KR20200110960A - 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법은, 대상체의 관심 영역에 유도된 횡파를 관측하기 위해, 복수의 추적 펄스를 미리 설정된 간격에 기초하여 송신하고, 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인들을 설정하고, 멀티 수신 스캔 라인들에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행할 수 있다.

Description

초음파 진단 장치 및 그 제어 방법{ULTRASONIC DIAGNOSTIC APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
개시된 발명은 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
초음파 진단 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 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 비침습적으로 얻는 장치이다.
초음파 진단 장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단 장치 등의 다른 영상 진단 장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시 가능하고, 방사선 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있으므로, 심장, 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단을 위해 널리 이용되고 있다.
한편, 인체 조직은 탄성도(elasticity)를 갖는데, 조직의 탄성도에 기초하여 병변 조직이 검출될 수 있다. 초음파 진단 장치는 조직의 탄성도(elasticity)를 측정하고, 이를 영상화할 수 있다. 즉, 초음파 진단 장치는 횡파(shear wave)의 속도를 추정하여 탄성도를 산출하고, 횡파 탄성 영상을 생성할 수 있다.
그런데 비만 환자를 초음파 진단할 경우, 지방층에 의한 반향(reverberation)이 심하여 탄성도를 정확히 측정하기 어려운 문제가 있다.
개시된 발명은 횡파 관측 성능을 개선하여 반향(reverberation)이 존재하는 상황에서도 탄성도를 정확하게 측정할 수 있는 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
또한, 개시된 발명은 관심 영역(ROI, Region of Interest)이 넓게 설정되는 경우, 횡파 관측을 위한 추적 펄스의 간격을 넓게 설정함으로써 탄성도를 정확하게 측정할 수 있는 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법은, 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하여 횡파(shear wave)를 유도하는 단계, 상기 관심 영역의 위치에 기초하여 복수의 추적 펄스가 송신되는 집속점(focal point)의 위치를 조절하는 단계, 상기 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계, 상기 복수의 추적 펄스에 대응하여 상기 관심 영역으로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하는 단계, 상기 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 관심 영역에 관련된 횡파 속도를 추정하는 단계, 상기 횡파 속도에 기초하여 횡파 탄성 영상을 생성하는 단계 및 디스플레이에 상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법은, 상기 관심 영역을 방사형으로 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계는 상기 방사형의 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 집속점의 위치를 조절하는 단계는 상기 관심 영역의 이동에 대응하여 상기 집속점을 상기 관심 영역 내로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 초음파 에코 신호를 수신하는 단계는 상기 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(sets)을 설정하는 단계를 포함하고, 상기 횡파 속도를 추정하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 횡파 속도를 추정하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 그룹으로 설정하고, 복수의 그룹을 생성하는 단계, 상기 복수의 그룹 각각에 대응하는 복수의 횡파 속도를 추정하는 단계 및 상기 복수의 횡파 속도에 기초하여 최종 횡파 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최종 횡파 속도를 결정하는 단계는 상기 복수의 횡파 속도의 평균값 또는 상기 복수의 횡파 속도 각각에 관한 신뢰성 측정 지표(Reliability Measurement Index, RMI)를 이용한 가중 평균값을 상기 최종 횡파 속도로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 횡파 속도를 추정하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인 중 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계 및 상기 선택한 일부의 수신 스캔 라인들을 따라 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 횡파 속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상기 복수의 추적 펄스 각각에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는 위치 에러(positional error)가 미리 정해진 값보다 작은 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 횡파의 속도를 추정하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하는 단계를 더 포함하고, 상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는 상기 횡파의 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인 및 상기 횡파의 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인 이외의 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 단계는 탄성도, 깊이 및 신뢰성 측정 지표를 표시하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계는 상기 복수의 추적 펄스를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 횡파의 속도를 추정하는 단계는 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하는 단계, 상기 조직의 변위에 기초하여 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하는 단계 및 상기 멀티 수신 스캔 라인 간 거리 및 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간 간 차이에 기초하여 상기 횡파의 속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치는, 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하고, 상기 푸시 펄스에 의해 유도되는 횡파(shear wave)를 관측하기 위한 복수의 추적 펄스를 송신하고, 상기 복수의 추적 펄스에 대응하여 상기 관심 영역으로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신하는 초음파 프로브, 상기 관심 영역의 위치에 기초하여 복수의 추적 펄스가 송신되는 집속점의 위치를 조절하고, 상기 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 관심 영역에 관련된 횡파 속도를 추정하고, 상기 횡파 속도에 기초하여 횡파 탄성 영상을 생성하는 제어부 및 상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 관심 영역을 방사형으로 설정하고, 상기 방사형의 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하도록 상기 초음파 프로브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 관심 영역의 이동에 대응하여 상기 집속점을 상기 관심 영역 내로 이동시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(sets)을 설정하고, 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행할 수 있다.
상기 제어부는 상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 그룹으로 설정하여 복수의 그룹을 생성하고, 상기 복수의 그룹 각각에 대응하는 복수의 횡파 속도를 추정하고, 상기 복수의 횡파 속도에 기초하여 최종 횡파 속도를 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 횡파 속도의 평균값 또는 상기 복수의 횡파 속도 각각에 관한 신뢰성 측정 지표(Reliability Measurement Index, RMI)를 이용한 가중 평균값을 상기 최종 횡파 속도로 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 멀티 수신 스캔 라인 중 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하고, 상기 선택한 일부의 수신 스캔 라인들을 따라 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 횡파 속도를 추정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상기 복수의 추적 펄스 각각에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다.
상기 제어부는 위치 에러(positional error)가 미리 정해진 값보다 작은 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다.
상기 제어부는 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 횡파 도달 시간을 추정하고, 상기 횡파 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인 및 상기 횡파 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인 이외의 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다.
상기 제어부는 탄성도, 깊이 및 신뢰성 측정 지표를 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 추적 펄스를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 송신하도록 상기 초음파 프로브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하고, 상기 조직의 변위에 기초하여 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하고, 상기 수신 스캔 라인 간 거리 및 상기 수신 스캔 라인에 관한 상기 횡파의 도달 시간 간 차이에 기초하여 상기 횡파의 속도를 추정할 수 있다.
개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 추적 펄스의 빔 폭을 좁게 함으로써 횡파 관측 성능을 개선하고, 반향(reverberation)이 발생하는 환경에서도 탄성도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 관심 영역(Region of Interest)이 넓게 설정되는 경우, 횡파 관측을 위한 추적 펄스의 간격을 넓게 설정함으로써 탄성도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 횡파 속도를 추정하는데 사용되는 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행함으로써 횡파 속도를 정확하게 구할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 초음파 송수신을 설명한다.
도 5는 횡파의 속도를 추정하는 방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 6은 푸시 펄스에 의한 횡파의 유도를 도시한다.
도 7은 횡파의 진행을 도시한다.
도 8은 횡파를 검출하는 방법의 일 예를 설명한다.
도 9는 횡파를 검출하는 다른 예로서 추적 펄스의 송신을 도시한다.
도 10은 관측 영역을 넓히기 위해 복수의 추적 펄스를 송신하는 방법을 설명한다.
도 11은 관심 영역에 대응하여 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하는 것을 설명한다.
도 12는 단일 추적 펄스에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인을 설명한다.
도 13은 복수의 추적 펄스 및 멀티 수신 스캔 라인의 세트들의 시퀀스를 도시한다.
도 14는 조직의 변위와 횡파의 도달 시간의 관계를 도시한다.
도 15는 멀티 수신 스캔 라인의 위치 에러를 설명한다.
도 16은 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 횡파 도달 시간의 오차를 설명한다.
도 17은 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 설명한다.
도 18은 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들에 관한 횡파 도달 시간을 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 관한 순서도로서, 수신 스캔 라인들을 그룹화하여 횡파의 속도를 추정하는 방법을 설명한다.
도 20은 파면 그래프를 통해 도 19의 횡파 속도 추정 방법을 설명한다.
도 21은 다른 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 관한 순서도로서, 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하여 횡파의 속도를 추정하는 방법을 설명한다.
도 22 및 도 23은 파면 그래프를 통해 도 21의 횡파 속도 추정 방법을 설명한다.
도 24 및 도 25는 복수의 추적 펄스 사이의 간격을 설명한다.
도 26 및 도 27은 종래기술에 의한 탄성도 측정 결과를 도시한다.
도 28은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 의한 탄성도 측정 결과를 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA(Field-Programmable Gate Array) / ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 회로(circuitry) 및/또는 하드웨어일 수 있다. 또한, 위 용어들은 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
각 단계들에 붙여지는 부호는 각 단계들을 식별하기 위해 사용되는 것으로 이들 부호는 각 단계들 상호 간의 순서를 나타내는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
'대상체'는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 종괴 뿐만 아니라 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 개발 및 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
'초음파 영상' 및 '대상체의 이미지'란 초음파를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 초음파 진단 장치(1)는 초음파 프로브(100) 및 본체(200)를 포함한다. 초음파 프로브(100)는 초음파 신호를 진단하고자 하는 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다. 초음파 프로브(100)는 대상체로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신하여 전기적 신호(이하, 초음파 신호라 함)로 변환한다.
