KR20240021716A - 매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하기위한 방법 및 시스템 - Google Patents

매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하기위한 방법 및 시스템 Download PDF

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토마스 프랍파르트
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수퍼소닉 이매진
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Abstract

본 발명은 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하기 위한 프로세스를 최적화하는 방법에 관한 것으로, 방법은:
상기 매질의 초음파 시공간 신호 데이터를 제공하는 단계(a),
상기 신호 데이터의 함수로서 상기 매질의 스페큘러 특성을 결정하는 단계(c),
상기 스페큘러 특성에 기초하여 상기 프로세스를 최적화하는 단계(d)
를 포함한다.

Description

매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하기 위한 방법 및 시스템{Method and system for optimizing a process for constructing ultrasound image data of a medium}
본 발명은 매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 의료 이미징, 레이더(adar), 소나(sonar), 지진학(seismology), 무선 통신(wireless communications), 전파 천문학(radio astronomy), 음향학(acoustics) 및 생물의학(biomedicine) 분야에서 통신, 이미징 또는 스캐닝(scanning) 목적을 위해 복수의 트랜스듀서 요소(transducer elements) 또는 트랜시버(transceivers)(예를 들어 어레이로 배치됨)를 사용하는 것은 알려져 있다. 한 가지 예는 초음파 이미징(ultrasound imaging)을 포함한다.
다초음파 이미징의 목적은 매질 반사율(medium reflectivity)을 추정하는 것이다. 종래의 초음파 이미징 방법(ultrasound imaging method)에서, 초음파 트랜스듀서 요소(ultrasound transducer elements)의 세트를 갖는 초음파 트랜스듀서 장치(ultrasound transducer device)(초음파 프로브(ultrasound probe)라고도 함)가 사용될 수 있다. 이 방법에서, 전송 동작(transmission operation)에 대응하는 하나 또는 여러 개의 초음파 빔을 매질에 전송하기 위해 하나 또는 여러 개의 트랜스듀서를 사용한다. 그런 다음, 수신 동작(reception operation)에서, 후방산란 에코 신호의 세트가 트랜스듀서 요소의 세트에 의해 매질(medium)로부터 수신된다. 특히, 각각의 트랜스듀서 요소는 수신된 에코 신호(echo signal)를, 예를 들어 전기 신호로 변환한다. 신호는 초음파 시스템 또는 임의의 연관(전용) 시스템에 의해 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 그것들은 증폭되고, 필터링되고, 디지털화되고/되거나 신호 컨디셔닝 동작(signal conditioning operation)이 수행될 수 있다. 트랜스듀서 요소는 트랜스듀서 라인(transducer line) 또는 트랜스듀서 어레이(transducer array) 또는 임의의 다른 구성으로 배치될 수 있다.
통상적으로, 상기 신호들은 이미지 처리 시스템(image processing system)으로 전송된다. 수신된 신호는, 예를 들어 빔포밍 방법(beamforming method), 특히 지연 및 합(delay and sum)(DAS) 빔포밍 방법을 사용하여 스캔된 매질의 이미지 데이터를 생성하도록 처리될 수 있다. 일반적으로 빔포밍은 방향성 신호 전송(directional signal transmission) 및/또는 수신(reception)을 위한 센서 어레이(sensor array)들에서 통상적으로 사용되는 신호 처리 기술(signal processing technique)로 이해될 수 있다. 이 프로세스는 빔포밍된 데이터(beamformed data)를 생성하는 데 사용된다. 다시 말해서: 빔포밍은 결합된 신호들이 보강 간섭(constructive interference)들을 형성하는 방식으로 안테나 어레이(예: 초음파 트랜스듀서(ultrasound transducer))에서 요소(elements)들을 결합함에 따라 달성되는 신호 처리 기술로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 시스템 및 방법은 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는 프로세스를 최적화하는 기술에 관한 것으로, 초음파 이미지 데이터의 품질을 향상시킬 수 있고, 속도가 빠르고/또는 연산 효율(computationally efficient)이 좋은 장점이 있다. 예를 들어, 방법 및 시스템은, 예를 들어 50Hz에서 미리정의된 이미징 프레임 속도로 이미지 데이터 구축을 허용하는 것이 바람직하다. 즉, 방법 및 시스템은 바람직하게는 이미지 데이터 구축 프로세스(image data construction process)에서 상당한 지연을 야기하지 않으며 예를 들어 실시간 또는 적어도 준 실시간 이미징을 허용할 수 있다. 또한, 초음파 이미지 데이터의 품질을 향상함과 동시에 매질로 전송되는 초음파 빔의 수를 줄일 수 있는 방법 및 시스템이 바람직하다.
따라서, 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는(constructing) 프로세스를 최적화하는 방법이 제공된다. 방법은:
매질의 초음파 시공간 신호 데이터(spatio-temporal signal data)를 제공하는(providing) 단계,
신호 데이터의 함수로서 매질의 스페큘러 특성(specular property)을 결정하는(determining) 단계,
스페큘러 특성에 기초하여 이미징 프로세스(imaging process)를 최적화하는(optimizing) 단계를 포함한다.
이러한 방법을 제공함으로써, 초음파 이미지 데이터의 품질을 빠르고 및/또는 계산적으로 효율적인 방식으로 개선하는 것이 가능해진다. 특히, 기존의 지연 및 합(Delay and Sum)(DAS) 빔포밍 프로세스(beamforming process)를 개선할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법은 매질의 스페큘러 특성이 이미지 구축 프로세스에서 고려될 수 있고, 예를 들어 매질 내의 스페큘러 반사체(specular reflectors)가 검출될 수 있도록 허용할 수 있다. 그 결과, 이미지 데이터를 구축하는 프로세스가 각각 적응되고 최적화될 수 있다. 이러한 적응형 이미지 구축(adaptive image construction)은 이미지 데이터의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 매질로 전송되는 초음파 빔의 수를 줄일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 방법은 스페큘러 반사체의 더 나은 이미징을 유도할 수 있다.
더욱이, 이는 매질로부터(예: 트랜스듀서서 요소(transducer element)를 사용하여) 수신된 시공간(즉, 사전-빔포밍 또는 "원시(raw)") 신호 데이터에서 직접 매질의 스페큘러 특성을 결정하기 때문에, 본 발명의 방법은 빠르고 및/또는 계산적으로 효율적일 수 있다. 따라서, 상기 시공간 신호 데이터의 추가 처리가 필요하지 않다.
스페큘러 특성을 결정하는 단계는 다음을 포함할 수 있다:
매질 내의 공간 영역(spatial region)에 대해 스페큘러 반사체(specular reflector)의 존재 확률 및/또는 스페큘러 반사체의 스페큘러 반사체 각도(specular reflector angle)를 결정하는(determining) 단계, 및
결정 확률(determined probabilities) 및/또는 스페큘러 반사체 각도에 기초하여 스페큘러 특성 맵(specular property map)을 구축하는(constructing) 단계.
또한, 스페큘러 특성을 결정하는 단계는, 다음을 포함할 수 있다:
매질 내의 복수의 공간 영역 각각에 대해 스페큘러 반사체의 존재 확률 및/또는 스페큘러 반사체의 스페큘러 반사체 각도를 결정하는 단계, 및
결정 확률 및/또는 스페큘러 반사체 각도에 기초하여 스페큘러 특성 맵을 구축하는 단계.
시공간 신호 데이터는 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
무선 주파수, RF, 신호 데이터(예: 변조된 RF 신호 데이터), 동상, 직교 위상, IQ, 복조 데이터,
사전-빔포밍 초음파 데이터(pre-beamformed ultrasound data),
다중 채널 신호 데이터 및/또는 채널별 신호 데이터, 복수의 트랜스듀서 요소를 포함하는 트랜스듀서 장치에 의해 획득된 신호 데이터, 여기서 각 트랜스듀서 요소의 출력은 신호 데이터의 채널을 형성한다.
프로세스는 전부 또는 일부 미리정의될 수 있다.
프로세스는, 예를 들어 지연 및 합(Delay and Sum)(DAS) 빔포밍 프로세스와 같은 빔포밍 프로세스를 포함할 수 있다. 매질의 초음파 신호 데이터는 매질의 이미지 데이터를 획득하기 위해 빔포밍될 수 있다.
프로세스는 B-모드 이미징 프로세스(B-mode imaging process) 또는 합성 B-모드 이미징 프로세스(synthetic B-mode imaging process)일 수 있다. 예를 들어, 본 출원인이 제출한 EP2101191(A2)에는 합성 초음파 이미징 방법이 알려져 있다.
이미지 데이터는 B-모드 이미지 데이터일 수 있다.
프로세스 및/또는 빔포밍에 사용되는 신호 데이터는 적어도 부분적으로 스페큘러 특성을 결정하는 데 사용되는 신호 데이터에 대응할 수 있다. 이것은, 예를 들어 평면파가 방출되는 합성 B-모드의 경우일 수 있으며, 수집된 RF 데이터는 B-모드 이미징 및 스페큘러 결정 모두에 사용될 수 있다.
프로세스 및/또는 빔포밍 프로세스는 다음을 포함할 수 있다:
매질에서 미리정의된 공간 영역의 함수로서 신호 데이터의 적어도 하나의 서브세트(subset)를 결정하는 단계, 및
공간 영역의 이미지 데이터를 결정하는 단계는, 서브세트에 기초하여 한다.
서브세트는, 예를 들어 지연 및 합(Delay and Sum)(DAS) 빔포밍 방법에 의해 결정될 수 있다.
