KR20230148875A - 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치 - Google Patents

다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수의 분할 소자로 이루어진 압전 소자를 포함하고 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 타겟에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자와, 입력 신호를 생성하여 상기 분할 소자 각각에 인가하는 신호 발생기와, 상기 분할 소자 각각에 인가되는 입력 신호의 위상을 조절하여, 동일 위상의 입력 신호 또는 서로 다른 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 상기 압전 소자에 인가되도록 제어하는 위상 제어기와, 상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상 또는 탄성 영상을 획득하는 신호 처리기, 및 서로 다른 프레임에서 획득된 복수의 B-모드 초음파 영상 간을 결합하거나 복수의 탄성 영상 간을 결합하여 컴파운딩 초음파 영상을 획득하는 영상 결합부를 포함하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 프레임률의 저하를 최소화하고 영상의 컴파운딩 효과를 최대로 유지할 수 있으며 이를 통해 초음파 B-모드 영상과 음향 방사력 기반 탄성 영상의 화질을 개선할 수 있다.

Description

다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치{Apparatus for improving ultrasound compounding image using multi-focal technique}
본 발명은 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프레임률의 저하를 최소화하고 영상의 컴파운딩 효과를 최대로 유지할 수 있는 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치에 관한 것이다.
진단용 초음파 영상에서 가장 많이 사용되는 영상에는 B-모드(brightness mode, B-mode) 영상과 탄성영상이 있다. 초음파 B-모드 영상의 경우, 초음파의 산란 현상 때문에 스페클(speckle) 패턴이 발생하며, 타겟을 구성하는 각각의 조직마다 나타나는 특성이 다르기 때문에 다른 영상 기법들과 구분되는 초음파 영상의 중요한 특징이다. 이러한 스페클 패턴은 조직들을 구분해주는 역할을 하지만 그 크기가 크고 거칠면 작은 조직들이 묻혀서 검출되기 어렵다. 즉 작은 크기의 종양 조직은 초음파 영상의 스페클 패턴과 혼합되어 조기 검출이 어려워지게 된다.
이러한 문제점을 해결 하려면 스페클 패턴을 억제(suppression)하는 기술의 개발이 필요하며, 현재 많이 사용되는 방법에는 공간 컴파운딩(spatial compounding) 기법과 주파수 컴파운딩(frequency compounding) 기법이 있다.
이 중에서 공간 컴파운딩 기법은 일반적으로 한 프레임 영상을 획득할 때 서로 다른 세 방향(중앙 방향, 왼쪽 사선 방향, 오른쪽 사선 방향)으로 초음파를 송수신하고 이 과정에서 세 개의 영역이 서로 중첩되는 영역만 사용하는 방법으로써, 해당 중첩된 영역에서는 스페클 패턴이 억제 될 수 있다.
공간 컴파운딩 기법은 초음파 변환자의 주파수 대역폭에 상관없이 스페클 패턴을 억제할 수 있어서 많이 사용되고 있지만, 최종 컴파운딩 영상을 구하기 위해 초음파를 세 번 송수신해야 하므로, 프레임률(frame rate)이 1/3로 저하되고, 각 방향에 대해 서로 겹치는 좁은 영역만 스페클 억제 효과가 나타나기 때문에, 효율적인 진단이 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 또한 이 기법은 프레임률이 낮아서 움직임이 심하지 않은 상하복부 인체 기관들 진단에 주로 사용되고 있다.
또 다른 중요한 진단용 초음파 영상인 음향방사력(acoustic radiation force) 기반 탄성영상(elastography)의 경우, 타겟의 탄성 정도를 측정하기 위해 기준빔(reference beam)을 사용해서 타겟의 처음 위치를 알아내고, 푸싱빔(pushing beam)을 송신해서 타겟을 밀어낸 다음, 추적빔(tracking beam)을 연달아 송수신해서 타겟이 복원되는 정도를 측정한 후 이를 기반으로 타겟의 탄성영상을 구현한다.
일반적으로 푸싱빔에 의한 타겟의 움직임은 주변 조직의 영향을 크게 받으며, 움직임 자체도 측정 때마다 균일성이 떨어지기 때문에, 음향방사력 기반 탄성영상의 해상도 및 정확도는 좋지 않다. 특히, 타겟 경계면의 정확도가 크게 저하되는 문제점을 가지고 있다.
이러한 음향방사력 기반 탄성영상의 화질을 개선하기 위해, 여러 개의 프레임을 합치는 프레임 컴파운딩(frame compounding) 기법을 적용시킬 수 있지만, 본질적으로 한 개의 영상을 획득하기 위한 시간이 많이 걸리는 음향방사력 기반 탄성영상의 특성상 컴파운딩 기법을 적용시키면 프레임률이 더욱 크게 저하된다. 따라서, 탄성영상은 화질 개선을 위한 컴파운딩 기술을 적용시키지 않는 것이 일반적이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2022-0002767호(2022.01.07 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 프레임률의 저하를 최소화하고 영상의 컴파운딩 효과를 최대로 유지할 수 있는 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 복수의 분할 소자로 이루어진 압전 소자를 포함하고 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 타겟에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자와, 입력 신호를 생성하여 상기 분할 소자 각각에 인가하는 신호 발생기와, 상기 분할 소자 각각에 인가되는 입력 신호의 위상을 조절하여, 동일 위상의 입력 신호 또는 서로 다른 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 상기 압전 소자에 인가되도록 제어하는 위상 제어기와, 상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상 또는 탄성 영상을 획득하는 신호 처리기, 및 서로 다른 프레임에서 획득된 복수의 B-모드 초음파 영상 간을 결합하거나 복수의 탄성 영상 간을 결합하여 컴파운딩 초음파 영상을 획득하는 영상 결합부를 포함하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치를 제공한다.
