KR20210099676A - 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

초음파 영상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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이진용
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Abstract

일 실시예에 따른 초음파 영상 장치는, 초음파 영상을 표시하는 디스플레이; 대상체로 초음파 신호를 송신하고, 초음파 에코 신호를 수신하는 초음파 프로브; 및 상기 초음파 에코 신호를 처리하여 상기 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하고, 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에서 상기 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고, 상기 다중 단면 영상에서 아티팩트(artifact)가 검출되는 경우, 상기 다중 단면 영상 중 상기 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하고, 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

초음파 영상 장치 및 그 제어 방법{ULTRASONIC IMAGING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
개시된 발명은 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
초음파 영상 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성 되는 초음파 신호를 대상체의 체표로부터 체내의 타겟 부위를 향하여 조사하고, 반사된 초음파 신호(초음파 에코 신호)의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 비침습적으로 얻는 장치이다.
초음파 영상 장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 영상 장치 등의 다른 영상 영상 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.
또한, 초음파 영상 장치는 체내의 타겟을 3D 영상 및/또는 4D 영상으로 표시할 수 있고, 타겟의 여러 단면에 관한 영상들을 동시에 획득하고 표시할 수도 있다. 그런데 여러 단면 영상들을 동시에 획득하여 표시하는 것은 각 단면의 2D영상을 따로 획득하여 표시하는 것보다 성능 면에서 떨어지는 것으로 취급받고 있는 실정이다.
개시된 발명은 다중 단면(biplane) 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 초음파 영상 장치는, 초음파 영상을 표시하는 디스플레이; 대상체로 초음파 신호를 송신하고, 초음파 에코 신호를 수신하는 초음파 프로브; 및 상기 초음파 에코 신호를 처리하여 상기 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하고, 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에서 상기 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고, 상기 다중 단면 영상에서 아티팩트(artifact)가 검출되는 경우, 상기 다중 단면 영상 중 상기 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하고, 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상을 포함하는 상기 다중 단면 영상과 상기 제2 단면 영상을 동시에 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상을 상기 제2 단면 영상으로 대체하여 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상에 상기 제2 단면 영상을 오버레이하여 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 다중 단면 영상에서 검출되는 쉐도우(shadow)를 상기 아티팩트로 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 식별하고, 상기 관심영역의 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상 내 상기 관심영역의 형상, 크기 및 위치와 일치하는 상기 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출할 수 있다.
상기 제어부는 미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 상기 제2 단면 영상의 방향을 조정하고, 상기 방향이 조정된 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 상기 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬하고, 상기 심박 주기와 동기화하여 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법은, 초음파 에코 신호를 처리하여 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하고; 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에서 상기 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고; 상기 다중 단면 영상에서 아티팩트(artifact)를 검출하고; 상기 다중 단면 영상 중 상기 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하고; 및 상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은, 상기 제1 단면 영상을 포함하는 상기 다중 단면 영상과 상기 제2 단면 영상을 동시에 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은, 상기 제1 단면 영상을 상기 제2 단면 영상으로 대체하여 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은, 상기 제1 단면 영상에 상기 제2 단면 영상을 오버레이하여 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 아티팩트를 검출하는 것은, 상기 다중 단면 영상에서 검출되는 쉐도우(shadow)를 상기 아티팩트로 결정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은, 상기 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 식별하고; 및 상기 관심영역의 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은, 상기 제1 단면 영상 내 상기 관심영역의 형상, 크기 및 위치와 일치하는 상기 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은, 미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은, 상기 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 상기 제2 단면 영상의 방향을 조정하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은, 상기 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 상기 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬하고; 및 상기 심박 주기와 동기화하여 상기 제2 단면 영상을 표시하는 것;을 포함할 수 있다.
개시된 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법은, 대상체의 임의의 위치에서 대상체 내의 타겟에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 표시할 때, 대상체의 다른 위치에서 획득된 4D 영상을 이용하여 다중 단면(biplane) 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 본체 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 심장의 입체 형상과 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법을 더 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 8은 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하는 방법을 설명한다.
도 9 는 대상체의 제2 위치에서 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하는 방법을 설명한다.
도 10은 아티팩트를 포함하는 단면 영상의 일 예를 도시한다.
도 11은 다중 단면(biplane) 영상을 구성하는 단면 영상의 일 예로서 정상 4 챔버 뷰(apical 4-chamber view)를 도시한다.
도 12는 다중 단면(biplane) 영상을 구성하는 단면 영상의 일 예로서 아티팩트를 포함하는 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)를 도시한다.
도 13은 도11과 도12의 다중 단면(biplane) 영상이 초음파 영상 장치의 디스플레이 상에 표시되는 일 예를 도시한다.
도 14는 도 8의 4차원 영상으로부터 추출된 제2 단면 영상의 일 예를 도시한다.
도 15는 도 14의 제2 단면 영상이 변환되는 것을 설명한다.
도 16은 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상의 프레임들이 정렬되는 것을 설명한다.
도 17 내지 도 19는 초음파 영상 장치의 디스플레이 상에 개선된 다중 단면(biplane) 영상이 표시되는 실시예들을 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 동물을 포함할 수 있다. 또한, 대상체는 또는 사람의 일부 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 영상 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 초음파 영상 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 신호로 변환한다.
초음파 프로브(100)는 케이블(120)을 통해 초음파 영상 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. 이하 도 3 및 도 4에서 프로브(100)가 구체적으로 설명된다.
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 영상 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 영상 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 영상 장치(1)를 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있다.