공간 영역의 이미지 데이터는, 예를 들어 픽셀(pixel) 또는 복셀(voxel)일 수 있다.
서브세트로 표현되는 공간 영역은 스페큘러 반사체의 존재 확률로 표현되는 공간 영역에 대응할 수 있다. 그러나, 예를 들어 더 높거나 더 낮은 해상도를 갖는 등 서로 다를 수도 있다. 이 경우 두 가지 유형의 공간 영역 간의 매핑을 제공하는 것이 바람직하다.
서브세트는 신호 데이터의 공간적 및 시간적 선택, 즉 공간적 및 시간적 구성요소를 포함하는 선택을 포함할 수 있다. 즉, 서브세트는 사용된 DAS 빔포밍 방법의 함수로서 RF 신호 데이터로부터 선택될 수 있다.
공간적 선택(spatial selection), 즉 공간적 및 시간적 선택의 공간적 구성요소는 서브세트를 형성하기 위해 사용되는 채널의 선택 및/또는 수신 어퍼처(aperture)를 정의할 수 있다.
시간적 선택(temporal selection), 즉 공간적 및 시간적 선택의 시간적 구성요소는 미리정의된 지연 알고리즘(예를 들어, 사용된 DAS 빔포밍 방법에 의해 정의됨)에 기초할 수 있다. 따라서, 선택된 채널 데이터는 사용하는 DAS 빔포밍 방식에 따라 서로 특정한 지연을 가질 수 있다.
공간적 및 시간적 선택(spatial and temporal selection)은 미리정의된 공간 영역으로부터, 수신된 응답 신호(response signal)와 연관된 추정된 수신 각도의 함수로서 추가로 결정될 수 있다.
공간적 및 시간적 선택은, 공간 영역에서 식별된 스페큘러 반사체의 결정된 스페큘러 반사체 각도의 함수로서 수신 각도를 변경함으로써 적응될 수 있다.
따라서, 종래의(DAS) 빔포밍 방법에서는 전송된 빔의 각도가 수신 각도와 동일한 것으로(예를 들어, 0°, 즉 사용된 트랜스듀서 요소의 트랜스듀서 어레이에 수직) 추정될 수 있는 반면, 본 개시내용에서 추정된 수신 각도는 유리하게 전송 각도와 상이할 수 있다.
공간적 및 시간적 선택은 스페큘러 특성의 함수로서 공간적 선택을 변경(즉, 이동) 및/또는 제한함으로써 적응될 수 있다.
공간적 및 시간적 선택은 미리정의된 공간 영역으로부터 응답 신호(response signal)를 수신하는 데 사용되는 채널의 선택에 의해 정의되는 수신 간격의 함수로서 추가로 결정될 수 있다.
공간적 선택은 어퍼처(aperture)를 각각 변경 및/또는 감소시킴으로써 변경 및/또는 제한될 수 있다. 따라서, 어퍼처는 사용된 채널의 수에 의해 정의될 수 있다.
채널은 트랜스듀서 요소의 어레이를 포함할 수 있는 트랜스듀서 장치의 하나의 트랜스듀서 요소에 대응할 수 있다.
통상적으로, 응답 신호를 수신하기 위해 사용되는 채널의 수는 미리정의될 수 있다. 트랜스듀서 어레이에 대한 상대 위치는 이미지 데이터가 수집되는 공간 영역의 함수로 결정될 수 있다. 특히, 상대 위치는 통상적으로 선택된 채널이 공간 영역 바로 앞에 있도록 선택된다(즉, 수신 각도가 0°, 즉 기울어지지 않음). 그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 상대 위치 및 선택적으로 선택된 채널의 수는 결정된 거울 특성의 함수로서 적응적(즉, 적응, 즉 변경)될 수 있다(특히, 해당 영역에서 스페큘러 반사체가 검출된 경우).
전체 이미지(즉, 모든 스캔 영역)에 대해 프로세스를 최적화할 수 있다. 그러나, 미리정의된 임계값을 초과하는 스페큘러 반사체의 존재 확률을 갖는 공간 영역과 연관된 서브세트에 대해서만 프로세스가 최적화되는 것도 가능하다. 즉, 스페큘러 반사체가 검출된 스캔 영역만 최적화될 수 있다.
매질의 초음파 신호 데이터는 매질에서 방출되는 복수의 초음파 또는 매질에서 방출되는 적어도 하나의 초음파와 연관될 수 있다.
방출된 초음파는 비포커스된 파(non-focalized waves) 및/또는 서로 다른 방출각을 갖는 평면파를 포함할 수 있다.
따라서, 스페큘러 특성, 특히 스페큘러 각도를 결정하기 위해 평면파(plane wave)가 사용될 수 있으므로, 매질로 전송되는 필요한 초음파 빔의 수가 감소될 수 있다. 즉, 주어진 각도 스페큘러 범위를 커버하기 위해 방출파의 전송이 더 적게 필요하다. 따라서, 더 적은 전송이 필요하고, 따라서 본 발명의 방법에 의해 야기되는 지연, 즉 이미징 프레임레이트에 미치는 영향이 유리하게 감소될 수 있다. 즉, 매질로부터 더 많은 정보를 더 짧은 시간에 획득할 수 있다.
더 자세히 설명하면, 생검 바늘(biopsy needles)과 같은 많은 스페큘러 반사체는 입사 평면파에 의해 조명될 때, 후방산란 에코(backscattered echoes)에서 평면파 음향 서명(plane wave acoustic signature)을 갖는다. 전송 빔과 수신된 음향 신호 사이의 이러한 대칭은 반사체의 스페큘러 각도(specular angle)를 효율적으로 계산하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 따라서, 이 방법은 계산적으로 더 효율적이 될 수 있다.
또한, 이미지 품질상의 이유로 초점을 맞춘 B-모드를 추가로 갖는 것이 실제로 바람직할 수 있다. 그렇기 때문에, 듀플렉스 시퀀스(duplex sequence)(평면파와 포커싱파의)를 갖는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 포커싱된 B-모드와 함께 평면파(plane waves)를 사용하면 포커싱된 빔을 사용하는 것보다 짧은 시간에 전체 공간과 스페큘러 각도(specular angle)를 샘플링할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 짧은 시간에 더 많은 정보를 획득할 수 있다.
또한, 초음파 신호 데이터를 제공하는 단계는 다음을 포함할 수 있다:
방출된 일련의 초음파를 매질로 전송하는(transmitting) 단계, 및
매질로부터 초음파의 응답 시퀀스( response sequence)를 수신하는(receiving) 단계 - 초음파 신호 데이터는 초음파의 응답 시퀀스에 기초함 -.
대안적으로, 초음파 신호 데이터는 데이터 인터페이스(data interface) 및/또는 데이터 저장소(data storage)에 의해 제공될 수 있다.
응답 시퀀스는 공간 영역으로부터의 응답 신호로도 이해될 수 있다.
방출된 시퀀스는 복수의 초음파 트랜스듀서 요소를 포함하는 초음파 트랜스듀서 장치를 사용하여 전송될 수 있다.
응답 시퀀스는 다른 또는 동일한 초음파 트랜스듀서 장치를 사용하여 수신될 수 있다.
적어도 합성 B-모드 이미징에서, 제공된 초음파 신호 데이터는 스페큘러 특성의 결정과 B-모드 이미지 구축 모두에 사용될 수 있다.
그러나, 일반적으로 초음파 이미지 데이터를 구축하는 프로세스에서 추가적인 신호 데이터를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 프로세스는 다음의 동작을 추가로 포함할 수 있다:
방출된 일련의 초음파(예를 들어, 포커스된 파)를 매질로 전송하는 단계, 및
매질로부터 초음파의 응답 시퀀스를 수신하는 단계.
프로세스를 최적화하는 단계(Optimizing)는 스페큘러 특성의 함수로서 전송 및/또는 수신을 적응시키는(adapting) 단계 포함할 수 있다.
따라서, 물리적 신호 획득 프로세스(physical signal acquisition process)는 매질에서 검출된 반사체의 함수로 적응될 수 있다. 예를 들어, 방출된 초음파의 시퀀스가 *?*적응될 수 있다. 예를 들어, 평면파가 방출되는 경우, 수신된 응답 시퀀스가 *?*검출된 스페큘러 반사체의 초음파 RF 데이터를 포함하도록 평면파의 방출 각도가 적응될 수 있다. 그러나, 방출 각도가 적응적이지 않고 미리정의되더라도, 본 발명은 여전히 *?*위에서 설명한 바와 같이 사용된 트랜스듀서 장치의 수신 어퍼처(receive aperture)를 적응시키는 것을 허용한다. 예를 들어, 합성 B-모드에서 방출된 평면파의 기울기 각도가 적응될 수 있다.
본 발명은 또한 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는 방법에 관한 것일 수 있다. 방법은 다음을 포함할 수 있다:
상술한 바와 같이 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는 프로세스를 최적화하는 방법, 및
최적화된 프로세스를 사용하여 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는 단계.
본 개시는 데이터 처리 시스템(data processing system)에 의해 실행되는 경우, 데이터 처리 시스템으로 하여금 본 개시의 임의의 예들에 따른 방법을 수행하도록 유발하는 컴퓨터 판독가능 명령어들(computer-readable instructions)을 포함하는 컴퓨터 프로그램(computer program)을 또한 언급할 수 있다. 방법 동작이 단순한 데이터 처리(예: 초음파 방출)를 넘어선 모든 (물리적) 측면을 포함할 수 있는 경우, 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 시스템에 의해 실행될 때, 시스템(예를 들어, 초음파 트랜스듀서 장치)의 임의의 외부 요소가 이러한 동작을 수행하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령들을 더 포함할 수 있다.