또한, 상기 압전 소자는 N개의 분할 소자로 분할되고, 각각의 분할 소자는 배열 위치에 따라 제1 및 제2 그룹으로 구분되며, 상기 신호 발생기는, 제1 위상의 입력 신호를 상기 N개의 분할 소자에 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 발생시키고, 상기 제1 위상의 입력 신호를 상기 제1 그룹의 분할 소자에 인가하고 상기 제1 위상과 180도 또는 180도 미만의 위상차를 갖는 제2 위상의 입력 신호를 상기 제2 그룹의 분할 소자에 인가하여 다중 초점의 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는, 상기 제1 그룹의 분할 소자와 상기 제2 그룹의 분할 소자가 서로 이웃하도록 번갈아 배열될 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는, 단일 소재에 의한 벌크(bulk) 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체(composite) 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 단일 소자 변환자(single element transducer), 환형 변환자(annular transducer) 및 배열형 변환자(array transducer) 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 초음파 변환자는, 상기 단일 소자 변환자 또는 상기 환형 변환자 구조인 경우, 구경(aperture) 형태가 반구형 또는 반원통형인 압전 소자가 삽입되고, 상기 배열형 변환자인 경우, 초음파 신호의 시간 지연을 통해 집속 거리를 결정할 수 있다.
또한, 상기 초음파 변환자는, 일면에 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈를 구비할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 결합부는, 상기 동일 위상의 입력 신호에 따른 단일 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제1 B-모드 초음파 영상과 상기 혼합 위상의 입력 신호에 따른 다중 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제2 B-모드 초음파 영상을 서로 결합시켜 상기 컴파운딩 초음파 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 결합부는, 상기 제1 B-모드 초음파 영상과 상기 제2 B-모드 초음파 영상에 서로 상이한 가중치를 적용하여 영상을 결합할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기에서 B-모드 초음파 영상 획득 시에 각 프레임 별로 해당 B-모드 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 나머지 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어하는 주사선 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 탄성 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 신호 발생기는, 기준선을 잡아주기 위한 기준 신호(reference signal)를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호(pushing signal)를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호(detection signal)를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시키되, 상기 제1 및 제3 구동 모드는, 상기 압전 소자에 동일 위상의 입력 신호를 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 발생시키는 동일 위상 모드이고, 상기 제2 구동 모드는, 제1 위상의 입력 신호를 각 분할 소자의 배열 위치에 따라 기 구분된 제1 그룹의 분할 소자에 인가하고 제1 위상과 상이한 제2 위상의 입력 신호를 제2 그룹의 분할 소자에 인가하여 다중 초점의 초음파 신호를 발생시키는 혼합 위상 모드일 수 있다.
또한, 상기 신호 처리기는, 상기 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 상기 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 상기 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 상기 타겟의 이동량을 측정하고, 상기 이동량에 대응하는 탄성 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 영상 결합부는, 상기 연속된 제1 내지 제3 구동 모드에 의하여 매 프레임 별로 획득되는 복수의 탄성 영상들을 서로 결합할 수 있다.
또한, 상기 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치는, 상기 신호 처리기에서 상기 탄성 영상 획득 시에 상기 매 프레임 별로 해당 탄성 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어하는 주사선 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프레임률의 저하를 최소화하고 영상의 컴파운딩 효과를 최대로 유지할 수 있으며 이를 통해 초음파 B-모드 영상과 음향 방사력 기반 탄성 영상의 화질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 변환자의 타입을 예시한 도면이다.
도 3은 도 1의 초음파 변환자가 단일 집속점의 초음파 및 분할 다중 집속점의 초음파를 발생하는 것을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 B-모드 초음파 컴파운딩 기법을 기존의 공간 컴파운딩 기법과 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환자에 인가하는 신호 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에서 탄성 영상을 위하여 순차로 인가되는 기준빔, 푸싱빔, 추적빔을 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 프레임률 저하를 최소화하기 위한 주사선 제어 예시를 설명한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 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.
본 발명은 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치에 관한 것으로, 위상 제어 기법을 기반으로 다중 초점 기술을 적용시켜 프레임률의 저하를 최소화하고 초음파 B-모드 영상과 음향방사력 기반 탄성영상의 컴파운딩 효과를 최대로 유지할 수 있는 기술을 제안한다.
본 발명에서는 초음파 변환자의 구경을 분할시키고, 분할된 각 소자에 인가되는 신호들의 위상을 서로 동일하게 혹은 다르게 조절함으로써 송수신되는 초음파 음장의 초점을 단일화 시키거나 분할시키고, 이러한 기술을 초음파 컴파운딩 영상 기법에 적용시켜 초음파 영상의 화질을 개선시킬 수 있다.
아울러, 이를 통해 본 발명은 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상 컴파운딩과 음향방사력 기반의 탄성 영상 컴파운딩을 모두 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 초점 기술을 이용한 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치(100)는 초음파 변환자(110), 신호 발생기(120), 위상 제어기(121), 신호 처리기(130) 및 영상 결합부(135)를 포함하며, 주사선 제어기(133)를 더 포함할 수 있다.
초음파 변환자(110)는 복수의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')로 이루어지는 압전 소자(111)와, 이를 내장하기 위한 하우징(112)를 포함하여 구성되고, 압전 소자(111)에 의해 발생한 초음파 신호를 타겟(T)에 송신 후 반사 신호를 수신한다.
여기서 압전 소자(111)는 단일 소재에 의한 벌크 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체 형태로 구현될 수 있다.
초음파 에너지는 인체에 무해하고 음향 임피던스 차가 적절할 경우 타겟 내부로 충분한 에너지가 송수신될 수 있는 장점이 있다. 여기서 타겟은 진단하고자 하는 인체의 부위에 해당할 수 있다.
도 1은 네 개의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b') 형태로 예시되어 있지만, 본 발명의 실시 예가 반드시 이에 한정되지 않으며 적어도 2개 이상 분할된 소자 형태를 가진 모든 타입의 초음파 변환자에 적용될 수 있다. 또한, 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')의 단면 형태는 반드시 사각형 형태로 한정되지 않는다.