제2 디스플레이(270-2)는 초음파 영상을 표시할 수 있다. 초음파 영상은 2차원 초음파 영상, 3차원 초음파 영상 및/또는 4차원 초음파 영상일 수 있다. 제2 디스플레이(270-2)는 초음파 영상 장치(1)의 작동 모드에 따라 다양한 초음파 영상을 표시할 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) 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 영상 장치(1)를 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있다.
초음파 영상이 제2 디스플레이(270-2)에 표시되는 것으로 설명되었으나, 초음파 영상은 제1 디스플레이(270-1)에 표시될 수도 있다. 다시 말해, 디스플레이(270)는 초음파 영상을 표시할 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 영상 장치의 본체 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 프로브(100)는 매트릭스(Matrix) 프로브일 수 있다. 매트릭스 프로브를 이용함으로써 타겟의 3D 볼륨 데이터가 획득될 수 있고, 3차원 초음파 영상 및/또는 4차원 초음파 영상이 획득될 수 있다. 4차원(4D) 초음파 영상은 3차원 영상의 움직임을 표현할 수 있다. 타겟의 2차원 단면 영상이 획득될 수 있는 것은 물론이다.
프로브(100)는 매트릭스 프로브로 제한되지 않는다. 예를 들면, 프로브(100)는 커브드 어레이 프로브(curved array probe), 페이즈드 어레이 프로브(Phased array probe), 볼륨 프로브(Volume probe), 엔도캐비티 프로브(Endocavity Probe), 컨벡스 프로브(Convex Probe) 또는 3D 프로브일 수 있다.
초음파 영상 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.
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 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, 3D 초음파 영상 및/또는 4D 초음파 영상을 생성할 수 있다.
디스플레이(270) 상에 초음파 영상이 표시될 수 있도록, 영상 처리부(290)는 초음파 영상 데이터를 RGB 처리하고, 디스플레이(270)로 전송한다. 또한, 영상 처리부(290)는 초음파 영상에 여러 가지 부가 정보를 포함시키기 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 영상 장치(1)에서 처리되는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 디스플레이(270)는 초음파 영상의 표시와 관련된 다양한 파라미터를 조절할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스를 표시할 수 있다.
제어부(300)는 초음파 영상 장치(1)의 작동 및 초음파 영상 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 영상 장치(1)의 각 구성의 작동에 필요한 프로그램 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 영상 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.
초음파 영상 장치(1)가 포함하는 구성 요소는 도 2 에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 다양한 구성 요소의 조합이 가능하다. 초음파 영상 장치(1)의 구체적인 동작은 이하 도 5 내지 도 19에서 설명된다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 프로브를 도시한다. 도 4는 일 실시예에 따른 초음파 프로브의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 프로브(100)는 트랜스듀서 어레이(110), 케이블(120), 커넥터(130) 및 프로브 제어부(170)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 프로브(100)는 매트릭스(Matrix) 프로브일 수 있다. 매트릭스 프로브를 이용함으로써 타겟의 3D 볼륨 데이터가 획득될 수 있고, 3차원 초음파 영상 및/또는 4차원 초음파 영상이 획득될 수 있다. 4차원(4D) 초음파 영상은 3차원 영상의 움직임을 표현할 수 있다. 타겟의 2차원 단면 영상이 획득될 수 있는 것은 물론이다. 프로브(100)는 복수의 단면 영상을 동시에 획득할 수 있다. 동시에 획득되는 복수의 단면 영상은 다중 단면(biplane) 영상으로 정의될 수 있다. 프로브(100)는 매트릭스 프로브로 제한되지 않는다.
트랜스듀서 어레이(110)는 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.
트랜스듀어 어레이(110)에 포함된 트랜스듀서 엘리먼트는 선택적으로 활성화될 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트의 선택적인 활성화에 의해, 송신 빔의 폭이 조절될 수 있고, 송신 빔의 각도가 조절될 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 4 에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 다양한 구성 요소의 조합이 가능하다.
도 5는 심장의 입체 형상과 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)의 입체 영상과 단면 영상을 획득할 수 있다. 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)의 3D 볼륨 데이터를 획득될 수 있고, 3차원 초음파 영상 및/또는 4차원 초음파 영상을 생성할 수 있다. 4차원(4D) 초음파 영상은 3차원 영상의 움직임을 표현할 수 있다. 다시 말해, 3D 영상은 정지 영상이고, 4D 영상은 동영상이다. 따라서 4D 볼륨 데이터는 시간축을 따라 획득되는 3D 볼륨 데이터의 집합으로 이해될 수 있다.
또한, 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)의 2차원 단면 영상을 획득될 수 있다. 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)에 관한 복수의 단면 영상을 동시에 획득할 수 있다. 동시에 획득되는 복수의 단면 영상은 다중 단면(biplane) 영상으로 정의될 수 있다. 2차원 단면 영상은 3D 볼륨 데이터 및/또는 4D 볼륨 데이터로부터 검출될 수 있다.
예를 들면, 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)의 수평 장축, 수직 장축, 단축 각각을 기준으로 단면 영상을 획득할 수 있다. 심장(400)의 기저부에서 심첨부에 이르는 축을 장축(long-axis)이라 하고, 장축과 직각인 축을 단축(short-axis)이라 한다. 수평 장축을 따라 획득되는 심장(400)의 단면은 수평 장축 뷰(410)로 정의될 수 있고, 수직 장축을 따라 획득되는 심장(400)의 단면은 수직 장축 뷰(420)로 정의될 수 있으며, 단축을 따라 획득되는 심장(400)의 단면은 단축 뷰(430)로 정의될 수 있다.
