WO2016204326A1 - 적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법 - Google Patents

적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법 Download PDF

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medical
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공우규
여선미
김기덕
이재진
강지운
박종호
이영남
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서강대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for transmitting and receiving a medical image, and more particularly, between a transmitting end and a receiving end in a portable wireless ultrasound imaging system in which a transmitting medical imaging device and a receiving medical image receiving device are physically separated from each other by contacting a probe.
  • Medical imaging technology is a diagnostic technology that visualizes muscles, tendons, and many internal organs, their size, structure, and pathological damage in real-time tomography by means of ultrasound and photoacoustics. It is also used to visualize the fetus in periodic or emergency situations. Ultrasound has been used to image the human body for at least 50 years, which is one of the most widely used diagnostic techniques in modern medicine. This technology has the advantage of being inexpensive and mobile compared to magnetic resonance imaging (MRI) or X-ray computed tomography (CT).
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT X-ray computed tomography
  • the principle of the ultrasound image is as follows. First, a probe is brought into contact with a measurement object and ultrasonic waves are generated to receive reflected ultrasonic waves to form an image. When ultrasonic waves are generated, sound waves pass through the medium in a very short time, and reflected waves are generated when they pass between two media with different acoustic impedances. In ultrasonic imaging technology, the reflected wave is measured and the image is composed by inverting the distance through the time until the reflected sound returns.
  • the technical problem to be solved by the present invention is that the transmitting end and the receiving end in the portable ultrasound medical equipment proposed to overcome the limitations of the conventional integrated ultrasound medical equipment that is inconvenient to carry the image processing in a fixed form, respectively, the transmitting end It solves the problem of failing to cope with the change of communication environment between the receiver and the receiver, and overcomes the limitation that the whole operation of the ultrasound medical imaging system becomes inoperable when any of the physically separated transmitter and receiver equipment is exhausted.
  • the telemedicine imaging system must maintain high image quality while degrading the user experience because the telemedicine imaging system is at the level of compressing the image data itself according to uniform and fixed rules without considering the situation and environment in which the communication status is limited. Important medical information And to address the weaknesses that room.
  • a method for transmitting a medical image by the image transmitting apparatus receiving a medical image data using a probe (probe); Detecting a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus; Variably determining, by the video transmitting apparatus, a data rate required for data transmission based on a preset data rate based on the communication throughput; Performing, by the image transmitting apparatus, medical image processing by selecting a signal path that satisfies the determined data rate with respect to the medical image data; And inducing the image receiving apparatus to post-process the result of the medical image processing performed by the image transmitting apparatus by transmitting the result of the medical image processing to the image receiving apparatus according to the determined data rate.
  • the image transmitting apparatus detects that the communication throughput drops below a threshold value according to a change in a communication state, and the image transmitting apparatus determines a decimation ratio. ) Is inversely proportional to the sensed communication throughput, and the number of scanlines is proportional to the sensed communication throughput, so that the result of the medical image processing is based on a preset frame rate and image. Induce to satisfy the quality.
  • the preset frame rate and the quality of the image are each weighted according to a user's selection, and the frame rate is compared to the quality of the image.
  • the video transmission apparatus increases the increase rate of the decimation rate and the decrease rate of the number of scan lines, but reduces the number of samples per length, and the quality of the image compared to the frame rate.
  • the image transmission apparatus may maintain the increase rate of the decimation rate and the decrease rate of the number of scan lines, but suppress the decrease of the number of samples per length.
  • a method for receiving a medical image by the image receiving apparatus the image receiving device receiving a result of the medical image processing from the image transmitting apparatus; Analyzing, by the image receiving apparatus, a result of the medical image processing to identify a preprocessing process; And postprocessing, by the image receiving apparatus, the result of the medical image processing subsequent to the identified preprocessing process, wherein the preprocessing process is performed by the image transmitting apparatus receiving medical image data using a probe.
  • Detect a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus and variably determine a data rate required for data transmission based on a preset data rate based on the communication throughput; Is performed by selecting a signal path that satisfies the determined data rate.
  • the remote medical imaging apparatus generates a medical image using a probe (probe) step; Setting a region of interest (ROI) in the generated medical image and dividing at least one region according to a distance from the set region of interest; Generating, by the telemedicine imaging apparatus, reduced image data for each divided region by applying a differential image data reduction technique to the divided region; And transmitting, by the remote medical imaging apparatus, the reduced image data to a local medical imaging apparatus.
  • a probe probe
  • ROI region of interest
  • the generating of the reduced image data may include a region that is farther away from the region of interest than the region of interest.
  • a method for receiving a medical image by a local medical imaging apparatus the local medical imaging device receiving a medical image from a remote medical imaging device; Interpreting, by the local medical imaging apparatus, the received medical image to restore the reduced image data for each divided region; And outputting the reconstructed image data by the local medical imaging apparatus, wherein the reduced image data is generated by the remote medical imaging apparatus using a probe to generate a medical image, and outputs the medical image to the generated medical image. It is generated by setting a region of interest, dividing at least one or more regions according to the distance from the region of interest, and applying a differential image data reduction technique to the divided regions.
  • a method for transmitting a medical image by the image transmitting apparatus the image transmitting apparatus to obtain a medical image data using a probe (probe); Evaluating, by the image transmitting apparatus, at least one of a communication state and a power state between the image receiving apparatuses; Determining, by the image transmitting apparatus, a restoration parameter according to the evaluation result and restoring a first medical image from the medical image data according to the determined restoration parameter; Generating compressed data by encoding the restored first medical image by the image transmitting apparatus; And inducing the image receiving apparatus to generate a post-processed second medical image from the compressed data by transmitting the generated compressed data to the image receiving apparatus.
  • restoring the first medical image may include: throughput or power state according to the communication state in size of the first medical image;
  • the reconstruction parameter for image reconstruction is variably determined to be proportional to the amount of remaining power.
