KR20170033222A

KR20170033222A - 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20170033222A
Application number: KR1020160046378A
Authority: KR
Inventors: 이홍교
Original assignee: 삼성메디슨 주식회사
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-03-24

Abstract

본 발명은 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 펄스 역전 하모닉 영상기법(Pulse Inversion Harmonic Imaging)에 있어서, 초음파 프로브에 설치된 스위칭 소자를 제어하여 초음파 프로브가 수신하는 펄스 신호를 변경하는 것에 관한 기술이다.
일 실시예에 따른 초음파 프로브는, 초음파를 송수신하는 트랜스듀서 어레이, 트랜스듀서 어레이와 전기적으로 연결되어 초음파 영상 장치 본체로부터 수신한 펄스 신호를 트랜스듀서 어레이로 전달하는 인쇄회로기판, 및 인쇄회로기판이 수신하여 트랜스듀서 어레이로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 포함한다.

Description

초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법{Ultrasound Probe, Ultrasound imaging apparatus including the same, and control method for the same}

초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 대한 발명으로, 보다 상세하게는 펄스 역전 하모닉 영상기법(Pulse Inversion Harmonic Imaging)에 있어서, 초음파 프로브에 설치된 스위칭 소자를 제어하여 초음파 프로브가 수신하는 펄스 신호를 변경하는 것에 관한 것이다.

초음파 영상 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성 되는 초음파 신호를 대상체의 체표로부터 체내의 타겟 부위를 향하여 조사하고, 반사된 초음파 신호(초음파 에코신호)의 정보를 수신하여 대상체 내부의 부위에 대한 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻어서, 대상체 내 부의 관찰, 이물질 검출, 및 상해 측정 등 의학적 목적으로 사용된다.

이러한 초음파 영상 장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등 의 다른 영상진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시 가능하 고, 방사선 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있으므로 다른 화상 진단 장치와 함께 널리 이용된다.

초음파 영상 장치는 대상체 내부의 영상을 얻기 위해 초음파를 대상체로 방출하고, 대상체로부터 반사된 에코 초음파를 수신하는 초음파 프로브를 포함한다. 체내에 초음파 신호를 조사하기 위해 전기적 신호와 초음파 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서 어레이가 사용되는바, 트랜스듀서 어레이는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(element)로 이루어진다.

한편, 초음파 진단 방법에 있어서 펄스 역전 하모닉 영상기법(Pulse Inversion Harmonic Imaging)이 사용되는 경우가 있는데, 이는 하모닉 신호 또는 비선형 신호(non-linear signal)를 효과적으로 검출하는 초음파 진단 기술이다.

펄스 역전 하모닉 영상기법(Pulse Inversion Harmonic Imaging)에 있어서, 초음파 프로브에 설치된 스위칭 소자의 제어를 통해 초음파 프로브가 수신하는 펄스 신호를 반전시킴으로써, 비대칭 반전 신호의 인가에 인한 잔류 신호 발생을 제거하여 영상의 해상도를 개선하는 것을 목적으로 한다. 또한, 스위칭 소자를 제어하여 펄스 신호를 차단 함으로써 펄스 신호 송신에 사용되는 트랜스듀서 엘리먼트만 선택적으로 사용할 수 있고, 이상 신호 발생시에 신호를 차단함으로써 사용자 안정성을 개선하는 것을 목적으로 한다. 또한, 펄스 신호 송수신에 사용되지 않는 트랜스듀서 엘리먼트는 접지 상태가 되도록 제어함으로써 초음파 영상의 해상도를 개선시킬 수 있다. 나아가, 펄스 신호 송신에 있어 펄스 신호 송신 후 트랜스듀서 엘리먼트를 안정시킴으로써 동시모드 이미지를 개선하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 초음파 프로브는,

상기 트랜스듀서 어레이와 전기적으로 연결되어 초음파 영상 장치 본체로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 어레이로 전달하는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 어레이로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 포함한다.

또한, 상기 스위칭 회로는, 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자를 포함하고, 상기 제 1스위칭 소자는 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제 2스위칭 소자는 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서 어레이는, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고, 상기 스위칭 회로는, 상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서 엘리먼트는, 상기 제 1스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결되고 상기 제 2 스위칭 소자가 상기 접지 단자에 연결되면 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파를 송신할 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서 엘리먼트는, 상기 제 1스위칭 소자가 상기 접지 단자에 연결되고 상기 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결되면 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파를 송신할 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서 엘리먼트는, 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되면 초음파를 송신하지 않을 수 있다.

또한, 상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로 중에서 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결된 스위칭 회로는, 상기 인쇄회로기판에서 수신한 펄스 신호가 상기 트랜스듀서 엘리먼트로 전달되는 것을 차단하도록 동작할 수 있다.

또한, 상기 제 1스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되고 상기 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되도록 제어하는 제어보드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판은, 상기 트랜스듀서 어레이로부터 수신한 펄스 신호를 상기 초음파 영상 장치 본체로 전달할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치는,

펄스 신호를 발생시켜 초음파 프로브로 전달하는 펄스 송신부, 트랜스듀서 어레이와 전기적으로 연결되어 상기 펄스 송신부로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 어레이로 전달하는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 어레이로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 포함하는 초음파 프로브 및 상기 펄스 송신부에서 발생되어 상기 인쇄회로기판에 전달된 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 프로브는, 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자로 구현되는 스위칭 회로를 포함하고, 상기 제 1스위칭 소자는 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제 2스위칭 소자는 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

또한, 상기 트랜스듀서 어레이는, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고,

상기 스위칭 회로는, 상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하는 복수의 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 제 1스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 제 1스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 프로세서는, 상기 제 1스위칭 소자 및 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 초음파가 송신되지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치 제어 방법은,

제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자로 구현되는 스위칭 회로가 마련된 초음파 프로브를 포함하는 초음파 영상 장치 제어 방법에 있어서, 펄스 신호를 초음파 프로브로 전달하고, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경한다.

또한, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은, 상기 제 1스위칭 소자를 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하고, 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 상기 펄스 신호의 파형을 변경할 수 있다.

또한, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은, 상기 제 1스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 할 수 있다.

또한, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은, 상기 제 1스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 할 수 있다.

또한, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은, 상기 제 1스위칭 소자 및 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 초음파가 송신되지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로 중에서 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결된 스위칭 회로는, 상기 인쇄회로기판에서 수신한 펄스 신호가 상기 트랜스듀서 엘리먼트로 전달되는 것을 차단하도록 할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 초음파 프로브는,

초음파를 송신하는 트랜스듀서 송신 엘리먼트, 초음파를 수신하는 트랜스듀서 수신 엘리먼트, 상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트 및 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트와 전기적으로 연결되어 초음파 영상 장치 본체로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트로 전달하고, 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트로부터 수신한 펄스 신호를 상기 초음파 영상 장치 본체로 전달하는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트로 전달되는 펄스 신호의 파형 및 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트가 수신하여 상기 인쇄회로기판으로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 포함한다.

펄스 역전 하모닉 영상기법에 있어서, 초음파 영상 장치에서 송신된 펄스 신호의 파형을 초음파 프로브의 스위칭 회로에서 대칭되게 반전시켜 송신함으로써 비대칭 반전 신호의 인가에 따른 잔류 신호가 발생하지 않는다. 또한, 초음파 프로브의 스위칭 회로에서 펄스 신호의 대칭성 향상을 스위칭 소자의 조작을 통해 가능하게 함으로써, 별도의 펄스 신호 대칭폭 조절 또는 펄스 신호의 대칭성에 대한 FET 특성의 자유도가 증가하는 효과가 있다. 또한, 초음파 영상 장치에서 반전 펄스 신호를 송신하는 구성이 없어도 되므로 시스템 구성이 간단해 지고, 초음파 프로브의 스위칭 회로 제어를 통해 펄스 신호의 늘어짐이나 흔들림 현상을 방지할 수 있다. 나아가 복수의 트랜스듀서 어레이를 펄스 신호 송수신에 선택적으로 사용할 수 있고, 사용자의 안정성 개선의 효과도 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 외관도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 1차원 트랜스듀서 어레이 및 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.
도 3은 초음파 프로브의 트랜스듀서 어레이의 예시적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 초음파 영상 진단의 펄스 역전 하모닉 영상기법을 위해 사용되는 펄스 신호의 파형을 도시한 그래프이다.
도 5는 초음파 영상 진단의 펄스 역전 하모닉 영상기법을 위해 사용되는 펄스 신호에 있어서, 비대칭에 의한 문제점을 도시한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 펄스 신호에 있어서, 잔류 전압에 의해 발생하는 신호 파형의 문제점을 도시한 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 제어 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로의 구조를 도시한 개념도이다.
도 10은 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 복수의 스위칭 회로가 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하여 연결되는 구조를 도시한 개념도이다.
도 11은 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호와 동일한 파형을 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다.
도 12는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호의 반전된 파형을 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 동시한 개념도이다.
도 13a는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 접지 단자에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다.
도 13b 내지 도 13d는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 접지 단자 또는 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다.
도 13e는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 펄스 신호 수신 단자에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다.
도 14는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 복수의 스위칭 회로가 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하여 연결되고, 트랜스듀서 엘리먼트 별로 스위칭 회로가 동작하는 것을 도시한 개념도이다.
도 15는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 초음파 영상 장치 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 16은 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이다.
도 17은 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이다.
도 18a 내지 도 18e는 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호가 제거된 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이다.
도 19a 내지 도 22는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호와 동일한 파형, 반전된 파형 및 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하는 타이밍이 변경될 수 있는 실시예들은 도시한 개념도이다.
도 23a 내지 도 24b는 일 실시예에 따라 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 각각의 스위칭을 통해 초음파 펄스 신호를 송수신 하는 것을 도시한 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도 면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람 직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 "대상체"는 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, 본 명세서에서 "사용자"는 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서 사용되는 "초음파 영상"이란 초음파를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미하는데, 이 뿐만 아니라, X선 진단장치, CT(Computerized Tomography) 스캐너, MRI(Magnetic Resonance Image) 장치, 핵의학 진단장치를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미할 수도 있다. 또한, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 대한 기술이 적용되거나 사용될 수 있는 진단 장치는 엑스선촬영장치, 엑스선투시촬영장치, CT스캐너, 자기공명영상장치(MRI), 양전자방출단층촬영장치, 및 초음파 영상 장치 중 하나로 확대 적용될 수 있는데, 개시된 실시예들에 대한 설명에서는 초음파 영상 장치에 관한 경우를 예로 들어 설명하기로 하나, 이에 국한 되지는 않는다.

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.

또한, 명세서 전체에서, "스위칭 소자"는 전기 전자 기기에서 전류를 연결해 주거나 차단해 주는 배선 소자를 의미한다. 이러한 스위칭 소자는, 제어 신호에 따라 전류를 연결하는 트랜지스터를 포함하고, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), HVMUX(High Voltage MUX) 및 Relay를 포함하나 반드시 이에 한정되지는 아니한다.

다만, 스위칭 소자가 예를 들어 전계효과 트랜지스터(FET)로서 동작하는 경우, 스위칭 소자가 게이트(gate) 단자, 드레인(drain) 단자, 소스(source) 단자를 포함하고, 입력된 신호에 따라 드레인 단자가 소스 단자로서 기능할 수 있고, 소스 단자가 드레인 단자로 기능할 수 있음은 자명한 사항이다.

또한, 스위칭 소자는 동작하는 전압에 따라, 저전압에서 동작하는 저전압 스위칭 소자(LN)와 고전압에서 동작하는 고전압 스위칭 소자(HN)로 구분될 수 있다. 특히, 고전압 스위칭 소자(HN)는 드레인 단자에 고전압을 인가해도 견딜 수 있는 스위칭 소자로서 통상적으로 각종 전력용 소자에서 사용되고 있다.

