KR20200112389A - 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

초음파 영상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20200112389A
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강용문
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Abstract

일 실시예에 따른 초음파 영상 장치는, 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 구동 장치, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전에 따라 회전하는 자석 및 상기 자석의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서를 포함하는 초음파 프로브; 및 상기 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정하고, 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제1 전환 시점 이후 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제2 전환 시점 이후 상기 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정하고, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬(backlash)값을 결정하는 제어부;를 포함한다.

Description

초음파 영상 장치 및 그 제어 방법{ULTRASONIC IMAGING DEVICE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은, 대상체에 초음파 신호를 조사하고, 대상체로부터 반사되는 초음파 에코(echo) 신호를 수신함으로써 초음파 영상을 제공하는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근에는 대상체 내부의 3차원 영상을 구현해낼 수 있는 초음파 영상 장치가 요구되고 있으며, 이에 따라, 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈을 회전시켜서 3차원 영상을 얻을 수 있는 초음파 영상 장치가 등장하였다.
다만, 종래의 초음파 영상 장치는, 트랜스듀서 모듈이 좌우로 회전하며 3차원 영상을 생성하는데 있어, 기계적인 오차를 보상하지 아니하였으며, 이에 따라, 사용시간이 지남에 따라 모터의 회전 방향이 변화할 경우 일정한 지연 이후 트랜스듀서 모듈이 방향을 전환하는 백래쉬(backlash)가 발생하였다.
이로 인해, 트랜스듀서 모듈이 시계 방향으로 회전할 때의 영상과 트랜스듀서 모듈이 반시계 방향으로 회전할 때의 영상에 있어서, 백래쉬로 인하여 초음파 영상이 흔들리는 문제점이 발생하였다.
하나의 위치 센서의 출력값에 기초하여 트랜스듀서 모듈의 위치를 측정하여 백래쉬(backlash)값을 검출하고, 백래쉬값을 보상함으로써, 선명한 초음파 영상을 제공할 수 있는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 초음파 영상 장치는, 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 구동 장치, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전에 따라 회전하는 자석 및 상기 자석의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서를 포함하는 초음파 프로브; 및 상기 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정하고, 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제1 전환 시점 이후 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제2 전환 시점 이후 상기 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정하고, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬(backlash)값을 결정하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값 및 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 상기 백래쉬값을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 상기 트랜스듀서 모듈이 동일한 방향으로 회전하도록 상기 구동 장치를 제어할 수 있다.
상기 위치 센서는, 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환하고, 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고, 상기 제3 전환 시점 및 상기 제1 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제1 시간으로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 상기 트랜스듀서 모듈이 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고, 상기 제2 전환 시점 및 상기 제4 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제2 시간으로 결정할 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 회전력을 생성하는 모터;를 포함할 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 모터의 회전력을 상기 트랜스듀서 모듈에 전달하는 전달 장치(transmission device);를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 모터가 미리 설정된 속도로 회전하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 초음파 프로브가 상기 초음파 영상 장치의 본체에 연결되는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치는, 사용자로부터 입력을 수신하는 입력부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 사용자로부터 상기 트랜스듀서 모듈의 회전을 통한 3차원 초음파 영상의 촬영에 대한 입력을 수신하거나 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신하는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 미리 설정된 시간 간격으로 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치는, 초음파 영상을 출력하는 디스플레이;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 알림을 출력하도록 상기 디스플레이를 제어하거나, 백래쉬값을 다시 결정하기 위하여 상기 초음파 프로브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향을 변환하기 위하여 상기 구동 장치를 제어하는 경우, 상기 구동 장치가 미리 설정된 시간보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 상기 구동 장치를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 상기 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 상기 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 전환 시점 및 상기 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정하고, 상기 제3 시간 보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 상기 위치 센서의 히스테리시스(hysteresis) 특성에 의한 오차 시간으로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정한 경우, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 지점에서 상기 오차 시간 만큼 상기 제1 방향으로 회전한 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정할 수 있다.
초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 구동 장치, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전에 따라 회전하는 자석 및 상기 자석의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서를 포함하는 초음파 프로브를 포함하는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정하고; 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고; 상기 제1 전환 시점 이후 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고; 상기 제2 전환 시점 이후 상기 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정하고; 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬(backlash)값을 결정하는 것;을 포함한다.
상기 백래쉬값을 결정하는 것은, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값 및 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 상기 트랜스듀서 모듈이 동일한 방향으로 회전하도록 상기 구동 장치를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 위치 센서는, 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환하고, 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환할 수 있다.
상기 제1 시간을 결정하는 것은, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고; 상기 제3 전환 시점 및 상기 제1 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제1 시간으로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 시간을 결정하는 것은, 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 상기 트랜스듀서 모듈이 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고; 상기 제2 전환 시점 및 상기 제4 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제2 시간으로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 회전력을 생성하는 모터;를 포함할 수 있다.
상기 구동 장치는, 상기 모터의 회전력을 상기 트랜스듀서 모듈에 전달하는 전달 장치(transmission device);를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 모터가 미리 설정된 속도로 회전하도록 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 백래쉬값을 결정하는 것은, 상기 초음파 프로브가 상기 초음파 영상 장치의 본체에 연결되는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치는, 사용자로부터 입력을 수신하는 입력부;를 더 포함하고, 상기 백래쉬값을 결정하는 것은, 상기 사용자로부터 상기 트랜스듀서 모듈의 회전을 통한 3차원 초음파 영상의 촬영에 대한 입력을 수신하거나 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신하는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 백래쉬값을 결정하는 것은, 미리 설정된 시간 간격으로 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치는, 초음파 영상을 출력하는 디스플레이;를 더 포함하고, 상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 알림을 출력하도록 상기 디스플레이를 제어하거나, 백래쉬값을 다시 결정하기 위하여 상기 초음파 프로브를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향을 변환하기 위하여 상기 구동 장치를 제어하는 경우, 상기 구동 장치가 미리 설정된 시간보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 상기 구동 장치를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 상기 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 상기 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 제1 전환 시점 및 상기 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정하고; 상기 제3 시간 보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 상기 위치 센서의 히스테리시스(hysteresis) 특성에 의한 오차 시간으로 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정한 경우, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 지점에서 상기 오차 시간 만큼 상기 제1 방향으로 회전한 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정하는 것;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 하나의 위치 센서의 출력값에 기초하여 트랜스듀서 모듈의 위치를 측정하여 백래쉬(backlash)값을 검출하고, 백래쉬값을 보상함으로써, 선명한 초음파 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 외관도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 블록도이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 측면에서 바라본 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자석의 자기장 세기를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 위치 센서의 히스테리시스(hysteresis) 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈의 회전에 따른 위치 센서의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 백래쉬(backlash)를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈 및 구동 장치 사이의 백래쉬값을 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치가 백래쉬값을 결정하는 경우를 나타내는 도면이다.
도13은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치가 결정된 백래쉬값을 보상하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치가 위치 센서의 히스테리시스 특성에 의한 오차를 보상하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어방법 중 백래쉬값을 결정하는 경우를 도시한 순서도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어방법 중 위치 센서의 히스테리시스 특성에 의한 오차를 보상하는 경우를 도시한 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 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, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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) 등 적어도 하나의 하드웨어, 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.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 외관도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)는, 대상체에 초음파 신호를 송신하고, 대상체로부터 초음파 에코(echo) 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 초음파 프로브(200)와, 초음파 프로브(200)와 연결되며 사용자로부터 입력을 수신하는 입력부(130) 및 초음파 영상을 표시하는 디스플레이(150)를 포함하는 본체(100)를 포함한다.
일 실시예에 따른 초음파 프로브(200)는, 케이블(11)을 통해 본체(100)와 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 본체(100)로 전달할 수 있다.
이를 위해, 케이블(11)의 일 측 말단은, 초음파 프로브(200)와 연결되고, 타 측 말단에는 본체(100)의 슬롯(13)에 결합 또는 분리가 가능한 커넥터(12)가 마련될 수 있다. 즉, 본체(100) 및 초음파 프로브(200)는, 케이블(11)을 이용하여 제어 명령이나 데이터를 주고 받을 수 있다.
