KR20150084559A - 광 음향 장치 및 그 동작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 음향 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 동작방법은 플로우(flow)를 포함하는 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성하는 단계, 상기 플로우가 제한된 상기 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성하는 단계, 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성하는 단계 및 상기 차이 영상을 표시하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 광 음향 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 아티팩트가 제거된 광 음향 영상을 획득할 수 있는 광 음향 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
광 음향 장치(Photoacoustic apparatus)는 레이저를 대상체로 조사하고, 대상체 내의 레이저 파장의 빛을 흡수하는 물체에서 발생된 광 음향 신호를 수신하여, 대상체 내부의 영상을 획득할 수 있다.
기존의 초음파 진단 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성되는 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 에코 신호의 정보를 수신하여 대상체 내 목표물의 위치 및 형상 등과 같은 생체 해부학적 구조나 생체 기계적 성질을 영상화할 수 있다.
반면에, 광 음향 영상의 경우에는 측정 목표물의 화학적 성분차이 및 광학적인 특성을 측정할 수 있다.
본 발명은 아티팩트가 제거되어 높은 퀄리티(quality)를 가지는 광 음향 영상을 획득하기 위한 광 음향 장치 및 그 동작방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 동작방법은 플로우(flow)를 포함하는 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성하는 단계, 상기 플로우가 제한된 상기 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신하는 단계, 상기 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성하는 단계, 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성하는 단계 및 상기 차이 영상을 표시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1 광 음향 신호 및 제2 광 음향 신호의 크기는 상기 플로우(flow) 양에 비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호 및 상기 플로우에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제2 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제2 광 음향 영상은 상기 아티팩트 영상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 차이 영상은 상기 아티팩트 영상이 제거된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호는 상기 제2 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 동작방법은, 상기 관심 영역에 초음파 신호를 송신하고, 상기 관심 영역으로부터 반사된 에코신호를 수신하는 단계 및 상기 에코신호에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 차이 영상을 표시하는 단계는, 상기 차이 영상 및 상기 초음파 영상을 중첩하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치는 플로우(flow)를 포함하는 관심 영역에 레이저를 조사하는 프로브, 상기 플로우를 포함하는 관심 영역에 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호 및 상기 플로우가 제한된 상기 관심 영역에 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신하는 신호 수신부, 상기 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성하고, 상기 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성하며, 상기 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성하는 영상 생성부 및 상기 차이 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 프로브는 상기 관심 영역에 초음파 신호를 송신하고, 상기 신호 수신부는 상기 관심 영역으로부터 반사된 에코신호를 수신하며, 상기 광 음향 장치는, 상기 에코신호에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 초음파 영상 생성부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 디스플레이부는 상기 초음파 영상을 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 디스플레이부는 상기 차이 영상 및 상기 초음파 영상을 중첩하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 아티팩트를 포함하는 광 음향 영상을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 장치의 동작방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 감시 림프절(SLN) 및 아티팩트에 대응하는 시간에 따른 광 음향 신호(PA signal)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광 음향 영상, 제2 광 음향 영상 및 차이 영상을 나타내는 도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 영상이 디스플레이부에 도시된 예를 나타내는 도면들이다.
도 1은 아티팩트를 포함하는 광 음향 영상을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 장치의 동작방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 감시 림프절(SLN) 및 아티팩트에 대응하는 시간에 따른 광 음향 신호(PA signal)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광 음향 영상, 제2 광 음향 영상 및 차이 영상을 나타내는 도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 영상이 디스플레이부에 도시된 예를 나타내는 도면들이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "영상"이란 광 음향 장치에 의해 획득된 대상체(object)에 대한 영상을 의미한다. 또한, 대상체는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, 대상체는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있으며, 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미할 수 있다.
또한, 영상은 초음파 영상 및 광 음향 영상을 포함할 수 있다. 초음파 영상은 초음파를 대상체로 송신하고, 대상체로부터 반사된 에코 신호에 기초하여, 획득한 영상일 수 있다. 광 음향 영상은 광(예를 들어, 레이저)을 대상체로 조사하고, 대상체로부터 수신한 광 음향 신호에 기초하여, 획득한 영상일 수 있다.
