WO2015084092A1 - 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치 - Google Patents

휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치 Download PDF

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류정원
정재훈
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동국대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a method of performing a low power mode of a portable ultrasonic diagnostic apparatus and a portable ultrasonic diagnostic apparatus for applying the same, and more particularly, to a portable ultrasonic diagnostic apparatus using a battery having a limited power as a power source.
  • a method of performing a low power mode and a portable ultrasound diagnostic apparatus for applying the same is referred to a method of performing a low power mode and a portable ultrasound diagnostic apparatus for applying the same.
  • Ultrasonic diagnostic devices have non-invasive and non-destructive characteristics, and are widely used in the medical field for obtaining information inside an object. Ultrasonic diagnostic systems are very important in the medical field because they can provide a doctor with a high resolution image of the internal tissue of a subject without the need for a surgical operation in which the subject is directly incised and observed.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is a system that irradiates ultrasonic signals from a body surface of a subject toward a target site in the body, extracts information from reflected ultrasonic signals, and acquires images of soft tissue tomography or blood flow as non-invasive.
  • the ultrasound diagnosis apparatus includes a switching unit configured to transmit and receive an ultrasound signal to a subject to obtain an ultrasound image of the subject and to perform an operation for receiving the ultrasonic signal reflected from the subject.
  • the problem to be solved by the present invention is a method for performing a low power mode of the portable ultrasound diagnostic apparatus and portable for applying the same to minimize the power of the portable ultrasound diagnostic apparatus using a battery having a limited power as a power source An ultrasound diagnostic apparatus is provided.
  • a method for performing a low power mode of a portable ultrasound diagnosis apparatus includes a TX circuit and a test unit for supplying power to a high voltage pulse generator that generates an electric pulse to generate an ultrasound to be transmitted to a test subject.
  • An RX circuit is configured to apply power to an analog-digital signal processing unit that amplifies the ultrasonic echo signal from the dead body and converts it into a digital signal, and externally controls the low power mode of the power applied to the TX circuit and the RX circuit.
  • a method of performing a low power mode of a portable ultrasound diagnostic apparatus having an input terminal comprising: applying an operating power to a TX circuit before a driving time ( ⁇ T1) required to drive a TX circuit for transmitting an ultrasonic signal; Placing the RX circuit for receiving the ultrasonic echo signal into a low power mode state (or a power OFF mode state); Generating ultrasonic waves by applying an electric pulse to the piezoelectric element array module by the ultrasonic probe to obtain an ultrasonic image of the subject; Receiving, by the menu input unit, whether or not a waiting time ( ⁇ T) is set in the RX circuit for receiving an ultrasonic echo signal corresponding to a region of a specific depth according to a user selection; If the standby time sigma T of the RX circuit is not set, after the operating power is applied to the RX circuit, the TX circuit enters the low power mode state (or the power OFF mode state), and the standby time sigma T of the RX circuit is If set, the TX
  • the TX circuit when the standby time ( ⁇ T) of the RX circuit is not set, after the operation power is applied to the RX circuit, the TX circuit enters a low power mode state (or a power OFF mode state), and the standby time of the RX circuit (
  • the TX circuit for transmitting the ultrasonic signal first becomes the low power mode state (or the power OFF mode state), and receives the ultrasonic echo signal.
  • a further waiting time ( ⁇ T) in the drive time ( ⁇ T2) needed for driving the RX circuit waits for group is followed by applying a power to the operation circuit RX.
  • the portable ultrasound diagnostic apparatus for applying a method of performing a low power mode according to an embodiment of the present invention, having a piezoelectric element array module and a mux circuit portion for generating an ultrasonic wave and receiving an echo signal An ultrasonic probe; A main circuit unit configured to receive and analyze an echo signal received by the ultrasonic probe to generate an ultrasound image and transmit the ultrasound image to a user screen; A portable battery supplying power required for the ultrasonic probe and the main circuit unit; And a low power power mode control unit configured to receive power from the portable battery to generate and distribute a voltage required by the entire system, including a high voltage driving the ultrasonic probe.
  • the low power power mode control unit operates the high voltage pulse generator at a preset frequency and at the operating time of the RX circuit that receives the ultrasonic echo.
  • the analog-digital circuit unit provided in the main circuit unit amplifies the ultrasonic echo signal and converts it into a digital signal.
  • the main circuit unit may include a transceiver configured to perform a switch role of connecting the TX circuit for ultrasonic transmission and the RX circuit for ultrasonic echo reception to the ultrasonic probe, respectively, according to a transmission and reception state, and the low power power mode control unit is configured to perform the transmission and reception.
  • the operation of the RX circuit which receives the ultrasonic echo signal reflected from the subject is stopped, and when receiving the ultrasonic echo signal reflected from the subject, the TX transmits the ultrasonic signal. It stops the operation of the circuit to minimize the power consumption.
  • the main circuit unit may include a high voltage pulse generator configured to generate an electrical pulse applied to the piezoelectric element array module to generate ultrasonic waves;
  • An analog-digital signal processor for amplifying the magnitude of the ultrasonic echo signal returned from the inspected object into a digital signal;
  • a transmitter / receiver for transmitting a high voltage pulse generated by the high voltage pulse generator to the ultrasonic probe or an analog signal received by the ultrasonic probe to an analog-digital signal processor;
  • a beamformer for causing the high voltage pulse generator to generate a suitable high voltage pulse using a parameter suitable for the ultrasonic probe, receiving a digital signal converted by the analog-digital signal processor, and performing data conversion on the ultrasonic probe;
  • Controls the beamformer to perform beamforming suitable for an ultrasound pro, and generates an ultrasound image using data received from the beamformer, and transmits the ultrasound image to a display unit and an external display device using ultrasound scan data.
  • a processor that performs a function of controlling the entire system
  • a communication unit configured
  • the communication unit may include a local area network (LAN), a Bluetooth, a wireless USB, a wireless LAN, a WiFi, a Zigbee, and an infrared communication IrDA (Infrared Data Association) using a wired cable. ) Is used.
  • LAN local area network
  • Bluetooth Bluetooth
  • wireless USB wireless Universal Serial Bus
  • wireless LAN Wireless Local Area Network
  • WiFi Wireless Local Area Network
  • Zigbee wireless LAN
  • IrDA Infrared Data Association
  • the external display device includes a data communication unit for transmitting and receiving data with the communication unit, a menu input unit for receiving a menu signal from a user, a screen display unit for displaying an ultrasound image and a menu, and a control for exchanging control signals with the processor. A part is provided.
  • the data communication unit receives the scan data sent from the portable ultrasound diagnostic apparatus and transmits it to the control unit, the control unit performs a scan conversion (scan coversion) process to create an ultrasound image using the scan data and then improve the image quality
  • the controller performs post processing required to make the post processing necessary.
  • the control unit performs a process of decompressing the scan data sent from the portable ultrasound diagnosis apparatus, and the screen display unit displays the ultrasound image made by the control unit. It is preferable to display on the user so that the menu input unit receives the user's input and transmits the input to the control unit, and the control unit directly processes or sends it to the portable ultrasound diagnostic apparatus using the data communication unit.
  • the operation of the circuit associated with the receiving circuit receiving the ultrasonic echo signal reflected from the subject is stopped, and the ultrasonic echo reflected from the subject is stopped.
