WO2012118260A1 - 초음파 시스템 및 이의 임피던스 매칭 방법 - Google Patents

초음파 시스템 및 이의 임피던스 매칭 방법 Download PDF

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WO2012118260A1
WO2012118260A1 PCT/KR2011/009085 KR2011009085W WO2012118260A1 WO 2012118260 A1 WO2012118260 A1 WO 2012118260A1 KR 2011009085 W KR2011009085 W KR 2011009085W WO 2012118260 A1 WO2012118260 A1 WO 2012118260A1
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WO
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pulse
matching
impedance value
information
transmission
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PCT/KR2011/009085
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Inventor
한철민
김성민
Original Assignee
노슨 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic system, and more particularly, to impedance matching in an ultrasonic system of a multichannel structure.
  • the present invention is to automatically perform impedance matching according to the characteristics of the medium or the system and the probe in the ultrasonic system of the multi-channel structure.
  • an ultrasonic system for performing impedance matching is disclosed.
  • Ultrasonic system for generating a transmission pulse according to the medium, converts the transmission pulse into an ultrasonic signal and transmits to the medium, and converts the received echo signal reflected by the medium into an electrical signal to receive Impedance matching apparatus comprising a probe for generating a pulse and a matching element array through which the transmission pulse and the reception pulse pass, calculates a matching impedance value using the transmission pulse and the reception pulse, and routes the matching element array according to the matching impedance value. It includes.
  • the pulse generator includes a pulse information database for storing pulse information including pulse amplitude information, phase information, and frequency information for each medium, a pulse generator for generating a transmission pulse, and pulse information using the pulse information. And a pulse generation control unit controlling to generate a transmission pulse accordingly.
  • the impedance matching device includes a transmitting end through which a transmission pulse passes and a receiving end through which a receiving pulse passes, and extracts pulse information from a matching element array unit including a matching element array, a transmitting pulse, and a receiving pulse.
  • a calculation unit for calculating an impedance value corresponding to the pulse information for each of the extraction unit, the transmission pulse and the reception pulse, and calculating an impedance value having the best response characteristic of the reception pulse with respect to the transmission pulse as a matching impedance value;
  • an array controller for routing the matching element array unit according to a value.
  • the matching element array unit is a programmable device in which the matching element array is integrated, and the array controller determines the configuration and connection relationship of the matching element according to the matching impedance value, and generates a matrix code according thereto.
  • the matrix code is downloaded to the matching element array unit to route the matching element array unit.
  • the array control unit routes and initializes the matching element array unit according to a preset fixed impedance value before the pulse generator generates the transmission pulse.
  • the array controller controls the calculator to calculate an impedance value according to the pulse information corresponding to the medium with reference to the pulse information database, and initializes the routing of the matching device array unit according to the calculated impedance value.
  • the array controller maps the matching impedance value to the medium, stores the matching impedance value in the pulse information database, and initializes the matching element array unit using the stored matching impedance value.
  • a method of matching impedance in an ultrasound system is disclosed.
  • an impedance matching method includes generating a transmission pulse according to a medium, extracting pulse information from a transmission pulse, receiving a reception pulse for the transmission pulse, and extracting pulse information from the reception pulse. Calculating a matching impedance value using pulse information of the transmission pulse and the reception pulse, and routing the matching element array through which the transmission pulse and the reception pulse pass according to the matching impedance value.
  • the transmission pulse may be generated by checking a pulse information database that stores pulse information including the amplitude information, the phase information, and the frequency information of the pulse for each medium.
  • the calculating of the matching impedance value may include calculating an impedance value corresponding to the pulse information for each of the transmission pulse and the reception pulse, and calculating an impedance value having a good response characteristic of the reception pulse with respect to the transmission pulse as the matching impedance value. Steps.
  • the routing of the matching device array may include determining a configuration and connection relationship of the matching device according to the matching impedance value, generating a matrix code according to the configuration and connection relationship, and matching the matrix code to the matching device array. Downloading to the integrated programmable device.
  • the method further includes the step of routing and matching the array of matching elements according to a predetermined impedance value.