본 개시는 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하기 위한 초음파 프로세스를 최적화하는 시스템을 의미할 수 있다. 시스템은 매질의 초음파 시공간 신호 데이터를 수신하고, 신호 데이터의 함수로서 매질의 스페큘러 특성을 결정하고, 스페큘러 특성에 기초하여 프로세스를 최적화하도록 구성된 처리 유닛(processing unit)을 포함한다.
시스템은, 예를 들어 초음파 시공간 신호 데이터를 획득하는 트랜스듀서 장치를 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 시스템이 외부 데이터 시스템, 예를 들어 데이터 저장소로부터 초음파 시공간 신호 데이터를 수신하는 것이 또한 가능하다.
시스템은 더욱이 위에서 설명된 방법 특징들 또는 동작들 중 임의의 것을 수행하도록 구성될 수 있다.
달리 모순되는 경우를 제외하고 위에서 설명한 요소와 사양 내의 요소의 조합을 만들 수 있다.
전술한 일반 설명과 다음 세부 설명은 모두 예시적이고 설명적일 뿐이며 설명 목적으로 제공되며 청구된 대로 공개를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 개시의 예시들 및 설명과 함께 설명하고, 그 원리들을 뒷받침하고 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시의 예들에 따른 초음파 시스템을 도시하는 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 매질에서 스페큘러 반사체의 평면파의 예시적인 반사를 도시한다.
도 4는 스넬 변환(Snell transform)을 위한 예시적인 초음파 파면의 IQ 보간(interpolation)을 도시한다.
도 5는 예시적인 스넬 매트릭스(Snell matrix)(왼쪽 도면)와 γ0=10° 반사체(오른쪽 도면)에 대한 시뮬레이션 및 이론적 스넬 변환(Snell transform)을 도시한다.
도 6은 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)(왼쪽)와 연관 시공간 신호 데이터(오른쪽)의 기존 방식으로 재구축된 이미지의 예를 도시한다.
도 7은 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)와 스페큘러 반사체(왼쪽) 및 연관 시공간 신호 데이터(오른쪽)의 기존 방식으로 재구축된 이미지의 예를 도시한다.
도 8은 도 7의 예를 도시한 것으로, 스페큘러 반사체의 경사각에 따라 수신각이 조절된다.
도 9는 도 7 및 도 8의 예를 도시하며, 수신각은 스페큘러 반사체의 경사각에 따라 조정되지만, 스페큘러 반사체를 나타내는 픽셀에 대해서만 조정된다.
참조는 이제 첨부 도면들에 도시되는 예들인 본 개시의 예들로 상세히 이루어질 것이다. 가능하면 도면 전체에 동일한 참조 번호가 사용되어 동일하거나 유사한 파트를 참조한다.
일반적으로, 기존의 빔포밍 프로세스는 수신된 신호가 레일레이 디퓨저(즉, 일반적인 크기가 전송된 펄스 파장보다 작음)의 후방산란 에코라고 가정한다.
그러나, 예를 들어 인체 내부의 많은 반사체는 힘줄, 근육 섬유, 인터페이스 등과 같은 반사 동작을 도시한다. 이는 이러한 반사체의 경우 후방산란된 음향장 메인 로브(backscattered acoustic field main lobe)의 방향이 스넬-데스카테스 법칙(Snell-Descartes law)에 따라 달라진다는 것을 의미한다. 기본적으로 스페큘러 반사체 각도(specular reflector angle)에 따라 다르다. 결과적으로, 이미지 처리 시스템에 의해 획득된 결과적인 이미지 품질은 연구 영역에 있는 이러한 반사체에 의해 저하될 수 있다.
로드리게스-모랄레스 등(Rodriguez-Molares et.al.)이 스페큘러의 물리학을 고려하는 적응형 빔포밍 기술을 설명한다. 스넬(Snell)의 반사 법칙에 의해 예측된 반사 패턴은 수신된 데이터 풀 전체에서 검출되고 반사 인터페이스의 시각화를 향상시키는 데 사용되며, 예를 들어:
로드리게스-모랄레스, 에이., 파테미, 에이., 토르프, 에이치., 및 로브스타켄, 엘.(Rodriguez-Molares, A., Fatemi, A., Torp, H., & Løvstakken, L.)(2016년 9월)의, 스넬의 반사 법칙에 기반한 적응형 빔포밍(Adaptive beamforming based on Snell's law of reflection), 2016년 IEEE 국제 초음파 심포지엄(In　2016 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS))(IUS)(pp. 1-4), 및 로드리케스-모랄레스, 에이., 파테미, 에이., 로브스타켄, 엘., 및 토르프, 에이치.(Rodriguez-Molares, A., Fatemi, A., Løvstakken, L., & Torp, H.)(2017), 스펙큘러 빔포밍. IEEE 트랜잭션 초음파, 강유전체 및 주파수 제어(IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control), 64(9), 1285-1297. 　
여기에 설명된 시스템 및 방법은 특히 의료 이미징의 맥락에서 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하기 위한 프로세스를 최적화하기 위한 기술과 관련된다. 특히, 방법은 트랜스듀서 장치(transducer device)에 의해 스캔되는 매질의 신호 데이터를 처리하는 데 적합하다. 예를 들어, 방법은, 예를 들어 초음파 시스템과 같은 장치에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 예에 따른 초음파 시스템(ultrasound system)(100)의 개략도를 도시한다. 도 1에 도시된 시스템(100)은 매질(medium)(10), 예를 들어 생체 조직 및/또는 특히 사람의 인간 조직의 초음파 시공간 신호 데이터를 수집하도록 적응된다. 시스템(100)은 매질(10)의 스페큘러 특성을 고려하여 최적화된 방식으로 매질(10)의 초음파 시공간 신호 데이터를 구축하도록 더 구성된다. 시스템은, 예를 들어:
· 복수의 트랜스듀서 요소(transducer elements)(21)를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 요소들은 펄스를 매질로 전송하고(a) 및/또는 선택적으로 펄스를 매질로 전송하는 것(a)에 응답하여, 매질로부터 복수의 신호들을 수신하도록(b) 구성될 수 있다. 복수의 트랜스듀서 요소들(21)을 포함하는 트랜스듀서 어레이(transducer array)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 선형 어레이(linear array)(20)는 일반적으로 일반적인 프로브들(probes)에서 이미 알려진 바와 같이 X 축(수평 또는 어레이 방향 X)을 따라 병치된(juxtaposed) 수십개의 트랜스듀서 요소들(예를 들어 100 내지 300)를 포함하여 제공될 수 있다. 이 예에서, 어레이(20)는 매질(10)의 이차원(2D) 이미징을 수행하도록 조정되지만, 어레이(20)는 매질(10)의 3D 이미징을 수행하도록 조정된 이차원 어레이일 수도 있다. 따라서, 트랜스듀서의 매트릭스를 사용할 수 있다. 그러나 시스템이 프로브에서 움직일 수 있는 트랜스듀서의 단일 라인을 포함하여 3D 이미징이 달성될 수도 있다. 트랜스듀서 어레이(transducer array)(20)는 또한 곡선을 따라 정렬된 복수의 트랜스듀서 요소들을 포함하는 볼록(convex) 어레이일 수도 있다. 동일한 트랜스듀서 요소(들)은 펄스를 전송하고 응답을 수신하도록 사용될 수 있고, 또는 다른 트랜스듀서 요소들은 전송 및 수신을 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 방출 트랜스듀서 요소들 및 복수의 수신 트랜스듀서 요소들이 있을 수 있다. 추가 대안에서, (예를 들어, 상이한 공간 영역으로부터 비롯되는) 상이한 공간 특성들을 갖는 복수의 신호들을 수신하는 단일 트랜스듀서 요소만이 사용될 수 있다. 트랜스듀서 요소는, 예를 들어 전자적으로 또는 물리적으로 이동시킬 수 있다;
· 트랜스듀서 어레이를 제어하고 그로부터 신호들을 획득하는 전자 제어 장치(electronic control device)(30)를 포함할 수 있다. 전자 제어 장치(30)는 트랜스듀서 요소(21)도 포함하는 프로브의 일부일 수 있다. 대안적으로, 전자 제어 장치(30)는 프로브 외부에 있을 수 있거나, 일부는 프로브의 일부이고, 일부는 프로브 외부에 있는 여러 장치로 구성될 수 있다.
시스템은, 예를 들어, 서버, 인공 지능(AI) 알고리즘이 실행되는 컴퓨터, 데이터를 표시하는 전용 워크스테이션, 전자 제어 장치 또는 기타 외부 장치에서 얻은 이미지를 표시하는 장치와 같은, 전자 제어 장치(30)를 제어하기 위한 및/또는 예를 들어 외부 장치에 데이터를 전송하기 위한 처리 유닛(processing unit)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법, 특히 초음파 이미지 데이터를 구축하는 프로세스를 최적화하는 방법은 전자 제어 장치(30), 처리 유닛 또는 임의의 외부 장치 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 또한, 초음파 이미지 데이터를 구축하기 위한 프로세스는 최적화 프로세스를 최적화하기 위한 것과 동일한 처리 장치에 의해 또는 (적어도 부분적으로) 다른 장치에 의해 수행될 수 있다.