  • a method for performing the operation in a low power mode that stops an operation of a circuit associated with the transmitting circuit for transmitting the ultrasonic signal may reduce the power used in the portable ultrasonic diagnostic apparatus to a minimum.
  • a wake-up time ⁇ T1 associated with a transmitting circuit for transmitting an ultrasonic signal to obtain an ultrasound image of a subject and a wake-up associated with a receiving circuit for receiving an ultrasonic echo signal reflected from the subject By using the time ⁇ T 2 and the waiting time ⁇ T waiting to obtain an essential area excluding unnecessary specific areas in the ultrasound image of the subject, the power consumption of the portable ultrasound diagnostic apparatus operating in the low power mode may be further reduced. .
  • a portable ultrasonic diagnostic apparatus operating in a low power mode may be provided by a low power power mode control unit configured to control a switching unit constituting a path so that the portable ultrasonic diagnostic apparatus operates in a low power mode using minimum power.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus for applying a method of performing a low power mode of a portable ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of the main circuit part of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an external display device connected to a portable ultrasound diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the operating time of the TX circuit and the RX circuit operating when performing the ultrasonic pulse transmission and ultrasonic echo reception of the portable ultrasound diagnostic apparatus to which the embodiment of the present invention is applied.
  • 5 to 6 are views showing the detailed configuration related to the operating time of the TX circuit and the RX circuit shown in FIG.
  • FIG. 7 illustrates the time for which power is actually applied by applying the driving time ⁇ T1 necessary for driving the TX circuit and the driving time ⁇ T2 required for driving the RX circuit to the operating time of the TX circuit and the RX circuit shown in FIG. 4. It is a figure which shows.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a waiting time ⁇ T applied to an operation time of the TX circuit of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a diagram for schematically comparing an ultrasound image of a fetus received by a portable ultrasound diagnosis apparatus to which a general ultrasound image image and a waiting time ⁇ T shown in FIG. 8 are applied.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of performing a low power mode of a portable ultrasound diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, regions, and / or portions, it is obvious that these members, components, regions, layers, and / or portions should not be limited by these terms. Do. These terms do not imply any particular order, up or down, or superiority, and are only used to distinguish one member, region or region from another member, region or region. Accordingly, the first member, region, or region described below may refer to the second member, region, or region without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus for applying a method of performing a low power mode of a portable ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an ultrasound diagnostic apparatus 10 may include an ultrasound probe 100, a main circuit unit 200, a low power power mode control unit 300, and a battery 400. It is configured by.
  • the ultrasonic probe 100 includes a piezoelectric element array module 110 and a mux circuit unit 120, wherein the piezoelectric element array module 110 and the mux circuit unit 120 include a piezoelectric element to generate ultrasonic waves.
  • the main circuit unit 200 generates and receives an echo signal, and receives and analyzes an echo signal to generate an ultrasound image and deliver the ultrasound signal to an external portable display device 500 having a user screen.
  • the low power power mode control unit 300 generates and distributes a voltage required in the entire system, including a high voltage driving the ultrasonic probe 100, and uses a battery 400 having a limited power as a power source. In order to ensure maximum usage time, it plays a role of minimizing power consumption during operation.
  • the piezoelectric element array module 110 is made of a piezoelectric material. Piezoelectric materials vibrate to generate pulses of sound waves to transmit into the human body, and to receive reflected echoes and convert them into electrical signals. Recently, piezoelectric ceramics, which have the best electroacoustic conversion efficiency, are mainly used for piezoelectric ceramic lead zirconatetitante (PZT).
  • the piezoelectric element array module 110 is generally configured such that a large number of piezoelectric elements, such as 64, 128, 192, are arranged in an array form. At this time, the electric pulse for driving the piezoelectric element uses a high voltage of + 100V ⁇ 100V, also called an ultrasonic transducer (Ultrasoung transducer).
  • the mux circuit unit 120 serves to reduce the number of signal pins.
  • the mux circuit unit 120 serves to match the number of signal lines between the piezoelectric element array module 110 and the transceiver unit 210.
  • the transceiver 210 is electrically selected. ).
  • the number of piezoelectric elements of the piezoelectric element array module 110 is generally made up of a large number of 64, 128, 192, etc.
  • the mux circuit unit 120 is used in this way, the number of signal lines Will be significantly reduced.
  • the main circuit unit 200 may be controlled to generate an ultrasonic wave to the subject, receives the echo signal received from the piezoelectric element array module 110, and analyzes and processes the difference in the intensity of the echo signal
  • An ultrasound image may be generated by representing the brightness of a dot.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of the main circuit part of FIG. 1.
  • the main circuit unit 200 includes a transceiver 210, a high voltage pulse generator 220, an analog-digital signal processor 230, a beamformer 240, and a processor 250.
  • the communication unit 260 is configured.
  • the transceiver 210 transmits a high voltage pulse generated by the high voltage pulse generator 220 to the ultrasound probe 100 or transmits an analog signal received from the ultrasound probe 100 to an analog-digital signal processor 230.
  • the switch To transmit to. That is, the switch connects the TX circuit and the piezoelectric element array module 110 when the ultrasonic wave is transmitted, and connects the RX circuit and the piezoelectric element array module 110 when the ultrasonic echo is received.
  • the high voltage pulse generator 220 generates an electrical pulse applied to the piezoelectric element array module 110 to generate ultrasonic waves, and the analog-digital signal processor 230 has a very small magnitude of the ultrasonic echo signal returned from the object under test. Therefore, it is amplified and converted into a digital signal.
  • the beamformer 240 causes the high voltage pulse generator 220 to generate a suitable high voltage pulse by using a parameter suitable for the ultrasonic probe 100, which is called TX beamforming.
  • TX beamforming In order to focus the energy of the ultrasonic wave at the focus, a time delay is applied to the electrical pulse according to the position of the piezoelectric element, and the analog-digital signal processor 230 receives the converted digital signal to perform data conversion in accordance with the ultrasonic probe 100.
  • RX beamforming which serves to deliver the processor 250 to the processor 250, time delays the electrical signals from each piezoelectric element according to the position and the reception time of the piezoelectric element when the ultrasonic echo is received, and adds the time delayed signals. Generate ultrasound data (scan data).
  • the beamformer 240 generates and transmits an appropriate digital signal to the analog-digital signal processor 230 under the control of the processor 250.
  • the processor 250 controls the beamformer 240 to perform beamforming suitable for the ultrasound probe 100, and generates an ultrasound image by using data received from the beamformer 240, and performs an ultrasound scan.
  • the data is transmitted to the external display device 500 using the communication unit 260 or to control the entire system.
  • scan data may be compressed when necessary in order to reduce bandwidth of a transmission line used for communication.
  • the communication unit 260 is a communication module that transmits and receives data with an external electronic device, and the communication module may use a wired or wireless communication method.
  • a wired communication method may use a wired cable such as a USB cable. It may be a module using one of the following methods: Bluetooth, Wireless USB, Wireless LAN, Wi-Fi, Zigbee, or Infrared Data Association (IrDA).
  • the communicator 260 may display the ultrasound image generated under the control of the processor 250 on the display unit of the external display device 500.
  • the external display device 500 may be a PC, a smart phone, a tablet-type device, a pad-type device, a PDA, or the like.