도 5에서 수평 장축 뷰(410)는 정상 4 챔버 뷰(Apical 4-Chamber (A4C) view)일 수 있다. A4C 뷰는 심장(400)의 좌심실(LV, Left Ventricle), 좌심방(LA, Left Atrium), 우심실(RV, Right Ventricle) 및 우심방(RA, Reft Atrium)이 표현되는 단면이다. A4C 뷰에는 심장(400)의 말단 캡(Apical cap), 말단 격막(Apical septum), 중하격막(Mid inferoseptum), 기저하격막(Basal inferoseptum), 말단 측면(Apical lateral), 중전측면(Mid anterolateral), 기저 전측면(anterolateral)이 표현된다. A4C 뷰에서는 승모판, 삼첨판, 심박중격, 승모판막, 심실중격이 용이하게 관찰될 수 있다.
수직 장축 뷰(420)는 좌심실 유출로 뷰(Left Ventricular Outflow Tract (LVOT) view)일 수 있다. LVOT view에서는 좌심실(LV), 좌심방(LA), 우심실(RV) 및 대동맥(AO, Aorta)이 표현될 수 있다. LVOT view에서는 좌심실 유출로(Left Ventricular Outflow Tract)가 용이하게 관찰될 수 있다.
단축 뷰(430)는 단축 기본 뷰(Short Axis view at Basal level, SAXB)일 수 있다. SAXB에서는 심장(400)의 전면(Anterior), 전면 격막(Antero septum), 후면 격막(inferoseptum), 전면 측막(Anterior lateral), 후면 측막(Infero lateral) 및 후면(Inferior)이 관찰될 수 있다.
한편, 심장(400)의 단면에 관한 표준 뷰가 미리 정의될 수 있다. 예를 들면, 표준 뷰에는, 정상 2챔버 뷰(Apical 2-Chamber view (A2C) view), 정상 3챔버 뷰(Apical 3-Chamber view (A3C) view), 정상 4챔버 뷰(Apical 4-Chamber (A4C) view), 정상 5챔버 뷰(Apical 5-Chamber (A5C) view), 단축 기본 뷰(Short Axis view at Basal level (SAXB)), 단축 중간 뷰(Short Axis view at middle level (SAXM)), 단축 정상 뷰(Short Axis view at Apex level (SAXA)), 좌심실 유출로 뷰(Left Ventricular Outflow Tract (LVOT) view), 우심실 유출로 뷰(Right Ventricular Outflow Tract (RVOT) view)가 포함될 수 있다. 표준 뷰는 예시된 것으로 한정되지 않으며, 다양한 단면이 포함될 수 있다.
초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는 미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 3D 볼륨 데이터 및/또는 4D 볼륨 데이터로부터 단면 영상을 추출할 수 있다. 표준 뷰를 이용하여 3D 볼륨 데이터 및/또는 4D 볼륨 데이터에서 단면 영상을 검출하는 것은 사용자들 간에 일관성을 향상시킬 수 있고, 영상 품질을 개선할 수 있다. 단면 영상을 검출하는 것은 기계 학습 프로그램 및/또는 딥러닝 프로그램을 이용하여 수행될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
먼저, 상술한 바와 같이, 초음파 영상 장치(1)는 심장(400)의 여러 단면 영상들을 동시에 획득하고 표시할 수 있다. 그런데 여러 단면 영상들을 동시에 획득하여 표시하는 것은 각 단면의 2D영상을 따로 획득하여 표시하는 것보다 성능 면에서 떨어지는 문제를 갖고 있었기 때문에 잘 활용되지 않는 실정이었다.
예를 들면, 심장에 대한 초음파 영상을 획득하고자 할 때, 척추, 갈비뼈와 같은 뼈 구조물로 인해 쉐도우(Shadow) 현상과 같은 아티팩트(artifact)가 발생할 수 있었다. 특히, 태아의 심장을 관찰하고자 할 경우, 산모의 복부 내에서 움직이는 태아의 자세에 따라 쉐도우 현상이 계속 발생할 수 있다.
이 경우 숙련된 사용자는 쉐도우 현상이 발생하지 않는 대상체의 다른 위치에서 다시 초음파 영상을 획득하였다. 아티팩트가 검출되지 않는 위치에서 초음파 영상을 획득하는 경우 영상의 품질은 확보될 수 있다. 그러나, 아티팩트가 생길 때마다 프로브를 옮기는 것은 번거롭고, 불편함이 야기될 수 밖에 없다.
개시된 초음파 영상 장치(1)는 대상체의 임의의 위치에서 심장의 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고 표시할 때, 대상체의 다른 위치에서 획득된 4D 영상을 이용하여 다중 단면(biplane) 영상의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
도 6을 참조하면, 초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는, 프로브(100)에 의해 수신된 초음파 에코 신호를 처리하여 대상체의 제1 위치에서 심장(400)에 관한 4차원 볼륨 데이터 및/또는 4차원 영상을 획득할 수 있다(510). 즉, 제1 위치에서 초음파 빔을 송신하여 4차원 영상이 먼저 획득되어야 한다. 대상체의 제1 위치는 쉐도우와 같은 아티팩트가 검출되지 않는 위치일 수 있다. 제1 위치에서 획득된 4차원 영상은 제1 사차원 영상으로 정의될 수 있다.
제어부(300)는 제1 위치와 다른 제2 위치에서 심장(400)에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득할 수 있다(520). 즉, 제어부(300)는 대상체의 제2 위치에서 프로브(100)에 의해 수신된 초음파 에코 신호를 처리하여 다중 단면(biplane) 영상을 획득할 수 있다.