한편, 초음파 영상은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 초음파 영상은 A 모드(amplitude mode) 영상, B 모드(brightness mode) 영상, C 모드(color mode) 영상, D 모드(Doppler mode) 영상 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 영상은 2차원 영상 또는 3차원 영상일 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 아티팩트를 포함하는 광 음향 영상을 나타내는 도이다.
도 1은 감시 림프절(SLN: Sentinel Lymph Nodes)을 포함하는 관심 영역에 대한 광 음향 영상을 나타내는 도면이다.
예를 들어, 광 음향 장치는 관심 영역에 레이저를 조사하여, 상기 조사된 레이저에 대응하는 광 음향 신호를 수신할 수 있으며, 수신한 광 음향 신호에 기초하여, 광 음향 영상을 획득할 수 있다.
도 1을 참조하면, 광 음향 영상(10)은 감시 림프절에 대한 광 음향 영상(20) 이외에 아티팩트(artifact, 70)를 더 포함될 수 있다.
예를 들어, 관심 영역에 레이저가 조사되면, 관심 영역 내의 알려지지 않은(unknown) 흡수체가 조사된 레이저를 흡수할 수 있으며, 이에 따라 광 음향 신호가 발생할 수 있다. 또는, 조사된 레이저가 대상체 또는 공기 중에서 산란되어 초음파 프로브의 렌즈에 부딪히면 렌즈로부터 광 음향 신호가 발생되고, 렌즈로부터 발생된 광 음향 신호가 대상체의 관심 영역에서 반사되어 초음파 프로브에 수신될 수 있다.
상기와 같이 발생된 광 음향 신호는 광 음향 영상 내에서 아티팩트(70)를 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 음향 장치(100a)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 광 음향 장치(100a)는 프로브(110), 광 음향 신호 수신부(120), 광 음향 영상 생성부(130) 및 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다.
광 음향 장치(100a)는 카트형뿐만 아니라 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 광 음향 장치의 예로는 팩스 뷰어(PACS viewer), 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
프로브(110)는 레이저 모듈에서 발생한 레이저를 수신하여, 대상체(20)에 조사할 수 있다. 신호 수신부(120)는 프로브(110)로부터 수신되는 광 음향 신호를 처리하여 광 음향 데이터를 생성하며, 증폭기, ADC(아날로그 디지털 컨버터, Analog Digital converter), 수신 지연부, 및 합산부를 포함할 수 있다. 증폭기는 광 음향 신호를 각 채널(channel) 마다 증폭하며, ADC는 증폭된 광 음향 신호를 아날로그-디지털 변환한다. 수신 지연부는 수신 지향성(reception directionality)을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 광 음향 신호에 적용하고, 합산부는 수신 지연부에 의해 처리된 광 음향 신호를 합산함으로써 광 음향 데이터를 생성할 수 있다.
광 음향 영상 생성부(130)는 광 음향 신호 수신부(120)에서 생성된 광 음향 데이터에 대한 스캔 변환(scan conversion) 과정을 통해 광 음향 영상을 생성할 수 있다.
예를 들어, 광 음향 영상 생성부(130)는 플로우(flow)가 포함된 관심 영역에 대한 제1 광 음향 영상 및 상기 플로우(flow)가 제한된 관심 영역에 대한 제2 광 음향 영상을 생성할 수 있다. 또한, 광 음향 영상 생성부(130)는 상기 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성할 수 있다.
또한, 광 음향 영상 생성부(130)는, 볼륨 데이터에 대한 볼륨 렌더링 과정을 거쳐 3차원 영상을 생성할 수 있다. 나아가, 광 음향 영상 생성부(130)는 광 음향 영상 상에 여러 가지 부가 정보를 텍스트, 그래픽으로 표현할 수도 있다. 한편, 생성된 광 음향 영상은 메모리에 저장될 수 있다.