  • the data communication unit 510 for transmitting and receiving data with the communication unit 260 may be described.
  • the data communication unit 510 of the external display device 500 receives the scan data sent from the portable ultrasound diagnosis apparatus and transmits the scan data to the control unit 540, and the control unit 540 uses the scan data to transmit an ultrasound image. Performs a scan conversion process to create a post processing (post processing) necessary to improve the quality of the image afterwards, the control unit 540 is to compress the scan data sent from the portable ultrasound diagnostic apparatus is compressed The release process is also performed.
  • the screen display unit 530 displays the ultrasound image made by the control unit 540 on the screen for the user to view, and the menu input unit 520 receives the user's input and delivers it to the control unit 540 and the control unit 540 directly processes or sends it to the portable ultrasound diagnostic apparatus using the data communication unit 510.
  • the ultrasound diagnostic apparatus 10 may itself include a display unit (not shown). That is, the ultrasound diagnosis apparatus 100 may transmit and display the ultrasound image generated through the communication module to another electronic device, or may be configured to display the ultrasound image directly on the display unit provided therein.
  • FIG. 4 is a view illustrating an operating time of a TX circuit and an RX circuit operating when ultrasonic pulse transmission and ultrasonic echo reception are performed in a portable ultrasound diagnostic apparatus to which an embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 5 to 6 are shown in FIG. A diagram showing a detailed configuration related to the operating time of the TX circuit and the RX circuit.
  • the high voltage pulse generator 220 receives a voltage from the battery 400 at an operation time of the TX circuit that transmits the ultrasonic pulse by the low power power mode control unit 300.
  • the analog-digital signal processor 230 amplifies the ultrasonic echo signal returned from the object and converts the ultrasonic echo signal into a digital signal.
  • the high voltage pulse generator 220 receives the power from the high voltage pulse generator 220 associated with the TX circuit and the battery 400 by the low power power mode controller 300 to generate the high voltage.
  • the high voltage generator 221 and the digital-analog signal processor (not shown) for applying a high voltage to the circuit are operated and the RX circuit does not operate.
  • an analog front end (not shown) associated with the RX circuit by the low power power mode controller 300, a low noise amplifier 231 for amplifying a low power level RX echo signal, and a deep place in the human body
  • the analog signal is converted into a digital signal so that the variable amplifier 232, CW (Continuous Wave Doppler), and beamformer 240 can process the digital signal when the signal is returned from
  • the analog-digital signal processing unit 230 including the AD converter unit 233 for converting to the above is operated, and the TX circuit does not operate.
  • the configuration associated with the TX circuit and the RX circuit may be implemented as a single semiconductor chip or integrated chip, respectively, it is preferable to have an external input terminal for controlling the low power mode function according to an embodiment of the present invention.
  • the low power mode and the normal mode control may be performed by the low power power mode controller 300 through the external input terminal.
  • FIG. 7 illustrates the time for which power is actually applied by applying the driving time ⁇ T1 necessary for driving the TX circuit and the driving time ⁇ T2 required for driving the RX circuit to the operating time of the TX circuit and the RX circuit shown in FIG. 4. It is a figure which shows.
  • the portable diagnostic apparatus 10 includes a receiving circuit that receives an ultrasonic signal reflected from the subject when transmitting an ultrasonic signal to obtain an ultrasound image of the subject; The operation of the associated circuit is stopped, and when receiving the ultrasonic signal reflected from the subject, the operation of the circuit associated with the transmitting circuit for transmitting the ultrasonic signal is stopped.
  • the TX circuit of the portable diagnostic apparatus 10 waits in the low power mode state (or the power off state) by the low power power mode control unit 300 at the time of operation to receive the ultrasonic echo signal.
  • a wake-up time required to enter a normal operation state for transmitting an ultrasonic signal in a power-off state or a low power mode state is required.
  • the driving time required to drive the TX circuit is ⁇ T1.
  • the TX circuit is supplied with power before the driving time ⁇ T1 before the normal operation time to perform the normal operation. After the operation time is completed, it immediately enters the low power mode state or the power off state.
  • the RX circuit of the portable diagnostic apparatus 10 waits in the low power mode state (or the power off state) by the low power power mode control unit 300 at the time of operation to transmit the ultrasonic signal.
  • a wake-up time required to enter a normal operation state for receiving an ultrasonic echo signal in a power-off state or a low power mode state is required.
  • a drive time required to drive the RX circuit is required.
  • the RX circuit is supplied with power before the driving time DELTA T2 before the normal operation time to perform normal operation. After the operation time is completed, it immediately enters the low power mode state or the power off state.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a waiting time ⁇ T applied to an operation time of the TX circuit of FIG. 7.
  • the area of interest of the examinee in the ultrasound image measured by the ultrasound diagnosis apparatus is a point located at a depth of 3 cm or more from the skin of the human body.
  • most of the subcutaneous fat, including the skin is 1 ⁇ 2 cm deep in the human skin, and most of them do not have basic and meaningful information for making a clinical diagnosis.
  • the portable ultrasound diagnostic apparatus additionally removes the time for which power is applied to measure information of a meaningless area to the user, that is, in a region of a certain depth in the human skin. Since the ultrasonic echo signal is not received during the reaching time, the unnecessary power is excluded from the ultrasound of the subject, thereby further reducing the power used for the operation time.
  • the portable ultrasound diagnostic apparatus receives an ultrasound echo signal excluding an area of a specific depth input by a user.
  • the waiting time refers to the waiting time to obtain an essential area except for an unnecessary specific area in the ultrasound image of the subject, and this waiting time is because the speed of propagation of ultrasonic waves in the human body is determined to be 1540 m / s. It can be accurately calculated by the low power power mode control unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the RX circuit is in a low power mode state or a state in which power is turned off while performing a normal operation for a time equal to the standby time ⁇ T. Since it enters into, it is possible to further reduce the power used to operate by the waiting time ( ⁇ T).
  • FIG. 9 is a diagram for schematically comparing an ultrasound image of a fetus received by a portable ultrasound diagnosis apparatus to which a general ultrasound image image and a waiting time ⁇ T shown in FIG. 8 are applied.
  • the total depth of the ultrasound image is 14 cm with reference to the general ultrasound image image. If the ultrasound echo signal in the region of 4 cm depth is not received, the RX for receiving the ultrasound echo signal This saves some of the power needed for the circuit to operate.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of performing a low power mode of a portable ultrasound diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus first, the operating power is applied to the TX circuit before the drive time ( ⁇ T1) required to drive the TX circuit in order to transmit the ultrasonic signal (S1). ).
  • the RX circuit for receiving the ultrasonic echo signal enters a low power mode state (or a power OFF mode state) (S2).
  • the ultrasound probe 100 generates an ultrasound by applying an electrical pulse to the piezoelectric element (S3).
  • the menu input unit 520 receives the presence or absence of setting the waiting time ⁇ T of the RX circuit corresponding to the region having a specific depth according to the user selection (S4).
  • the operating power is applied to the RX circuit before the driving time ⁇ T2 required to drive the RX circuit in order to receive the ultrasonic echo signal (S5).
  • the TX circuit for transmitting an ultrasonic signal enters a low power mode (or a power off mode) (S6), and the main circuit unit 200 receives and analyzes an echo signal to generate an ultrasound image and transmit it to a user screen. It is made (S10).
