KR20170042936A - 초음파 장치 및 초음파 신호 처리 방법 - Google Patents

초음파 장치 및 초음파 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서, 상기 복수의 트랜스듀서들 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성하고, 상기 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성하는 신호 처리부, 상기 비반전 신호들에 대한 빔포밍(beamforming)을 수행하여 상기 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 상기 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성하는 빔포밍부, 및 상기 제 1 합산 신호 및 상기 제 2 합산 신호를 차등 증폭하는 차등 증폭기를 포함하는, 초음파 장치를 제공한다.

Description

초음파 장치 및 초음파 신호 처리 방법{ULTRASOUND DEVICE AND METHOD FOR ULTRASOUND SIGNAL PROCESSING}
본 발명은 초음파 장치 및 초음파 신호 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빔포밍을 수행하는 초음파 장치 및 초음파 신호 처리에 관한 것이다.
초음파 진단 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성되는 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 에코 신호의 정보를 수신하여 대상체 내부의 부위 (예를들면, 연조직 또는 혈류) 에 대한 적어도 하나의 영상을 얻는다. 특히, 초음파 진단 장치는 대상체 내부의 관찰, 이물질 검출, 및 상해 측정 등 의학적 목적으로 사용된다. 이러한 초음파 진단 장치는 X선을 이용하는 진단 장치에 비하여 안정성이 높고, 실시간으로 영상의 디스플레이가 가능하며, 방사능 피폭이 없어 안전하다는 장점이 있다. 따라서, 초음파 진단 장치는, 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT) 장치, 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI) 장치 등을 포함하는 다른 영상 진단 장치와 함께 널리 이용된다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치는, 2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서, 상기 복수의 트랜스듀서 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성하고, 상기 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성하는 신호 처리부, 상기 비반전 신호들에 대한 빔포밍(beamforming)을 수행하여 상기 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 상기 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성하는 빔포밍부, 상기 제 1 합산 신호 및 상기 제 2 합산 신호를 차등 증폭하는 차등 증폭기를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치에서, 상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들은, 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들과 상이할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 신호 처리부는, 상기 비반전 신호들을 생성하는 제 1 저잡음 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier) 및 상기 반전 신호들을 생성하는 제 2 저잡음 증폭기를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 신호 처리부는, 상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들 중 적어도 하나의 이득(gain)을 조절하는 TGC(Time-Gain-Compensation) 모듈을 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 빔포밍부는, 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 제 1 지연부 및 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 제 2 지연부를 포함하며, 상기 빔포밍부는, 상기 제 1 지연부에 의해 위상이 조절된 비반전 신호들을 합산하여 상기 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 제 2 지연부에 의해 위상이 조절된 반전 신호들을 합산하여 상기 제 2 합산 신호를 생성할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 제 1 지연부는, 상기 비반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하고, 상기 제 2 지연부는, 상기 반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써, 상기 반전 신호들의 위상을 조절할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 제 1 지연부는, 상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 각각에 대응되는 복수의 제 1 캐패시터를 포함하고, 제 2 지연부는 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들 각각에 대응되는 복수의 제 2 캐패시터를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 제 1 지연부는, 상기 비반전 신호들을 샘플링하여 복수의 비반전 신호의 값을 생성하고, 상기 복수의 비반전 신호의 값을 상기 복수의 제 1 캐패시터들에 저장하고, 상기 복수의 제 1 캐패시터들로부터 상기 저장된 복수의 비반전 신호의 값을 획득함으로써, 상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 생성하고, 제 2 지연부는, 상기 반전 신호들을 샘플링하여 복수의 반전 신호의 값을 생성하고, 상기 복수의 반전 신호의 값을 상기 복수의 제 2 캐패시터에 저장하고, 상기 복수의 제 2 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 반전 신호의 값을 획득함으로써, 상기 위상이 조절된 반전 신호들을 생성할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 2D 프로브는 복수의 서브 어레이(sub array)를 포함하고, 상기 복수의 트랜스듀서는, 상기 2D 프로브에 포함된 복수의 서브 어레이 중 하나의 서브 어레이를 구성할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치는 상기 복수의 서브 어레이 각각에 대응하는 차등 증폭 신호들을 획득하고, 상기 차등 증폭 신호들에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 영상 처리부를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 초음파 장치는 상기 복수의 트랜스듀서 중에서 상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 및 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들을 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 초음파 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 초음파 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성하는 단계, 상기 비반전 신호들에 대한 빔포밍(beamforming)을 수행하여 상기 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 상기 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성하는 단계, 및 상기 제 1 합산 신호 및 상기 제 2 합산 신호를 차등 증폭하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 비반전 신호들 및 반전 신호들을 생성하는 단계는, 제 1 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 비반전 신호들을 생성하는 단계 및 제 2 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 반전 신호들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 비반전 신호들 및 반전 신호들을 생성하는 단계는, 상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들 중 적어도 하나의 이득을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 제 1 합산 신호를 생성하는 단계는, 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계 및 상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 합산하여 상기 제 1 합산 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 제 2 합산 신호를 생성하는 단계는, 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계 및 상기 위상이 조절된 반전 신호들을 합산하여 상기 제 2 합산 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는, 상기 비반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계를 포함하고, 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는, 상기 반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써, 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는, 상기 비반전 신호들을 소정의 주기로 샘플링하여 복수의 비반전 신호의 값을 생성하는 단계, 상기 복수의 비반전 신호의 값을 복수의 제 1 캐패시터에 저장하는 단계, 및 상기 복수의 제 1 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 비반전 신호의 값을 획득하여, 상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 생성하는 단계를 포함하고, 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는, 상기 반전 신호들을 소정의 주기로 샘플링하여 복수의 반전 신호의 값을 생성하는 단계, 상기 복수의 반전 신호의 값을 복수의 제 2 캐패시터에 저장하는 단계, 및 상기 복수의 제 2 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 반전 신호의 값을 획득하여, 상기 위상이 조절된 반전 신호들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 2D 프로브를 구성하는 복수의 서브 어레이 각각에 대응하는 차등 증폭 신호들을 획득하는 단계 및 상기 차등 증폭 신호들에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 상기 복수의 트랜스듀서 중에서 상기 제 1 그룹의 트랜스듀서들 및 상기 제 2 그룹의 트랜스듀서들을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 2D 프로브 및 서브 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제 1 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 제 1 신호 처리 방법에 따른 비반전 신호들의 위상을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제 2 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 제 2 신호 처리 방법에 따른 비반전 신호들 및 반전 신호들의 위상을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 트랜스듀서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9a 및 도 9b는 제 3 신호 처리 방법에 따른 비반전 신호들 및 반전 신호들의 위상을 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 초음파 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 여러가지 신호 처리 방법들의 파라미터를 비교하기 위한 표이다.
도 13은 일 실시예에 따른 초음파 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 무선 프로브의 구성을 나타내는 블록도이다.
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 "초음파 영상"이란 초음파를 이용하여 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, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 대상체는 팬텀(phantom)일 수도 있으며, 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사하고 생물의 부피와 아주 근사한 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 팬텀은, 인체와 유사한 특성을 갖는 구형 팬텀일 수 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.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예 들을 상세히 설명한다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 2D 프로브 및 서브 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
초음파 장치는, 초음파 신호를 대상체에 조사하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 프로브(probe)를 포함할 수 있고, 프로브는 복수의 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 이때, 프로브는 1D 프로브, 2D 프로브(100), 3D 프로브 중 하나일 수 있으나, 이하에서는, 초음파 장치가 2D 프로브(100)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 2D 프로브(100)는 2D 매트릭스 형태의 복수의 트랜스듀서를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 2D 프로브(100)를 구성하는 트랜스듀서들의 수는 초음파 장치에 따라 달라질 수 있다.