초음파 변환자(110)의 구경은 N개의 요소(element)로 분할될 수 있으며 각 요소는 다양한 위상 및 진폭 조건을 가진 전기 신호에 의해 독립적으로 여기되어 초점의 발생 패턴을 변경시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 초음파 변환자(110)는 배열형(array), 환형(annular), 단일소자형(single element) 변환자 모두 적용 가능하며, 상기 형태의 조합들도 적용 가능하다. 단일 소자일 경우 두 개 이상으로 구경이 분할될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 변환자의 타입을 예시한 도면이다. 도 2의 (a)는 단일 소자 변환자의 예시한 것이고, 도 2의 (b)는 환형 변환자를 예시한 것이며, 도 2의 (c)는 배열형 변환자를 예시한 것이다.
도 2에서와 같이, 초음파 변환자(110)는 다양한 구조로 설계될 수 있으며, 단일 소자 변환자 또는 환형 변환자 구조인 경우, 구경 형태가 반구형 또는 반원통형인 압전 소자(111)가 삽입되고, 배열형 변환자인 경우, 초음파 신호의 시간 지연을 통해 집속 거리를 결정할 수도 있다.
또한, 초음파 변환자(110)는 압전 소자(111)의 표면 집속 능력을 향상시키기 위하여 일면에 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈를 구비할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 신호 발생기(120)는 압전 소자(111)의 위상을 조절하기 위한 입력 신호를 생성하여 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b') 각각에 인가한다.
위상 제어기(121)는 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b') 각각에 인가되는 입력 신호의 위상을 조절하여, 동일 위상의 입력 신호 또는 서로 다른 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 압전 소자(111)에 인가되도록 제어한다.
이때, 신호 발생기(120)는 위상 제어기(121)에 보낸 제어 신호(명령)에 따라 소정의 입력 신호를 생성하여 송신 빔포머(122)에 의해 시간 지연을 주어 입력 신호 패턴을 형성한 후 송신 증폭기(123)를 통해 증폭시켜 송수신 스위치(113)를 통해 해당 압전 소자(111)로 각각 전달할 수 있다. 배열형 변환자가 아니고 구경이 오목한 형태를 가지는 경우에는 송신 빔포머(122) 없이도 초음파를 타겟에 집속하는 것이 가능하다. 이때, 위상 제어기(121)는 입력 신호에 대한 위상, 인가 시간, 주기 등을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 압전 소자(111)는 4개의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')로 분할되어 2개의 그룹으로 구분될 수 있다. 이때, 압전 소자(111)는 배열 위치에 따라 제1 그룹과 제2 그룹으로 구분되며, 제1 그룹의 분할 소자(111a, 111a')와 제2 그룹의 압전 소자(111b, 111b')가 서로 이웃하도록 번갈아 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에서와 같이 상하 및 좌우의 모든 방향에 대해 제1 그룹의 분할 소자(111a, 111a')와 제2 그룹의 분할 소자(111b, 111b')와 서로 이웃한 형태를 가질 수 있다.
여기서, 신호 발생기(120)는 두 그룹의 압전 소자(111)에 대해 모두 동일 위상의 입력 신호를 인가함으로써 단일 집속점의 초음파(single-focal point)를 생성할 수도 있고, 두 그룹의 압전 소자(111)에 대해 서로 반전된 위상의 입력 신호를 인가함으로써 다중 집속점의 초음파(multi-focal point)를 생성할 수도 있다.
즉, 신호 발생기(120)는 제1 위상의 입력 신호를 전체 N개의 분할 소자에 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 신호 발생기(120)는 제1 위상의 입력 신호를 제1 그룹의 분할 소자에 인가하고 제1 위상에서 위상이 반전된 제2 위상의 입력 신호를 제2 그룹의 분할 소자에 인가함으로써, 다중 초점의 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 초음파 변환자가 단일 집속점의 초음파 및 분할 다중 집속점의 초음파를 발생하는 것을 예시한 도면이다.
도 3의 (a)는 동일 위상(즉, 제1 위상)의 입력 신호를 각각의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')에 인가하여 단일 초점의 초음파가 발생되는 초음파 시뮬레이션 영상을 나타낸 것이다.
이 경우 압전 소자(111)는 신호 발생기(120)로부터 생성된 동일 위상의 입력 신호를 각각의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')를 통해 인가받는다. 이때, 초음파 변환자(110)는 동일 위상의 입력 신호에 대응하여 압전 소자(111)로부터 단일 집속점의 초음파를 발생할 수 있다.
여기서, 신호 발생기(120)는 도 1과 같이 제1 및 제2 신호 발생기(120-1, 120-2)를 포함하는데, 제1 신호 발생기(120-1)에서 제1 위상의 입력 신호를 생성한 후 제1 송신 빔포머(122-1)를 통해 빔 포밍이 수행되고 제1 송신 증폭기(123-1)를 통해 증폭시켜 송수신 스위치(113)를 통해 제1 그룹의 분할 소자(111a, 111a')에 각각 인가하고, 이와 동시에 제2 신호 발생기(120-2)에서도 제1 위상의 입력 신호를 생성한 후 제2 송신 빔포머(122-2)를 통해 빔 포밍이 수행되고 제2 송신 증폭기(123-2)를 통해 증폭시켜 송수신 스위치(113)를 통해 제2 그룹의 분할 소자(111b, 111b')에 각각 인가하면 된다.
도 3의 (a)와 같이, 초음파 변환자(110)는 동일 위상의 입력 신호를 압전 소자(111)에 인가하여 단일의 집속점이 형성된 초음파를 타겟의 표면에 송신할 수 있다.
도 3의 (b)는 혼합 위상(즉, 제1 위상, 제2 위상)의 입력 신호를 각각의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')에 인가하여 다중 집속점의 초음파가 발생되는 초음파 시뮬레이션을 나타낸 것이다. 이때 제1 위상과 제2 위상은 반대 위상을 가진다.