추가 예에 따르면, 시스템(100)은 적어도 하나의 처리 유닛(또는 프로세서) 및 메모리를 포함할 수 있다. 예에서, 프로세서 및 메모리 유닛은 도 1에 도시된 것과 같은 시스템에 통합될 수 있거나 컴퓨터 또는 그에 통신적으로 연결된 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨팅 장치의 정확한 구성 및 유형에 따라, 메모리(저장, 초음파 데이터를 평가하거나 본 명세서에 기술된 방법을 달리 수행하기 위한 명령)는 휘발성(예: 램(RAM)), 비휘발성(예: 램(RAM), 플래시 메모리 등) 또는 이 둘의 일부 조합일 수 있다. 또한, 시스템(00)은 자기 또는 광 디스크 또는 테이프를 포함하지만 이에 국한되지 않는 저장 장치들(이동식(removable) 및/또는 비-이동식(non-removable))을 포함할 수도 있다. 유사하게, 시스템(100)은 또한 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 등과 같은 입력 장치(들) 및/또는 디스플레이, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 장치(들)을 포함할 수 있다. 또한 LAN, WAN, 점대점(point to point) 등과 같은 하나 이상의 통신 연결이 환경에 포함될 수 있다. 실시예들에서, 연결은 점대점 통신들, 연결 지향 통신(connection-oriented communication)들, 비연결 통신(connectionless communication)들 등을 설비하도록 동작 가능하다.
시스템(100)은 전형적으로 적어도 일부 형태의 컴퓨터 판독가능 매체(computer readable media)를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 처리 유닛(또는 프로세서) 또는 동작 환경을 포함하는 다른 장치에 의해 접근될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 매체(computer readable media)은 컴퓨터 저장 매체(computer storage media) 및 통신 매체(communication media)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비-휘발성, 이동식 및 비-이동식 매체를 포함한다. 컴퓨터 저장 매체에는 통신 매체가 포함되지 않는다.
통신 매체는 컴퓨터 판독가능 명령들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 또는 반송파 또는 기타 전송 메커니즘과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터를 구현하고 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. "변조된 데이터 신호"라는 용어는 신호의 정보를 인코딩하는 방식으로 설정되거나 변경된 특성 중 하나 이상을 갖는 신호를 의미한다. 예를 들어, 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결과 같은 유선 매체와 음향, RF, 적외선, 마이크로파 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 위의 것 중 어느 하나의 조합도 컴퓨터 판독가능 매체의 범위에 포함되어야 한다.
시스템(100)은 하나 이상의 원격 컴퓨터에 대한 논리적 연결을 사용하여 네트워크 환경에서 작동하는 단일 컴퓨터일 수 있다. 원격 컴퓨터는 개인용 컴퓨터, 서버, 라우터, 네트워크 PC, 피어 장치 또는 기타 공통 네트워크 노드일 수 있으며 일반적으로 위에서 설명된 요소들의 대부분 또는 모두와 언급되지 않은 요소들을 포함한다. 논리적 연결들에는 사용 가능한 통신 매체에서 지원하는 모든 방법이 포함될 수 있다. 이러한 네트워킹 환경들은 사무실들, 전사적 컴퓨터 네트워크들, 인트라넷들 및 인터넷에서 흔히 볼 수 있다.
트랜스듀서 요소들(21)은 신호들을 생성하고 및/또는 기록하고 및/또는 수신하도록 구성될 수 있는 압전-크리스탈(piezo-crystal)들 및/또는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 트랜스듀서 및 트랜스듀서 요소들 용어들은 다르게 나타내지 않는 한 본 개시 전반에 걸쳐 동의어로 사용될 수 있다.
트랜스듀서 요소들(21)은 신호들, 선택적으로 초음파 신호들을 생성하고 및/또는 기록하고 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서 요소들(21) 및/또는 전자 제어 장치(30) 및/또는 처리 유닛은 시공간 신호 데이터의 위상 특성들을 결정하도록 구성될 수 있다.
도 1 상에서 Z축은, 예를 들면 검사된 매질의 깊이 방향에서, X축에 수직인 축일 수 있다. 이 방향은 본 문서에서 수직 또는 축 방향으로 지정된다. Z축 방향으로 조사되는 초음파 빔은 틸트각이 0°인 것으로 이해될 수 있다.
매질(medium)(10)은 공간 영역(spatial region)(40)을 포함할 수 있다. 공간 영역(40)은 본 발명에 따른 다음의 예에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 매질에서 스페큘러 반사체를 구성할 수 있다. 매질(10)은 복수의 공간 영역들(40)을 포함할 수 있다.
여기에 개시된 시스템은 초음파 이미징을 위한 장치이고, 트랜스듀서 요소들은 초음파 트랜스듀서 요소들이고, 구현된 방법은 시공간 신호 데이터의 위상 특성들에 기초하여 매질(10)에서 가정된 파동 전파 속도를 평가한다. 매질(10)은 시공간 신호 데이터와 연관된다. 방법은 선택적으로 매질(10)의 및/또는 매질(10)의 공간 영역들(40)의 초음파 이미지를 생성할 수 있고 및/또는 데이터를 전용 서버 또는 워킹 스테이션(working station)으로 전송할 수 있다.
그러나, 시스템은 초음파들과는 다른 파동들(예를 들어, 초음파 파장과 다른 파장을 갖는 파동 및/또는 음파가 아닌 파동)을 사용하는 임의의 이미징 또는 센서 장치일 수 있고, 트랜스듀서 요소들 및 전자 제어 장치 구성요소들(electronic control device components) 및 관련 요소들은 그러면 상기 파동들에 적응(adapted)될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 매질의 초음파 이미지 데이터 구축 프로세스를 최적화하는 방법의 흐름도이다. 방법은 도 1의 시스템에서 구현될 수 있다.
방법은 매질의 초음파 시공간 신호 데이터를 제공하는 동작 (a)을 포함한다. 시공간 신호 데이터는 사전-빔포밍된 초음파 데이터, 즉, 복수의 트랜스듀서 요소를 포함하는 트랜스듀서 장치에 의해 획득된 "원시(raw)" 다중 채널 신호 데이터일 수 있으며, 각 트랜스듀서 요소의 출력은 신호 데이터의 채널을 형성한다.
예를 들어, 상기 동작 (a)는, 매질에 펄스를 전송하는 선택적 동작 (a1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전송 동작은 하나 또는 여러 개의 평면파(즉, 비포커스된 파)로 매질를 무음화하는 것을 포함할 수 있다. 평면파는 다른 위상, 즉 다른 각도를 가질 수 있다. 특히 더, 전송 동작 중에 복수의 초음파들은 공간 영역(40)으로 전송될 수 있다. 예를 들어, (각각의 트랜스듀서 요소의) 각각의 전송된 펄스의 위상(즉, 지연)은 전송 파면을 형성하도록 조정될 수 있다. 다른 각도를 얻으려면, 전송 지연 법칙(transmit delay law)(따라서 위상 편이)이 전송 각도의 사인(sine)에 비례할 수 있다.
일반적으로, 본 개시에서 펄스는 트랜스듀서 요소에 의해 방출된 음향 및/또는 전기 신호에 대응할 수 있다. 펄스는, 예를 들어 다음 중 적어도 하나에 의해 정의될 수 있다: 펄스 지속 기간(pulse duration), 결과 파동(resulting wave)의 주파수, 주어진 주파수에서의 사이클들 수, 펄스의 극성(polarity of the pulse) 등. 파동은 하나 이상의 트랜스듀서 요소에 의해(즉, 각각 방출된 펄스에 의해) 생성된 파면(wavefront)에 대응할 수 있다. 파동은 상이한, 사용된 트랜스듀서 요소들 사이의 방출 지연(emission delay)에 의해 제어될 수 있다. 예들은 평면파(plane wave), 포커싱된 파(focused wave) 및 발산파(divergent wave)를 포함한다. 빔은 (예: 매질에서) 파동에 의해 고주파가 발사된(insonified) 물리적 영역(physical area)에 대응할 수 있다. 따라서, 빔은 파동과 관련이 있을 수 있지만 시간적 개념(temporal notion)이 적거나 없을 수 있다. 예를 들어, 포커싱된 빔(focused beam)의 피사계 심도(depth of field)가 관심 대상(of interest)인 경우 빔이라고 지칭될 수 있다.
선택적 동작 (a2)에서, 복수의 신호들은 복수(20)의 트랜스듀서 요소들(21)에 의해 매질로부터, 선택적으로 응답하여, 수신될 수 있다. 복수의 신호들은 동작 (a1)의 전송의 후방산란된 에코들을 포함할 수 있다. 응답 시퀀스(response sequence)는 또한 시공간 데이터 및/또는 신호 데이터, 특히 초음파 신호 데이터 및/또는 RF 및/또는 IQ 신호 데이터로 지칭될 수 있다(즉, 이 데이터는 동작 (a)의 시공간 신호 데이터에 대응할 수 있음). 신호 데이터는, 예를 들어 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 시간 도메인(time domain), 특히 시공간 도메인(spatio-temporal domain)에 있을 수 있다. 일 예에서, 응답 시퀀스는 하나 이상의 주파수 범위만을 유지하기 위해 대역 통과 필터링(bandpass filtering)에 의해 처리될 수 있다.
동작 (a1) 내지 (a2)는 임의의 다른 시스템에 의해 및/또는 다른 시간에 수행될 수도 있기 때문에 선택적임에 유의한다. 데이터는 외부 시스템 등에 의해 동작 (a)에서 제공될 수도 있다. 시공간 신호 데이터가 미리 저장되고, 예를 들어 데이터 저장소, 통신 인터페이스 등에 의해 제공되는/상에 판독되는 것이 또한 가능하다.