  • the TX circuit for transmitting the ultrasonic signal first becomes a low power mode state (or a power OFF mode state) (S7).
  • the standby time ⁇ T is additionally applied to the driving time ⁇ T2 required to drive the RX circuit (S8), and then the operating power is applied to the RX circuit (S9). .
  • the main circuit unit 200 receives and analyzes the echo signal to generate an ultrasound image and transmit the ultrasound image to the user screen (S10).
  • the operation of the circuit associated with the receiving circuit that receives the ultrasonic echo signal reflected from the subject is stopped, and the ultrasonic echo signal reflected from the subject is reflected.
  • a method for performing the operation in the low power mode for stopping the operation of the circuit associated with the transmitting circuit for transmitting the ultrasonic signal can be reduced to the minimum power used in the portable ultrasonic diagnostic apparatus.
  • a wake-up time ⁇ T1 associated with a transmitting circuit for transmitting an ultrasonic signal to obtain an ultrasound image of a subject and a wake-up associated with a receiving circuit for receiving an ultrasonic echo signal reflected from the subject By using the time ⁇ T 2 and the waiting time ⁇ T waiting to obtain an essential area excluding unnecessary specific areas in the ultrasound image of the subject, the power consumption of the portable ultrasound diagnostic apparatus operating in the low power mode may be further reduced. .
  • a portable ultrasonic diagnostic apparatus operating in a low power mode may be provided by a low power power mode control unit configured to control a switching unit constituting a path so that the portable ultrasonic diagnostic apparatus operates in a low power mode using minimum power.
  • the present invention can be used in the field of manufacturing a portable ultrasound diagnostic device.

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Abstract

본 발명은 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치에 관한 것으로서, 본 발명은 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파신호를 수신하는 수신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추게 하는 저전력모드로 수행할 수 있는 수행방법을 제공하여 휴대용 초음파 진단장치에서 사용하는 사용전력을 최소한으로 줄일 수 있다.

Description

휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
본 발명은 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 제한된 전력을 구비한 배터리를 전력원으로 사용하는 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치에 관한 것이다.
초음파 진단장치는 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어, 대상체 내부의 정보를 얻기 위한 의료분야에 널리 이용되고 있다. 초음파 진단 시스템은 대상체를 직접 절개하여 관찰하는 외과 수술의 필요 없이, 대상체 내부 조직의 고해상도의 영상을 의사에게 제공할 수 있으므로 의료분야에 매우 중요하게 이용되고 있다.
초음파 진단 장치는 피검체의 체표로부터 체내의 목적 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 반사된 초음파 신호로부터 정보를 추출하여 연부조직 의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 시스템이다.
이러한 초음파 진단 장치 X-레이 검사장치, CT 스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI 스캐너(Magnetic Resonance ImageScanner), 핵의학 검사장치 등과 같은 다른 영상 진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시가능하고, X-레이 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있기 때문에, 심장, 복부 내장, 비뇨기 및 생식기의 진단을 위해 널리 이용되고있다.
초음파 진단장치는 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 피검체로 송신하고 이 피검체로부터 반사되어 온 초음파 신호를 수신하기 위한 동작을 수행하기 위하여 송수신 경로를 구성하는 스위칭부를 구비한다.
종래의 초음파 진단장치는 상시 전원이 공급되는 AC교류전원을 사용하기 때문에 전력이 부족해지는 상황이 발생하지는 않았으나, 최근 들어 전력이 한정된 배터리를 전력원으로 사용하는 휴대용 초음파 진단장치를 사용하게 되면서 최소한의 전력으로 사용시간을 최대한으로 확보하기 위한 기술에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0050845호(공개일: 2010년 05월 14일)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제한된 전력을 구비한 배터리를 전력원으로 사용하는 휴대용 초음파 진단장치의 사용전력을 최소화 하기 위하여 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법 및 이를 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법은, 피검사체로 송신하는 초음파를 발생시키기 위해 전기적 펄스를 생성하는 고전압 펄스 생성부에 전원을 인가하기 위한 TX회로와 피검사체로부터 돌아오는 초음파 에코신호를 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 신호처리부에 전원을 인가하기 위한 RX회로를 구성하며 상기 TX회로와 RX회로에 인가되는 전원의 저전력모드를 제어하기 위한 외부입력단자를 구비하는 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법에 있어서, 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT1)전에 TX회로에 동작전원을 인가하는 단계와; 초음파 에코신호를 수신하기 위한 RX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되는 단계와; 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 프로브가 압전 소자 어레이 모듈에 전기적 펄스를 가해 초음파를 발생시키는 단계와; 메뉴 입력부에서 사용자 선택에 따라 특정 깊이의 영역에 대응되는 초음파 에코 신호를 수신하기 위한 RX회로의 대기시간(σT) 설정유무를 입력받는 단계와; 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우에는 RX회로에 동작전원을 인가한 다음 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)로 되고, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 상기 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)간 된 다음 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계; 및 초음파 진단 장치의 메인회로부가 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시키고 사용자 화면에 전달하는 단계;를 포함한다.
여기서, ㅅ상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우에는 RX회로에 동작전원을 인가한 다음 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)로 되고, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 상기 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)간 된 다음 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계는, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우(σT=0)에는 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)전에 RX회로에 동작전원을 인가하고, 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로는 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되고, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 먼저 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되고, 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)에 추가적으로 대기시간(σT)을 적용하여 대기하며, 다음으로 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치는, 압전소자 어레이 모듈과 먹스회로부를 구비하여 초음파를 발생시키고 에코 신호를 수신하는 역할을 수행하는 초음파 프로브와; 상기 초음파 프로브에서 수신한 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시켜 사용자 화면으로 전달하는 역할을 수행하는 메인회로부와; 상기 초음파 프로브와 메인회로부에 필요한 전력을 공급하는 휴대용 배터리; 및 상기 휴대용 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 초음파 프로브를 구동하는 고전압을 포함하여 전체 시스템에서 필요로 하는 전압을 생성하여 분배하는 저전력 전원모드 제어부;를 포함한다.
이때, 상기 저전력 전원모드 제어부는, 상기 배터리로부터 전압을 인가받아 초음파 펄스를 송신하는 TX회로의 동작시간에는 고전압 펄스 생성부를 사전에 설정된 주파수로 동작하게 하고 초음파 에코를 수신하는 RX회로의 동작시간에는 상기 메인회로부에 구비되는 아날로그-디지털 회로부에서 초음파 에코신호를 증폭시킨 후 디지털신호로 변환시키는 동작을 수행하게 한다.
상기 메인회로부는, 초음파 송신을 위한 TX회로와 초음파 에코 수신을 위한 RX회로를 송수신 상태에 따라 각각 상기 초음파 프로브에 연결하는 스위치역할을 수행하는 송수신부를 구비하고, 상기 저전력 전원모드 제어부는, 상기 송수신부를 제어하여 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 RX회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 TX회로의 동작을 멈추게 하여 소모되는 전력사용량을 최소화 시키는 역할을 수행한다.