이러한 고전압 스위칭 소자들로는 DMOSFET(Double-diffused MOSFET), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT), EDMOSFET(Extended Drain MOSFET) 및 LDMOSFET(Lateral Double-diffused MOSFET) 등이 있으나 반드시 이에 한정되지는 아니한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법을 후술된 실시예들에 따라 상세하게 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 외관도이다.

도 1에 개시된 바와 같이, 초음파 영상 장치는 본체(100)와, 본체(100)에 연결되는 입력부(150), 디스플레이부(160), 서브 디스플레이 패널(161) 및 초음파 프로브(200) 를 포함할 수 있다.

한편, 초음파 영상 장치 본체(100)의 하부에는 초음파 영상 장치의 이동성을 위한 복수개의 캐스터(미도시)가 구비될 수 있다. 복수개의 캐스터는 초음파 영상 장치를 특정 장소에 고정시키거나, 특정 방향으로 이동시킬 수 있다. 이와 같은 초음파 영상 장치를 카트형 초음파 영상 장치라고 한다.

또는, 도 1 과 달리, 초음파 영상 장치는 원거리 이동 시에 휴대할 수 있 는 휴대형 초음파 영상 장치일 수도 있다. 이 때, 휴대형 초음파 영상 장치는 캐 스터가 구비되지 않을 수 있다. 휴대형 초음파 영상 장치의 예로는 팩스 뷰어(PA CS Viewer), 스마트 폰(Smart Phone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

초음파 프로브(200)는 대상체의 체표에 접촉하는 부분으로, 초음파를 대상체로 송수신할 수 있다. 구체적으로, 초음파 프로브(200)는 입력되는 펄스에 따라 초음파를 생성하여 대상체의 내부로 송신하고, 대상체 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파를 수신할 수 있다.

초음파 영상 장치(100)는 초음파 신호를 초음파 프로브(200)에 전달하고, 초음파 프로브(200)로부터 에코 초음파 신호를 수신하여, 이를 기초로 초음파 영상을 생성할 수 있다.

이렇게 생성된 초음파 영상은 디스플레이부(160)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 사용자는 디스플레이부(160)를 통해 제공받은 대상체 내부에 대한 초음파 영상을 시각적으로 확인하여 대상체, 즉 환자를 진단할 수 있다.

디스플레이부(160)는 초음파 장치의 제어와 관련된 다양한 UI를 표시할 수도 있다. 사용자는 디스플레이부(160)를 통해 제공받은 UI를 확인하고, 입력부(150)를 통해 초음파 영상 장치 또는 초음파 영상 장치의 일 구성에 대한 제어 명령을 입력할 수 있다.

또한, 디스플레이부(160)는 초음파 진단 과정에서 얻어진 초음파 영상들을 표시할 수 있다. 디스플레이부(160)는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD) 등 공지된 실시예 중의 하나로 구현될 수 있으며, 2차원 영상 뿐만 아니라 3차원 영상을 제공하는 것도 가능할 수 있다.

사용자는 디스플레이부(160)를 터치 함으로써, 초음파 영상 장치에 관한 제어 명령을 입력할 수 있음은 물론이고, 대상체에 대한 초음파 영상에서 사용자가 관찰 및 진단을 수행하고자 하는 관심 영역을 설정하기 위한 터치 명령을 입력할 수도 있다.

이러한 디스플레이부(160)는 사용자의 터치입력을 수신할 수 있는 터치패널을 포함할 수 있으며, 터치패널은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널, 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 구현될 수 있다.

서브 디스플레이패널(161)은 디스플레이부(160)와 마찬가지로 초음파 영상 장치의 제어와 관련된 다양한 UI를 표시할 수 있으며 사용자는 서브 디스플레이패널(161)을 통해 제공받은 UI를 확인하고, 입력부(150) 또는 서브 디스플레이패널(161)의 터치 스크린을 통해 초음파 영상 장치 또는 초음파 영상 장치의 일 구성에 대한 제어 명령을 입력할 수 있다.

이러한 서브 디스플레이패널(161)은 사용자의 터치입력을 수신할 수 있는 터치패널을 포함할 수 있으며, 터치패널은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널, 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 구현될 수 있다.

도 1은 초음파 영상 장치(100)에 디스플레이부(160)와 서브 디스플레이 패널(161)이 모두 구비된 경우를 보여주고 있으나, 경우에 따라 서브 디스플레이 패널(161)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 서브 디스플레이 패널(161)을 통해 디스플레이되는 어플리케이션이나 메뉴 등은 디스플레이부(160)를 통해 디스플레이될 수 있다.

한편, 초음파 영상장치(100) 본체의 내부에는 초음파 프로브(200)가 수신한 에코 초음파를 초음파 영상으로 변환하는 영상 처리부(500)가 마련될 수 있다(도 7의 제어 블럭도 참조). 영상 처리부(500)는 마이크로 프로세서(Microprocessor)와 같은 하드웨어의 형태로 구현될 수 있 고, 이와는 달리 하드웨어 상에서 수행될 수 있는 소프트웨어의 형태로 구현될 수도 있다.

영상 처리부(500)는 에코 초음파에 대한 주사 변환(Scan conversion) 과정을 통해 초음파 영상을 생성할 수 있다. 여기서 초음파 영상은 A 모드(amplitude mo de), B 모드(brightness mode) 및 M 모드(motion mode)에서 대상체를 스캔하여 획득된 그레이 스케일(gray scale)의 영상뿐만 아니라, 도플러 효과(doppler effect)를 이용하여 움직이는 대상체를 표현하는 도플러 영상을 포함할 수도 있다. 도플러 영상은, 혈액의 흐름을 나타내는 혈류 도플러 영상 (또는, 컬러 도플러 영상으로도 불림), 조직의 움직임을 나타내는 티슈 도플러 영상, 및 대상체의 이 동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럼 도플러 영상을 포함할 수 있다.

영상 처리부(500)는 B 모드 영상을 생성하기 위해, 초음파 프로브(200)가 수신 한 에코 초음파로부터 B 모드 성분을 추출할 수 있다. 영상 처리부(500)는 B 모드 성 분에 기초하여 에코 초음파의 강도가 휘도록 표현되는 초음파 영상을 생성할 수 있다.

마찬가지로, 영상 처리부(500)는 에코 초음파로부터 도플러 성분을 추출하고, 추출된 도플러 성분에 기초하여 대상체의 움직임을 컬러 또는 파형으로 표현하는 도플러 영상을 생성할 수 있다.

뿐만 아니라, 영상 처리부(500)는 에코 초음파를 통해 획득한 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수도 있고, 압력에 따른 대상체의 변형 정도를 영상화한 탄성 영상을 생성할 수도 있다. 아울러, 영상 처리부(500)는 초음파 영상 상에 여러 가지 부가 정보를 텍스트, 그래픽으로 표현할 수도 있다.

한편, 생성된 초음파 영상은 본체 내부 또는 외부의 메모리에 저장될 수 있다. 이와는 달리, 초음파 영상은 웹 상에서 저장기능을 수행하는 웹 스토리지 (Web Storage) 또는 클라우드 서버에 저장될 수도 있다.

입력부(150)는 초음파 영상 장치(100)의 동작과 관련된 명령을 입력 받을 수 있는 부분이다. 예를 들면, A 모드, B 모드, M 모드, 또는 도플러 영상 등의 모드 선택 명령을 입력받을 수 있다. 나아가, 초음파 진단 시작 명령을 입력받을 수도 있다. 사용자는 입력부(150)를 통해 진단 시작, 진단 부위 선택, 진단 종류 선택, 최종적으로 출력되는 초음파 영상에 대한 모드 선택 등을 수행하기 위한 명령을 입력할 수 있다.

사용자는 입력부(150)를 통해 펄스 역전 하모닉 영상기법(Pulse Inversion Harmonic Imaging) 초음파 진단 모드를 선택할 수 있고, 초음파 프로브로 전달하는 펄스 신호에 대한 입력을 할 수 있다. 또한, 사용자는 초음파 프로브에 포함된 스위칭 회로의 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자를 제어하는 명령을 입력부(150)를 통해서 입력할 수 있다. 일 실시예로, 입력부(150)는, 도 1에 도시된 바와 같이 본체(100)의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 입력부(150)는 스위치, 키, 휠, 조이스틱, 트랙볼 및 놉(knop) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

입력부(150)를 통해 입력된 명령은 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 초음파 영상 장치(100) 본체로 전송될 수 있다.

초음파 프로브(200)는 케이블(130)의 일단과 연결되며, 케이블(130)의 타단은 수 커넥터(140)와 연결될 수 있다. 케이블(130)의 타단에 연결된 수 커넥터(140)는 본체(100)의 암 커넥터(145)와 물리적으로 결합할 수 있다.

상술한 방법에 따라, 하나의 초음파 프로브(200)가 하나의 본체(100)가 연결될 수 있고, 유사한 방식으로 복수의 초음파 프로브(200)가 하나의 본체(100)와 연결되는 것도 가능할 수 있다. 이를 위해, 본체(100)에는 암 커넥터가 복수 개 설치될 수 있다. 도 1에서는 두 개의 초음파 프로브(200)가 하나의 본체(100)에 연결되는 경우를 예시하고 있다.

또는, 도 1 과 달리, 초음파 프로브(200)는 본체(100)와 무선으로 연결될 수 있다. 이 경우, 초음파 프로브(200)는 대상체로부터 수신한 에코 초음파에 대응되는 에코 초음파 신호를 본체(100)로 무선 전송할 수 있다.

초음파 프로브(200)는 대상체의 체표에 접촉하여, 대상체에 초음파를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 초음파 프로브(200)는 본체(100)로부터 제공받은 전기적 신호인 초음파 신호 또는 펄스 신호에 따라 초음파를 대상체의 내부로 조사하고, 대상체 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파를 수집하여 이에 대응되는 에코 초음파 신호를 초음파 영상 장치(100)로 전달하는 역할을 한다.

이를 위해, 초음파 프로브(200)는 트랜스듀서와 MUX(MUltipleXer) 회로를 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 진동하여 전기적 신호를 초음파로 변환하거나, 초음파를 전기적 신호로 변환할 수 있는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함할 수 있다. 복수의 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 프로브의 하우징 일면에 배열될 수 있다. 구체적으로, 하우징의 일면에 마련된 개구부를 통해 초음파의 송수신이 이루어질 수 있도록, 복수의 트랜스듀서가 개구부와 나란한 방향으로 배열될 수 있다.

한편, 초음파 영상 장치(100)는 통신부를 더 포함할 수 있다. 통신부는, 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 외부 디바이스나 서버와 통신한다. 통신부는 의료 영상 정보 시스템(PACS; Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있 다. 또한, 통신부는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM; Digital Imaging and Co mmunications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.

통신부는 네트워크를 통해 대상체의 초음파 영상, 에코 초음파, 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, 통신부는 서버로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등에 관한 정보를 수신하 여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 나아가, 통신부는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.

통신부는 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 서버, 의료 장치, 또 는 휴대용 단말과 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부는 외부 디바이스와 통신 을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈, 및 이동 통신 모듈을 포함할 수 있다.

근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한 다. 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 wid eband), 적외선 통신(IrDA; Infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low En ergy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것 은 아니다.

유선 통신 모듈은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈 을 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 모듈은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적 어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화 상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데 이터를 포함할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 1차원 트랜스듀서 어레이 및 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다. 도 3은 초음파 프로브의 트랜스듀서 어레이의 예시적인 구성을 도시한 사시도이다.

일 예로, 트랜스듀서 어레이(210)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 1차원 트랜스듀서 어레이를 포함할 수 있다. 1차원 트랜스듀서 어레이(210)를 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(211)는 초음파 신호와 전기 신호를 상호 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 트랜스듀서 엘리먼트(211)는 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer), 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 또는 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT) 등으로 구현될 수 있으며, 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막(212)의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, 이하 cMUT으로 약칭한다)로 구현되는 것도 가능하다.