  • the image receiving apparatus receives the compressed data from the image transmitting apparatus; Restoring a first medical image by decoding the compressed data received by the image receiving apparatus; And generating a second medical image by post-processing the restored first medical image by the image receiving apparatus, wherein the compressed data is generated by the image transmitting apparatus using a probe.
  • Obtain an image evaluate at least one of a communication state or a power state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus, determine a restoration parameter according to the evaluation result, and determine a first medical image from the medical image data according to the determined restoration parameter. Is generated by encoding the reconstructed first medical image.
  • the following provides a computer-readable recording medium recording a program for executing a method for transmitting a medical image and a method for receiving a medical image described above in a computer.
  • Embodiments of the present invention adaptively change the data rate to be transmitted wirelessly by varying the steps of signal processing at the transmitter and receiver in accordance with the communication situation to provide the user with an ultrasound image of a constant frame rate regardless of the communication situation.
  • efficient use of the battery usage of the transmitter and receiver can extend the available time of the system.
  • embodiments of the present invention partition the entire medical image obtained through the probe to provide a specific area of interest to the user in high quality, but to reduce the quality of the image to other areas to minimize the amount of data to be transmitted wirelessly, While minimizing the loss of important medical data within the bandwidth wireless network, the user's interest information can be maintained as much as possible, and the progressive data reduction method is adopted to secure insufficient communication bandwidth to maximize the user's experience.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall structure of a wireless ultrasound imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method in which an image transmitting apparatus adaptively transmits a medical image according to a signal path selection according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a series of signal processing processes of an ultrasound imaging system for applying to embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation between a data rate and communication throughput required for transmitting medical image data in a communication network in which embodiments of the present invention are utilized.
  • FIG. 5 illustrates a variable data rate determination algorithm for transmitting medical image data according to a communication state adopted by embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of implementing an application in a wireless ultrasound imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method in which an image receiving apparatus according to an embodiment of the present invention receives a medical image corresponding to the image transmitting apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of transmitting reduced image data through region division using an ROI in a wireless ultrasound imaging system according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of adaptively transmitting a medical image using image segmentation by a remote medical imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10A to 10C are diagrams illustrating an application example of a differential image data reduction technique in a wireless ultrasound imaging system according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of receiving a medical image by a local medical imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a process of adaptively restoring and transmitting and receiving a medical image based on a communication and power situation in a wireless ultrasound imaging system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a medical image by an image transmitting apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an image restoration process according to communication and power conditions.
  • 15 is a diagram illustrating an estimated compression rate for each image reconstruction process.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of receiving a medical image by an image receiving device according to another embodiment of the present invention.
  • Image receiving device / local medical imaging device (receiver)
  • a method for transmitting a medical image by an image transmitting apparatus includes receiving a medical image data using a probe and indicating a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus. Detects throughput, determines a data rate required for data transmission based on a preset data rate, and selects a signal path that satisfies the determined data rate for medical image data. Thereby performing medical image processing, and transmitting the result of the medical image processing to the image receiving apparatus according to the determined data rate.
  • a medical image is generated by using a probe, and a region of interest, Set ROI), divide at least one or more regions according to the set distance from the region of interest, and generate reduced image data for each divided region by applying differential image data reduction techniques to the divided regions, Image data is transmitted to a local medical imaging device.
  • the medical image data is obtained by using a probe, and at least one of a communication state or a power state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus.
  • Evaluate one restore the first medical image from the medical image data according to the restoration parameter determined according to the evaluation result, generate the compressed data by encoding the restored first medical image, and generate the compressed data to the image receiving apparatus.
  • the transmission causes the image receiving device to generate a post-processed second medical image from the compressed data.
  • a probe capable of generating ultrasound and receiving ultrasound reflected from a human body is separately configured, and after performing some ultrasound image processing in the transmitting medical imaging apparatus connected to the probe or probe,
  • the present invention proposes a portable medical ultrasound imaging system capable of acquiring a final ultrasound image by transmitting to a receiving smartphone, a smart pad, or a personal portable terminal through wired / wireless communication and performing the remaining image processing.
  • the problems expected in the implementation of such a portable medical ultrasound imaging system are as follows.
  • both the transmitter and the receiver equipment including or connected to the probe are implemented as a portable device, power consumption is limited.
  • the power shortage of either can eventually lead to the inoperability of the entire ultrasound medical imaging system. Therefore, it is necessary to determine the performing operation of the transmitting end and the receiving end in consideration of the batteries of each physically separated device. This is also related to the problem of determining the range of post-processing of images to be processed by the transmitter.
  • the system by reducing the data rate to improve the frame rate and efficient distribution of battery usage when the communication situation in the portable medical ultrasound imaging technique worsens
  • This paper proposes a technical means to extend the available time.
  • the data rate required according to the communication environment In consideration of the change of, the boundary of the signal processing block processed by the transmitter and the receiver is variably determined to provide the user with an image that satisfies the frame rate and image quality selected by the user even in the change of communication environment.
  • embodiments of the present invention are intended to extend the available time of portable wireless ultrasound operating on a battery basis by efficiently distributing the amount of signal processing processed by the receiving end and the transmitting end according to the battery gauge by monitoring the battery gauge in both directions.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall structure of a wireless ultrasound imaging system according to an embodiment of the present invention, which is largely divided into an image transmitting apparatus / remote medical imaging apparatus 10 and an image receiving apparatus / local medical imaging apparatus 20. It is composed.
  • FIG. 1 illustrates a structure that encompasses not only the present embodiment but also other embodiments of the present invention, so that the configuration will be repeatedly described based on distinctive features for each embodiment.
  • the image transmitting apparatus 10 may include or may be electrically connected to a probe 11 that emits a signal for measurement to a measurement target and receives a response signal thereto, and thus may damage the nature of the present invention. The description of the specific configuration of) will be omitted.