초음파 프로브(100)는 케이블(120)을 통해 초음파 진단 장치(1)의 본체(200)와 연결되고, 본체(200)로부터 초음파 프로브(P)의 제어에 필요한 각종 신호를 입력 받을 수 있다. 또한, 초음파 프로브(100)는 초음파 에코 신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 본체(200)로 전송할 수 있다.
한편, 초음파 프로브(100)는 무선 프로브(wireless probe)로 구현될 수 있고, 프로브(100)와 본체(200) 사이에 형성된 네트워크를 통해 신호를 송수신할 수도 있다. 프로브(100)에 관한 구체적인 설명은 이하 도 3 에서 개시된다.
본체(200)는 PSA보드(Probe Select Assembly, 250), 컨트롤 패널(260) 및 디스플레이(280;280-1, 280-2)를 포함할 수 있다. PSA보드(250)는 초음파 프로브(100)와 연결되는 포트를 포함한다. PSA 보드(250)는 컨트롤 패널(260)을 통해 입력되는 사용자의 명령과 제어부(300)의 제어에 따라 초음파 프로브(100)를 활성화시킬 수 있다. 케이블(120)의 일단은 PSA보드(250)의 포트와 접속 가능한 커넥터(130)를 포함한다.
컨트롤 패널(260)은 사용자로부터 초음파 진단 장치(1)의 작동을 위한 명령을 입력 받는 장치이다. 컨트롤 패널(260)은 프로브(100)에 관한 설정 정보를 입력 받을 수 있고, 본체(200)의 작동과 관련된 각종 제어 명령을 입력 받을 수 있다.
컨트롤 패널(260)은 키보드를 포함할 수 있다. 키보드는 버튼, 스위치, 놉(knop), 터치 패드 및 트랙볼 등을 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤 패널(260)은 제1 디스플레이(270-1)를 포함할 수 있다. 제1 디스플레이(270-1)는 초음파 진단 장치(1)의 작동을 제어하기 위한 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface, GUI)를 표시할 수 있다. 제1 디스플레이(270-1)는 초음파 영상을 최적화하기 위한 메뉴 또는 보조 영상과 같은 관련 정보를 표시할 수 있다.
제1 디스플레이(270-1)는 터치 패널을 포함할 수 있고, 그래픽 유저 인터페이스에 대한 사용자의 터치 입력을 수신할 수 있다. 제1 디스플레이(270-1)는 키보드에 포함된 버튼과 동일한 형상의 그래픽 유저 인터페이스를 표시할 수도 있다. 사용자는 제1 디스플레이(270-1)에 대한 터치 입력을 통해 초음파 진단 장치(1)를 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있다.
제2 디스플레이(270-2)는 초음파 영상을 표시할 수 있다. 초음파 영상은 2차원 초음파 영상 또는 3차원 입체 초음파 영상일 수 있으며, 초음파 진단 장치(1)의 작동 모드에 따라 다양한 초음파 영상이 표시될 수 있다. 또한, 제2 디스플레이(270-2)는 초음파 진단에 필요한 메뉴, 안내 사항, 프로브(100)의 작동 상태에 관한 정보 등을 표시할 수 있다.
제2 디스플레이(270-2)는 기준 초음파 영상에 횡파 탄성 영상을 중첩 또는 정합하여 표시할 수 있다.
제2 디스플레이(270-2) 또한 터치 패널을 포함할 수 있고, 그래픽 유저 인터페이스에 대한 사용자의 터치 입력을 수신할 수 있다. 사용자는 제2 디스플레이(270-2)에 대한 터치 입력을 통해 초음파 진단 장치(1)를 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있다.
디스플레이(270)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등 다양한 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 초음파 프로브(100)는 리니어 어레이 프로브(linear array probe), 커브드 어레이 프로브(curved array probe), 페이즈드 어레이 프로브(Phased array probe), 볼륨 프로브(Volume probe)일 수 있다. 이에 한정되지 않으며, 초음파 프로브(100)는 엔도캐비티 프로브(Endocavity Probe), 컨벡스 프로브(Convex Probe), 매트릭스(Matrix) 프로브 및/또는 3D프로브 등 다양한 프로브를 포함할 수 있다.
초음파 진단 장치(1)의 본체(200)는 빔포머(281, 282), 영상 처리부(290), 제어부(300)을 더 포함할 수 있다.
빔포머는 송신 빔포머(281)와 수신 빔포머(282)로 구분될 수 있다. 초음파 신호를 이용하여 이미지를 얻는데 있어서, 이미지의 해상도를 높이기 위해 빔포밍(Beamforming) 기술이 적용된다. 송신 빔포머(281)는 초음파 프로브(100)에 송신 펄스를 인가할 수 있다. 송신 빔포머(281)는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(element)에 의해 송신될 초음파 신호가 하나의 집속점에 동시에 집속되도록 적절한 시간 지연(time delay)을 적용하고, 송신 빔을 생성할 수 있다. 트랜스듀서 어레이(110)는 대상체 내 목표 부위로 송신 빔을 송신할 수 있다.
또한, 송신 빔포머(281)는 푸시 라인(Push line)을 따라 송신되는 푸시 펄스(Push pulse)를 생성할 수 있다. 푸시 펄스는 대상체의 관심 영역에 조사되어 조직의 변위(displacement)를 유도하고, 횡파(Shear wave)를 유도할 수 있다. 조직의 변위는 후술할 횡파 속도(shear wave velocity)를 측정하는데 이용된다. 푸시 펄스는 집속도가 상대적으로 높은 집속빔일 수 있다.
대상체에 송신된 초음파는 대상체로부터 반사되어 초음파 프로브(100)의 트랜스듀서 어레이(110)에 다시 입사될 수 있다. 반사된 초음파 신호는 초음파 에코 신호로 정의될 수 있다.
수신 빔포머(281)는 초음파 프로브(100)로부터 수신한 초음파 에코 신호를 아날로그/디지털 변환하고, 수신 빔포밍을 수행한다. 수신 빔포머(281)는 집속점으로부터 반사되어 트랜스듀서 엘리먼트로 돌아오는 초음파 에코 신호에 시간 지연을 적용하고 동일한 시간에 합산할 수 있다.
한편, 빔포머(281, 282)는 초음파 프로브(100)에 마련될 수도 있다. 예를 들면, 초음파 프로브(100)가 무선 프로브일 경우, 초음파 프로브(100)는 빔포머(281, 282)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(290)는 초음파 영상의 화질을 개선하기 위해 수신 빔에서 잡음(noise) 성분을 필터링하고, 수신 신호의 세기를 검출하는 포락선 검파 처리를 수행하며, 디지털 초음파 영상 데이터를 생성한다.
영상 처리부(290)는 디지털 초음파 영상 데이터가 디스플레이(270)에 표시될 수 있도록 디지털 초음파 영상 데이터의 주사선을 변환하는 스캔 변환을 수행할 수 있다. 또한, 영상 처리부(290)는 초음파 에코 신호에 영상 처리를 수행하여 A-모드 영상, B-모드 영상, D-모드 영상, E-모드 영상, M-모드 영상, 도플러 영상 및/또는 3D 초음파 영상을 생성할 수 있다. 영상 처리부(290)는 디스플레이(270)를 통해 초음파 영상이 표시될 수 있도록, 초음파 영상 데이터를 RGB 처리하고, 디스플레이 (270)로 전송한다.
또한, 영상 처리부(290)는 초음파 영상 상에 여러 가지 부가 정보를 표시하기 위한 영상 처리를 수행할 수도 있다.
한편, 도 2에서 영상 처리부(290)는 제어부(300)와 별도로 도시되어 있으나, 제어부(300)가 영상 처리부(290)를 포함할 수도 있다.
디스플레이(270)는 초음파 영상 및 초음파 진단 장치(1)에서 처리되는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 디스플레이(270)는 생성된 초음파 영상을 조절할 수 있는 다양한 그래픽 유저 인터페이스를 표시할 수 있다.
제어부(300)는 초음파 진단 장치(1)의 작동 및 초음파 진단 장치(100)의 내부 구성 요소들 사이의 신호 흐름을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 프로세서(310) 및 메모리(320)를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 회로 기판에 프로세서(310) 및 메모리(320)가 설치된 프로세싱 보드(processing board)로 구현될 수 있다. 프로세서(310)와 메모리(320)는 버스(bus)를 통해 연결될 수 있다. 프로세서(310)는 하나 또는 복수 개 마련될 수 있다.
제어부(300)는 다수의 논리 게이트들로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서(Micro-Processor)와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리(320)의 조합으로 구현될 수 있다.
