KR950003601B1 - Ultrasound imaging signal focusing method and sampling clock generator by pipelined sampled delay focusing - Google Patents

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천성순
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Abstract

The method for performing the dynamic focusing within desired band includes the steps of: a) delayed sampling the analog signal provided from an arrayed converter continuously with an A/D converter; b) storing the converted digital sampling signal into a memory buffer in sequence; c) reading the stored sampling signal in sequence and converting them to the analog signal with a D/A converter; and d) adding and focusing the converted analog sampling signal with an adder.

Description

파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법과 샘플링 클럭발생기Focusing Method of Ultrasonic Image Signal by Sampling Delay Using Pipeline and Sampling Clock Generator

제1도는 초음파 영상장치의 일반적인 원리를 보인 계통도.1 is a schematic diagram showing the general principle of the ultrasonic imaging apparatus.

제2도는 초음파 반사신호의 도달시간 차이를 보인 설명도.2 is an explanatory diagram showing a difference in arrival time of an ultrasonic reflection signal.

제3도는 L/C수동지연소자를 이용한 집속방법 예시도.3 is a diagram illustrating a focusing method using an L / C passive delay element.

제4도는 지연시간의 계산설명도.4 is a calculation explanatory diagram of a delay time.

제5도는 종래의 지연-합방식에 의한 집속방법 예시도.5 is a diagram illustrating a focusing method using a conventional delay-sum method.

제6도는 샘플링-지연-합방식에 의한 집속방법 예시도.6 is a diagram illustrating a focusing method by a sampling-delay-sum method.

제7도는 본 발명의 파이프라인(pipeling) 개념을 이용한 집속방법 예시도.7 is a diagram illustrating a focusing method using a pipeline concept of the present invention.

제8도는 본 발명의 디지탈 지연소자를 이용한 하드웨어 구성 예시도.8 is an exemplary hardware configuration using the digital delay element of the present invention.

제9도는 본 발명의 샘플링 클럭발생기의 구성 예시도.9 is an exemplary configuration diagram of a sampling clock generator of the present invention.

제10도는 섹터주사영상(sector scan image)의 지연시간의 계산 설명도.10 is an explanatory diagram of a calculation of the delay time of a sector scan image.

제11도는 섹터주사영상의 지연시간의 특성을 보인 설명도.11 is an explanatory diagram showing characteristics of delay time of a sector scan image.

제12도는 본 발명의 섹터주사영상용 샘플링 클럭발생기의 구성 예시도.12 is an exemplary configuration diagram of a sampling clock generator for a sector scan image of the present invention.

제13도는 편향지연의 특성을 보인 설명도.13 is an explanatory diagram showing the characteristics of the deflection delay.

제14도는 본 발명의 섹터주사영상용 샘플링 클럭발생기의 구체적인 하드웨어 구성 예시도.14 is a detailed hardware configuration example of a sampling clock generator for a sector scan image of the present invention.

제15도는 이차 샘플링방법의 일반적인 설명도.15 is a general explanatory diagram of a secondary sampling method.

제16도는 본 발명의 이차 샘플링방법을 이용한 초음파 집속장치 구성 예시도.16 is an exemplary configuration of an ultrasonic focusing device using the secondary sampling method of the present invention.

제17도는 일반적인 직각 샘플링방법을 이용한 초음파 집속장치 구성 예시도.17 is an exemplary configuration of an ultrasonic focusing device using a general rectangular sampling method.

제18도는 변형된 직각 샘플링방법을 초음파 집속장치에 적용한 구성 예시도.18 is a diagram illustrating a configuration in which the modified rectangular sampling method is applied to an ultrasonic focusing apparatus.

제19도는 본 발명의 변형된 직각 샘플링방법을 이용한 초음파 집속장치 구성 예시도.19 is an exemplary configuration of an ultrasonic focusing apparatus using the modified rectangular sampling method of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 배열변환기 30-3n,91,155,156 : 아날로그/디지탈변환기10: array converter 30-3n, 91,155,156: analog / digital converter

40 : 버퍼부 50-5n : 스위치40: buffer part 50-5n: switch

60,164,165 : 가산기 63 : 비균일클럭발생기60,164,165: adder 63: non-uniform clock generator

92,130,141 : FIFO 메모리 93 : 디지탈/아날로그변환기92,130,141: FIFO Memory 93: Digital / Analog Converter

100 : 가변샘플링클럭발생기 101 : 디지탈메모리100: variable sampling clock generator 101: digital memory

102 : 메모리어드레스카운트 134 : 편향지연클럭파형저장메모리102: memory address 134: deflection delay clock waveform storage memory

143 : 레지스터 144 : 멀티플렉서143: Register 144: Multiplexer

168,172,173,183,184 : 저역필터168,172,173,183,184: Low Pass Filter

170,171,181,182 : 변조기170,171,181,182: Modulator

본 발명은 초음파영상장치(ultrasound lmaging system)에서 대상체로부터 반사된 초음파신호를 집속(focusing)하는 방법에 관한 것으로, 특히 파이프라인(pipeline)의 개념을 이용하여 전 구간에 걸쳐 동적집속(dynamic focusing)이 이루어질 수 있게 한 파이프라인을 이용한 샘플링 지연(PSDF:Pipelined Sampled Delay Focusing)에 의한 초음파 영상신호의 집속방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of focusing an ultrasound signal reflected from an object in an ultrasound lmaging system, and in particular, by using a concept of a pipeline, dynamic focusing is performed over an entire section. The present invention relates to a method of focusing an ultrasound image signal by using a piped sampled delay focusing (PSDF) using a pipeline.

일반적으로 배열변환기(array transducer)를 사용한 초음파 영상장치는 의료진단용, 비파괴검사 및 수증탐색(sonar) 기능에 널리 사용되고 있다.In general, ultrasound imaging apparatus using an array transducer is widely used for medical diagnostics, non-destructive testing and water vapor (sonar) function.

이러한 초음파 영상장치의 가장 중요한 특성은 해상도(resolution)인데, 이를 개선하기 위하여 많은 방법들이 개발되고 있으나, 현재까지도 여러가지 문제점을 내포하고 있는 실정이다.The most important characteristic of such an ultrasound imaging apparatus is resolution, and many methods have been developed to improve the resolution, but there are still various problems.

제1도는 초음파 영상장치의 일반적인 원리를 보인 계통도로서, 이에 도시한 바와 같이 펄스발생기(11)에서 펄스신호가 발생되어 스위치(12)를 통해 압전물질(PZT)로 만들어진 변환소자(transducer element)로 구성된 배열변환기(10)에 인가됨에 따라 그 배열변환기(10)에서 초음파 펄스가 발생되고, 이 발생된 초음파 펄스는 매질을 통해 전파하다가 전파 매질중 대상체(13)의 불연속면(초음파 임피이던스가 다른면)에서 반사되어 배열변환기(10)에 입사되며, 이때 이 대상체(13)에 여러 경계면이 있을 경우에는 그 경계면의 거리에 따라 초음파 펄스가 순차적으로 반사되어 배열변환기(10)에 반사순서에 따라 입사되게 된다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a general principle of an ultrasound imaging apparatus. As shown in FIG. 1, a pulse signal is generated from a pulse generator 11 to a transducer element made of piezoelectric material (PZT) through a switch 12. As applied to the configured array converter 10, ultrasonic pulses are generated in the array converter 10, and the generated ultrasonic pulses propagate through the medium, and the discontinuous surface of the object 13 in the propagation medium (if the ultrasonic impedance is different). Is reflected on the array transducer 10, and if there are several interfaces on the object 13, ultrasonic pulses are sequentially reflected according to the distance of the interface to be incident on the array transducer 10 in the order of reflection. do.

이와 같이 배열변환기(10)에 입사되는 초음파 펄스는 변환소자에 의하여 그 초음파 펄스의 강도에 비례하는 전기적 신호로 변환되고, 이 전기적 신호는 스위치(12)를 통과한 후 증폭기(14)에서 증폭되고, 아날로그 및 디지탈신호처리기(15)에서 처리된 후 음극선관(16)에 표시된다.In this way, the ultrasonic pulse incident on the array converter 10 is converted into an electrical signal proportional to the intensity of the ultrasonic pulse by the conversion element, and this electrical signal is amplified by the amplifier 14 after passing through the switch 12. After processing in the analog and digital signal processor 15, the cathode ray tube 16 is displayed.

이상에서 변환소자를 배열한 배열변환기(10)를 사용하는 이유는 초음파 펄스를 집속하여 해상도를 높이기 위해서이다. 한편, 대상체(13)에서 반사되어 배열변환기(10)에 입사되는 초음파 펄스의 도달시간은 제2도에 도시한 바와 같이 그 배열변환기(10)의 각 변환소자위치에 따라 각기 다르다. 즉 X점에서 반사된 신호는 N번째 변환소자보다 0번째 변환소자에 더 빨리 도달한다. 이러한 도달시간의 차이만큼 나열된 모든 변환소자의 출력신호를 각각 지연함으로써 실질적인 도달시간을 같게 한 후, 이 지연된 신호들을 더함으로써 집속한다. 이러한 집속은 송신시에도 할 수 있으나, 동적 집속이 가능한 수신 집속이 중요시 되고 있으며, 본 발명도 수신 접속에 관한 것이다.The reason for using the array converter 10 in which the conversion elements are arranged above is to increase the resolution by focusing the ultrasonic pulses. On the other hand, the arrival time of the ultrasonic pulse reflected from the object 13 and incident on the array converter 10 is different depending on the position of each conversion element of the array converter 10 as shown in FIG. That is, the signal reflected at the X point reaches the 0th conversion element faster than the Nth conversion element. Substantial arrival times are made equal by delaying the output signals of all of the conversion elements listed by the difference of these arrival times, and then focused by adding these delayed signals. Although this focusing can be performed at the time of transmission, the reception focusing capable of dynamic focusing becomes important, and the present invention also relates to a reception connection.

제3도는 종래의 L/C수동지연소자를 이용한 집속방법 예시도로서, 이에 도시된 바와같이 배열변환기(10)의 각 변환소자에서 출력되는 신호는 증폭기(CH1-CHn)에서 증폭된 후 L, C로 구성된 수동지연선로(passive delay line)(17a-17n)의 여러 지면 탭에서 지연출력(21a-21n)되어 멀티플렉서(18a-18n)에 입력되면, 다시 멀티플렉서(18a-18n)에서는 멀티플렉서 콘트롤러(19)에 의해서 집속점과 각 변환소자의 위치에 따른 지연시간 값이 보상되도록 선택한 후 아날로그가산기(20)에서 가산되어 집속된다.3 is a diagram illustrating a focusing method using a conventional L / C passive delay element. As shown in FIG. 3, a signal output from each conversion element of the array converter 10 is amplified by the amplifiers CH1-CHn, and then L, When the delay outputs 21a-21n are inputted to the multiplexers 18a-18n at various ground taps of the passive delay line 17a-17n composed of C, the multiplexer controllers 18a-18n are used again. 19), the delay time value according to the focusing point and the position of each conversion element is selected to be compensated, and then added by the analog adder 20 to focus.