  • the medical image has been described assuming an ultrasound image, but it is presented as an example of various embodiments that share the same technical spirit, and is not limited only to the ultrasound image.
  • the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus transmit a result of the medical image processing by being connected by a wired or wireless communication means, and the following embodiments assume wireless communication for convenience.
  • the processor 13 receives medical image data using the probe 11.
  • the communication unit 15 of the image transmitting apparatus 10 detects a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus 10 and the image receiving apparatus 20, and provides it to the processing unit 13. Then, the processor 13 determines the data rate required for data transmission based on the preset data rate based on the detected communication throughput.
  • the processor 13 of the image transmitting apparatus 10 performs a medical image processing by selecting a signal path that satisfies the determined data rate with respect to the medical image data. Such medical image processing corresponds to a kind of image preprocessing performed by a transmitter. Now, the image transmitting apparatus 10 transmits the result of the medical image processing through the communication unit 15 to the image receiving apparatus 20 according to the determined data rate. A more detailed execution process of the image transmitting apparatus 10 will be described later with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the image receiving device 20 receives a result of medical image processing from the image transmitting device 10 through the communication unit 25. Then, the processor 23 of the image receiving apparatus 20 analyzes the result of the received medical image processing to identify a preprocessing process.
  • the preprocessing process refers to an image processing process according to the signal path previously selected by the image transmitting apparatus 10.
  • the processor 23 continues the preprocessing process thus identified to post-process the result of the medical image processing received through the communication unit 25.
  • This post-processing process refers to the entire process for generating the final medical image signal from the original signal received through the probe 11 except for the pre-processing process.
  • the processor 23 outputs the post-processed final medical image to the display device 30.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of transmitting a medical image centering on an image transmitting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless ultrasound imaging system data is wirelessly transmitted from a transmitter connected to a probe to a receiver in charge of image signal processing.
  • the wireless data transfer rate is variable depending on the surrounding communication environment. Therefore, when the communication situation is rapidly worsened, it is impossible to provide a user with a constant frame rate image.
  • the proposed scheme changes the signal processing blocks handled by the transmitter and receiver according to the communication conditions so that the user can guarantee the frame rate and image quality set at the start of the system. Dot to induce the battery to do more signal processing on the sufficient side, extending the available time of the battery-powered wireless ultrasound imaging system.
  • the image transmission device receives medical image data using a probe.
  • the image transmitting apparatus detects a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus.
  • Communication throughput may be implemented by using various communication channel sensing technologies utilized in the field of network technology, and communication status indicators proposed by wire or wireless communication standards may be utilized.
  • the image transmission apparatus determines a data rate required for data transmission based on a preset data rate based on the communication throughput detected through operation S220. For example, it is desirable to reduce the data rate required for data transmission if there is less communication throughput currently sensed compared to the preset data rate.
  • the image transmitting apparatus performs medical image processing by selecting a signal path that satisfies the data rate determined in operation S230 with respect to the medical image data received in operation S210.
  • the signal path refers to which part of image processing to be performed in a series of calculation processes performed to generate an image signal in the ultrasound imaging system, which will be described in detail later with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the image transmitting apparatus transmits the result of the medical image processing in operation S240 to the image receiving apparatus according to the data rate determined in operation S230.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a series of signal processing processes of an ultrasound imaging system for applying to embodiments of the present invention, and corresponds to a signal path of a general ultrasound image processing system. Therefore, in order not to obscure the essence of the invention, detailed descriptions of operations performed by each signal processing block will be omitted.
  • embodiments of the present invention are not implemented through a single piece of hardware, but are implemented as at least two devices that are physically spaced apart from each other for the purpose of implementing a portable ultrasound imaging system. Therefore, it is necessary to determine up to which of the entire signal paths shown in FIG. 3 to be processed at the transmitter and from where to be processed at the receiver. In determining this, embodiments of the present invention consider the communication situation between the transmitting end and the receiving end and the remaining battery of each device.
  • the data rate of the input data of the beamforming processing block 310 is the product (channel x A) of the number of channels and A (A is a positive number representing the amount of data transmitted in unit time)
  • A is a positive number representing the amount of data transmitted in unit time
  • A is a positive number representing the amount of data transmitted in unit time
  • r a decimation ratio representing the rate of decrease of the amount of sampled data in the decimation block 340.
  • the probe stage when communication conditions deteriorate, the probe stage performs signal processing up to the decimation block 340 to reduce the data rate required for transmission to a data rate of 2 A / r, or up to the envelope detection block 350. Can be performed at a data rate of A / r.
  • the probe may perform the digital scan converter block 380 to lower the data rate to a width x height byte of the output image to provide a user with an image having a constant frame rate.
  • the user may determine the weight of the battery management side to influence the determination of the boundary of the signal processing so that the battery can perform more signal processing on the sufficient side according to the battery gauges of the receiving end and the transmitting end.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation between a data rate and communication throughput required for transmitting medical image data in a communication network in which embodiments of the present invention are utilized.
  • the horizontal axis represents communication throughput, and the vertical axis is required for data transmission. Represents the data rate.
  • the graph of FIG. 4 graphically shows the data rate required for data transmission when the communication throughput is determined according to the communication situation and when the step (signal path) of signal processing to be processed by each processing stage (transmitter or receiver) is determined.
  • the communication throughput and the data rate required for data transmission are positively correlated, and a suitable data rate can be determined according to each communication throughput, which determines which signal path to follow in each processing stage. It can be used as a basis for doing so.
  • FIG. 5 illustrates a variable data rate determination algorithm for transmitting medical image data according to a communication state adopted by embodiments of the present invention.
  • the user selects an application (Abdomen or Cardiac) to be used.
  • the application selected by the user the depth information to be observed is basically obtained.
  • the frame rate and the quality of the image that can be provided in the current communication situation are based on the weight of the frame rate and the quality of the image selected by the user. Can show.