다중 단면(biplane) 영상은 2개의 2D 단면 영상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중 단면(biplane) 영상은 정상 4 챔버 뷰(Apical 4-Chamber (A4C) view)의 영상 및 좌심실 유출로 뷰(Left Ventricular Outflow Tract (LVOT) view)의 영상을 포함할 수 있다. 다중 단면(biplane) 영상은 제2 위치에서 획득된 4차원 영상 및/또는 4차원 볼륨 데이터로부터 획득될 수도 있다. 제2 위치에서 획득된 4차원 영상은 제2 사차원 영상으로 정의될 수 있다.
제어부(300)는 획득한 다중 단면(biplane) 영상을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다(530). 다중 단면(biplane) 영상은 디스플레이(270) 상에 동시에 표시될 수 있다.
또한, 제어부(300)는 다중 단면(biplane) 영상에서 아티팩트(artifact)가 발생하는 것을 모니터링 할 수 있다(540). 구체적으로, 제어부(300)는 디스플레이(270)에 표시되는 다중 단면(biplane) 영상에서 쉐도우(shadow)를 검출 및/또는 식별할 수 있다. 쉐도우의 검출은 기계 학습 프로그램 및/또는 딥러닝 프로그램을 이용하여 수행될 수 있다. 아티팩트는 쉐도우 이외에도 다양한 화질 열화를 포함하는 것으로 정의된다.
제어부(300)는 다중 단면(biplane) 영상에서 아티팩트(artifact)가 검출되는 경우(550), 다중 단면(biplane) 영상 중 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 4차원 영상으로부터 추출할 수 있다(560). 예를 들면, 대상체의 제2 위치에서 획득된 정상 4 챔버 뷰(A4C view)의 영상 및 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상 중 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상에서 쉐도우가 검출될 수 있다. 이 경우 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상이 제1 단면 영상으로 정의된다. 제2 단면 영상이 추출되는 4차원 영상(제1 사차원 영상)은 제1 위치에서 획득된 것이다.
제어부(300)는 제2 단면 영상을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다(570). 제2 단면 영상은 제1 단면 영상과 함께(독립적으로 동시에) 표시되거나, 제1 단면 영상을 대체하여 표시되거나, 제1 단면 영상에 오버레이 되어 표시될 수 있다.
이와 같이, 다중 단면(biplane) 영상에서 아티팩트(artifact)를 포함하는 단면 영상이 검출되는 경우, 동일한 단면에 관해 아티팩트를 포함하지 않는 다른 단면 영상을 추출하여 표시함으로써, 다중 단면(biplane) 영상의 표시와 관련된 전체적인 품질이 향상될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 초음파 영상 장치의 제어 방법을 더 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(300)는 다중 단면(biplane) 영상 중 제1 단면 영상에서 쉐도우(shadow)를 검출할 수 있다(610). 도 7에서, 610 과정 이전에, 도 6의 510, 520, 530 및 540 과정들이 먼저 수행된다.
제어부(300)는 다중 단면(biplane) 영상 중 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다. 제2 단면 영상의 추출을 위해 다음과 같은 과정들이 수행될 수 있다.
제어부(300)는 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 식별할 수 있다(620). 관심영역의 해부학적 특징은 관심영역의 형상, 크기 및 위치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 관심영역이 좌심실(LV)과 대동맥(AO)을 포함하는 것으로 설정될 수 있다. 이 경우, 제어부(300)는 제1 단면 영상에서 좌심실(LV)과 대동맥(AO)의 형상, 크기 및 위치를 식별할 수 있다.
심장(400)은 빠르게 움직이므로, 같은 방향의 단면이라도 단면 영상에 나타나는 특징은 시간에 따라 변화할 수 있다. 따라서 제1 단면 영상은 심장(400)의 동일한 단면에 관한 복수의 프레임들로 구성될 수 있다. 제어부(300)는 제1 단면 영상의 프레임들 각각에서 관심영역의 해부학적 특징을 식별할 수 있다.
제어부(300)는 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 포함하는 제2 단면 영상을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다(630). 다시 말해, 제어부(300)는 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징과 동일한 특징을 포함하는 제2 단면 영상을 추출할 수 있다. 제어부(300)는 제1 단면 영상의 프레임들에 대응하는 제2 단면 영상의 프레임들을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다.
제2 단면 영상에 나타나는 심장의 단면은 제1 단면 영상에 나타나는 심장의 단면과 동일할 수 있다. 그러나 제2 단면 영상에 나타나는 심장의 단면이 제1 단면 영상에 나타나는 심장의 단면과 반드시 동일해야하는 것은 아니다.
또한, 제어부(300)는 미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 제2 단면 영상을 4차원 영상으로부터 추출할 수 있다. 예를 들면, 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)가 표준 뷰에 포함될 수 있다. 이 경우 제어부(300)는 4차원 영상 및/또는 4차원 볼륨 데이터에서 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상을 제2 단면 영상으로 추출할 수 있다. 따라서 제1 단면 영상과 제2 단면 영상은 심장(400)의 동일한 단면을 나타낼 수 있다.
제어부(300)는 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 제2 단면 영상의 방향을 조정할 수 있다(640). 대상체의 제1 위치에서 획득된 4차원 볼륨 데이터로부터 추출된 제2 단면 영상의 방향은, 대상체의 제2 위치에서 획득된 다중 단면(biplane) 영상의 제1 단면 영상의 방향과 다를 수 있다. 따라서 제1 단면 영상의 방향과 제2 단면 영상의 방향을 맞추어줄 필요가 있다. 이를 위해, 제어부(300)는 제1 단면 영상의 방향과 제2 단면 영상의 방향을 식별할 수 있다. 제어부(300)는 방향이 조정된 제2 단면 영상을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다.