또한, 상기 메인 회로부는, 초음파를 발생시키기 위해 압전소자 어레이 모듈에 가하는 전기적 펄스를 생성하는 고전압 펄스 생성부와; 피검사체에서 돌아오는 초음파 에코신호의 크기를 증폭하여 디지털신호로 변화시키는 아날로그-디지털 신호처리부와; 상기 고전압 펄스 생성부에서 생성된 고전압 펄스를 상기 초음파 프로브에 전송하거나, 상기 초음파 프로브에서 수신된 아날로그 신호를 아날로그-디지털 신호처리부에 전송하는 송수신부와; 상기 초음파 프로브에 적합한 파라미터를 이용하여 상기 고전압 펄스 생성부로 하여금 적합한 고전압 펄스를 생성하게 하고, 상기 아날로그-디지털 신호처리부에서 변환된 디지털 신호를 수신하여 상기 초음파 프로브에 맞게 데이터 변환을 수행하는 빔포머와; 상기 빔포머를 제어하여 초음파 프로에 적합한 빔포밍을 수행하게 하고, 상기 빔포머로부터 수신된 데이터를 이용하여 초음파 영상을 생성하는 역할을 하며, 초음파 스캔 데이터를 이용하여 디스플레이부 및 외부 표시장치에 전송하거나 전체 시스템을 제어하는 기능을 수행하는 프로세서; 및 상기 외부 표시장치와 데이터를 송수신하는 통신부;를 구비한다.
또한, 상기 통신부는, 유선케이블을 이용한 근거리 통신 네트워크(LAN), 블루투스(Bluetooth), 무선 USB(Wireless USB), Wireless LAN, 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 및 적외선 통신인 IrDA(Infrared Data Association) 중 어느 하나의 방식을 이용한다.
게다가, 상기 외부 표시장치는, 상기 통신부와 데이터를 송수신하는 데이터통신부와, 사용자로부터 메뉴신호를 입력받는 메뉴입력부와, 초음파 영상 및 메뉴를 표시하는 화면표시부, 및 상기 프로세서와 제어신호를 주고받는 컨트롤부를 구비한다.
한편, 상기 데이터통신부는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터를 수신하여 상기 컨트롤부에 전달하고, 상기 컨트롤부는 스캔데이터를 이용하여 초음파 영상을 만드는 스캔 컨버젼(scan coversion) 과정을 수행하고 이후 화질을 향상시키기 위해 필요한 포스트 프로세싱(post processing)을 수행하며, 상기 컨트롤부는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터가 압축되어 있는 경우 압축을 해제하는 과정을 수행하고, 상기 화면표시부는 상기 컨트롤부가 만든 초음파 영상을 화면에 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 하며, 상기 메뉴입력부는 사용자의 입력을 받아 상기 컨트롤부에 전달하고 상기 컨트롤부는 이를 직접 처리하거나 상기 데이터통신부를 이용하여 휴대용 초음파 진단장치에 보내는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 수신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추게 하는 저전력모드로 수행할 수 있는 수행방법을 제공하여 휴대용 초음파 진단장치에서 사용하는 사용전력을 최소한으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피검체의 초음파 영상을 얻기 위하여 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 웨이크업 타임(ΔT1)과, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 수신회로와 관련된 웨이크업 타임(ΔT2), 및 피검체의 초음파 영상에서 불필요한 특정영역을 제외한 필수영역을 얻기 위하여 대기하는 대기시간(σT)를 이용하여 저전력모드로 동작하는 휴대용 초음파 진단장치의 사용전력을 추가로 줄일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, 휴대용 초음파 진단장치의 내부에 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 피검체로 송신하고 이 피검체로부터 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하기 위한 동작을 수행하기 위하여 송수신 경로를 구성하는 스위칭부를 제어하여 상기 휴대용 초음파 진단장치가 최소한의 사용전력을 사용하는 저전력모드로 동작하게 하는 저전력 전원모드 제어부를 구비하여 저전력모드로 동작하는 휴대용 초음파 진단장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 초음파 진단 장치의 구성도이다.
도 2는 도1의 메인회로부의 세부구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치와 연결되는 외부표시장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예가 적용된 휴대용 초음파 진단장치의 초음파 펄스 송신과 초음파 에코 수신을 하는 경우에 동작하는 TX회로 및 RX회로의 동작시간을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 6은 도 4에 도시된 TX회로 및 RX회로의 동작시간과 관련된 세부구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 TX회로와 RX회로의 동작시간에 TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT1)과 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)을 적용하여 실제로 전원이 인가되는 시간을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 TX회로의 동작시간에 대기시간(σT)을 적용하여 나타내는 도면이다.
도 9는 일반적인 초음파 영상이미지와 도 8에 도시된 대기시간(σT)이 적용된 휴대용 초음파 진단장치에서 수신한 태아의 초음파 이미지를 개략적으로 비교하기 위하여 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 초음파 진단 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 진단 장치(10)는, 초음파 프로브(100)와, 메인회로부(200)와, 저전력 전원모드 제어부(300), 및 배터리(400)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 초음파 프로브(100)는 압전소자 어레이 모듈(110)와 먹스 회로부(120)를 구비하며, 여기서, 상기 압전소자 어레이 모듈(110)과 먹스 회로부(120)는 압전 소자를 포함하여 초음파를 발생시키고 에코 신호를 수신하는 역할을 하며, 상기 메인회로부(200)는 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시키고 사용자 화면을 갖는 외부 휴대용 표시장치(500)에 전달하는 역할을 한다. 또한, 상기 저전력 전원모드 제어부(300)는 초음파 프로브(100)를 구동하는 고전압을 포함하여 전체 시스템에서 필요로 하는 전압을 생성하여 분배하며, 한정된 전력을 지닌 배터리(400)를 전력원으로 사용하면서 사용시간을 최대한 확보하기 위하여 동작중에 소모되는 전력사용량을 최소화 시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 압전소자 어레이 모듈(110)은 압전 물질(piezoelectric material)로 구성되어 있다. 압전 물질은 진동하여 음파의 펄스를 발생시켜 인체 내로 송신을 하기도 하고 반사된 에코를 수신하여 전기적 신호로 바꾸는 두 가지 역할을 한다. 최근 압전 물질은 전기음향 변환 효율이 가장 좋은 압전 세라믹 lead zirconatetitante(PZT)이 주로 이용되고 있다. 압전소자 어레이 모듈(110)은 일반적으로 64, 128, 192개 등 많은 개수의 압전소자가 배열형태로 배치되도록 구성된다. 이때, 압전소자를 구동하는 전기적 펄스의 범위는 +100V~-100V 까지의 고전압을 사용하며, 초음파 트랜스듀서(Ultrasoung transducer)라고도 부른다.
상기 먹스 회로부(120)는 신호 핀의 개수를 줄여주는 역할을 하는데 먹스 회로부(120)는 압전소자 어레이 모듈(110)과 송수신부(210) 사이의 신호 라인의 개수를 정합하는 역할을 한다.
즉, 초음파 송신 및 에코 수신시에 압전소자 어레이 모듈(110)에 있는 모든 소자를 동시에 사용하지 않고 초음파 에코 데이터를 수집하려는 위치에 있는 일부 소자만을 사용하므로 이 소자들을 전기적으로 선택하여 송수신부(210)에 연결한다.