그러나, 초음파 프로브(200)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 프로브(wireless probe)로 구현되어 초음파 프로브(200)와 본체(100) 사이에 형성된 무선 네트워크를 통해 신호를 주고 받는 것도 가능하다.
즉, 초음파 프로브(200)가 무선 프로브로 구현되는 경우에는, 초음파 프로브(200)는 케이블(11)이 아닌 무선 네트워크를 통해 본체(100)와 연결될 수 있으며, 본체(100) 및 초음파 프로브(200)는, 무선 네트워크를 통하여 제어 명령이나 데이터를 주고 받을 수 있다.
또한, 도 1에서는, 본체(100)에 하나의 초음파 프로브(200)가 연결된 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 하나의 본체(100)에 복수 개의 초음파 프로브(200)가 연결될 수도 있다.
한편, 본체(100)의 하부에는 초음파 영상 장치(10)의 이동성을 위한 복수개의 캐스터가 구비될 수 있다. 복수개의 캐스터는, 초음파 영상 장치(10)를 특정 장소에 고정시키거나, 특정 방향으로 이동시킬 수 있다. 이와 같은 초음파 영상 장치(10)를 카트형 초음파 영상 장치라고 한다.
다만, 도 1 과 달리, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)는 원거리 이동 시에 휴대할 수 있는 휴대형 초음파 영상 장치일 수도 있다. 이 때, 휴대형 초음파 영상 장치는 캐스터가 구비되지 않을 수 있다. 휴대형 초음파 영상 장치의 예로는 팍스 뷰어(PACS viewer), 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는, 초음파 영상 장치(10)의 본체(100) 및 초음파 프로브(200) 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 제어 블록도이고, 도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브(200)의 사시도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 초음파 프로브(200)를 측면에서 바라본 개략도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 초음파 프로브(200)는, 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈(210) 및 트랜스듀서 모듈(210)을 회전시키는 구동 장치(220), 트랜스듀서 모듈(210)의 회전에 따라 회전하는 자석(230) 및 자석(230)의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 고-레벨의 출력 신호 및 저-레벨의 출력 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서(240)를 포함한다.
일 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈(210)은, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(transducer element)를 포함하여 전기 신호와 초음파 신호를 상호 변환시키며, 초음파 신호를 대상체로 송신하고, 대상체로부터 반사된 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다.
초음파는, 매질에 따라 반사되는 정도가 다르므로, 트랜스듀서 모듈(210)은, 초음파 에코 신호를 수집함으로써 대상체 내부의 정보를 획득할 수 있다.
즉, 트랜스듀서 모듈(210)은, 인가되는 펄스 신호 또는 교류 신호에 따라 초음파 신호를 생성하여 대상체로 조사한다. 대상체로 조사된 초음파 신호는, 대상체 내부의 목표 부위에서 반사된다. 트랜스듀서 모듈(210)은, 반사된 초음파 에코 신호를 수신하고, 수신된 초음파 에코 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.
이를 위해, 트랜스듀서 모듈(210)은, 압전 물질이 진동하면서 전기적인 신호와 음향신호를 상호 변환시키는 압전층과, 압전층에서 발생된 초음파가 인체의 목표지점에 최대한 전달될 수 있도록 압전층과 인체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시키는 정합층과, 압전층의 전방으로 진행하는 초음파를 특정지점으로 집속시키는 렌즈층과, 압전층의 후방으로 초음파가 진행하는 것을 차단시켜 영상 왜곡을 방지하는 흡음층으로 구성될 수 있다.
또한, 트랜스듀서 모듈(210)은, 외부의 전원 공급 장치나 내부의 축전 장치, 예를 들어, 배터리(battery) 등으로부터 전원을 공급받는다. 전원이 공급되면, 트랜스듀서 모듈(210)을 구성하는 압전 진동자나 박막이 진동하게 된다. 트랜스듀서 모듈(210)은, 압전 진동자나 박막의 진동에 의해 발생하는 초음파를 대상체로 조사한다. 대상체로부터 반사된 에코 초음파를 수신하면, 트랜스듀서 모듈(210)을 구성하는 압전 진동자나 박막은 수신된 초음파 에코 신호에 대응하여 진동한다. 트랜스듀서 모듈(210)은, 압전 진동자나 박막의 진동 주파수에 대응하는 주파수의 교류 전류를 생성하여 초음파 에코 신호를 전기적 신호로 변환한다.
이처럼, 트랜스듀서 모듈(210)은, 초음파 신호의 송신 및 초음파 에코 신호의 수신을 위하여 복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함한다.
트랜스듀서 엘리먼트로는, 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(magnetostrictive ultrasonic transducer)나, 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(piezoelectric ultrasonic transducer) 또는 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT)등이 이용될 수 있으며, 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT)도 사용될 수도 있다.
또한, 트랜스듀서 모듈(210)은, 3차원 초음파 영상 획득을 위하여, 시계 방향(clockwise, CW) 또는 반시계 방향(counter clockwise, CCW)로 회전하면서 복수의 위치에 대응하는 초음파 에코 신호를 수신할 수 있다.
이를 통해, 초음파 영상 장치(10)는, 수신된 초음파 에코 신호에 대응하여 대상체에 대한 2차원의 단면 영상들을 얻어내고, 이러한 2차원 단면 영상들을 위치에 맞게 순서대로 쌓아서 이산적인 3차원 배열의 집합 즉, 볼륨 데이터를 생성할 수 있으며, 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있다.
이를 위해, 초음파 프로브(200)는, 트랜스듀서 모듈(210)에 회전력을 전달하는 구동 장치(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 구동 장치(220)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되도록 회전력을 생성하는 모터를 포함한다.
이 때, 구동 장치(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전축(211)에 직접적으로 맞물려 트랜스듀서 모듈(210)에 회전력을 전달할 수 있다.
구체적으로, 구동 장치(220)의 모터(221)의 기어가 회전축(211)의 전달 부재(212)에 직접적으로 회전력을 전달하여 회전축(211)이 회전함에 따라 트랜스듀서 모듈(210)에 회전력이 전달될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 구동 장치(220)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 모터(221)에 의해 생성된 회전력을 트랜스듀서 모듈(210)에 전달하는 전달 장치(transmission device)(222)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 전달 장치(222)는, 예를 들어, 기어, 밸트, 와이어 또는 링키지(linkage) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 구동 장치(220)의 모터(221)의 기어가 전달 장치(222)에 회전력을 전달하며, 전달 장치(222)는, 모터(221)로부터 전달받은 회전력을 회전축(211)의 전달 부재(212)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 회전축(211)이 회전하여 트랜스듀서 모듈(210)에 회전력이 전달될 수 있다.
이 때, 구동 장치(220)가 회전하는 것에 부합하여 트랜스듀서 모듈(210)이 회전해야 하는데, 그렇지 않은 경우에 백래쉬(backlash)에 의한 지연이 발생하고, 구동 장치(220)의 회전과 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 사이의 백래쉬로 인하여 영상 흔들림이 발생하게 된다. 백래쉬에 대한 설명은 뒤에서 다시 자세히 설명하도록 한다.
일 실시예에 따른 자석(230)은, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전에 따라 회전할 수 있다.
이를 위해, 자석(230)은, 트랜스듀서 모듈(210)의 일면에 부착될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전에 따라 회전하는 전달 부재(212) 상에 마련될 수 있다.
다만, 자석(230)의 위치가, 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전과 동일하게 회전하는 위치이면 제한없이 포함될 수 있다.
일 실시예에 따른 위치 센서(240)는, 자석(230)의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 고-레벨의 출력 신호 및 저-레벨의 출력 신호 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
구체적으로, 위치 센서(240)는, 자석(230)이 위치 센서(240)로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하면 출력 신호를 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 전환하고, 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하면 출력 신호를 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환할 수 있다.
이 때, 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 전환되는 제1 자속 밀도 및 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 제2 자속 밀도가 서로 다른 이유는, 위치 센서(240)의 히스테리시스(hysteresis) 특성에 기인한 것으로, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 대한 설명은 뒤에서 다시 자세히 설명하기로 한다.
실시예에 따라, 위치 센서(240)는, 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서에 해당할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 자속 밀도의 변화에 따라 출력 신호를 달리하는 센서이면 제한없이 위치 센서(240)로 이용될 수 있다.