이 경우 압전 소자(111)는 신호 발생기(120)로부터 생성된 서로 반대의 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호를 각각의 분할 소자(111a, 111a', 111b, 111b')를 통해 인가받는다. 구체적으로, 대각선 방향의 제1 그룹의 분할 소자(111a, 111a')에는 제1 위상이 인가되고, 제2 그룹의 분할 소자(111b, 111b')에는 반전된 제2 위상이 인가되므로, 결과적으로 두 가지 위상(제1 위상, 제2 위상)이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 초음파 변환자(110)에 인가된다. 이때, 초음파 변환자(110)는 혼합 위상의 입력 신호에 대응하여 압전 소자(111)로부터 다중 집속점의 초음파를 발생할 수 있다. 이때 제1 및 제2 신호의 위상 차이는 서로 반전된 180도 위상을 예시하고 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않으며 180도 보다 작을 수도 있다.
이 경우 제1 신호 발생기(120-1)에 의해 제1 위상의 입력 신호가 생성되어 제1 송신 빔포머(122-1)와 제1 송신 증폭기(123-1)를 거쳐 제1 그룹의 분할 소자(111a, 111a')에 각각 인가되고, 제2 신호 발생기(120-2)에 의해 제2 위상의 입력 신호가 생성되어 제2 송신 빔포머(122-2)와 제2 송신 증폭기(123-2)를 거쳐 제1 그룹의 분할 소자(111b, 111b')에 각각 인가된다. 이에 따라 상하 및 좌우로 이웃한 소자들 간에 서로 반대되는 제1 위상과 제2 위상이 교번하여 입력되게 된다.
도 3의 (b)에서와 같이, 초음파 변환자(110)는 혼합 위상의 입력 신호를 압전 소자(111)에 인가하여 다중의 집속점이 형성된 초음파를 타겟의 표면에 송신할 수 있다. 다중 집속점은 단일 집속점에 비해 초음파의 음향 방사력이 더욱 넓은 영역의 조직에 영향을 미친다.
도 3에서는 제안된 초음파 변환자의 구경이 분할 초점 초음파를 생성할 수 있는 구형 초점 형상을 갖는 4개의 직사각형 요소로 구성된 것을 예시한 것이다.
도 3의 (a)와 같이, 분할된 4개의 모든 요소에 대한 구동 신호의 위상이 동일한 경우, 측면 및 고도 방향으로 1개의 독립적인 초점을 생성하여 일반적인 초음파 B-모드 영상을 획득할 수 있다.
도 3의 (b)와 같이, 두 그룹의 요소 간 구동 신호의 위상이 반전된 경우, 측 방향(lateral direction) 및 고도 방향(elevational direction)으로 다중 초점을 생성하는데, 구체적으로는 측면 및 고도 방향으로 총 4개의 독립적인 초점을 생성할 수 있다.
초음파 변환자(110)에 의해 송신된 초음파 신호는 타겟에서 반사되어 돌아오고, 신호 처리기(130)는 반사된 신호를 이용하여 초음파 영상을 얻는다. 여기서, 초음파 변환자(110)가 수신한 반사 신호는 송수신 스위치(113)를 통해 수신 증폭기(131)로 전달되어 증폭된 후 수신 빔포머(132)에 의해 빔 포밍이 수행된 후 신호 처리기(130)에 입력될 수 있다.
신호 처리기(130)는 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟에 대한 초음파 영상을 획득할 수 있다. 이때, 획득되는 초음파 영상은 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상에 해당하거나, 음향방사력 기반의 탄성 영상에 해당할 수 있다.
따라서, 신호 처리기(130)는 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상을 획득할 수도 있고, 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 탄성 영상을 획득할 수 있다. 신호 처리기(130)에서 생성한 B-모드 영상 또는 탄성 영상은 메모리(134)에 저장된 후에 영상 결합부(135)로 전달될 수 있다.
영상 결합부(135)는 서로 다른 프레임에서 획득된 복수의 B-모드 초음파 영상 간을 결합하거나 복수의 탄성 영상 간을 결합하여, 컴파운딩 초음파 영상을 획득할 수 있다.
디스플레이(140)는 영상 결합부(135)에서 결합하여 생성한 컴파운딩 초음파 영상을 출력할 수 있다. 여기서 디스플레이(140)는 신호 처리기(130)로부터 획득한 B-모드 초음파 영상이나 음향 방사력 탄성 영상을 출력하여 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 영상 결합부(135)를 통하여 B-모드 영상 컴파운딩 알고리즘과, 음향방사력 기반 탄성영상 컴파운딩 알고리즘을 모두 구현할 수 있다.
우선, B-모드의 경우 위상 제어기(121)를 통해 신호 발생기 #1, #2(120-1,120-2)에 입력되는 신호의 위상을 동일하게 만들어 한 프레임의 B-모드 영상을 획득하고, 신호의 위상을 반전, 즉 180도 차이가 나도록 만들어 동일 타겟을 대상으로 또 다른 한 프레임의 B-모드 영상을 획득한 뒤에 두 프레임의 영상 데이터를 융합하면 최종 공간 컴파운딩된 초음파 영상을 획득 할 수 있다.
다음, 음향방사력 기반 탄성영상의 경우에는 위상 제어기(121)를 통해 신호 발생기 #1, #2(120-1,120-2)에 입력되는 신호의 위상을 동일하게 만들어 기준빔을 송수신하고, 신호의 위상을 180도 차이가 나도록 만들어서 푸싱빔을 송신하고, 다시 신호의 위상을 동일하게 만들어 추적빔을 송수신하면, 다중 초점을 발생 키는 푸싱빔의 영향으로 고화질의 한 프레임의 탄성 영상이 획득되고, 여기에 두 개 이상의 동일한 프로세스를 사용해서 획득한 두 개 이상의 영상 데이터를 융합하면, 더욱 화질이 향상된 최종 컴파운딩된 초음파 영상을 획득할 수 있다.