1D 프로브에 비해 2D 프로브(100)를 구성하는 트랜스듀서의 수가 수십 배 이상 늘어날 수 있다. 이때, 2D 프로브(100)의 트랜스듀서들과 초음파 장치의 내부 시스템을 연결하는 케이블 및 관련 모듈의 수도 증가하여 전체적으로 빔포밍하기 어렵기 때문에, 초음파 장치는 2D 프로브(100)를 복수의 서브 어레이(sub-array)(110)로 분할할 수 있다. 이때, 복수의 서브 어레이(110) 중 하나의 서브 어레이(120)는, 복수의 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 서브 어레이(120)를 구성하는 트랜스듀서들의 수는 초음파 장치에 따라 달라질 수 있다.
도 1에 도시된 복수의 서브 어레이(110)은, 2D 프로브(100)을 구성하는 서브 어레이들 중 일부를 나타낸다. 또한, 2D 프로브(100)를 구성하는 각각의 서브 어레이는 기설정된 수의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 서브 어레이(120)는 n 개의 트랜스듀서들(120-1 내지 120-n)을 포함할 수 있다.
초음파 장치는, 각 서브 어레이별로 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다.
빔포밍(beamforming)은, 복수의 트랜스듀서를 이용하여 초음파 신호들을 송신하고 수신할 때, 초음파 신호들을 중첩(superposition)시켜서 초음파 신호의 세기를 강하게 하는 과정이다. 반사된 초음파 신호는 감쇠되어 신호의 세기가 매우 약하기 때문에, 반사된 초음파 신호를 기초로 초음파 영상을 생성하기 어렵다. 따라서, 초음파 장치는, 반사된 초음파 신호에 대한 빔포밍을 수행하여 신호의 세기를 증폭시킬 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상, 빔포밍 결과 출력되는 신호를 빔포밍 신호로 정의한다.
2D 프로브(100)을 포함하는 초음파 장치는, 복수의 서브 어레이(110) 각각에 대한 빔포밍을 수행할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상, 복수의 서브 어레이(110) 각각에 대한 빔포밍을 마이크로 빔포밍이라 표현한다. 또한, 마이크로 빔포밍 결과 출력되는 신호를 마이크로 빔포밍 신호로 정의한다.
초음파 신호들이 트랜스듀서들로부터 대상체에 조사되었다가 반사되어 돌아오는데 걸리는 시간은 각각 상이하다. 따라서, 복수의 트랜스듀서로부터 수신된 초음파 신호들을 바로 중첩시키면, 수신된 신호들의 서로 위상이 상이하기 때문에 증폭된 신호를 획득할 수 없다. 이에 따라, 초음파 장치는, 초음파 신호들의 위상을 조절하고, 위상이 조절된 신호들을 증폭시킬 필요가 있다.
초음파 장치는, 복수의 서브 어레이(110) 각각에 대한 마이크로 빔포밍을 수행하여 마이크로 빔포밍 신호를 획득하고, 복수의 서브 어레이(110)에 대한 마이크로 빔포밍 신호들에 기초하여 다시 빔포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 초음파 장치는, 트랜스듀서들과 초음파 장치의 내부 시스템을 연결하는 케이블 및 관련 모듈의 수를 줄일 수 있다.
이하에서 도 2 내지 도 3c를 참조하여, 하나의 서브 어레이에 대한 빔포밍을 수행하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 제 1 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는, 하나의 서브 어레이(120)를 구성하는 트랜스듀서의 수가 n개인 경우를 예로 들어 설명한다.
일 실시예에 의하면, 초음파 장치는, 복수의 트랜스듀서(120-1 내지 120-n)로부터 수신된 초음파 에코 신호들에 기초하여 비반전 신호들(230)을 생성할 수 있다. 초음파 장치는, 비반전 신호들(230)을 생성할 때, 초음파 에코 신호들을 증폭시킬 수 있다. 이때, 초음파 장치는 초음파 에코 신호들을 증폭시키기 위해 저잡음 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier)들(220-1)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 초음파 장치는, TGC(Time-Gain Compensation) 모듈들(220-2)을 사용하여 초음파 에코 신호들 중 적어도 하나의 이득을 조절할 수 있다.
초음파 신호는 전파되면서 감쇠(attenuation)된다. 이때, 대상체 표면으로부터 먼 거리에 있는 조직에서 반사된 초음파 에코 신호는, 대상체 표면의 인근 조직에서 반사된 초음파 에코 신호보다 더 많이 감쇠될 수 있고, 2D 프로브(100)에 도착하는데 걸리는 시간이 더 길다. 따라서, 초음파 장치는 시간에 따른 감쇠 차이를 보상해주기 위해 TGC 모듈들(220-2)을 사용할 수 있다.
이때, 저잡음 증폭기들(220-1) 및 TGC 모듈들(220-2)은 하나의 하드웨어 모듈(220)로 구현될 수 있으며, 또는 분리되어 구현될 수 있다.
또한, 초음파 장치는, 저잡음 증폭기들(220-1) 및 TGC 모듈들(220-2)을 통해 생성된 비반전 신호들(230)의 위상을 조절할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 장치는, 비반전 신호들(230)의 위상을 조절하기 위해, 샘플 앤드 홀드(Sample and Hold) 회로들(240)을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 비반전 신호들(230)의 위상을 조절하는 방법에 대한 구체적인 설명은 이하에서 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명하기로 한다.
초음파 장치는, 위상이 조절된 비반전 신호들(231-1 내지 231-n)을 더하여 합산 신호(250)를 생성할 수 있다. 이때, 합산 신호(250)는, 하나의 서브 어레이(120)에 대한 빔포밍 신호일 수 있다.
도 3a는 제 1 신호 처리 방법에 따른 샘플 앤드 홀드 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 샘플 앤드 홀드 회로(300)는 복수의 스위치 및 캐패시터를 이용하여 구현될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 초음파 장치는, 비반전 신호들(230)을 소정의 시간 간격으로 샘플링하여 복수의 신호의 값을 획득하고, 복수의 신호의 값을 복수의 캐패시터에 저장할 수 있다. 이때, 단위시간당 샘플링 수는 초음파 장치에 따라 달라질 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에서는 8번 샘플링하는 경우를 예로 들어 설명한다.
샘플링(sampling)은, 소정의 시간 간격으로, 시간에서 연속적인 신호의 값을 획득하는 과정을 의미할 수 있다. 예를 들어, 초음파 장치는, 도 3a에 도시된 클럭 신호(311)에 따라, Δt 간격으로 해당 시점에서의 신호의 값을 획득할 수 있다. 이하에서는, 편의상, 신호를 샘플링하는 횟수를 샘플링 수로 표현한다.
도 3a에 도시된 회로(300)는, 하나의 비반전 신호(230-1)에 대응되는 샘플 앤드 홀드 회로를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 초음파 장치는, 비반전 신호(230-1)를 소정의 시간 간격으로 샘플링하여, 캐패시터 C1 내지 C8에 저장할 수 있다. 이때, 초음파 장치는, Ф1 내지 Ф8에 대응되는 클럭 신호(311)에 따라 비반전 신호(230-1)를 샘플링하여, 복수의 캐패시터(예컨대, C1 내지 C8)에 저장할 수 있다.