트랜스듀서 어레이(210)는 인가되는 펄스 신호 또는 교류 신호에 따라서 초음파를 생성하여 대상체로 조사한다. 대상체로 조사된 초음파는 대상체 내부의 목표 부위에서 반사된다. 트랜스듀서 어레이(210)는 반사된 에코 초음파를 수신하고 수신된 에코 초음파를 전기적 신호로 변환하여 초음파 신호를 생성한다.

트랜스듀서 어레이(210)는, 외부의 전원 공급 장치나 내부의 축전 장치, 예를 들어 배터리(battery) 등으로부터 전원을 공급받는다. 전원이 공급되면, 트랜스듀서 어레이(210)의 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 구성하는 압전 진동자나 박막(212)이 진동하게 된다. 트랜스듀서 어레이(210)는 압전 진동자나 박막(212)의 진동에 의해 발생하는 초음파를 대상체로 조사한다. 대상체로부터 반사된 에코 초음파를 수신하면, 트랜스듀서 어레이(210)를 구성하는 압전 진동자나 박막(212)은 수신된 에코 초음파에 대응하여 진동한다. 트랜스듀서 어레이(210)는 압전 진동자나 박막(212)의 진동 주파수에 대응하는 주파수의 교류 전류를 생성하여 초음파를 전기적 신호(이하 초음파 신호)로 변환한다.

한편, 초음파 프로브(200)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 트랜스듀서 어레이(210)가 선형(linear)으로 배열되는 것도 가능하고, 곡면(convex)으로 배열되는 것도 가능하다. 두 경우 모두 초음파 프로브(200)의 기본적인 동작 원리는 동일하나, 곡면 프로브의 경우에는 트랜스듀서 어레이(210)로부터 조사되는 초음파 빔이 부채꼴 모양이기 때문에, 생성되는 초음파 영상도 부채꼴 모양이 될 수 있다.

다른 예로서, 트랜스듀서 어레이(210)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함할 수도 있다. 2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함하는 경우에는 대상체의 내부를 3차원 영상화할 수 있다.

상술한 1차원 트랜스듀서 어레이(210)의 경우, 초음파 프로브(200)는 프리핸드(Freehand) 방식에 따라 볼륨 데이터를 획득할 수 있다. 또는, 사용자의 조작 없이 초음파 프로브(200)는 기계적(Mechanical) 방식에 따라 볼륨 데이터를 획득할 수 있다. 이와는 달리, 2차원 트랜스듀서 어레이(210)의 경우, 초음파 프로브(200)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 제어함으로써 볼륨 데이터를 획득할 수 있다.

2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 관한 설명은 1차원 트랜스듀서 어레이(210)를 구성하는 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 관한 설명과 동일하므로 생략한다.

또한, 트랜스듀서 어레이(210)가 2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함하는 경우에는, 동일한 지연 주파수를 적용하더라도 동일한 트랜스듀서 엘리먼트(211) 개수를 갖는 1차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함하는 경우보다 더 우수한 빔포밍 효과를 얻을 수 있다.

초음파 프로브(200)는 상술한 바와 같이 케이블(130)을 통해 초음파 영상 장치(100)의 본체와 연결되어 초음파 프로브(200)의 제어에 필요한 각종 신호를 입력 받거나, 초음파 프로브(200)가 수신한 초음파 에코 신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 본체로 전달할 수 있다.

그러나, 초음파 프로브(200)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 프로브(wireless probe)로 구현되어 초음파 프로브(200)와 본체 사이에 형성된 네트워크를 통해 신호를 주고 받는 것도 가능하다.

도 3을 참조하면, 초음파를 송수신하는 트랜스듀서 모듈(T)은 초음파를 송수신하는 트랜스듀서 어레이(210), 집적회로(240)와 인쇄회로기판(230) 간의 전기적 연결을 위한 배선 블록으로 이루어진 패드브릿지(220), 트랜스듀서 어레이(210)가 본딩되는 집적회로(240), 집적회로(240)와 제어보드(260)를 연결하여 제어보드(260)로부터 출력되는 송신 신호를 집적회로(240)로 전달하는 인쇄회로기판(230) 및 연성인쇄회로기판(250), 집적회로(240)로 초음파를 생성하기 위한 송신 신호를 출력하는 제어보드(260)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 구성으로 하는 초음파 프로브(200)를 일 실시예로 들어 설명하나, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법은 1차원 트랜스듀서 어레이(210)를 구성으로 하는 초음파 프로브(200)에 의해서도 구현될 수 있다.

후술하여 설명할 바와 같이, 인쇄회로기판(230)은 집적회로(240)를 통해 트랜스듀서 어레이(210)와 전기적으로 연결되어, 초음파 영상 장치(100) 본체에서 송신되어 오는 펄스 신호를 수신할 수 있고, 트랜스듀서 어레이(210) 측으로 전달할 수 있다.

집적회로(240)는 인쇄회로기판(230)과 연결되어 인쇄회로기판(230)으로부터 전달되는 펄스 신호를 수신하여 트랜스듀서 어레이(210)로 전달할 수 있다. 도 3에서의 2차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함하는 초음파 프로브(200)에서는 집적회로(240)가 사용될 수 있으나, 1차원 트랜스듀서 어레이(210)를 포함하는 초음파 프로브(200)에서는 집적회로(240)가 사용되지 않을 수 있다. 즉, 인쇄회로기판(230)과 트랜스듀서 어레이(210)가 와이어링 등으로 직접 연결되어 인쇄회로기판(230)이 수신하는 신호가 바로 트랜스듀서 어레이(210)로 전달 될 수도 있다.

트랜스듀서 모듈(T)의 트랜스듀서 어레이(210)는 플립칩 본딩 방식으로 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)과 같은 집적회로(240)에 본딩될 수 있다. 제어보드(260)를 통해 초음파 영상 장치(100) 본체로부터 펄스 신호가 인가되면, 집적회로(240)는 로직에 따라 트랜스듀서 어레이(210)로 인가되는 신호를 제어하여 초음파 또는 펄스 신호의 발생을 조절할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(230)와 집적회로(240)가 배선 블록으로 이루어진 패드브릿지(220)를 통하여 전기적으로 연결될 수도 있고, 와이어(wire)를 이용한 와이어링으로 연결될 수도 있다.

제어보드(260)는 후술할 바와 같이, 개시된 발명의 일 실시예에 따라 초음파 프로브(200)에 포함된 스위칭 회로를 제어할 수 있다.

트랜스듀서 어레이(210)는 트랜스듀서 모듈(T)을 구성하는 기본 유닛이다. 트랜스듀서 어레이(210)는 2차원 어레이 형태로 배열된 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 구성되며, 트랜스듀서 엘리먼트(211)는 전기적 신호가 인가되면 진동하는 2차원 어레이 형태로 배열된 다수의 박막(212)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 트랜스듀서 모듈(T)은 32개의 트랜스듀서 어레이(210)로 구성된 4 x 8 사이즈의 2차원 어레이 형태를 가질 수 있고, 하나의 트랜스듀서 어레이(210)는 256개의 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 구성된 16 x 16 사이즈의 2차원 어레이 형태를 가질 수 있다. 하나의 트랜스듀서 엘리먼트(211)는 전기적 신호가 인가되면 진동하여 초음파를 생성하는 20~25개의 박막(212)을 포함할 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서 모듈(T)은 총 163,840~204,800개의 박막(212)을 포함할 수 있다.

도 4는 초음파 영상 진단의 펄스 역전 하모닉 영상기법을 위해 사용되는 펄스 신호의 파형을 도시한 그래프이다.

초음파 영상 진단에 있어서 펄스 역전 하모닉 영상기법은 하모닉 신호(Harmonic signal) 또는 비선형 신호(non-linear signal)를 효과적으로 검출하는 초음파 기술이다. 일반적인 회색조 초음파 송신시에는 초음파 프로브(200)가 하나의 초음파를 발사하는데 반하여, 펄스 역전 하모닉 영상 기법에서는 서로 동일한 파형이지만 반대의 위상을 가진 초음파 펄스 신호를 연속적으로 송신한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, (a)에서처럼 양성 펄스 신호(positive pulse signal) 및 (b)에서처럼 음성 펄스 신호(negative pulse signal)를 연속적으로 송신하게 된다. 도 4에서는 각각의 펄스 신호가 -80V 내지 +80V 정도의 전압 펄스를 송신 펄스 신호로서 발생시켜 송신하는 것을 나타낸 것이다.

펄스 역전 하모닉 영상기법에서 초음파 파형을 거의 변형시키지 않는 선형 신호(linear signal)는 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호가 서로 상쇄되어 신호를 형성하지 않고, 초음파 파형을 변형시키는 비선형 신호(non-linear signal)는 서로 상쇄되지 않아서 큰 신호로 증폭된다. 즉, 펄스 역전 하모닉 영상 기법은 대상체의 조직에 대하여 효과적으로 비선형 신호만을 영상화할 수 있는 방법이다.

도 4에 개시된 바와 같이 초음파 프로브(200)를 통해서 극성이 다른 두 개의 기본 주파수로 구성된 펄스 신호를 인체에 조사한다. 그 후에 인체로부터 돌아오는 두 개의 다른 극성의 신호를 이용하여 영상화(image)하는 것인데, (a)와 같은 양성 신호(positive signal)를 입사했을 때 돌아오는 신호는 양성 기본 주파수(positive fundamental frequency) 성분과 하모닉 성분으로 구성될 수 있고, (b)와 같은 음성 신호(negative signal)를 입사했을 때 돌아오는 신호는 음성 기본 주파수(negative fundamental frequency) 성분과 하모닉 성분으로 구성될 수 있다. 이 때, 돌아오는 두 개의 신호를 더하면 기본 주파수 성분은 극성이 반대이기 때문에 서로 상쇄되어 신호를 형성하지 않고, 하모닉 주파수 성분은 그 크기가 두 배가 될 수 있다. 펄스 역전 하모닉 영상 기법의 장점은 주파수 여과를 하지 않고 초음파 정보를 그대로 가질 수 있으면서도 선형 신호로부터 비선형 신호를 효과적으로 분리할 수 있으므로 허상이 적고 우수한 영상이 제공되는 장점이 있다. 따라서, 대상체에 병변 등이 존재하는 경우에는 상쇄되어 없어진 기본 주파수 펄스 신호 이외의 신호가 발생하게 되므로, 이로부터 초음파 진단을 수행할 수 있다. 도 4에서는 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호가 정확하게 대칭되어, 합했을 때 상쇄되는 것을 도시한 파형이다. 일반적으로 이러한 펄스 역전 하모닉 영상 기법에서의 양성 펄스 신호 송신과 음성 펄스 신호 송신은 초음파 영상 장치(100) 본체에 위치해 있는 펄스 송신부에서 송신하게 되는데, 양성 펄스 신호를 송신하는 부분과 음성 펄스 신호를 송신하는 부분이 나뉘어 있는 것이 일반적이다.

도 5는 초음파 영상 진단의 펄스 역전 하모닉 영상기법을 위해 사용되는 펄스 신호에 있어서, 비대칭에 의한 문제점을 도시한 그래프이다.

도 4에서 상술한 바와 같이, 펄스 역전 하모닉 영상 기법에 있어서 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호가 정확하게 대칭이 되어야 기본 주파수 부분이 상쇄될 수 있다. 하지만, 어떠한 이유에서든 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호가 대칭이 되지 않는 경우에는 기본 주파수 부분이 상쇄되지 않고 잔류 펄스 신호가 남는 문제점이 발생할 수 있다.