이때, 컴파운딩된 영상의 프레임률을 더욱 증가시키기 위해서는 주사선 제어기(133)에서 건너뛰는 송수신된 주사선의 값을 증가시키면서 B-모드 및 음향방사력 기반 탄성영상 모두 프레임률을 향상 시킬 수 있다.
이하에서는 B-모드 영상을 통한 공간 컴파운딩 초음파 영상 구현 예시를 구체적으로 설명한다.
B-모드 영상의 경우, 영상 결합부(135)는 동일 위상의 입력 신호(동일 위상 모드)에 의한 단일 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제1 B-모드 초음파 영상과, 혼합 위상의 입력 신호(혼합 위상 모드)에 의한 다중 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제2 B-모드 초음파 영상을 서로 결합시켜서, B-모드 컴파운딩 초음파 영상을 획득한다.
물론, 이를 위해 신호 발생기(120)는 동일 위상의 입력 신호를 압전 소자(111)에 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 타겟에 보낸 다음, 다시 혼합 위상의 입력 신호를 압전 소자(111)에 인가하여 다중 초점의 초음파 신호를 타겟에 보낸다. 이에 따라, 신호 처리기(130)에서는 각각에 대한 반사 신호로부터 제1 및 제2 B-모드 초음파 영상을 순차로 획득한다.
도 3의 (a)와 같이 구경(aperture)이 분할된 초음파 변환자의 각 요소들 즉, 분할 소자들을 서로 동일한 위상으로 동작 시키면, 일반적인 방법으로 초음파를 송수신하게 되므로, 초점이 하나만 발생한다. 이어, 도 3의 (b)와 같이 서로 반전된 위상으로 각 요소들을 동작 시키면 두 개 이상의 초점이 동시에 발생한다.
이렇게, 동일 위상 모드를 통하여 한 프레임의 B-모드 초음파 영상을 획득하고, 다시 혼합 위상 모드를 통하여 한 프레임의 B-모드 초음파 영상을 획득한 후, 두 프레임의 B-모드 초음파 영상 데이터를 시스템에서 융합시키면, 기존의 공간 컴파운딩 기술처럼 B-모드 영상의 스페클 패턴을 억제시킬 수 있다.
이러한 방법은 초음파 신호를 두 번만 송수신하면 되기 때문에, 기존 공간 컴파운딩 기술 대비 프레임률이 향상되고 스페클이 억제된 영역이 영상의 전영역으로 확대될 수 있다.
이때, 영상 결합부(135)는 신호 처리기(130)에서 획득된 제1 B-모드 초음파 영상과 제2 B-모드 초음파 영상에 서로 상이한 가중치를 적용하여 영상을 결합할 수 있다. 즉, 영상 결합부(135)는 단일 초점 영상과 다중 초점 영상을 결합하는 과정에서 타겟이 분할되어 보이지 않도록, 송수신 초음파 신호에 가중치를 곱해주는 신호처리 기술을 추가로 적용할 수 있다.
여기서, 주사선 제어기(133)는 신호 처리기(130)에서 B-모드 초음파 영상 획득 시에 각 프레임 별로 해당 B-모드 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 나머지 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어할 수 있다. 이때, 제1 그룹의 주사선들은 전체 주사선들 중에서 짝수 번째 주사선들로 구성되고, 제2 그룹의 주사선들은 홀수 번째 주사선들로 구성될 수 있으며, 그 반대도 가능하다.
예를 들어, 주사선 제어기(133)는 단일 위상 모드에 대응하는 제1 B-모드 초음파 영상 획득시에는 전체 스캐닝 라인 중에서 짝수 번째(예: 2M번째; M은 1 이상의 정수) 주사선 라인만을 선택해서 송수신 한 뒤, 짝수 번째 주사선들을 통해 획득한 데이터를 이용하여 비어있는 홀수 번째 주사선들을 시스템에서 합성함으로써 한 프레임의 영상을 구성하고, 혼합 위상 모드에 대응하는 제2 B-모드 초음파 영상 획득시에는 홀수 번째(예: 2M-1번째) 주사선 라인만을 선택해서 송수신 한 뒤 홀수 번째 주사선들을 통해 획득한 데이터를 이용하여 비어있는 짝수번째 주사선들을 시스템에서 합성함으로써 한 프레임의 영상을 생성하도록 한다.
이와 같이, 주사선 제어기(133)를 통해서 영상을 구성하는 주사선 수를 L개씩 건너뛰도록 설정할 수 있으며, 예를 들면, 홀수 번째(1, 3, 5, …), 혹은 짝수 번째(2, 4, 6, …) 송수신된 주사선들로 구성된 복수의 영상들을 개별 획득할 수 있으며, 수신된 영상들은 영상결합기를 통해서 결합할 수 있다.
이처럼, 한 프레임의 B-모드 영상을 구성하는 주사선들을 순번대로 송수신 하지 않고, 일정한 간격으로 건너뛰어 획득한 뒤, 건너뛰면서 발생한 비어있는 주사선들을 신호처리 기법을 사용해서 후처리로 합성하면, 실제로 송수신된 주사선 수가 줄어들어 프레임률이 더욱 증가할 수 있다. 초음파 영상의 프레임률은 합성된 주사선 수보다 실제로 송수신된 주사선 수와 밀접한 관계가 있다.
여기서 주사선 제어기(133)는 수신 빔포머(132)를 제어하여 주사선을 선택할 수도 있지만 신호 처리기(130)를 제어하는 것을 통하여 주사선을 선택할 수도 있다. 즉, 주사선 제어기(133)는 신호 처리기(130)에 수신 빔포머(132)가 포함되거나 혹은 수신 빔포머(132)가 시스템에 불필요한 경우에는 신호 처리기(130)를 직접 제어하여 상술한 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 B-모드 초음파 컴파운딩 기법을 일반적인 기존의 공간 컴파운딩 기법과 비교한 도면이다. 도 4의 (a)는 일반적인 공간 컴파운딩 기법을 나타내고, (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 B-모드 초음파 컴파운딩 기법을 나타낸다.