메모리(320)는 초음파 진단 장치(1)의 각 구성의 작동에 필요한 알고리즘 및 데이터를 저장하는 저장매체를 의미한다. 메모리(320)는 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크, 에스램(SRAM), 디램(DRAM), 롬(ROM) 등을 포함할 수 있다. 또한, 메모리(320)는 초음파 진단 장치(1)에 탈착 가능할 수 있다. 메모리(320)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 있고, 이에 한정되지 않는다.
제어부(300)는 PSA보드(250), 컨트롤 패널(260), 디스플레이(270) 및 빔포머(281, 282) 각각과 전기적으로 연결될 수 있고, 프로브(100)와 본체(200)의 각 구성 요소를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어부(300)의 구체적인 동작에 관한 설명은 이하 도 5 내지 도 14에서 개시된다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4는 초음파 송수신을 설명한다.
도 3을 참조하면, 초음파 프로브(100)는 트랜스듀서 어레이(110), 케이블(120), 커넥터(130) 및 프로브 제어부(170)를 포함할 수 있다.
트랜스듀서 어레이(110)는 초음파 프로브(100)의 단부에 마련된다. 트랜스듀서 어레이(110)는 복수의 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(element)의 배열(array)을 포함한다. 트랜스듀서 어레이(110)는 본체(200)의 송신 빔포머(281)에 의해 인가되는 펄스 신호 또는 교류 전류에 의해 진동하면서 초음파를 생성한다. 생성된 초음파는 대상체 내부의 목표 부위로 송신된다.
트랜스듀서 어레이(110)에서 생성된 초음파는 대상체 내부의 복수의 목표 부위에 대한 복수의 초점으로 송신될 수도 있다. 즉, 초음파는 복수의 목표 부위로 멀티 포커싱(multi-focusing)되어 송신될 수도 있다.
트랜스듀서 어레이(110)에 의해 송신된 초음파는 대상체 내부의 목표 부위에서 반사된 초음파 에코 신호가 트랜스듀서 어레이(110)로 돌아온다. 트랜스듀서 어레이(110)는 초음파 에코 신호가 도달하면, 초음파 에코 신호의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하면서, 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력한다. 이에 따라 트랜스듀서 어레이(110)는 초음파 에코 신호를 소정의 전기적 신호로 변환할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 초음파 프로브(100)는 관심 영역에 기준 펄스(511)를 송신하고, 관심 영역으로부터 기준 펄스(511)가 반사된 제1 초음파 에코 신호(513)를 수신할 수 있다. 기준 펄스(511)는 빔 프로파일(Beam profile)을 갖는다. 빔 프로파일의 폭(width)은 조절될 수 있다.
초음파 진단 장치(1)는 제1 초음파 에코 신호(513)에 기초하여 제1 초음파 영상을 생성할 수 있다. 제1 초음파 영상은 횡파 탄성 영상과는 구별되는 것으로서 관심 영역에 힘이 인가되기 전에 조직의 위치를 나타내는 기준 초음파 영상일 수 있다. 제1 초음파 영상은 관심 영역에 대한 B-mode 영상 또는 M-mode 영상일 수 있다.
한편, 초음파 프로브(100)는 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하여 횡파(shear wave)를 유도할 수 있고, 횡파를 관측하기 위한 추적 펄스를 대상체의 관심 영역에 송신하고, 추적 펄스가 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다. 추적 펄스가 반사된 초음파 에코 신호는 제2 초음파 에코 신호로 정의될 수 있다. 초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 제2 초음파 에코 신호에 기초하여 제2 초음파 영상을 생성할 수 있다. 즉, 제2 초음파 에코 신호는 횡파 촬영 영상으로 정의될 수 있다.
트랜스듀어 어레이(110)에 포함된 트랜스듀서 엘리먼트는 선택적으로 활성화될 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트의 선택적인 활성화에 의해, 송신 빔의 폭이 조절될 수 있다. 또한, 복수의 추적 펄스는 미리 설정된 간격으로 송신될 수 있다.
프로브 제어부(170)는 프로세서(171) 및 메모리(172)를 포함할 수 있다. 프로브 제어부(170)의 프로세서(171)는 범용적인 마이크로 프로세서(Micro-Processor)일 수 있고, 메모리(172)는 프로세서(171)가 실행할 수 있는 프로그램을 저장할 수 있다. 프로브 제어부(170)는 본체(200)와 데이터를 송수신하고, 프로브(100)의 작동 전반을 제어한다.
초음파 프로브(100)는 T/R스위치, 빔포머를 더 포함할 수 있다. T/R스위치는 트랜스듀서 어레이(110)가 초음파 신호를 조사하는 동작 또는 반사되는 에코 신호를 수신하는 동작으로 변환을 제어하는 스위치 역할을 한다.
프로브(100)가 포함하는 구성 요소는 도 3 에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 다양한 구성 요소의 조합이 가능하다.
도 5는 횡파의 속도를 추정하는 방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 초음파 프로브(100)는 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하여 횡파(shear wave)를 유도할 수 있다(410). 구체적으로, 초음파 프로브(100)는 대상체에 집속빔(focused beam)을 조사하여, 대상체 내의 조직에 변위(displacement)를 유도할 수 있다. 대상체에 집속빔을 조사하면, 집속빔에 의해 대상체 내의 조직의 축 방향 움직임에 따라 변형이 발생하여, 조직의 변위가 유도된다. 조직의 변위에 의해 횡파가 전파될 수 있다.
이후, 초음파 프로브(100)는 횡파를 관측하기 위한 추적 펄스를 대상체의 관심 영역에 송신하고, 추적 펄스가 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다(420). 추적 펄스가 반사된 초음파 에코 신호는 제2 초음파 에코 신호로 정의될 수 있다. 추적 펄스는 미리 정해진 폭의 빔 프로파일을 가진다. 추적 펄스는 복수의 지점에 순차적으로 복수 회 송신될 수 있다. 이러한 횡파 관측 방식을 인터리빙(interleaving) 방식이라 한다. 이에 대해서는 도 10에서 구체적으로 설명된다.
한편, 제어부(300)는 제2 초음파 에코 신호에 기초하여 제2 초음파 영상을 생성할 수 있다. 즉, 제2 초음파 에코 신호는 횡파 촬영 영상으로 정의될 수 있다.
초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 관심 영역 내의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출할 수 있다(430). 구체적으로, 제어부(300)는 복수의 추적 펄스가 서로 다른 위치에 송신되도록 복수의 송신 스캔 라인을 설정할 수 있고, 복수의 송신 스캔 라인에 대응하는 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제어부(300)는 기준 초음파 영상인 제1 초음파 영상과 횡파 촬영 영상인 제2 초음파 영상에 대한 교차 상관(Cross Correlation)을 수행하여 조직의 변위를 검출할 수 있다.
제어부(300)는 조직의 변위에 기초하여 횡파가 해당 조직에 도달한 시간을 추정할 수 있다(440). 구체적으로, 제어부(300)는 조직의 변위가 최대인 시점을 횡파 도달 시간으로 추정할 수 있다. 제어부(300)는 복수의 샘플링 포인트 각각에 대한 횡파 도달 시간을 추정할 수 있다.
제어부(300)는 복수의 샘플링 포인트 간 거리 및 횡파 도달 시간에 기초하여 횡파 속도를 추정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(300)는 횡파의 진행 방향에 위치하는 두 샘플링 포인트 간의 거리와 두 샘플링 포인트 각각에 관한 횡파 도달 시간을 이용하여 횡파 속도를 산출할 수 있다.
이하, 횡파 속도를 추정하는 방법이 더 구체적으로 설명된다.
도 6은 푸시 펄스에 의한 횡파의 유도를 도시한다. 도 7은 횡파의 진행을 도시한다.
도 6을 참조하면, 초음파 프로브(100)는 초음파 진단 장치(1)의 제어에 의해 푸시 라인을 따라 깊이 방향(Z방향)으로 푸시 펄스(521)를 송신할 수 있다. 푸시 펄스는 관심 영역 내의 집속점(520)에 조사되어 조직의 변위(displacement)를 유도하고, 횡파(530)를 유도할 수 있다. 푸시 펄스는 집속도가 상대적으로 높은 집속빔으로서 빔 프로파일(521a, 521b)의 폭이 좁게 형성될 수 있다.
관심 영역 내의 집속점(520)에 푸시 펄스(521)가 송신되면, 횡파(530)가 유도될 수 있다. 즉, 푸시 펄스(521)에 의해 집속점(520)의 조직에 깊이 방향(Z방향)으로 힘이 가해지면, 집속점(520)의 조직은 깊이 방향(Z방향)으로 움직이게 된다. 조직이 깊이 방향(Z방향)으로 움직인 거리는 변위로 정의될 수 있다. 대상체의 조직은 일정한 탄성도를 가지며, 인접한 조직들은 유기적으로 연결되어 있으므로, 집속점(520)에 위치한 조직의 움직임은 인접한 조직에도 영향을 미친다.