디스플레이부(140)는 광 음향 영상 생성부(130)에서 생성된 영상을 표시 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(140)는 광 음향 영상 생성부(130)에서 생성된 제1 광 음향 영상, 제2 광 음향 영상 및 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상 등을 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이부(140)는 영상뿐 아니라 광 음향 장치(100a)에서 처리되는 다양한 정보를 GUI(Graphic User Interface)를 통해 화면 상에 표시 출력할 수 있다. 한편, 광 음향 장치(100a)는 구현 형태에 따라 둘 이상의 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다.
디스플레이부(140)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이부(140)와 사용자 입력부가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(140)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 광 음향 장치(100b)는 레이저 모듈(220), 프로브(110), 초음파 송수신부(250), 영상 처리부(230), 통신부(180), 제어부(160), 메모리(193) 및 사용자 입력부(195)를 포함할 수 있으며, 영상 처리부(230)는 광 음향 영상 생성부(160), 초음파 영상 생성부(165) 및 디스플레이부(170)를 포함할 수 있다.
도 3의 프로브(110), 신호 수신부(120), 광 음향 영상 생성부(130) 및 디스플레이부(140)는 도 2의 프로브(110), 신호 수신부(120), 광 음향 영상 생성부(130) 및 디스플레이부(140)와 동일한 구성으로, 동일한 설명은 생략하기로 한다.
프로브(110)는 초음파 송신부(155)로부터 인가된 구동 신호(driving signal)에 따라 대상체(20)로 초음파 신호를 송출하고, 대상체(20)로부터 반사된 에코 신호를 수신할 수 있다. 프로브(110)는 복수의 트랜스듀서를 포함하며, 복수의 트랜스듀서는 전달되는 전기적 신호에 따라 진동하며 음향 에너지인 초음파를 발생시킬 수 있다. 또한, 프로브(110)는 광 음향 장치(100b)의 본체와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 광 음향 장치(100b)는 구현 형태에 따라 복수 개의 프로브(110)를 구비할 수 있다.
초음파 송신부(155)는 프로브(110)에 구동 신호를 공급하며, 펄스 생성부, 송신 지연부, 및 펄서를 포함할 수 있다. 펄스 생성부는 소정의 펄스 반복 주파수(PRF, Pulse Repetition Frequency)에 따른 송신 초음파를 형성하기 위한 펄스(pulse)를 생성하며, 송신 지연부는 송신 지향성(transmission directionality)을 결정하기 위한 지연 시간(delay time)을 펄스에 적용할 수 있다. 지연 시간이 적용된 각각의 펄스는, 프로브(110)에 포함된 복수의 압전 진동자(piezoelectric vibrators)에 각각 대응된다. 펄서는, 지연 시간이 적용된 각각의 펄스에 대응하는 타이밍(timing)으로, 프로브(110)에 구동 신호(또는, 구동 펄스(driving pulse))를 인가할 수 있다.
신호 수신부(120)는 광 음향 신호뿐만 아니라, 에코 신호를 수신할 수 있으며, 증폭기는 에코 신호를 각 채널 마다 증폭할 수 있으며, ADC는 증폭된 에코 신호를 아날로그-디지털 변환할 수 있다. 수신 지연부는 수신 지향성을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 에코 신호에 적용하고, 합산부는 수신 지연부에 의해 처리된 에코 신호를 합산함으로써 초음파 데이터를 생성할 수 있다.
초음파 영상 생성부(135)는 초음파 영상을 생성할 수 있다. 초음파 영상은 A 모드(amplitude mode), B 모드(brightness mode) 및 M 모드(motion mode)에 따라 대상체를 스캔한 그레이 스케일(gray scale)의 초음파 영상뿐만 아니라, 대상체의 움직임을 도플러 영상으로 나타낼 수 있다. 도플러 영상은, 혈액의 흐름을 나타내는 혈류 도플러 영상 (또는, 컬러 도플러 영상으로도 불림), 조직의 움직임을 나타내는 티슈 도플러 영상, 및 대상체의 이동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럴 도플러 영상을 포함할 수 있다.