도 4의 (a)와 같이, 기존에는 왼쪽 사선 방향, 중앙 방향, 오른쪽 사선 방향으로 초음파 빔을 조사하여, 총 세 프레임의 초음파 영상을 획득한 후에 합쳐야 하나의 최종 초음파 영상이 나올 수 있다. 이 경우, 스페클 저하 현상이 나타나는 컴파운딩 효과 영역은 삼각형 모양 영역으로 상대적으로 좁은 것을 알 수 있다.
이와 달리, 도 4의 (b)와 같이, 제안된 방법은 동일 위상(단일 초점) 모드로 한 프레임의 영상을 1차로 획득하고, 다중 초점을 발생시킬 수 있는 반전 위상 모드로 한 프레임의 영상을 2차로 획득한 후, 서로 합치면 최종 초음파 영상이 나올 수 있다. 이 경우, 총 두 프레임의 초음파 영상을 가지고 최종 컴파운딩 영상을 획득 할 수 있으므로 기존의 세 프레임의 영상을 결합하는 방법보다 프레임률이 33% 향상될 수 있다.
아울러, 도 4의 최하단 영상을 서로 비교하면, 제안된 기술을 사용하면 기존 방법에 따른 삼각형 영역과는 달리 매우 넓은 부분, 즉 영상의 전체 영역에서 스페클 패턴이 억제된 컴파운딩 효과를 획득할 수 있다. 이때, 결합되는 영상 데이터는 영상의 다이내믹 레인지(dynamic range)를 증가시키는 로그 압축(log compression)단계 이전 또는 이후가 될 수 있다.
다음은 음향방사력 기반 탄성 영상을 통한 공간 컴파운딩 초음파 영상 구현 예시를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에서 탄성 정보 획득을 위해 초음파 변환자에 인가하는 신호 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에서 탄성 영상 획득을 위하여 순차로 인가되는 기준빔, 푸싱빔, 추적빔을 설명한 도면이다.
도 5 및 도 6은 위상 제어 기술이 음향방사력 기반 탄성영상에 적용 되었을 경우를 보여주고 있으며, 짧은 주기의 동일 위상 입력 신호는 기준빔 및 추적빔에 사용하고, 보다 긴 주기의 반전 위상 입력 신호(혼합 위상 입력 신호)는 푸싱빔에 사용한다. 일반적으로 푸싱빔의 측방향 폭이 기준빔과 추적빔보다 넓어야 탄성 정보의 정확도가 높아진다.
본 발명의 실시예에서는, 타겟의 탄성 정보를 획득하기 위하여, 도 5와 같이, 기준선을 잡아주기 위한 동일 위상 기준 신호(이하, 기준 신호), 반전 위상 푸싱 신호(이하, 푸싱 신호), 동일 위상 검출 신호(이하, 검출 신호)가 압전 소자(111)에 순차적으로 인가된다.
따라서, 탄성 영상을 얻기 위해서, 신호 발생기(120)는 기준선을 잡아주기 위한 기준 신호를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시킨다.
여기서, 기준 신호는 기준이 되는 초음파 수신 신호의 영상을 얻기 위한 것이고, 푸싱 신호는 타겟의 표면에 스트레스를 인가(즉, 초음파 펄스를 길게하여 타겟을 흔들어 줌)하여 변위를 유도하기 위한 것이며, 검출 신호는 푸싱 신호 인가 직후에 복귀하는 동안의 조직의 변화(시간에 따른 이동량, 즉 흔들림 감지)를 초음파 수신 신호의 영상에서 검출하기 위한 것이다.
따라서, 초음파 변환자(110)는 제1, 제2, 제3 구동 모드에 따라 초음파 신호를 송신하고 그에 대한 반사 신호를 각 모드에 대해 수신한다. 그러면, 신호 처리기(130)는 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 타겟의 이동량을 측정하고, 측정된 이동량에 대응하는 탄성 정보를 산출할 수 있다.
또한, 제1 및 제3 구동 모드가 압전 소자(111)에 동일 위상 모드이고, 제2 구동 모드가 혼합 위상 모드인 경우, 신호 처리기(130)는 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 음향 방사력 기반의 탄성 영상을 획득할 수 있다.
즉, 동일 위상의 신호를 송수신해서 기준 신호로 잡고, 혼합 위상의 푸싱 신호를 송신해서 타겟의 움직임을 유발하는데, 이때, 도 6과 같이 푸싱 신호는 위상이 반전되어 분할(다중) 초점이 발생되어 푸싱 신호의 빔폭이 증가되는 효과가 있다. 즉, 반전 위상 푸싱빔의 측방향 빔폭이 다중 초점 발생으로 인해 동일 위상의 기준빔 및 추적빔 보다 넓기 때문에 탄성 영상의 해상도가 증가할 수 있다.
여기서, 푸싱 신호를 위한 제2 구동 모드는 제1 그룹의 분할 소자에는 제1 위상이 인가되고 제2 그룹의 분할 소자에는 제1 위상과 상이한 제2 위상이 입력되는 혼합 위상 모드에 해당할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 제2 구동 모드는 각 그룹의 분할 소자에 서로 반전 위상의 신호가 입력되는 것을 예시한다.
이와 같이 음향방사력 기반 탄성영상의 경우, 반전 위상 기술을 푸싱빔에 적용시키고 동일 위상 기술을 추적빔에 적용시켜 각각의 주사선을 획득 한 뒤, 한 프레임의 탄성 영상을 구성하게 되면, 다중 초점 발생 효과에 의해 푸싱빔의 측 방향이 크게 넓어지고 초점 심도가 증가되서 탄성 영상의 화질이 크게 증가한다.