제어부(300)는 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬할 수 있다(650). 이는 제2 단면 영상이 표시되는 타이밍을 제1 단면 영상이 표시되는 타이밍과 맞추기 위한 것이다.
심장(400)은 빠르게 움직이므로, 같은 방향의 단면이라도 단면 영상에 나타나는 특징은 시간에 따라 변화할 수 있다. 심장의 단면 영상에 나타나는 특징의 변화는 심박 주기를 따라 주기적으로 반복된다. 다중 단면(biplane) 영상에 포함되는 제1 단면 영상의 프레임 레이트와 4차원 영상으로부터 획득된 제2 단면 영상의 프레임 레이트가 다를 수 있다. 이 경우, 제1 단면 영상의 프레임들 각각에 연관되는 심박 주기의 위상과 제2 단면 영상의 프레임들 각각에 연관되는 심박 주기의 위상이 다를 수 있다. 따라서 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬해줄 필요가 있다.
제어부(300)는 심박 주기와 동기화하여 제2 단면 영상을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다(660).
한편, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)과 제2 단면 영상(1100, 1200)의 시간 해상도를 일치시키기 위해 프레임 보간(interpolation)을 수행할 수 있다. 시간 해상도란 프레임 레이트를 의미한다. 예를 들면, 제2 단면 영상(1100, 1200)의 프레임 레이트를 높이기 위해 제2 단면 영상(1100, 1200)에 관한 프레임 보간이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)과 제2 단면 영상(1100, 1200)의 공간 해상도를 일치시키기 위해 공간 해상도 보간을 수행할 수 있다. 공간 해상도란 영상을 공간 영역상에서 얼마나 자세하게 표현할 수 있는가의 척도이다. 다시 말해, 공간 해상도는 화면 해상도로 이해될 수 있다. 공간 해상도의 보간을 위해 Super Resolution 기법 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 단면 영상(1000)의 픽셀 수가 제2 단면 영상(1100, 1200)의 픽셀 수보다 클 수 있다. 반대로, 제2 단면 영상(1100, 1200)의 픽셀 수가 제1 단면 영상(1000)의 픽셀 수보다 클 수 있다. 이 경우, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000) 또는 제2 단면 영상(1100, 1200) 중 적어도 하나의 공간 해상도 보간을 수행할 수 있다.
도 8은 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하는 방법을 설명한다.
도 8을 참조하면, 프로브(100)는 대상체의 제1 위치에서 제1 초음파 빔(U1)을 타겟인 심장(400)으로 송신하고, 초음파 에코 신호를 수신한다. 초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는, 프로브(100)에 의해 수신된 초음파 에코 신호를 처리하여 대상체의 제1 위치에서 심장(400)에 관한 4차원 볼륨 데이터 및/또는 4차원 영상을 획득할 수 있다. 또한, 대상체의 제1 위치에서 획득된 4차원 영상 및/또는 4차원 볼륨 데이터는 메모리(320)에 저장된다.
대상체의 제1 위치는 초음파 영상에서 쉐도우와 같은 아티팩트가 검출되지 않는 위치일 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 대상체의 제1 위치는 척추(710)의 옆이면서 늑골 사이의 위치일 수 있다. 제1 초음파 빔(U1)은 척추(710)에 의해 가려지지 않으므로, 대상체의 제1 위치에서 획득되는 4차원 영상 및/또는 4차원 볼륨 데이터는 쉐도우와 같은 아티팩트를 포함하지 않을 수 있다. 제1 위치에서 획득된 4차원 영상은 제1 사차원 영상으로 정의될 수 있다.
도 9 는 대상체의 제2 위치에서 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하는 방법을 설명한다.
도 9를 참조하면, 제어부(300)는 제1 위치와 다른 제2 위치에서 심장(400)에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득할 수 있다. 프로브(100)는 대상체의 제2 위치에서 제2 초음파 빔(U2)을 타겟인 심장(400)으로 송신하고, 초음파 에코 신호를 수신한다. 제어부(300)는 대상체의 제2 위치에서 프로브(100)에 의해 수신된 초음파 에코 신호를 처리하여 다중 단면(biplane) 영상을 획득할 수 있다. 다중 단면(biplane) 영상은 제2 위치에서 획득된 4차원 영상 및/또는 4차원 볼륨 데이터로부터 획득될 수도 있다. 제2 위치에서 획득된 4차원 영상은 제2 사차원 영상으로 정의될 수 있다. 또한, 대상체의 제2 위치에서 획득된 다중 단면(biplane) 영상, 제2 사차원 영상 및/또는 제2 사차원 볼륨 데이터는 메모리(320)에 저장될 수 있다.
대상체의 제2 위치는 초음파 영상에서 쉐도우(720)와 같은 아티팩트가 검출될 수 있는 위치일 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 대상체의 제2 위치는 척추(710)에 의해 제2 초음파 빔(U2)이 가려지는 위치일 수 있다. 제2 초음파 빔(U2)이 척추(710)에 의해 가려지므로, 대상체의 제2 위치에서 획득되는 초음파 영상은 쉐도우(720)와 같은 아티팩트를 포함할 수 있다. 따라서 심장(400)이 초음파 영상에서 제대로 관찰되지 않을 수 있다.
도 10은 아티팩트를 포함하는 단면 영상의 일 예를 도시한다.