도 7을 참조하면, 집속점(520)에 위치한 조직의 움직임에 의해 인접한 조직의 변위가 유도된다. 횡파(530)는 조직의 변위에 의해 깊이 방향(Z방향)과 수직한 방향인 X방향으로 전파될 수 있다. 횡파(530)는 푸시 펄스(521)의 집속점(520)으로부터 양쪽으로 전파된다. 횡파(530)는 매질의 진동학적 특성에 따라 그 속도가 바뀐다. 따라서 횡파의 속도를 추정하여 조직의 탄성도를 획득할 수 있다.
도 8은 횡파를 검출하는 방법의 일 예를 설명한다. 도 9는 횡파를 검출하는 다른 예로서 추적 펄스의 송신을 도시한다.
도 8을 참조하면, 초음파 프로브(100)는 조직의 변위가 발생하여 횡파(530)가 진행하고 있는 관심 영역(550)에 넓은 빔 프로파일(540a, 540b)를 갖는 추적 펄스(540)를 송신하고, 추적 펄스(540)가 관심 영역(550)으로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다. 초음파 진단 장치(1)는 추적 펄스(540)의 에코 신호에 기초하여 조직의 변위를 검출할 수 있다.
예를 들면, 제어부(300)는 기준 초음파 영상인 제1 초음파 영상과 횡파 촬영 영상인 제2 초음파 영상에 대한 교차 상관(Cross Correlation)을 수행하여 조직의 변위를 검출할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 푸시 펄스(521)가 인가되기 전의 제1 초음파 영상(기준 초음파 영상)과 푸시 펄스(521)가 인가된 후의 제2 초음파 영상(횡파 촬영 영상)을 비교하여 조직이 움직인 정도를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 횡파 촬영 영상을 높은 프레임 레이트(frame rate)로 획득할 수 있고, 연속하는 횡파 촬영 영상 프레임을 비교하여 조직의 변위를 검출할 수도 있다.
그런데 횡파를 이용하여 조직의 탄성도를 측정할 때, 횡파의 진행을 정확히 관측해야 탄성도를 정확히 구할 수 있다. 도 8과 같이, 추적 펄스(540)의 빔 프로파일(540a, 540b)이 넓은 경우, 관측 가능한 영역이 넓어 관심 영역(550)에 대한 균일한 관측이 가능하지만, 관측 성능(예를 들면, SNR, Signal to Noise Ratio)이 떨어진다. 도 8에 도시된 추적 펄스(540)는 넓게 집속된 송신 빔(widely focused Tx beam)으로 정의된다.
또한, 빔 프로파일(540a, 540b)이 넓은 추적 펄스(540)를 이용할 경우, 반향(reverberation)이 존재하는 환경에서 탄성도가 정확하게 측정될 수 없다. 즉, 송신 빔의 폭이 넓으면 왜란이 많이 포함될 수 있기 때문에, 탄성도 측정의 정확도가 떨어질 수 있다.
그러나 도 9에 도시된 바와 같이, 빔 프로파일(560a, 560b)이 좁은 추적 펄스(Tx1)를 이용할 경우, 상당히 높은 SNR을 획득할 수 있다. 도 9에 도시된 추적 펄스(Tx1)는 타이트하게 집속된 송신 빔(tightly focused Tx beam)으로 정의될 수 있다. 좁은 폭의 송신 빔을 이용할 경우 반향이 존재하는 환경에서도 탄성도 측정의 정확도를 높일 수 있다. 다만, 좁은 빔 프로파일(560a, 560b)을 갖는 추적 펄스(Tx1)는 관측 가능한 영역이 좁은 어려운 단점이 있다. 따라서 추적 펄스(Tx1)의 관측 영역을 넓히기 위해, 인터리빙 또는 인테로게이션 방식이 적용된다.
타이트하게 집속된 추적 펄스(Tx1)는 관심 영역 내로 송신된다. 추적 펄스(Tx1)가 송신되는 집속점의 위치는 관심 영역에 기초하여 조절될 수 있다. 즉, 관심 영역의 이동에 대응하여 추적 펄스(Tx1)의 집속점이 관심 영역 내로 이동할 수 있다. 추적 펄스(Tx1) 집속점의 깊이(depth)(Z방향) 및 횡 방향(X방향) 위치 중 적어도 하나가 조절될 수 있다.
타이트하게 집속된 추적 펄스(Tx1)의 빔 프로파일(560a, 560b)은 관심 영역의 폭보다 작게 설정된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 추적 펄스(Tx1)의 집속점에서 X방향으로의 빔 폭은 관심 영역의 폭보다 작게 설정된다.
도 10은 관측 영역을 넓히기 위해 복수의 추적 펄스를 송신하는 방법을 설명한다.
도 10의 왼쪽 그림을 참조하면, 좁은 빔 프로파일(560a, 560b)을 갖는 추적 펄스(Tx1)의 관측 영역을 넓히기 위해, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 관심 영역 내 복수의 지점 및/또는 집속점에 순차적으로 송신될 수 있다. 즉, 하나의 푸시 펄스(520)가 푸시 라인(521)을 따라 송신된 후, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 각각의 송신 스캔 라인을 따라 순차적으로 송신될 수 있다.
복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 관심 영역으로 송신되기 전에, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 관한 집속점의 위치가 관심 영역 내로 조절된다. 또한, 관심 영역의 이동에 대응하여 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 관한 집속점이 관심 영역 내로 이동하도록 각 집속점의 위치가 조절될 수 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 관한 집속점의 위치가 관심 영역의 이동에 대응하여 조절되므로, 횡파 관측의 정확도를 향상시킬 수 있다.
초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각의 에코 신호에 대해 샘플링(sampling)을 수행한다. 또한, 샘플링 레이트를 증가시키기 위한 인터폴레이션(interpolation)이 수행될 수 있다. 샘플링이 시간적으로 인터리빙(interleaving) 되므로, 이러한 횡파 관측 방식을 인터리빙 방식이라 한다.
한편, 인터리빙 횟수가 증가할수록 관측 영역이 넓어지고, 횡파 속도 및 탄성도 추정 시 오차가 줄어들 수 있다. 도 10에는 일 예로서, 4회의 인터리빙이 수행된 것이 도시되어 있다. 즉, 도 10은 4개의 추적 펄스가 송신되는 것을 도시한다.
또한, 도 10의 오른쪽 그림을 참조하면, 복수의 푸시 펄스(520)가 푸시 라인(521)을 따라 순차적으로 송신될 수 있다. 복수의 푸시 펄스(520)는 동일한 집속점에 송신되거나 푸시 라인(521) 상에서 서로 다른 깊이를 갖는 위치에 송신될 수 있다. 또한, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)는 복수의 푸시 펄스(520) 각각에 대응하여 순차적으로 송신될 수 있다. 다시 말해, 초음파 진단 장치(1)는 제1 푸시 펄스를 송신한 후 제1 추적 펄스(Tx1)를 송신하여 횡파를 관측하고, 제2 푸시 펄스를 송신한 후 제2 추적 펄스(Tx2)를 송신하여 횡파를 관측하고, 제3 푸시 펄스를 송신한 후 제3 추적 펄스(Tx3)를 송신하여 횡파를 관측하고, 제4 푸시 펄스를 송신한 후 제4 추적 펄스(Tx4)를 송신하여 횡파를 관측할 수 있다. 이러한 횡파 관측 방식을 인테로게이션(Interrogation) 방식이라 한다.
이와 같이 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 관심 영역 내 복수의 지점에 순차적으로 송신함으로써, 좁은 빔 프로파일을 갖는 추적 펄스를 이용하더라도 관측 가능한 영역을 넓힐 수 있다.
도 11은 관심 영역에 대응하여 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하는 것을 설명한다.
도 11을 참조하면, 초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 관심 영역(550)을 방사형(radial　shape), 부채꼴 형태 또는 사다리꼴 형태로 설정할 수 있다. 제어부(300)는 방사형으로 형성된 관심 영역(550)에 대응하여 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 방사상으로 송신하도록 초음파 프로브(100)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 방사상으로 송신하도록 트랜스듀서 어레이(110)를 제어할 수 있다.
초음파 프로브(100)가 컨벡스 타입인 경우, 트랜스듀서 어레이(110)는 곡면으로 형성될 수 있다. 따라서 컨벡스 타입의 트랜스듀서 어레이(110)의 경우, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 방사상으로 송신될 수 있다. 제어부(300)는 트랜스듀어 어레이(110)에 포함된 트랜스듀서 엘리먼트를 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 송신하기 위해 서로 다른 트랜스듀서 엘리먼트가 활성화될 수 있다.