그러나 이러한 종래의 방법은 지연시간 보상시 오차를 적게하기 위하여 아날로그 지연소자인 수동지연선로의 지연 탭 수가 많아지므로 시스템이 커지고 복잡하게 된다. 또한 삽입손실(insertion loss) 및 임피던스 부정합(impedance mismatech)에 의한 신호의 반사 때문에 다이나믹 레인지(dynamic range)의 저항 및 지연 탭의 변경시 스위치 잡음이 크게 나타나며, 멀티플렉서의 스위칭 속도가 제한되므로 동적 집속점의 숫자가 제한되어 그만큼 해상도가 불량하게 된다.However, this conventional method increases the number of delay taps of a passive delay line, which is an analog delay element, in order to reduce errors in delay compensation. In addition, due to reflection of the signal due to insertion loss and impedance mismatech, the switch noise is large when changing the resistance and delay taps of the dynamic range, and the switching speed of the multiplexer is limited, so the dynamic focus point is limited. The number of is limited so that the resolution is poor.

또 다른 접속방법으로서는 위상 지연에 의한 방법이 있는데, 이는 위상변환기에 의하여 반사신호의 캐리어를 지연시키고, 아날로그 지연소자로 반사신호의 포락선을 지연하여 보상하는 방법이다. 그러나 이 방법은 아날로그 위상변환기가 필요하고, 그 회로가 복잡하게 되는 결점이 있다.Another connection method is a phase delay method, which delays carriers of a reflected signal by means of a phase shifter and compensates by delaying the envelope of the reflected signal by an analog delay element. However, this method requires an analog phase shifter and has a drawback that the circuit becomes complicated.

본 발명은 위와같은 종래의 결점을 감안하여, 아날로그 지연소자를 사용하지 않고 기존의 지연 후 집속하여 샘플링하는 방법(지연-합-샘플링) 대신에 샘플링과 지연을 동시에 한 후 집속하는 SDF(Sampling Delay Focusing)방법(샘플링-지연-합방법)을 이용하여 동적 집속을 가능하게 하고, SDF방법이 갖는 제한을 파이프라인방식을 이용한 PSDF(Pipelined Sampling Delay Focusing)방법으로 해결함으로써, 영상을 얻고 싶은 깊이의 전 구간에서 동적 집속을 수행할 수 있게 창안한 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In view of the above-mentioned drawbacks, the present invention provides an SDF (Sampling Delay) that focuses after sampling and delaying instead of a method of focusing and sampling after a delay without using an analog delay element (delay-sum-sampling). By using the focusing method (Sampling-Delay-Synthesis method), dynamic focusing is possible, and the limitations of the SDF method are solved by the Pipelined Sampling Delay Focusing (PSDF) method using the pipeline method. Invented to perform the dynamic focusing in all sections, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

제4도는 지연시간의 계산 설명도로서, 대상체의 k번째 영상점(imaging point) X(k)에서 반사된 신호는 변환소자의 위치(n)에 따라 하기의 식(1)과 같은 지연시간 Td(k,n)을 갖게 된다.4 is an explanatory diagram of a calculation of the delay time, in which the signal reflected at the kth imaging point X (k) of the object is delayed time T as shown in Equation 1 below according to the position n of the conversion element. we have d (k, n).

여기서, X(k):k번째 영상점의 거리Where X (k): distance of the kth image point

d:변환소자의 간격d: spacing of conversion elements

n:변환소자의 배열위치에 해당하는 정수n: integer corresponding to the array position of the conversion element

V:초음파속도V: Ultrasonic Speed

결국, 변환소자에 따른 지연시간 Td(k,n)은 대상체의 영상점 X(k)와 변환소자의 위치 n에 의하여 결정된다. 따라서, 초음파 영상장치에서 해상도를 향상시키기 위해서는 위와 같은 지연시간을 보상하여야 하는데, 기존의 지연-합-샘플링방법에 의한 지연신호의 집속결과는 아래의 식(2)와 같이 나타낼 수 있다.As a result, the delay time T d (k, n) according to the conversion element is determined by the image point X (k) of the object and the position n of the conversion element. Therefore, in order to improve the resolution of the ultrasound imaging apparatus, the above delay time should be compensated. The result of focusing the delay signal by the conventional delay-sum-sampling method may be expressed by Equation (2) below.

여기서, f(KT):집속된 최종신호Where f (KT): focused final signal

Un(O):n번째 변환소자에 수신된 반사신호U n (O): reflected signal received by the nth conversion element

T:샘플링주기T: sampling cycle

N:(변환소자의 초 수)-1N: (seconds of conversion element) -1

제5도는 상기 지연-합-샘플링방식에 의한 집속방법 예시도로서, 대상체의 영상점 X(k)에서 반사되는 초음파 신호는 배열변환기(10)의 중앙축상에 있는 변환소자(n=0)에 가장 먼저 수신되고 중앙축으로부터 먼 거리에 있는 변환소자 일수록 반사신호가 늦게 도달한다. 따라서 배열변환기(10)에 가장 먼저 도달한 신호는 지연소자(50c)로 Td(k,0)의 시간만큼 지연시켜 주고, 그 다음은 지연소자(50b)로 Td(k,1)의 시간만큼, 그 다음은 지연소자(50a)로 Td(k,2)의 시간만큼 지연시킴으로써 한 영상점 X(k)에서 반사된 신호가 배열변환기(10)의 각 변환소자에 수신될 때의 서로다른 도달시간을 보상하여 가산기(20)로 집속한 후에 샘플링한다. 여기서, 배열변환기(10)의 각 변환소자에 도달하는 반사신호의 최대 지연시간이 샘플링주기(T) 보다 작다면, 위의 관계는 샘플링처리를 먼저하고 그 값을 지연시켜 서로다른 도달시간을 보상해주어도 같은 결과를 얻을 수 있다.5 is a diagram illustrating a focusing method based on the delay-sum-sampling method, in which an ultrasonic signal reflected from an image point X (k) of an object is transferred to a conversion element n = 0 on a central axis of the array converter 10. The first received and farther away from the central axis, the later the reflected signal arrives. Therefore, the first signal that reaches the array converter 10 is delayed by the delay element 50c by the time of T d (k, 0), and then is delayed by the delay element 50b of T d (k, 1). By the time, and then by the delay element 50a by the time of T d (k, 2), the signal reflected at one image point X (k) is received by each of the conversion elements of the array converter 10. Sampling after focusing to the adder 20 to compensate for different arrival times. Here, if the maximum delay time of the reflected signal reaching each conversion element of the array converter 10 is smaller than the sampling period T, the above relation compensates the different arrival times by first sampling and delaying the value. You can get the same result.

이와같은 새로운 집속방법이 바로 SDF의 기본 개념으로 제6도가 그 구성 예시도이다. 즉, SDF는 샘플링-지연-합의 집속방법인데 여기서 유의하여야 할 것은 샘플링과 지연이 실제로는 동시에 일어난다는 것이다.This new focusing method is the basic concept of SDF. In other words, SDF is a sampling-delay-sum focusing method. It should be noted that sampling and delay actually occur simultaneously.

이 샘플링-지연-합의 과정을 아래의 식(3)으로 표현할 수 있는데, SDF에서는 제6도의 샘플/홀더에 공급하는 클럭(62)을 기존의 방법처럼 모든 변환소자에 동일한 균일 샘플링클럭(uniform clock)을 공통으로 공급하는 것이 아니라 대신 각 변환소자마다 서로 다른 비균일 샘플링클럭(nonuniform sampling clock)을 비균일 클럭발생기(63)으로 발생시켜 인가하게 된다.The sampling-delay-consensus process can be expressed by the following equation (3). In the SDF, the clock 62 for supplying the sample / holder of FIG. ) Is not supplied in common, but instead, a different nonuniform sampling clock is generated by the nonuniform clock generator 63 for each converter.

이때 각 변환소자에 공급되는 비균일 샘플링클럭 Sn(t)는 상기 식(3)에서 하기의 식(4)로 표시할 수 있다.In this case, the non-uniform sampling clock Sn (t) supplied to each conversion element may be expressed by Equation (4) below in Equation (3).

Sn(t)=δ[t-kT-Td(k,n)]……………………………………(4)Sn (t) = δ [t-kT-T d (k, n)]... … … … … … … … … … … … … … (4)

이것은 각 변환소자에서 보상되어야 하는 지연시간을 고려하여 샘플링클럭을 발생시키는 것을 의미한다. 즉, 반사위치 k로부터 반사된 신호는 t-kT에서 각 변환소자에 Td(k,n)만큼 지연된 시간에 도달하므로 샘플링클럭을 이 시간에 맞추어 각 샘플/홀더(61)에 공급하면 모든 샘플/홀더(61)는 k점에서 반사된 신호를 출력한다.This means that the sampling clock is generated in consideration of the delay time to be compensated for in each converter. That is, since the signal reflected from the reflection position k reaches the time delayed by T d (k, n) to each conversion element at t-kT, if the sampling clock is supplied to each sample / holder 61 at this time, all samples The / holder 61 outputs the signal reflected at the k point.

따라서 이 신호들을 유지(hold)하였다가 아날로그 가산기(20)로 더 함으로써 집속이 이루어지는 것이다. 그러나, 이 방법은 샘플링주기(T) 보다 큰 지연시간을 갖는 반사신호가 한 반사면에서 반사된 신호의 샘플값을 모두 처리하기 전에 다음 반사면에서 반사된 신호와 겹쳐지는 경우가 발생할 때는 집속할 수 없다는 제한을 받는다. 즉, 샘플링주기(T)는 최대 지연시간보다는 커야 한다는 제약이 있다.Therefore, by holding these signals and adding them to the analog adder 20, focusing is achieved. However, this method focuses when a reflected signal with a delay greater than the sampling period T overlaps the signal reflected on the next reflecting surface before processing all the sample values of the signal reflected on one reflecting surface. You are limited to not being able to. That is, there is a constraint that the sampling period T should be larger than the maximum delay time.

특히 변환소자를 많이 사용하거나 모두 사용하는 풀 어퍼쳐 시스템(full aperture system)의 경우, 변환소자에 가까이 있는 대상체의 반사신호는 변환소자의 위치에 따른 도달시간의 지연차이가 크므로 집속이 불가능하게 된다.Especially in the case of a full aperture system that uses many or all of the conversion elements, the reflection signal of the object close to the conversion element has a large delay difference in arrival time according to the position of the conversion element so that focusing is impossible. do.