앞에서 언급한 바와 같이, 압전소자 어레이 모듈(110)의 압전 소자의 개수는 64, 128, 192개 등의 많은 개수로 이루어지는 것이 일반적인데, 이와 같이 먹스 회로부(120)를 사용하면, 신호라인의 개수가 현저하게 줄어들게 된다.
한편, 상기 메인 회로부(200)는, 피검체에 대하여 초음파를 발생시키도록 제어할 수 있으며, 압전소자 어레이 모듈(110)에서 수신되는 에코 신호를 전달 받아, 에코 신호의 강도 차이를 해석하고 처리하여 점의 밝기로 나타내어 초음파 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 도1의 메인회로부의 세부구성을 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 메인 회로부(200)는 송수신부(210)와, 고전압 펄스 생성부(220)와, 아날로그-디지털 신호처리부(230)와, 빔포머(240)와, 프로세서(250), 및 통신부(260)를 포함하여 구성된다.
상기 송수신부(210)는 고전압 펄스 생성부(220)에서 생성된 고전압 펄스를 상기 초음파 프로브(100)에 전송하거나, 상기 초음파 프로브(100)에서 수신된 아날로그 신호를 아날로그-디지털 신호처리부(230)에 전송하는 역할을 한다. 즉, 초음파 송신시에는 TX회로와 압전소자 어레이 모듈(110)을 연결하고 초음파 에코 수신시에는 RX회로와 압전소자 어레이 모듈(110)을 연결하는 스위치이다.
고전압 펄스 생성부(220)는 초음파를 발생시키기 위해 압전소자 어레이 모듈(110)에 가하는 전기적 펄스를 생성하고, 아날로그-디지털 신호처리부(230)는 피검사체에서 돌아오는 초음파 에코신호의 크기가 매우 작기 때문에 이를 증폭하여 디지털신호로 변화시킨다.
빔포머(240)는 상기 초음파 프로브(100)에 적합한 파라미터를 이용하여 고전압 펄스 생성부(220)로 하여금 적합한 고전압 펄스를 생성하게 하는 것을 TX 빔포밍이라 하는데 이것은 초음파를 송신할 때 특정 거리에 있는 초점에 초음파의 에너지를 집속시키기 위해 압전소자의 위치에 따라 전기적 펄스에 시간을 지연시키고 , 아날로그-디지털 신호처리부(230)에서 변환된 디지털 신호를 수신하여 초음파 프로브(100)에 맞게 데이터 변환을 수행하여 프로세서(250)로 전달하는 역할을 하는 것을 RX 빔포밍이라 하는데 이것은 초음파 에코를 수신할 때 압전소자의 위치 및 수신 시간에 따라 각 압전소자에서 나오는 전기적 신호를 시간 지연시키고 시간 지연된 신호를 합산하여 초음파데이터(스캔데이터)를 생성 한다.
또한, 빔포머(240)는 프로세서(250)의 제어에 따라 아날로그-디지털 신호처리부(230)로 적절한 디지털 신호를 생성하여 전달한다.
프로세서(250)는 빔포머(240)를 제어하여 초음파 프로브(100)에 적합한 빔포밍을 수행하게 하고, 빔포머(240)로부터 수신된 데이터를 이용하여 초음파 영상을 생성하는 역할을 하며, 초음파 스캔 데이터를 통신부(260)를 이용하여 외부 표시장치(500)에 전송하거나 전체 시스템을 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 통신에 사용되는 전송선로의 대역폭을 줄이기 위해 필요시 스캔 데이터의 압축을 실행하기도 한다.
통신부(260)는 외부 전가 기기와 데이터를 송수신하는 통신 모듈로서, 통신 모듈은 유무선 통신 방식을 사용할 수 있는데 유선 통신 방식으로는 USB 케이블 등의 유선 케이블을 이용할 수 있으며, 무선 통신 방식으로는 블루투스(Bluetooth), 무선 USB(Wireless USB), Wireless LAN, 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 또는 적외선 통신인 IrDA(Infrared Data Association) 중 하나의 방식을 이용한 모듈일 수 있다.
통신부(260)는 프로세서(250)의 제어에 따라 생성된 초음파 영상을 외부 표시장치(500)의 표시부에 표시할 수 있다. 이때, 외부 표시장치(500)는 PC, 스마트폰, 태블릿형 기기, 패드형 기기, PDA 등 일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 통신부(260)와 데이터를 송수신하는 데이터통신부(510), 사용자로부터 메뉴신호를 입력받는 메뉴입력부(520), 초음파 영상 및 메뉴를 표시하는 화면표시부(530), 및 상기 프로세서(250)와 제어신호를 주고받는 컨트롤부(540)를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 외부표시장치(500)의 데이터통신부(510)는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터를 수신하여 컨트롤부(540)에 전달하고, 상기 컨트롤부(540)는 스캔데이터를 이용하여 초음파 영상을 만드는 스캔 컨버젼(scan coversion) 과정을 수행하고 이후 화질을 향상시키기 위해 필요한 포스트 프로세싱(post processing)을 수행하며, 상기 컨트롤부(540)는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터가 압축되어 있는 경우 압축을 해제하는 과정도 수행한다. 또한, 화면표시부(530)는 컨트롤부(540)가 만든 초음파 영상을 화면에 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 하고, 메뉴입력부(520)는 사용자의 입력을 받아 컨트롤부(540)에 전달하고 컨트롤부(540)는 이를 직접 처리하거나 데이터통신부(510)를 이용하여 휴대용 초음파 진단장치에 보낸다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 진단 장치(10)는 자체적으로 디스플레이부(미도시)를 포함할 수도 있다. 즉, 초음파 진단 장치(100)는 통신 모듈을 통하여 생성된 초음파 영상을 타 전자 장치에 전송하여 디스플레이할 수도 있으며, 자체적으로 구비하고 있는 디스플레이부에 직접 표시하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예가 적용된 휴대용 초음파 진단장치의 초음파 펄스 송신과 초음파 에코 수신을 하는 경우에 동작하는 TX회로 및 RX회로의 동작시간을 나타내고 있으며, 도 5 내지 도 6은 도 4에 도시된 TX회로 및 RX회로의 동작시간과 관련된 세부구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단 정치는 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 초음파 펄스를 송신하는 TX회로의 동작시간에는 고전압 펄스 생성부(220)가 배터리(400)로부터 전압을 인가 받아 사전에 설정된 주파수로 동작하게 되고, 초음파 에코를 수신하는 RX회로의 동작시간에는 아날로그-디지털 신호처리부(230)가 대상체에서 돌아오는 초음파 에코신호를 증폭시킨 후 디지털신호로 변환시키는 동작을 수행하게 된다.
즉, 초음파 펄스를 송신하는 동안에는 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 TX회로와 관련된 고전압 펄스 생성부(220)와, 배터리(400)로부터 전력을 받아 고전압을 생성하여 상기 고전압 펄스 생성부(220)에 고전압을 인가하는 고전압 생성부(221), 및 디지털-아날로그 신호처리부(미도시)가 동작하게 되고 RX 회로는 동작하지 않는다.
또한, 초음파 에코를 수신하는 동안에는 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 RX회로와 관련된 아날로그 프론트엔드미도시)와, 낮은 전력 레벨의 RX에코신호를 증폭시키는 저잡음증폭기(231)와, 인체내 깊은 곳에서 돌아오는 경우 감쇄된 신호를 보상해주기 위한 가변증폭기(232),CWD(Continuous Wave Doppler-연속파형도플러-미도시), 및 빔포머(240)에서 디지털신호를 처리할 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 AD컨버터부(233)를 포함하는 아날로그-디지털 신호처리부(230)가 동작하게 되고 상기 TX회로는 동작하지 않는다.