도 5를 참조하면, (a)의 양성 펄스 신호와 (b)의 음성 펄스 신호가 정확하게 대칭이 되지 않는 것을 확인할 수 있다. 신호가 대칭이 되지 않는 이유는, 여러 요인이 작용할 수 있는데, 일반적으로는 펄스 신호를 송신하는 펄스 송신부에 포함되는 송신 소자의 차이가 있을 수 있다. 초음파 영상 장치(100)의 펄스 송신부는 양성 펄스 신호를 출력하기 위한 양성 송신 소자와 음성 펄스 신호를 출력하기 위한 음성 송신 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 양성 송신 소자와 음성 송신 소자의 제조상의 특성 또는 소자 특성 등이 다르므로, 펄스 신호를 송신할 때 대칭성이 완전히 보장되는 펄스 신호를 송신하지 못할 수 있다. 또한, 신호를 송신할 때 신호의 위상에 있어서 차이가 발생할 수 있고, 초음파 영상 장치(100) 본체에서 발생된 펄스 신호가 초음파 프로브(200)에 도달하여 트랜스듀서 어레이(210)를 통해 발신되기 위해서는 1~3m 정도의 케이블(130)을 통과해야 하는데, 이 때 펄스 신호의 변조가 발생할 수 있다. 이 외에도 도 4 및 도 5에 도시된 것과는 달리 양성 펄스 신호 및 음성 펄스 신호 각각의 전압의 비대칭에 의해서도 신호의 비대칭이 발생할 수 있다.

도 5의 (c)는 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호의 비대칭으로 인해 합성시에 발생하는 잔류 펄스 신호를 도시한 것이다. 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호를 합성하면 기본 주파수 부분은 상쇄되어 소멸되어야 함에도, 대칭성이 보장되지 않아서 잔류 펄스 신호가 남을 수 있다. 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호의 파형은 도 4 및 도 5에 도시된 형태와 다를 수 있으며, 합성했을 경우에 비대칭으로 인해 발생하는 잔류 펄스 신호의 파형도 도시된 것과 다른 형태일 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 펄스 신호에 있어서, 잔류 전압에 의해 발생하는 신호 파형의 문제점을 도시한 그래프이다.

도 6a를 참고하면, 초음파 영상 장치(100) 본체로부터 발생되어 초음파 프로브(200)로 전달된 펄스 신호의 늘어짐(P1)의 문제점이 있을 수 있다. 즉, 양성 펄스 신호 또는 음성 펄스 신호는 도 6a에서 일 예로 도시된 바와 같이, +80V, -80V의 전압을 번갈아 가지는 전압 펄스로 구성되어야 하는데 이 때, 전압 펄스가 0V ~ +80V 또는 -80V ~ 0V 사이의 값을 가지는 신호 늘어짐(P1)이 발생할 수 있다. 이는, 펄스 신호가 초음파 영상 장치(100) 본체에서 초음파 프로브(200)로 전달되어 오는 과정에서 발생하는 신호의 변조 또는, 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)으로부터 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 신호가 전달되는 과정에서 발생하는 신호의 변조로부터 야기될 수 있다.

도 6b를 참고하면, 도 6a에서와 달리 초음파 영상 장치(100) 본체로부터 발생되어 초음파 프로브(200)로 전달된 펄스 신호의 출렁임(P2)의 문제점이 있을 수 있다. 즉, 양성 펄스 신호 또는 음성 펄스 신호에 있어서 전압 펄스가 곡선 파형을 가지는 신호 출렁임(P2)이 발생할 수 있다. 이 또한 도 6a의 신호 늘어짐(P1)과 마찬가지로 초음파 영상 장치(100) 본체에서 초음파 프로브(200)로 전달되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 신호가 전달되는 과정에서 발생하는 펄스 신호의 변조로부터 야기될 수 있다.

이러한 펄스 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)의 문제점을 제거하기 위하여 추가적인 회로가 필요한데, 이러한 회로들이 추가되는 경우 추가 회로에 의한 회로 복잡도 증가와 회로들을 제어하기 위한 제어부가 추가적으로 필요하게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어방법에 의해 이러한 문제점들을 해결할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 블록도이고, 도 8은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 제어 블록도이다.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(100)는 입력부(150), 디스플레이부(160), 초음파 프로브(200), 빔포밍부(300), 프로세서(400), 영상 처리부(500), 메모리(600), 펄스 송신부(700), 초음파 수신부(800)를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 프로브(200)는 트랜스듀서 어레이(210), 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 포함하는 스위칭 회로(270) 및 인쇄회로기판(230)을 포함할 수 있다.

초음파 프로브(200)는 대상체의 볼륨 데이터를 획득하는 기술적 사상 안에서 다양하게 구현될 수 있다. 초음파 프로브(200)는 대상체의 체표에 접촉하는 부분으로, 초음파를 대상체로 송수신할 수 있다. 구체적으로, 초음파 프로브(200)는 입력되는 펄스에 따라 초음파를 생성하여 대상체의 내부로 송신하고, 대상체 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파를 수신한다.

또한, 일 실시예에 따른 초음파 프로브(200)는 인쇄회로기판(230) 및 스위칭 회로(270)를 포함하고 초음파 영상 장치(100) 본체에서 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경할 수 있다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 초음파 프로브(200)는 인쇄회로기판(230) 및 집적회로(240)를 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(230)은 초음파 영상 장치(100)에서 전달하는 펄스 신호를 수신하는 역할을 하며, 집적회로(240)는 1차원 트랜스듀서 어레이의 경우에는 초음파 프로브(200)에 포함되지 않을 수 있으나 2차원 트랜스듀서 어레이의 경우에는 포함될 수 있다.

초음파 영상 장치(100) 본체의 펄스 송신부(700)는 프로세서(400)의 제어에 의해 초음파 프로브(200)에 펄스 신호를 송신한다. 펄스 송신부(700)가 송신한 펄스 신호는 케이블(130)을 거쳐 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)에 도달할 수 있는데, 이 때 제어보드(260)를 통해 신호가 전달 될 수도 있다. 인쇄회로기판(230)은 전달받은 펄스 신호를 스위칭 회로(270) 측으로 송신할 수 있다. 스위칭 회로(270)는 ASIC과 같은 집적회로(240)에 포함된 회로일 수도 있고, 트랜스듀서 어레이(210)에 직접 연결된 회로일 수도 있다. 스위칭 회로(270)는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 포함하여 수신한 펄스 신호의 파형을 변경할 수 있고, 변경한 펄스 신호를 트랜스듀서 어레이(210)로 전달할 수 있다. 트랜스듀서 어레이(210)는 대상체에 펄스 신호를 조사할 수 있고, 대상체로부터 되돌아온 에코 초음파 신호를 수신할 수 있다. 트랜스듀서 어레이(210)가 수신한 음향 신호는 전기 신호로 변경되어 스위칭 회로(270)로 전달될 수 있고, 이렇게 되돌아온 초음파 신호는 인쇄회로기판(230)을 거쳐 초음파 영상 장치(100) 본체의 초음파 수신부(800)에서 수신하여 프로세서(400)로 전달될 수 있다. 스위칭 회로(270)의 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)에서 펄스 신호의 파형을 변경하는 제어 흐름은 도 9내지 도 13을 통해 상세히 설명한다.

빔포밍부(300)는 초음파 프로브(200)에서 송수신되는 초음파가 집속될 수 있도록 빔포밍을 수행할 수 있다. 빔포밍부(300)는 송신 빔포머(미도시)와 수신 빔포머(미도시)를 포함하여, 아날로그 신호와 디지털 신호를 상호 변환하고, 적어도 하나의 트랜스듀서가 송신하는, 또는 적어도 하나의 트랜스듀서로부터 수신되는 초음파의 시간차를 조절할 수 있다. 이러한 빔포밍부(300)는 초음파 영상 장치 본체(100) 내에 포함될 수도 있으나, 초음파 프로브(200) 자체에 구비되어 그 역할을 수행하는 것도 가능하다. 초음파 프로브가 무선 통신망을 통해 초음파 영상 장치(100)와 연결되는 무선 프로브일 경우에도 빔포밍부(300)가 무선 프로브 내부에 구비될 수 있다. 빔포밍부(300)는 공지된 빔포밍 방법 중 어느 하나를 채택할 수 있으며, 복수의 방법을 결합하여 적용하거나 선택적으로 적용하는 것도 가능할 수 있다.

프로세서(400)는 빔포밍부(300)로부터 빔포밍 데이터를 수신할 수 있고, 영상처리부(500)가 영상 처리를 수행할 수 있도록 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 입력부(150)로부터 입력 받은 정보를 메모리(600)에 저장할 수 있으며 펄스 송신부(700)를 제어하여 펄스 신호를 생성하고 초음파 프로브(200)로 펄스 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 또한, 초음파 프로브(200)로부터 되돌아온 초음파 신호를 초음파 수신부(800)에서 수신하도록 제어할 수 있고, 초음파 수신부(800)가 수신한 신호를 영상 처리부(500)에서 처리하여 디스플레이부(160)에 표시되도록 제어할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수 있다.

영상처리부(500)는 빔포밍 된 에코 초음파 신호를 처리하여 초음파 영상을 생성할 수 있다. 영상처리부(500)는 공지된 영상처리 방법 중 어느 하나에 따라 에코 초음파 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 영상처리부(500)는 빔포밍된 에코 초음파 신호에 시간 이득 보상(Time Gain Compensation; TGC)을 수행할 수 있다. 그 다음, 영상처리부(500)는 동적 범위(Dynamic Range; DR)를 설정할 수 있다. 동적 범위를 설정한 후, 영상처리부(500)는 설정된 동적 범위의 에코 초음파 신호를 압축할 수 있다. 마지막으로, 영상처리부(500)는 에코 초음파 신호를 정류한 후, 잡음을 제거할 수 있다. 이렇게 처리된 에코 초음파 신호를 이용하여 영상처리부(500)는 초음파 영상을 생성할 수 있다. 영상처리부(500)는 다양한 종류의 초음파 영상을 생성할 수 있는데, 영상처리부(500)가 생성하는 초음파 영상의 실시예로 A 모드(Amplitude Mode; A-Mode) 영상, B 모드(Brightness Mode; B-Mode) 영상, M 모드(Motion Mode; M-mode) 영상, 도플러 모드(Doppler Mode) 영상을 포함할 수 있다.

영상처리부(500)는 일 실시예에 따라, 펄스 역전 하모닉 영상기법에 의한 펄스 신호 송수신으로부터 획득한 영상 신호를 처리할 수 있다. 이때, 영상 처리부(500)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다.

메모리(600)는 일 실시예에 따라 설정된 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 스위칭 동작에 관한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 각각에 대응하여 연결되어 있는 복수의 스위칭 회로(270) 중에서 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(280)들이 선택적으로 동작하도록 하는 제어 명령에 관한 데이터도 저장할 수 있다. 메모리(600)는, 예를 들어, 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크, 에스램(SRAM), 디램(DRAM), 롬(ROM) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정 되는 것은 아니다. 또한, 메모리(600)는 초음파 영상 장치(100)와 탈착이 가능할 수 있다. 예를 들어, 메모리(600)는 CF 카드(Compact Flash Card), SD 카드(Secure Digital Card), SM카드(Smart Media Card), MMC(Multimedia Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 메모리(600)는 초음파 영상 장치(100)의 외부에 구비되어, 유선 또는 무선을 통하여 초음파 영상 장치(100)로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.

입력부(150)는 도 1에서 설명한 바와 같이, 초음파 영상 장치(100) 또는 초음파 영상 장치의 일 구성에 대한 제어 명령을 입력할 수 있고, 사용자는 입력부(150)를 통해 펄스 역전 하모닉 영상기법을 위한 제어 명령을 입력할 수 있다. 즉, 입력부(150)를 통해 초음파 영상 장치(100)의 펄스 역전 하모닉 영상기법 모드를 선택할 수 있고, 초음파 프로브(200)의 스위칭 회로(270)에 포함되는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어하는 명령을 입력할 수 있다.