선택적인 동작 (b)에서는 매질의 초음파 신호 데이터를 이미지 데이터로 구축하는 프로세스를 거친다. 따라서, 스페큘러 특성을 결정하기 위해 사용되는 동작 (a)에서 제공되는 것과 다른 초음파 신호 데이터가 이미지 구축에 사용될 수 있다(동작 (c) 참조). 그러나 특히 이미지 구축 프로세스가 합성 B-모드 이미징 프로세스를 포함하는 경우 동일한 초음파 신호 데이터가 두 가지 목적으로 사용되는 것도 가능한다.
선택적 동작 (b)은 특히 펄스를 매질로 전송하는 선택적 동작 (b1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전송 동작(transmission operation)은 하나 또는 여러 개의 포커스된 파로 매질를 무음화(insonification)하는 것을 포함할 수 있다. 파동은 공간 영역(40)을 포함하는 매질의 상이한 영역에 포커스될 수 있다. 포커스된 파(focalized waves)를 사용하는 것은, 예를 들어 기존 B-모드 이미지 구축 프로세스(conventional B-mode image construction process)의 경우에 유리할 수 있다.
선택적 동작 (b2)에서, 복수의 신호들은 복수(20)의 트랜스듀서 요소들(21)에 의해 매질로부터, 선택적으로 응답하여, 수신될 수 있다. 복수의 신호들은 동작 (b1)의 전송의 후방산란된 에코들을 포함할 수 있다. 응답 시퀀스(response sequence)는 또한 시공간 데이터 및/또는 신호 데이터, 특히 초음파 신호 데이터 및/또는 RF 및/또는 IQ 신호 데이터로 지칭될 수 있다. 신호 데이터는, 예를 들어 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 시간 도메인(time domain), 특히 시공간 도메인(spatio-temporal domain)에 있을 수 있다. 일 예에서, 응답 시퀀스는 하나 이상의 주파수 범위만을 유지하기 위해 대역 통과 필터링(bandpass filtering)에 의해 처리될 수 있다.
동작 (b1) 내지 (b2)는 임의의 다른 시스템에 의해 및/또는 다른 시간에 수행될 수도 있기 때문에 선택적임에 유의한다. 데이터는 외부 시스템 등에 의해 동작 (b)에서 제공될 수도 있다. 신호 데이터가 미리 저장되고, 예를 들어 데이터 저장소(data storage), 통신 인터페이스 등에 의해 제공/판독되는 것도 가능하다.
동작 (c)에서, 매질의 스페큘러 특성은 동작 (a)에서 제공된 신호 데이터의 함수로서 최적화된다.
동작 (c)는 선택적인 동작 (c1)을 포함할 수 있으며, 매체 내의 복수의 공간 영역 각각에 대해(또는 적어도 하나의 공간 영역(40)에 대해) 스페큘러 반사체 및/또는 스페큘러 반사체의 스페귤러 반사체 각도의 존재 확률이 결정된다. 스페큘러 반사체 각도는 각 스페큘러 반사체의 존재 확률이 미리정의된 최소 임계값을 초과하는 것으로 결정되는 경우에만 결정될 수 있다.
동작 (c)는 추가적인 선택적 동작 (c2)를 포함할 수 있고, 여기에서 결정 확률 및/또는 복수의 영역의 스페큘러 반사체 각도에 기초하여 스페큘러 특성 맵이 구축된다. 다시 말해, 스페큘러 특성 맵은 각각의 스페큘러 반사체 및/또는 스페큘러 반사체 각도를 각각의 영역에 대해 나타낼 수 있다.
동작 (d)는 선택적 동작 (d1)을 포함할 수 있으며, 여기서 프로세스에서 사용되는 (미리정의된) 수신 각도가 적응(즉, 변경)된다. 따라서, 트랜스듀서 어레이 상의 수용 어퍼처의 상대 위치가 이동될 수 있다. 더욱이, 추가적인 선택적 동작 (d2)에서 수용 어퍼처가 적응되고, 특히 감소된다.
선택적 동작 (e)에서, 초음파 이미지 데이터를 구축하는 프로세스는 결정된 스페큘러 특성에 기초하거나 선택적으로 스페큘러 특성 맵에 기초하여 최적화된다. 상기 프로세스는 기본적으로 미리정의될 수 있지만 동작(d)에 의해 적응 가능(즉, 적응 가능)할 *?*수 있다.
예를 들어, 프로세스는 빔포밍 프로세스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세스는 동작 (a) 및/또는 동작 (b)에서 획득한 매질의 초음파 신호 데이터를 빔포밍하여 매질의 이미지 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세스는 B-모드 이미징 프로세스 또는 합성 B-모드 이미징 프로세스일 수 있다.
일반적으로, 빔포밍 프로세스 및 그에 따른 구축 프로세스는: 매질 내의 미리정의된 공간 영역의 함수로서 신호 데이터의 적어도 하나의 서브세트를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 및 공간 영역의 이미지 데이터를 결정하는 단계는 서브세트에 기초한다. 서브세트는, 예를 들어 지연 및 합(Delay and Sum)(DAS) 빔포밍 방법에 의해 결정될 수 있다. 하나의 공간 영역의 이미지 데이터는, 예를 들어 픽셀(pixel) 또는 복셀(voxel)일 수 있다.
서브세트로 표현되는 공간 영역은 스페큘러 특성 맵으로 표현되는 공간 영역에 대응할 수 있다. 그러나, 예를 들어 더 높거나 더 낮은 해상도를 갖는 등 서로 다를 수도 있다. 이 경우, 적어도 두 종류의 공간 영역 간의 매핑을 제공하는 것이 바람직하다.
서브세트는 신호 데이터의 공간적 및 시간적 선택을 포함할 수 있다. 즉, 서브세트는 사용된 DAS 빔포밍 방법의 함수로서 RF 신호 데이터로부터 선택될 수 있다.
추가 측면에 따르면, 공간적 선택(spatial selection)은, 서브세트를 형성하기 위해 사용되는 채널의 선택 및/또는 (미리정의된 그러나 적응가능한)수신 어퍼처(aperture)를 정의할 수 있다. 예를 들어, 시간적 선택은 미리정의된 지연 알고리즘(예를 들어, 사용된 DAS 빔포밍 방법에 의해 정의됨)에 기초할 수 있다. 따라서, 선택된 채널 데이터는 사용되는 DAS 빔포밍 방식에 따라 미리정의된 특정 지연을 서로 가질 수 있다. 공간적 및 시간적 선택(spatial and temporal selection)은 미리정의된 공간 영역으로부터, 수신된 응답 신호(response signal)와 연관된 추정된(미리정의된) 수신 각도의 함수로서 추가로 결정될 수 있다.
공간적 및 시간적 선택은, 공간 영역에서 식별된 스페큘러 반사체의 결정된 스페큘러 반사체 각도의 함수로서 수신 각도를 변경함으로써 적응될 수 있다.
따라서, 동작 (d)는 선택적 동작 (d1)을 포함할 수 있으며, 여기서 프로세스에서 사용되는 (미리정의된) 수신 각도가 적응(즉, 변경)된다.
결과적으로, 종래의(DAS) 빔포밍 방법에서는 전송된 빔의 각도가 수신 각도와 동일한 것으로(예를 들어, 0°, 즉 사용된 트랜스듀서 요소의 트랜스듀서 어레이에 수직) 추정될 수 있는 반면, 본 개시내용에서 추정된 수신 각도는 전송 각도와 상이할 수 있다.
공간적 및 시간적 선택은 미리정의된 공간 영역으로부터 응답 신호(response signal)를 수신하는 데 사용되는 채널의 선택에 의해 정의되는 수신 간격의 함수로서 추가로 결정될 수 있다.
어퍼처는 사용된 채널의 수로 정의될 수 있다. 채널은 트랜스듀서 요소의 어레이를 포함하는 트랜스듀서 장치의 하나의 트랜스듀서 요소에 대응할 수 있다. 통상적으로, 응답 신호를 수신하기 위해 사용되는 채널의 수는 미리정의될 수 있다. 트랜스듀서 어레이에 대한 상대 위치는 이미지 데이터가 수집되는 공간 영역의 함수로 결정될 수 있다. 특히, 상대 위치는 통상적으로 선택된 채널이 공간 영역 바로 앞에 있도록 선택된다(즉, 수신 각도가 0°, 즉 기울어지지 않음).
그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 상대 위치 및 선택적으로 선택된 채널의 수는 결정된 거울 특성의 함수로서 적응된(즉, 변경)될 수 있으며; 특히, 해당 영역에서 스페큘러 반사체가 검출된 경우.
또한, 본 개시에 따르면, 공간적 선택, 즉 공간적 선택과 시간적 선택의 공간적 구성요소는 어퍼처를 각각 변경 및/또는 감소시킴으로써 변경 및/또는 제한될 수 있다. 특히, 공간적 선택은 스페큘러 반사체로부터 수신된 에코를 나타내는 부분(즉, 해당 채널)으로 축소될 수 있다. 다른 채널 데이터(즉, 다른 채널의 데이터)는 무시될 수 있다. 그 이유는 다른 채널의 신호에는 스페큘러 반사체의 재구축에 유용한 정보가 포함되어 있지 않을 수 있기 때문이다.
따라서, 동작 (d)는 수용 어퍼처가 적응(즉, 제한)되는 선택적 동작 (d2)을 더 포함할 수 있다.