관심 영역(550)은 다양한 크기 또는 넓이를 갖도록 설정될 수 있다. 사용자는 컨트롤 패널(260)를 이용하여 관심 영역(550)을 설정할 수 있다. 한편, 초음파가 조사되는 깊이가 증가할수록 관심 영역(550)의 크기 또는 넓이가 크게 설정될 수 있다. 제어부(300)는 설정되는 관심 영역(550)에 대응하여 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격을 설정할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 관심 영역(550)에 대응하여 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)의 송신 각도를 설정할 수 있다.
복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격을 설정하는 것에 관해서는 도 24 및 도 25에서 설명된다.
도 12는 단일 추적 펄스에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인을 설명한다.
도 12를 참조하면, 초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 제1 추적 펄스(Tx1)에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4)을 설정할 수 있다. 도 12에서는 4개의 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4)이 도시되어 있다. 일반적으로, 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4) 사이의 거리(d)는 일정하게 설정된다.
제1 추적 펄스(Tx1)는 일정 폭의 빔 프로파일(560a, 560b)를 가지고, 4개의 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4) 위치에 빔을 송신할 수 있다. 초음파 프로브(100)의 트랜스듀서 어레이(110)는 4개의 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4)을 통해 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다. 제어부(300)는 4개의 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4)을 통해 수신된 초음파 에코 신호들을 적절하게 지연하고 합산할 수 있다.
이러한 멀티 수신 스캔 라인을 이용한 빔 포밍은 초음파 영상 획득 시간을 감소시키고, 초음파 영상의 프레임 레이트를 증가시킬 수 있다. 횡파는 조직을 따라 전파되면서 급격히 감쇠되므로, 짧은 시간동안 짧은 거리를 진행하게 된다. 따라서 멀티 수신 스캔 라인을 통해 수신되는 초음파 에코 신호들을 샘플링함으로써 횡파가 용이하게 관측될 수 있다.
한편, 샘플링 포인트를 증가시키기 위해 수신 스캔 라인의 수를 증가시키는 것이 고려될 수 있다. 그러나 단일 추적 펄스에 대응하여 많은 수신 스캔 라인을 설정할 경우, 송신 빔의 폭이 넓어지게 되는 결과를 초래한다. 도 8에서 설명한 바와 같이, 송신 빔의 폭이 넓으면, 왜란이 많이 포함될 수 있기 때문에, SNR(Signal to Noise Ratio)이 감소하고, 탄성도 측정의 정확도가 감소할 수 있다.
도 13은 복수의 추적 펄스 및 멀티 수신 스캔 라인의 세트들의 시퀀스를 도시한다.
도 13을 참조하면, 4개의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 시퀀스가 도시되어 있다. 제어부(300)는 복수의 추적 펄스 각각에 대응하여 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4)을 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 제1 추적 펄스(Tx1)에 대응하여 제1 수신 스캔 라인부터 제4 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4)까지의 제1 세트(B1)를 설정할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 제2 추적 펄스(Tx2)에 대응하여 제5 수신 스캔 라인부터 제8 수신 스캔 라인(Rx2-1, Rx2-2, Rx2-3, Rx2-4)까지의 제2 세트(B2)를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(300)는 제3 추적 펄스(Tx3) 및 제4 추적 펄스(Tx4) 각각에 대응하여 멀티 수신 라인의 제3 세트(B3) 및 제4 세트(B4)를 설정할 수 있다.
제1 추적 펄스(Tx1)에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트(B1)로서 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)을 대표적으로 살펴보면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)은 제1 추적 펄스(Tx1)의 좌측에 배치되고, 제3 수신 스캔 라인(Rx1-3)과 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4)은 제1 추적 펄스(Tx1)의 우측에 배치된다.
일반적으로, 동일한 세트에 포함된 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1, Rx1-2, Rx1-3, Rx1-4) 사이의 거리(d)는 일정하게 설정된다. 또한, 인접한 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 간의 거리(d)도 일정하게 설정된다. 예를 들면, 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4)와 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1) 사이의 거리(d)도 일정하게 설정된다.
초음파 프로브(100)는 깊이 방향(Z방향)의 집속점(520)에 푸시 펄스를 송신하여 횡파(530)을 유도할 수 있다. 횡파(530)가 깊이 방향(Z방향)과 수직한 방향인 X 방향으로 진행하므로, 초음파 프로브(100)는 X방향을 따라 제1 추적 펄스(Tx1) 내지 제4 추적 펄스(Tx4)를 송신할 수 있다. 인터리빙 방식을 이용하여 횡파를 관측할 경우, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)에 의한 송신 빔은 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4)의 위치에 순차적으로 송신된다. 초음파 프로브(100)는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4)을 따라 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다.
횡파(530)는 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4)의 위치에 순차적으로 도달한다. 제어부(300)는 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4)을 따라 수신되는 초음파 에코 신호에 기초하여 수신 스캔 라인의 위치에 대응하는 조직의 변위를 검출할 수 있다. 제어부(300)는 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각에 대해 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(300)는 조직의 변위에 기초하여 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각에 관한 횡파(530)의 도달 시간을 추정할 수 있다. 제어부(300)는 수신 스캔 라인 간 거리 및 수신 스캔 라인에 관한 횡파의 도달 시간 간 차이에 기초하여 횡파의 속도를 추정할 수 있다.
예를 들면, 제어부(300)는 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하고 횡파(530)의 도달 시간을 추정할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(300)는 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하고 횡파(530)의 도달 시간을 추정할 수 있다. 이후, 제어부(300)는 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2) 사이의 거리(d) 및 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2) 각각에 관한 횡파 도달 시간에 기초하여 횡파(530)의 속도를 추정할 수 있다.
한편, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2) 사이의 거리(d)는, 동일한 깊이에 위치하는 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트와 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)의 제2 샘플링 포인트 사이의 거리(d)를 의미할 수 있다.
도 14는 조직의 변위와 횡파의 도달 시간의 관계를 도시한다.
도 14를 참조하면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트에 대응하는 조직의 변위는 시간 t1에서 최대이다. 따라서 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트에 관한 제1 횡파 도달 시간은 t1으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)의 제2 샘플링 포인트에 대응하는 조직의 변위는 시간 t2에서 최대이다. 따라서 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)의 제2 샘플링 포인트에 관한 제2 횡파 도달 시간은 t2로 결정될 수 있다.
도 15는 멀티 수신 스캔 라인의 위치 에러를 설명한다.
도 15를 참조하면, 제1 추적 펄스(Tx1)에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인(제1 수신 스캔 라인(Rx1-1) 내지 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4))의 이상적인 위치와 실제 위치에 차이가 있다.
상술한 바와 같이, 제어부(300)는 제1 추적 펄스(Tx1)를 중심으로 양쪽에 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1) 내지 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4)을 배치하고, 수신 스캔 라인 사이의 거리(d)를 일정하게 설정한다. 그러나 제1 추적 펄스(Tx1)의 빔은 타이트하게 집속되어 있기 때문에, 설정된 멀티 수신 스캔 라인(점선)의 위치와 실제 멀티 수신 스캔 라인(실선)의 위치는 오차를 갖게 된다.
구체적으로, 실제 생성되는 멀티 수신 스캔 라인은 추적 펄스(Tx1)를 중심으로 뭉치게 되는 경향을 보인다. 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)은 설정된 위치보다 우측으로 이동한 위치에 생성된다. 제3 수신 스캔 라인(Rx1-3)과 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4)은 설정된 위치보다 좌측으로 이동한 위치에 생성된다. 따라서 설정된 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2) 사이의 거리(d)와 실제 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2) 사이의 거리(de)에도 오차가 발생한다. 수신 스캔 라인의 위치 오차는 추적 펄스(Tx1)로부터 먼 거리에 위치하는 수신 스캔 라인에서 더 크게 발생한다.
종래기술은 이러한 수신 스캔 라인의 위치 오차를 고려하지 않은 채 멀티 수신 스캔 라인의 샘플링 포인트 전체를 이용하여 횡파의 속도를 추정하였다. 따라서 추정된 횡파의 속도는 오차를 가질 수 밖에 없었다.
도 16은 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 횡파 도달 시간의 오차를 설명한다.
도 16을 참조하면, 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4)에서 측정한 횡파 도달 시간을 나타내는 파면(wave front) 그래프가 도시되어 있다. 도 16은 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 샘플링 포인트들에 횡파가 도달한 시간을 도시한다. 파면 그래프에 도시된 수치는 예시적인 것이므로, 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 타이트하게 집속된 송신 빔을 이용할 경우 수신 스캔 라인의 위치 오차가 발생할 수 있고, 그에 따라 복수의 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4)과 관련된 횡파 도달 시간의 오차도 발생할 수 있다.
도 16에서, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)부터 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)까지의 횡파 도달 시간을 살펴본다. -44mm 깊이에 위치하는 샘플링 포인트들을 보면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트에 관한 제1 횡파 도달 시간은 대략 3.4ms이고, 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)의 제2 샘플링 포인트에 관한 제2 횡파 도달 시간은3.6ms이고, 제3 수신 스캔 라인(Rx1-3)의 제3 샘플링 포인트에 관한 제3 횡파 도달 시간은 3.75ms이고, 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4)의 제4 샘플링 포인트에 관한 제4 횡파 도달 시간은 4.1ms이고, 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)의 제5 샘플링 포인트에 관한 제5 횡파 도달 시간은 4.5ms이다.