한편, 초음파 영상 생성부(135)는 B 모드 처리부 및 도플러 처리부를 포함할 수 있다. B 모드 처리부는, 초음파 데이터로부터 B 모드 성분을 추출하여 처리할 수 있다. 초음파 영상 생성부(135)는, B 모드 처리부에 의해 추출된 B 모드 성분에 기초하여 신호의 강도가 휘도(brightness)로 표현되는 초음파 영상을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 도플러 처리부는, 초음파 데이터로부터 도플러 성분을 추출하고, 초음파 영상 생성부(135)는 추출된 도플러 성분에 기초하여 대상체의 움직임을 컬러 또는 파형으로 표현하는 도플러 영상을 생성할 수 있다.
통신부(180)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 외부 디바이스나 서버와 통신한다. 통신부(180)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 통신부(180)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
통신부(180)는 네트워크(30)를 통해 대상체의 초음파 영상, 광 음향 영상, 초음파 데이터, 도플러 데이터 등 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, X-ray 등 다른 의료 장치에서 촬영한 의료 영상 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(180)는 서버로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등에 관한 정보를 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 나아가, 통신부(300)는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
통신부(180)는 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 서버(32), 의료 장치(34), 또는 휴대용 단말(36)과 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부(180)는 외부 디바이스와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(181), 유선 통신 모듈(183), 및 이동 통신 모듈(185)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(181)은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈(183)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 일 실시 예에 의한 유선 통신 기술에는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 포함될 수 있다.
이동 통신 모듈(185)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
메모리(193)는 초음파 진단 장치(1000)에서 처리되는 여러 가지 정보를 저장한다. 예를 들어, 메모리(193)는 입/출력되는 초음파 데이터, 초음파 영상 등 대상체의 진단에 관련된 의료 데이터를 저장할 수 있고, 광 음향 장치(100b) 내에서 수행되는 알고리즘이나 프로그램을 저장할 수도 있다.
메모리(193)는 플래시 메모리, 하드디스크, EEPROM 등 여러 가지 종류의 저장매체로 구현될 수 있다. 또한, 광 음향 장치(100b)는 웹 상에서 메모리(193)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.
사용자 입력부(195)는, 사용자가 광 음향 장치(100b)의 동작 제어를 위하여 입력하는 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(195)는 키 패드, 마우스, 터치 패드, 트랙볼, 조그 스위치 등 하드웨어 구성을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 심전도 측정 모듈, 호흡 측정 모듈, 음성 인식 센서, 제스쳐 인식 센서, 지문 인식 센서, 홍채 인식 센서, 깊이 센서, 거리 센서 등의 다양한 구성을 더 포함할 수 있다.
제어부(160)는 광 음향 장치(100b)의 동작을 전반적으로 제어한다. 즉, 제어부(160)는 도 1에 도시된 프로브(110), 초음파 송수신부(250), 영상 처리부(230), 통신부(180), 메모리(193), 및 사용자 입력부(195) 간의 동작을 제어할 수 있다.
프로브(110), 초음파 송신부(155), 신호 수신부(120), 초음파 영상 생성부(135), 광 음향 영상 생성부(130), 제어부(160), 통신부(180), 메모리(193) 및 사용자 입력부(195) 중 일부 또는 전부는 소프트웨어 모듈에 의해 동작할 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 상술한 구성 중 일부가 하드웨어에 의해 동작할 수도 있다.
한편, 도 2 및 3에서 도시된 광 음향 장치(100a, 100b)의 블록도는 본 발명의 일 실시 예를 위한 블록도이다. 블록도의 각 구성요소는 실제 구현되는 광 음향 장치의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다. 즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 음향 장치의 동작방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 감시 림프절(SLN)에 대한 광 음향 영상을 획득하는 방법을 예로 들어 설명하기로 한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4의 광 음향 장치의 동작방법은 감시 림프절 이외에 플로우를 포함하는 관심영역에 대한 광 음향 영상을 획득하는 방법에 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광 음향 장치(100a, 100b)는 플로우를 포함하는 관심영역에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호를 수신할 수 있다(S410).