  • the following steps are performed based on the frame rate determined by the user and the weight of the image based on the example image.
  • the quality of the image here is determined by the number of samples per mm in the axial direction.
  • the algorithm detects a point in time when the communication state is changed so that the steps of signal processing performed at the transmitting end and the receiving end are adaptively changed, and thus ultrasonic image signal processing is performed. This process is preferably repeated by the system whenever the communication status changes. If the communication condition deteriorates and the frame rate and image quality set in the first step cannot be guaranteed, the decimation rate r and the number of scanlines are used to determine the frame rate and image quality set by the user. The data rate can be reduced by adjusting the weight. The deterioration of the image quality due to the increase in the decimation rate and the decrease of the scanline may be compensated by interpolation at the receiver.
  • This adaptive signal path determination corresponds to the medical image processing process of step S240 described above with reference to FIG. 2.
  • a total of six signal paths are illustrated in FIG. 5, and one of ordinary skill in the art may modify the signal paths according to the environment and conditions in which the medical imaging system is implemented.
  • An example of each signal path is as follows.
  • a first signal path comprising an analog-digital converter (ADC) for the medical image data;
  • ADC analog-digital converter
  • a fourth signal path sequentially comprising an analog-to-digital converter, beamforming, DC cancellation, quadrature demodulation, and decimation;
  • a fifth signal path sequentially comprising an analog-to-digital converter, beamforming, DC rejection, orthogonal demodulation, decimation and envelope detection;
  • (6) a sixth signal path sequentially comprising an analog-to-digital converter, beamforming, DC rejection, quadrature demodulation, decimation, envelope detection, and a digital scan converter (DSC);
  • analog-to-digital converter beamforming, DC rejection, quadrature demodulation, decimation, envelope detection, and a digital scan converter (DSC)
  • the algorithm illustrated in FIG. 5 selects one of the six signal paths and performs medical image processing according to the selected signal path.
  • the medical image data input from the probe has a data rate of A (A is a positive number representing the amount of data delivered in unit time) for each channel (i.e., channel X A).
  • the output signal has the following characteristics.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of implementing an application in a wireless ultrasound imaging system according to an embodiment of the present invention, and assumes two applications (Cardiac and Abdomen).
  • the user can select an application. Choosing an application for observing the abdomen determines the depth of observation from 13 to 15 cm.
  • the user can set a desired weight between the frame rate and the quality of the image.
  • the system shows an example of the image that can be provided in the current communication situation according to the weight of the frame rate and the quality of the image. Based on the example video, the user determines the frame rate and the quality weight of the video. To this end, a weight may be selected using an adjustment bar as illustrated in FIG. 6. It will also be possible to determine the weight of how much efficient distribution of the battery will be.
  • the signal processing boundary of the transmitter and the receiver is varied according to the communication situation to guarantee and provide an image that satisfies the frame rate and the image quality specified by the user despite the change of the communication situation.
  • the communication situation changes within a range capable of providing the frame rate and the image quality set by the user first.
  • the image transmission apparatus by varying the data rate in proportion to the detected communication throughput, the medical image processing corresponding to the predetermined frame rate and the quality of the image It is desirable to induce the result to be transmitted to the image receiving apparatus.
  • the decimation rate r is increased and the number of scan lines is reduced to reduce the frame rate and quality of the provided image.
  • the image transmitting apparatus adjusts the decimation ratio to be inversely proportional to the detected communication throughput, and scanline By adjusting the number of) to be proportional to the sensed communication throughput, it is desirable to derive the result of the medical image processing to satisfy the preset frame rate and the quality of the image.
  • the preset frame rate and the quality of the image are respectively weighted according to the user's selection.
  • the video transmission apparatus determines the decimation ratio. While increasing the rate of increase and decrease of the number of scan lines can be reduced the number of samples per length (mm).
  • the image transmission apparatus maintains the increase rate of the decimation rate and the decrease rate of the number of scan lines, but the sample per length (mm). It is desirable to suppress the reduction of the number so as to increase the reduction in the frame rate instead of minimizing the reduction in the quality of the image. In this case, the deterioration of the image quality due to the decrease in the decimation ratio and the increase in the number of scan lines may be compensated through interpolation at the receiver.
  • the signal processing path selection of the transmitter and the receiver may be adjusted in consideration of the remaining battery.
  • the weight distribution of battery usage is largely determined according to the battery gauges of the transmitter and receiver, the effect of causing more signal processing steps to be performed on the sufficient battery side in changing the signal processing boundary of the transmitter and receiver according to the communication situation It will work greatly.
  • the weight of the efficient distribution of the battery is reduced according to the battery gauges of the transmitter and the receiver, the signal processing boundary of the transmitter and the receiver is changed according to the communication situation, so that more signal processing steps are performed on the sufficient battery side. This acts small.
  • the image transmitting apparatus receives the remaining battery information of the image receiving apparatus from the image receiving apparatus, and compares the remaining battery information of the image transmitting apparatus itself with the remaining battery information of the received image receiving apparatus.
  • the signal path can be adjusted in consideration of the comparison result.
  • the signal path is selected so that more signal processing is performed in a device having a sufficient remaining battery among the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus. .
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method in which an image receiving apparatus according to an embodiment of the present invention receives a medical image corresponding to the image transmitting apparatus of FIG. 2. Try to outline.
  • the image receiving apparatus receives a result of medical image processing from the image transmitting apparatus.
  • the image receiving apparatus identifies a preprocessing process by analyzing a result of medical image processing received through operation S710.
  • the image transmitting apparatus receives medical image data using a probe, detects a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus, and is preset based on the communication throughput.
  • a process performed by determining a data rate required for data transmission based on a data rate and selecting a signal path satisfying the determined data rate with respect to the medical image data.
  • the image transmitting apparatus variably determines the data rate in proportion to the detected communication throughput, thereby obtaining a result of medical image processing corresponding to a preset frame rate and image quality. It can be induced to transmit to the image receiving device.