  • the present invention can automatically perform impedance matching for each channel or group according to the medium in the ultrasonic system of the multi-channel structure.
  • the present invention can improve the performance of the ultrasound system by matching the impedance according to the characteristics of the medium or the system and the probe.
  • 1 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of an ultrasonic system.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an impedance matching method performed in an ultrasonic system.
  • one component when one component is referred to as “connected” or “connected” with another component, the one component may be directly connected or directly connected to the other component, but in particular It is to be understood that, unless there is an opposite substrate, it may be connected or connected via another component in the middle.
  • 1 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of an ultrasonic system.
  • an ultrasound system includes a pulse generator 10, an impedance matching device 20, and a probe 30.
  • the pulse generating device 10 generates a diagnostic or therapeutic transmission pulse Tx depending on the medium (eg, a body part for diagnosis or treatment).
  • the pulse generator 10 includes a pulse generator 11, a pulse generator controller 12, and a pulse information database 13.
  • the pulse generator 11 generates the diagnostic or therapeutic transfer pulse Tx according to the medium under the control of the pulse generation controller 12.
  • the pulse generation controller 12 checks the pulse information according to the selected medium in the pulse information database 13 and controls the pulse generator 11 to generate a corresponding pulse.
  • the pulse information database 13 stores pulse information according to the medium.
  • the pulse information database 13 may store pulse information for diagnosis or treatment for each part of the human body, and the pulse information may include amplitude information, phase information, and frequency information of the pulse. That is, the pulse generation control unit 12 checks the pulse information corresponding to the body part selected by the user in the pulse information database 13, and outputs pulses according to the identified amplitude information, phase information and frequency information. ) Can be controlled to occur.
  • the probe 30 receives an ultrasound signal from the medium and an echo signal from the medium.
  • the probe 30 is mounted inside the ultrasonic system, and includes a transducer for converting an ultrasonic signal and an electrical signal.
  • the transducer may include a plurality of ultrasonic vibrators.
  • the probe 30 converts the transmission pulse Tx generated by the pulse generator 10 into an ultrasonic signal, radiates ultrasonic waves to a diagnosis or treatment site of a human body, and then converts the reflected ultrasonic signals into electrical signals.
  • the image processing apparatus may transmit the image to an image processing apparatus (not shown), and the image processing apparatus may generate an image using the received signal. At this time, the characteristic impedance value of each channel of the probe 30 is determined according to a manufacturing specification.
  • the impedance matching device 20 is located between the probe 30 and the components of the ultrasound system except the probe 30, and transmits the transmission pulse Tx transmitted to the probe 30 and the reception pulse Rx received from the probe 30. Impedance matching is performed.
  • the impedance matching device 20 includes a matching element array unit 21, an extractor 24, a calculator 25, and an array controller 26.
  • the matching element array unit 21 may include an array of matching elements, and the matching element array may be routed by the array control unit 26.
  • the matching element may be a resistor-inductor-capacitor (RLC) element
  • the matching element array unit 21 may be a programmable device in which an array of matching elements is integrated.
  • the matching element array unit 21 includes a transmission terminal 22 through which the transmission pulse Tx transmitted from the pulse generator 10 to the probe 30 passes, and a reception terminal 23 through which the reception pulse Rx received from the probe 30 passes. ), And the matching element array may be routed by the array controller 26 in the transmitting end 22 and the receiving end 23, respectively.
  • the extraction unit 24 extracts pulse information from the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx.
  • the extractor 24 may measure the amplitude, phase, and frequency of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx passing through the transmission end 22 and the reception end 23, from which the frequency response characteristics of each channel are determined. And pulse information including the Sensitivity and the Dynamic Range.
  • the calculator 25 receives the pulse information of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx from the extractor 24 and calculates a matching impedance value. For example, the calculation unit 25 calculates an impedance value corresponding to amplitude information, phase information, and frequency information for each of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx, and the response characteristic of the reception pulse Rx is best for the transmission pulse Tx. A good impedance value can be calculated as the matching impedance value. In general, in ultrasonic waves, the sensoryness is high, the dynamic range is wide, and the frequency response characteristic is good in a wide band centered on the center frequency.