예를 들어, Ф1이 HIGH일 때, 비반전 신호(230-1)와 캐패시터 C1을 연결하는 스위치가 닫히고, 샘플링된 비반전 신호(230-1)의 제 1 값이 캐패시터 C1에 저장될 수 있다. 또한, Δt 후에 Ф2가 HIGH가 되면, 비반전 신호(230-1)와 캐패시터 C2를 연결하는 스위치가 닫히고, 샘플링된 비반전 신호(230-1)의 제 2 값이 캐패시터 C2에 저장될 수 있다.
또한, 초음파 장치는, Ф1d 내지 Ф8d에 대응되는 클럭 신호(312)에 따라 캐패시터들(예컨대, C1 내지 C8)로부터 저장된 비반전 신호(230-1)의 값들을 획득할 수 있다.
예를 들어, 제 1 시점에 샘플링된 비반전 신호(230-1)의 값이 캐패시터 C1에 저장된 후 소정의 지연 시간이 경과하면, Ф1d 클럭 신호는 “HIGH”가 된다. 그러면, 캐패시터 C1과 회로(300)의 출력단을 연결하는 스위치가 닫히고, 초음파 장치는 캐패시터 C1에 저장된 비반전 신호(230-1)의 제 1 값를 획득할 수 있다. 초음파 장치가 획득한 비반전 신호의 값들은 샘플링된 값들이고, 초음파 장치는 획득한 비반전 신호의 값들에 기초하여 위상이 조절된 비반전 신호(231-1)를 생성할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 단위시간당 샘플링 수가 8인 경우, 초음파 장치는, 위상이 조절된 비반전 신호(231-1)를 획득하기 위해, 8개의 캐패시터(예컨대, C1 내지 C8)가 필요할 수 있다.
도 3b는 개시된 실시예에 따른 비반전 신호를 샘플링하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b를 참조하면, 단위시간당 샘플링 수가 8인 경우, 초음파 장치는 t1 내지 t8에 해당하는 시점에 비반전 신호(230-1)의 값을 샘플링할 수 있다. 예를 들어, t2 시점에 샘플링하는 경우, 영역(321)에 도시된 바와 같이, t2 시점에 해당하는 비반전 신호(230-1)의 제 2 값이 샘플링되어, 샘플링된 제 2 값이 캐패시터 C2에 저장될 수 있다. 그리고, 소정의 지연 시간 후에, 초음파 장치는 캐패시터 C2로부터 저장된 제 2 값을 획득할 수 있다. 이때, 클럭 신호에 따라 스위치(switch)가 온/오프(ON/OFF)되기 때문에, 스위칭 노이즈(switching noise)가 발생할 수 있다.
도 3c는 일 실시예에 따른 스위칭 노이즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 3c에 도시된 신호(231-1)는 위상이 조절된 비반전 신호일 수 있다.
전술한 바와 같이, 초음파 장치가 캐패시터들로부터 저장된 비반전 신호들을 획득할 때, 클럭 신호에 따라 스위치가 온/오프되기 때문에, 위상이 조절된 비반전 신호(231-1)는 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 초음파 장치가 캐패시터들(예컨대, C1 내지 C8)로부터 저장된 신호 값들을 획득할 때 8번의 스위칭이 발생할 수 있고, 위상이 조절된 비반전 신호(231-1)는 스위칭 노이즈(예컨대, 331, 332)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 위상이 조절된 비반전 신호들(예컨대, 231-1 내지 231-n)을 합산한 신호(250) 또한 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 3c를 참조하여 설명한 제 1 신호 처리 방법은, 전술한 바와 같이 위상이 조절된 비반전 신호가 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다는 문제가 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 5c를 참조하여, 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 제 2 신호 처리 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 제 2 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 저잡음 증폭기(401-1), TGC 모듈(401-2), 및 샘플 앤드 홀드 회로(421) 각각은 도 2에 도시된 저잡음 증폭기(220-1), TGC 모듈(220-2), 및 샘플 앤드 홀드 회로(240)에 대응될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
초음파 장치는, 저잡음 증폭기 및 TGC 모듈(401)을 이용하여, 복수의 트랜스듀서(120-1 내지 120-n)로부터 수신된 신호들에 기초하여 반전 신호들 및 비반전 신호들을 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 초음파 장치는, 저잡음 증폭기 및 TGC 모듈(401)을 이용하여 트랜스듀서(120-1)로부터 수신된 신호의 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)를 생성할 수 있다. 여기서, 반전 신호(412)는, 비반전 신호(411)와 위상이 180도 차이 나는 신호일 수 있다.
초음파 장치는, 샘플 앤드 홀드 모듈들(421)을 이용하여, 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)의 위상을 조절할 수 있다.
초음파 장치는, 하나의 서브 어레이(120)를 구성하는 n개의 트랜스듀서들(예컨대, 120-1 내지 120-n) 각각에 대하여 위상이 조절된 비반전 신호(예컨대, 431-1 내지 431-n) 및 위상이 조절된 반전 신호(예컨대, 432-1 내지 432-n)를 생성할 수 있다. 그 후에, 초음파 장치는, 위상이 조절된 비반전 신호들(431-1 내지 431-n)을 합산하여 비반전 합산 신호(441)를 생성할 수 있고, 위상이 조절된 반전 신호들(432-1 내지 432-n)을 합산하여 반전 합산 신호(442)를 생성할 수 있다.
초음파 장치는, 비반전 합산 신호(441)와 반전 합산 신호(442)를 차등 증폭하여, 하나의 서브 어레이에 대한 빔포밍 신호(450)를 생성할 수 있다.
여기서, 비반전 합산 신호(441)와 반전 합산 신호(442)를 차등 증폭한다는 것은, 비반전 합산 신호(441)에서 반전 합산 신호(442)를 빼는 것, 비반전 합산 신호(441)에서 반전 합산 신호(442)를 뺀 신호를 증폭하는 것 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 비반전 합산 신호(441) 및 반전 합산 신호(442) 각각은 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다. 또한, 위상이 조절된 비반전 신호들(431-1 내지 431-n) 및 위상이 조절된 반전 신호들(432-1 내지 432-n)은, 동일한 클럭 신호에 기초하여 생성되므로, 동일한 시점에 스위칭 노이즈가 발생할 수 있다. 따라서, 초음파 장치는, 비반전 합산 신호(441) 및 반전 합산 신호(442)를 차등 증폭함으로써, 스위칭 노이즈를 제거할 수 있다.
도 5a는 제 2 신호 처리 방법에 따른 샘플 앤드 홀드 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a에 도시된 회로(500)는, 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)에 대응되는 샘플 앤드 홀드 회로를 나타낸다. 이때, 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)는, 도 4에 도시된 트랜스듀서(120-1)로부터 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 생성된 신호들일 수 있다. 또한, 도시된 회로(500)는, 단위시간당 샘플링 수가 8인 경우를 나타낸다. 샘플 앤드 홀드 회로(500)에 대한 구체적인 내용은 도 3a를 참조하여 자세하게 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
초음파 장치는, 도 5a에 도시된 동일한 클럭 신호(510)에 따라 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)의 위상을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 5a를 참조하면, 초음파 장치는 Ф1 내지 Ф8 클럭 신호(511)에 기초하여 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)를 소정의 시간 간격으로 샘플링하여 캐패시터들(예컨대, C1A 내지 C8A, C1B 내지 C8B)에 저장할 수 있다. 이때, 샘플링된 비반전 신호(411)의 값들은 캐패시터 C1A 내지 C8A에 저장될 수 있고, 샘플링된 반전 신호(412)의 값들은 캐패시터 C1B 내지 C8B에 저장될 수 있다.