디스플레이부(160)는 초음파 영상 장치(100)의 제어와 관련된 다양한 UI를 표시할 수 있고, 초음파 진단 과정에서 얻어진 초음파 영상들을 표시할 수 있으며, 2차원 영상 뿐만 아니라 3차원 영상을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 펄스 역전 하모닉 영상기법을 통해 송수신하는 펄스 신호의 파형을 표시할 수 있다. 사용자는 디스플레이부(160)를 터치 함으로써, 초음파 영상 장치(100)에 관한 제어 명령을 입력할 수 있음은 물론이다.

펄스 송신부(700)는 펄스 역전 하모닉 영상 기법을 위한 펄스 신호를 초음파 프로브(200)로 전달할 수 있다. 앞선 기술에 의한 경우에는 펄스 역전 하모닉 영상 기법을 위하여 양성 펄스 신호를 송신하는 송신부와 음성 펄스 신호를 송신하는 송신부를 모두 포함했어야 하나, 개시된 발명의 일 실시예에 따르면 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 양성 펄스 신호를 송신하는 펄스 신호 송신부(700)만 포함할 수 있다. 즉, 양성 펄스 신호를 송신하는 펄스 신호 송신부(700)만 포함하는 경우에도 펄스 역전 하모닉 영상 기법의 구현이 가능하다. 프로세서(400)의 제어에 따라 펄스 송신부(700)는 양성 펄스 신호를 송신할 수 있고, 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)은 펄스 신호를 수신하여 스위칭 회로(270)로 송신할 수 있다.

초음파 수신부(800)는 초음파 프로브(200)로부터 대상체에 조사되어 돌아오는 펄스 신호를 수신할 수 있다. 수신한 펄스 신호는 프로세서(400)의 제어에 따라 디스플레이부(160)에 표시될 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로의 구조를 도시한 개념도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 회로(270)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)와 연결될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)는 ASIC과 같은 집적회로(240)에 포함되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)와 전기적으로 연결될 수 있고, 1차원 트랜스듀서 어레이(210)와 같이 집적회로(240)가 없는 경우에는 초음파 프로브(200) 내에 임의의 위치에 스위칭 회로(270)가 설치되어 직접 트랜스듀서 엘리먼트(211)와 연결될 수 있다.

스위칭 회로(270)는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 포함할 수 있다. 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(291)는 각각 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293)를 포함할 수 있고 스위칭 소자(270)의 일 단은 트랜스듀서 어레이(211)에, 일 단은 인쇄회로기판(230)을 거쳐 초음파 영상 장치(100) 본체에 연결될 수 있다.

이 때, 미리 정해진 단자(283, 293)는 임의의 전위를 갖는 단자일 수도 있고, 전위를 갖지 않는 단자일 수도 있다. 즉, 미리 정해진 단자(283, 293)는 미리 전위가 설정되어 제 1스위칭 소자(280) 또는 제 2스위칭 소자(290)가 연결될 수 있다. 이 때, 제 1스위칭 소자(280)의 미리 정해진 단자(283) 및 제 2스위칭 소자(290)의 미리 정해진 단자(293)는 같은 전위를 가질 수도 있고, 다른 전위를 가질 수도 있다.

또한, 미리 정해진 단자(283, 293)가 전위를 갖지 않는 단자일 경우에는 제 1스위칭 소자(280) 또는 제 2스위칭 소자(290)가 연결되어도 전위를 갖지 않으므로, 어디에도 연결되지 않은 것과 마찬가지일 수 있다.

스위칭 회로(270)의 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 프로세서(400)의 제어에 따라서 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 각각 연결될 수 있다. 또한, 초음파 프로브(200) 내의 제어보드(260)에서 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어할 수도 있다.

제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292) 및 미리 정해진 단자(293) 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 또는 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291) 및 미리 정해진 단자(293) 중 어느 하나에 연결될 수 있으며, 제 1스위칭 소자(280)가 미리 정해진 단자(283)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291) 및 접지 단자(292) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290) 모두 접지 단자(282, 292)에 연결될 수 있고, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290) 모두 펄스 신호 수신 단자(281, 291)에 연결될 수 있으며, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290) 모두 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결될 수 있다.

이러한 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 상술한 바와 같이, 전기 전자 기기에서 전류를 연결해 주거나 차단해 주는 배선 소자를 의미한다. 스위칭 소자는, 제어 신호에 따라 전류를 연결하는 트랜지스터를 포함하고, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), HVMUX(High Voltage MUX) 및 Relay를 포함하나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

도 10은 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 복수의 스위칭 회로가 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하여 연결되는 구조를 도시한 개념도이다.

도 3에서 상술한 바와 같이, 트랜스듀서 어레이(210)는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 구성될 수 있다. 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)는 각각 대상체로 펄스 신호를 송신할 수 있다. 복수의 스위칭 회로(270)는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 각각에 대응하여 연결될 수 있고, 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 각각의 스위칭 회로(270)에 포함되는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어하여 트랜스듀서 엘리먼트(211)별로 송신하는 펄스 신호의 파형을 변경하도록 제어할 수 있다.

사용자는 입력부(150)를 통해서 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 중에서 펄스 신호의 파형을 변경하고자 하는 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 연결되는 스위칭 회로(270)를 제어하는 명령을 입력할 수 있다. 또한, 메모리(600)는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)별로 설정된 스위칭 회로(270)의 제어 명령에 대한 데이터를 저장할 수 있고, 차후 저장된 데이터를 이용하여 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 대한 펄스 신호 변경 제어 명령을 불러올 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호와 동일한 파형을 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다. 도 12는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호의 반전된 파형을 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 동시한 개념도이다. 도 13a는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 접지 단자에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다. 도 13b 내지 도 13d는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 접지 단자 또는 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이고, 도 13e는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 포함하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 펄스 신호 수신 단자에 연결되어 수신한 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하도록 하는 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자의 동작 상태를 도시한 개념도이다.

도 11을 참고하면, 초음파 영상 장치(100) 본체의 펄스 송신부(700)에서 생성되어 송신된 양성 펄스 신호(W1)는 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)에서 수신되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되기 전에 스위칭 소자(270)를 에 수신될 수 있다.

펄스 역전 하모닉 영상 기법을 위해서는 두 개의 서로 동일한 모양이면서 반대 위상을 가진 펄스 신호를 연속적으로 전달하는데, 먼저 초음파 프로브(200)를 통해 대상체에 양성 펄스 신호(W1)를 전달할 수 있다. 스위칭 회로(270)에 양성 펄스 신호(W1)가 수신되면, 사용자가 입력부(150)를 통해 입력한 제어 명령 또는 메모리(600)에 저장되어 있던 제어 명령에 기초하여 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 스위칭 회로(270)에 포함되는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결될 수 있다. 제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 양성 펄스 신호(W1)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

도 12를 참고하면, 도 11에서와 마찬가지로 초음파 영상 장치(100) 본체의 펄스 송신부(700)에서 생성되어 송신된 양성 펄스 신호(W1)는 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)에서 수신되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되기 전에 스위칭 소자(270)를 에 수신될 수 있다.

펄스 역전 하모닉 영상 기법을 위해서 스위칭 회로(270)에 양성 펄스 신호(W1)가 수신되면, 사용자가 입력부(150)를 통해 입력한 제어 명령 또는 메모리(600)에 저장되어 있던 제어 명령에 기초하여 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 스위칭 회로(270)에 포함되는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있다. 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 음성 펄스 신호(W2)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

음성 펄스 신호(W2)와 양성 펄스 신호(W1)는 서로 대칭이며 위상만 반전된 파형으로, 펄스 역전 하모닉 영상 기법에 의해 합산 하는 경우, 기본 주파수 부분은 상쇄될 수 있다.

앞선 기술에 의할 경우에는 초음파 영상 장치(100) 본체에서 양성 펄스 신호와 음성 펄스 신호를 각각 송신 하였는데, 이 경우, 양성 펄스 신호를 송신하는 송신 소자 또는 송신부와 음성 펄스 신호를 송신하는 송신 소자 또는 송신부의 차이로 인하여 정확하게 대칭성을 가지는 양성 펄스 신호 및 음성 펄스 신호가 송신되지 못하는 경우가 있었고, 대칭되는 양성 펄스 신호 및 음성 펄스 신호가 송신되는 경우에도, 초음파 프로브(200)까지 도달하기 위해 케이블(130)을 통과하면서 펄스 신호가 변조되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로부터 대상체에 전달될 때는 완전히 대칭인 신호가 전달되지 못하는 경우가 있었다. 따라서, 완전히 대칭인 양성 펄스 신호 및 음성 펄스 신호가 전달되지 못함으로써 바람직한 펄스 역전 하모닉 영상 기법이 행해지지 못하는 문제점이 있었다.

개시된 발명의 일 실시예에 따르면 도 12에서 상술한 바와 같이, 초음파 영상 장치(100) 본체의 펄스 송신부(700)는 펄스 역전 하모닉 영상 기법을 위해 두 개의 연속적인 펄스 신호를 전달하는 경우에도, 양성 펄스 신호(W1)와 같은 동일한 파형의 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 펄스 신호를 송신하는 송신 소자 또는 송신부의 차이에서 오는 펄스 비대칭 현상이 나타나지 않고, 펄스 송신부(700)로부터 케이블(130)을 통해 초음파 프로브(200)에 도달하는 경우에도 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)가 전달되므로, 케이블(130) 통과로 인한 비대칭의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)이 수신하여 스위칭 회로(270)에 전달된 양성 펄스 신호(W1)는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 스위칭에 의하여 파형만 반전되므로, 대칭성을 가진 음성 펄스 신호(W2)로 트랜스듀서 어레이(211)에 전달될 수 있다.

도 13a 내지 도 13e를 참고하면, 도 11 및 도 12에서와 마찬가지로 초음파 영상 장치(100) 본체의 펄스 송신부(700)에서 생성되어 송신된 양성 펄스 신호(W1)는 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)에서 수신되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되기 전에 스위칭 소자(270)를 에 수신될 수 있다.

스위칭 회로(270)에 양성 펄스 신호(W1)가 수신되면, 사용자가 입력부(150)를 통해 입력한 제어 명령 또는 메모리(600)에 저장되어 있던 제어 명령에 기초하여 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 스위칭 회로(270)에 포함되는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어할 수 있다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(282, 292)에 연결될 수 있다. 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 경우, 해당하는 시점에서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 연속적인 시간의 흐름에 따라 전달되는 연속적인 펄스 신호에 있어서, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다.

도 13b에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이, 미리 정해진 단자(283, 293)는 임의의 전위를 갖는 단자일 수도 있고, 전위를 갖지 않는 단자일 수도 있다. 즉, 미리 정해진 단자(283, 293)는 미리 전위가 설정되어 제 1스위칭 소자(280) 또는 제 2스위칭 소자(290)가 연결될 수 있다. 이 때, 제 1스위칭 소자(280)의 미리 정해진 단자(283) 및 제 2스위칭 소자(290)의 미리 정해진 단자(293)는 같은 전위를 가질 수도 있고, 다른 전위를 가질 수도 있다.

제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결되는 경우, 해당하는 시점에서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 연속적인 시간의 흐름에 따라 전달되는 연속적인 펄스 신호에 있어서, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다.

도 13c에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)는 미리 정해진 단자(283)에 연결되고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결될 수 있다. 이와 같은 경우, 해당하는 시점에서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 연속적인 시간의 흐름에 따라 전달되는 연속적인 펄스 신호에 있어서, 제 1스위칭 소자(280)는 미리 정해진 단자(283)에 연결되고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다.

도 13d에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결되고, 제 2스위칭 소자(290)는 미리 정해진 단자(293)에 연결될 수 있다. 이와 같이 연결되는 경우, 해당하는 시점에서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 연속적인 시간의 흐름에 따라 전달되는 연속적인 펄스 신호에 있어서, 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결되고, 제 2스위칭 소자(290)는 미리 정해진 단자(293)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다.

도 13e에 도시된 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 펄스 신호 수신 단자(281, 291)에 연결될 수 있다. 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(281, 291)에 연결되는 경우, 해당하는 시점에서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 연속적인 시간의 흐름에 따라 전달되는 연속적인 펄스 신호에 있어서, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(281, 291)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다.