  • the array controller 26 receives the matching impedance value from the calculator 25 and routes the matching element array of the matching element array unit 21 according to the matching impedance value. For example, the array controller 26 may determine a configuration and a connection relationship of the RLC element according to the matching impedance value, and generate a matrix code according thereto. Subsequently, the array control unit 26 may control the matching element array unit 21 to route the matching element array according to the matching impedance value by downloading the generated matrix code to the matching element array unit 21.
  • R-C In ultrasound, R-C is generally fixed, and L value is changed to match impedance value.
  • impedance matching is performed according to the direction of power transmission and power output, but ultrasonic waves use the same transmit pulse line and receive pulse line, so the efficiency of pulse echo information for each channel is important.
  • the uniformity of the entire channel evenly matching the pulse echo characteristics of each channel has a significant effect on the image characteristics.
  • the impedance value of the probe is stored in the pulse information database 13, and the array control unit 26 uses this information to calculate a default RLC value on the assumption that the system side is 50 ohms and perform initial setting.
  • the array controller 26 may initialize the matching element array unit 21 before the pulse generator 10 generates the transfer pulse Tx. For example, the array controller 26 may route the matching element array of the matching element array unit 21 according to a preset fixed impedance value. Alternatively, the array controller 26 checks the pulse information corresponding to the body part selected by the user in the pulse information database 13, and controls the calculator 25 to calculate an impedance value according to the identified pulse information. The matching element array may be controlled to be routed according to the calculated impedance value.
  • the array controller 26 may map the calculated matching impedance value to a medium and store the same in the pulse information database 13.
  • the matching impedance value for each medium stored in the pulse information database 13 may be updated, and the array controller 26 may use the matching element array using the matching impedance value of the corresponding medium stored in the pulse information database base 13.
  • the unit 21 can also be initialized.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an impedance matching method performed in an ultrasound system.
  • the ultrasound system receives the medium information from the user.
  • the medium information may be body part information for diagnosis or treatment.
  • step S220 the pulse generator 10 checks the pulse information according to the medium in the pulse information database 13.
  • the pulse information database 13 stores pulse information according to a medium, and the pulse information may include amplitude information, phase information, and frequency information of the pulse.
  • the impedance matching device 20 may initialize the matching element array unit 21. For example, the impedance matching device 20 may route the matching element array of the matching element array unit 21 according to a preset fixed impedance value. Alternatively, the impedance matching device 20 checks the pulse information corresponding to the body part selected by the user in the pulse information database 13, calculates an impedance value according to the identified pulse information, and matches the calculated impedance value. Device arrays can be routed.
  • the impedance matching device 20 may map the calculated matching impedance value to a medium and store the same in the pulse information database 13, and initialize the matching element array unit 21 using the same.
  • the pulse generator 10 In operation S230, the pulse generator 10 generates a transmission pulse Tx according to a medium using the identified pulse information.
  • the generated transmission pulse Tx passes through the matching element array unit 21 of the impedance matching device 20 to the probe 30.
  • the transmission pulse is reflected by the medium and received through the probe 30, the reception pulse is received.
  • Rx is transmitted from the pro unit 30 and received through the matching element array unit 21.
  • the impedance matching device 20 extracts pulse information of the transmission pulse Tx.
  • the impedance matching device 20 extracts pulse information of the reception pulse Rx.
  • the impedance matching device 20 may measure the amplitude, phase, and frequency of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx passing through the transmission end 22 and the reception end 23.
  • the impedance matching apparatus 20 calculates a matching impedance value by using pulse information of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx. For example, the impedance matching device 20 calculates an impedance value corresponding to amplitude information, phase information, and frequency information for each of the transmission pulse Tx and the reception pulse Rx, and the response characteristic of the reception pulse Rx is different for the transmission pulse Tx. The best impedance value can be calculated as the matching impedance value.
  • the impedance matching device 20 routes the matching device array of the matching device array unit 21 according to the calculated matching impedance value.