본 발명에서는 한 반사면에서 반사된 신호가 변환소자의 위치에 따라 갖는 최대지연시간이 샘플링주기(T) 보다 클지라도 시간적으로 완충작용을 하는 파이프라인(pipeline)이라는 개념을 이용하여 그 제약을 해결하였다.The present invention solves the limitation by using the concept of a pipeline that buffers time even if the maximum delay time according to the position of the conversion element of the signal reflected from one reflection surface is greater than the sampling period T. It was.

제7도는 본 발명의 파이프라인 개념을 이용한 집속방법의 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 영상점 X(1)에 의하여 배열변환기(10)의 각 변환소자에서 출력된 샘플링 값은 버퍼부(40)의 제1버퍼(41)에 각기 저장하고, 영상점 X(m)에 의한 샘플링 값은 버퍼부(40)의 제m버퍼(4m)에 각기 저장한다.FIG. 7 is an exemplary view of a focusing method using the pipeline concept of the present invention. As shown in FIG. 7, the sampling values output from the respective converters of the array converter 10 by the image point X (1) are buffered. Are stored in the first buffer 41, respectively, and the sampling values of the image points X (m) are stored in the m-th buffer 4m of the buffer unit 40, respectively.

이와 같이 버퍼부(40)에 저장한 샘플링 값들을 스위치(50-5n)로 같은 영상점에서 반사된 신호들을 선택하여 가산기(60)로 더해주면, 샘플링 주기마다 지연시간이 클지라도 버퍼 용량이 허용하는 한 전혀 신호의 손실없이 집속될 수 있게 된다. 본 발명에서는 제7도의 버퍼를 구현하기 위하여 FIFO(first-in-first-out) 메모리를 사용하였으며 신호는 디지탈화하기 위하여 A/D변환기를 이용하였다.In this way, when the sampling values stored in the buffer unit 40 are selected by the switches 50-5n and the signals reflected at the same image point are added to the adder 60, even if the delay time is large for each sampling period, the buffer capacity is allowed. As long as it does not lose any signal, it can focus. In the present invention, a first-in-first-out (FIFO) memory is used to implement the buffer of FIG. 7, and an A / D converter is used to digitize the signal.

제8도는 본 발명의 디지탈 지연소자를 이용한 하드웨어 구성 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 배열변환기(10)의 각 변환소자에서 출력되는 신호가 A/D변환기(91)에서 디지탈신호로 변환된 후 FIFO메모리(92)에 각기 순차적으로 저장되어 출력되고, 다시 D/A변환기(93)에서 아날로그 신호로 각기 변환되는 가산기(60)에서 가산된다. 이때 각 A/D변환기(91)에 공급되는 샘플링클럭(94)은 집속 지연시간을 고려하여 채널마다 비균일 샘플링 파형을 가지며, 이 비균일 샘플링클럭은 가변샘플링클럭발생기(variable sampling clock generator:VSCG)(100)에서 만들어진다.8 is a diagram illustrating a hardware configuration using the digital delay device of the present invention. As shown in FIG. 8, the signal output from each converter of the array converter 10 is converted into a digital signal by the A / D converter 91. Each is sequentially stored and output in the FIFO memory 92, and then added by the adder 60, which is converted into an analog signal by the D / A converter 93, respectively. At this time, the sampling clock 94 supplied to each A / D converter 91 has a non-uniform sampling waveform for each channel in consideration of the focusing delay time, and the non-uniform sampling clock is a variable sampling clock generator (VSCG). 100).

즉, 배열변환기(10)의 변환소자에 수신된 반사신호는 지연시간을 고려하여 A/D변환기(91)에 인가되는 가변샘플링클럭(94)과 FIFO메모리(92)에 의해 집속을 하기 위한 지연시간이 보상된 후 D/A변환기(93)에서 아날로그 신호로 변환되고 가산기(60)에서 가산되어 집속된다. 이때 먼저 입력된 데이타가 먼저 출력되는 FIFO메모리(92)의 동작특성에 의해서 A/D변환기(91)에서 변환된 디지탈 값은 입력된 순서대로 FIFO메모리(92)의 출력측에 정렬되므로 동일 영상점에서 반사되어 각 변환소자에서 수신된 반사신호의 샘플링값들에 FIFO메모리(92)의 출력측의 동일한 위치에 저장된다. 따라서 최초의 샘플링 신호가 입력되고 나서 최대 지연시간이 경과한 뒤에 단순히 모든 FIFO메모리(92)를 계속해서 동시에 읽어내어 이 출력값들을 더함으로써 동적집속이 이루어지는 것이다. 이때, 최대 지연시간동안 발생되는 샘플들을 입력할 수 있는 FIFO메모리(92)의 용량이 필요하며 그 FIFO메모리(92)의 출력은 입력과는 무관하게 독립적으로 제어된다. 여기에서 샘플링 주파수를 fs, 최대 지연시간을 max[Td(k,n)]라 하면 채널당 필요한 FIFO메모리(92)의 용량은 fs·max[Td(k,n)]이 된다.That is, the reflection signal received by the conversion element of the array converter 10 is delayed for focusing by the variable sampling clock 94 and the FIFO memory 92 applied to the A / D converter 91 in consideration of the delay time. After the time is compensated, it is converted into an analog signal in the D / A converter 93 and added and focused in the adder 60. At this time, the digital values converted by the A / D converter 91 are aligned on the output side of the FIFO memory 92 in the order of input by the operation characteristics of the FIFO memory 92 in which the first inputted data is output first. The reflected and received sampling values of the reflected signal received at each conversion element are stored in the same position on the output side of the FIFO memory 92. Therefore, after the maximum delay time has elapsed since the first sampling signal was input, dynamic focus is achieved by simply reading all the FIFO memories 92 simultaneously and adding these output values. At this time, the capacity of the FIFO memory 92 that can input samples generated during the maximum delay time is required, and the output of the FIFO memory 92 is controlled independently of the input. If the sampling frequency is f s and the maximum delay time is max [T d (k, n)], the capacity of the required FIFO memory 92 per channel is f s max [T d (k, n)].

상기에서와 같이 FIFO메모리(92)에서 동시에 읽어내어 D/A변환기(93)에서 아날로그 신호로 변환된 신호는 가산기(60)를 통해 집속되고, 그 집속된 신호의 포락선이 검출되어 아날로그 및 디지탈 신호처리를 거쳐 화면의 밝기로써 표시된다.As described above, signals simultaneously read from the FIFO memory 92 and converted into analog signals by the D / A converter 93 are focused through the adder 60, and envelopes of the focused signals are detected to detect analog and digital signals. It is processed and displayed as the brightness of the screen.

본 발명의 예시 구성도인 제8도를 실현할 때 가장 유의하여야 할 점은 가변샘플링클럭발생기(100)의 효율적인 설계 문제이다. 이것을 일반적인 순차 논리회로(sequential logic circuit)로 구성할 경우는 회로가 매우 복잡하게 되므로 본 발명에서는 SRAM이나 ROM과 같은 일반적인 메모리를 사용하는 방법을 창안하였다.The most important point in realizing FIG. 8 which is an exemplary configuration diagram of the present invention is an efficient design problem of the variable sampling clock generator 100. In the case of configuring this as a general sequential logic circuit, since the circuit becomes very complicated, the present invention has devised a method of using a general memory such as an SRAM or a ROM.

제9도는 본 발명의 가변샘플링클럭발생기(100)의 구성 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 디지탈메모리(101)의 각 비트(bit)(105)에 배열변환기(10)의 각 변환소자를 대응시켜 집속에 필요한 가변샘플링클럭의 2진(binary) 파형(106)을 입력한 후, 이들을 단순히 읽어내어 각 채널에 해당하는 A/D변환기(91)에 공급하는 방식이다. 이때 디지탈메모리(101)에 입력되는 채널간 2진 파형을 살펴보면 집속 지연이 고려된 샘플링 파형(104)을 이루고 있음을 알 수 있다. 가변샘플링클럭발생이 필요한 디지탈메모리(101)의 총 용량(MSCG)은 배열변환기(10)의 총(2N+1)개 변환소자중 중앙변환소자(133)로부터 같은 거리에 있는 n>0인 상위변환소자(131)와 n<0인 하위변환소자(132)의 지연시간이 동일하여 상하변환소자에 대응하는 클럭을 공유할 수 있으므로 아래의 식(5)와 같이 계산된다.FIG. 9 is an exemplary configuration diagram of the variable sampling clock generator 100 of the present invention. As shown in FIG. 9, the respective conversion elements of the array converter 10 correspond to the respective bits 105 of the digital memory 101. As shown in FIG. After inputting the binary waveform 106 of the variable sampling clock required for focusing, it is simply read and supplied to the A / D converter 91 corresponding to each channel. At this time, when examining the inter-channel binary waveform input to the digital memory 101, it can be seen that the sampling waveform 104 is formed considering the focusing delay. The total capacity M SCG of the digital memory 101 requiring variable sampling clock generation is n> 0 at the same distance from the center conversion element 133 of the total 2N + 1 conversion elements of the array converter 10. Since the delay time between the upper conversion element 131 and the lower conversion element 132 having n <0 can be the same, the clock corresponding to the upper and lower conversion elements can be shared.

MSCG=(N+1)·fm·Tr(bits)……………………………………(5) M SCG = (N + 1) · f m · T r (bits) ... … … … … … … … … … … … … … (5)

여기서, fm:가변샘플링클럭발생기(100)의 주클럭주파수(master clock frequency)Here, f m : master clock frequency of the variable sampling clock generator (100)

Tr:2·(최대영상깊이)/VT r : 2 (maximum picture depth) / V

V:초음파속도V: Ultrasonic Speed

이와 같이 각 채널에서 들어오는 수신신호를 지연시간을 고려하여 가변샘플링한 후 FIFO메모리(92)에 저장한 후 더해주는 방법을 PSDF(Piplelined Sampling Delay Focusing)라고 하며, 이러한 PSDF구조는 위상조절 배열변환기(phased array transducer)를 사용하는 섹터주사영상장치(sector scanimaging system)에도 적용할 수 있다.As described above, a method of variable sampling the received signal from each channel in consideration of delay time, storing the received signal in the FIFO memory 92, and then adding it is called a PSDF (Piplelined Sampling Delay Focusing). It can also be applied to sector scanimaging systems using array transducers.

섹터주사방식은 제10도에서와 같이 배열변환기(10)의 세로축(112)에 수직인 방향(113) 뿐만 아니라 임의의 각도(114)로 편향시켜서 영상을 얻는 방식으로 위상조절배열변환기(phased array transducer)를 사용하는 섹터주사영상장치에 주로 이용된다. 섹터주사영상을 얻는 경우에도 해상도를 극대화하려면 모든 편향각도(steering angle)상의 모든 영상점에서 반사되어 입사되는 초음파를 집속하여야 한다. 이때 임의의 편향각도 θj(100)번째 주사선(114)상의 k번째 영상점으로부터 반사된 신호는 배열변환기(10)의 변환소자 위치에 따라 하기의 식(6)과 같이 표현된다.In the sector scanning method, a phased array is obtained in such a manner that an image is obtained by deflecting at an arbitrary angle 114 as well as a direction 113 perpendicular to the vertical axis 112 of the array converter 10 as shown in FIG. It is mainly used in sector scan imaging apparatus using a transducer. Even in the case of obtaining a sector scan image, to maximize the resolution, ultrasonic waves reflected from all image points on all steering angles should be focused. At this time, the signal reflected from the k-th image point on the arbitrary deflection angle θ j (100) th scan line 114 is expressed by Equation 6 below according to the position of the conversion element of the array converter 10.