위치 센서(240)는, 자석(230)의 회전에 따른 자속 밀도의 변화를 검출하기 위하여 자석(230)이 회전함에 따라 이동할 수 있는 경로 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 위치 센서(240)는, 자석(230)이 전달 부재(212) 상에 마련되는 경우, 전달 부재(212)의 일 측면에 위치하여 자석(230)의 회전에 따른 자속 밀도의 변화를 검출할 수 있다.
다만, 위치 센서(240)의 위치가, 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 자석(230)의 회전에 따른 자속 밀도 변화의 변화를 측정할 수 있는 위치이면 제한없이 포함할 수 있다.
이를 통해, 초음파 영상 장치(10)는, 위치 센서(240)의 출력 신호에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 여부 및 회전에 따른 위치 변화를 판단할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 본체(100)는, 대상체로 조사되는 초음파 신호를 생성하기 위한 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부(110), 수신되는 신호를 빔포밍(beamforming)하는 빔포밍부(120), 사용자로부터 입력을 수신하는 입력부(130), 백래쉬값을 결정하여 이를 보상하여 초음파 영상을 생성하는 제어부(140), 초음파 영상을 표시하는 디스플레이(150) 및 초음파 영상 장치(10)의 제어에 필요한 각종 정보를 저장하는 저장부(160)를 포함한다.
일 실시예에 따른 송신 신호 생성부(110)는, 제어부(140)의 제어 명령에 따라 송신 신호를 생성하고, 생성된 송신 신호를 초음파 프로브(200)로 전송할 수 있다. 여기서, 송신 신호는 초음파 프로브(200)의 복수의 트랜스듀서 엘리먼트를 진동시키기 위한 고압의 전기적 신호에 해당한다.
일 실시예에 따른 빔포밍부(120)는, 아날로그 신호와 디지털 신호를 상호 변환할 수 있어, 송신 신호 생성부(110)로부터 생성된 송신 신호(디지털 신호)를 아날로그 신호로 변환 또는 초음파 프로브(200)로부터 전달받는 초음파 에코 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환하여 초음파 프로브(200) 및 본체(100) 사이의 통신을 지원한다.
또한, 빔포밍부(120)는, 초음파가 초점에 도달하는 시간 차이 또는 초점으로부터 도달하는 시간 차이를 극복하기 위해, 진동자의 위치 및 초점을 고려하여 디지털 신호에 시간 지연을 가하는 역할을 하기도 한다.
즉, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트가 초음파 신호를 조사하는데 이 모든 초음파 신호가 초점(focus point)에 모이도록 하는 과정을 집속(focusing)이라 할 때, 빔포밍부(120)는, 각 트랜스듀서 엘리먼트에서 발생된 초음파 신호가 초점에 도달하는 시간 차이를 극복하기 위해 적절한 순서를 정하여 조사하도록 하는 송신 집속(transmit focusing)과, 초음파 에코 신호가 각 트랜스듀서 엘리먼트에 도달하는 시간 차이를 극복하기 위해 적절한 시간 차이를 두어 동일한 시간에 정렬되도록 하는 수신 집속(receive focusing)의 역할을 수행할 수 있다.
이러한 송신 신호 생성부(110) 및 빔포밍부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(100) 내에 포함될 수도 있으나, 초음파 프로브(200) 자체에 구비되어 그 역할을 수행하는 것도 가능하다.
일 실시예에 따른 입력부(130)는, 사용자로부터 초음파 영상 장치(10)의 제어에 관한 입력을 수신할 수 있다.
구체적으로, 입력부(130)는, 사용자로부터 예를 들면, A 모드(amplitude mode), B 모드(brightness mode) 및 M 모드(motion mode), 또는 도플러 영상 등의 모드 선택 명령을 입력받을 수 있다.
또한, 입력부(130)는, 사용자로부터 트랜스듀서 모듈(210)의 회전을 통한 3차원 초음파 영상에 대한 입력을 수신할 수 있으며, 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신할 수도 있다. 이 경우, 초음파 영상 장치(10)는, 초음파 프로브(200)를 제어하여 백래쉬값을 결정할 수 있으며, 이에 대한 설명은 뒤에서 다시 자세히 설명하기로 한다.
또한, 입력부(130)는, 사용자로부터 초음파 영상 촬영의 시작 명령을 입력받을 수도 있으며, 촬영 프로토콜(예: 촬영 부위, 촬영 시간 등)을 입력받을 수도 있다.
이를 위해, 입력부(130)는, 초음파 영상 장치(10)의 본체(100)에 마련되어, 물리 버튼, 노브, 터치 패드, 터치 스크린, 스틱형 조작 장치, 트랙볼 풋 스위치(foot switch) 또는 풋 페달(foot pedal) 등을 이용하여 구현된 것일 수 있다. 이 때, 터치 패드 또는 터치 스크린으로 마련되는 입력부(130)는, 디스플레이(150) 상에 마련될 수 있다.
또한, 입력부(130)는, 초음파 영상 장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결되어 키보드, 마우스 등의 별도의 입력 장치로 마련될 수도 있다.
또한, 풋 스위치 또는 풋 페달은, 본체(100)의 하부에 마련될 수 있으며, 사용자는 풋 스위치 또는 풋 페달을 이용하여 초음파 영상 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(140)는, 초음파 프로브(200)로부터 수신된 초음파 에코 신호에 기초하여 초음파 영상을 생성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 초음파 에코 신호에 대한 주사 변환(scan conversion) 과정을 통해 초음파 영상을 생성할 수 있다.
여기서, 초음파 영상은, A 모드, B 모드 및 M 모드에서 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(컬러 도플러 영상), 조직의 움직임을 나타내는 티슈 도플러 영상 및 대상체의 이동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럼 도플러 영상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는, B 모드 영상을 생성하기 위해, 초음파 프로브(200)로부터 수신된 초음파 에코 신호로부터 B 모드 성분을 추출할 수 있다. 이를 통해, 제어부(140)는, B 모드 성분에 기초하여 초음파 에코 신호의 강도가 휘도록 표현되는 초음파 영상을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(140)는, 초음파 에코 신호로부터 도플러 성분을 추출하고, 추출된 도플러 성분에 기초하여 대상체의 움직임을 컬러 또는 파형으로 표현하는 도플러 영상을 생성할 수 있다.
뿐만 아니라, 제어부(140)는, 초음파 에코 신호를 통해 획득한 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수도 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 회전하며 획득된 복수의 위치에서의 초음파 에코 신호 각각에 대하여 대상체에 대한 2차원의 단면 영상들을 얻어내고, 이러한 2차원 단면 영상들을 위치에 맞게 순서대로 쌓아서 이산적인 3차원 배열의 집합 즉, 볼륨 데이터를 생성할 수 있으며, 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 초음파 영상을 생성하기 전, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 기초하여 발생하는 지연 시간 즉, 백래쉬값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 구동 장치(220)가 회전하는 것에 부합하여 트랜스듀서 모듈(210)이 회전해야 하는데, 그렇지 않은 경우에 백래쉬에 의한 지연이 발생할 수 있다.
제어부(140)는, 이러한 백래쉬에 기초하여 발생하는 지연 시간 즉, 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이를 위해, 제어부(140)는, 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어할 수 있다. 이 때, 미리 설정된 패턴에서, 트랜스듀서 모듈(210)은, 제1 방향으로 회전한 후 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과한 지점에서 제2 방향으로 방향 전환할 수 있다.
이후, 트랜스듀서 모듈(210)은, 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내로 이동한 경우, 제1 방향으로 회전 시 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 때까지 걸린 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 1회 이상 방향 전환할 수 있다. 이 경우, 자석(230)은 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내에 위치한다.
이 때, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위는, 자석(230)이 위치 센서(240)에 접근하여 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하는 지점에서부터 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 멀어져 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하기 전까지의 지점에 해당할 수 있다.
또한, 제1 시간은, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전할 때, 자석(230)이 위치 센서(240)에 접근한 후 멀어질 때까지 즉, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위를 통과할 때까지 소요된 시간에 해당할 수 있다.