도 10을 참조하면, 초음파 단면 영상(800)에 아티팩트인 쉐도우(720)가 포함된 것이 확인된다. 초음파 단면 영상(800)은 도 9의 모식도에 관한 실제 초음파 영상이다. 도 9에서 설명된 바와 같이, 초음파 빔이 척추(710)에 의해 가려지므로, 초음파 단면 영상(800)은 쉐도우(720)와 같은 아티팩트를 포함할 수 있다. 따라서 심장(400)이 초음파 영상에서 제대로 관찰되지 않을 수 있다.
도 11은 다중 단면(biplane) 영상을 구성하는 단면 영상의 일 예로서 정상 4 챔버 뷰(apical 4-chamber view)를 도시한다. 도 12는 다중 단면(biplane) 영상을 구성하는 단면 영상의 일 예로서 아티팩트를 포함하는 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)를 도시한다. 도 13은 도11과 도12의 다중 단면(biplane) 영상이 초음파 영상 장치의 디스플레이 상에 표시되는 일 예를 도시한다.
초음파 영상 장치(1)는 심장(400)에 관한 복수의 단면 영상을 동시에 획득할 수 있다. 동시에 획득되는 복수의 단면 영상은 다중 단면(biplane) 영상으로 정의될 수 있다. 다중 단면(biplane) 영상은 대상체의 제2 위치에서 획득될 수 있다. 도 11과 도12에서 설명되는 다중 단면(biplane) 영상은 도 9의 제2 위치와는 다른 대상체의 위치에서 획득된 것이다. 도 9에서는 트랜스듀서 어레이(110)의 전면이 척추(710)를 향하여 초음파 빔을 송신한다. 그러나, 도 11 및 도 12에서는 트랜스듀서 어레이(110)의 일부만 척추(710)를 향해 초음파 빔을 송신하고, 트랜스듀서 어레이(110)의 다른 일부에 의해 송신되는 초음파 빔은 척추(710)를 향하지 않는다.
도 11을 참조하면, 다중 단면(biplane) 영상에 포함되는 단면 영상들 중 하나는 수평 장축 뷰(410)의 영상으로서, 정상 4 챔버 뷰(apical 4-chamber view)의 영상(900)일 수 있다. 도 5에서 설명된 바와 같이, 정상 4 챔버 뷰(apical 4-chamber view)의 영상(900)에서 좌심실(LV), 좌심방(LA), 우심실(RV) 및 우심방(RA)이 관찰될 수 있다. 정상 4 챔버 뷰(A4C view)의 영상(900)에서는 쉐도우가 검출되지 않을 수 있다.
도 12를 참조하면, 다중 단면(biplane) 영상에 포함되는 단면 영상들 중 다른 하나는 수직 장축 뷰(420)의 영상으로서, 좌심실 유출로 뷰(Left Ventricular Outflow Tract (LVOT) view)의 영상(1000)일 수 있다. 도 5에서 설명된 바와 같이, 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000)에서는 좌심실(LV), 좌심방(LA), 우심실(RV) 및 대동맥(AO, Aorta)이 관찰될 수 있다. 또한, 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000)에서는 좌심실 유출로(Left Ventricular Outflow Tract)가 용이하게 관찰될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 관심영역(ROI, Region of Interest)은 좌심실(LV)과 대동맥(AO)을 포함하는 것으로 설정될 수 있다. 그런데, 초음파 빔의 일부가 척추(710)를 향해 송신됨으로 인해, 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000)에서 쉐도우(shadow)가 검출될 수 있다. 따라서 심장(400)의 구조가 명확하게 확인되지 않을 수 있다. 쉐도우가 검출된 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000)은 제1 단면 영상으로 결정될 수 있다.
도 13을 참조하면, 초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는 다중 단면(biplane) 영상을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(300)는 정상 4 챔버 뷰(A4C view)의 영상(900)과 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000)을 동시에 표시하도록 디스플레이(270) 중 제2 디스플레이(270-2)를 제어할 수 있다. 그런데, 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 영상(1000),즉, 제1 단면 영상(1000)에 아티팩트가 존재하기 때문에 바람직한 심장(400)의 관찰이 이루어지기 어렵다.
제1 단면 영상(1000)에 대응하고 아티팩트를 포함하지 않는 다른 단면 영상의 획득을 통해 바람직한 심장(400)의 관찰이 가능하게 될 수 있다. 결과적으로 다중 단면(biplane) 영상의 품질이 향상될 수 있다.
도 14는 도 8의 4차원 영상으로부터 추출된 제2 단면 영상의 일 예를 도시한다.
도 14를 참조하면, 초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는, 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상(1000)에 대응하는 제2 단면 영상(1100)을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다.
도 7에서 설명된 바와 같이, 제2 단면 영상(1100)의 추출을 위해, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000) 내 관심영역(ROI)의 해부학적 특징을 식별할 수 있다. 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)에서 좌심실(LV)과 대동맥(AO)의 형상, 크기 및 위치를 식별할 수 있다. 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)의 프레임들 각각에서 관심영역의 해부학적 특징을 식별할 수 있다.
제어부(300)는 제1 단면 영상(1000) 내 관심영역(ROI)의 해부학적 특징을 포함하는 제2 단면 영상(1100)을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다. 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)의 프레임들에 대응하는 제2 단면 영상(1100)의 프레임들을 4차원 영상(제1 사차원 영상)으로부터 추출할 수 있다.
제2 단면 영상(1100)에 나타나는 심장의 단면은 제1 단면 영상(1000)에 나타나는 심장의 단면과 동일할 수 있다. 도 14에서, 제2 단면 영상(1100)에 나타나는 심장의 단면은 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)이다.
도 15는 도 14의 제2 단면 영상이 변환되는 것을 설명한다.