  • Identification of such a preprocessing process can be implemented simply by including an identifier or a special flag in the signal received through step S710.
  • the transmitting end image transmitting apparatus
  • the receiving end video receiving apparatus
  • the image receiving apparatus post-processes the result of the medical image processing following the preprocessing process identified in operation S720.
  • the post-processing process refers to a signal processing process other than the preprocessing process of the entire wireless medical ultrasound image processing process. Therefore, the post-treatment process will be determined corresponding to the pre-treatment process performed previously.
  • each signal path that corresponds to a preprocessing process and a postprocessing process is as follows.
  • the image receiving device may be beamforming, DC cancelling, quadrature demodulation, decimation, envelope detection, digital scan converter and image output. Post-treatment sequentially;
  • the image receiving device sequentially performs orthogonal demodulation, decimation, envelope detection, digital scan converter and image output.
  • the image receiving device sequentially processes decimation, envelope detection, digital scan converter, and image output.
  • the image receiving device sequentially performs envelope detection, digital scan converter, and image output.
  • the image receiving device sequentially processes the digital scan converter and the image output.
  • the preprocessing process follows a sixth signal path that sequentially includes analog-to-digital converters, beamforming, DC rejection, quadrature demodulation, decimation, envelope detection, and digital scan converters, then the image receiving device post-outputs the image. process;
  • the medical image data input from the probe has a data rate of A (A is a positive number representing the amount of data delivered in unit time) for each channel (i.e., channel X A).
  • the output signal has the following characteristics.
  • the image receiving apparatus transmits its remaining battery information to the image transmitting apparatus, thereby causing the image transmitting apparatus to compare the remaining battery information of the image transmitting apparatus and the received residual battery information, and the comparison result.
  • the signal path is selected so that more signal processing is performed in a device having a sufficient remaining battery among the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus.
  • a probe capable of generating ultrasound and receiving ultrasound reflected from a human body is separately configured, and after performing ultrasound image processing on a remote medical imaging apparatus connected to the probe, the probe may be wired or wirelessly.
  • the present invention aims to propose a medical imaging system in which a doctor can obtain a final ultrasound image of a patient's condition located at a remote location by transmitting to a local medical imaging apparatus through communication.
  • problems expected in the implementation of such a telemedicine imaging system are as follows.
  • Embodiments of the present invention proposed below are technologies that provide the maximum user experience in a limited communication situation of a wireless ultrasound diagnostic system, and include data rate, temporal resolution, data compression, and the like.
  • Decimation to reduce the amount of sampled data may be performed to reduce the amount of data itself, or to reduce the frame rate of an image to reduce the amount of data input in time.
  • communication bandwidth may be reduced by compressing data.
  • the method of applying the data reduction method collectively to the entire original image may reduce the user experience.
  • medical images often contain important information that must be maintained in a high quality in a specific area of the image, and thus batch image quality deterioration may cause a great problem for the user and the examinee.
  • embodiments of the present invention proposed below partition the entire medical image obtained to provide a region of interest (ROI) of interest to the user in high quality, while reducing the quality of the image for other areas wirelessly This can minimize the amount of data to be sent. That is, in a limited bandwidth wireless communication network, clinical information is acquired from a patient through a remote US system equipped with an ultrasound probe, and the data obtained in this way is a separate local ultrasound imaging device that is close to the user's field of view.
  • embodiments of the present invention by dividing the image provided to the user in several stages around the main observation interval of interest to gradually reduce the data quality to reduce the amount of data actually transmitted, thereby securing communication bandwidth To maximize the user experience.
  • FIG. 1 corresponds to a configuration commonly adopted by the embodiments of the present invention.
  • the configuration of FIG. 1 will be reviewed again, with a focus on the configuration of transmitting and receiving a medical image in terms of partition division. I'll do it.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a general structure of a wireless ultrasound imaging system according to another embodiment of the present invention, which is largely a medical image transmission device / remote medical imaging device 10 and a medical image reception device /. It consists of a local Us system 20.
  • the ultrasound signal is acquired through a probe 11 connected to the telemedicine imaging apparatus 10, and the acquired image data is subjected to a series of image processing by the telemedicine imaging apparatus 10 to the local medical imaging apparatus. Is sent to 20.
  • the communication speed is limited due to the distance between the two (10, 20) or other interference, it has already been pointed out that it is difficult to ensure the maximum performance while transmitting the generated original image data in a complete form.
  • the processor 13 receives medical image data using the probe 11.
  • the communication unit 15 of the image transmitting apparatus 10 transmits a medical image to the local medical imaging apparatus 20, or a communication throughput indicating a communication state between the image transmitting apparatus 10 and the image receiving apparatus 20. Is sensed and provided to the processor 13.
  • the processor 13 generates a medical image through a series of ultrasound image signal processing processes, sets a region of interest (ROI) in the generated medical image, and at least one or more according to the distance from the set region of interest. Split the area.
  • the processor 13 applies differential image data reduction techniques to the divided regions to generate the reduced image data for each divided region. Now, the remote medical imaging apparatus 10 transmits the reduced medical image to the local medical imaging apparatus 20 through the communication unit 15.
  • the processor 13 may apply a differential image data reduction technique for the divided region based on the communication throughput detected by the communicator 11. In other words, if there is little communication throughput currently available, it is desirable to use a reduction technique with a relatively higher data reduction rate.
  • the local medical imaging apparatus 20 receives a medical image from the remote medical imaging apparatus 10 through the communication unit 25.
  • the processor 23 of the local medical imaging apparatus 20 analyzes the received medical image and restores the reduced image data for each divided region.
  • the image data when the image data is of a property that can be reproduced without a special decoding process, the image data will be immediately output to the display device 30.
  • the processor 23 of the local medical imaging apparatus 20 should be able to identify an image data reduction technique for the reduced image data when interpreting the received medical image.