한편, 상기의 TX회로 및 RX회로와 관련된 구성들은 각각 단일의 반도체칩 또는 통합칩으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 모드 기능을 제어하기 위한 외부 입력단자를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 외부 입력단자를 통하여 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 저전력모드와 정상모드 제어를 수행할 수 있다.
도 7은 도 4에 도시된 TX회로와 RX회로의 동작시간에 TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT1)과 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)을 적용하여 실제로 전원이 인가되는 시간을 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 진단장치(10)는 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파신호를 수신하는 수신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추게 한다.
즉, 휴대용 진단장치(10)의 TX회로는 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 동작하는 시간에 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 저전력 모드 상태(또는 전원이 OFF된 상태)로 대기한다. 여기서, 전원이 꺼진 상태나 저전력 모드 상태에서 초음파 신호를 송신하기 위한 정상 동작상태까지 진입하는데 걸리는 구동시간이(wake-up time)이 필요하게 되는데, 이때, TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간을 ΔT1 이라 할 때, TX회로는 정상 동작 시점보다 구동시간(ΔT1) 전에 전원이 인가되어 정상 동작을 수행하게 된다. 이후 동작시간이 완료되면 즉시 저전력 모드 상태 또는 전원이 오프된 상태로 진입한다.
또한, 휴대용 진단장치(10)의 RX회로는 초음파 신호를 송신하기 위하여 동작하는 시간에 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 저전력 모드 상태(또는 전원이 OFF된 상태)로 대기한다. 여기서, 전원이 꺼진 상태나 저전력 모드 상태에서 초음파 에코신호를 수신하기 위한 정상 동작상태까지 진입하는데 걸리는 구동시간이(wake-up time)이 필요하게 되는데, 이때, RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간을 ΔT2 라 할 때, RX회로는 정상 동작 시점보다 구동시간(ΔT2) 전에 전원이 인가되어 정상 동작을 수행하게 된다. 이후 동작시간이 완료되면 즉시 저전력 모드 상태 또는 전원이 오프된 상태로 진입한다.
도 8은 도 7에 도시된 TX회로의 동작시간에 대기시간(σT)을 적용하여 나타내는 도면이다.
초음파 진단장치에 의하여 측정된 초음파 영상에서 진찰자가 관심 갖는 영역은 인체의 피부에서 3cm 이상의 깊이에 위치하는 지점이다. 특히, 인체의 피부에서 1~2 cm 깊이에 있는 영역은 피부를 포함한 피하지방이 대부분이고 임상적인 진단을 내리기 위한 기본적이고도 의미있는 정보를 갖고 있지 않는 것이 대부분인것이 현실이다.
이러한 점을 감안할 때, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치는 사용자에게 의미없는 영역의 정보를 측정하기 위한 전원이 인가되는 시간을 추가적으로 제거함으로써, 즉, 인체의 피부에서 특정 깊이의 영역에 도달하는 시간동안 초음파 에코신호를 수신하지 않기 때문에 피검체의 초음파에서 불필요한 특정영역을 제외함으로써 그에 따른 동작시간에 사용되는 사용전력을 추가적으로 줄일 수 있게 된다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치는, 사용자에 의해 입력된 특정 깊이의 영역을 제외하고 초음파 에코신호를 수신한다.
여기서, 대기시간(σT)는 피검체의 초음파 영상에서 불필요한 특정영역을 제외한 필수영역을 얻기 위하여 대기하는 대기시간을 가리키며, 이러한 대기시간은 인체내의 초음파가 전파되는 속도가 1540m/s로 정해져 있기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 저전력 전원모드 제어부(300)에 의하여 정확하게 계산될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단 장치에 있어서, RX회로는 대기시간(σT)만큼의 시간 동안 추가로 저전력 모드 상태 또는 전원이 오프된 상태로 대기하다가 정상동작을 수행하는 상태 모드로 진입하게 되므로 대기시간(σT)만큼의 동작할 사용전력을 추가적으로 줄일 수 있다.
도 9는 일반적인 초음파 영상이미지와 도 8에 도시된 대기시간(σT)이 적용된 휴대용 초음파 진단장치에서 수신한 태아의 초음파 이미지를 개략적으로 비교하기 위하여 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 초음파 영상의 전체 깊이는 일반적인 초음파 영상미지를 참조하여 14cm임을 알 수 있으며, 이 중 4cm 깊이의 영역에 있는 초음파 에코신호를 수신하지 않는다고 하면 초음파 에코신호를 수신하기 위한 RX 회로가 동작하는데 필요한 전력의 일부를 절약할 수 있게된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법을 나타내는 순서도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 진단장치는, 먼저, 초음파 신호를 송신하기 위하여 TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT1)전에 TX회로에 동작전원을 인가한다(S1). 이때, 초음파 에코신호를 수신하기 위한 RX회로는 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 된다(S2).
다음으로, 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 프로브(100)는 압전 소자에 전기적 펄스를 가해 초음파를 발생시킨다(S3).
또한, 메뉴입력부(520)에서 사용자 선택에 따라 특정 깊이의 영역에 대응되는 RX회로의 대기시간(σT) 설정유무를 입력받는다(S4).
여기서, RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우(σT=0)에는 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)전에 RX회로에 동작전원을 인가하고(S5), 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로는 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 된다음(S6), 메인회로부(200)가 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시키고 사용자 화면에 전달하게 된다(S10).
반면에, RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 먼저 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 된다(S7).
다음으로, 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)에 추가적으로 대기시간(σT)을 적용하여 대기하고(S8), 이후에 RX회로에 동작전원을 인가한다(S9).
마지막으로, 메인회로부(200)는 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시키고 사용자 화면에 전달하게 된다(S10).