코사인(cosine) 법칙에 의해서By the cosine law

d:변환소자간거리d: distance between conversion elements

Td(k,n,j):θj의 편향각도를 가질때 k번째 영상점으로부터 n번째 소자까지의 도달시간과 0번째 소자까지의 도달시간과의 지연시간차이T d (k, n, j): Difference in delay time between the arrival time from the kth image point to the nth element and the arrival time to the 0th element with a deflection angle of θ j

R0(k,j):편향각도 θj인 경우 0번째 변환소자에서 P(k)점까지의 거리R 0 (k, j): Distance from the 0th conversion element to the point P (k) for deflection angle θ j

Rn(k,j):편향각도 θj인 경우 n번째 변환소자에서 P(k)점까지의 거리R n (k, j): Distance from the nth conversion element to the point P (k) for deflection angle θ j

상기의 식(7)의 R0(k,j)(116)가 n·d(117) 보다 충분히 클 경우의 근사화된 지연시간의 식으로써 이 경우에는 θj와 무관하게 표시되는 첫항의 집속지연(focusing delay)과 θj의 함수로 표시되는 둘째항의 편향지연(steering delay)으로 근사화시켜 분리할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 상기 식(6)으로 표현된 정확한 지연시간은 같은 k번째 영상점에 대해서도 모든 편향각도마다 서로 다르고 상위변환소자와 하위변환소자간에 대칭이 성립하지 않으므로 상기 식(6)과 같이 정확한 지연시간을 고려하여 보상하려면 가변샘플링클럭발생기(100)의 디지탈메모리(101)의 총 용량 MSCG은 다음과 같이 필요하다.Approximate delay time expression when R 0 (k, j) 116 in Equation (7) is sufficiently larger than n · d (117). In this case, the focus delay of the first term expressed irrespective of θ j. This means that it can be separated by approximating the steering delay of the second term expressed as a function of (focusing delay) and θ j . However, the exact delay time represented by Equation (6) is different for every deflection angle even for the same k-th image point, and since the symmetry is not established between the upper and lower transform elements, the accurate delay time is expressed as in Equation (6). To compensate in consideration, the total capacity M SCG of the digital memory 101 of the variable sampling clock generator 100 is required as follows.

MMCG=(2J+1)·[(2N+1)·fm·Tr](bits)………………………(8) M MCG = (2J + 1) · [(2N + 1) · f m · T r] (bits) ... … … … … … … … … (8)

2J+1:편향각도의 총 수2J + 1: Total number of deflection angles

2N+1:변환소자의 총 수2N + 1: total number of conversion elements

한 예로서 초음파 펄스의 중심주파수 f0=3.5MHz, 총 편향각도수=101(J=50), 총 변환소자수=65=(N=32) 영상을 얻고자 하는 최대깊이=200mm 일 경우 필요한 메모리 용량은 다음과 같다.(fm-4·f0일때).As an example, the center frequency f 0 = 3.5 MHz of the ultrasonic pulse, the total deflection angle = 101 (J = 50), the total number of conversion elements = 65 = (N = 32) the maximum depth to obtain an image = 200 mm Is the amount of memory required (when f m -4 · f 0 ).

MSCG=101×64×4×3.5×106×260×10-6=23.53MbitM SCG = 101 × 64 × 4 × 3.5 × 10 6 × 260 × 10 -6 = 23.53 Mbit

따라서 이는 고속(Access time 35nsec 이하) 대용량의 메모리는 아직 상용적으로 구현하기 어려운 실정이다. 그러나 제11도에 표시된 바와 같이 근사화된 총 지연시간(120)은 상기 식(7)에서와 같이 편향각도(123) θj에 따라 편향지연시간(121)은 다르지만 편향각도 θj에 무관한 집속지연시간(122)이 공통이므로 편향지연시간(121)과 집속지연시간(122)을 분리하여 보상할 수 있기 때문에 가변샘플링클럭발생기(100)의 메모리(101) 용량을 현저하게 줄일 수 있는 방법을 제안한다(제11도부터는 변환소자의 번호를 매길때 앞으로의 설명에 맞추기 위해 이전가지 -N<n<+N의 번호를 매겼던 것을 1<n<2N+1로 표시하기로 한다).Therefore, it is difficult to implement a high-capacity memory of a high speed (less than access time 35nsec) yet commercially. However, as shown in FIG. 11, the approximate total delay time 120 is focused according to the deflection angle 123 θ j as shown in Equation (7), but the deflection delay time 121 is different but focused irrespective of the deflection angle θ j . Since the delay time 122 is common, the deflection delay time 121 and the focusing delay time 122 can be compensated for by separating the memory 101 of the variable sampling clock generator 100. (From Fig. 11, the number of conversion elements is labeled as 1 <n <2N + 1 in order to match the following description when numbering conversion elements).

즉, 제11도에 설명된 바와 같이 편향지연시간(121)의 선형성(linearity)과 집속지연시간(122)의 대칭성을 이용하고 두 지연시간을 분리하여 보상함으로써 상업적인 구현이 용이한 가변샘플링클럭발생기(100)를 구성할 수 있는 방법을 창출하였다. 이 방법에서는 먼저 가변샘플링클럭발생기(100)는 단지 선형주사영상의 경우와 같이 "집속지연(식(7)의 첫항)만을 위한 가변샘플링클럭"(이하 집속지연클럭)을 발생하고 이 클럭신호들을 각 편향각도에 따라 편향지연(식(7)의 둘째항)하여 각 채널에 공급함으로써 모든 편향각도상의 모든 영상점에서 반사되는 초음파신호를 집속하게 된다.That is, as shown in FIG. 11, the variable sampling clock generator is easy to implement commercially by using the linearity of the deflection delay time 121 and the symmetry of the focusing delay time 122 and separately compensating the two delay times. We have created a way to construct (100). In this method, the variable sampling clock generator 100 first generates a " variable sampling clock for the focusing delay (first term of equation (7)) " (following focus delay clock) only as in the case of the linear scan image. According to each deflection angle, deflection delay (second term of equation (7)) is supplied to each channel to focus the ultrasonic signals reflected at all image points on all deflection angles.

제12도는 본 발명의 섹터주사용 가변샘플링클럭발생기(100) 구조의 기본개념 설명도로써 그 동작에 대한 개요는 다음과 같다. 집속지연시간(122)은 편향각도(123)마다 공통이므로 이에 해당하는 집속지연클럭(106)을 제9도의 경우와 같이 집속지연클럭파형저장메모리(101)에 2진수로 저장한다(제12도에서는 집속지연의 대칭을 나타내기 위해서 2N+1개를 모두 나타내었다). 저장된 집속클럭파형들(106)을 차례로 읽어 내어 편향지연시간(121)을 위해 FIFO메모리(130)에 저장한 후 편향각도에 따라 지연시간이 입력된 편향지연클럭파형저장메모리(134)에서 편향지연클럭을 읽어내어 FIFO메모리(130)에 인가함으로써 저장된 집속지연클럭을 편향각도(123)에 해당하는 편향지연시간(121)만큼 늦추어서 읽어내어 각 채널의 A/D변환기(91)의 샘플링클럭단자(94)에 인가한다. 집속지연클럭을 발생하기 위한 메모리(101) 용량은 선형주사영상의 경우와 같이 상기 식(5)로 표현되며 집속지연클럭을 편향지연시키기 위해 사용된 FIFO메모리(130)는 원래 변환소자갯수(2N+1)만큼 필요하지만 본 발명에서는 FIFO메모리(130)의 특성을 이용하여 FIFO메모리(130)의 갯수를 이것의 반인(N+1)개로 줄였다. 이에 대한 설명은 다음과 같다.12 is a basic conceptual explanatory diagram of the structure of the sector-injectable variable sampling clock generator 100 according to the present invention. Since the focusing delay time 122 is common to the deflection angles 123, the corresponding focusing delay clock 106 is stored in the focused delay clock waveform storage memory 101 in binary as in the case of FIG. Shows 2N + 1 for the symmetry of focus delay). After reading out the stored focusing clock waveforms 106 and storing them in the FIFO memory 130 for the deflection delay time 121, the deflection delay in the deflection delay clock waveform storage memory 134 in which a delay time is input according to the deflection angle. By reading the clock and applying it to the FIFO memory 130, the stored focus delay clock is delayed and read by the deflection delay time 121 corresponding to the deflection angle 123, and the sampling clock terminal of the A / D converter 91 of each channel is read. Is applied to (94). The capacity of the memory 101 for generating the focused delay clock is expressed by Equation (5) as in the case of the linear scan image, and the FIFO memory 130 used to deflect the focused delay clock is originally converted to 2N. Although required by +1), in the present invention, the number of the FIFO memory 130 is reduced to (N + 1) the number of the FIFO memory 130 by using the characteristics of the FIFO memory 130. The description is as follows.

제13도는 편향지연과 집속지연의 대칭특성 설명도이다. 우선 편향지연의 대칭성을 살펴보면, 제13a도와 같이 하위변환소자(132)에는 아래의 식(9)의 관계를 갖는 N개의 쌍이 존재한다.13 is an explanatory diagram of symmetrical characteristics of deflection delay and focus delay. First, the symmetry of the deflection delay, as shown in FIG. 13a, there are N pairs having the relationship of Equation (9) below in the lower conversion element 132.

Ts(i)+Ts(j)=Ts(N+1), i+j=N+2………………………………(9)T s (i) + T s (j) = T s (N + 1), i + j = N + 2. … … … … … … … … … … … (9)

Ts(i):i번째 변화소자의 편향지연시간T s (i): Deflection delay time of i-th change element

또 이 한쌍의 하위변환소자(132)에 대하여 아래의 식(9)와 (10)을 만족하는 두개의 상위변환소자(131)가 존재한다. 또한, 편향에 무관한 집속지연의 대칭성에 대해 살펴보면, 제13b도와 같이 아래 식(10)의 관계를 갖는 상·하위변환소자가 N쌍 존재한다.For the pair of lower conversion elements 132, there are two upper conversion elements 131 that satisfy the following equations (9) and (10). In addition, when looking at the symmetry of the focus delay irrespective of deflection, there are N pairs of upper and lower conversion elements having a relationship of the following equation (10) as shown in FIG.