여기서 동일한 타겟을 대상으로 동일한 프로세스를 적용시켜 다수의 탄성 영상을 획득한 뒤에 융합 시키면, 프레임 컴파운딩 효과에 의해 경계면이 더욱 선명해지는 등 영상의 화질이 크게 개선된다.
따라서 영상 결합부(135)는 연속된 제1 내지 제3 구동 모드에 의하여 매 프레임 별로 순차로 획득되는 복수의 탄성 영상들을 서로 결합하여 프레임 컴파운딩 영상을 획득할 수 있다. 이때 적어도 두 개의 탄성 영상을 결합함으로써 공간 컴파운딩 영상을 얻을 수 있다.
여기서 주사선 제어기(133)는 신호 처리기(130)에서 탄성 영상 획득 시에 매 프레임 별로 해당 탄성 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 나머지 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 주사선들을 순번대로 획득하지 않고 일정한 간격으로 건너뛰어 획득한 뒤 영상을 구성하면, 한 프레임의 탄성 영상을 구성하기 위해 실제로 타겟에 송수신되는 주사선 수가 줄어들어 프레임률의 저하를 최소화할 수 있다. 이때 건너뛰어 발생하는 빈 주사선들은 이전에 실제로 송수신된 주사선들(예: 이웃한 주사선들)을 통해 후처리로 생성 가능하며, 이는 실제 송수신되는 주사선이 아니므로 프레임률에 영향을 미치지 않는다.
또한, 동일한 위상의 기준빔, 푸싱빔, 추적빔을 이용하는 경우에 주사선 순번을 건너뛰면, 측방향으로 좁게 퍼지는 푸싱빔의 영향으로 주변 조직의 탄성 정보가 부족해서 영상의 왜곡이 심해지지만, 제안된 기술처럼 반전된 위상의 푸싱빔을 송신하게 되면 다중 초점 발생으로 인해 측방향으로 초음파가 넓게 퍼지므로 주변 조직의 탄성 정보를 더 많이 획득할 수 있기 때문에 주사선을 건너뛰면서 획득해도 최종 영상의 왜곡을 최소화할 수 있다.
이러한 방법으로 획득한 다수의 탄성영상들을 컴파운딩 시키면 프레임률 저하를 최소화하고 컴파운딩 영상의 화질 개선이 가능하다. 이 기술에서 각 영상들을 구성하는 실제로 송수신된 주사선 조합은 서로 다르게 하는 것이 영상의 왜곡을 줄일 수 있다. 즉, 예를 들면, 한 영상은 2M-1, 다른 영상은 2M에 해당하는 실제 송수신된 주사선 조합을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 동일한 타겟을 대상으로 매번 탄성영상을 획득하면 측정 오차에 의해 약간씩 서로 다른 탄성영상이 획득되는데, 해당 탄성영상들을 프레임 컴파운딩하면 오차율이 감소되어 해상도 특히 경계면의 정확도가 우수한 영상을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 프레임률 저하를 최소화하기 위한 주사선 제어 예시를 설명한 도면이다.
본 발명의 실시예의 경우, 푸싱빔의 다중 초점을 기반으로 넓어진 측방향 빔폭으로 인해, 한 번의 송신으로 넓은 범위에 걸쳐 주변 조직의 움직임을 발생시킬 수 있기 때문에, 기존 방법대로 주사선을 순번대로 송수신 하지 않고, L(L은 1 이상의 정수)개씩 건너뛰면서 송수신 한 뒤, 결번된 주사선들(점선 표시)은 실제 송수신한 주사선들의 데이터를 통해 후처리로 합성해서 개별 영상들을 구성하고, 구성한 복수의 영상을 합침으로써, 프레임률 저하를 최소화하면서 컴파운딩 영상 효과를 가져올 수 있다.
이때, 도 7처럼, 한 번은 홀수 번째 주사선 데이터를 기반으로 영상을 구성하고, 한 번은 짝수 번째 주사선 데이터를 기반으로 영상을 구성 한 뒤, 영상 컴파운딩을 하게되면 영상의 왜곡을 더욱 감소시킬 수 있다. 이때 합쳐지는 영상들은 반전 위상 신호로 획득한 영상들뿐만 아니라 동일 및 반전 위상 신호로 획득한 영상들끼리도 컴파운딩 영상 구현이 가능하다. 움직임이 심한 타겟을 영상화할 경우 등과 같이 경우에 따라서는 실제로 송수신되는 주사선을 더욱 건너뛴 영상을 구현해서 임상적 활용을 할 수 있다.
이러한 효과는 앞서 B-모드 영상에 대한 영상 컴파운딩에서도 동일하게 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 위상 제어를 통한 다중 초점 발생 기술을 적용시킨 초음파 변환자는, 한 개의 주사선을 구성하기 위해 서로 다른 방향으로 세 번씩 송수신해야 하는 기존 공간 컴파운딩 기법과는 달리, 동일 위상 신호와 반전 위상 신호를 동일 방향으로 두 번만 송수신하면 되기 때문에, 프레임률을 33% 향상시킬 수 있고, 서로 다른 방향으로 송수신 하지 않아도 되므로 시스템의 구조가 간단해지며, B-모드 영상 전체에 스페클 억제 효과가 나타나게 되므로 효율적인 진단이 가능하다.