이후, 트랜스듀서 모듈(210)은, 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 멀어져 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달할 때까지 즉, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위를 벗어날 때까지 회전할 수 있다.
제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환한 후 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내에 머무른 제2시간을 결정하고, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전 시 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 때까지 걸린 제1 시간과 상기 결정된 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이 때, 제1 방향은, 시계 방향(CW) 또는 반시계 방향(CCW)에 해당할 수 있으며, 제2 방향은, 제1 방향을 기준으로 역방향에 해당할 수 있다. 즉, 제1 방향이 시계 방향에 해당하면, 제2 방향은 반시계 방향에 해당하며, 제1 방향이 반시계 방향에 해당하면, 제2 방향은 시계 방향에 해당한다.
이하에서는, 제1 방향을 시계 방향(CW)으로, 제2 방향을 반시계 방향(CCW)으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 방향이 반시계 방향(CCW)이며, 제2 방향이 시계 방향(CW)인 것으로 이해할 수도 있다.
백래쉬값을 결정하는 것에 관하여는 뒤에서 다시 자세히 설명하기로 한다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 백래쉬값을 결정한 이후, 초음파 영상을 촬영할 때 결정된 백래쉬값을 보상할 수 있다.
제어부(140)는, 실시예에 따라, 초음파 영상 획득을 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 초음파 신호를 조사하며 회전하도록 제어하는 경우, 결정된 백래쉬값을 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향을 변환하기 위하여 구동 장치(220)를 제어하는 경우, 구동 장치(220)가 미리 설정된 시간보다 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 시간은, 촬영 프로토콜에 따라 결정된 회전 각도를 제공하기 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 방향 전환 후 회전하도록 설정된 시간에 해당할 수 있으며, 상기한 바와 같이, 미리 설정된 시간에 백래쉬값에 대응하는 시간을 더한 시간을 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 시간으로 보상함으로써, 트랜스듀서 모듈(210)이 백래쉬값에 의해 원하는 회전 각도에 이르지 못하는 문제를 보상할 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 시계 방향 및 반시계 방향 각각에 대한 초음파 영상을 획득한 이후, 시계 방향 및 반시계 방향 각각에 대응하는 초음파 영상을 보정하여 백래쉬값을 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성할 수 있다. 이를 통해, 초음파 영상 장치(10)는, 흔들림 없는 초음파 영상을 제공할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간을 결정하고, 이를 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어하는 경우, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과한 시점으로부터 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환하여 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위에 진입한 시점까지의 시간을 제3 시간으로 결정하고, 제3 시간 및 백래쉬값 사이의 차이값을 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간으로 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 초음파 영상 촬영을 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 회전 반경의 중심축에 위치하도록 트랜스듀서 모듈(210)을 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정하여 저장부(160)에 저장할 수 있다.
이 때, 제어부(140)가, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정한다면, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의해 설정된 중심축과 결정된 중심축 사이에 차이가 발생하게 된다.
따라서, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점에서 오차 시간 만큼 제1 방향으로 회전한 지점을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축으로 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 전술하는 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램을 저장하는 적어도 하나의 메모리 및 저장된 프로그램을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이(150)는, 제어부(140)로부터 생성된 초음파 영상을 표시할 수 있으며, 실시예에 따라, 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과함을 나타내는 알림을 표시할 수도 있다.
이를 위해, 디스플레이(150)는, 초음파 영상 장치(10)의 본체(100)에 마련될 수 있으며, 초음파 영상 장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결된 별도의 표시 장치로 마련될 수도 있다.
디스플레이(150)는, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 다만, 디스플레이(150)의 유형이, 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 사용자에게 초음파 영상을 표시할 수 있는 디스플레이의 유형이면 제한없이 포함될 수 있다.
일 실시예에 따른 저장부(160)는, 초음파 영상 장치(10)의 제어에 필요한 각종 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 저장부(160)는, 제어부(140)를 통하여 생성된 초음파 영상, 3차원 초음파 영상 촬영을 위한 구동 장치(220)의 회전 시간에 대한 정보 및 촬영 프로토콜에 따른 구동 장치(220)의 회전 시간에 대한 정보 등을 저장할 수 있다.
이를 위해, 저장부(160)는, 캐쉬, ROM(read only memory), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable programmable ROM), EEPROM(electrically erasable programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(random access memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(hard disk drive, HDD), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는 것은 아니며, 각종 정보를 저장할 수 있는 유형이면, 저장부(160)의 유형으로 사용될 수 있다.
또한, 저장부(160)는, 제어부(140)와 관련하여, 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
한편, 초음파 영상 장치(10)는, 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 통신부는, 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 외부 디바이스나 서버와 통신할 수 있다.
통신부는, 의료 영상 정보 시스템(picture archiving and communication system, PACS)을 통해 연결된 병원 서버 또는 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있으며, 의료용 디지털 영상 및 통신(digital imaging and communications in medicine, DICOM) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
또한, 통신부는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말과 데이터 통신을 수행할 수도 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.
또한, 통신부는, 서버로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등에 관한 정보를 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다.
이를 위해, 통신부는, 유선 또는 무선으로 네트워크와 연결되어 서버, 의료 장치, 또 는 휴대용 단말과 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부는, 외부 디바이스와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈, 및 이동 통신 모듈을 포함할 수 있다.
이하, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전에 따른 위치 센서(240)의 출력에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 및 위치를 판단하는 것에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 자석(230)의 자기장 세기를 나타내는 도면이고, 도 7은 일 실시예에 따른 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성을 나타내는 도면이고, 도 8은 일 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈(210)의 회전에 따른 위치 센서(240)의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 자석(230)의 자기장의 세기는, 자석(230)의 중심점으로부터 자석(230)의 표면까지 감소하는 경향을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 자석(230)의 자기장의 세기는, 자석(230)의 중심점으로부터 자석(230)의 표면까지 지수적으로 감소할 수 있다.
따라서, 자석(230)은, 자기장의 세기가 제1 자속 밀도 이상인 중심부와, 자기장의 세기가 제1 자속 밀도 미만이며 제2 자속 밀도 이상인 주변부로 구분할 수 있다.
이 때, 제1 자속 밀도는, 위치 센서(240)가 측정되는 자속 밀도가 증가함에 따라 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 출력 신호를 전환할 때의 자속 밀도에 해당한다.
또한, 제2 자속 밀도는, 위치 센서(240)가 측정되는 자속 밀도가 감소함에 따라 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 출력 신호를 전환할 때의 자속 밀도에 해당한다.
위치 센서(240)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 측정되는 자속 밀도가 증가함에 따라 자속 밀도가 Bop(operate point)에 도달하는 경우, 제2 신호(고-레벨의 출력 신호)에서 제1 신호(저-레벨의 출력 신호)로 출력 신호를 전환하며, 측정되는 자속 밀도가 감소함에 따라 자속 밀도가 Brp(release point)에 도달하는 경우, 제1 신호(저-레벨의 출력 신호)에서 제2 신호(고-레벨의 출력 신호)로 출력 신호를 전환한다.
이 때, 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제1 자속 밀도 및 제1신호에서 제2 신호로 전환되는 제2 자속 밀도가 서로 다른 이유는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 기인한 것이다. 즉, 제1 자속 밀도 및 제2 자속 밀도 사이의 자기장 세기의 크기는, BHYS(hysteresis)에 해당할 수 있다.
따라서, 제1 자속 밀도는, 위치 센서(240)의 Bop(operate point)에 해당하며, 제2 자속 밀도는, 위치 센서(240)의 Brp(release point)에 해당할 수 있다.
초음파 영상 장치(10)는, 자석(230) 및 위치 센서(240)의 상기 특성에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 여부 및 위치를 판단할 수 있다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 위치 센서(240)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 회전함에 따라 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과하는 것에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 위치 센서(240)가 측면 모서리를 기준으로 자속 밀도를 측정하는 것으로 설명한다. 즉, 위치 센서(240)는, 위치 센서(240)의 측면 모서리에 위치하는 자석(230)의 부위에 따라 서로 다른 크기의 자속 밀도를 측정할 수 있다.