Ts(2n+2-i)=Ts(i)+2·Ts(j), Ts(2n+2-j)=Ts(j)+2·Ts(i)……(9)T s (2n + 2-i) = T s (i) + 2 · T s (j), T s (2n + 2-j) = T s (j) + 2 · T s (i)... … (9)

Tf(2N+2-i)=Tf(i), Tf(2N+2-j)=Tr(j)…………………………(10)T f (2N + 2-i) = T f (i), T f (2N + 2-j) = T r (j). … … … … … … … … … 10

Tf(i):i번째 변환소자의 집속지연시간T f (i): Focusing delay time of the i th conversion element

상기의 식(9)와 식(10)에 의해 상위변환소자(131)들에 대한 편향지연은 하위변환소자(132)들의 편향지연으로 합성될 수 있음을 보이므로 편향지연을 위한 FIFO메모리(130)의 갯수를 반으로 줄일 수 있음을 알 수 있다.Equations (9) and (10) above show that the deflection delays for the upper conversion elements 131 can be synthesized by the deflection delays of the lower conversion elements 132, so that the FIFO memory 130 for the deflection delay. It can be seen that the number of) can be cut in half.

제12도에서 2N+1개로 표시한 것과는 달리 그 출력인 집속지연클럭을 위에서 언급한 대칭특성을 고려한 제14도는 (N+1)개의 변환소자의 집속지연을 가변샘플링클럭발생기(140)와 FIFO메모리의 특성을 이용하여 (N+1)개의 FIFO메모리로써 (2N+1)개의 변환소자에 편향지연을 추가하여 공급할 수 있는 섹터주사용 샘플링클럭발생기의 구성 예시도이다.Unlike in FIG. 12, 2N + 1 is shown, FIG. 14 considering the symmetry characteristic described above with respect to the focus delay clock, the variable sampling clock generator 140 and the FIFO. It is an exemplary configuration diagram of a sector-use sampling clock generator that can supply (N + 1) FIFO memories as deflection delays to (2N + 1) conversion elements by using the characteristics of the memory.

이 그림에서 FIFO메모리는 편의상 2개만 표시하였고(원래는 N+1개가 있음), 집속지연클럭을 발생하는 가변샘플링클럭발생기(140)는 대칭특성을 이용하여 상위변환소자에 대한 집속지연만을 표시하였고 순서매김도 메모리(101)이 그림에서 편의상 1~N+1로 표시하였다. 여기서 FIFO메모리(130)는 입력포인터(input pointer)(혹은 입력클럭)와 출력포인터(output pointer)(혹은 출력클럭) 및 선형메모리로 구성된 형태를 사용하는 것이 바람직하다.In this figure, only two FIFO memories are shown for convenience (originally N + 1), and the variable sampling clock generator 140 generating the focus delay clock shows only the focus delay for the upper conversion element by using the symmetry characteristic. The ordering degree memory 101 is indicated by 1 to N + 1 in the figure for convenience. In this case, the FIFO memory 130 may be configured using an input pointer (or input clock), an output pointer (or output clock), and a linear memory.

동작원리를 살펴보면 먼저 N+1채널의 모든 집속지연클럭이 가변샘플링클럭발생기(140)로부터 읽혀져서 FIFO메모리(141,142)에 동시에 쓰여진다. 이때 FIFO메모리(141,142)의 입력클럭(148)은 모든 채널에 공통적으로 fm을 인가하여 n=1채널에 해당하는 첫번째 FIFO메모리(제14도에는 표시되지 않았음)는 주클럭 Fm(148)의 첫 주기부터 읽어 FIFO의 출력클럭을 발생하고, n=i채널에 해당하는 i 번째 FIFO메모리(142)는 주클럭 fm의 (d1+1) 주기부터 읽어내도록(여기서 d1는 i번째 편향지연시간 Ts(i)를 주클럭 fm의 주기 d1=Ts(i)/Tm=Ts(i)·fm의 가장 가까운 정수값)이 i번째 FIFO메모리(142)의 출력신호를 j 번째 FIFO메모리(141)의 사용하지 않는 한 입력단(145)에 연결하면 그 FIFO메모리(141)의 (d1+1)번째에 기록되게 된다. 또 이 입력단에 대응하는 출력단(146)을 j번째 FIFO메모리(141)의 또다른 입력단(147)에 연결하면(dj+1)번째에 쓰여진 i번째 FIFO(142)의 출력은 j 번째 FIFO메모리(141)의 출력클럭의 주클럭 fm의 (d1+dj+1)번째 클럭주기에 읽혀져 다시 j번째 FIFO메모리(141)의 (d1+dj+1)번째에 쓰여지고 최종적으로 주클럭 주기의 (d1+2dj+1)번째에 해당하는 출력클럭주기에 읽혀진다. 결국 이 신호는 상기의 식(9)에 해당하는 편향지연을 거친 후 (2N+2-i)번째 변환소자에 공급되는 것이다. 이렇게 해서 (2N+1(개의 모든 A/D변환기에 편향과 동적 집속지연을 고려한 샘플링클럭을 공급하게 된다. 제14도의 멀티플렉서(144)는 편향각도가 θj에서-θj로 바뀔때 샘플링클럭을 역순으로 공급하기 위한 것이다. 이상에서 집속지연과 편향지연을 분리하여 보상함으로써 섹터주사영상을 얻을 수 있는 방법을 설명하였다.Referring to the operation principle, all the focus delay clocks of the N + 1 channels are first read from the variable sampling clock generator 140 and simultaneously written to the FIFO memories 141 and 142. At this time, the input clock 148 of the FIFO memories 141 and 142 applies f m to all channels in common, so that the first FIFO memory corresponding to n = 1 channel (not shown in FIG. 14) is the main clock F m (148). To generate the FIFO output clock from the first cycle, and n = i-th FIFO memory 142 corresponding to the i-channel is read from (d 1 +1) cycle of the main clock f m (where d 1 is i second deflecting delay state to T s (i), the clock f m of the period d 1 = T s (i) / T m = T s (i) · to the nearest integer value of f m) is the i-th FIFO memory 142 When the output signal of is connected to the input terminal 145 unless the j-th FIFO memory 141 is used, it is recorded in the (d 1 +1) -th of the FIFO memory 141. When the output terminal 146 corresponding to this input terminal is connected to another input terminal 147 of the j-th FIFO memory 141, the output of the i-th FIFO 142 written in the (dj + 1) -th is output from the j-th FIFO memory ( 141) a clock state of f m (d 1 + d j +1) of the output clock of the second clock cycle ilhyeojyeo the back of the j-th FIFO memory (141), (d 1 + d j +1) is written in the second clock state and finally It is read in the output clock period corresponding to (d 1 + 2d j +1) th period. After all, this signal is supplied to the (2N + 2-i) th conversion element after the deflection delay corresponding to Equation (9) above. In this way (2N + 1 (one is all A / D converter supplies a sampling clock considering the deflection and the dynamic focus delay in. Claim 14 degrees multiplexer 144 is the sampling clock when the deflection angle changed to θ jj in In the above, the method for obtaining the sector scan image by separating and compensating the focusing delay and the deflection delay has been described.

여기서 유의하여야 할 점은 이 두 지연의 분리가 앞서 설명한 바와 같이 영상점의 깊이가 변환기의 길이보다 상당히 큰 조건에서만 가능하기 때문에 (R0<<n·d) 집속을 정확히 수행할 수 있는 영역이 제한된다는 문제가 발생한다. 그러나, 섹터주사영상의 시간지연식(6)을 자세히 해석하여 보면 앞서 설명한 본 발명의 샘플링클럭발생기의 구조를 그대로 유지하면서 이 문제를 해결할 방법을 찾을 수 있다.It should be noted that the separation of these two delays is possible only when the depth of the image point is significantly larger than the length of the transducer as described above, so that (R 0 << n The problem arises of being limited. However, when the time delay equation (6) of the sector scan image is analyzed in detail, a method of solving this problem can be found while maintaining the structure of the sampling clock generator of the present invention as described above.

근사화된 시간지연식(7)은 식(6)을 이항전개(binomial expansion)하여 1차 식까지로 근사화한 것인데 2차항을 추가하면 아래의 식(11)과 같다.The approximated time delay equation (7) is a binomial expansion of equation (6) to approximate up to the first equation. If the second term is added, the following equation (11) is obtained.

상기의 식(12)는 식(11)에서 (n·d)3와 (n·d)4를 포함한 항들을 제외한 근사식인데, 실제의 경우 영상점의 깊이에 따라 배열변환기(10)의 사용변환소자수를 조절함으로써 충분히 만족시킬 수 있다. 식(12)를 살펴보면 편향지연(121)은 전과동일하지만 식(7)과 달리 집속지연(122)도 모든 편향각도(123)에 따라 변하는 것을 알 수 있다. 따라서 편향지연(121)과 집속지연(122)을 분리하여 보상할 수는 있지만 모든 편향각도(123)마다 집속지연을 달리하여야만 한다. 이것은 본 발명에서 창안한 섹터주사용 샘플링클럭발생기(제14도 참조)에서 (N+1)개의 변환소자를 위한 가변샘플링클럭발생기(140)가 편향각도의 총 수의 반만큼 더 필요하다는 것을 의미하므로 회로의 복잡도가 매우 증가하게 된다.Equation (12) is an approximation except for the terms including (n · d) 3 and (n · d) 4 in equation (11). In practice, the use of the array converter 10 depends on the depth of the image point. By adjusting the number of conversion elements, it can be sufficiently satisfied. Looking at the equation (12) it can be seen that the deflection delay 121 is the same as before, but unlike the equation (7) focusing delay 122 also changes according to all the deflection angle (123). Therefore, the deflection delay 121 and the focusing delay 122 can be separated and compensated, but the deflection delay must be different for every deflection angle 123. This means that the variable sampling clock generator 140 for (N + 1) conversion elements in the sector-injected sampling clock generator created in the present invention (see FIG. 14) is required by half of the total number of deflection angles. This increases the complexity of the circuit.

그러나 실제로 편향과 집속을 위한 지연은 필요한 값 그대로 정확히 보상되는 것이 아니고 가변샘플링클럭발생기(140)의 주클럭주파수(106)에 따라 다소의 오차를 가지게 된다. 일반적으로 이 지연 오차(delay error)의 허용범위는 사용하는 초음파 펄스의 중심주파수 파장의 1/8 이하이다. 따라서 이 허용 오차범위내에서 집속지연(식(12)의 첫항)을 공유할 수 있는 편향각도의 영역은 시뮬레이션에 의해 범위를 구분한다.In practice, however, the delays for deflection and focusing are not compensated exactly as necessary, but have some errors depending on the main clock frequency 106 of the variable sampling clock generator 140. Generally, the tolerance of this delay error is less than 1/8 of the wavelength of the center frequency of the ultrasonic pulse to be used. Therefore, the area of deflection angle that can share the focusing delay (first term of equation (12)) within this tolerance range is divided by simulation.