예를 들어, 광 음향 장치(100a, 100b)는 감시 림프절(SLN)과 같이 플로우를 포함하는 관심영역에 레이저를 조사하여, 제1 광 음향 신호를 수신할 수 있다.
광 음향 장치(100a, 100b)는 수신한 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성할 수 있다(S420).
또한, 광 음향 장치(100a, 100b)는 플로우가 제한된 관심영역에 레이저를 조사하여, 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신할 수 있다(S430). 예를 들어, 사용자는 커프(cuff) 등을 이용하여, 감시 림프절의 플로우를 제한하고, 플로우가 제한된 관심영역에 레이저를 조사하여, 제2 광 음향 신호를 수신할 수 있다.
광 음향 장치(100a, 100b)는 수신한 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성할 수 있다(S440).
한편, 플로우를 포함하는 관심 영역에 대한 광 음향 신호의 경우, 광 음향 신호 크기는 플로우 볼륨에 비례할 수 있다. 즉, 플로우 양이 많은 경우, 광 음향 신호가 증가하며, 플로우 양이 작은 경우, 광 음향 신호가 감소할 수 있다.
이에 따라, 플로우를 포함하는 감시 림프절(SLN)에 대응하는 광 음향 신호의 크기는, 감시 림프절의 플로우를 제한하지 않은 경우(제1 광 음향 신호)와 커프 등을 이용하여 감시 림프절의 플로우를 제한한 경우(제2 광 음향 신호)에 차이가 있을 수 있다.
이에 대해서는, 도 5를 참조하여, 자세히 설명하기로 한다.
도 5는 감시 림프절(SLN) 및 아티팩트에 대응하는 시간에 따른 광 음향 신호(PA signal)를 나타낸다.
참조번호 510은 감시 림프절(SLN)에 대응하는 시간에 따른 광 음향 신호를 나타내는 그래프이고, 참조번호 520은 아티팩트(artifact)에 대응하는 시간에 따른 광 음향 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, A는 플로우를 제한하기 시작한 시점을 나타낸다. 예를 들어, A는 커프(cuff)를 작동시킨 시점을 나타낼 수 있다. 커프를 작동하여, 감시 림프절에 흐르는 림프액(플로우)이 제한되면, 수신하는 광 음향 신호의 크기가 감소하게 된다.
반면에, B는 커프(cuff)의 작동을 중지한 시점을 나타낼 수 있다. 커프 작동을 중지하면, 제한되었던 림프액(플로우)이 다시 감시 림프절(SLN)에 흐르게 되며, 이에 따라 광 음향 신호의 크기가 증가하게 된다.
이에 따라, 플로우가 제한되지 않은 경우의 제1 광 음향 신호와 플로우가 제한된 경우의 제2 광 음향 신호의 크기에 차이가 있을 수 있다.
반면에, 플로우가 포함되지 않은 아티팩트에 대응하는 광 음향 신호의 경우, 관심영역에 대한 플로우를 제한하더라도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 광 음향 장치(100a, 100b)는 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성할 수 있다(S450).
예를 들어, 광 음향 장치(100a, 100b)는 도 5에 도시된 바와 같이, 커프를 동작하는 시점(A) 전에 관심영역에 레이저를 조사하여 수신한 광 음향 신호 또는 커프의 동작 중지 시점(B) 이후에 관심영역에 레이저를 조사하여 수신한 광 음향 신호에 기초하여 제1 광 음향 영상을 생성할 수 있다.
또한, 광 음향 장치(100a, 100b)는 도 5에 도시된 바와 같이, 커프를 동작하는 시점(A) 및 커프의 동작 중지 시점(B) 사이에 관심영역에 레이저를 조사하여 수신한 광 음향 신호에 기초하여 제2 광 음향 영상을 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광 음향 영상, 제2 광 음향 영상 및 차이 영상을 나타내는 도이다.