또한, 제1 횡파 도달 시간과 제2 횡파 도달 시간의 차이 값인 ta1은 0.2ms이고, 제2 횡파 도달 시간과 제3 횡파 도달 시간의 차이 값인 ta2는 0.15ms이고, 제3 횡파 도달 시간과 제4 횡파 도달 시간의 차이 값인 ta3은 0.35ms이고, 제4 횡파 도달 시간과 제5 횡파 도달 시간의 차이 값인 ta4는 0.4ms로 계산된다. 따라서 수신 스캔 라인의 위치 오차가 발생한 것을 알 수 있다.
횡파 속도를 추정하는 방법에는 다양한 방법이 존재한다. 일 예로서, 횡파의 속도는 제1 샘플링 포인트와 제2 샘플링 포인트 간의 거리 및 제1 횡파 도달 시간과 제2 횡파 도달 시간의 차이 값에 기초하여 추정될 수 있다. 다른 예로서, 평면 방정식 또는 파동 방정식을 이용하여 복수의 샘플링 포인트 각각에 관한 횡파의 속도를 추정하고, 전체 샘플링 포인트에 관한 횡파의 속도를 합산 및 평균하는 방법도 있다.
그러나 모든 스캔 라인과 모든 샘플링 포인트에 관한 값을 반영하는 종래의 횡파 속도 추정 방법들은 수신 스캔 라인의 위치 오차에 따른 횡파 속도의 오차를 극복하기가 어렵다. 따라서 횡파 속도의 추정 결과에 대한 신뢰도가 상당히 낮아진다.
이하, 수신 스캔 라인의 위치 오차를 극복할 수 있는 횡파 속도 추정 방법을 설명한다. 본원발명은 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행함으로써 횡파 속도를 정확하게 구할 수 있다. 신호 처리는 초음파 에코 신호에 대한 처리를 의미할 수 있다.
도 17은 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 설명한다. 도 18은 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들에 관한 횡파 도달 시간을 도시한다.
도 17을 참조하면, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)가 일정한 간격(4d)으로 송신된다고 가정할 때, 복수의 수신 스캔 라인 간의 간격도 일정한 간격(d)으로 설정될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 실제 생성되는 수신 스캔 라인의 위치는 설정된 수신 스캔 라인의 위치와 다를 수 있다. 따라서 실제 생성되는 복수의 수신 스캔 라인 간의 거리(de)는 설정된 복수의 수신 스캔 라인 간의 거리(d)와 다를 수 있다.
그런데 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4) 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들 간의 거리(4d)는 일정할 수 있다. 예를 들면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제5 수신 스캔(Rx2-1) 간의 거리는 4d가 된다. 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제5 수신 스캔(Rx2-1)은 각각 제1 추적 펄스(Tx1)과 제2 추적 펄스(Tx2)에 의해 위치 오차를 갖게 되므로, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제5 수신 스캔(Rx2-1)의 상대적인 위치는 동일하다. 다시 말해, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)은 제1 세트(B1)에서 첫 번째 위치에 있는 수신 스캔 라인이고, 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)은 제2 세트(B2)에서 첫 번째 위치에 있는 수신 스캔 라인이므로, 상대적으로 동일한 위치에 있다고 할 수 있다. 마찬가지로, 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)와 제6 수신 스캔 라인(Rx2-2)도 상대적으로 동일한 위치에 존재한다.
도 18은 도 16의 파면 그래프에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인을 추출한 것이다. 즉, 도 18은 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4) 각각에서 첫 번째 위치에 있는 수신 스캔 라인인 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1), 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1), 제9 수신 스캔 라인(Rx3-1) 및 제13 수신 스캔 라인(Rx4-1)에 관한 횡파 도달 시간을 도시한다.
도 18에서 -44mm 깊이에 위치하는 샘플링 포인트들을 보면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트에 관한 제1 횡파 도달 시간은 대략 3.2ms이고, 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)의 제5 샘플링 포인트에 관한 제5 횡파 도달 시간은4.2ms이고, 제9 수신 스캔 라인(Rx3-1)의 제9 샘플링 포인트에 관한 제9 횡파 도달 시간은 5.2ms이고, 제13 수신 스캔 라인(Rx4-1)의 제13 샘플링 포인트에 관한 제13 횡파 도달 시간은 6.2ms이다.
또한, 제1 횡파 도달 시간과 제5 횡파 도달 시간의 차이 값인 tb1은 1ms이고, 제5 횡파 도달 시간과 제9 횡파 도달 시간의 차이 값인 tb2는 1ms이고, 제9 횡파 도달 시간과 제13 횡파 도달 시간의 차이 값인 tb3은 1ms이다. 즉, 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인에 관한 횡파 도달 시간의 차이 값은 동일한 것을 알 수 있다.
이와 같이, 초음파 진단 장치(1)는 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들에 관한 횡파 도달 시간을 이용하여 횡파 속도를 추정함으로써, 수신 스캔 라인의 위치 오차에 의한 횡파 속도의 오차를 극복할 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 관한 순서도로서, 수신 스캔 라인들을 그룹화하여 횡파의 속도를 추정하는 방법을 설명한다. 도 20은 파면 그래프를 통해 도 19의 횡파 속도 추정 방법을 설명한다.
도 19를 참조하면, 초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 초음파 프로브(100)를 제어할 수 있다. 초음파 프로브(100)는 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하여 횡파(Shear wave)를 유도한다(1710). 이후 초음파 프로브(100)는 횡파를 관측하기 위한 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 대상체의 관심 영역에 송신한다(1720). 이 때, 복수의 추적 펄스 사이의 간격(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)은 관심 영역에 기초하여 조절될 수 있다.
초음파 프로브(100)는 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4)을 따라 관심 영역으로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신한다(1730).
초음파 진단 장치(1)의 제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출할 수 있다(1740). 또한, 제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 복수의 샘플링 포인트에 횡파가 도달한 시간을 추정할 수 있다(1750). 도 20은 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 복수의 샘플링 포인트에 횡파가 도달한 시간을 도시한다.
제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 그룹으로 설정하고, 복수의 그룹을 생성할 수 있다(1760, 2010). 도 20을 참조하면, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1), 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1), 제9 수신 스캔 라인(Rx3-1) 및 제13 수신 스캔 라인(Rx4-1)이 제1 그룹으로 설정된다. 또한, 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2), 제6 수신 스캔 라인(Rx2-2), 제10 수신 스캔 라인(Rx3-2) 및 제14 수신 스캔 라인(Rx4-2)이 제2 그룹으로 설정된다.
제3 수신 스캔 라인(Rx1-3), 제7 수신 스캔 라인(Rx2-3), 제11 수신 스캔 라인(Rx3-3) 및 제15 수신 스캔 라인(Rx4-3)이 제3 그룹으로 설정되고, 제4 수신 스캔 라인(Rx1-4), 제8 수신 스캔 라인(Rx2-4), 제12 수신 스캔 라인(Rx3-4) 및 제16 수신 스캔 라인(Rx4-4)이 제4 그룹으로 설정된다.
제어부(300)는 복수의 그룹 각각에 대응하는 복수의 횡파 속도를 추정할 수 있다(1770). 제어부(300)는 제1 그룹에 관한 제1 횡파 속도, 제2 그룹에 관한 제2 횡파 속도, 제3 그룹에 관한 제3 횡파 속도 및 제4 그룹에 관한 제4 횡파 속도를 추정할 수 있다.
예를 들면, 제1 그룹의 경우, 제어부(300)는 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)의 제1 샘플링 포인트와 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)의 제5 샘플링 포인트 간의 거리 및 제1 샘플링 포인트와 제5 샘플링 포인트에 관한 횡파 도달 시간의 차이 값을 이용하여 제1 횡파 속도를 계산할 수 있다. 제어부(300)는 제 1그룹에 포함된 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1), 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1), 제9 수신 스캔 라인(Rx3-1) 및 제13 수신 스캔 라인(Rx4-1)의 샘플링 포인트들을 이용하여 제1 횡파 속도를 계산할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 평면 방정식 또는 파동 방정식을 이용하여 제1 그룹에 포함된 복수의 샘플링 포인트 각각에 관한 횡파의 속도를 구하고, 이를 합산 및 평균하여 제1 횡파 속도를 산출할 수 있다. 제어부(300)는 각 그룹에 관한 횡파 속도를 다양한 방식으로 산출할 수 있다.
제어부(300)는 복수의 그룹 각각에 관한 횡파 속도를 결합하여 최종 횡파 속도를 획득할 수 있다(1780, 2020). 구체적으로, 제어부(300)는 아래 수학식 1과 같이, 복수의 횡파 속도(vi)의 평균값을 최종 횡파 속도(vfinal)로 결정할 수 있다.