따라서 앞에서 설명한 섹터주사용 샘플링클럭발생기(SCG)와 역시 (N+1)개의 FIFO메모리로 구성되며, FIFO메모리에 공급되는 집속지연보상을 위한 샘플링클럭은 구분된 각 영역의 가변샘플링클럭발생기(VSCG) 중 편향각도에 따라 선택된 하나의 VSCG에 의해서 공급된다.Therefore, it consists of the sector-injected sampling clock generator (SCG) described above and (N + 1) FIFO memories, and the sampling clock for focus delay compensation supplied to the FIFO memory is divided into variable sampling clock generators (V). SCG ) is supplied by one V SCG selected according to the deflection angle.

이제까지 본 발명에서 제안한 선형주사영상 및 섹터주사영상에 있어서 수신시의 동적 집속을 수행하기 위한 시스템의 구조 및 설계에 관하여 설명하였다. 앞서 설명한 바와 같이 모든 영상점에서 수신된 신호는 식(3)의 샘플링주기(T) 간격으로 집속되어 출력된다. 이 과정에서 최종 집속성능에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 다음의 두가지이다. 첫째는 배열변환기(10)의 각 변환소자에 따른 FIFO메모리(92)의 출력신호들을 D/A변환기(93)에서 아날로그 신호로 변환하여 가산기(60)에서 가산할 경우에 생기는 오차이다. 이 오차는 샘플링주기가 빠를수록 D/A변환기(93)의 여러가지 잡음성분에 의하여 커지게 되며 이에따라 집속 성능이 떨어지게 되어 해상도를 저하시키는 요인이 된다.So far, the structure and design of a system for performing dynamic focusing upon reception in the linear scan image and the sector scan image proposed by the present invention have been described. As described above, signals received at all image points are focused and output at intervals of a sampling period T of Equation (3). In this process, two factors have the biggest influence on the final focusing performance. The first is an error that occurs when the output signals of the FIFO memory 92 corresponding to each conversion element of the array converter 10 are converted into analog signals by the D / A converter 93 and added by the adder 60. This error becomes larger due to various noise components of the D / A converter 93 as the sampling period is faster, thereby degrading the focusing performance and degrading the resolution.

둘째로 모든 회로의 동작 주파수는 최소한 샘플링 주파수(fs=1/T) 보다 커야 하기 때문에, 샘플링주기는 시스템의 복잡도 및 가격과 바로 연과되며 그 성능에도 영향을 미치게 된다.Secondly, since the operating frequency of all circuits must be at least greater than the sampling frequency (f s = 1 / T), the sampling period is directly related to the complexity and cost of the system and affects its performance.

이상의 두가지 문제를 해결하기 위한 가장 좋은 방법은 우선 샘플링 주파수를 낮추고 가능하면 디지탈 가산기를 이용하여 집속하는 것이다. 실제로 최종적으로 얻고자 하는 초음파 영상은 집속된 신호의 포락선 성분이므로, 상기의 샘플링 주파수는 원래 아래의 식(13)과 같이 Nyquist rate(fNYQ) 보다 커야 한다.The best way to solve these two problems is to first lower the sampling frequency and focus using a digital adder if possible. In fact, since the ultrasound image to be finally obtained is the envelope component of the focused signal, the sampling frequency should be larger than the Nyquist rate (f NYQ ) as shown in Equation (13) below.

fs>fNYQ=2·(f0+B/2)……………………………………………(13)f s > f NYQ = 2 · (f 0 + B / 2)... … … … … … … … … … … … … … … … … (13)

여기서 fc:초음파신호의 중심주파수Where f c is the center frequency of the ultrasonic signal

B:초음파신호의 대역폭B: Bandwidth of Ultrasonic Signal

대부분의 경우, 상기의 조건은 샘플링 주파수가 거의 초음파 신호의 중심주파수의 3배(3·f0) 이상이어야 한다는 것을 의미하고, 이에따라 중심주파수가 7.5MHz인 경우에는 상기 조건을 적용할 경우 회로의 동작주파수가 3×7.5=22.5MHz 이상이 되어 주파수가 매우 높게 되므로 매우 심각한 문제가 된다. 또, 설사 샘플링 주파수를 만족할 만큼 줄일 수 있다 하더라도 집속된 디지탈 신호로부터 포락선을 검출하기 위해서는 여러가지 디지탈 신호처리를 수행해야 하는데, 이것을 실시간으로 처리하기 위한 시스템 역시 고가의 복잡한 회로를 필요로 한다 결국, 본 발명과 관련하여 포락선 검출이 용이하며 샘플링 주파수가 낮은 샘플링방법이 요구되는 것이다.In most cases, the above conditions mean that the sampling frequency should be at least three times (3 · f 0 ) of the center frequency of the ultrasonic signal. Therefore, if the center frequency is 7.5 MHz, Since the operating frequency is 3 × 7.5 = 22.5MHz or more, the frequency is very high, which is a very serious problem. In addition, even if the sampling frequency can be reduced to satisfy, the digital signal processing must be performed in order to detect the envelope from the focused digital signal, and the system for processing this in real time also requires expensive and complicated circuits. In connection with the present invention, a sampling method that requires easy envelope detection and a low sampling frequency is required.

본 발명에서는 초음파 신호의 동적 집속을 디지탈 회로만을 사용하여 구현하기 위한 샘플링방법을 창안하였으며 그 내용은 다음과 같다. 일반적으로 샘플링 주파수를 Nyquist rate 이하로 낮추기 위해서 흔히 사용되는 방법으로 직각(quadrature) 샘플링방법 및 2차 샘플링방법이 있다. 그러나 이러한 방법들을 초음파영상장치에 그대로 적용하기에는 여러가지 문제들이 존재한다.In the present invention, a sampling method for realizing the dynamic focusing of ultrasonic signals using only a digital circuit has been devised. In general, quadrature sampling methods and second-order sampling methods are commonly used to reduce the sampling frequency below the Nyquist rate. However, there are various problems in applying these methods to the ultrasound imaging apparatus.

제15도는 2차 샘플링방법의 일반적인 예시도이다. 여기서 입력신호 x(t)(150)를 포락선 a(t) 및 캐리어(cos(ω0t+ø))로 아래의 식(14)와 같이 표시된다고 가정하였다.15 is a general illustration of the second sampling method. Here, it is assumed that the input signal x (t) 150 is represented by the envelope a (t) and the carrier (cos (ω 0 t + ø) as shown in Equation (14) below.

x(t)=a(t)·cos(ω0t+ø)=a(t)·cos(2πf0+ø)……………(14)x (t) = a (t) cos (ω 0 t + ø) = a (t) cos (2πf 0 + ø). … … … … (14)

일반적으로 이차 샘플링방법의 1차 샘플값 x1(kT)(151) 및 2차 샘플값 x2(kT)(152)들로부터 포락선을 검출하기 위해서는 복잡한 필터가 필요하지만, 어떤 특정한 샘플링 조건을 만족하면 제15도에서와 같이 단순히 1차 샘플값 x1(kT)와 2차 샘플값 x2(kT)들의 자승합이 제곱근(root mean square; rms)값으로 추정된 포락선의 샘플값 a(kT)를 얻을 수 있다. 이와 같이 표현되려면 샘플리 주기 T, 1차 샘플과 2차 샘플 사이의 지연시간차 α값, 초음파중심주파수 f0, 및 초음파신호의 대역폭 B간에 다음 관계가 만족되어야 한다.In general, a complex filter is required to detect an envelope from the first sample value x 1 (kT) 151 and the second sample value x 2 (kT) 152 of the secondary sampling method, but satisfies certain specific sampling conditions. As shown in FIG. 15, the sample value of the envelope a (kT) is estimated by the root mean square (rms) of the square of the first sample value x 1 (kT) and the second sample value x 2 (kT). ) Can be obtained. In order to be expressed in this way, the following relationship must be satisfied between the sampling period T, the delay time difference α value between the primary sample and the secondary sample, the ultrasonic center frequency f 0 , and the bandwidth B of the ultrasonic signal.

이때 1차 샘플링 x1(kT)와 2차 샘플값 x2(kT)은 다음과 같이 표시된다.In this case, the first sampling x 1 (kT) and the second sample value x 2 (kT) are expressed as follows.

x1(kT)=(-1)k1a1(kT)………………………………………(16a)x 1 (kT) = (− 1) k1 a 1 (kT)... … … … … … … … … … … … … … … (16a)

x2(kT)=(-1)1(k-m)aQ(kt-α)………………………………(16b)x 2 (kT) = (− 1) 1 (km) a Q (kt−α)... … … … … … … … … … … … (16b)

여기서 a1(·):a(t)의 동상성분Where a 1 (·): a (t)

aQ(·):a(t)의 직각성분a right angle component of Q (·): a (t)

따라서 입력신호의 대역폭 B가 중심주파수 f0보다 충분히 작은 경우(즉 B<<f0)에는 aQ(kt-α)가 aQ(kT)와 거의 같다고 가정하면 제15도에 제시된 바와 같이 아래 식에 의해서 추정포락선을 구할 수 있는 것이다.Therefore, if the bandwidth B of the input signal is sufficiently smaller than the center frequency f 0 (ie, B << f 0 ), a Q (kt-α) is approximately equal to a Q (kT), as shown in FIG. 15. The estimated envelope can be found by the equation.

a(kT)=[x1 2(kT)+x2 2(kT-α)]1/2………………………(17)a (kT) = [x 1 2 (kT) + x 2 2 (kT−α)] 1/2 . … … … … … … … … (17)

그러나 실제로 초음파 신호가 인체와 같은 감쇄매질을 통과할 경우에는 깊이에 따른 중심주파수 및 위상의 변화가 생기게 되므로 위의 식(15)의 조건을 정확히 만족시킬 수 없고, 따라서 추정된 포락선은 무시할 수 없는 오차를 갖게 된다. 이 문제를 해결하기 위하여 먼저 1,2차 샘플값들의 정확한 표현식을 살펴보면 다음과 같다.However, in practice, when the ultrasonic signal passes through the attenuation medium such as the human body, the center frequency and the phase change occur according to the depth, so the condition of Equation (15) cannot be satisfied exactly, and thus the estimated envelope cannot be ignored. There is an error. To solve this problem, first look at the exact expression of the first and second order sample values as follows.

x1(kT)=a(kT)·cos(ω0kT+ø)x 1 (kT) = a (kT) cos (ω 0 kT + ø)

x2(kt-α)=a(kT-α)·cos(ω0kT-ω0α+ø)x 2 (kt-α) = a (kT-α) cos (ω 0 kT-ω 0 α + ø)

=a(kT-α)·sin(ω0kT+ø)= a (kT-α) sin (ω 0 kT + ø)

여기서 ø=π/2+ø-ω0α는 α가 위의 식(15)을 만족하지 못하였을 패의 오차를 의미한다. 이 경우 추정 포락선의 자승치는 상기 식(17)을 이용하여 다음과 같이 표현된다.Here ø = π / 2 + ø-ω 0 α means the error of the hand that α did not satisfy the above equation (15). In this case, the square of the estimated envelope is expressed by the following equation (17).