  • both the remote medical imaging apparatus 10 and the local medical imaging apparatus 20 may be connected to the controllers 17 and 27, or may be connected to only one of them.
  • the controllers 17 and 27 may be implemented as a gyro sensor that automatically tracks the movement of the probe 11, and the user directly considers the image quality and temporal resolution. It may be implemented as an adjustable button or jog.
  • the controllers 17 and 27 transmit a command for requesting a quality change of the image data to the remote medical imaging apparatus 10 or the local medical imaging apparatus 20, thereby generating the reduced image data. It is induced to apply an image data reduction technique that satisfies the command.
  • the command for requesting a change in the quality of the image data is set in consideration of the degree of image change between frames in the medical image or the degree of movement of the probe 11 and the temporal resolution of the medical image. It may be a command to control.
  • FIG. 8 is a diagram for describing a method of transmitting reduced image data through region division using an ROI in a wireless ultrasound imaging system according to another exemplary embodiment.
  • the center of the image output through the display unit 11 of the local US system 20 is set as the region of interest, it is divided into several steps as the distance from the center is set based on the set center. It is shown that the quality of the final medical image can be determined by setting an area and adjusting the amount and quality of data in each divided area.
  • D represents image data reduction through data decimation
  • T represents image data reduction through temporal decimation
  • C represents image data reduction through data compression. Indicates.
  • a number between 0 and 1 written in front of each code is a data weight indicating a reduction ratio of the amount of data in the data performance provided by the remote US imaging system 10. For example, if the weight is '1', the transmitted data is used as it is, and if the weight is '0', the data is not transmitted at all, indicating that the image is not represented.
  • the tradeoffs of data quality and quantity may be adjusted using the controllers 17 and 27 attached to both or one side.
  • the controllers 17 and 27 may be implemented as physical buttons or jogs, or may be implemented as a measuring device such as a gyro sensor.
  • image quality and temporal resolution form an inverse relationship with each other, and a differential image data reduction technique applied to a user's requirement, a setting value according to a diagnosis situation, or a region of interest and a segmented region. Can be adjusted accordingly. For example, when there is a sudden and a lot of movement in the image output from the local medical device 20 or when the doctor needs to move the probe 11 of the remote medical device 10 quickly to find the affected part, the image data is reduced. It can provide alarm information that the temporal resolution needs to be increased. On the contrary, when the movement of the probe 11 is small or the doctor wishes to closely observe the affected part, alarm information may be provided that it is necessary to provide a high quality image even at the expense of time resolution. Through this division operation, the amount of data to be processed for one or multiple steps may be set as a preset.
  • embodiments of the present invention can optimize the total amount of data by variably adjusting the amount of data to be transmitted in each partition by partitioning the image.
  • Each of the divided regions is given an image data reduction technique and a weight to be applied, and the degree of data reduction is determined according to the corresponding method.
  • Each partition (division of an area) may be set to a preset value of the system or implemented as a user setting value, and the entire image may be set to one area as necessary.
  • the best performance can be derived by reducing the partition step and setting the maximum weight (eg, '1') on the entire image.
  • a minimum weight eg, '0'
  • the user can receive and view only the region of interest like a magnifying glass function.
  • the degraded image quality according to the method of reducing data may be improved by using an image correction algorithm in the local medical apparatus 20.
  • the local medical apparatus 20 may improve image quality through post-processing such as spatial image interpolation.
  • temporal interpolation may be applied to recover the frame rate of an image.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of transmitting a medical image based on a remote medical imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention, and includes the following steps.
  • the remote medical imaging apparatus In operation S910, the remote medical imaging apparatus generates a medical image by using a probe.
  • a region of interest is set in the medical image generated through operation S910, and at least one region is divided according to a distance from the set region of interest.
  • the remote medical imaging apparatus generates differentially reduced image data for each divided region by applying a differential image data reduction technique to the divided regions in operation S920.
  • a differential image data reduction technique to the divided regions in operation S920.
  • the differential image data reduction technique may be based on any one of data decimation, temporal decimation, and data compression for each partition.
  • the remote medical imaging apparatus transmits the reduced image data to the local medical imaging apparatus in operation S930.
  • the method for transmitting the medical image shown in FIG. 9 may further include measuring a communication state between the remote medical imaging apparatus and the local medical imaging apparatus before step S930. Accordingly, in operation S930 of generating the reduced image data, the image data reduction technique may be applied in consideration of the measured communication throughput according to the measured communication state. In such differential video data reduction techniques, video weights are preferably given in proportion to communication throughput.
  • the method for transmitting the medical image shown in FIG. 9 may further include receiving, by the remote medical imaging apparatus, a command for requesting a quality change of the image data before step S930. have. Accordingly, in operation S930 of generating the reduced image data, an image data reduction technique satisfying the received command may be applied.
  • the command for requesting a change in the quality of the image data is set in consideration of the degree of image change or the degree of movement of the probe between the frames in the medical image, and implemented as a command for adjusting the temporal resolution of the medical image. Can be.
  • FIG. 10A to 10C illustrate an example of applying differential image data reduction techniques in a wireless ultrasound imaging system according to another exemplary embodiment of the present invention, in which each of FIG. 10A illustrates a temporal resolution variable technique, and FIG. FIG. 10C illustrates a result of applying a data rate variable technique and a technique of setting a weight to '0' except for a specific partition (for example, it may be a center region or a region of interest). It was.
  • partitioning is performed step by step from a central region of interest to an edge region, the highest temporal resolution (60 Hz) is given to the center, and the lowest temporal resolution (in the outermost region is gradually reduced). 10Hz) is given.
  • partitioning is performed step by step from the center region of interest to the edge region, the highest data rate (40 MHzf s ) is applied to the center, and the lowest data rate is applied to the outermost region through gradual reduction. It can be seen that (10MHzf s ) is granted. In addition, it can be confirmed that the image quality of the outermost region is deteriorated.