아울러, 위상 반전된 푸싱빔은 동일 위상을 갖는 경우보다 측방향으로 넓은 빔을 가지므로 한번의 푸싱빔을 통해 다수의 주사선을 동시에 구성하고 컴파운딩 기술을 적용시키면 음향방사력 기반 탄성영상의 해상도를 증가시킬 수 있으며, 연속으로 획득한 프레임들을 컴파운딩하면 더욱 정확한 탄성영상 구현이 가능하다. 이때, 실제로 송수신되는 주사선 수를 건너뛰면서 획득한 데이터로 영상들을 획득하고 융합 시키면 프레임률 저하를 최소화하면서 컴파운딩 영상 효과를 획득할 수 있다. 제안된 기술은 일반적인 상하복부 영상들, 경두개, 안구, 귀 내부 등 대부분의 인체 기관에 대한 초음파 영상 구현에 모두 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 영상 개선 장치 110 : 초음파 변환자
111 : 압전 소자 112 : 하우징
113 : 송수신 스위치 120 : 신호 발생기
121 : 위상 제어기 122 : 송신 빔포머
123 : 송신 증폭기 130 : 신호 처리기
131 : 수신 증폭기 132 : 수신 빔포머
133 : 주사선 제어기 134 : 메모리
135 : 영상 결합부 140 : 디스플레이

Claims (16)

  1. 복수의 분할 소자로 이루어진 압전 소자를 포함하고 상기 압전 소자에 의해 발생한 초음파 신호를 타겟에 송신 후 반사 신호를 수신하는 초음파 변환자;
    입력 신호를 생성하여 상기 분할 소자 각각에 인가하는 신호 발생기;
    상기 분할 소자 각각에 인가되는 입력 신호의 위상을 조절하여, 동일 위상의 입력 신호 또는 서로 다른 위상이 혼합된 혼합 위상의 입력 신호가 상기 압전 소자에 인가되도록 제어하는 위상 제어기;
    상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상 또는 탄성 영상을 획득하는 신호 처리기; 및
    서로 다른 프레임에서 획득된 복수의 B-모드 초음파 영상 간을 결합하거나 복수의 탄성 영상 간을 결합하여 컴파운딩 초음파 영상을 획득하는 영상 결합부를 포함하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전 소자는 N개의 분할 소자로 분할되고, 각각의 분할 소자는 배열 위치에 따라 제1 및 제2 그룹으로 구분되며,
    상기 신호 발생기는,
    제1 위상의 입력 신호를 상기 N개의 분할 소자에 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 발생시키고, 상기 제1 위상의 입력 신호를 상기 제1 그룹의 분할 소자에 인가하고 상기 제1 위상과 180도 또는 180도 미만의 위상차를 갖는 제2 위상의 입력 신호를 상기 제2 그룹의 분할 소자에 인가하여 다중 초점의 초음파 신호를 발생시키는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 압전 소자는,
    상기 제1 그룹의 분할 소자와 상기 제2 그룹의 분할 소자가 서로 이웃하도록 번갈아 배열되는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전 소자는,
    단일 소재에 의한 벌크 타입 또는 복합 소재에 의한 복합체 형태로 구현되는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    단일 소자 변환자, 환형 변환자 및 배열형 변환자 중 어느 하나의 구조를 가지는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    상기 단일 소자 변환자 또는 상기 환형 변환자 구조인 경우, 구경 형태가 반구형 또는 반원통형인 압전 소자가 삽입되고,
    상기 배열형 변환자인 경우, 초음파 신호의 시간 지연을 통해 집속 거리를 결정하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 변환자는,
    일면에 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈를 구비하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 음향 임피던스 차이에 의한 B-모드 초음파 영상을 획득하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 영상 결합부는,
    상기 동일 위상의 입력 신호에 따른 단일 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제1 B-모드 초음파 영상과 상기 혼합 위상의 입력 신호에 따른 다중 초점의 초음파 신호를 송수신하여 획득한 한 프레임의 제2 B-모드 초음파 영상을 서로 결합시켜 상기 컴파운딩 초음파 영상을 획득하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 영상 결합부는,
    상기 제1 B-모드 초음파 영상과 상기 제2 B-모드 초음파 영상에 서로 상이한 가중치를 적용하여 영상을 결합하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 신호 처리기에서 B-모드 초음파 영상 획득 시에 각 프레임 별로 해당 B-모드 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 나머지 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어하는 주사선 제어기를 더 포함하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 입력 신호에 따른 반사 신호를 분석하여 타겟의 탄성 영상을 획득하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 발생기는,
    기준선을 잡아주기 위한 기준 신호를 인가하는 제1 구동 모드, 타겟을 흔들어주기 위한 푸싱 신호를 인가하는 제2 구동 모드, 그리고 푸싱 신호 인가 직후 상기 제1 구동 모드와 동일한 신호 타입을 가진 검출 신호를 인가하는 제3 구동 모드를 순차적으로 연속 발생시키되,
    상기 제1 및 제3 구동 모드는, 상기 압전 소자에 동일 위상의 입력 신호를 인가하여 단일 초점의 초음파 신호를 발생시키는 동일 위상 모드이고,
    상기 제2 구동 모드는, 제1 위상의 입력 신호를 각 분할 소자의 배열 위치에 따라 기 구분된 제1 그룹의 분할 소자에 인가하고 제1 위상과 상이한 제2 위상의 입력 신호를 제2 그룹의 분할 소자에 인가하여 다중 초점의 초음파 신호를 발생시키는 혼합 위상 모드인 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 기준 신호 인가 시 획득한 제1 반사 신호 대비 상기 검출 신호 인가 시 획득한 제2 반사 신호를 비교하여 상기 푸싱 신호에 따른 흔들림에 의한 상기 타겟의 이동량을 측정하고, 상기 이동량에 대응하는 탄성 정보를 산출하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 영상 결합부는,
    상기 연속된 제1 내지 제3 구동 모드에 의하여 매 프레임 별로 획득되는 복수의 탄성 영상들을 서로 결합하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 신호 처리기에서 상기 탄성 영상 획득 시에 상기 매 프레임 별로 해당 탄성 영상을 구성하는 주사선들 중에서 실제 송수신되는 제1 그룹의 주사선들의 조합과 상기 실제 송수신된 주사선들을 통해 합성되는 나머지 제2 그룹의 주사선들의 조합을 서로 달리 제어하는 주사선 제어기를 더 포함하는 초음파 컴파운딩 영상 개선 장치.
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