도 15를 참조하면, 제어부(300)는 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 제2 단면 영상의 방향을 조정할 수 있다. 대상체의 제1 위치에서 획득된 4차원 볼륨 데이터로부터 추출된 제2 단면 영상(1100)의 방향은, 대상체의 제2 위치에서 획득된 다중 단면(biplane) 영상의 제1 단면 영상(1000)의 방향과 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 단면 영상(1000)에 나타나는 관심영역의 방향이 제2 단면 영상(1100)에 나타나는 관심영역의 방향과 다를 수 있다. 이 경우, 관찰의 용이성을 위해 제1 단면 영상(1000)의 방향과 제2 단면 영상(1100)의 방향을 맞추어줄 필요가 있다.
이를 위해, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)의 방향과 제2 단면 영상(1100)의 방향을 식별하고, 제2 단면 영상(1100)의 방향을 조정할 수 있다. 도 15에서, 제어부(300)는 제2 단면 영상(1100)을 회전시켜 제2 단면 영상(1100)의 방향을 제1 단면 영상(1000)의 방향과 일치시킨다.
제어부(300)는 제어부(300)는 방향이 조정된 제2 단면 영상(1200)을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다.
도 16은 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상의 프레임들이 정렬되는 것을 설명한다.
도 16을 참조하면, 제어부(300)는 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상(1100)의 프레임들을 정렬할 수 있다. 이는 제2 단면 영상이 표시되는 타이밍을 제1 단면 영상이 표시되는 타이밍과 맞추기 위한 것이다.
심장(400)은 빠르게 움직이므로, 같은 방향의 단면이라도 단면 영상에 나타나는 특징은 시간에 따라 변화할 수 있다. 심장의 단면 영상에 나타나는 특징의 변화는 심박 주기를 따라 주기적으로 반복된다. 다중 단면(biplane) 영상에 포함되는 제1 단면 영상(1000)의 프레임 레이트와 4차원 영상으로부터 획득된 제2 단면 영상(1100)의 프레임 레이트가 다를 수 있다. 예를 들면, 제1 단면 영상(1000)의 프레임 레이트가 제2 단면 영상(1100)의 프레임 레이트 보다 클 수 있다.
이 경우, 제1 단면 영상(1000)의 프레임들 각각에 연관되는 심박 주기의 위상과 제2 단면 영상(1100)의 프레임들(1100-1, 1100-2, 1100-3, 1100-4) 각각에 연관되는 심박 주기의 위상이 다를 수 있다. 따라서 제1 단면 영상(1000)에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 제2 단면 영상(1100)의 프레임들(1100-1, 1100-2, 1100-3, 1100-4)을 정렬해줄 필요가 있다. 예를 들면, 제2 단면 영상(1100)의 프레임들(1100-1, 1100-2, 1100-3, 1100-4)은 각각 심전도 그래프(ECG, Electro Cardio Graph)의 P위상, Q위상, R위상 및 T위상에 동기화되도록 정렬될 수 있다.
제어부(300)는 심박 주기와 동기화하여 제2 단면 영상(1100)을 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 디스플레이(270)는 방향이 조정된 제2 단면 영상(1200)을 표시할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)과 제2 단면 영상(1100, 1200)의 시간 해상도를 일치시키기 위해 프레임 보간(interpolation)을 수행할 수 있다. 시간 해상도란 프레임 레이트를 의미한다. 예를 들면, 제2 단면 영상(1100, 1200)의 프레임 레이트를 높이기 위해 제2 단면 영상(1100, 1200)에 관한 프레임 보간이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000)과 제2 단면 영상(1100, 1200)의 공간 해상도를 일치시키기 위해 공간 해상도 보간을 수행할 수 있다. 공간 해상도란 영상을 공간 영역상에서 얼마나 자세하게 표현할 수 있는가의 척도이다. 다시 말해, 공간 해상도는 화면 해상도로 이해될 수 있다. 공간 해상도의 보간을 위해 Super Resolution 기법 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 단면 영상(1000)의 픽셀 수가 제2 단면 영상(1100, 1200)의 픽셀 수보다 클 수 있다. 반대로, 제2 단면 영상(1100, 1200)의 픽셀 수가 제1 단면 영상(1000)의 픽셀 수보다 클 수 있다. 이 경우, 제어부(300)는 제1 단면 영상(1000) 또는 제2 단면 영상(1100, 1200) 중 적어도 하나의 공간 해상도 보간을 수행할 수 있다.
도 17 내지 도 19는 초음파 영상 장치의 디스플레이 상에 개선된 다중 단면(biplane) 영상이 표시되는 실시예들을 도시한다.
도 17 내지 도 19는 초음파 영상이 제2 디스플레이(270-2)에 표시되는 것을 도시하지만, 초음파 영상은 제1 디스플레이(270-1)에 표시될 수도 있다.
도 17을 참조하면, 초음파 영상 장치(1)의 제어부(300)는 아티팩트가 포함된 제1 단면 영상(1000)을 포함하는 다중 단면(biplane) 영상(900, 1000)과 제2 단면 영상(1200)을 동시에 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(300)는 제2 단면 영상(1200)을 제1 단면 영상(1000)과 함께(독립적으로 동시에) 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다.
도 17에 도시된 것과 같이, 초음파 영상 장치(1)는 아티팩트를 포함하는 제1 단면 영상(1000)과 동일 단면에 관한 아티팩트를 포함하지 않는 제2 단면 영상(1200)을 독립적으로 동시에 표시함으로써, 바람직한 심장(400)의 관찰을 가능하게 할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제어부(300)는 아티팩트가 포함된 제1 단면 영상(1000)을 아티팩트를 포함하지 않는 제2 단면 영상(1200)으로 대체하여 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제2 디스플레이(270-2) 상에는, 프로브(100)의 현재 위치(제2 위치)에서 획득되는 다중 단면(biplane) 영상의 하나인 정상 4 챔버 뷰(A4C view)의 영상(900)과 제2 단면 영상(1200)이 표시될 수 있다.