또한, 초음파 장치는 Ф1d 내지 Ф8d에 대응되는 클럭 신호(512)에 기초하여 캐패시터들(C1A 내지 C8A, C1B 내지 C8B)로부터 저장된 비반전 신호의 값들 및 반전 신호의 값들을 획득할 수 있다.
초음파 장치는, 동일한 클럭 신호에 따라, 비반전 신호 및 반전 신호 각각을 샘플링하여 캐패시터들(C1A 내지 C8A, C1B 내지 C8B)에 저장하고, 캐패시터들(C1A 내지 C8A, C1B 내지 C8B)로부터 저장된 신호들을 획득할 수 있다. 따라서, 위상이 조절된 비반전 신호 및 위상이 조절된 반전 신호는, 동일한 시점에서 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다.
도 5b는 일 실시예에 따른 비반전 신호 및 반전 신호를 샘플링 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
초음파 장치는, 하나의 서브 어레이(120)를 구성하는 트랜스듀서들(120-1 내지 120-n) 각각에 대하여 비반전 신호 및 반전 신호를 생성할 수 있다. 편의상, 도 5b에서는 하나의 트랜스듀서(120-1)로부터 수신된 신호에 기초하여 생성된 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)를 샘플링하는 과정을 나타낸다.
도 5b를 참조하면, 초음파 장치는, 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)를 구분하여 샘플링할 수 있다. 이때, 비반전 신호(411) 및 반전 신호(412)는, 별개의 샘플 앤드 홀드 회로(421)에 의해 샘플링되지만, 동일한 클럭 신호에 따라 샘플링된다.
도 5c는 일 실시예에 따른 제 2 신호 처리 방법에 따라 스위칭 노이즈를 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 의하면, 초음파 장치가 캐패시터에 저장된 신호들을 소정의 시간만큼 지연시켜 출력할 때, 스위치를 온/오프 하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 스위치가 온/오프되는 시점에 스위칭 노이즈가 발생할 수 있다. 이에 따라, 위상이 조절된 비반전 신호들(431-1 내지 431-n)과 위상이 조절된 반전 신호들(432-1 내지 432-n)은 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다. 또한, 위상이 조절된 비반전 신호들(431-1 내지 431-n)과 위상이 조절된 반전 신호들(432-1 내지 432-n)을 각각 합산한 비반전 합산 신호(441)와 반전 합산 신호(442)도 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 5c를 참조하면, 비반전 합산 신호(441) 및 반전 합산 신호(442) 각각은 제 1 스위칭 노이즈(541)와 제 2 스위칭 노이즈(551)를 포함할 수 있다.
초음파 장치는, 비반전 합산 신호(441)와 반전 합산 신호(442)를 차등 증폭함으로써, 스위칭 노이즈를 제거할 수 있다. 전술한 바와 같이, 비반전 합산 신호(441)와 반전 합산 신호(442)는 동일한 시점에 스위칭 노이즈가 발생하기 때문에, 두 신호(441, 442)를 차등 증폭하면 두 신호(441, 442)에 공통적으로 나타나는 스위칭 노이즈가 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 비반전 합산 신호(441) 에 대응하는 제 1 스위칭 노이즈(541)와 반전 합산 신호(442)에 대응하는 제 2 스위칭 노이즈(551)가 상쇄될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에서 샘플 앤드 홀드 회로를 이용하여 신호의 위상을 조절하는 방법을 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다.
도 4에 도시된 제 2 신호 처리 방법은, 단위시간당 샘플링 수가 n인 경우, 비반전 신호 및 반전 신호 각각을 단위시간당 n번 샘플링 하는 과정이 필요하다. 따라서, 초음파 장치는, 위상이 조절된 비반전 신호 및 반전 신호를 획득하는데 2*n개의 캐패시터가 필요하다.
도 4에 도시된 제 2 신호 처리 방법과 도 2에 도시된 제 1 신호 처리 방법을 비교하면, 제 2 신호 처리 방법은 스위칭 노이즈를 제거할 수 있으나, 제 1 신호 처리 방법은 스위칭 노이즈를 제거할 수 없다. 또한, 제 2 신호 처리 방법은 제 1 신호 처리 방법보다 2배의 캐패시터가 필요하다.
이하에서는 도 6 내지 도 11을 참조하여, 단위시간당 샘플링 수만큼의 캐패시터들을 이용하여 스위칭 노이즈를 제거할 수 있는 제 3 신호 처리 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6에 도시된 흐름도는, 하나의 서브 어레이를 구성하는 복수의 트랜스듀서로부터 수신된 신호들을 처리하는 방법을 나타낸다.
S610 단계에서, 초음파 장치는 2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 초음파 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성할 수 있다.
그리고, S620 단계에서, 초음파 장치는 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 초음파 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성할 수 있다.
여기서, 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들은 2D 프로브에 포함된 복수의 서브 어레이 중 하나의 서브 어레이를 구성할 수 있다.
그리고, 하나의 서브 어레이 내에서 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브 어레이 내에서 홀수열의 트랜스듀서들은 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로 지정되고, 짝수열의 트랜스듀서들은 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로 지정될 수 있다.
제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 및 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들에 대해서는 도 7을 참조하여, 후에 좀 더 살펴보기로 한다.
또한, 초음파 장치는, 제 1 초음파 신호들에 기초한 비반전 신호들을 생성하기 위해 제 1 저잡음 증폭기를 이용할 수 있고, 제 2 초음파 신호들에 기초한 반전 신호를 생성하기 위해 제 2 저잡음 증폭기를 이용할 수 있다. 여기서, 제 1 저잡음 증폭기 및 제 2 저잡음 증폭기의 이득(gain)은 1보다 클 수도 있고, 1일 수도 있다.
또한, 초음파 장치는, TGC 모듈을 이용하여 생성된 비반전 신호들 및 반전 신호들 중 적어도 하나의 이득을 조절할 수 있다.
S630 단계에서, 초음파 장치는 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 초음파 장치는, 비반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 제 1 합산 신호를 생성하고, 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 제 2 합산 신호를 생성할 수 있다.
빔포밍은 신호들의 위상을 조절하는 동작 및 위상이 조절된 신호들을 합산하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 초음파 장치는, 복수의 신호 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써, 위상을 조절할 수 있다. 또한, 초음파 장치는 지연된 신호들을 생성하기 위해 샘플 앤드 홀드 모듈을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 여기서, 샘플 앤드 홀드 회로는 도 2에 도시된 샘플 앤드 회로(240)에 대응될 수 있다.
S640 단계에서, 초음파 장치는 제 1 합산 신호 및 제 2 합산 신호를 차등 증폭할 수 있다.
S630 단계에서 생성된 제 1 합산 신호 및 제 2 합산 신호 각각은, 소정의 시간 간격으로 발생하는 스위칭 때문에 적어도 하나 이상의 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다. 따라서, 초음파 장치는 제 1 합산 신호 및 제 2 합산 신호를 차등 증폭함으로써, 스위칭 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 제 3 신호 처리 방법은, 각 트랜스듀서마다 비반전 신호 또는 반전 신호 중 하나를 생성한다. 따라서, 제 3 신호 처리 방법은, 각 트랜스듀서에 대하여, 비반전 신호 또든 반전 신호의 위상을 조절하기 위해 단위시간당 샘플링 수만큼의 캐패시터들만 필요하다.