따라서, 전체 이미지(즉, 모든 스캔 영역)에 대해 동작 (d)에서 프로세스가 최적화될 수 있다. 그러나, 미리정의된 임계값을 초과하는 스페큘러 반사체의 존재 확률을 갖는 공간 영역과 연관된 서브세트에 대해서만 프로세스가 최적화되는 것도 가능하다. 즉, 스페큘러 반사체가 검출된 스캔 영역만 최적화될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 선택적 동작 (e)에서 매질의 초음파 이미지 데이터는 최적화된 프로세스를 사용하여 구축될 수 있다. 다만, 동작 (e)의 생략도 가능하다. 예를 들어, 단순히 프로세스가 방법에 의해 최적화되는 것도 가능하다. 최적화된 프로세스(또는 최적화된 프로세스에 대한 정보)는 저장 및/또는 외부 시스템에 제공될 수 있다. 그러면 상기 외부 시스템은 최적화된 프로세스를 사용하여 매질의 이미지 데이터를 구축할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 방법의 기본 원리는 도 3 내지 도 9와 관련하여 일부 예를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
지연 및 합(Delay and Sum)(DAS) 빔포밍은 신체의 각 반사체 크기가 파장보다 작다는 주요 가정에 기초한다. 따라서 레일레이 디퓨저(Rayleigh diffusers)라고 가정한다. 그러나, 산란자(scatterers)의 차원이 람다에 비해 증가하면, 산란 압력이 점점 더 각도에 의존하고 회절 효과로 인해 특권 방향(privileged directions)이 나타난다. 따라서 뼈, 바늘, 섬유, 조직 인터페이스와 같은 이러한 유형의 스페큘러 반사체는 지연-합-빔포밍(delay-and-sum beamforming)의 레일레이 디퓨저의 고전적인 가설을 따르지 않기 때문에 매우 잘못 재구축된다.
이러한 스페큘러 반사체는 스페큘러에 필적하는 스넬의 반사 법칙을 따른다. 반사된 평면파의 각도는 반사체의 각도와 전송된 평면파의 각도에 따라 달라진다.
(식 1)
여기서, 는 매질로부터 받은 평면파의 각도이고,
는 매질로 방출되는 기울어진 평면파의 각도이고,
는 매질에서 스페큘러 반사체의 각도이다.
도 3은 매질에서 스페큘러 반사체의 평면파의 예시적인 반사를 도시한다. 도 1과 유사하게 x축은 초음파 트랜스듀서 어레이의 확장(extension)에 대응하고, z축은 매질의 깊이 방향에 대응한다. 이 예에서, α = 20° 평면파로 음파화된 γ = 5° 각도의 스페큘러 반사체는 =10° 기울어진 평면파를 되돌려 보낼 것이다. 따라서, 한편 종래의 산란자(스페큘러 반사체(P) 대신 위치에서)에 대해 수신 빔은 방출 지점(즉, 앱(app.)=-4에서)에서 수신될 것이며, 스페큘러 반사체는 수신 빔이 완전히 다른 위치 R(즉, 대략 X=+6)에서 수신되게 한다.
따라서 합성 B-모드의 이미지 품질은, 합성 B-모드는 도 3의 예에서와 같이 매질를 음파화하기 위해 평면파를 사용하므로, 스페큘러 반사체의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다.
그러나, 스페큘러 반사체를 만난 평면파는 평면파로 프로브에 다시 보내지기 때문에, 평면파는 스페큘러 반사체를 재구축하는 데 최적이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 스페큘러 반사를 최소화하려고 시도하는 대신, 스페큘러 반사 물리학을 사용하여 스페큘러 빔포밍기(specular beamformer), 즉 스페큘러를 고려하고 그에 따라 적응되는, 초음파 이미지 데이터를 구축하기 위한 최적화된 프로세스를 구축하는 것이 제안된다. 이 방법을 사용하면 탐색된 매질에 대한 새로운 지식을 획득할 수 있다.
스페큘러 빔포밍(specular beamforming)의 예시적인 측면은 다음에서 설명된다. 각 전송 각도에 대해, 기울어진 스페큘러 반사체가 위치 에 있는 경우, 각도가 있는 평면파가 프로브로 다시 보내진다. 네 번째 지연 지점 로 전송(예를 들어, 파면이 고려된 P 픽셀에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미하는 네 번째 지연)은 단일 평면파에 대한 기존 지연 법칙에 대응하며, 식 2를 참조하면:
(식 2)
이고, 여기서 c0는 음속이고,
은 매질로 방출되는 기울어진 평면파의 각도이고,
는 매질의 깊이 방향(즉, Z 방향이 깊이 치수임)에서 트랜스듀서 장치로부터 스페큘러 반사체까지의 거리이고,
는 X 방향(즉, 측면 치수 또는 방위각인 X 방향)에서 트랜스듀서 장치로부터 스페큘러 반사체까지의 거리이다.
후방산란 평면파는, 다음 식을(식 3, 및 4 참조)을 만족하는 복귀 시간 이후에 국부적으로 에서 프로브에 의해 검출되며:
(식 3)
(식 4)
이고, 여기서 는 매질로부터 수신된 평면파의 각도이고,
는 수신 모드에서 고려되는 트랜스듀서 요소의 가로 좌표(abscissa)이다. 이것이 zR=0이 프로브에 있는 이유이다.
각 픽셀 에 대해, 일련의 스페큘러 각도(specular angles) γ가 탐색된다. 스페큘러 각도(specular angle) γ를 찾는다는 것은 수신 평면파가 에 의해 정의된 각도를 가짐을 의미한다. 이 단계는 각도 α의 각 전송 평면파에 대해 수행된다.
또한, 픽셀 의 스페큘러 변환이 구축될 수 있다. 평면파 이미징 을 위한 채널별 데이터는 전송 각도, 샘플 또는 빠른 시간 t 및 x 좌표에 대응하는 수신 압전 위치의 3차원을 가질 수 있다. 위치 에서 기울어진 스페큘러 반사체 및 각각의 방출된 평면파에 대해, 시간 후에 동위상 파면을 수신하는 피에조는, 이전에 정의된 것과 같이, 위치 에 있다. 위치 에서 스페큘러 반사체에서 나오는 신호는 그렇다면, 식 5를 참조하며,
(식 5)
이고, 여기서 는 X 방향에서 각 피에조의 위치이다.
이 신호는 공간에서 만들어질 수 있다. 스페큘러 신호(specular signal)는 와 그리고 와 사이의 관계를 사용하여 표현될 수 있으며, 식 6을 참고하면:
(식 6)
이고, 여기서 는 관심 지점(또는 픽셀)이며, 즉 스페큘러 반사체와 그 각도를 가질 확률을 평가하기를 원하는 지점, 그리고
는 스페큘러 각도이다.
공간에 표시된, 이 신호 는, 스넬 매트릭스(Snell matrix)이라고 부를 수 있다(도 5의 왼쪽 예 참조). 각각 에 대해, 가정(hypothetical) 스페큘러 각도에서 오는 지연된 에코는 동일한 파면에서 동위상이다. 매트릭스 내부의 신호는, 에 대해 최대화된다. 그렇지 않으면, P에 스펙클만 포함되어 있으면, 스넬 매트릭스(Snell matrix)에 일관된 신호가 없다.
특히, 스넬 매트릭스(Snell matrix)의 일관성 합(coherent summation)은 스펙큘러 변환이라고 할 수 있으며, 식 7은:
(식 7)
도 4는 스넬 변환(Snell transform)을 위한 예시적인 초음파 파면의 IQ 보간(interpolation)을 도시한다. 도 1 및 도 3에서와 같이 x축은 초음파 트랜스듀서 어레이의 확장에 대응하고, z축은 매질의 깊이 방향에 대응한다. 도 3은 도 1에 비해 90° 기울어져 있다. 도 3의 수직축(Vertical axis)은 Z축(깊이/축)이고 수평축(horizontal axis)은 X축(측면)이다. 따라서 도 1은 그 반대이다.
스페큘러 변환은 초음파 시공간 신호 데이터에 적용될 수 있다. 특히, 시공간 신호 데이터(즉, 트랜스듀서 장치의 출력 데이터)는 복조된 IQ일 수 있다. 시공간 신호 데이터는, 예를 들어 복조된 IQ 또는 RF 신호일 수 있다. 둘 다 채널당 데이터일 수 있지만, 복조된 IQ가 사용되는 경우, 아래 설명된 보간 단계(interpolation step)에서 반송파 위상을 고려해야 한다.보간 부분(interpolation part)은 지연 지식에서 보간된 IQ 데이터를 재동기화(rephase)하기 위해 특별한 주의가 필요하다. 지연 (또는 샘플 단위의 ) 이후에, 위치 에 도달하는 신호는, 지연 및 각각의 이후에 가장 가까운 피에조 및 에 도달하는 신호들 사이에 보간될 수 있으며, 식 8을 참조하면:
(식 8)
이다. 굵은 선 wf는 반사된 평면파의 파면에 대응한다. 회색 파선 sd는 채널별 데이터에서 샘플링된 데이터에 대응한다. 파라미터 "isleft"는 가로 좌표가 xleft인 트랜스듀서 요소에 대한 채널당 데이터 매트릭스에서 샘플의 정확한 인덱스(즉, 정수가 아님)일 수 있다. 파라미터 "floor(isleft)"는 isleft의 정수 부분일 수 있다. 파라미터 "isright"는 가로 좌표가 xright인 트랜스듀서 요소에 대한 채널당 데이터 매트릭스에서 샘플의 정확한 인덱스(즉, 정수가 아님)일 수 있다. 파라미터 "floor(xright)"는 xright의 정수 부분일 수 있다.
각 채널에 대해 두 개의 첫 번째 보간이 있을 수 있다.
채널 를 위해, 수신 신호 는 샘플 및 에 대해 보간된다. 반송파(carrier wave)에 의해 도입된 위상 회전(phase rotation)을 고려해야 한다.