도 6의 (a)는 플로우가 제한되지 않은 경우(예를 들어, cuff off)의 광 음향 영상(제1 광 음향 영상)을 나타내고, 도 6의 (b)는 플로우가 제한된 경우(예를 들어, cuff on)의 광 음향 영상(제2 광 음향 영상)을 나타낸다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 광 음향 영상(610)은 감시 림프절(SLN)에 대한 광 음향 영상(613) 및 아티팩트 영상(615, 617)을 포함하나, 제2 광 음향 영상(620)은 감시 림프절(SLN)에 대한 광 음향 신호의 크기가 감소함에 따라, 감시 림프절(SLN)에 대한 광 음향 영상은 나타나지 않고, 아티팩트 영상(615, 617)만이 나타난다.
도 6의 (c)는 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 나타낸다. 차이 영상은 감시 림프절(SLN)에 대한 광 음향 영상(613) 만을 포함하게 되고, 아티팩트 영상(615, 617)이 제거된 영상일 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (c)의 광 음향 영상은 도 6의 (a) 및 (b)에 포함된 렌즈에 의한 아티팩트 영상(617) 또는 알려지지 않은 흡수체에 의한 아티팩트 영상(615, 617)이 제거된 영상일 수 있다.
광 음향 장치(100a, 100b)는 차이 영상을 디스플레이부(140)에 표시할 수 있다(S460).
예를 들어, 도 7 내지 도 9는 광 음향 영상이 디스플레이부에 도시된 예를 나타내는 도면들이다.
도 7을 참조하면, 디스플레이부(140)에는 하나의 화면(710)이 표시될 수 있으며, 하나의 화면(710)에는 초음파 영상과 제1 광 음향 영상이 중첩된 영상을 표시하거나, 초음파 영상과 차이 영상이 중첩된 영상을 표시할 수 있다.
초음파 영상은 B 모드 영상일 수 있으며, 다만 이에 한정하는 것은 아니다. 초음파 영상은 광 음향 영상과는 달리 대상체 내 목표물의 위치 및 형상 등과 같은 생체 해부학적 구조나 생체 기계적 성질을 영상화할 수 있어, 초음파 영상과 광 음향 영상을 중첩하여 동시에 표시하면, 사용자가 더 많은 정보를 획득할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 제1 광 음향 신호 및 제1 광 음향 신호의 차이에 대한 1차 미분값 및 2차 미분값을 시각적으로 표현한 영상을 표시할 수 있다. 또한, 제1 광 음향 신호 및 제2 광 음향 신호 크기의 차이, 1차 미분 값 등은 변화율에 따른 컬러를 다르게 하여, 표시할 수 있다.
도 8을 참조하면, 디스플레이부(140)에는 2개의 화면(810, 820)이 표시될 수 있으며, 제1 화면(810)에는 초음파 영상과 제1 광 음향 영상이 중첩된 영상을 표시하고, 제2 화면(820)에는 초음파 영상과 차이 영상이 중첩된 영상을 표시할 수 있다.
또는, 제1 화면(810)에는 초음파 영상을 표시하고, 제2 화면(820)에는 차이 영상(광 음향 영상)을 표시할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 디스플레이부(140)에는 3개의 화면(910, 920, 930)이 표시될 수 있으며, 제1 화면(910)에는 초음파 영상과 제1 광 음향 영상이 중첩된 영상을 표시하고, 제2 화면(920)에는 차이 영상을 표시할 수 있다.
또는, 제1 화면(910)에는 초음파 영상을 표시하고, 제2 화면(920)에는 차이 영상을 표시할 수 있다.