도 7은 개시된 실시예에 따른 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 트랜스듀서들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 초음파 장치는, 하나의 서브 어레이(720)를 구성하는 복수의 트랜스듀서(720-1 내지 720-n)를 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1))과 제 2 그룹의 제 2트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n)로 나눌 수 있다.
예를 들어, 초음파 장치는, 트랜스듀서들(720-1 내지 720-n)이 배치된 순서에 따라 짝수와 홀수로 구분하여, 제 1 그룹의 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1))과 제 2 그룹의 트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n)로 나눌 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 의하면, 제 1 그룹의 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1))의 수와 제 2 그룹의 트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n)의 수는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
또한, 일 실시예에 의하면, 초음파 장치는 하나의 서브 어레이(720) 내에서 제 1 그룹의 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1))과 제 2 그룹의 트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n)을 재 지정할 수도 있다.
도 4에 도시된 제 2 신호 처리 방법은, 하나의 서브 어레이를 구성하는 트랜스듀서 각각에 대하여 비반전 신호 및 반전 신호를 생성할 수 있다. 그러나, 도 7에 도시된 제 3 신호 처리 방법은, 하나의 서브 어레이를 구성하는 트랜스듀서들을 두 개의 그룹으로 나누고, 각 트랜스듀서가 속하는 그룹에 따라 비반전 신호 및 반전 신호 중 하나를 생성할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 여기서, 저잡음 증폭기 및 TGC 모듈(801), 샘플 앤드 홀드 회로(820)에 대해서는 앞에서 상세하게 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 초음파 장치는, 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1)) 각각에 대응되는 제 1 저잡음 증폭기(801-1)를 이용하여, 비반전 신호들(811)을 생성할 수 있다. 또한, 초음파 장치는, 생성된 비반전 신호들(811) 중 적어도 하나의 이득을 조절할 수 있다. 여기서, 초음파 장치는, 이득을 조절하는데 TGC 모듈(801-2)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 초음파 장치는, 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n) 각각에 대응되는 제 2 저잡음 증폭기(802-1)를 이용하여, 반전 신호들(812)을 생성할 수 있으며, 반전 신호들(812) 중 적어도 하나의 이득을 조절할 수 있다.
그리고, 초음파 장치는, 생성된 비반전 신호들(811)과 반전 신호들(812)을 구분하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 예를 들어, 초음파 장치는, 비반전 신호들(811)의 위상을 조절하고, 위상이 조절된 비반전 신호들(841)을 합산하여 제 1 합산 신호(851)를 생성할 수 있다. 마찬가지로, 초음파 장치는, 반전 신호들(812)의 위상을 조절하고, 위상이 조절된 반전 신호(842)들을 합산하여 제 2 합산 신호(852)를 생성할 수 있다.
그 후에, 초음파 장치는, 차등 증폭기(850)를 이용하여 제 1 합산 신호(851)와 제 2 합산 신호(852)를 차등 증폭하여, 하나의 서브 어레이(720)에 대한 빔포밍 신호(860)를 획득할 수 있다.
이하에서는, 도 9a 내지 도 9b를 참조하여, 초음파 장치가 위상을 조절하기 위해, 비반전 신호 및 반전 신호를 캐패시터에 저장하거나 캐패시터로부터 불러오는 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
도 9a는 개시된 실시예에 따른 샘플링 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a를 참조하면, 초음파 장치는, 제 1 그룹에 속하는 제 1 트랜스듀서(720-1)로부터 수신된 제 1 초음파 신호에 대한 비반전 신호(811) 및 제 2 그룹에 속하는 제 2 트랜스듀서(720-2)로부터 수신된 제 2 초음파 신호에 대한 반전 신호(812)를 샘플링할 수 있다. 이때, 제 1 초음파 신호는 제 1 트랜스듀서(720-1)를 통해 수신된 에코 신호이고, 제 2 초음파 신호는 제 2 트랜스듀서(720-2)로부터 수신된 에코 신호이므로, 서로 상이할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 단위시간당 샘플링 수가 8인 경우, 비반전 신호(811) 및 반전 신호(812)는 별개의 샘플 앤드 홀드 회로(820, 830)에 의해 샘플링되지만, 동일한 클럭 신호에 따라 샘플링될 수 있다.
예를 들어, 초음파 장치는, 비반전 신호(811)를 샘플링하여 제 1 캐패시터들에 저장할 수 있고, 반전 신호(812)를 샘플링하여 제 2 캐패시터들에 저장할 수 있다. 또한, 초음파 장치는 동일한 클럭 신호에 따라, 제 1 캐패시터들 및 제 2 캐패시터들에 저장된 신호들을 획득할 수 있다.
제 3 신호 처리 방법은, 제 2 신호 처리 방법에 비해 1/2의 캐패시터가 필요할 수 있다.
예를 들어, 제 2 신호 처리 방법에 의하면, 초음파 장치는, 제 1 초음파 신호에 대해서 제 1 비반전 신호와 제 1 반전 신호를 생성하고, 제 2 초음파 신호에 대해서 제 2 비반전 신호와 제 2 반전 신호를 생성한다. 그리고, 초음파 장치는, 제 1 비반전 신호, 제 1 반전 신호, 제 2 비반전 신호, 제 2 반전 신호를 각각 샘플링(단위 시간당 샘플링 수: 8)해서 저장하기 때문에, 총 32개의 캐패시터가 필요하다.
그러나, 제 3 신호 처리 방법에 의하면, 초음파 장치는, 제 1 초음파 신호에 대응하는 제 1 비반전 신호를 생성하고, 제 2 초음파 신호에 대해서 제 2 반전 신호를 생성한 후에 제 1 비반전 신호와 제 2 반전 신호 각각을 샘플링 (단위 시간당 샘플링 수: 8)해서 저장하므로, 총 16개의 캐패시터가 필요하다.
도 9b는 제 3 신호 처리 방법에 따른 스위칭 노이즈를 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 바와 같이, 제 3 신호 처리 방법에 의하면, 제 1 합산 신호(851) 및 제 2 합산 신호(852)는 도 9b에 도시된 바와 같이 제 1 스위칭 노이즈(931) 및 제 2 스위칭 노이즈(932)를 포함할 수 있다. 동일한 클럭 신호에 기초하여 스위치가 온/오프되기 때문에, 제 1 합산 신호(851) 및 제 2 합산 신호(852)는 동일한 시점에 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다. 따라서, 초음파 장치는, 제 1 합산 신호(851) 및 제 2 합산 신호(852)를 차등 증폭하여, 스위칭 노이즈를 제거할 수 있다.
제 1 합산 신호(851) 및 제 2 합산 신호(852)를 차등 증폭하여 획득된 신호(860)는, 하나의 서브 어레이(720)에 대한 빔포밍 신호일 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 제 3 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 신호 처리 과정을 초음파 신호를 이용하여 나타낸다.
초음파 장치는, 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들(720-1, 720-3,…,720-(n-1))로부터 수신된 제 1 신호들에 기초하여 비반전 신호들(1001)을 생성하고, 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들(720-2, 720-4,…,720-n)로부터 수신된 제 2 신호들에 기초하여 반전 신호들(1002)을 생성할 수 있다.
초음파 장치는, 비반전 신호들(1001) 각각에 대응되는 샘플 앤드 홀드 회로들(1010)을 이용하여 위상이 조절된 비반전 신호들(1030)을 생성할 수 있다. 또한, 초음파 장치는, 반전 신호들(1002) 각각에 대응되는 샘플 앤드 홀드 회로들(1020)을 이용하여 위상이 조절된 반전 신호들(1031)을 생성할 수 있다.