  • the impedance matching device 20 may determine the configuration and connection relationship of the RLC element according to the matching impedance value, and generate a matrix code according thereto. Subsequently, the impedance matching device 20 may download the generated matrix code to the matching element array unit 21 to route the matching element array of the matching element array unit 21 according to the matching impedance value.
  • the impedance matching method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various electronic means for processing information may be recorded in the storage medium.
  • the storage medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded in the storage medium may be those specially designed and constructed for the present invention, or may be known and available to those skilled in the software art.
  • Examples of storage media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic-optical media such as floppy disks.
  • hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • the above-described medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also devices that process information electronically using an interpreter, for example, high-level language code that can be executed by a computer.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

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Abstract

초음파 시스템 및 이의 임피던스 매칭 방법이 개시된다. 초음파 시스템은 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 펄스 발생 장치, 전송 펄스를 초음파 신호로 변환하여 매질로 송신하고, 매질에 반사되어 수신된 에코 신호를 전기 신호로 변환하여 수신 펄스를 생성하는 프로브 및 전송 펄스 및 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이를 포함하며, 전송 펄스 및 수신 펄스를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하고, 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 임피던스 매칭 장치를 포함한다.

Description

초음파 시스템 및 이의 임피던스 매칭 방법
본 발명은 초음파 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다채널 구조의 초음파 시스템에서의 임피던스 매칭에 관한 것이다.
발명의 배경기술로는 프로그래머블 임피던스 출력 드라이버의 코드 선택장치에 관한 특허문헌이 있으며, 반도체 장치의 출력 드라이버와 신호선의 임피던스를 매칭시키는 프로그래머블 임피던스 출력 드라이버에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 다채널의 구조의 초음파 시스템에서 매질 또는 시스템과 프로브의 특성에 따라 임피던스 매칭을 자동으로 수행하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 임피던스 매칭을 수행하는 초음파 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템은 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 펄스 발생 장치, 전송 펄스를 초음파 신호로 변환하여 매질로 송신하고, 매질에 반사되어 수신된 에코 신호를 전기 신호로 변환하여 수신 펄스를 생성하는 프로브 및 전송 펄스 및 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이를 포함하며, 전송 펄스 및 수신 펄스를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하고, 매칭 임피던스 값에 따라 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 임피던스 매칭 장치를 포함한다.
여기서, 펄스 발생 장치는 펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함하는 펄스 정보를 매질 별로 저장하는 펄스 정보 데이터베이스, 전송 펄스를 발생하는 펄스 발생부 및 펄스 정보를 이용하여 펄스 발생부가 상기 매질에 따라 전송 펄스를 발생하도록 제어하는 펄스발생 제어부를 포함한다.
여기서, 임피던스 매칭 장치는 전송 펄스가 통과하는 전송단 및 수신 펄스가 통과하는 수신단을 포함하고, 전송단 및 수신단이 매칭 소자 어레이로 구성되는 매칭소자 어레이부, 전송 펄스 및 수신 펄스로부터 펄스 정보를 추출하는 추출부, 전송 펄스 및 수신 펄스 각각에 대하여 펄스 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 전송 펄스에 대하여 수신 펄스의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 산출부 및 상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하는 어레이 제어부를 포함한다.
여기서, 매칭소자 어레이부는 매칭 소자 어레이가 집적된 프로그래머블 디바이스(Programmable Device)이고, 어레이 제어부는 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성하고, 매트릭스 코드를 매칭소자 어레이부로 다운로드시켜 매칭소자 어레이부를 라우팅한다.
여기서, 어레이 제어부는 펄스 발생 장치가 전송 펄스를 발생하기 전에, 미리 설정된 고정 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부를 라우팅하여 초기화한다.
여기서, 상기 어레이 제어부는 펄스 정보 데이터베이스를 참조하여 매질에 대응하는 펄스 정보에 따라 산출부가 임피던스값을 산출하도록 제어하고, 산출된 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부를 라우팅하여 초기화한다.