또한, 제3 화면(930)에는 사용자가 선택한 관심영역에 대한 시간에 따른 광 음향 신호의 크기를 나타내는 그래프를 표시할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 제1 화면 또는 제2 화면에 표시된 영상 내에서 제1 관심 영역(ROI 1) 및 제2 관심 영역(ROI 2)을 선택하면, 제3 화면(930)에는 제1 관심 영역(ROI 1)에 대한 시간에 따른 광 음향 신호의 크기 및 제2 관심 영역(ROI 2)에 대한 시간에 따른 광 음향 신호의 크기 변화가 표시될 수 있다.
예를 들어, 도 9의 참조번호 931은 제1 관심 영역에 대응하는 광 음향 신호의 시간에 따른 크기를 나타낸 그래프이고, 참조번호 932는 제2 관심 영역에 대응하는 광 음향 신호의 시간에 따른 크기를 나타낸 그래프이다.
이에 따라, 사용자는 도 9에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 광 음향 신호의 크기가 변하지 않는 제2 관심영역(ROI 2)에 나타난 영상을 아티팩트로 추정할 수 있다. 또한, 사용자는 차이 영상에 나타나지 않은 영상은 아티팩트 영상으로 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 초음파 진단 장치 및 그 동작방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM. CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (20)
- 플로우(flow)를 포함하는 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성하는 단계;
상기 플로우가 제한된 상기 관심 영역에 레이저를 조사하고, 상기 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신하는 단계;
상기 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성하는 단계;
제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성하는 단계; 및
상기 차이 영상을 표시하는 단계를 포함하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호 및 제2 광 음향 신호의 크기는 상기 플로우(flow) 양에 비례하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호 및 상기 플로우에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제4항에 있어서,
상기 제2 광 음향 영상은 상기 아티팩트 영상인 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제5항에 있어서,
상기 차이 영상은 상기 아티팩트 영상이 제거된 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호는 상기 제2 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호보다 큰 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제1항에 있어서,
상기 동작방법은,
상기 관심 영역에 초음파 신호를 송신하고, 상기 관심 영역으로부터 반사된 에코신호를 수신하는 단계; 및
상기 에코신호에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제8항에 있어서,
상기 동작방법은,
상기 초음파 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 광 음향 장치의 동작방법. - 제9항에 있어서,
상기 차이 영상을 표시하는 단계는,
상기 차이 영상 및 상기 초음파 영상을 중첩하여 표시하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치의 동작방법. - 플로우(flow)를 포함하는 관심 영역에 레이저를 조사하는 프로브;
상기 플로우를 포함하는 관심 영역에 조사된 레이저에 대응하는 제1 광 음향 신호 및 상기 플로우가 제한된 상기 관심 영역에 조사된 레이저에 대응하는 제2 광 음향 신호를 수신하는 신호 수신부;
상기 제1 광 음향 신호에 기초하여, 제1 광 음향 영상을 생성하고, 상기 제2 광 음향 신호에 기초하여, 제2 광 음향 영상을 생성하며, 상기 제1 광 음향 영상 및 제2 광 음향 영상의 차이 영상을 생성하는 영상 생성부; 및
상기 차이 영상을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 광 음향 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호 및 제2 광 음향 신호의 크기는 상기 플로우(flow) 양에 비례하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호 및 상기 플로우에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2 광 음향 신호는 아티팩트에 대응하는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제14항에 있어서,
상기 제2 광 음향 영상은 상기 아티팩트 영상인 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제15항에 있어서,
상기 차이 영상은 상기 아티팩트 영상이 제거된 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호는 상기 제2 광 음향 신호에 포함된 상기 플로우에 대응하는 신호보다 큰 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제11항에 있어서,
상기 프로브는 상기 관심 영역에 초음파 신호를 송신하고,
상기 신호 수신부는 상기 관심 영역으로부터 반사된 에코신호를 수신하며,
상기 장치는,
상기 에코신호에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 초음파 영상 생성부를 더 포함하는 광 음향 장치. - 제18항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 초음파 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치. - 제19항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 차이 영상 및 상기 초음파 영상을 중첩하여 표시하는 것을 특징으로 하는 광 음향 장치.
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