그리고, 초음파 장치는, 위상이 조절된 비반전 신호들(1030)을 합산하여 제 1 합산 신호(1040)를 생성하고, 위상이 조절된 반전 신호들(1031)을 합산하여 제 2 합산 신호(1041)를 생성할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이, 제 1 합산 신호(1040) 및 제 2 합산 신호(1041)는, 스위칭 노이즈를 포함할 수 있다.
초음파 장치는, 제 1 합산 신호(1040) 및 제 2 합산 신호(1041)를 차등 증폭하여, 하나의 서브 어레이(720)에 대한 빔포밍 신호(1050)를 획득할 수 있다.
따라서, 초음파 장치는, 각 트랜스듀서가 속하는 그룹에 따라 비반전 신호 또는 반전 신호 중 하나를 생성함으로써, 필요한 캐패시터의 수를 줄일 수 있다. 또한, 초음파 장치는, 제 1 합산 신호(1040)와 제 2 합산 신호(1041)를 차등 증폭함으로써 스위칭 노이즈도 제거할 수 있다.
도 2 내지 도 10을 참조하여, 하나의 서브 어레이에 대한 빔포밍 신호를 획득하는 과정을 설명하였으나, 이하에서는 도 11을 참조하여 초음파 장치가 복수의 서브 어레이에 대응하는 빔포밍 신호들을 이용하여 초음파 영상을 획득하는 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
도 11은 개시된 실시예에 따른 초음파 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 2D 프로브(700)를 포함하는 초음파 장치는, 복수의 서브 어레이(710)를 포함할 수 있다. 따라서, 초음파 장치는 각 서브 어레이에 대한 마이크로 빔포밍을 수행하여, 복수의 서브 어레이(710) 각각에 대응하는 빔포밍 신호들을 획득할 수 있다. 이하에서, 설명의 편의상, 2D 프로브(700)을 구성하는 복수의 서브 어레이(710) 중 3개의 서브 어레이(720, 730, 740)를 기준으로 설명한다.
초음파 장치는, 서브 어레이들(720, 730, 740) 각각에 대한 빔포밍 신호들(751, 752, 753)을 생성할 수 있다.
그리고, 초음파 장치는, 서브 어레이들(720, 730, 740) 각각에 대응하는 빔포밍 신호들(751, 752, 753)에 대한 빔포밍을 수행함으로써, 최종 빔포밍 신호(760)를 획득할 수 있다. 이에 따라, 초음파 장치는, 최종 빔포밍 신호(760)에 기초하여, 초음파 영상(770)을 획득할 수 있다.
도 12는 도 2 내지 도 11에서 설명한 여러가지 신호 처리 방법들의 파라미터를 비교하기 위한 표를 나타낸다. 설명의 편의를 위해, 각 신호 처리 방법마다 단위시간당 샘플링 수가 20인 경우를 예로 들어 비교한다.
하나의 트랜스듀서로부터 수신된 신호에 기초하여 비반전 신호 또는 반전 신호를 생성하기 위해, 도 2에 도시된 제 1 신호 처리 방법 및 도 8에 도시된 제 3 신호 처리 방법은 20개의 캐패시터가 필요하다. 그러나, 도 4에 도시된 제 2 신호 처리 방법은, 하나의 트랜스듀서에 대한 비반전 신호 및 반전 신호를 모두 생성하기 때문에, 40개의 캐패시터가 필요하다.
한편, 제 1 신호 처리 방법은 차등 증폭하는 과정이 없으나, 제 2 신호 처리 방법과 제 3 신호 처리 방법은 두 합산 신호들을 차등 증폭하기 때문에 하나의 차등 증폭기가 필요하다.
전술한 바와 같이, 제 1 신호 처리 방법에 비해 제 2 신호 처리 방법과 제 3 신호 처리 방법 스위칭 노이즈가 제거되기 때문에, SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 상대적으로 높을 수 있다.
또한, 제 1 신호 처리 방법과 제 3 신호 처리 방법이 제 2 신호 처리 방법에 비해 적은 수의 캐패시터를 필요로 하기 때문에, 칩(chip)의 사이즈가 상대적으로 작을 수 있다.
도 13은 개시된 실시예에 따른 초음파 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
초음파 장치(1000)는, 복수의 트랜스듀서(21), 신호 처리부(1121), 빔포밍부(1125), 및 차등 증폭기(1127)를 포함할 수 있다. 그러나, 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 적은 구성요소에 의해 초음파 장치(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 많은 구성요소에 의해서도 초음파 장치(1000)가 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 개시된 실시예에 따른 초음파 장치(1000)는, 프로브(20), 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이(1400), 메모리(1500), 입력 디바이스(1600), 및 제어부(1700)를 더 포함할 수 있으며, 상술한 여러 구성들은 버스(1800)를 통해 서로 연결될 수 있다.
초음파 진단 장치(1000)는 카트형뿐만 아니라 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 초음파 진단 장치의 예로는 팩스 뷰어(PACS, Picture Archiving and Communication System viewer), 스마트 폰(smartphone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
프로브(20)는, 초음파 송수신부(1100)로부터 인가된 구동 신호(driving signal)에 따라 대상체(10)로 초음파 신호를 송출하고, 대상체(10)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 프로브(20)는 복수의 트랜스듀서(21)을 포함하며, 복수의 트랜스듀서(21)은 전달되는 전기적 신호에 따라 진동하며 음향 에너지인 초음파를 발생시킨다. 또한, 프로브(20)는 초음파 진단 장치(1000)의 본체와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 초음파 진단 장치(1000)는 구현 형태에 따라 복수의 프로브(20)를 구비할 수 있다.
또한, 프로브(20)는, 초음파 장치(1000)에 따라 2D 프로브(100, 700)를 포함할 수 있다. 이때, 초음파 장치(1000)는, 2D 프로브(100, 700)를 구성하는 복수의 트랜스듀서(21)를 포함할 수 있다.
송신부(1110)는 프로브(20)에 구동 신호를 공급하며, 펄스 생성부(1112), 송신 지연부(1114), 및 펄서(1116)를 포함한다. 펄스 생성부(1112)는 소정의 펄스 반복 주파수(PRF, Pulse Repetition Frequency)에 따른 송신 초음파를 형성하기 위한 펄스(pulse)를 생성하며, 송신 지연부(1114)는 송신 지향성(transmission directionality)을 결정하기 위한 지연 시간(delay time)을 펄스에 적용한다. 지연 시간이 적용된 각각의 펄스는, 프로브(20)에 포함된 복수의 압전 진동자(piezoelectric vibrators)에 각각 대응된다. 펄서(1116)는, 지연 시간이 적용된 각각의 펄스에 대응하는 타이밍(timing)으로, 프로브(20)에 구동 신호(또는, 구동 펄스(driving pulse))를 인가한다.
수신부(1120)는 프로브(20)로부터 수신되는 에코 신호를 처리하여 초음파 데이터를 생성하며, 증폭기(1122), ADC(아날로그 디지털 컨버터, Analog Digital converter)(1124), 수신 지연부(1126), 및 합산부(1128)를 포함할 수 있다. 증폭기(1122)는 에코 신호를 각 채널(channel) 마다 증폭하며, ADC(1124)는 증폭된 에코 신호를 아날로그-디지털 변환한다.