위치 센서(240)는, 구동 장치(220)가 제2 방향(CCW)으로 구동하여 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향(CCW)으로 회전하는 경우, 자석(230)이 위치 센서(240)로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도(Bop)에 도달하면(B 지점) 출력 신호를 제2 신호에서 제1 신호로 전환하고, 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도(Brp)에 도달하면(D 지점) 출력 신호를 제1 신호에서 제2 신호로 전환할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 출력 신호의 전환 지점에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210)의 위치를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 출력 신호의 전환 지점에 기초하여 자석(230)의 위치를 판단할 수 있으며, 구동 장치(220)의 회전 방향 및 자석(230)의 위치에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210)의 위치를 판단할 수 있다. 이를 위해, 구동 장치(220)의 회전 방향 및 자석(230)의 위치에 대응하는 트랜스듀서 모듈(210)의 위치에 대한 정보가 설계 단계에서 저장부(160)에 저장될 수 있다.
이하, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬 및 백래쉬에 기초하여 발생하는 지연에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 일 실시예에 따른 백래쉬를 나타내는 도면이고, 도 10은 일 실시예에 따른 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬값을 도시한 도면이다.
백래쉬는, 한 쌍의 기어를 매끄럽게 회전시키기 위해서 필요한 기어 사이의 간격을 말한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 기어가 맞물려 돌아가기 위해서는 윗쪽의 기어와 아랫쪽의 기어가 일정 간격을 가지고 맞물려 있어야 원활하게 동작이 가능하다.
이 때, 백래쉬가 너무 작은 경우에는 기어가 맞물려 돌아가기 위한 간격이 충분히 확보되지 않으므로, 윤활 불충분으로 기어 사이의 마찰이 증가하여 기어 파손이나 동작 불량의 원인이 되며, 반대로 백래쉬가 너무 큰 경우에는 기어가 순차적으로 맞물려서 회전하지 못하고 어긋나거나 빠지게 되어 원활한 회전 동작이 수행될 수 없다.
따라서, 기어의 회전에 있어서는 적당한 백래쉬가 필요하나, 이러한 백래쉬 초기 상태에 비하여 변하는 경우에는 기어의 동작 오차가 발생하게 되므로 이러한 현상을 방지해야 할 필요가 있다.
다시 말해, 백래쉬는, 구동 장치(220)의 모터(221)의 회전 운동이 트랜스듀서 모듈(210)로 전달될 때 일어나는 지연 현상을 의미할 수 있다.
초음파 영상 장치(10)의 사용 시간의 증가에 따라, 마모 또는 열 화 등의 특성 변화에 기초하여 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 증가할 수 있으며, 이로 인해, 트랜스듀서 모듈(210)이, 구동 장치(220)가 회전하는 것에 부합하여 회전하지 못하고 일정 시간 지연 후에 회전할 수 있다.
구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 구동 장치(220)가 출력하는 회전력의 방향을 전환하는 경우, 트랜스듀서 모듈(210)은, 구동 장치(220)의 방향 전환에 부합하여 바로 방향을 전환하지 않으며, 일정 시간 이후 방향 전환을 수행할 수 있다. 이 때, 구동 장치(220)의 방향 전환 이후 트랜스듀서 모듈(210)이 방향 전환을 개시하는 시점까지의 지연은, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 의한 것으로, 이 때의 지연 시간을 백래쉬값으로 정의할 수 있다.
결국, 초음파 영상 장치(10)는, 사용 시간이 길어짐에 따라, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 달라질 수 있으며, 이에 따라 백래쉬값이 달라져, 획득된 초음파 영상에 흔들림 현상이 유발될 수 있다.
구체적으로, 초음파 영상 장치(10)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전할 때 시계 방향으로 수신하는 영상(CW Image)과 반시계 방향으로 수신하는 영상(CCW Image)을 합성하여 최초 초음파 영상을 구현하게 된다.
이 때, 백래쉬에 기초하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 송신되는 초음파의 속도가 지체되어 수신되는 두 영상이 적절하게 겹쳐지지 못하여 영상이 흔들리는 문제점이 나타날 수 있다.
이에 따라, 흔들림없는 초음파 영상을 획득하기 위하여는, 초음파 프로브(200)에 대한 백래쉬값을 결정하고, 이를 보상할 필요가 있다.
이하, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 기초한 백래쉬값을 결정하는 것에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)가 백래쉬값을 결정하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 초음파 영상을 생성하기 전, 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)이 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어함으로써, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 상의 백래쉬에 의한 지연 시간 즉, 백래쉬값을 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어할 수 있다. 이 때, 미리 설정된 패턴에서, 트랜스듀서 모듈(210)은, 제1 방향으로 회전한 후(A 지점에서 C지점으로) 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과한 지점(C 지점)에서 제2 방향으로 방향 전환할 수 있다.
즉, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 자석(230)이 위치 센서(240)에서 멀어짐으로써 측정되는 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하는 경우(C 지점), 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 경우, 위치 센서(240)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환하여 자석(230)의 중심부가 위치 센서(240)에 도달할 때까지 즉, 자석(230)에 의한 자속 밀도가 제1 자속 밀도(Bop)에 도달할 때(D 지점)까지 제2 신호(고-레밸의 출력 신호)를 출력할 수 있다.
이 때, 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 신호가 출력되는 시구간은, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 것으로, 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간을 포함할 수 있다.
또한, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 존재하는 경우(도 11의 (b)), 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 존재하지 않는 경우(도 11의 (a))와 달리, 트랜스듀서 모듈(210)이 구동 장치(220)의 방향 전환에 부합하지 아니하고, 일정 시간 지연된 뒤 방향 전환되므로, 제2 신호가 출력되는 시구간은, 백래쉬값을 포함할 수 있다.
이후, 트랜스듀서 모듈(210)은, 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내로 이동한 경우(D지점 이후), 제1 방향으로 회전 시 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 때까지 걸린 제1 시간(T)에 대응하는 시간 동안, 1회 이상 방향 전환할 수 있다. 이 경우, 자석(230)은 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내에 위치한다.
이 때, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위는, 자석(230)이 위치 센서(240)에 접근하여 자속 밀도가 제1 자속 밀도(Bop)에 도달하는 지점에서부터 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 멀어져 자속 밀도가 제2 자속 밀도(Brp)에 도달하기 전까지의 지점에 해당할 수 있다.
또한, 제1 시간(T)은, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전할 때, 자석(230)이 위치 센서(240)에 접근한 후 멀어질 때(B지점에서 C 지점)까지 즉, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위를 통과할 때(B지점에서 C 지점)까지 소요된 시간에 해당할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(210)은, 제1 시간(T)에 대응하는 시간 동안, 1회의 방향 전환을 수행할 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(210)은, 방향 전환되는 지점(E 지점) 전후로 제1 시간의 반에 해당하는 시간 동안 동일한 회전 방향을 유지할 수 있다.
트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 없는 경우(도 11의 (a)), 제1 시간(T)에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)이 회전 방향에 관계없이 동일한 각속도로 회전한 것에 대응하여, 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 것이며, 이에 따라, 위치 센서(240)는, 제1 신호에서 제2 신호로 출력 신호를 전환할 수 있다.
다만, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 있는 경우(도 11의 (b)), 제1 시간(T)에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)이 “‡향 전환한 횟수에 비례하여 지연 시간이 발생하므로, 지연 시간을 더 회전한 후에야 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 수 있다. 이 때, 백래쉬값은, 1회의 방향 전환에 따른 지연 시간에 해당할 수 있으며, 총 지연 시간을 방향 전환 횟수로 나누어 결정할 수 있다.
이 경우, 위치 센서(240)는, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 없는 경우에 비해, 트랜스듀서 모듈(210)이 백래쉬값 만큼 회전한 지점(F 지점), 제1 신호에서 제2 신호로 출력 신호를 전환할 수 있다.
다시 말해, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬가 있는 경우의 트랜스듀서 모듈(210)은, 제1 시간(T) 이후에 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 멀어져 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달할 때까지(F 지점) 즉, 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위를 벗어날 때까지 더 회전할 수 있다.
제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환한 후 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위 내에 머무른 제2시간을 결정하고, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전 시 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과할 때까지 걸린 제1 시간과 상기 결정된 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 제어부(140)의 관점에서 백래쉬값을 결정하는 것을 보다 자세히 설명하도록 한다.