신호 를 복구하기 위해 동일한 동작을 수행할 수 있다.
그런 다음, 스넬 변환(Snell transform)은 최종적으로 을 보간하여 획득할 수 있다.
스페큘러 빔포밍(Specular beamforming)은 이전에 구축된 신호를 정합 필터, 즉 기울기 가 있는 평면 반사체(plane reflector)에 의해 반사된 신호와 상관시키는 데 사용할 수 있다. 의 이론적 모델이 에 대해 유도될 수 있고 에 의해 컨볼루션으로 정규화될(generalized) 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션된 시스템의 양방향 펄스 에서 이론이 구축될 수 있다. 목적은 시간 지연과 스페큘러 반사체의 특성 사이의 대응 관계를 찾는 것이다.
스넬 변환(Snell transform)의 표현은, 양방향 임펄스 응답(two-way impulse response)을 알고 각도의 스페큘러 반사체에서 유도될 수 있으며, 식 9를 참조하여:
(식 9)
도 5는 예시적인 스넬 매트릭스(Snell matrix)(왼쪽 도면)와 γ0=10° 반사체(오른쪽 도면)에 대한 시뮬레이션 및 이론적 스넬 변환(Snell transform)을 도시한다. 특히, 도 5의 오른쪽 도면은, 예를 들어 기울어진 반사체에 대해, 스넬 변환(Snell transform)과 이론적인 스넬 변환(Snell transform)을 모두 도시한다. 스넬 매트릭스는 실제로 에 대해 대칭이다. 이론적 신호는, 의 임의의 값에 대한 신호를 검색하기 위해, 에 의해 컨볼루션된다.
각 픽셀 에 대해, 스넬 변환(Snell transform)과 이론 사이의 정규화 상관 은 계산된다. 이는 위치 P 및 그 각도에서 스페큘러 반사체를 가질 가능성을 부여하며, 도 10을 참조하면:
(식 10)
이다. 예를 들어, 도 6의 예에서 상관 관계 의 최대는 에 위치한다.
전체 매질에 대한 스페큘러 정보(specular information)를 갖기 위해서는 위와 같은 동작을 최종 이미지의 각 픽셀에 적용할 수 있다. 각 픽셀에 대한 모든 검출 단계를 수행하려면 많은 계산이 필요하기 때문에, 알고리즘을 가속화하고 허용 가능한 시간 내에 전체 이미지를 구축하기 위해, 예를 들어 GPU에서 알고리즘을 구현하는 것이 가능하다. 스페큘러 빔포밍은 매질에서 스페큘러 반사체와 그 각도를 검출할 수 있다. 이는, 최적화된 방식으로 B-모드 이미지를 구축하는 방법이기도 하다.
스페큘러 정보는 합성 및 기존 B-모드(conventional B-Mode) 모두에 대한 DAS 빔포밍을 개선할 수 있다. 일반적으로, 레일레이 산란자의 가정으로 인해 트랜스듀서 장치의 더 큰 수신 어퍼처는, 반사체에서 오는 신호를 최대화하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 매질에 대한 선입견이 없기 때문에 모든 유용한 에코를 캡처할 수 있다. 기존의 빔포밍 프로세스는 스페큘러 반사체의 에코가 스넬의 법칙에 따라 특권 방향을 갖기 때문에 스페큘러 반사체에 적합하지 않다. 기울기 각도에 따라, 평면 반사체가 제대로 재구축되지 않고 수신 어퍼처의 제한된 부분에만 스페큘러 신호가 전달된다. 그러나, 본 발명의 개선된 이미지 구축 프로세스 덕분에, 반사체가 스페큘러인지 여부와 그 기울기 각도를 알 수 있다. 이제 DAS 재구축을 조정할 수 있다.
도 6 내지 도 9는 이미지 구축 프로세스(즉, 빔포밍 프로세스)가 본 발명에 따라 최적화될 수 있는 방법의 예를 도시한다.
도 6은 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)(왼쪽)와 연관 시공간 신호 데이터(오른쪽)의 기존 방식으로 재구축된 이미지의 예를 도시한다.
보다 상세하게는, 도 6의 왼쪽 도면은 종래의 이미지 구축 프로세스(예를 들어, B-모드 또는 합성 B-모드에 따름)에 의해 구축된 복수의 픽셀을 갖는 이미지 데이터를 도시한다. 왼쪽 도면의 수평축은 도 1의 x축, 즉 트랜스듀서 어레이를 따라 및/또는 매질의 표면(트랜스듀서 장치가 배치될 수 있음)을 따라 확장되는 축에 대응한다. 수직축은 도 1의 z축, 즉 매질의 깊이 방향을 나타낼 수 있다. 본 예에서, 매질은 재구축된 이미지 데이터에서 볼 수 있는 레일레이 산란자(P1)를 포함할 수 있다.
도 6의 오른쪽 도면은 연관 시공간 신호 데이터를 도시한다. 오른쪽 도면의 수평축은 도 1의 x축, 즉 트랜스듀서 어레이를 따라 및/또는 매질의 표면(트랜스듀서 장치가 배치될 수 있음)을 따라 확장되는 축에 다시 대응한다. 보다 구체적으로, 수평축은 각 트랜스듀서 요소의 단일 채널을 나타낼 수 있다. 수직축은 수집된 시공간 신호 데이터의 시간적 차원을 나타낼 수 있다.
본 예에서, 매질은 도 6의 왼쪽에 재구축된 이미지 데이터에서 볼 수 있는 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)(P1)를 포함할 수 있다.
시공간 신호 데이터는 일정 기간 동안 복수의 트랜스듀서 요소들(21)에 의해 개별적으로 수신된 복수의 신호들을 포함한다. 시공간 신호 데이터의 특정 서브세트 S1이 라인(50)을 따라 개략적으로 도시되어 있다. 서브세트는 도 6의 왼쪽 도면에서 레일레이 산란 P1을 나타내는 픽셀(또는 픽셀들)을 재구축하기 위해 종래의 DAS 빔포밍 프로세스에 의해 선택된 신호 데이터에 대응할 수 있다.
따라서, 점선(50)은 이론선 및/또는 가상선(imaginary line)일 수 있다. 다시 말해서, 점선으로 커버(cover)된 신호들의 섹션들은 공간 영역과 연관될 수 있다.
점선(50)은 DAS 빔포밍 프로세스에 따라 미리 계산될 수 있다.
도 6의 예에서 볼 수 있듯이 기존의 DAS 빔포밍 프로세스는 일반적인 크기 < 파장으로 산란자를 올바르게 재구축할 수 있다. 따라서, 산란자(P1)는 왼쪽 도면에 적절하게 도시될 수 있다. 이러한 레일레이 산란자의 경우, 수신 각도는 즉 방출된 초음파 빔의 전송 각도와 동일한 것으로 간주될 수 있다.
도 7은 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)와 스페큘러 반사체(왼쪽) 및 연관 시공간 신호 데이터(오른쪽)의 기존 방식으로 재구축된 이미지의 예를 도시한다.
이 예에서, 왼쪽 도면에서 흰색 점선으로 표시된 스페큘러 반사체(SR)는 x축에 대해 15°의 경사각을 가질 수 있다. 방출된 초음파 빔(즉, 합성 B-모드를 위한 평면파)의 전송 각도는 0°일 수 있다. 스페큘러 반사체가 파동에 의해 무음화될 때 후방산란 필드는 레일레이 산란자(예: 산란자 P2)의 패턴과 다른 패턴을 갖다. 기존의 DAS 빔포밍 프로세스의 기존 수신 지연 법칙(receive delay law)으로는 이러한 반사체를 올바르게 재구축할 수 없다. 스페큘러 반사체(SR) 상에 놓인 예시적인 픽셀들(P3, P4, P5)은 오른쪽 도면의 시공간 신호 데이터에서 각각의 서브세트들(S3, S4, S5)을 가질 수 있다. 그러나, 스페큘러 반사율(specular reflectivity)로 인해 서브세트는 스페큘러 반사체(SR)의 공간 위치(SR')에 실제로 관련된 신호 데이터를 정확하게 커버하지 못한다. 따라서, 스페큘러 반사체(SR)은 이미지 데이터에서도 보이지 않다.
도 8은 도 7의 예를 도시한 것으로, 스페큘러 반사체의 경사각에 따라 수신각이 조절된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 수신 각도는 스넬의 법칙에 따라 적응될 수 있다. 또한 수신 애퍼처 크기가 줄어들 수 있다. 이 최적화 동작을 수행하면 스페큘러 반사체(SR)이 이제 보이는 왼쪽 도면의 이미지 데이터가 제공된다.
따라서, 스페큘러 각도를 알고 있으면, 수신 지연 법칙이 스넬(Snell)의 법칙에 대해 기울어질 수 있다. 지연 법칙이 에코와 정렬되기 때문에, 포물선의 정점에만 스페큘러 신호가 포함되며, 지연 법칙의 가장자리는 제거 및/또는 무시될 수 있다. 이제 신호 손실 없이 감소된 어퍼처, 즉 증가된 f#를 사용할 수 있다. 유용한 신호만 합산하기 때문에 콘트라스트와 SNR을 높일 수 있고 어퍼처 감소로 계산 복잡도를 줄일 수 있다.
그러나, 상술한 조정은 레일레이 산란자의 신호 데이터 S2*에도 적용되기 때문에 이 레일레이 산란자는 더 이상 잘 복원되지 않는다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 방법이 더 개선될 수 있다.