앞선 기술에 의하면, 펄스 신호가 초음파 프로브(200)에 전달되고 인쇄회로기판(230)으로부터 트랜스듀서 앨리먼트(211)로 전달되는 과정에서, 도 6a 및 도 6b에서 상술한 것과 같은 펄스 신호의 늘어짐(P1) 및 출렁임(P2)의 문제가 발생할 수 있었다. 즉, 펄스 송신부(700)에서 송신된 펄스 신호는 도 4에 일 실시예로 도시된 양성 펄스 신호 또는 음성 펄스 신호처럼 -80V 또는 +80V의 전압 값을 번갈아 가면서 가져야 함에도, 반복적인 주기의 전압 이외의 전압 값을 가지며 신호가 늘어지거나 출렁이는 경우가 있을 수 있다. 도 6a 및 도 6b에서는 사각 펄스 신호를 예로 들어 설명하므로 신호의 늘어짐(P1) 및 출렁임(P2)을 도시한 바와 같이 나타내었으나, 사각 펄스 신호가 아닌 주기성을 가지는 다른 신호의 경우에는 주기를 가지는 전압 크기 이외의 크기의 전압이 인가되는 경우에 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)이 발생할 수 있다.

이러한 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)은 펄스 역전 하모닉 영상 기법에 있어서 대칭성을 가지는 펄스 신호의 전달을 저해할 수 있다. 따라서, 이러한 전압의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2) 현상이 발생하는 경우에는, 프로세서(400) 또는 제어보드(260)의 제어에 따라 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되어 그 시점에 인가된 펄스 신호를 제거 함으로써 펄스 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)을 방지할 수 있다. 펄스 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)을 제거하는 경우 초음파 영상의 해상도가 증가할 수 있다. 개시된 발명의 일 실시예에 따른 이러한 효과는 도 19a 및 도 19b에서도 후술한다.

도 13a 내지 도 13e에 도시된 것과 같은 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 제어를 통해서 대상체에 대한 안정성도 개선할 수 있다. 즉, 초음파 영상 장치(100)에서 전달되어 오는 초음파 신호 또는 펄스 신호에 있어서, 이상 신호가 발생하여 제어가 불가능한 경우에 이러한 신호가 사람을 포함하는 대상체에 도달하면 위험할 수 있으므로, 신호를 차단하는 것이 필요하다. 따라서, 상술한 바와 같은 이상 신호가 모니터링 되는 경우, 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결되도록 제어하여 이상 신호를 차단할 수 있다. 이러한 이상 신호는 초음파 영상 장치(100) 또는 초음파 프로브(200)에 포함되는 온도 센서(미도시) 또는 프로세서(400)를 통해 감지될 수 있다. 개시된 발명의 일 실시예에 따른 이러한 효과는 도 22에서도 후술한다.

또한, 도 13a 내지 도 13e에 도시된 것과 같은 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 제어를 통해서 펄스 신호의 송신으로 인한 트랜스듀서 엘리먼트(211) 안정화의 문제를 해결할 수 있다.

즉, 서로 다른 복합 모드의 경우에 있어서, 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해서 펄스 신호를 송신하는 경우, 큰 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호를 송신하고, 그 후에 작은 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호를 송신하는 경우가 있다.

이 때, 큰 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호 송신과, 작은 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호 송신 사이에 잔류 전류 또는 잔류 전압에 의해서 트랜스듀서 엘리먼트(211)가 안정화 되지 않고 진동하는 경우가 있을 수 있다. 큰 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호 송신과 작은 진폭의 전압 값을 가지는 펄스 신호 송신 사이의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 진동이 아니더라도, 펄스 신호 송신과 펄스 신호 송신이 시간 차이를 가지고 서로 다른 시간에 이루어 지는 경우, 먼저 송신된 펄스 신호에 의해서 트랜스듀서 엘리먼트(211)가 진동할 수도 있으므로 이러한 진동을 제거하기 위해서 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 안정화 시킬 필요성이 있다.

따라서, 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 시간 차이를 가지는 펄스 신호 송신 사이에서 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결되도록 제어하여, 펄스 신호의 잔류 전압 또는 잔류 전류를 제거함으로써 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 안정화시킬 수 있다. 개시된 발명의 일 실시예에 따른 이러한 효과는 도 20a 및 도 20b에서도 후술한다.

도 14는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 복수의 스위칭 회로가 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하여 연결되고, 트랜스듀서 엘리먼트 별로 스위칭 회로가 동작하는 것을 도시한 개념도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 각각은 복수의 스위칭 회로(270-1 내지 270-N)와 대응되어 연결될 수 있다. 또한, 복수의 스위칭 회로(270-1 내지 270-N)는 인쇄회로기판(230)에 연결되어 초음파 영상 장치(100) 본체로부터 펄스 신호를 수신할 수 있다.

도 9 내지 도 13e에서 설명한 바와 같이, 프로세서(400) 또는 제어보드(260)는 복수의 스위칭 회로(270-1 내지 270-N)를 제어하여 스위칭 회로가 수신하는 펄스 신호의 파형을 변경할 수 있다. 복수의 스위칭 회로(270-1 내지 270-N)는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)와 대응하여 연결되어 있으므로, 각 스위칭 회로의 제1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어 함으로써 각각에 대응되는 트랜스듀서 엘리먼트(211)가 송수신하는 펄스 신호의 파형을 개별적으로 제어할 수 있다.

도 14를 참조하면, 초음파 영상 장치(100)의 펄스 송신부(700)는 양성 펄스 신호(W1)을 송신할 수 있고, 양성 펄스 신호(W1)는 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)을 거쳐서 복수의 스위칭 회로(270-1 내지 270-N)에 전달될 수 있다.

복수의 스위칭 회로가 연결된 트랜스듀서 엘리먼트(211) 중에서 M개에 해당하는 트랜스듀서 엘리먼트(1번째 내지 M번째)를 통해서 양성 펄스 신호(W1)를 송신하기 위해서는, 각 트랜스듀서 엘리먼트(1번째 내지 M번째)에 연결된 스위칭 회로(1번째 내지 M번째)의 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어할 수 있다. 즉, 대응되는 스위칭 회로(1번째 내지 M번째)의 제 1스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결하고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292) 또는 미리 정해진 단자(293)에 연결하도록 제어할 수 있다.

또한, M개의 트랜스듀서 엘리먼트(1번째 내지 M번째)를 제외한 나머지 트랜스듀서 엘리먼트는 펄스 신호 송신에 참여시키지 않을 경우, 상술한 스위칭 회로(1번째 내지 M번째)를 제외한 나머지 스위칭 회로의 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결하도록 제어할 수 있다. 개시된 발명의 일 실시예에 따른 이러한 효과는 도 21에서도 후술한다.

즉, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 있어서, 선택적으로 펄스 신호 파형 변경 및 펄스 신호 송수신을 조절할 수 있고, 일부 트랜스듀서 엘리먼트(1번째 내지 M번째)는 펄스 신호 송수신을 하고 일부 트랜스듀서 엘리먼트(1번째 내지 M번째를 제외한 나머지)는 펄스 신호를 송수신하지 않도록 제어할 수 있다.

상술한 것과 같이 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 대해 연결된 각각의 스위칭 회로의 제어를 통해 인접한 트랜스듀서 엘리먼트(211)간의 펄스 신호 간섭 현상을 제거할 수 있다. 도 14를 참고하면, M번째 트랜스듀서 엘리먼트는 펄스 신호 송신에 사용되므로, 펄스 신호가 인가되지 않는 인접한 트랜스듀서 엘리먼트도 M번째 트랜스듀서 엘리먼트의 펄스 신호 송수신의 영향을 받아서 진동할 수 있는데, 도 13a 내지 도 13e에서 설명한 방식으로 스위칭 회로(270)를 제어하여 이러한 영향을 감소시킬 수 있다.

도 15는 일 실시예에 따라 펄스 신호의 파형을 변경하는 초음파 영상 장치 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 16은 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이고, 도 17은 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이다. 도 18a 내지 도 18e는 일 실시예에 따라 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호가 제거된 파형의 초음파가 송신되도록 스위칭 회로를 제어하는 순서도이다.

도 15를 참고하면, 펄스 송신부(700)는 프로세서(400)의 제어에 따라 초음파 프로브(200)로 펄스 신호를 전달할 수 있다(S100). 개시된 발명의 일 실시예에 따른 펄스 역전 하모닉 영상기법 모드에 따라 사용자가 입력부(150)를 통해 펄스 신호 송신에 관한 제어 명령을 입력하면 펄스 송신부(700)는 양성 펄스 신호를 전달할 수 있다. 펄스 송신부(700)에서 송신된 펄스 신호는 케이블(130)를 지나 초음파 프로브(200)의 인쇄회로기판(230)에서 수신될 수 있다(S110).

인쇄회로기판(230)에서 수신된 펄스 신호는 스위칭 회로(270)로 전달될 수 있는데, 스위칭 회로(270)는 상술한 바와 같이, ASIC과 같은 집적회로(240)에 위치할 수도 있고, 독립적으로 트랜스듀서 엘리먼트(211)와 연결되도록 위치할 수도 있다.

스위칭 회로(270)에 펄스 신호가 전달되면, 프로세서(400)는 스위칭 회로(270)에 포함된 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어하여 펄스 신호의 파형을 변경할 수 있다(S120). 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호와 동일한 파형의 신호를 송신하기 위한 스위칭 회로(270)의 동작은 도 16에 도시되어 있는데, 도 11에서 설명한 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고(S121), 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되면(S122) 스위칭 회로(270)는 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호와 동일한 파형의 신호(W1)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130). 즉, 펄스 역전 하모닉 영상 기법에서 초음파 프로브(200)가 양성 펄스 신호를 대상체에 송신하기 위하여, 펄스 송신부(700)가 송신하여 인쇄회로기판(230)이 수신한 양성 펄스 신호와 동일한 파형의 신호(W1)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 전달할 수 있다.

스위칭 회로(270)에서 펄스 신호의 파형이 변경되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되면, 초음파 프로브(200)는 대상체에 초음파를 송신할 수 있다(S140). 이때, 인쇄회로기판(230)이 수신한 양성 펄스 신호와 동일한 파형의 신호(W1)가 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되면, 초음파 프로브(200)는 펄스 송신부(700)에서 송신되어 인쇄회로기판(230)에 수신된 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파를 대상체에 송신할 수 있다(S123).

인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호의 반전된 파형의 신호를 송신하기 위한 스위칭 회로(270)의 동작은 도 17에 도시되어 있는데, 도 12에서 설명한 바와 같이, 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고(S124), 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되면(S125) 스위칭 회로(270)는 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호의 반전된 파형의 신호(W2)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130). 펄스 역전 하모닉 영상 기법에서는 양성 펄스 신호 및 이와 대칭되는 음성 펄스 신호를 동시에 연속적으로 대상체에 송신해야 한다. 따라서, 초음파 프로브(200)가 음성 펄스 신호를 대상체에 송신하기 위하여, 스위칭 회로(270)의 스위칭 동작이 행해지면 펄스 송신부(700)가 송신하여 인쇄회로기판(230)이 수신한 양성 펄스 신호의 반전된 파형의 신호(W2)가 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 전달할 수 있다.

스위칭 회로(270)에서 펄스 신호의 파형이 변경되어 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되면, 초음파 프로브(200)는 대상체에 초음파를 송신할 수 있다(S140). 이때, 인쇄회로기판(230)이 수신한 양성 펄스 신호의 반전된 파형의 신호(W2)가 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달되면, 초음파 프로브(200)는 펄스 송신부(700)에서 송신되어 인쇄회로기판(230)에 수신된 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파를 대상체에 송신할 수 있다(S126).