제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정할 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는, 자석(230)이 위치 센서(240)에 점진적으로 접근 후 통과하여, 위치 센서(240)의 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환(제3 전환 시점) 후 다시 제2 신호로 전환(제1 전환 시점)될 때까지 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전하도록 제어한다.
즉, 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전하여 자석(230)이 위치 센서(240)로 점진적으로 접근함에 따라 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고, 제3 전환 시점 및 제1 전환 시점 사이의 시간차를 제1 시간으로 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 제1 전환 시점 이후 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 제1 시간에 대응하는 시간 동안 수행되는 회전 방향의 전환의 횟수는, 제한이 없으며, 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 1회의 전환 횟수를 나타낼 수 있다.
다만, 제어부(140)는, 회전 방향의 전환에 따라 백래쉬값에 대응하는 지연 시간이 발생하도록, 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 트랜스듀서 모듈(210)이 동일한 방향으로 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 시간은, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 의한 지연 시간보다 긴 시간에 해당하도록 설계 단계에서 설정되어 저장부(160)에 저장되거나, 입력부(130)를 통하여 사용자로부터 설정되어 저장부(160)에 저장될 수 있다.
제어부(140)는, 제2 전환 시점 이후 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 시간에 대응하는 시간 이후, 트랜스듀서 모듈(210)이 위치 센서(240)가 제1 신호에서 제2 신호로 출력 신호를 전환하는 제 4 전환 시점까지 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
다시 말해, 제어부(140)는, 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 트랜스듀서 모듈(210)이 회전하여 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고, 제2 전환 시점 및 제4 전환 시점 사이의 시간차를 제2 시간으로 결정할 수 있다.
이후, 제어부(140)는, 제1 시간 및 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 시간 및 제2 시간 사이의 차이값 및 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이와 같이, 초음파 영상 장치(10)는, 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 특정 패턴에 따라 회전시킴으로써, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 의하여 발생하는 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이 때, 제어부(140)는, 백래쉬값을 결정하기 위하여 구동 장치(220)를 제어하는 경우, 구동 장치(220)가 일정한 회전력을 트랜스듀서 모듈(210)에 전달하여 트랜스듀서 모듈(210)이 일정한 속도로 회전하도록 구동 장치(220)의 모터(221)가 미리 설정된 속도로 회전하도록 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 속도는, 설계 단계에서 미리 설정되어 저장부(160)에 저장되어 있을 수 있으며, 실시예에 따라 입력부(130)를 통하여 사용자가 조정할 수도 있다.
또한, 백래쉬값을 결정하기 위한 동작은, 초음파 신호를 대상체에 조사하기 전 즉, 초음파 영상을 촬영하기 전에 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 초음파 프로브(200)가 초음파 영상 장치(10)의 본체(100)에 연결되는 시점에 초음파 프로브(200)의 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)이 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 함으로써 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이 때, 초음파 프로브(200)가 본체(100)에 연결되는 것은, 유선 또는 무선으로 본체(100)에 초기 접속되는 것을 포함할 수 있으며, 기 연결된 초음파 프로브(200)가 사용자의 선택에 의해 사용을 위해 활성화되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 입력부(130)를 통하여 사용자로부터 트랜스듀서 모듈(210)의 회전을 통한 3차원 초음파 영상의 촬영에 대한 입력을 수신하거나 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신하는 경우, 초음파 프로브(200)의 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)이 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 함으로써 백래쉬값을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 미리 설정된 시간 간격으로 초음파 프로브(200)의 구동 장치(220)를 제어하여 트랜스듀서 모듈(210)이 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 함으로써 백래쉬값을 결정할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 결정된 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 알림을 출력하도록 디스플레이(150)를 제어하거나, 백래쉬값을 다시 결정하기 위하여 초음파 프로브(200)를 제어하여 백래쉬값을 재결정할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 임계값은, 백래쉬값이 보상이 어려울 정도로 큰 값에 해당하는 경우일 때의 백래쉬값에 대응하는 값에 해당할 수 있으며, 설계 단계에서 미리 설정되어 저장부(160)에 저장될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 결정된 백래쉬값을 보상함으로써, 흔들림 없는 초음파 영상을 생성할 수 있다.
이하, 백래쉬값을 보상함으로써, 흔들림 없는 초음파 영상을 생성하는 것에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도13은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)가 결정된 백래쉬값을 보상하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전할 때 시계 방향으로 수신하는 영상(CW Image)과 반시계 방향으로 수신하는 영상(CCW Image)을 합성하여 최초 초음파 영상을 구현할 수 있다.
이 때, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 백래쉬에 기초하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 송신되는 초음파의 속도가 지체되어 수신되는 두 영상이 적절하게 겹쳐지지 못하여 영상이 흔들리는 문제점이 나타날 수 있다.
즉, (a)에서 왼쪽의 원이 시계 방향으로 수신하는 영상이고, 오른쪽의 원이 반시계 방향으로 수신하는 영상인데 양자가 겹쳐지지 못하여 초음파 영상 이미지가 흔들리게 된다.
이러한 영상 흔들림은, 백래쉬에 의한 현상으로, 구동 장치(220)가 회전함에 따라 같은 방향으로 트랜스듀서 모듈(210)도 회전을 하게 되는데, 이 때 구동 장치(220)의 회전에 맞추어 트랜스듀서 모듈(210)이 회전하지 못하는 경우에 발생하게 된다.
예를 들어, 구동 장치(220)의 모터(221)가 시계 방향으로 회전하다가 반시계 방향으로 회전할 때, 트랜스듀서 모듈(210)이 그에 맞추어 바로 회전하지 못하는 지연이 발생하여 그 지연 간격 만큼의 백래쉬값이 발생하고, 구동 장치(220)와 트랜스듀서 모듈(210)의 배열축(중심축)이 처음의 축과 일치하지 않게 되어 중심축을 기준으로 시계방향의 영상과 반시계 방향의 영상이 불일치 하게 되므로 영상 이미지의 흔들림이 발생하게 된다.
이에 따라, 제어부(140)는, 시계 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 반시계 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 영상 이미지 보정을 통하여 불일치 했었던 시계 방향(CW)의 영상과 반시계 방향(CCW)의 영상을 백래쉬에 의해 지연된 만큼 중심축을 기준으로 이동시켜서(shifting) 영상 이미지의 흔들림을 보정해 준다. 즉, 시계 방향의 영상과 반시계 방향의 영상을 일치시켜서 흔들림을 제거하는 것이다.
즉, 계산되는 백래쉬값은, 시간(t)의 단위로 표현되므로, 백래쉬값과 구동 장치(220)의 모터(221)의 속도(v)를 이용하여 백래쉬로 인하여 트랜스듀서 모듈(210)이 지연된 거리, 즉 늘어난 각도를 알 수 있고, 제어부(140)가, 초음파 영상 이미지 렌더링을 할 때, 지연된 값에 대응하도록 이미지 보정을 수행할 수 있다.
시계 방향의 렌더링 이미지와 반시계 방향의 렌더링 이미지를 이용하여 하나의 영상 이미지 렌더링을 수행하는 경우를 간략히 설명하면, 예를 들어, 시계 방향의 단면영상 50장을 일정 배열하여 1장의 3D영상을 생성하고, 반시계 방향의 단면영상 50장을 일정 배열하여 1장의 3D영상을 생성하여, 양자의 영상을 합쳐서 하나의 영상으로 렌더링을 수행 한다.
이 경우에, 제어부(140)는, 백래쉬에 의해서 지연된 시계 방향의 영상과 반시계 방향의 영상을 지연된 만큼 이동시켜서(Shifting) 흔들림 없는 영상을 생성할 수 있다. 즉, 제어부(140)는, 백래쉬로 인하여 흔들린 만큼을 오프셋(offset)하여 영상을 보정한다.