[수학식1]
Figure pat00001
또한, 제어부(300)는 아래 수학식2와 같이, 복수의 횡파 속도(vi) 각각에 관한 신뢰성 측정 지표(Reliability Measurement Index, RMI)(ri)를 이용한 가중 평균값을 최종 횡파 속도(vfinal)로 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
한편, 횡파 속도에 관한 신뢰성 측정 지표(RMI)는, 횡파 진행의 균일성, 횡파 변위(displacement)의 크기, 횡파 형태의 상관(correlation) 정도 등을 결합하여 구해질 수 있다. 또한, 신뢰성 측정 지표는 공지된 다양한 방법으로 산출될 수 있다.
예를 들면, 제어부(300)는 제1 그룹에 관한 제1 횡파 속도를 서로 다른 두 방식으로 산출하고, 그 결과로 획득되는 서로 다른 두 값의 비에 기초하여 제1 횡파 속도에 관한 신뢰성 측정 지표로 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 푸시 펄스가 송신된 집속점(520)으로부터 제1 그룹에 포함된 복수의 수신 스캔 라인 각각까지의 거리를 평균한 값과 제1 그룹에 포함된 복수의 수신 스캔 라인 각각에 대한 횡파 도달 시간을 평균한 값을 이용하여 제1-1 횡파 속도를 계산할 수 있다. 또한, 제어부(300)는, 상술한 바와 같이, 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)과 제5 수신 스캔 라인(Rx2-1)을 이용하여 제1-2 횡파 속도를 계산할 수 있다. 제어부(300)는 제1-1 횡파 속도와 제1-2 횡파 속도의 차를 제1-1 횡파 속도로 나누어 제1 횡파 속도의 비(SWV_ratio)를 산출할 수 있다. 제어부(300)는 제1 횡파 속도 비(SWV_ratio)에 기초하여 제1 횡파 속도에 관한 신뢰성 측정 지표를 결정할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 횡파 속도 비(SWV_ratio)의 값이 0 이상 0.5 미만인 경우 신뢰성 측정 지표의 값을 1로 결정할 수 있다. 제어부(300)는 횡파 속도 비(SWV_ratio)의 값이 0.5 이상인 경우 아래 수학식 3에 의해 신뢰성 측정 지표의 값을 결정할 수 있다.
[수학식 3]
RMI = -2 * SWV_ratio + 2
제어부(300)는 최종 횡파 속도에 기초하여 관심 영역 내 조직의 탄성도를 산출하고, 횡파 탄성 영상을 생성할 수 있다. 제어부(300)는 횡파 탄성 영상이 출력되도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 횡파 탄성 영상은 기준 초음파 영상과 중첩되거나 정합되어 표시될 수 있다. 기준 초음파 영상은 B-모드 영상일 수 있다. 또한, 제어부(300)는 탄성도, 깊이 및 신뢰성 측정 지표를 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다.
도 21은 다른 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 관한 순서도로서, 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하여 횡파의 속도를 추정하는 방법을 설명한다. 도 22 및 도 23은 파면 그래프를 통해 도 21의 횡파 속도 추정 방법을 설명한다.
도 21을 참조하면, 초음파 프로브(100)는 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스를 송신하여 횡파를 유도하고(1810), 횡파를 관측하기 위한 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 대상체의 관심 영역에 송신한다(1820). 이 때, 복수의 추적 펄스 사이의 간격(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)은 관심 영역에 기초하여 조절될 수 있다.
초음파 프로브(100)는 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4)을 따라 관심 영역으로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신한다(1830). 제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출한다(1840). 또한, 제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1-1 ~ Rx4-4) 각각의 복수의 샘플링 포인트에 횡파가 도달한 시간을 추정한다(1850).
제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인 중 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하고, 선택한 일부의 수신 스캔 라인들을 따라 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 횡파 속도를 추정할 수 있다. 제어부(300)는 미리 정해진 선택 유형에 기초하여 일부의 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다(1860, 2110, 2210).
도 22를 참조하면, 제1 선택 유형으로서, 제어부(300)는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(B1, B2, B3, B4)에서 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각은 송신 빔을 형성하므로, 제어부(300)는 송신 빔의 중앙에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 제1 추적 펄스(Tx1) 송신 빔의 중앙에 인접한 제2 수신 스캔 라인(Rx1-2)과 제3 수신 스캔 라인(Rx1-3)이 선택되고, 제2 추적 펄스(Tx2) 송신 빔의 중앙에 인접한 제5 수신 스캔 라인(Rx2-2)과 제6 수신 스캔 라인(Rx2-3)이 선택되고, 제3 추적 펄스(Tx3) 송신 빔의 중앙에 인접한 제10 수신 스캔 라인(Rx3-2)과 제11 수신 스캔 라인(Rx3-3)이 선택되고, 제4 추적 펄스(Tx4) 송신 빔의 중앙에 인접한 제14 수신 스캔 라인(Rx4-2)과 제15 수신 스캔 라인(Rx4-3)이 선택될 수 있다.
도 15에서 설명한 바와 같이, 추적 펄스에 인접한 수신 스캔 라인의 위치 오차가 작기 때문에, 추적 펄스에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택함으로써 최종 횡파 속도의 오차가 감소할 수 있다.
도 23을 참조하면, 제2 선택 유형으로서, 제어부(300)는 횡파 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인 및 횡파 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인 이외의 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다. 도 23의 파면 그래프 상에서, 횡파 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인은 제1 수신 스캔 라인(Rx1-1)이고, 횡파 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인은 제16 수신 스캔 라인(Rx4-4)이다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)의 송신 빔 에너지 때문에 수신 스캔 라인의 위치가 중심으로 이동하는 것을 고려하면, 복수의 수신 스캔 라인의 시퀀스에서 가장 바깥에 위치하는 수신 스캔 라인의 위치 오차가 가장 클 것이다.
또한, 도시하지는 않았으나, 제3 선택 유형으로서, 제어부(300)는 위치 에러(positional error)가 미리 정해진 값보다 작은 수신 스캔 라인들을 선택할 수 있다.
제어부(300)는 선택한 수신 스캔 라인과 관련된 횡파 도달 시간에 기초하여 최종 횡파 속도를 추정할 수 있다(1870, 2120, 2220).
한편, 도 19 및 도 20에서 설명한 횡파 속도 추정 방법에 도 21, 도 22, 도 23의 횡파 속도 추정 방법이 결합될 수 있다. 즉, 선택된 일부의 수신 스캔 라인들이 복수의 그룹으로 설정되고, 그룹별로 횡파 속도가 추정될 수 있다.
도 24 및 도 25는 복수의 추적 펄스 사이의 간격을 설명한다.
도 24를 참조하면, 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)의 빔 프로파일 그래프가 도시되어 있다. 제어부(300)는 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 송신 빔의 평탄 영역(-3dB보다 큰 영역)을 사용하도록 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격(w1, w2)을 좁게 설정할 수 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격(w1, w2)을 좁게 설정하는 것은 좁은 관심 영역을 관측할 경우에 적용될 수 있다.
이 경우 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)은 송신 빔의 평탄 영역(-3dB보다 큰 영역)에 맞추어 설정되므로, 수신 스캔 라인들 간의 간격이 좁게 설정될 수 있다. 한편, 수신 스캔 라인들 간의 간격은 일정하게 설정된다.
도 25를 참조하면, 제어부(300)는 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 송신 빔의 비평탄 영역(-3dB보다 작은 영역)을 사용하도록 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격(w1, w2)을 미리 정해진 간격(예를 들면, 송신 빔의 -3dB에 대응하는 간격)보다 크게 설정할 수 있다. 이 경우에도 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)의 빔 폭은 타이트하게 설정되어 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격(w1, w2)을 크게 설정하는 것은 넓은 관심 영역을 관측할 경우에 적용될 수 있다. 복수의 추적 펄스 사이의 간격은 관심 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 설정 가능하다.
예를 들면, 4개의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)를 이용하여 미리 정해진 크기보다 큰 관심 영역 내에서 횡파를 관측하기 위해서는, 4개의 추적 펄스 사이의 간격이 크게 설정될 필요가 있다.
이 경우 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)은 송신 빔의 비평탄 영역(-3dB보다 작은 영역)에 맞추어 설정되므로, 수신 스캔 라인들 간의 간격이 넓게 설정될 수 있다. 한편, 도 25에 도시된 수신 스캔 라인들 간의 간격은 도 24의 수신 스캔 라인들 간의 간격보다 크다.
또한, 도시하지는 않았으나, 제어부(300)는 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4) 사이의 간격을 서로 다르게 설정할 수도 있다. 복수의 추적 펄스(Tx1, Tx2, Tx3, Tx4)는 미리 설정된 간격에 기초하여 관심 영역에 송신된다.