상기의 식(18)은 임의의 샘플링 주파수의 조건에 대해서도 만일 α의 조건이 충실히 만족되고 포락선이 α의 시간동안 거의 변화가 없다면 추정포락선은 실제값과 거의 일치하게 됨을 의미한다. 즉, 기저대(baseband)의 신호에 비하여 중심주파수의 2배의 주파수로 변조된 성분(식(18)의 둘째항과 셋째항)은 무시할 수 있다는 것이다. 그러나 이 조건이 만족되지 않더라도 기저대의 신호만을 저역필터로써 얻을 수 있기 때문에 포락선의 추정오차를 현저하게 줄일 수 있다.Equation (18) means that for any sampling frequency condition, if the condition of α is satisfied satisfactorily and the envelope hardly changes during the time of α, the estimated envelope is almost identical to the actual value. In other words, the components (second and third terms of Eq. (18)) modulated at twice the center frequency as the baseband signals can be ignored. However, even if this condition is not satisfied, only the baseband signal can be obtained as the low pass filter, thereby significantly reducing the estimation error of the envelope.

그러나 이때 기저대신호성분(식(18)의 첫째항)과 고대역에 변조된 신호성분(식(18)의 둘째 셋째항)을 샘플링할 경우에 생기는 고조파들이, 포락선이 분포하는 샘플링한 후의 기저대역신호에 다시 겹쳐지지 않도록 샘플링 주파수를 결정해야 한다. 이 조건은 다음과 같다.However, the harmonics generated when sampling the baseband signal component (first term of Eq. (18)) and the signal component modulated in the high band (second third term of Eq. (18)) are the baseband after sampling where the envelope is distributed. The sampling frequency must be determined so that it does not overlap the signal again. This condition is as follows.

f0+B<fS<2f0-2B(Q>3)……………………………………(19a)f 0 + B <f S <2f 0 -2B (Q> 3)... … … … … … … … … … … … … … (19a)

즉 fS>2(f0+B)=fNYQ+B……………………………………(19b)Ie f S > 2 (f 0 + B) = f NYQ + B... … … … … … … … … … … … … … (19b)

여기서, f0는 초음파신호인 중심주파수, B는 초음파대역폭, fNYQ는 Nyquist 샘플링 주파수, Q=이다.Where f 0 is the center frequency of the ultrasonic signal, B is the ultrasonic bandwidth, f NYQ is the Nyquist sampling frequency, and Q = to be.

이상의 결과를 종합하면 제16도와 같은 구조를 갖는 2차 샘플링방법을 이용한 완전한 디지탈 집속장치를 구현할 수 있다. 이 구성 예시도에서 D/A변환기(160)는 집속된 신호를 입력으로 하기 때문에 해상도에는 영향을 미치지 않으며 필터링된 집속아날로그신호(161)는 디스플레이(167)를 위하여 다시 샘플링(162)된 후 그것의 제곱근(163)을 취해야 한다. 그러나 2차 샘플링방법을 사용한 제16도의 구성 예시도는 샘플링 주파수가 1/2 정도 줄어든 대신 시스템의 복잡도는 거의 두배로 증가되었다. 따라서 이러한 문제를 해결하면서 포락선의 오차를 감축하기 위하여 직각 샘플링방법을 사용하는 구조를 창안하였다.In summary, the complete digital focusing apparatus using the second sampling method having the structure shown in FIG. 16 can be realized. In this configuration example, the D / A converter 160 does not affect the resolution because the focused signal is input, and the filtered focused analog signal 161 is again sampled 162 for the display 167, and then the same. Square root of 163. However, in FIG. 16 using the second sampling method, the sampling frequency is reduced by half, but the complexity of the system is almost doubled. Therefore, in order to solve these problems, we have devised a structure that uses a rectangular sampling method to reduce the error of the envelope.

제17도는 일반적인 직각 샘플링방법을 사용한 초음파 집속장치의 구성 예시도이다. 이 그림에서 N은 변환소자수를 의미하며 모든 A/D변환기(91)는 앞서 설명한 가변샘플링클럭발생기(100)에서 발생된 클럭을 공급받는다. 그러나 이 구조에서는 샘플링 주파수를 포락선의 대역폭의 2배까지 줄일 수 있는 대신 배열변환기(10)의 각 변환소자마다 변조기(170,171)와 저역필터(172,173)가 필요하며 PSDF부분(175)의 회로도 2배로 증가되었다. 또한 초음파신호의 집속이 포락선 신호상에서 이루어지므로, 해상도의 저하가 수반되고 이를 해결하기 위해서는 또 다시 복잡한 회로의 추가가 필요하다. 해상도 저하를 막기 위해서는 변환소자로부터 직접 샘프링한 R.F신호 영역에서 집속한 후에 변조한 후 저역필터를 취하는 방식을 택해야 하는데, 제18도는 이런 방식을 택한 장치의 구성 예시도이다. 이 경우에는 변조기(제17도의 170,171에 해당)를 A/D변환기(91)의 뒤에 두어 디지탈 메모리를 사용한 찾아보기표(look-up table) 형태의 디지탈 곱셈기(181,182)로 대치하는 것이 유리하다. 이때, 상,하의 A/D변환기(제17도 91) 블럭은 동일한 샘플링클럭으로 동작하는 것이므로 다시 한 블럭(제18도 91)으로 줄일 수 있기 때문에 최종적으로 제18도와 같은 구조를 갖게 되었다. 이 결과, 시스템의 복잡도는 거의 원래의 정도로 줄일 수 있게 되었다.17 is an exemplary configuration of an ultrasonic focusing apparatus using a general right angle sampling method. In this figure, N denotes the number of conversion elements and all A / D converters 91 are supplied with the clock generated by the variable sampling clock generator 100 described above. In this structure, however, the sampling frequency can be reduced by twice the bandwidth of the envelope, and modulators 170 and 171 and low pass filters 172 and 173 are required for each converter of the array converter 10, and the circuit of the PSDF portion 175 is also doubled. Increased. In addition, since the focusing of the ultrasonic signal is performed on the envelope signal, the resolution is accompanied by a decrease in resolution, and in order to solve the problem, the addition of a complicated circuit is required. In order to prevent the deterioration of the resolution, it is necessary to take a low pass filter after focusing after modulating in the R.F signal region sampled directly from the conversion element, and FIG. 18 is an exemplary configuration diagram of a device using this method. In this case, it is advantageous to place a modulator (corresponding to 170,171 in FIG. 17) behind the A / D converter 91 and replace it with a digital multiplier 181,182 in the form of a look-up table using digital memory. At this time, since the upper and lower A / D converter blocks (FIG. 17 FIG. 91) operate with the same sampling clock, they can be reduced to one block (FIG. 18 FIG. 91) and finally have the same structure as FIG. As a result, the complexity of the system can be reduced to almost the original level.

그러나 제18도의 구조는 제17도의 구조와 비교해 보면 저역필터(제17도의 172,173 제18도의 181,182)와 A/D변환기(91)의 위치를 바꾸었기 때문에 샘플링 주파수의 조건이 달라지게 된다. 즉, 제17도의 일반적인 직각 샘플링방법에서는 변조기(170,171)에 의하여 기저대로 내려온 신호만을 저역필터(172,173)로써 선택한 뒤 샘플링하므로 샘플링 주파수는 포락선의 Nyquist rate를 만족하면 되지만 제18도에서는 샘플링한 신호를 다시 변조함으로써 고대역 성분이 새로 생기게 되므로 포락선 검출을 위해서는 샘플링에 의한 고조파 성분들이 기저대에 겹쳐지지 않도록 샘프링 주파수를 결정하여야 한다. 이러한 샘플링 주파수는 다음의 조건을 만족하여야 한다.However, compared to the structure of FIG. 17, the structure of FIG. 18 changes the positions of the low pass filter (172, 172 of FIG. 17, 181, 182 of FIG. 18) and the A / D converter 91, so that the sampling frequency conditions are different. In other words, in the general quadrature sampling method of FIG. 17, only the signal lowered to the base by the modulators 170 and 171 is selected after the low pass filter 172 and 173, and the sampling frequency is satisfied so that the sampling frequency is satisfied. Since the high-band component is newly generated by modulating again, the sampling frequency must be determined so that the harmonic components due to sampling do not overlap the baseband. This sampling frequency must satisfy the following conditions.

f0+B/2<fS<2f0-B(Q>1.5) 혹은 ………………………(21a)f 0 + B / 2 <f S <2f 0 -B (Q> 1.5) or… … … … … … … … … (21a)

fS>2f0+B…………………………………………………(21b)f S > 2f 0 + B... … … … … … … … … … … … … … … … … … … (21b)

제18도에서 디지탈 곱셈기(181,182)로 사용한 메모리는 그 어드레스 입력에 집속된 초음파 샘플신호와 영상점의 순서나 위치를 의미하는 정수k(제19도 참조)가 연결되어 있으며, 이 두가지 입력에 대하여 미리 계산된 결과값을 그 어드레스에 해당하는 메모리(190)에 입력시켜 둠으로써, 변조기 기능을 수행하게 된다. 또, 여기에서도 저역필터(183,184)를 제19도의 아날로그 저역필터로 구성할 수 있으며 이 경우의 최종적인 구성도는 제19도와 같다.In FIG. 18, the memory used as the digital multipliers 181 and 182 is connected to an ultrasonic sample signal focused on the address input and an integer k (see FIG. 19), which indicates the order or position of an image point. The pre-calculated result is input to the memory 190 corresponding to the address, thereby performing a modulator function. Here, the low pass filters 183 and 184 can also be constituted by the analog low pass filter of FIG. 19, and the final configuration in this case is the same as that of FIG.

이제까지 초음파 선형주사영상 및 섹터주사영상장치에서 해상도를 극대화하기 위하여 요구되는 동적 집속을 수행하기 위해 PSDF구조를 제안하였고, 실제 이용함에 있어서 시스템의 복잡도, 샘플링 주파수 및 포락선의 정확도의 관점에서 효율적인 구조와 설계에 대하여 설명하였다. 이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에서 창안한 PSDF구조는 종래의 아날로그 지연소자를 사용해서는 불가능한 모든 영상점에서의 동적 집속을 가능하도록 한다. 특히, 섹터주사영상에 있어서는 비교적 복잡하지 않은 회로구성으로 편향과 동적 집속을 동시에 수행하여 극대화된 해상도를 얻을 수 있다.So far, we have proposed a PSDF structure to perform the dynamic focusing required to maximize the resolution in ultrasonic linear scan and sector scan. In terms of practical use, we have proposed an efficient structure and system in terms of system complexity, sampling frequency, and envelope accuracy. The design was described. As described in detail above, the PSDF structure invented in the present invention enables dynamic focusing at all image points that cannot be achieved using a conventional analog delay element. In particular, in the sector scan image, it is possible to obtain the maximum resolution by simultaneously performing the deflection and the dynamic focusing with a relatively uncomplicated circuit configuration.