이 때, 렌더링 이미지를 보정하는 주기 또는 시점은, 실시간으로 계산된 백래쉬값을 이용하여 상시 보정이 가능하고, 일정 주기 또는 기간을 설정하여 보정이 가능할 수도 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 구동 장치(220)를 제어함으로써 백래쉬값을 보상할 수도 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 초음파 신호를 대상체에 조사하여 초음파 영상을 촬영하기 위하여 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향을 변환하기 위하여 구동 장치(220)를 제어하는 경우, 구동 장치(220)가 미리 설정된 시간보다 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 시간은, 촬영 프로토콜에 따라 결정된 회전 각도를 제공하기 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 방향 전환 후 회전하도록 설정된 시간에 해당할 수 있으며, 상기한 바와 같이, 미리 설정된 시간에 백래쉬값에 대응하는 시간을 더한 시간을 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 시간으로 보상함으로써, 트랜스듀서 모듈(210)이 백래쉬값에 의해 원하는 회전 각도에 이르지 못하는 문제를 보상할 수 있다.
이와 같이, 초음파 영상 장치(10)는, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 기초하여 발생한 지연 시간 즉, 백래쉬값을 결정하고, 결정된 백래쉬값을 보상함으로써, 흔들림없는 초음파 영상을 제공할 수 있다.
또한, 초음파 영상 장치(10)는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간을 결정하고, 이를 보상할 수 있다.
이하, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간을 결정하는 것에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 14는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)가 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차를 보상하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간을 결정하고, 이를 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어하는 경우, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과한 시점으로부터 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환하여 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위에 진입한 시점까지의 시간을 제3 시간으로 결정하고, 제3 시간 및 백래쉬값 사이의 차이값을 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간으로 결정할 수 있다.
즉, 제어부(140)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 전환 시점 및 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정하고, 제3 시간 보다 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간으로 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 초음파 영상 촬영을 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 회전 반경의 중심축에 위치하도록 트랜스듀서 모듈(210)을 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전(①)함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CW Falling)을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정하여 저장부(160)에 저장할 수 있다.
이 때, 제어부(140)가, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전(②)함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CCW Rising)을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정한다면, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의해 설정된 중심축과 결정된 중심축 사이에 차이가 발생하게 된다.
따라서, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CCW Rising)에서 오차 시간 만큼 제1 방향으로 회전(③)한 지점을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축으로 결정할 수 있다.
즉, 초음파 영상 장치(10)는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의해 발생할 수 있는 오차 시간을 보상해줌으로써, 트랜스듀서 모듈(210)이 어느 방향으로 회전하는지에 관계없이 트랜스듀서 모듈(210)이 동일한 중심축에 위치하도록 할 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 제어 방법을 설명하기로 한다. 후술하는 초음파 영상 장치(10)의 제어 방법에는 전술한 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)가 적용될 수 있다. 따라서, 앞서 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 내용은 특별한 언급이 없더라도 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 제어 방법에도 동일하게 적용 가능하다.
도 15는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 제어방법 중 백래쉬값을 결정하는 경우를 도시한 순서도이다.
도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있으며(1510), 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정할 수 있다(1520).
즉, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정할 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는, 자석(230)이 위치 센서(240)에 점진적으로 접근 후 통과하여, 위치 센서(240)의 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환(제3 전환 시점) 후 다시 제2 신호로 전환(제1 전환 시점)될 때까지 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전하도록 제어한다.
또한, 제어부(140)는, 위치 센서(240)의 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 전환되도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다(1530).
이 때, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전하여 자석(230)이 위치 센서(240)로 점진적으로 접근함에 따라 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고, 제3 전환 시점 및 제1 전환 시점 사이의 시간차를 제1 시간으로 결정할 수 있다.
제어부(140)는, 제1 전환 시점 이후 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 결정할 수 있으며(1540), 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다(1550).
다만, 제어부(140)는, 회전 방향의 전환에 따라 백래쉬값에 대응하는 지연 시간이 발생하도록, 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 트랜스듀서 모듈(210)이 동일한 방향으로 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 시간은, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 의한 지연 시간보다 긴 시간에 해당하도록 설계 단계에서 설정되어 저장부(160)에 저장되거나, 입력부(130)를 통하여 사용자로부터 설정되어 저장부(160)에 저장될 수 있다.
제어부(140)는, 제2 전환 시점 이후 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정할 수 있다(1560).
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 시간에 대응하는 시간 이후, 트랜스듀서 모듈(210)이 위치 센서(240)가 제1 신호에서 제2 신호로 출력 신호를 전환하는 제 4 전환 시점까지 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
다시 말해, 제어부(140)는, 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 트랜스듀서 모듈(210)이 회전하여 자석(230)이 위치 센서(240)로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고, 제2 전환 시점 및 제4 전환 시점 사이의 시간차를 제2 시간으로 결정할 수 있다.
이후, 제어부(140)는, 제1 시간 및 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬값을 결정할 수 있다(1570).
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 시간 및 제2 시간 사이의 차이값 및 제2 전환 시점을 기준으로 제1 시간에 대응하는 시간 동안 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 백래쉬값을 결정할 수 있다.
이와 같이, 초음파 영상 장치(10)는, 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 특정 패턴에 따라 회전시킴으로써, 트랜스듀서 모듈(210) 및 구동 장치(220) 사이의 백래쉬에 의하여 발생하는 백래쉬값을 결정할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 초음파 영상을 촬영 시 결정된 백래쉬값을 보상할 수 있다(1580).
즉, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 초음파 영상 획득을 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 초음파 신호를 조사하며 회전하도록 제어하는 경우, 결정된 백래쉬값을 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 방향을 변환하기 위하여 구동 장치(220)를 제어하는 경우, 구동 장치(220)가 미리 설정된 시간보다 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있다.
이 때, 미리 설정된 시간은, 촬영 프로토콜에 따라 결정된 회전 각도를 제공하기 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 방향 전환 후 회전하도록 설정된 시간에 해당할 수 있으며, 상기한 바와 같이, 미리 설정된 시간에 백래쉬값에 대응하는 시간을 더한 시간을 트랜스듀서 모듈(210)의 회전 시간으로 보상함으로써, 트랜스듀서 모듈(210)이 백래쉬값에 의해 원하는 회전 각도에 이르지 못하는 문제를 보상할 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 실시예에 따라, 시계 방향 및 반시계 방향 각각에 대한 초음파 영상을 획득한 이후, 시계 방향 및 반시계 방향 각각에 대응하는 초음파 영상을 보정하여 백래쉬값을 보상할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성할 수 있다. 이를 통해, 초음파 영상 장치(10)는, 흔들림 없는 초음파 영상을 제공할 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치(10)의 제어방법 중 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의한 오차를 보상하는 경우를 도시한 순서도이다.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 지점을 중심축으로 설정할 수 있다(1610).
제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전하도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있으며(1620), 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 전환되도록 구동 장치(220)를 제어할 수 있으며(1630), 제1 전환 시점 이후 출력 신호가 제2 신호에서 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 결정할 수 있으며(1640). 이에 대한 설명은, 앞서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
제어부(140)는, 제1 전환 시점 및 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정할 수 있으며(1650), 결정된 제3 시간보다 결정된 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 오차 시간으로 결정할 수 있다(1660).
구체적으로, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)을 미리 설정된 패턴으로 회전하도록 제어하는 경우, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 자석(230)이 위치 센서(240)를 통과한 시점으로부터 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 방향 전환하여 자석(230)이 위치 센서(240)의 저-레벨 출력 범위에 진입한 시점까지의 시간을 제3 시간으로 결정하고, 제3 시간 및 백래쉬값 사이의 차이값을 히스테리시스 특성에 의한 오차 시간으로 결정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 출력 신호가 제1 신호에서 제2 신호로 전환되는 지점을 결정할 수 있으며(1670), 결정된 지점에서 오차 시간 만큼 제1 방향으로 회전한 지점을 중심축으로 결정할 수 있다(1680).
즉, 제어부(140)는, 초음파 영상 촬영을 위해 트랜스듀서 모듈(210)이 회전 반경의 중심축에 위치하도록 트랜스듀서 모듈(210)을 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(140)는, 1610 단계에서 살펴본 바와 같이, 트랜스듀서 모듈(210)이 제1 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 고-레벨의 출력 신호에서 저-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CW Falling)을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정하여 저장부(160)에 저장할 수 있다.
이 때, 제어부(140)가, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CCW Rising)을 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정한다면, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의해 설정된 중심축과 결정된 중심축 사이에 차이가 발생하게 된다.