도 19를 참조하면, 제어부(300)는 아티팩트가 포함된 제1 단면 영상(1000)에 아티팩트를 포함하지 않는 제2 단면 영상(1200)을 오버레이하여 표시하도록 디스플레이(270)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제2 디스플레이(270-2) 상에는, 프로브(100)의 현재 위치(제2 위치)에서 획득되는 다중 단면(biplane) 영상으로서 정상 4 챔버 뷰(A4C view)의 영상(900)과 좌심실 유출로 뷰(LVOT view)의 오버레이 영상(1300)이 표시될 수 있다.
한편, 다중 단면(biplane) 영상의 표시 형태는 사용자의 입력에 기초하여 결정될 수 있다. 사용자는 컨트롤 패널(260)을 조작하여 도 17 내지 도 19에 도시된 다중 단면(biplane) 영상의 표시 형태들 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
이와 같이, 초음파 영상 장치(1)는 프로브(100)의 현재 위치에서 획득되는 다중 단면(biplane) 영상에 아티팩트가 존재할 경우, 아티팩트를 포함하지 않는 제2 단면 영상(1200)을 추가적 및/또는 대체적으로 표시함으로써, 바람직한 심장(400)의 관찰을 가능하게 할 수 있다.
또한, 사용자는 다중 단면 영상에서 쉐도우와 같은 아티팩트가 보일 때, 프로브의 위치를 옮기지 않아도 추가되는 단면 영상 및/또는 대체되는 단면 영상을 통해 진단을 수행할 수 있다. 따라서 편리함이 증가되고 보다 빠른 진단이 가능하다.
상술한 바와 같이, 개시된 초음파 영상 장치 및 그 제어 방법은, 대상체의 임의의 위치에서 대상체 내의 타겟에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 표시할 때, 대상체의 다른 위치에서 획득된 4D 영상을 이용하여 다중 단면(biplane) 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 저장매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 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 영상 장치
100: 프로브
200: 본체
250: PSA보드
260: 컨트롤 패널
270: 디스플레이
281: 송신 빔포머
282: 수신 빔포머
290: 영상 처리부
300: 제어부

Claims (20)

  1. 초음파 영상을 표시하는 디스플레이;
    대상체로 초음파 신호를 송신하고, 초음파 에코 신호를 수신하는 초음파 프로브; 및
    상기 초음파 에코 신호를 처리하여 상기 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하고, 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에서 상기 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고, 상기 다중 단면 영상에서 아티팩트(artifact)가 검출되는 경우, 상기 다중 단면 영상 중 상기 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하고, 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 제어부;를 포함하는 초음파 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상을 포함하는 상기 다중 단면 영상과 상기 제2 단면 영상을 동시에 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 영상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상을 상기 제2 단면 영상으로 대체하여 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 영상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상에 상기 제2 단면 영상을 오버레이하여 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 영상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 다중 단면 영상에서 검출되는 쉐도우(shadow)를 상기 아티팩트로 결정하는 초음파 영상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 식별하고, 상기 관심영역의 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 초음파 영상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상 내 상기 관심영역의 형상, 크기 및 위치와 일치하는 상기 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 초음파 영상 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 초음파 영상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 상기 제2 단면 영상의 방향을 조정하고, 상기 방향이 조정된 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 영상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 상기 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬하고, 상기 심박 주기와 동기화하여 상기 제2 단면 영상을 표시하도록 상기 디스플레이를 제어하는 초음파 영상 장치.
  11. 초음파 에코 신호를 처리하여 대상체의 제1 위치에서 심장에 관한 4차원 영상을 획득하고;
    상기 제1 위치와 다른 제2 위치에서 상기 심장에 관한 다중 단면(biplane) 영상을 획득하고;
    상기 다중 단면 영상에서 아티팩트(artifact)를 검출하고;
    상기 다중 단면 영상 중 상기 아티팩트가 검출된 제1 단면 영상에 대응하는 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하고; 및
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은,
    상기 제1 단면 영상을 포함하는 상기 다중 단면 영상과 상기 제2 단면 영상을 동시에 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은,
    상기 제1 단면 영상을 상기 제2 단면 영상으로 대체하여 표시하는 것;을 포함하는 초음파 진단 장치의 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은,
    상기 제1 단면 영상에 상기 제2 단면 영상을 오버레이하여 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 아티팩트를 검출하는 것은,
    상기 다중 단면 영상에서 검출되는 쉐도우(shadow)를 상기 아티팩트로 결정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은,
    상기 제1 단면 영상 내 관심영역의 해부학적 특징을 식별하고; 및
    상기 관심영역의 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은,
    상기 제1 단면 영상 내 상기 관심영역의 형상, 크기 및 위치와 일치하는 상기 해부학적 특징을 포함하는 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것은,
    미리 정의된 표준 뷰에 기초하여 상기 제2 단면 영상을 상기 4차원 영상으로부터 추출하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은,
    상기 제1 단면 영상의 방향과 일치하도록 상기 제2 단면 영상의 방향을 조정하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단면 영상을 디스플레이 상에 표시하는 것은,
    상기 제1 단면 영상에 연관된 심박 주기의 위상에 기초하여 상기 제2 단면 영상의 프레임들을 정렬하고; 및
    상기 심박 주기와 동기화하여 상기 제2 단면 영상을 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상 장치의 제어 방법.
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