여기서, 어레이 제어부는 매칭 임피던스값을 매질에 맵핑하여 펄스 정보 데이터베이스에 저장시키고, 저장된 매칭 임피던스값을 이용하여 매칭소자 어레이부를 초기화한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초음파 시스템에서 임피던스를 매칭하는 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계, 전송 펄스로부터 펄스 정보를 추출하는 단계, 전송 펄스에 대한 수신 펄스를 수신하는 단계, 수신 펄스로부터 펄스 정보를 추출하는 단계, 전송 펄스 및 수신 펄스의 펄스 정보를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하는 단계 및 매칭 임피던스값에 따라 전송 펄스 및 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 단계를 포함한다.
여기서, 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계는 펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함하는 펄스 정보를 매질 별로 저장하는 펄스 정보 데이터베이스를 확인하여 전송 펄스를 발생한다.
여기서, 매칭 임피던스값을 산출하는 단계는 전송 펄스 및 수신 펄스 각각에 대하여 펄스 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하는 단계 및 전송 펄스에 대하여 수신 펄스의 응답 특성이 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 단계를 포함한다.
여기서, 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 단계는 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하는 단계, 구성 및 연결 관계에 따라 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성하는 단계 및 매트릭스 코드를 매칭 소자 어레이가 집적된 프로그래머블 디바이스로 다운로드시키는 단계를 포함한다.
여기서, 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계 이전에, 매칭 소자 어레이를 미리 설정된 임피던스값에 따라 라우팅하여 초기화하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 다채널 구조의 초음파 시스템에서 매질에 따라 각 채널 또는 그룹 별 임피던스 매칭을 자동으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 매질 또는 시스템과 프로브의 특성에 따라 임피던스가 매칭되어 초음파 시스템의 성능을 높일 수 있다.
도 1은 초음파 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 구성도.
도 2는 초음파 시스템에서 수행되는 임피던스 매칭 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 초음파 시스템의 구성을 개략적으로 예시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 초음파 시스템은 펄스 발생 장치(10), 임피던스 매칭 장치(20) 및 프로브(probe)(30)를 포함한다.
펄스 발생 장치(10)는 매질(예를 들어, 진단 또는 치료를 위한 신체 부위)에 따라 진단용 또는 치료용 전송 펄스(pulse) Tx 를 발생한다.
펄스 발생 장치(10)는 펄스 발생부(11), 펄스발생 제어부(12) 및 펄스 정보 데이터베이스(13)를 포함한다. 펄스 발생부(11)는 펄스발생 제어부(12)의 제어에 따라 매질에 따른 진단용 또는 치료용 전송 펄스 Tx를 발생한다. 펄스발생 제어부(12)는 선택된 매질에 따른 펄스 정보를 펄스 정보 데이터베이스(13)에서 확인하여 펄스 발생부(11)가 해당 펄스를 발생하도록 제어한다. 펄스 정보 데이터베이스(13)는 매질에 따른 펄스 정보를 저장한다. 예를 들어, 펄스 정보 데이터베이스(13)는 인체의 부위별로 진단용 또는 치료용의 펄스 정보를 저장할 수 있으며, 펄스 정보는 펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함할 수 있다. 즉, 펄스발생 제어부(12)는 사용자에 의하여 선택된 신체 부위에 대응하는 펄스 정보를 펄스 정보 데이터베이스(13)에서 확인하고, 확인된 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보에 따른 펄스를 펄스 발생부(11)가 발생하도록 제어할 수 있다.
프로브(30)는 매질로의 초음파 송신과 매질로부터 에코(echo) 신호를 수신한다. 그리고, 프로브(30)는 초음파 시스템의 내부에 장착되며, 초음파 신호와 전기 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서(transducer)를 포함하며, 일반적으로 트랜스듀서는 다수의 초음파 진동자들의 집합체를 구비할 수 있다. 예를 들어, 프로브(30)는 펄스 발생 장치(10)가 발생한 전송 펄스 Tx를 초음파 신호로 변환하여, 인체의 진단 또는 치료 부위에 초음파를 방사한 후, 그 반사된 초음파 신호를 전기신호로 변환하여, 이미지 처리 장치(미도시)로 전송하고, 이미지 처리 장치는 수신된 신호를 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 이때, 프로브(30)의 각 채널 별 특성 임피던스값은 제조 스펙(Spec)에 따라 결정된다.