따라서, 제어부(140)는, 트랜스듀서 모듈(210)이 제2 방향으로 회전함에 따라 위치 센서(240)의 출력 신호가 저-레벨의 출력 신호에서 고-레벨의 출력 신호로 전환되는 지점(CCW Rising)에서 오차 시간 만큼 제1 방향으로 회전한 지점을 트랜스듀서 모듈(210)의 중심축으로 결정할 수 있다.
즉, 초음파 영상 장치(10)는, 위치 센서(240)의 히스테리시스 특성에 의해 발생할 수 있는 오차 시간을 보상해줌으로써, 트랜스듀서 모듈(210)이 어느 방향으로 회전하는지에 관계없이 트랜스듀서 모듈(210)이 동일한 중심축에 위치하도록 할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 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.
10: 초음파 영상 장치 100: 본체
110: 송신 신호 생성부 120: 빔포밍부
130: 입력부 140: 제어부
150: 디스플레이 160: 저장부
200: 초음파 프로브 210: 트랜스듀서 모듈
220: 구동 장치 230: 자석
240: 위치 센서

Claims (34)

  1. 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 구동 장치, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전에 따라 회전하는 자석 및 상기 자석의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서를 포함하는 초음파 프로브; 및
    상기 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정하고, 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제1 전환 시점 이후 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 제2 전환 시점 이후 상기 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정하고, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬(backlash)값을 결정하는 제어부;를 포함하는 초음파 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값 및 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 상기 백래쉬값을 결정하는 초음파 영상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 상기 트랜스듀서 모듈이 동일한 방향으로 회전하도록 상기 구동 장치를 제어하는 초음파 영상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 센서는,
    상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환하고, 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환하는 초음파 영상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고, 상기 제3 전환 시점 및 상기 제1 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제1 시간으로 결정하는 초음파 영상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 상기 트랜스듀서 모듈이 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고, 상기 제2 전환 시점 및 상기 제4 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제2 시간으로 결정하는 초음파 영상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동 장치는,
    상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 회전력을 생성하는 모터;를 포함하는 초음파 영상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동 장치는,
    상기 모터의 회전력을 상기 트랜스듀서 모듈에 전달하는 전달 장치(transmission device);를 더 포함하는 초음파 영상 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터가 미리 설정된 속도로 회전하도록 제어하는 초음파 영상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 초음파 프로브가 상기 초음파 영상 장치의 본체에 연결되는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 초음파 영상 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 영상 장치는,
    사용자로부터 입력을 수신하는 입력부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자로부터 상기 트랜스듀서 모듈의 회전을 통한 3차원 초음파 영상의 촬영에 대한 입력을 수신하거나 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신하는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 초음파 영상 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 설정된 시간 간격으로 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 초음파 영상 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 영상 장치는,
    초음파 영상을 출력하는 디스플레이;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 알림을 출력하도록 상기 디스플레이를 제어하거나, 백래쉬값을 다시 결정하기 위하여 상기 초음파 프로브를 제어하는 초음파 영상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향을 변환하기 위하여 상기 구동 장치를 제어하는 경우, 상기 구동 장치가 미리 설정된 시간보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 상기 구동 장치를 제어하는 초음파 영상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 상기 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 상기 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성하는 초음파 영상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전환 시점 및 상기 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정하고, 상기 제3 시간 보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 상기 위치 센서의 히스테리시스(hysteresis) 특성에 의한 오차 시간으로 결정하는 초음파 영상 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정한 경우, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 지점에서 상기 오차 시간 만큼 상기 제1 방향으로 회전한 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정하는 초음파 영상 장치.
  18. 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 트랜스듀서 모듈, 상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 구동 장치, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전에 따라 회전하는 자석 및 상기 자석의 회전에 따른 자속 밀도의 변화에 기초하여 제1 신호 및 제2 신호 중 어느 하나를 출력하는 위치 센서를 포함하는 초음파 프로브를 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 트랜스듀서 모듈이 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 제1 신호가 출력되는 제1 시간을 결정하고;
    출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제1 전환 시점에서 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고;
    상기 제1 전환 시점 이후 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 1회 이상 전환되도록 상기 구동 장치를 제어하고;
    상기 제2 전환 시점 이후 상기 제1 신호가 출력되는 제2 시간을 결정하고;
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값에 기초하여 백래쉬(backlash)값을 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 백래쉬값을 결정하는 것은,
    상기 제1 시간 및 상기 제2 시간 사이의 차이값 및 상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 횟수를 나누어 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간 동안, 상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향이 전환되는 시점으로부터 미리 설정된 시간 내에서는 상기 트랜스듀서 모듈이 동일한 방향으로 회전하도록 상기 구동 장치를 제어하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 위치 센서는,
    상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 자속 밀도가 제1 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환하고, 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 자속 밀도가 제2 자속 밀도에 도달하면 상기 출력 신호를 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 제1 시간을 결정하는 것은,
    상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로 점진적으로 접근함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 제3 전환 시점을 결정하고;
    상기 제3 전환 시점 및 상기 제1 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제1 시간으로 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제2 시간을 결정하는 것은,
    상기 제2 전환 시점을 기준으로 상기 제1 시간에 대응하는 시간이 경과한 이후, 상기 트랜스듀서 모듈이 회전하여 상기 자석이 상기 위치 센서로부터 점진적으로 멀어짐에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 제4 전환 시점을 결정하고;
    상기 제2 전환 시점 및 상기 제4 전환 시점 사이의 시간차를 상기 제2 시간으로 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 구동 장치는,
    상기 트랜스듀서 모듈을 회전시키는 회전력을 생성하는 모터;를 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 구동 장치는,
    상기 모터의 회전력을 상기 트랜스듀서 모듈에 전달하는 전달 장치(transmission device);를 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 모터가 미리 설정된 속도로 회전하도록 제어하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 백래쉬값을 결정하는 것은,
    상기 초음파 프로브가 상기 초음파 영상 장치의 본체에 연결되는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 초음파 영상 장치는,
    사용자로부터 입력을 수신하는 입력부;를 더 포함하고,
    상기 백래쉬값을 결정하는 것은,
    상기 사용자로부터 상기 트랜스듀서 모듈의 회전을 통한 3차원 초음파 영상의 촬영에 대한 입력을 수신하거나 백래쉬값 결정에 대한 입력을 수신하는 경우, 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 백래쉬값을 결정하는 것은,
    미리 설정된 시간 간격으로 상기 초음파 프로브를 제어하여 상기 백래쉬값을 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 초음파 영상 장치는,
    초음파 영상을 출력하는 디스플레이;를 더 포함하고,
    상기 백래쉬값이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우, 알림을 출력하도록 상기 디스플레이를 제어하거나, 백래쉬값을 다시 결정하기 위하여 상기 초음파 프로브를 제어하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 모듈의 회전 방향을 변환하기 위하여 상기 구동 장치를 제어하는 경우, 상기 구동 장치가 미리 설정된 시간보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 늘어난 시간 동안 동일한 방향의 회전력을 출력하도록 상기 구동 장치를 제어하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  32. 제18항에 있어서,
    상기 제1 방향에 대응하는 렌더링 이미지 및 상기 제2 방향에 대응하는 렌더링 이미지 각각을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축에서 각각에 대응하는 방향으로 상기 백래쉬값에 대응하는 각도 만큼 이동시켜 초음파 영상의 렌더링 이미지를 생성하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 제1 전환 시점 및 상기 제2 전환 시점 사이의 시간차를 제3 시간으로 결정하고;
    상기 제3 시간 보다 상기 백래쉬값에 대응하는 시간 만큼 짧은 시간을 상기 위치 센서의 히스테리시스(hysteresis) 특성에 의한 오차 시간으로 결정하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제1 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제2 신호에서 상기 제1 신호로 전환되는 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 설정한 경우, 상기 트랜스듀서 모듈이 상기 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 출력 신호가 상기 제1 신호에서 상기 제2 신호로 전환되는 지점에서 상기 오차 시간 만큼 상기 제1 방향으로 회전한 지점을 상기 트랜스듀서 모듈의 중심축으로 결정하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
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