증폭기(1122)는, 도 13에 도시된 신호 처리부(1121)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 증폭기(1122)는 저잡음 증폭기 및 TGC 모듈을 포함하여, 비반전 신호 또는 반전 신호를 생성할 수 있다.
수신 지연부(1126)는 수신 지향성(reception directionality)을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 에코 신호에 적용하고, 합산부(1128)는 수신 지연부(1166)에 의해 처리된 에코 신호를 합산함으로써 초음파 데이터를 생성한다.
수신 지연부(1126)는, 도 13에 도시된 빔포밍부(1125)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 프로브(2)가 2D프로브(100, 700)인 경우, 빔포밍부(1125)는, 서브 어레이들 각각에 대응하는 마이크로 빔포밍부(micro-beam former)를 포함할 수 있다.
빔포밍부(1125)는, 비반전 신호들의 위상을 조절하는 제 1 지연부 및 반전 신호들의 위상을 조절하는 제 2 지연부를 포함할 수 있다.
또한, 빔포밍부(1125)는, 제 1 지연부에 의해 위상이 조절된 비반전 신호들을 합산하여 제 1 합산 신호를 생성하고, 제 2 지연부에 의해 위상이 조절된 반전 신호들을 합산하여 제 2 합산 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제 1 지연부 및 제 2 지연부는, 위상이 조절된 신호들을 획득하기 위해, 샘플 앤드 홀드 회로를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 1 지연부는 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 각각에 대응되는 제 1 캐패시터들을 포함할 수 있고, 제 2 지연부는 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들 각각에 대응되는 제 2 캐패시터들을 포함할 수 있다.
또한, 합산부(1128)는, 도 13에 도시된 차등 증폭기(1127)를 포함할 수 있다. 초음파 장치(1000)는, 차등 증폭기(1127)를 사용하여 제 1 합산 신호 및 제 2 합산 신호를 차등 증폭할 수 있다.
한편, 수신부(1120)는 그 구현 형태에 따라 증폭기(1122)를 포함하지 않을 수도 있다. 즉, 프로브(20)의 감도가 향상되거나 ADC(1124)의 처리 비트(bit) 수가 향상되는 경우, 증폭기(1122)는 생략될 수도 있다.
영상 처리부(1200)는 초음파 송수신부(1100)에서 생성된 초음파 데이터에 대한 주사 변환(scan conversion) 과정을 통해 초음파 영상을 생성한다. 한편, 초음파 영상은 A 모드(amplitude mode), 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 영상일 수도 있다. 도플러 영상은, 혈액의 흐름을 나타내는 혈류 도플러 영상 (또는, 컬러 도플러 영상으로도 불림), 조직의 움직임을 나타내는 티슈 도플러 영상, 또는 대상체의 이동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럴 도플러 영상일 수 있다.
또한, 초음파 장치(1000)가 2D 프로브를 포함하는 경우, 영상 처리부(1200)는, 복수의 서브 어레이 각각에 대응하는 빔포밍 신호에 기초하여, 초음파 영상을 생성할 수 있다.
데이터 처리부(1210)에 포함되는 B 모드 처리부(1212)는, 초음파 데이터로부터 B 모드 성분을 추출하여 처리한다. 영상 생성부(1220)는, B 모드 처리부(1212)에 의해 추출된 B 모드 성분에 기초하여 신호의 강도가 휘도(brightness)로 표현되는 초음파 영상을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 데이터 처리부(1210)에 포함되는 도플러 처리부(1214)는, 초음파 데이터로부터 도플러 성분을 추출하고, 영상 생성부(1220)는 추출된 도플러 성분에 기초하여 대상체의 움직임을 컬러 또는 파형으로 표현하는 도플러 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 의한 영상 생성부(1220)는, 볼륨 데이터에 대한 볼륨 렌더링 과정을 거쳐 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있으며, 압력에 따른 대상체(10)의 변형 정도를 영상화한 탄성 영상을 생성할 수도 있다. 나아가, 영상 생성부(1220)는 초음파 영상 상에 여러 가지 부가 정보를 텍스트, 그래픽으로 표현할 수도 있다. 한편, 생성된 초음파 영상은 메모리(1500)에 저장될 수 있다.
디스플레이부(1400)는 생성된 초음파 영상을 표시 출력한다. 디스플레이부(1400)는, 초음파 영상뿐 아니라 초음파 진단 장치(1000)에서 처리되는 다양한 정보를 GUI(Graphical User Interface)를 통해 화면 상에 표시 출력할 수 있다. 한편, 초음파 진단 장치(1000)는 구현 형태에 따라 둘 이상의 디스플레이부(1400)를 포함할 수 있다.
통신부(1300)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 외부 디바이스나 서버와 통신한다. 통신부(1300)는 의료 영상 정보 시스템(PACS)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 통신부(1300)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
통신부(1300)는 네트워크(30)를 통해 대상체(10)의 초음파 영상, 초음파 데이터, 도플러 데이터 등 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT 장치, MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 장치에서 촬영한 의료 영상 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(1300)는 서버로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등에 관한 정보를 수신하여 대상체(10)의 진단에 활용할 수도 있다. 나아가, 통신부(1300)는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
통신부(1300)는 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 서버(32), 의료 장치(34), 또는 휴대용 단말(36)과 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부(1300)는 외부 디바이스와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(1310), 유선 통신 모듈(1320), 및 이동 통신 모듈(1330)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(1310)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(1320)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 일 실시 예에 의한 유선 통신 기술에는 트위스티드 페어 케이블(twisted pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 있을 수 있다.
이동 통신 모듈(1330)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 데이터일 수 있다.
메모리(1500)는 초음파 진단 장치(1000)에서 처리되는 여러 가지 정보를 저장한다. 예를 들어, 메모리(1500)는 입/출력되는 초음파 데이터, 초음파 영상 등 대상체의 진단에 관련된 의료 데이터를 저장할 수 있고, 초음파 진단 장치(1000) 내에서 수행되는 알고리즘이나 프로그램을 저장할 수도 있다.
메모리(1500)는 플래시 메모리, 하드디스크, EEPROM 등 여러 가지 종류의 저장매체로 구현될 수 있다. 또한, 초음파 진단 장치(1000)는 웹 상에서 메모리(1500)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.
입력 디바이스(1600)는, 사용자로부터 초음파 진단 장치(1000)를 제어하기 위한 데이터를 입력받는 수단을 의미한다. 입력 디바이스(1600)의 예로는 키 패드, 마우스, 터치 패드, 터치 스크린, 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 등 다양한 입력 수단을 더 포함할 수 있다.
제어부(1700)는 초음파 진단 장치(1000)의 동작을 전반적으로 제어한다. 즉, 제어부(1700)는 도 14에 도시된 프로브(20), 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이부(1400), 메모리(1500), 및 입력 디바이스(1600) 간의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(1700)는, 복수의 트랜스듀서(21) 중에서 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 및 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들을 결정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1700)는, 하나의 서브 어레이 내에서 홀수열의 트랜스듀서들을 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로 지정하고, 짝수열의 트랜스듀서들을 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로 지정할 수 있다. 또한, 제어부(1700)는, 홀수행의 트랜스듀서들을 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로 지정하고, 짝수행의 트랜스듀서들을 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로 지정할 수 있다. 또한, 제어부(1700)는, 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들이 서로 교차하도록 지정할 수 있다. 그러나, 전술한 예에 한정되지 않는다.
또한, 제어부(1700)는, 하나의 서브 어레이 내에서 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들과 제 2 그룹의 제 2 트래늣듀서들을 재 지정할 수 도 있다.