상기와 같이, 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 수신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 회로의 동작을 멈추게 하는 저전력모드로 수행할 수 있는 수행방법을 제공하여 휴대용 초음파 진단장치에서 사용하는 사용전력을 최소한으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피검체의 초음파 영상을 얻기 위하여 초음파 신호를 송신하는 송신회로와 관련된 웨이크업 타임(ΔT1)과, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 수신회로와 관련된 웨이크업 타임(ΔT2), 및 피검체의 초음파 영상에서 불필요한 특정영역을 제외한 필수영역을 얻기 위하여 대기하는 대기시간(σT)를 이용하여 저전력모드로 동작하는 휴대용 초음파 진단장치의 사용전력을 추가로 줄일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, 휴대용 초음파 진단장치의 내부에 피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 피검체로 송신하고 이 피검체로부터 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하기 위한 동작을 수행하기 위하여 송수신 경로를 구성하는 스위칭부를 제어하여 상기 휴대용 초음파 진단장치가 최소한의 사용전력을 사용하는 저전력모드로 동작하게 하는 저전력 전원모드 제어부를 구비하여 저전력모드로 동작하는 휴대용 초음파 진단장치를 제공할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 하지만, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 기술된 것이고 본 발명의 내용을 이에 한정하거나 제한하기 위하여 기술된 것은 아니다, 그러므로, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 실시하는 것이 가능할 것이다, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 휴대용 초음파 진단장치의 제조분야에 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 피검사체로 송신하는 초음파를 발생시키기 위해 전기적 펄스를 생성하는 고전압 펄스 생성부에 전원을 인가하기 위한 TX회로와 피검사체로부터 돌아오는 초음파 에코신호를 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 신호처리부에 전원을 인가하기 위한 RX회로를 구성하며 상기 TX회로와 RX회로에 인가되는 전원의 저전력모드를 제어하기 위한 외부입력단자를 구비하는 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법에 있어서,
    초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT1)전에 TX회로에 동작전원을 인가하는 단계와;
    초음파 에코신호를 수신하기 위한 RX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되는 단계와;
    피검체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 프로브가 압전 소자 어레이 모듈에 전기적 펄스를 가해 초음파를 발생시키는 단계와;
    메뉴 입력부에서 사용자 선택에 따라 특정 깊이의 영역에 대응되는 초음파 에코 신호를 수신하기 위한 RX회로의 대기시간(σT) 설정유무를 입력받는 단계와;
    상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우에는 RX회로에 동작전원을 인가한 다음 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)로 되고, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 상기 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)간 된 다음 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계; 및
    초음파 진단 장치의 메인회로부가 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시키고 사용자 화면에 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우에는 RX회로에 동작전원을 인가한 다음 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)로 되고, 상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 상기 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)간 된 다음 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계는,
    상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되지 않을 경우(σT=0)에는 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)전에 RX회로에 동작전원을 인가하고, 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로는 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되고,
    상기 RX회로의 대기시간(σT)이 설정되는 경우에는 먼저 초음파 신호를 송신하기 위한 TX회로가 저전력 모드 상태(또는 전원 OFF모드 상태)가 되고, 초음파 에코신호를 수신하기 위하여 RX회로를 구동시키는데 필요한 구동시간(ΔT2)에 추가적으로 대기시간(σT)을 적용하여 대기하며, 다음으로 RX회로에 동작전원을 인가하는 단계인 것을 특징으로 하는 휴대용 초음파 진단장치의 저전력모드를 수행하는 수행방법
  3. 제 1항 내지 제 2항에 따른 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치에 있어서,
    압전소자 어레이 모듈과 먹스회로부를 구비하여 초음파를 발생시키고 에코 신호를 수신하는 역할을 수행하는 초음파 프로브와;
    상기 초음파 프로브에서 수신한 에코 신호를 수신 및 분석하여 초음파 영상을 생성시켜 사용자 화면으로 전달하는 역할을 수행하는 메인회로부와;
    상기 초음파 프로브와 메인회로부에 필요한 전력을 공급하는 휴대용 배터리; 및
    상기 휴대용 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 초음파 프로브를 구동하는 고전압을 포함하여 전체 시스템에서 필요로 하는 전압을 생성하여 분배하는 저전력 전원모드 제어부;를 포함하고,
    상기 메인회로부는,
    초음파 송신을 위한 TX회로와 초음파 에코 수신을 위한 RX회로를 송수신 상태에 따라 각각 상기 초음파 프로브에 연결하는 스위치역할을 수행하는 송수신부를 구비하고,
    상기 저전력 전원모드 제어부는, 상기 송수신부를 제어하여 초음파 신호를 송신할 경우에는 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 RX회로의 동작을 멈추고, 피검체에서 반사되어 온 초음파 에코 신호를 수신하는 경우에는 상기 초음파 신호를 송신하는 TX회로의 동작을 멈추게 하여 소모되는 전력사용량을 최소화 시키는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
  4. 제 3항에 있어서, 상기 메인 회로부는,
    초음파를 발생시키기 위해 압전소자 어레이 모듈에 가하는 전기적 펄스를 생성하는 고전압 펄스 생성부와;
    피검사체에서 돌아오는 초음파 에코신호의 크기를 증폭하여 디지털신호로 변화시키는 아날로그-디지털 신호처리부와;
    상기 고전압 펄스 생성부에서 생성된 고전압 펄스를 상기 초음파 프로브에 전송하거나, 상기 초음파 프로브에서 수신된 아날로그 신호를 아날로그-디지털 신호처리부에 전송하는 송수신부와;
    상기 초음파 프로브에 적합한 파라미터를 이용하여 상기 고전압 펄스 생성부로 하여금 적합한 고전압 펄스를 생성하게 하고, 상기 아날로그-디지털 신호처리부에서 변환된 디지털 신호를 수신하여 상기 초음파 프로브에 맞게 데이터 변환을 수행하는 빔포머와;
    상기 빔포머를 제어하여 초음파 프로에 적합한 빔포밍을 수행하게 하고, 상기 빔포머로부터 수신된 데이터를 이용하여 초음파 영상을 생성하는 역할을 하며, 초음파 스캔 데이터를 이용하여 디스플레이부 및 외부 표시장치에 전송하거나 전체 시스템을 제어하는 기능을 수행하는 프로세서; 및
    상기 외부 표시장치와 데이터를 송수신하는 통신부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
  5. 제 4항에 있어서, 상기 통신부는,
    유선케이블을 이용한 근거리 통신 네트워크(LAN), 블루투스(Bluetooth), 무선 USB(Wireless USB), Wireless LAN, 와이파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 및 적외선 통신인 IrDA(Infrared Data Association) 중 어느 하나의 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
  6. 제 4항에 있어서, 상기 외부 표시장치는,
    상기 통신부와 데이터를 송수신하는 데이터통신부와, 사용자로부터 메뉴신호를 입력받는 메뉴입력부와, 초음파 영상 및 메뉴를 표시하는 화면표시부, 및 상기 프로세서와 제어신호를 주고받는 컨트롤부를 구비하는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 데이터통신부는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터를 수신하여 상기 컨트롤부에 전달하고, 상기 컨트롤부는 스캔데이터를 이용하여 초음파 영상을 만드는 스캔 컨버젼(scan coversion) 과정을 수행하고 이후 화질을 향상시키기 위해 필요한 포스트 프로세싱(post processing)을 수행하며, 상기 컨트롤부는 휴대용 초음파 진단장치에서 보내온 스캔데이터가 압축되어 있는 경우 압축을 해제하는 과정을 수행하고, 상기 화면표시부는 상기 컨트롤부가 만든 초음파 영상을 화면에 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 하며, 상기 메뉴입력부는 사용자의 입력을 받아 상기 컨트롤부에 전달하고 상기 컨트롤부는 이를 직접 처리하거나 상기 데이터통신부를 이용하여 휴대용 초음파 진단장치에 보내는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
  8. 제 3항에 있어서, 상기 저전력 전원모드 제어부는,
    상기 배터리로부터 전압을 인가받아 초음파 펄스를 송신하는 TX회로의 동작시간에는 고전압 펄스 생성부를 사전에 설정된 주파수로 동작하게 하고 초음파 에코를 수신하는 RX회로의 동작시간에는 상기 메인회로부에 구비되는 아날로그-디지털 회로부에서 초음파 에코신호를 증폭시킨 후 디지털신호로 변환시키는 동작을 수행하게 하는 것을 특징으로 하는 저전력모드를 수행하는 수행방법을 적용하기 위한 휴대용 초음파 진단장치
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