임피던스 매칭 장치(20)는 프로브(30)와 프로브(30)를 제외한 초음파 시스템의 구성 요소 사이에 위치하며, 프로브(30)로 전송되는 전송 펄스 Tx와 프로브(30)로부터 수신되는 수신 펄스 Rx를 이용하여 임피던스 매칭을 수행한다.
임피던스 매칭 장치(20)는 매칭소자 어레이부(21), 추출부(24), 산출부(25) 및 어레이 제어부(26)를 포함한다.
여기서, 매칭소자 어레이부(21)는 매칭 소자의 어레이(array)를 포함하며, 어레이 제어부(26)에 의하여 매칭 소자 어레이가 라우팅 될 수 있다. 예를 들어, 매칭 소자는 RLC(Resistor-Inductor-Capacitor) 소자가 될 수 있으며, 매칭소자 어레이부(21)는 매칭 소자의 어레이(array)가 집적된 프로그래머블 디바이스(Programmable Device)가 될 수 있다.
매칭소자 어레이부(21)는 펄스 발생 장치(10)로부터 프로브(30)로 전송되는 전송 펄스 Tx가 통과하는 전송단(22)과 프로브(30)로부터 수신되는 수신 펄스 Rx가 통과하는 수신단(23)을 포함할 수 있으며, 전송단(22) 및 수신단(23)은 각각 어레이 제어부(26)에 의하여 매칭 소자 어레이가 라우팅될 수 있다.
추출부(24)는 전송 펄스 Tx와 수신 펄스 Rx로부터 펄스 정보를 추출한다. 예를 들어, 추출부(24)는 전송단(22) 및 수신단(23)을 통과하는 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx의 진폭, 위상 및 주파수를 측정할 수 있으며, 이로부터 각 채널의 주파수 응답 특성과 센서티비티(Sensitivity) 및 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 포함하는 펄스 정보를 추출할 수 있다.
산출부(25)는 추출부(24)로부터 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx의 펄스 정보를 전달받아 매칭 임피던스값을 산출한다. 예를 들어, 산출부(25)는 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx 각각에 대하여 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 전송 펄스 Tx에 대하여 수신 펄스 Rx의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출할 수 있다. 일반적으로 초음파에서는, 센서티비티가 높고, 다이나믹 레인지가 넓으면서, 중심 주파수(center frequency)를 중심으로 한 광대역에서 주파수 응답 특성이 좋게 된다.
어레이 제어부(26)는 산출부(25)로부터 매칭 임피던스값을 전달받아 매칭 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(21)의 매칭 소자 어레이를 라우팅한다. 예를 들어, 어레이 제어부(26)는 매칭 임피던스값에 따라 RLC 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성할 수 있다. 이어, 어레이 제어부(26)는 생성한 매트릭스 코드를 매칭소자 어레이부(21)로 다운로드시킴으로써, 매칭소자 어레이부(21)가 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자 어레이를 라우팅하도록 제어할 수 있다.
초음파에서는 일반적으로 R-C를 고정시키고, L값을 가변하여 임피던스값을 매칭시킨다. 그리고, 일반적인 임피던스 매칭은 전력전달과 전력출력의 방향에 따라서 각각이 매칭을 하지만, 초음파에서는 전송 펄스 라인과 수신 펄스 라인을 동일하게 사용하고 있기 때문에, 각 채널 별 펄스 에코 정보의 효율을 중요하게 여길 뿐 아니라, 전체 채널의 균일성(uniformity : 각 채널의 펄스 에코 특성을 균일하게 맞춤)이 이미지 특성에 큰 영향을 끼치게 된다.
프로브의 임피던스값은 펄스 정보 데이터베이스(13)에 저장되어 있으며, 어레이 제어부(26)는 이 정보를 이용하여, 시스템 측을 50 옴으로 가정하여 기본(default) RLC 값을 산출하여 초기 셋팅을 한다.