도 9는 도 7 및 도 8의 예를 도시하며, 수신각은 스페큘러 반사체의 경사각에 따라 조정되지만, 스페큘러 반사체를 나타내는 픽셀에 대해서만 조정된다. 따라서, 수신 지연 법칙 및 수신 어퍼처는, 이 픽셀이 레일레이 산란자의 일부인지 스페큘러 반사체의 일부인지를 알고, 임의의 픽셀에 대해 적응될 수 있다. 레일레이 산란자(Rayleigh scatterer)의 경우 최적화가 필요하지 않다.
도 6 내지 도 9의 예에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 방법은 합성 B-모드의 DAS 빔포밍에 적용될 수 있다. 합성 B-모드(즉, 평면 방출파 사용)에서 매질의 스페큘러 반사체는 이미지 데이터에서 더 잘 재구축될 수 있다. 예를 들어, 스넬의 법칙을 따르지 않는 경우(즉, 본 발명의 방법을 적용하지 않는 경우) 좁은 어퍼처로 손 힘줄이 재구축되지 않을 수 있지만, 본 발명의 방법에 따라 지연 법칙이 스페큘러 반사체와 정렬된 때 명확하게 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 기존의 포커싱된 B-모드(즉, 포커스된 방출파 사용)의 DAS 빔포밍에도 적용될 수 있다. 스페큘러 반사체를 가질 가능성이 높은 경우, DAS 빔포밍의 입력으로 스페큘러각 맵이 주어질 수 있다. 그런 다음 빔포밍은 본 발명의 방법에 따라 각 픽셀에 대해 스넬의 법칙에 따라 적응된 수신 각도를 사용할 수 있다. 다시 말하지만, 지연 법칙이 이제 반향에 대해 기울어지기 때문에 감소된 어퍼처는 스페큘러 부분의 DAS 빔포밍에 충분할 수 있다.
이미 기술한 바와 같이, 이러한 이미지를 구축하기 위해서는 먼저 평면파로 매질을 무음화하여 반사 가능성 및 각도 맵을 계산한 다음 포커싱된 빔을 사용하여 기존 B-모드 이미지 데이터를 구축하는 것이 바람직하다. 이러한 빔포밍의 효율성을 개선하는 한 가지 방법은 어퍼처의 크기를 각 픽셀에 있는 반사체의 유형에 맞추는 것이다. 우도 맵(likelihood map)에 따라 스페큘러 반사체로 판단되면(예를 들어 미리정의된 임계값 위의 우도), 감소된 어퍼처가 사용될 수 있지만 스넬의 법칙에 따라 기울어진다. 반대로, 픽셀이 레일레이 반사체에 위치할 수 있기 때문에, 다른 픽셀(즉, 상대적으로 낮은 반사 가능성 및/또는 미리정의된 임계값 미만인 픽셀)에 대해 큰 어퍼처가 사용될 수 있다.
첨구항을 포함한, 설명 전체에서 "포함하는"이라는 용어는 달리 명시되지 않는 한 "적어도 하나를 포함하는"과 동의어로 이해되어야 한다. 또한, 청구항을 포함하는, 설명에 명시된 모든 범위는 달리 명시되지 않는 한 최종 가치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 설명된 요소에 대한 특정 값은 당업자의 기술 중 하나에 알려진 허용된 제조 또는 산업 허용 오차 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 하며, "실질적으로" 및/또는 "대략" 및/또는 "일반적으로"라는 용어를 사용하는 것은, 그러한 허용된 범위 내에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
"기록하다" 및 "수신하다" 용어들은 다르게 나타내지 않는 한 본 개시 전반에 걸쳐 동의어로 사용될 수 있다.
비록 여기에 본 개시는 특정 예들을 참조하여 설명되긴 하지만, 이 예들을 단지 본 개시의 원리들 및 적용들을 예시하는 것임을 이해해야 한다.
상세한 설명 및 예는 예시적인 것으로만 간주되며, 공개의 실제 범위는 다음 청구항에 의해 표시된다.
여기에서 특허 문서 또는 선행 기술로 확인된 기타 사항에 대한 참조는 문서 또는 기타 문제가 알려졌거나 문서에 포함된 정보가 청구항의 우선권에 일반적인 일반 지식의 일부였다는 것을 인정하는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (18)

  1. 매질의 초음파 이미지 데이터 구축을 위한 프로세스를 최적화하는 방법에 있어서,
    상기 매질의 초음파 시공간 신호 데이터를 제공하는 단계 (a),
    상기 신호 데이터의 함수로서 상기 매질의 스페큘러 특성을 결정하는 단계 (c),
    상기 스페큘러 특성에 기초하여 상기 프로세스를 최적화하는 단계 (d)
    를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페큘러 특성을 결정하는 단계 (c)는,
    상기 매질 내의 공간 영역에 대해 스페큘러 반사체의 존재 확률 및/또는 상기 스페큘러 반사체의 스페큘러 반사체 각도를 결정하는 단계
    를 포함하거나, 또는
    상기 스페큘러 특성을 결정하는 단계 (c)는,
    상기 매질 내의 복수의 공간 영역 각각에 대해 스페큘러 반사체의 존재 확률 및/또는 상기 스페큘러 반사체의 스페큘러 반사체 각도를 결정하는 단계 (c1), 및
    결정 확률 및/또는 스페큘러 반사체 각도에 기초하여 스페큘러 특성 맵을 구축하는 단계 (c2)
    를 포함하는,
    방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시공간 신호 데이터는,
    무선 주파수(RF) 신호 데이터,
    IQ 복조 데이터,
    사전-빔포밍 초음파 데이터,
    다채널 신호 데이터,
    복수의 트랜스듀서 요소를 포함하는 트랜스듀서 장치에 의해 획득된 신호 데이터,
    중 적어도 하나를 포함하고,
    각각의 트랜스듀서 요소의 출력은,
    상기 신호 데이터의 채널을 형성하는,
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스는,
    빔포밍 프로세스를 포함하고,
    상기 매질의 초음파 신호 데이터는,
    상기 매질의 이미지 데이터를 획득하기 위해 빔포밍되는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스는,
    B-모드 이미징 프로세스 또는 합성 B-모드 이미징 프로세스이고/이거나,
    상기 이미지 데이터는,
    B-모드 이미지 데이터인,
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 및/또는 빔포밍에 사용되는 상기 신호 데이터는, 상기 스페큘러 특성을 결정하는 데 사용되는 상기 신호 데이터에 적어도 부분적으로 대응하는,
    방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 프로세스 및/또는 상기 빔포밍 프로세스는,
    상기 매질 내의 미리정의된 공간 영역의 함수로서 신호 데이터의 서브세트를 결정하는 단계, 및
    상기 서브세트에 기초하여 상기 공간 영역의 이미지 데이터를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서브세트는,
    신호 데이터의 공간적 선택 및 시간적 선택을 포함하는,
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공간적 선택은,
    수신 어퍼처 및/또는 상기 서브세트를 형성하는 데 사용되는 채널의 선택을 정의하고/하거나,
    상기 시간적 선택은,
    미리정의된 지연 알고리즘에 기초하는,
    방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세스는,
    신호 데이터의 상기 서브세트 및/또는 상기 스페큘러 특성의 함수로서 상기 공간적 선택 및 상기 시간적 선택을 적응시킴(d1)으로써 최적화되는,
    방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 공간적 선택 및 상기 시간적 선택은,
    상기 미리정의된 공간 영역으로부터 수신된 응답 신호와 연관된 추정된 수신 각도의 함수로서 더 결정되고,
    상기 공간적 선택 및 상기 시간적 선택은,
    상기 공간 영역에서 식별된 스페큘러 반사체의 결정된 스페큘러 반사체 각도의 함수로서 상기 수신 각도를 변경함으로써 적응되는(d1),
    방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 공간적 선택 및 상기 시간적 선택은,
    상기 스페큘러 특성의 함수로서 상기 공간적 선택을 변경 및/또는 제한함으로써 적응되는(d1, d2),
    방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 공간적 선택 및 상기 시간적 선택은,
    상기 미리정의된 공간 영역으로부터 응답 신호를 수신하는 데 사용되는 채널의 선택에 의해 정의되는 수신 어퍼처의 함수로서 추가로 결정되고,
    상기 공간적 선택은,
    상기 어퍼처를 각각 변경 및/또는 감소시킴으로써 변경 및/또는 제한되는(d1, d2),
    방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스는,
    미리정의된 임계값을 초과하는 스페큘러 반사체의 존재 확률을 갖는 공간 영역과 연관된 서브세트에 대해서만 최적화되는,
    방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 매질의 초음파 신호 데이터는,
    상기 매질에서 방출되는 복수의 초음파와 연관되고,
    상기 방출된 초음파는,
    비포커스된 파 및/또는 상이한 방출 각도를 갖는 평면파를 포함하는,
    방법.
  16. 매질의 초음파 이미지 데이터 구축을 위한 방법에 있어서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법, 및
    최적화된 프로세스를 사용하여 상기 매질의 초음파 이미지 데이터를 구축하는 단계 (e)
    를 포함하는,
    방법.
  17. 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    컴퓨터 판독가능 명령들을 저장하고,
    상기 컴퓨터 판독가능 명령들은,
    데이터 처리 시스템에 의해 실행될 때,
    상기 데이터 처리 시스템으로 하여금, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 하는,
    컴퓨터 프로그램.
  18. 매질의 초음파 이미지 데이터 구축을 위한 초음파 프로세스를 최적화하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    처리 유닛
    을 포함하고,
    상기 처리 유닛은,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는,
    시스템.
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