프로브(20), 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이부(1400), 메모리(1500), 입력 디바이스(1600) 및 제어부(1700) 중 일부 또는 전부는 소프트웨어 모듈에 의해 동작할 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 상술한 구성 중 일부가 하드웨어에 의해 동작할 수도 있다. 또한, 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 및 통신부(1300) 중 적어도 일부는 제어부(1600)에 포함될 수 있으나, 이러한 구현 형태에 제한되지는 않는다.
도 15는 본 발명의 일 실시예와 관련된 무선 프로브(2000)의 구성을 도시한 블록도이다. 무선 프로브(2000)는, 도 14에서 설명한 바와 같이 복수의 트랜스듀서를 포함하며, 구현 형태에 따라 도 14의 초음파 송수신부(100)의 구성을 일부 또는 전부 포함할 수 있다.
도 15에 도시된 실시 예에 의한 무선 프로브(2000)는, 송신부(2100), 트랜스듀서(2200), 및 수신부(2300)를 포함하며, 각각의 구성에 대해서는 1에서 설명한 바 있으므로 자세한 설명은 생략한다. 한편, 무선 프로브(2000)는 그 구현 형태에 따라 수신 지연부(2330)와 합산부(2340)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
무선 프로브(2000)는, 대상체(10)로 초음파 신호를 송신하고 에코 신호를 수신하며, 초음파 데이터를 생성하여 도 14의 초음파 진단 장치(1000)로 무선 전송할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 신호 처리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
본원 발명의 실시예 들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서;
    상기 복수의 트랜스듀서 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성하고, 상기 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성하는 신호 처리부;
    상기 비반전 신호들에 대한 빔포밍(beamforming)을 수행하여 상기 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 상기 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성하는 빔포밍부; 및
    상기 제 1 합산 신호 및 상기 제 2 합산 신호를 차등 증폭하는 차등 증폭기;
    를 포함하는, 초음파 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들은, 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들과 상이한, 초음파 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 비반전 신호들을 생성하는 제 1 저잡음 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier) 및 상기 반전 신호들을 생성하는 제 2 저잡음 증폭기를 포함하는, 초음파 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들 중 적어도 하나의 이득(gain)을 조절하는 TGC(Time-Gain-Compensation) 모듈을 더 포함하는, 초음파 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 빔포밍부는,
    상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 제 1 지연부 및 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 제 2 지연부를 포함하며,
    상기 빔포밍부는, 상기 제 1 지연부에 의해 위상이 조절된 비반전 신호들을 합산하여 상기 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 제 2 지연부에 의해 위상이 조절된 반전 신호들을 합산하여 상기 제 2 합산 신호를 생성하는, 초음파 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 지연부는, 상기 비반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하고,
    상기 제 2 지연부는, 상기 반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써, 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는, 초음파 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 지연부는, 상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 각각에 대응되는 복수의 제 1 캐패시터를 포함하고,
    상기 제 2 지연부는 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들 각각에 대응되는 복수의 제 2 캐패시터를 포함하는, 초음파 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 지연부는, 상기 비반전 신호들을 샘플링하여 복수의 비반전 신호의 값을 획득하고, 상기 복수의 비반전 신호의 값을 상기 복수의 제 1 캐패시터에 저장하고, 상기 복수의 제 1 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 비반전 신호의 값을 획득함으로써, 상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 생성하고,
    상기 제 2 지연부는, 상기 반전 신호들을 샘플링하여 복수의 반전 신호의 값을 획득하고, 상기 복수의 반전 신호의 값을 상기 복수의 제 2 캐패시터에 저장하고, 상기 복수의 제 2 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 반전 신호의 값을 획득함으로써, 상기 위상이 조절된 반전 신호들을 생성하는, 초음파 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 2D 프로브는 복수의 서브 어레이(sub array)를 포함하고,
    상기 복수의 트랜스듀서는, 상기 2D 프로브에 포함된 복수의 서브 어레이 중 하나의 서브 어레이를 구성하는, 초음파 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 초음파 장치는,
    상기 복수의 서브 어레이 각각에 대응하는 차등 증폭 신호들을 획득하고, 상기 차등 증폭 신호들에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 영상 처리부를 더 포함하는, 초음파 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 장치는,
    상기 복수의 트랜스듀서 중에서 상기 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들 및 상기 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들을 결정하는 제어부를 더 포함하는, 초음파 장치.
  12. 2D 프로브를 구성하는 복수의 트랜스듀서 중 제 1 그룹의 제 1 트랜스듀서들로부터 수신된 제 1 초음파 신호들에 기초하여 비반전 신호들을 생성하는 단계;
    상기 복수의 트랜스듀서 중 제 2 그룹의 제 2 트랜스듀서들로부터 수신된 제 2 초음파 신호들에 기초하여 반전 신호들을 생성하는 단계;
    상기 비반전 신호들에 대한 빔포밍(beamforming)을 수행하여 상기 비반전 신호들에 대응되는 제 1 합산 신호를 생성하고, 상기 반전 신호들에 대한 빔포밍을 수행하여 상기 반전 신호들에 대응되는 제 2 합산 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제 1 합산 신호 및 상기 제 2 합산 신호를 차등 증폭하는 단계;
    를 포함하는, 신호 처리 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들을 생성하는 단계는,
    제 1 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 비반전 신호들을 생성하는 단계; 및
    제 2 저잡음 증폭기를 이용하여 상기 반전 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, 신호 처리 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들을 생성하는 단계는,
    상기 비반전 신호들 및 상기 반전 신호들 중 적어도 하나의 이득을 조절하는 단계를 더 포함하는, 신호 처리 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 합산 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계; 및
    상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 합산하여 상기 제 1 합산 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 합산 신호를 생성하는 단계는,
    상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계; 및
    상기 위상이 조절된 반전 신호들을 합산하여 상기 제 2 합산 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 신호 처리 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는,
    상기 비반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써 상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는,
    상기 반전 신호들 중 적어도 하나를 소정의 시간만큼 지연시킴으로써, 상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계를 포함하는, 신호 처리 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 비반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는,
    상기 비반전 신호들을 샘플링하여 복수의 비반전 신호의 값을 획득하는 단계;
    상기 복수의 비반전 신호의 값을 복수의 제 1 캐패시터에 저장하는 단계; 및
    상기 복수의 제 1 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 비반전 신호의 값을 획득하여, 상기 위상이 조절된 비반전 신호들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 반전 신호들의 위상을 조절하는 단계는,
    상기 반전 신호들을 샘플링하여 복수의 반전 신호의 값을 획득하는 단계;
    상기 복수의 반전 신호의 값을 복수의 제 2 캐패시터에 저장하는 단계; 및
    상기 복수의 제 2 캐패시터로부터 상기 저장된 복수의 반전 신호의 값을 획득하여, 상기 위상이 조절된 반전 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, 신호 처리 방법.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 신호 처리 방법은,
    2D 프로브를 구성하는 복수의 서브 어레이 각각에 대응하는 차등 증폭 신호들을 획득하는 단계; 및
    상기 차등 증폭 신호들에 기초하여, 초음파 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는, 신호 처리 방법.
  19. 제 12항에 있어서, 상기 신호 처리 방법은,
    상기 복수의 트랜스듀서 중에서 상기 제 1 그룹의 트랜스듀서들 및 상기 제 2 그룹의 트랜스듀서들을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 신호 처리 방법.
  20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 신호 처리 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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