의 각각의 픽셀의 픽셀 데이터에 대한 분산값을 비교하고, 상기 복수의 필터링된 초음파 영상의 픽셀 중에서 분산값이 가장 작은 적어도 하나의 필터링된 초음파 영상의 픽셀을 선택하는 초음파 영상 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 영상 처리부는, 상기 선택부에서 선택 및 추출된 픽셀을 조합하는 조합부;
    를 더 포함하는 초음파 영상 장치.
  14. 적어도 하나의 영상에 대한 영상 데이터를 입력받는 입력 단계;
    상기 적어도 하나의 영상 데이터를 복수의 필터를 이용하여 필터링하여 복수의 필터링된 영상을 획득하는 필터링 단계; 및
    상기 복수의 필터링된 영상을 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상으로부터 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 픽셀 선택 단계;
    를 포함하는 영상 생성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 픽셀 선택 단계는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하고, 비교 결과에 따라서 상기 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하는 영상 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 픽셀 선택 단계는, 상기 복수의 필터링된 영상의 각각의 픽셀에 대한 픽셀 데이터의 분산값을 비교하고, 상기 복수의 필터링된 영상의 픽셀 중 분산값이 가장 작은 적어도 하나의 필터링된 영상의 픽셀을 선택하는 영상 생성 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 픽셀 선택 단계는, 상기 복수의 필터링된 영상의 복수의 픽셀에 대한 픽셀 데이터를 비교하여 상기 복수의 필터링된 영상 중 적어도 하나의 필터링된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 선택하는 영상 생성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀은 서로 근접한 픽셀인 영상 생성 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 선택된 픽셀을 조합하는 조합 단계;
    를 더 포함하는 영상 생성 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 필터 중 적어도 하나의 필터는, 점 확산 함수(PSF, point spread function)인 영상 생성 방법.
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