또한, 어레이 제어부(26)는 펄스 발생 장치(10)가 전송 펄스 Tx를 발생하기 전에 매칭소자 어레이부(21)를 초기화할 수 있다. 예를 들어, 어레이 제어부(26)는 미리 설정된 고정 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(21)의 매칭 소자 어레이를 라우팅할 수 있다. 또는, 어레이 제어부(26)는 사용자에 의하여 선택된 신체 부위에 대응하는 펄스 정보를 펄스 정보 데이터베이스(13)에서 확인하고, 산출부(25)가 확인된 펄스 정보에 따라 임피던스값을 산출하도록 제어하고, 산출된 임피던스값에 따라 매칭 소자 어레이가 라우팅되도록 제어할 수 있다.
또한, 어레이 제어부(26)는 산출된 매칭 임피던스값을 매질에 맵핑하여 펄스 정보 데이터베이스(13)에 저장시킬 수 있다. 그래서, 펄스 정보 데이터베이스(13)에 저장되는 매질별 매칭 임피던스값은 갱신될 수 있으며, 어레이 제어부(26)는 펄스 정보 데이버 베이스(13)에 저장된 해당 매질의 매칭 임피던스값을 이용하여 매칭소자 어레이부(21)를 초기화할 수도 있다.
도 2는 초음파 시스템에서 수행되는 임피던스 매칭 방법을 나타낸 흐름도이다.
S210 단계에서, 초음파 시스템은 사용자로부터 매질 정보를 입력받는다. 예를 들어, 매질 정보는 진단 또는 치료를 위한 신체 부위 정보가 될 수 있다.
S220 단계에서, 펄스 발생 장치(10)는 펄스 정보 데이터베이스(13)에서 매질에 따른 펄스 정보를 확인한다. 여기서, 펄스 정보 데이터베이스(13)는 매질에 따른 펄스 정보를 저장하고 있으며, 펄스 정보는 펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함할 수 있다.
이때, 임피던스 매칭 장치(20)는 매칭소자 어레이부(21)를 초기화시킬 수 있다. 예를 들어, 임피던스 매칭 장치(20)는 미리 설정된 고정 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(21)의 매칭 소자 어레이를 라우팅할 수 있다. 또는, 임피던스 매칭 장치(20)는 사용자에 의하여 선택된 신체 부위에 대응하는 펄스 정보를 펄스 정보 데이터베이스(13)에서 확인하고, 확인된 펄스 정보에 따라 임피던스값을 산출하고, 산출된 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이를 라우팅할 수 있다.
또는, 임피던스 매칭 장치(20)는 산출한 매칭 임피던스값을 매질에 맵핑하여 펄스 정보 데이터베이스(13)에 저장시켜 두었다가, 이를 이용하여 매칭소자 어레이부(21)를 초기화시킬 수 있다.
*S230 단계에서, 펄스 발생 장치(10)는 확인된 펄스 정보를 이용하여 매질에 따른 전송 펄스 Tx를 발생한다. 발생된 전송 펄스 Tx는 임피던스 매칭 장치(20)의 매칭소자 어레이부(21)를 통과하여 프로브(30)로 전달되며, 이 전송펄스가 매질에 반사되어 프로브(30)를 통해 수신되면, 수신 펄스 Rx가 프로부(30)로부터 전달되어 매칭소자 어레이부(21)를 통과하여 수신된다.
S240 단계에서, 임피던스 매칭 장치(20)는 전송 펄스 Tx의 펄스 정보를 추출한다.
S250 단계에서, 임피던스 매칭 장치(20)는 수신 펄스 Rx의 펄스 정보를 추출한다.
예를 들어, 임피던스 매칭 장치(20)는 전송단(22) 및 수신단(23)을 통과하는 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx의 진폭, 위상 및 주파수를 측정할 수 있다.
S260 단계에서, 임피던스 매칭 장치(20)는 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx의 펄스 정보를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출한다. 예를 들어, 임피던스 매칭 장치(20)는 전송 펄스 Tx 및 수신 펄스 Rx 각각에 대하여 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 전송 펄스 Tx에 대하여 수신 펄스 Rx의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출할 수 있다.