  • FIG. 10C it can be seen that the partition is formed only in the central RO region and other regions, and the weight '0' is assigned to the remaining regions other than the ROI. As a result, the local medical imaging apparatus cannot receive an image of an area other than the ROI.
  • the temporal resolution is half (25 Hz) relative to the region of interest (50 Hz) for regions other than the region of interest. If set, the amount of data may have a 25% reduction in the amount of transmitted data compared to when all the data is transmitted. This has the same effect when the data rate of the remaining areas other than the region of interest is lowered under the same condition.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a method in which a local medical imaging apparatus receives a medical image corresponding to the remote imaging apparatus of FIG. 9 according to another embodiment of the present invention. I will outline only that outline.
  • the local medical imaging apparatus receives a medical image from a remote medical imaging apparatus.
  • the local medical imaging apparatus interprets the medical image received through operation S1110 and restores the reduced image data for each divided region.
  • the reduced image data may be generated by the remote medical imaging apparatus using a probe, set a region of interest in the generated medical image, and divide at least one or more regions according to the distance from the set region of interest.
  • the differential image data reduction technique is applied to the divided regions.
  • Such reduced image data should be generated by differentially applying an image data reduction technique having a relatively larger data reduction rate to a divided region farther away from the region of interest than the region of interest.
  • the differential image data reduction technique may be any one of data decimation, temporal decimation, and data compression for each divided region, and the divided region is far from the region of interest compared to the region of interest. It is desirable to be given a relatively smaller image weight at.
  • the local medical imaging apparatus may improve image quality by spatial image interpolation of the reconstructed image data.
  • the local medical imaging apparatus may recover the frame rate of the image by temporal interpolation of the reconstructed image data.
  • the reduced image data may be generated by measuring a communication state between the remote medical imaging apparatus and the local medical imaging apparatus and applying an image data reduction technique in consideration of the communication throughput according to the measured communication state.
  • video weights are preferably given in proportion to the communication throughput.
  • the reduced image data may be generated by receiving a command for requesting the quality change of the image data from the telemedicine imaging apparatus and applying an image data reduction technique that satisfies the received command.
  • the command for requesting the quality change is set in consideration of the degree of image change between the frames in the medical image or the degree of movement of the probe, and is preferably a command for adjusting the time resolution of the medical image.
  • the local medical imaging apparatus outputs the image data restored through operation S1120.
  • the third embodiment of the present invention is to propose a technical means that can reduce the size of data involved in computation and communication when the communication situation is deteriorated or the remaining power is depleted in the portable medical ultrasound imaging technique.
  • a series of data reduction techniques adopted by the embodiments of the present invention improve the compression efficiency in the data reconstruction process by adjusting the reconstruction parameters for reconstructing the ultrasound image, or in configuring the image segmentation. Utilize various techniques such as data rate, temporal resolution and data compression, or reduce data rate to improve frame rate and improve battery usage Introduce the technical means by which distribution can extend the available time of the system.
  • FIG. 1 corresponds to a configuration commonly adopted by the embodiments of the present invention.
  • the configuration of FIG. 1 will be reviewed again.
  • the configuration of transmitting and receiving a medical image in terms of adjustment and compression of a restoration parameter will be described. I will introduce to you.
  • the processor 13 acquires medical image data using the probe 11.
  • the communication unit 15 of the image transmitting apparatus 10 detects and provides at least one of a communication state or a power state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus to the processor 13.
  • the processor 13 evaluates the provided communication state or power state, determines a restoration parameter for image restoration according to the evaluation result, and restores the first medical image from the previously obtained medical image data according to the determined restoration parameter.
  • the reconstruction parameter may be at least one of dynamic range, contrast, gain, amplitude threshold, image sharpness, and resolution of the medical image. desirable.
  • the processor 13 of the image transmitting apparatus 10 encodes the restored first medical image to generate compressed data.
  • the series of operations performed by the image transmitting apparatus 10 corresponds to a kind of image preprocessing performed at the transmitting end of the medical imaging system.
  • the image transmitting device 10 transmits the compressed data generated through the communication unit 15 to the image receiving device 20 so that the image receiving device 20 generates a post-processed second medical image from the compressed data. Induce.
  • the image receiving device 20 receives compressed data from the image transmitting device 10 through the communication unit 25. Then, the processor 23 of the image receiving apparatus 20 restores the first medical image by decoding the received compressed data. Next, the processor 23 of the image receiving apparatus 20 analyzes the restored first medical image to identify a preprocessing process, and then performs a postprocessing operation according to the second medical image.
  • the preprocessing process refers to a process of generating a first medical image performed by the image transmitting apparatus 10. The processor 23 continues the preprocessing process thus identified to post-process the result of the medical image processing received through the communication unit 25.
  • This post-processing process refers to a process other than the pre-processing performed by the image transmitting apparatus 10 among the entire processes for generating the final medical image signal from the original signal obtained through the probe 11.
  • the processor 23 outputs the post-processed final medical image (second medical image) to the display device 30.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a process of restoring and transmitting and receiving a medical image in a wireless ultrasound imaging system according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • ultrasound data acquisition using a probe is started through step S1210.
  • the communication means provided in each of the ultrasound image transmitting apparatus and the receiving apparatus the current wireless communication and the power situation are evaluated through step S1220. For example, a preset multi-step section evaluation may be performed.
  • the expected compression ratio is determined based on the evaluation result.
  • the expected compression ratio refers to a level of compression of the measured value of the ultrasound data acquired by the ultrasound image transmitting apparatus.
  • a specific restoration parameter determined in step S1230 for example, a dynamic range, according to the detection period of the communication situation or the power situation measured in step S1220, Contrast, gain, amplitude threshold, image sharpness and resolution are used.
  • the specific reconstruction parameter is predetermined to have an image characteristic that can satisfy the expected compression efficiency according to the compression method to be performed.