인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된 파형의 신호를 송신하기 위한 스위칭 회로(270)의 동작은 도 18a 내지 도 18e에 도시되어 있는데, 이러한 동작은 도 13a 내지 도 13e에서 설명한 바와 같다.

도 18a를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고(S127s), 제 2스위칭 소자(290)도 접지 단자(292)에 연결되면(S128a) 스위칭 회로(270)는 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된(S129a) 파형의 신호(W3)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130).

도 18b를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 미리 정해진 단자(283)에 연결되고(S127b), 제 2스위칭 소자(290)도 미리 정해진 단자(293)에 연결되면(S128b) 스위칭 회로(270)의 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된(S129b) 파형의 신호(W3)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130).

도 18c를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 미리 정해진 단자(283)에 연결되고(S127c), 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결되면(S128c) 스위칭 회로(270)의 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된(S129c) 파형의 신호(W3)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130).

도 18d를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고(S127d), 제 2스위칭 소자(290)는 미리 정해진 단자(293)에 연결되면(S128d) 스위칭 회로(270)의 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된(S129d) 파형의 신호(W3)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130).

도 18e를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고(S127e), 제 2스위칭 소자(290)도 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되면(S128e) 스위칭 회로(270)의 인쇄회로기판(230)이 수신한 펄스 신호가 제거된(S129e) 파형의 신호(W3)를 트랜스듀서 엘리먼트(211)로 전달할 수 있다(S130).

이와 같이 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 제어하여 펄스 신호를 차단 함으로써 펄스 신호 송신에 사용되는 트랜스듀서 엘리먼트만 선택적으로 사용할 수 있고, 이상 신호 발생시에 신호를 차단하여 사용자로부터 분리시킴으로써 사용자 안정성을 개선할 수 있다. 즉, 펄스 신호 송신에 사용되지 않는 트랜스듀서 엘리먼트는 접지 상태가 되도록 제어함으로써 초음파 영상의 해상도를 개선시킬 수 있다. 나아가, 펄스 신호 송신에 있어 펄스 신호 송신 후 트랜스듀서 엘리먼트를 안정시킴으로써 동시모드 이미지를 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 대상체로 송신된 초음파는 다시 초음파 프로브(200)로 돌아오며 초음파 프로브(200)로 돌아온 초음파 신호는 초음파 영상 장치(100) 본체의 초음파 수신부(800)로 전달되어(S150) 프로세서(400)의 제어에 따라 영상 처리되고, 디스플레이부(160)에 표시될 수 있다.

순서도에는 도시하지 않았으나, 펄스 송신부(700)에서 송신되어 인쇄회로기판(230)에 전달된 신호는 도 13a 내지 도 13e에 도시된 바와 같이, 스위칭 회로(270)의 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결되면 그 시점에서 펄스 신호가 차단되어 초음파 가 송신되지 않을 수 있다.

또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(211) 각각에 연결되어 있는 복수의 스위칭 회로(270)를 제어 하여, 초음파를 송수신하지 않는 트랜스듀서 엘리먼트(211)에 연결된 스위칭 회로(270)가 포함하는 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)는 각각 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293)에 연결되도록 제어할 수 있다.

도 19a 내지 도 22는 일 실시예에 따라 스위칭 회로가 수신한 펄스 신호와 동일한 파형, 반전된 파형 및 펄스 신호가 제거된 신호를 송신하는 타이밍이 변경될 수 있는 실시예들은 도시한 개념도이다.

제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결되면, 해당 시점에 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 이렇게 펄스 신호를 제거 함으로써 위에서 상술한 펄스 신호의 늘어짐 또는 출럼임을 제거하고, 대상체에 대한 안정성을 개선할 수 있으며 트랜스듀서 엘리먼트(211)도 안정화 시킬 수 있고, 펄스 신호 송신에 사용하고자 하는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 선택적으로 사용할 수 있다.

제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)를 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결하는 타이밍은 임의로 선택할 수 있으며, 연결하는 시점에 따라서 펄스 신호가 제거된 신호(W3)가 출력되는 시점이 달라질 수 있다.

즉, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(281, 291), 접지 단자(282, 292) 및 미리 정해진 단자(283, 293) 중 어느 하나에 연결되는 시점은 임의로 선택될 수 있으며, 나아가 연결된 상태의 지속 시간도 임의로 정해질 수 있다.

도 19a를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 양성 펄스 신호(W1)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)를 출력하다가, 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 펄스 신호가 제거된 신호(W3)는 도 13a에서 설명한 스위칭 이외에도 도 13b 내지 도 13e에서 설명한 스위칭을 통해서도 출력될 수 있다.

일정 시간이 경과한 후, 제 1스위칭 소자(280)는 다시 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다.

도 19b를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 음성 펄스 신호(W2)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)를 출력하다가, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 펄스 신호가 제거된 신호(W3)는 도 13a에서 설명한 스위칭 이외에도 도 13b 내지 도 13e에서 설명한 스위칭을 통해서도 출력될 수 있다.

일정 시간이 경과한 후, 제 2스위칭 소자(290)는 다시 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다.

상술한 방법의 스위칭을 통해서 펄스 신호를 제거 함으로써 펄스 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)을 방지할 수 있다. 펄스 신호의 늘어짐(P1) 또는 출렁임(P2)을 제거하는 경우 초음파 영상의 해상도가 증가할 수 있다.

도 20a를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다. 펄스 신호가 제거된 신호(W3)는 도 13a에서 설명한 스위칭 이외에도 도 13b 내지 도 13e에서 설명한 스위칭을 통해서도 출력될 수 있다.

일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 펄스 신호가 제거된 신호(W3)를 출력하다가, 제 1스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다.

일정 시간이 경과한 후, 제 1스위칭 소자(280)는 다시 접지 단자(282)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다.

도 20b를 참고하면, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다. 즉, 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(282, 292)에 연결되는 특정 시점에서 펄스 신호가 0으로 전달될 수 있다. 펄스 신호가 제거된 신호(W3)는 도 13a에서 설명한 스위칭 이외에도 도 13b 내지 도 13e에서 설명한 스위칭을 통해서도 출력될 수 있다.

일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 펄스 신호가 제거된 신호(W3)를 출력하다가, 제 2스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 양성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다.

일정 시간이 경과한 후, 제 2스위칭 소자(280)는 다시 접지 단자(292)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수 있다.

즉, 상술한 방법의 스위칭을 통해 펄스 신호의 잔류 전압 또는 잔류 전류를 제거함으로써 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 안정화시킬 수 있고, 동시모드 이미지를 개선할 수 있다.

도 21을 참고하면, 제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 양성 펄스 신호(W1)는 트랜스듀서 엘리먼트(211)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

일정 시간이 경과한 후, 제 2스위칭 소자(290)는 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있고, 연결되는 시점부터 일정 시간 동안 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다.

상술한 방식의 스위칭 제어를 통해서 펄스 신호 송수신에 사용되지 않는 트랜스듀서 엘리먼트는 접지 상태가 되도록 제어함으로써 초음파 영상의 해상도를 개선시킬 수 있다.

도 22를 참고하면, 도 19a에서의 스위칭이 일정 주기를 가지고 반복적으로 수행되어, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수도 있고, 펄스 신호가 제거된 신호(W3)로 출력될 수도 있다.

즉, 도 19a 내지 도 22에서 설명한 바와 같이, 스위칭 회로(270)에 포함된 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 스위칭을 통해서 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)의 파형을 조정할 수 있고, 파형을 조정하는 타이밍도 조정할 수 있다. 상술한 스위칭 방법을 통해 대상체에 대한 안정성을 개선할 수 있다. 즉, 초음파 영상 장치(100)에서 전달되어 오는 초음파 신호 또는 펄스 신호에 있어서, 이상 신호가 발생하여 제어가 불가능한 경우에 이러한 신호가 사람을 포함하는 대상체에 도달하면 위험할 수 있으므로, 신호를 차단하는 것이 필요하다. 따라서, 상술한 바와 같은 이상 신호가 모니터링 되는 경우, 상술한 방법의 스위칭을 통해 이상 신호를 차단할 수 있다.

도 23a 내지 도 24b는 일 실시예에 따라 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 각각의 스위칭을 통해 초음파 펄스 신호를 송수신 하는 것을 도시한 개념도이다.

초음파 프로브(200)를 이용한 초음파 진단 방식에는 PW(Pulsed Wave) 방식과 CW(Continuous Wave) 방식이 있다.

PW 방식은 트랜스듀서의 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트가 동일 소자이며, 초음파 진단상에서 위치정보를 활용하여 대상체의 특정 부위의 흐름을 측정할 수 있다. 또한, PW 방식은 저속의 혈류속도 측정에 주로 활용되며 최대 검출 가능 유속은 대략 1m/s이다.

한편, CW 방식은 트랜스듀서의 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트가 별도의 소자로 마련되어 있으며, 초음파 진단상에서 위치정보 없이 초음파 신호상의 모든 정보를 얻을 수 있다.

즉, 초음파 시스템은 적어도 하나의 송신 엘리먼트 및 적어도 하나의 수신 엘리먼트를 포함하는 초음파 프로브(200)를 이용하여, 대상체에 초음파 신호를 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 디지털 신호를 형성할 수 있다. 초음파 시스템은 디지털 신호를 신호 처리하여 도플러 신호를 추출하고, 추출된 도플러 신호를 이용하여 CW(continous wave) 도플러 영상을 형성할 수 있다.

또한, CW 방식은 고속의 이상 흐름의 속도를 측정하는데 주로 활용되며 최대 검출 가능 유속은 대략 7m/s 이다.

도 23a를 참고하면, CW 방식의 초음파 신호 송신에 있어서, 도 11에서 상술한 바와 같은 스위칭을 통해 초음파 펄스 신호를 송신할 수 있다. 즉, CW 방식에서 송신 엘리먼트(211a)를 통해 초음파 펄스 신호가 송신되기 위해서 제 1스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결될 수 있다.

제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 양성 펄스 신호(W1)는 송신 엘리먼트(211a)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

도 23b를 참고하면, CW 방식의 초음파 신호 송신에 있어서, 상술한 바와 같이 스위칭을 통해 대상체로부터 돌아오는 초음파 펄스 신호를 수신할 수 있다. 즉, CW 방식에서 수신 엘리먼트(211b)를 통해 대상체로부터 돌아오는 초음파 펄스 신호가 수신되기 위해서 제 1스위칭 소자(280)는 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 접지 단자(292)에 연결될 수 있다.

제 1스위칭 소자(280)가 펄스 신호 수신 단자(281)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 접지 단자(292)에 연결되는 경우, 대상체로부터 돌아오는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)를 통과하여 동일한 파형의 양성 펄스 신호(W1)로서 인쇄회로기판(230)에 전달될 수 있다. 즉, 대상체로부터 돌아오는 양성 펄스 신호(W1)는 수신 엘리먼트(211b)를 통해 인쇄회로기판(230)에 전달될 수 있다.

도 24a를 참고하면, CW 방식의 초음파 신호 송신에 있어서, 도 12에서 상술한 바와 같은 스위칭을 통해 초음파 펄스 신호를 송신할 수 있다. 즉, CW 방식에서 송신 엘리먼트(211a)를 통해 초음파 펄스 신호가 송신되기 위해서 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있다.

제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되는 경우, 스위칭 회로(270)를 통과하는 양성 펄스 신호(W1)는 스위칭 회로(270)가 수신한 것과 대칭이면서 반전된 파형의 음성 펄스 신호(W2)로 출력될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(270)를 통과한 음성 펄스 신호(W2)는 송신 엘리먼트(211a)를 통해 대상체에 전달될 수 있다.

도 24b를 참고하면, CW 방식의 초음파 신호 송신에 있어서, 상술한 바와 같이 스위칭을 통해 대상체로부터 돌아오는 초음파 펄스 신호를 수신할 수 있다. 즉, CW 방식에서 수신 엘리먼트(211b)를 통해 대상체로부터 돌아오는 초음파 펄스 신호가 수신되기 위해서 제 1스위칭 소자(280)는 접지 단자(282)에 연결될 수 있고, 제 2스위칭 소자(290)는 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결될 수 있다.