한편, 도 25와 같이 복수의 추적 펄스 사이의 간격이 미리 정해진 간격보다 크게 설정되는 경우, 도 19 내지 도 23에서 설명한 횡파 속도 추정 방법의 장점이 발휘될 수 있다. 즉, 본원발명의 횡파 속도 추정 방법은 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리 및/또는 데이터 처리를 선택적으로 수행할 수 있기 때문에, 넓은 관심 영역에 대한 횡파 관측 시에도 횡파 속도 추정의 오차를 줄일 수 있다.
도 26 및 도 27은 종래기술에 의한 탄성도 측정 결과를 도시한다. 도 28은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어 방법에 의한 탄성도 측정 결과를 도시한다.
도 26 내지 도 28은, 간(Liver)과 두꺼운 지방층(Fat layer)을 포함하는 팬텀(Phantom)에 대한 초음파 진단 영상을 도시한다. 반향(reverberation)이 발생하는 환경을 조성하기 위해, 지방층(Fat layer)의 두께가 2cm인 팬텀이 사용되었다. 한편, 간(Liver) 팬텀의 탄성 값은 13kPa ~ 14kPa이다.
종래기술과 본원발명의 비교를 위해, 팬텀의 깊이가 약 4cm 내지 6cm인 위치에 관심 영역(550)을 설정하고, 관심 영역(550)에 대한 탄성도를 측정하였다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 종래기술은 반향이 강하게 발생하는 환경에서 탄성 값을 제대로 측정할 수 없었다. 도 26에서, 탄성 값이 23.7kPa로 측정되었다(2500). 도 27에서는, 탄성 값이 34.2kPa로 측정되었다(2600). 따라서 종래기술에 의해 측정된 탄성 값의 신뢰도는 매우 낮다.
반면에, 도 28을 참조하면, 본원발명은 반향이 강하게 발생하는 환경에서도 탄성 값을 비교적 정확히 측정한 것을 알 수 있다. 즉, 본원발명의 횡파 속도 추정 방법을 사용한 경우, 탄성 값이 12.6kPa로 측정되었다(2700). 신뢰도 측정 지표 값도 0.5로 산출되었다. 따라서 본원발명에 의해 측정된 탄성 값은 팬텀의 탄성 값에 상당히 근접한 값이고, 신뢰도가 매우 높다.
이상 살펴본 바와 같이, 개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 추적 펄스의 빔 폭을 좁게 함으로써 횡파 관측 성능을 개선하고, 반향(reverberation)이 발생하는 환경에서도 탄성도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 관심 영역(Region of Interest)이 넓게 설정되는 경우, 횡파 관측을 위한 추적 펄스의 간격을 넓게 설정함으로써 탄성도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 개시된 초음파 진단 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 횡파 속도를 추정하는데 사용되는 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행함으로써 횡파 속도를 정확하게 구할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 프로그램 및/또는 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1: 초음파 진단 장치
100: 복수의 프로브
200: 본체
250: PSA보드
260: 컨트롤 패널
270: 디스플레이
281: 송신 빔포머
282: 수신 빔포머
290: 영상 처리부
300: 제어부

Claims (26)

  1. 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하여 횡파(shear wave)를 유도하는 단계;
    상기 관심 영역의 위치에 기초하여 복수의 추적 펄스가 송신되는 집속점의 위치를 조절하는 단계;
    상기 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계;
    상기 복수의 추적 펄스에 대응하여 상기 관심 영역으로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하는 단계;
    상기 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 관심 영역에 관련된 횡파 속도를 추정하는 단계;
    상기 횡파 속도에 기초하여 횡파 탄성 영상을 생성하는 단계; 및
    디스플레이에 상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관심 영역을 방사형으로 설정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계는
    상기 방사형의 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집속점의 위치를 조절하는 단계는
    상기 관심 영역의 이동에 대응하여 상기 집속점을 상기 관심 영역 내로 이동시키는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 에코 신호를 수신하는 단계는
    상기 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(sets)을 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 횡파 속도를 추정하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 횡파 속도를 추정하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 그룹으로 설정하고, 복수의 그룹을 생성하는 단계;
    상기 복수의 그룹 각각에 대응하는 복수의 횡파 속도를 추정하는 단계; 및
    상기 복수의 횡파 속도에 기초하여 최종 횡파 속도를 결정하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최종 횡파 속도를 결정하는 단계는
    상기 복수의 횡파 속도의 평균값 또는 상기 복수의 횡파 속도 각각에 관한 신뢰성 측정 지표(Reliability Measurement Index, RMI)를 이용한 가중 평균값을 상기 최종 횡파 속도로 결정하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 횡파 속도를 추정하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인 중 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계; 및
    상기 선택한 일부의 수신 스캔 라인들을 따라 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 횡파 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상기 복수의 추적 펄스 각각에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는
    위치 에러(positional error)가 미리 정해진 값보다 작은 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 횡파의 속도를 추정하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계는
    상기 횡파의 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인 및 상기 횡파의 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인 이외의 수신 스캔 라인들을 선택하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 단계는
    탄성도, 깊이 및 신뢰성 측정 지표를 표시하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 추적 펄스를 송신하는 단계는
    상기 복수의 추적 펄스를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 송신하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 횡파의 속도를 추정하는 단계는
    상기 멀티 수신 스캔 라인 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하는 단계;
    상기 조직의 변위에 기초하여 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하는 단계; 및
    상기 멀티 수신 스캔 라인 간 거리 및 상기 멀티 수신 스캔 라인 각각에 관한 상기 횡파의 도달 시간 간 차이에 기초하여 상기 횡파의 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  14. 대상체의 관심 영역에 푸시 펄스(Push pulse)를 송신하고, 상기 푸시 펄스에 의해 유도되는 횡파(shear wave)를 관측하기 위한 복수의 추적 펄스를 송신하고, 상기 복수의 추적 펄스에 대응하여 상기 관심 영역으로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신하는 초음파 프로브;
    상기 관심 영역의 위치에 기초하여 복수의 추적 펄스가 송신되는 집속점의 위치를 조절하고, 상기 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 관심 영역에 관련된 횡파 속도를 추정하고, 상기 횡파 속도에 기초하여 횡파 탄성 영상을 생성하는 제어부; 및
    상기 횡파 탄성 영상을 출력하는 디스플레이;를 포함하는 초음파 진단 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 관심 영역을 방사형으로 설정하고, 상기 방사형의 관심 영역에 상기 복수의 추적 펄스를 방사상으로 송신하도록 상기 초음파 프로브를 제어하는 초음파 진단 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 관심 영역의 이동에 대응하여 상기 집속점을 상기 관심 영역 내로 이동시키는 초음파 진단 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 추적 펄스 각각에 대응하는 멀티 수신 스캔 라인의 세트들(sets)을 설정하고, 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 신호 처리를 선택적으로 수행하는 초음파 진단 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들 각각에서 상대적으로 동일한 위치에 있는 수신 스캔 라인들을 그룹으로 설정하여 복수의 그룹을 생성하고, 상기 복수의 그룹 각각에 대응하는 복수의 횡파 속도를 추정하고, 상기 복수의 횡파 속도에 기초하여 최종 횡파 속도를 결정하는 초음파 진단 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 횡파 속도의 평균값 또는 상기 복수의 횡파 속도 각각에 관한 신뢰성 측정 지표(Reliability Measurement Index, RMI)를 이용한 가중 평균값을 상기 최종 횡파 속도로 결정하는 초음파 진단 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 멀티 수신 스캔 라인 중 일부의 수신 스캔 라인들을 선택하고, 상기 선택한 일부의 수신 스캔 라인들을 따라 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 횡파 속도를 추정하는 초음파 진단 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 멀티 수신 스캔 라인의 세트들에서 상기 복수의 추적 펄스 각각에 인접한 수신 스캔 라인들을 선택하는 초음파 진단 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제어부는
    위치 에러(positional error)가 미리 정해진 값보다 작은 수신 스캔 라인들을 선택하는 초음파 진단 장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 횡파 도달 시간을 추정하고, 상기 횡파 도달 시간이 최소인 수신 스캔 라인 및 상기 횡파 도달 시간이 최대인 수신 스캔 라인 이외의 수신 스캔 라인들을 선택하는 초음파 진단 장치.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    탄성도, 깊이 및 신뢰성 측정 지표를 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 진단 장치.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 추적 펄스를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 송신하도록 상기 초음파 프로브를 제어하는 초음파 진단 장치.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 멀티 수신 스캔 라인 각각의 복수의 샘플링 포인트에서 조직의 변위를 검출하고, 상기 조직의 변위에 기초하여 상기 멀티 수신 스캔 라인에 관한 상기 횡파의 도달 시간을 추정하고, 상기 수신 스캔 라인 간 거리 및 상기 수신 스캔 라인에 관한 상기 횡파의 도달 시간 간 차이에 기초하여 상기 횡파의 속도를 추정하는 초음파 진단 장치.
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