또한 일반적으로 디지탈 집속방법에 있어서 가장 중요한 문제인 높은 샘플링 주파수에 의한 전반적인 시스템의 복잡도의 증대와 성능의 저하를 2차 샘플링 및 직각 샘플링방법을 사용한 디지탈 집속방법에 의해 극복할 수 있게 한다.In addition, it is possible to overcome the increase in complexity and performance of the overall system due to the high sampling frequency, which is the most important problem in the digital focusing method, by the digital focusing method using the secondary sampling and the quadrature sampling method.

본 발명은 결국 종래의 아닐로그 집속방법을 탈피하고 디지탈회로 기술을 사용하여 해상도를 극대화하기 위한 동적 집속을 수행할 수 있고, 저가의 고속 A/D변환기가 계속 개발되고 있기 때문에 그 상품성 및 디지탈 신호처리에 따른 신뢰도 향상이 크게 기대되는 효과가 있다.In the end, the present invention can overcome the conventional analogue focusing method and perform dynamic focusing to maximize the resolution using digital circuit technology, and since the low-cost, high-speed A / D converter is continuously being developed, its commerciality and digital signal Reliability improvement by the treatment is expected to be greatly expected.

Claims (9)

대상체에서 반사되어 돌아온 초음파신호를 여러개의 변환소자로 구성된 배열변환기에서 전기적인 신호로 변환하여 동적으로 집속하는 초음파 영상신호의 집속방법에 있어서, 배열변환기의 변환소자에서 각기 출력되는 아날로그 신호를 아날로그/디지탈 변환기를 사용하여 계속 지연 샘플링하는 단계와, 상기 변환된 디지탈 샘플링 값들을 메모리 버퍼에 순차적으로 저장하는 단계와, 상기 메모리 버퍼에 저장된 샘플링 값들을 순차적으로 읽어내어 디지탈/아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호로 다시 변환하는 단계와, 상기 변환된 아날로그 샘플링 값을 가산기에 의해 가산하여 집속하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.A method of focusing an ultrasound image signal that is focused by converting an ultrasonic signal reflected from an object into an electrical signal in an array converter composed of several conversion elements, wherein the analog signals output from the conversion elements of the array converter are analog / Continuously delay sampling using a digital converter, sequentially storing the converted digital sampling values in a memory buffer, and sequentially reading the sampling values stored in the memory buffer into an analog signal by a digital / analog converter. And converting the converted analog sampling value into an adder and focusing the converted analog sampling value. 제1항에 있어서, 지연샘플링하는 단계는 가변샘플링클럭발생기를 이용하여 집속지연을 고려한 비균일 샘플링 클럭신호를 발생한 후 이 샘플링 클럭신호를 이용하여 각 변환소자에서 출력되는 신호를 아날로그/디지탈 변환하게 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.The method of claim 1, wherein the delay sampling comprises generating a non-uniform sampling clock signal in consideration of focusing delay using a variable sampling clock generator, and then analog / digital converting a signal output from each conversion element using the sampling clock signal. Focusing method of the ultrasonic image signal by the sampling delay using a pipeline, characterized in that made. 제2항에 있어서, 비균일 샘플링 클럭신호는 가변주기 샘플링클럭 파형을 메모리에 저장시켜 놓고, 그로부터 읽어서 발생시키게 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.The method of claim 2, wherein the non-uniform sampling clock signal is generated by storing a variable period sampling clock waveform in a memory and reading the same from the memory. 제1항에 있어서, 저장하는 단계는 메모리 버퍼로서 FIFO메모리를 사용하여, 비균일 샘플링에 의한 샘플링 값들을 그 FIFO메모리에 순차적으로 저장하게 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.The ultrasound image of claim 1, wherein the storing comprises sequentially storing sampling values by non-uniform sampling in the FIFO memory using a FIFO memory as a memory buffer. How to focus the signal. 위상조절 배열변환기를 이용하여 섹터주사영상을 얻을 때 배열변환기의 각 채널에서 발생하는 신호를 편향시켜 동작 집속을 하기 위해 샘플링클럭을 발생하는 섹터주사영상용 샘플링 클럭발생기에 있어서, 비균일 클럭파형을 디지탈 이산신호로 대응시켜 저장한 메모리와, 변환소자의 중심주파수보다 8배 이상 높은 주파수를 갖는 클럭에 구동하여 순차적으로 증가되는 어드레스를 상기 메모리에 공급하는 메모리 어드레스 카운터로 구성하여, 상기 메모리에 저장된 내용을 읽어 비균일 클럭신호를 발생시키게 구성된 것을 특징으로 하는 가변샘플링클럭발생기.In a sector clock image sampling clock generator that generates a sampling clock to deflect signals generated in each channel of the array converter when the sector scan image is acquired by using a phase shift array converter, a non-uniform clock waveform is generated. And a memory address counter configured to supply a memory which is stored in correspondence with a digital discrete signal and a clock which is sequentially increased by driving to a clock having a frequency eight times higher than the center frequency of the conversion element. Variable sampling clock generator, characterized in that configured to generate a non-uniform clock signal by reading the contents. 제5항에 있어서, 집속지연을 보상하기 위한 가변클럭발생기와 편향지연을 보상하기 위한 가변클럭발생기를 따로 구성하여 두고, 상기 집속지연 보상을 위한 가변클럭발생기에서 출력되는 클럭신호들을 FIFO메모리에 입력시킨 후 상기 편향지연을 보상하기 위한 가변클럭발생기에서 출력되는 클럭을 이용하여 상기 FIFO메모리에 입력된 파형들을 읽어내어 클럭신호를 발생시키게 구성된 것을 특징으로 하는 섹터주사영상용 가변샘플링클럭발생기.The method of claim 5, wherein a variable clock generator for compensating the focus delay and a variable clock generator for compensating the deflection delay are separately configured, and clock signals output from the variable clock generator for compensating the focus delay are input to the FIFO memory. And generating a clock signal by reading the waveforms input to the FIFO memory using a clock output from the variable clock generator for compensating for the deflection delay. 제6항에 있어서, 중심변환소자를 중심으로 상하대칭인 변환소자의 집속지연이 서로 같은 대칭성과 편향지연의 선형성을 이용하여 메모리 용량이 절반이 되게 집속지연보상을 위한 가변클럭발생기를 구성하고, 상기 중심변환소자와 그 상단의 변환소자들을 위한 클럭파형을 다시 총 변환소자 수의 절반만큼의 FIFO메모리를 이용하여 편향시키게 구성된 것을 특징으로 하는 섹터주사영상용 가변샘플링클럭발생기.The variable clock generator for focusing compensation according to claim 6, wherein the focusing delay of the vertically symmetrical conversion element is halved using the same symmetry and linearity of deflection delay. And the clock waveforms for the center conversion element and the upper conversion element are deflected using FIFO memory as much as half of the total conversion elements. 파이프라인을 이용한 샘플링지연에 의해 초음파 영상신호를 집속하는 방법에 있어서, 각 변환소자에 수신된 신호의 90°위상관계에 있는 두 신호를 각 변환소자마다 두개의 아날로그/디지탈 변환기를 이용하여 샘플링하는 단계와, 상기 샘플링 값들을 별도의 FIFO메모리에 순차적으로 저장하는 단계와, 상기 저장된 샘플링 값을 순차적으로 읽어 두개의 디지탈 가산기를 이용하여 더함으로써 90°관계에 있는 두개의 신호를 집속하는 단계와, 상기 집속신호들을 각각 자승하여 가산한 후 디지탈/아날로그 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환하는 단계와, 상기 변환된 아날로그 신호에서 저역필터에 의해 고주파신호를 제거한 후 그 제곱근을 취하여 포락선을 얻는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.A method of focusing an ultrasound image signal by sampling delay using a pipeline, wherein two signals having a 90 ° phase relationship of a signal received by each converter are sampled by using two analog / digital converters for each converter. And sequentially storing the sampling values in a separate FIFO memory, concentrating two signals in a 90 ° relationship by sequentially reading the stored sampling values and adding them using two digital adders; Square-adding each of the focused signals and converting them into analog signals by a digital / analog converter; and removing the high-frequency signals by the low pass filter from the converted analog signals and taking the square root to obtain an envelope. Ultrasonic Zero by Sampling Delay Using a Pipeline The focusing method of the signal. 대상체에서 반사되어 돌아온 초음파신호를 여러개의 변환소자로 구성된 배열변환기에서 전기적인 신호로 변환하여 동적으로 집속하는 초음파 영상신호의 집속방법에 있어서, 배열변환기의 변환소자에서 각기 출력되는 아날로그 신호를 아날로그/디지탈 변환기를 사용하여 계속 지연 샘플링하는 단계와, 상기 변환된 디지탈 샘플링 값들을 메모리 버퍼에 순차적으로 저장하는 단계와, 상기 메모리 버퍼에 저장된 샘플링 값들을 순차적으로 읽어 내어 디지탈 가산기에 의해 가산하여 집속하는 단계와, 디지탈 곱셈기용 찾아보기표 메모리 두개를 사용하여 상기 집속된 신호에 변환소자의 중심주파수와 같은 주파수를 갖는 사인파형과 코사인파형을 각기 곱하고, 이 곱한 결과를 디지탈/아날로그 변환기에 의해 각기 아날로그 신호로 변환하는 단계와, 이 변환된 신호에서 저역필터에 의해 고주파신호를 각기 제거한 후 기저대역으로 이동된 집속신호의 동상성분과 직각 성분을 얻고, 이를 다시 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈신호로 변환하는 단계와, 이 변환된 신호를 각기 자승하여 더하고 그 제곱근을 취하여 포락선을 얻는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 파이프라인을 이용한 샘플링 지연에 의한 초음파 영상신호의 집속방법.A method of focusing an ultrasound image signal that is focused by converting an ultrasonic signal reflected from an object into an electrical signal in an array converter composed of several conversion elements, wherein the analog signals output from the conversion elements of the array converter are analog / Continuously delay sampling using a digital converter, sequentially storing the converted digital sampling values in a memory buffer, sequentially reading the sampling values stored in the memory buffer, adding and concentrating them by a digital adder And multiplying the focused signal by a sinusoidal waveform and a cosine waveform having the same frequency as the center frequency of the conversion element by using two lookup table memories for the digital multiplier, and multiplying the result of the analog signal by a digital / analog converter. Converting to, After removing the high frequency signal by the low pass filter from the converted signal, the in-phase and quadrature components of the focused signal shifted to the baseband are obtained, and then converted into digital signals by analog / digital converter, and the converted signal The method of focusing the ultrasound image signal by sampling delay using a pipeline, characterized in that the step of square each and add and take the square root to obtain an envelope.
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