제 1스위칭 소자(280)가 접지 단자(282)에 연결되고 제 2스위칭 소자(290)가 펄스 신호 수신 단자(291)에 연결되는 경우, 대상체로부터 돌아오는 음성 펄스 신호(W2)는 스위칭 회로(270)를 통과하여 반전된 파형의 양성 펄스 신호(W1)로서 인쇄회로기판(230)에 전달될 수 있다. 즉, 대상체로부터 돌아오는 음성 펄스 신호(W2)는 수신 엘리먼트(211b)를 통해 인쇄회로기판(230)에 전달될 수 있다.

도 23a 내지 도 24b에서 설명한 스위칭 회로(270)의 스위칭 이외에도 제 1스위칭 소자(280) 및 제 2스위칭 소자(290)의 스위칭 방식은 다양한 실시예가 있을 수 있으며, 스위칭 방식의 구체적인 실시예는 도 11 내지 도 13e에서 상술한 것과 동일하다. 즉, 스위칭 회로(270)의 다양한 스위칭 실시예에 따라 송신 엘리먼트(211a)를 통과하여 대상체에 전달되는 펄스 신호의 파형이 변경될 수 있고, 수신 엘리먼트(211b)가 수신하여 인쇄회로기판(230)으로 전달되는 펄스 신호의 파형도 변경될 수 있다.

CW 방식의 초음파 신호 송수신에 있어서, 상술한 바와 같은 도 13a 내지 도 13e와 같은 스위칭을 통해 초음파 영상의 화질을 개선할 수 있다.

즉, 송신 엘리먼트(211a) 및 수신 엘리먼트(211b) 중에서 초음파 펄스 신호의 송수신에 사용되지 않는 엘리먼트들과 연결된 스위칭 회로(270)의 스위칭을 통해 초음파 펄스 신호의 간섭 형상을 제거할 수 있다.

CW 방식의 경우에는 초음파 펄스 신호의 송신 및 수신이 연속적으로 수행되는 방식으로서, 송신 엘리먼트(211a)와 수신 엘리먼트(211b)가 별도로 마련된다. 따라서, 송신 엘리먼트(211a)를 통해 연속적으로 초음파 펄스 신호를 송신하게 되면 사용되지 않는 엘리먼트가 간섭을 일으켜서 초음파 영상의 화질이 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 초음파 펄스 신호의 송신에 사용되지 않는 송신 엘리먼트에 대한 스위칭 회로(270)의 스위칭 동작을 도 13a 내지 도 13e와 같이 제어함으로써 초음파 영상의 화질을 개선할 수 있다.

추가적으로, CW 방식의 경우에는 송신 엘리먼트(211a)와 수신 엘리먼트(211b)가 별도로 마련되어 있으며, 초음파 펄스 신호의 송신과 수신이 연속적으로 수행되므로 수신된 초음파 신호의 주파수 차이를 검출하여 대상체의 혈류 정보를 측정할 수 있다. 이 때, 혈류 정보를 관측함에 있어서 관측 부위에 대한 송수신 포커싱 동작이 수행되는데, CW 방식에서 송수신 포커싱 지연의 최대값은 초음파 송신 신호의 1주기에 해당한다.

따라서, 예를 들어 송수신 포커싱 지연의 최대값이 480nsec(1주기)라고 가정할 경우, 초음파 영상 장치 시스템에서 480n 만큼의 정보가 포함되어 있어야 하며, 그 때의 해상도(resolution)가 16nsec인 경우 최대로 표현될 수 있는 경우의 수는 30가지이다.

그러나, 도 11 내지 도 12의 스위칭을 할 경우에는 최대 지연값이 240nsec이어도 16nsec과 동일한 해상도를 표현할 수 있는 경우의 수가 15가지가 될 수 있다.

이는 초음파 펄스 신호의 위상이 반전될 수 있기 때문에 최대 송수신 지연값이 1/2 주기만 있어도 되기 때문이다. 이와 반대로 해상도를 표현할 수 있는 경우의 수를 30개로 유지하면서 도 11 내지 도 12의 방법을 이용하면 해상도가 8nsec으로 더 향상될 수 있다.

초음파 펄스 신호 수신의 경우도 송신의 경우와 마찬가지로 동일한 지연 경우의 수에 있어서 해상도가 2배로 좋아지고 반대로 최대 지연값을 동일하게 하는 경우 지연의 경우의 수가 2배 줄어들 수 있다.

이러한 CW 방식의 초음파 신호 송수신 방식에서도, 초음파 프로브에 설치된 스위칭 소자의 제어를 통해 초음파 프로브가 송수신하는 펄스 신호를 반전시킴으로써, 비대칭 반전 신호의 인가에 인한 잔류 신호 발생을 제거하여 영상의 해상도를 개선할 수 있다. 또한, 스위칭 소자를 제어하여 펄스 신호를 차단 함으로써 펄스 신호 송수신에 사용되는 트랜스듀서 엘리먼트만 선택적으로 사용할 수 있고, 이상 신호 발생시에 신호를 차단함으로써 사용자 안정성을 개선할 수 있다. 또한, 펄스 신호 송수신에 사용되지 않는 트랜스듀서 엘리먼트는 접지 상태가 되도록 제어함으로써 초음파 영상의 해상도를 개선시킬 수 있다. 나아가, 펄스 신호 송신에 있어 펄스 신호 송신 후 트랜스듀서 엘리먼트를 안정시킴으로써 동시모드 이미지를 개선할 수 있다.

이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 바람직한 실시예들을 중심으로 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 대해 설명 하였다. 초음파 프로브, 이를 포함하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법의 예는 이에 한정되는 것이 아니며 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 초음파 영상 장치
200 : 초음파 프로브
210 : 트랜스듀서 어레이
211 : 트랜스듀서 엘리먼트
230 : 인쇄회로기판
240 : 집적회로
270 : 스위칭 회로
280 : 제 1스위칭 소자
281 : 펄스 신호 수신 단자
282 : 접지 단자
290 : 제 2스위칭 소자
291 : 펄스 신호 수신 단자
292 : 접지 단자
400 : 프로세서
700 : 펄스 송신부
800 : 초음파 수신부

Claims

초음파를 송수신하는 트랜스듀서 어레이;
상기 트랜스듀서 어레이와 전기적으로 연결되어 초음파 영상 장치 본체로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 어레이로 전달하는 인쇄회로기판; 및
상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 어레이로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로;를 포함하는 초음파 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 스위칭 회로는,
제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자를 포함하고,
상기 제 1스위칭 소자는 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제 2스위칭 소자는 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되는 초음파 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이는,
복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고,
상기 스위칭 회로는,
상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로를 포함하는 초음파 프로브.
제 3항에 있어서,
상기 트랜스듀서 엘리먼트는,
상기 제 1스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결되고 상기 제 2 스위칭 소자가 상기 접지 단자에 연결되면 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파를 송신하는 초음파 프로브.
제 3항에 있어서,
상기 트랜스듀서 엘리먼트는,
상기 제 1스위칭 소자가 상기 접지 단자에 연결되고 상기 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결되면 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파를 송신하는 초음파 프로브.
제 3항에 있어서,
상기 트랜스듀서 엘리먼트는,
상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되면 초음파를 송신하지 않는 초음파 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로 중에서 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결된 스위칭 회로는, 상기 인쇄회로기판에서 수신한 펄스 신호가 상기 트랜스듀서 엘리먼트로 전달되는 것을 차단하도록 동작하는 초음파 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 제 1스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되고 상기 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되도록 제어하는 제어보드;를 더 포함하는 초음파 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판은,
상기 트랜스듀서 어레이로부터 수신한 펄스 신호를 상기 초음파 영상 장치 본체로 전달하는 초음파 프로브.
펄스 신호를 발생시켜 초음파 프로브로 전달하는 펄스 송신부;
트랜스듀서 어레이와 전기적으로 연결되어 상기 펄스 송신부로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 어레이로 전달하는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 어레이로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 포함하는 초음파 프로브; 및
상기 펄스 송신부에서 발생되어 상기 인쇄회로기판에 전달된 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로를 제어하는 프로세서;를 포함하는 초음파 영상 장치.
제 10항에 있어서,
상기 초음파 프로브는,
제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자로 구현되는 스위칭 회로를 포함하고,
상기 제 1스위칭 소자는 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제 2스위칭 소자는 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되는 초음파 영상 장치.
제 11항에 있어서,
상기 트랜스듀서 어레이는,
복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고,
상기 스위칭 회로는,
상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트에 각각 대응하는 복수의 스위칭 회로를 포함하는 초음파 영상 장치.
제 12항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 제어하는 초음파 영상 장치.
제 12항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 제어하는 초음파 영상 장치.
제 12항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제 1스위칭 소자 및 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 초음파가 송신되지 않도록 제어하는 초음파 영상 장치.
제 15항에 있어서,
상기 복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로 중에서 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결된 스위칭 회로는, 상기 인쇄회로기판에서 수신한 펄스 신호가 상기 트랜스듀서 엘리먼트로 전달되는 것을 차단하도록 동작하는 초음파 영상 장치.
제 10항에 있어서,
상기 인쇄회로기판은,
상기 트랜스듀서 어레이로부터 수신한 펄스 신호를 상기 초음파 영상 장치 본체로 전달하는 초음파 영상 장치.
제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자로 구현되는 스위칭 회로가 마련된 초음파 프로브를 포함하는 초음파 영상 장치 제어 방법에 있어서,
펄스 신호를 초음파 프로브로 전달하고;
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은,
상기 제 1스위칭 소자를 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하고, 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 상기 펄스 신호의 파형을 변경하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은,
상기 제 1스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호와 동일한 파형의 초음파가 송신되도록 하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은,
상기 제 1스위칭 소자를 상기 접지 단자에 연결하고 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자에 연결하여 상기 인쇄회로기판이 수신하는 펄스 신호의 반전된 파형의 초음파가 송신되도록 하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은,
상기 제 1스위칭 소자 및 상기 제 2스위칭 소자를 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결하여 초음파가 송신되지 않도록 하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 초음파 프로브에서 수신한 펄스 신호의 파형을 변경하는 것은,
복수의 트랜스듀서 엘리먼트 각각에 대응하는 복수의 스위칭 회로 중에서 상기 제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자가 상기 펄스 신호 수신 단자, 상기 접지 단자 및 상기 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결된 스위칭 회로는, 상기 인쇄회로기판에서 수신한 펄스 신호가 상기 트랜스듀서 엘리먼트로 전달되는 것을 차단하도록 하는 초음파 영상 장치 제어 방법.
초음파를 송신하는 트랜스듀서 송신 엘리먼트;
초음파를 수신하는 트랜스듀서 수신 엘리먼트;
상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트 및 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트와 전기적으로 연결되어 초음파 영상 장치 본체로부터 수신한 펄스 신호를 상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트로 전달하고, 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트로부터 수신한 펄스 신호를 상기 초음파 영상 장치 본체로 전달하는 인쇄회로기판; 및
상기 인쇄회로기판이 수신하여 상기 트랜스듀서 송신 엘리먼트로 전달되는 펄스 신호의 파형 및 상기 트랜스듀서 수신 엘리먼트가 수신하여 상기 인쇄회로기판으로 전달되는 펄스 신호의 파형을 변경하는 스위칭 회로;를 포함하는 초음파 프로브.
제 24항에 있어서,
상기 스위칭 회로는,
제 1스위칭 소자 및 제 2스위칭 소자를 포함하고,
상기 제 1스위칭 소자는 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제 2스위칭 소자는 상기 펄스 신호 수신 단자, 접지 단자 및 미리 정해진 단자 중 어느 하나에 연결되는 초음파 프로브.