S270 단계에서, 임피던스 매칭 장치(20)는 산출된 매칭 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(21)의 매칭 소자 어레이를 라우팅한다.
예를 들어, 임피던스 매칭 장치(20)는 매칭 임피던스값에 따라 RLC 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성할 수 있다. 이어, 임피던스 매칭 장치(20)는 생성한 매트릭스 코드를 매칭소자 어레이부(21)로 다운로드시킴으로써, 매칭 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(21)의 매칭 소자 어레이를 라우팅할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 펄스 발생 장치;
    상기 전송 펄스를 초음파 신호로 변환하여 상기 매질로 송신하고, 상기 매질에 반사되어 수신된 에코 신호를 전기 신호로 변환하여 수신 펄스를 생성하는 프로브; 및
    상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이를 포함하며, 상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하고, 상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 임피던스 매칭 장치를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 발생 장치는
    펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함하는 펄스 정보를 상기 매질 별로 저장하는 펄스 정보 데이터베이스;
    상기 전송 펄스를 발생하는 펄스 발생부; 및
    상기 펄스 정보를 이용하여 상기 펄스 발생부가 상기 매질에 따라 상기 전송 펄스를 발생하도록 제어하는 펄스발생 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 장치는
    상기 전송 펄스가 통과하는 전송단 및 상기 수신 펄스가 통과하는 수신단을 포함하고, 상기 전송단 및 상기 수신단이 상기 매칭 소자 어레이로 구성되는 매칭소자 어레이부;
    상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스로부터 상기 펄스 정보를 추출하는 추출부;
    상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스 각각에 대하여 상기 펄스 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 상기 전송 펄스에 대하여 상기 수신 펄스의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 산출부; 및
    상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하는 어레이 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 매칭소자 어레이부는 상기 매칭 소자 어레이가 집적된 프로그래머블 디바이스(Programmable Device)이고,
    상기 어레이 제어부는 상기 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성하고, 상기 매트릭스 코드를 상기 매칭소자 어레이부로 다운로드시켜 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 어레이 제어부는 상기 펄스 발생 장치가 전송 펄스를 발생하기 전에, 미리 설정된 고정 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하여 초기화하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 어레이 제어부는 상기 펄스 정보 데이터베이스를 참조하여 상기 매질에 대응하는 펄스 정보에 따라 상기 산출부가 임피던스값을 산출하도록 제어하고, 산출된 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하여 초기화하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 어레이 제어부는 상기 매칭 임피던스값을 매질에 맵핑하여 상기 펄스 정보 데이터베이스에 저장시키고, 저장된 매칭 임피던스값을 이용하여 상기 매칭소자 어레이부를 초기화하는 것을 특징으로 하는 초음파 시스템.
  8. 초음파 시스템에서 임피던스를 매칭하는 방법에 있어서,
    매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계;
    상기 전송 펄스로부터 펄스 정보를 추출하는 단계;
    상기 전송 펄스에 대한 수신 펄스를 수신하는 단계;
    상기 수신 펄스로부터 펄스 정보를 추출하는 단계;
    상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스의 펄스 정보를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하는 단계; 및
    상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 단계를 포함하는 임피던스 매칭 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계는
    펄스의 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보를 포함하는 펄스 정보를 상기 매질 별로 저장하는 펄스 정보 데이터베이스를 확인하여 상기 전송 펄스를 발생하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 매칭 임피던스값을 산출하는 단계는
    상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스 각각에 대하여 상기 펄스 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하는 단계; 및
    상기 전송 펄스에 대하여 상기 수신 펄스의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 단계는
    상기 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하는 단계;
    상기 구성 및 상기 연결 관계에 따라 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성하는 단계; 및
    상기 매트릭스 코드를 상기 매칭 소자 어레이가 집적된 프로그래머블 디바이스로 다운로드시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 매질에 따른 전송 펄스를 발생하는 단계 이전에,
    상기 매칭 소자 어레이를 미리 설정된 임피던스값에 따라 라우팅하여 초기화하는 단계를 더 포함하는 임피던스 매칭 방법.
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