  • the reconstructed data (first medical image) generated in step S1240 is transmitted to the ultrasound image receiving apparatus through step S1260 in a state in which the amount of data is reduced through the compression method specified in step S1250.
  • the ultrasound image receiving apparatus decodes the compressed data previously transmitted to the original reconstruction data (first medical image), and performs post-processing on the final ultrasound image (second medical image) in operation S1280. ) And then print it out to the user.
  • the compression efficiency of the data through the above-described embodiments may be optimized by partitioning portions of the image in terms of user experience and quality of the image to perform different degrees of compression, or may be optimized by selectively changing the data to be compressed.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a medical image by an image transmitting apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the image transmission device acquires medical image data using a probe.
  • the image transmitting apparatus evaluates at least one of a communication state or a power state between the image receiving apparatuses.
  • Throughput according to the dual communication state may be implemented by using various communication channel sensing techniques used in the network technology field, and the communication state indicator proposed by the standard of wired or wireless communication may be utilized.
  • the image transmission apparatus determines a restoration parameter according to the evaluation result of operation S1320 and restores a first medical image from the medical image data according to the determined restoration parameter.
  • the reconstruction parameters include dynamic range, contrast, gain, amplitude threshold, image sharpness, and resolution for the medical image. At least one is preferable.
  • the reconstructing of the first medical image may variably determine a reconstruction parameter for image reconstruction such that the size of the first medical image is proportional to the throughput according to the communication state or the remaining power amount according to the power state. It is desirable to.
  • the image transmission apparatus In operation S1340, the image transmission apparatus generates compressed data by encoding the first medical image reconstructed in operation S1330.
  • a technique of partitioning a portion of an image in terms of user experience and image quality and optimization techniques of selectively changing data to be compressed and transmitted in an ultrasonic signal processing step may be utilized. . These techniques have been outlined above in the first and second embodiments.
  • the image transmitting apparatus induces the image receiving apparatus to generate a post-processed second medical image from the compressed data by transmitting the compressed data generated in operation S1340 to the image receiving apparatus.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an image restoration process according to communication and power conditions. After reconstructing communication parameters and restoration parameters for each power situation, the restoration data generated by selecting a restoration parameter suitable for the current situation according to the evaluation result is illustrated. Shown. From the implementation point of view, the quality of the reconstructed data is preferably maintained at the highest quality as the communication situation or the power situation allows, but it is also possible to adopt different strategies depending on the given environment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an estimated compression rate for each image reconstruction process.
  • the estimated compression rate when the data is compressed through a run-length encoding (RLE) compression method which is a typical compression method for data reconstructed in multiple stages, is illustrated. Is shown. Looking at the x-axis, the amount of information in the reconstruction data decreases from case 1 to case 5, and the y-axis representing the estimated compression ratio when compressing the data decreases from 6% to 25%. Therefore, it can be seen that the user experience can be obtained by reducing the amount of data to be transmitted through this.
  • RLE run-length encoding
  • the first medical image is divided into at least two or more regions, and the differential image data is divided for each divided region.
  • Compressed image data can be generated by applying a reduction technique.
  • the process of generating the reduced image data may reduce the image data to have a relatively larger data reduction rate for the remaining divided regions in proportion to the distance from the region set as a region of interest (ROI) among the divided regions.
  • ROI region of interest
  • the differential image data reduction technique may be based on any one of data decimation, temporal decimation, and data compression for each partition.
  • the quality of the deteriorated image according to the method of reducing data may be improved afterwards by using an image correction algorithm inside the ultrasonic receiving apparatus.
  • the ultrasound receiver may improve image quality through post-processing such as spatial image interpolation.
  • temporal interpolation may be applied to restore the frame rate of an image.
  • the data rate required for data transmission is determined according to the evaluation result, and the determined data rate is determined.
  • a signal path that satisfies can be selected to generate compressed image data.
  • the generation process of the compressed data may be performed by varying the data rate in proportion to a throughput according to a communication state or a residual power amount according to a power state, thereby corresponding to a preset frame rate and image quality.
  • the compressed data may be transmitted to the image receiving apparatus.
  • the process of generating the compressed data may include decimation.
  • the ratio is adjusted in inverse proportion to the communication throughput or the remaining power, and the number of scanlines is proportional to the communication throughput or the remaining power.
  • the frame rate and the quality of the image may be weighted according to the user's selection.
  • the image transmission apparatus may increase the rate of increase of the decimation rate. It is desirable to increase the rate of decrease of the number of scanlines but to reduce the number of samples per length.
  • the video transmission apparatus preferably maintains the increase rate of the decimation rate and the decrease rate of the number of scan lines, but suppresses the decrease in the number of samples per length. Do.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a method of receiving a medical image by an image receiving apparatus according to another exemplary embodiment.
  • the method of processing a medical image corresponding to the image transmitting apparatus of FIG. 13 is shown in time series. .
  • time series In order to avoid duplication of explanation, only the outline of corresponding individual components will be outlined here.
  • the image receiving apparatus receives compressed data from the image transmitting apparatus.
  • the compressed data may be obtained by the image transmitting apparatus obtaining medical image data using a probe, evaluating at least one of a communication state or a power state between the image transmitting apparatus and the image receiving apparatus, and according to the evaluation result. And determining a restoration parameter, restoring a first medical image from the medical image data according to the determined restoration parameter, and encoding the restored first medical image.
  • the reconstruction parameter is variably determined such that the size of the first medical image is proportional to a throughput according to the communication state or a residual power amount according to the power state.
  • the compressed data may be divided by at least two regions by the image transmitting apparatus into at least two regions, and a region of interest (ROI) among the divided regions. It can be generated by applying a differential image data reduction technique for each divided region to have a relatively larger data reduction rate for the remaining divided regions in proportion to the distance from the region set to.
  • the differential image data reduction technique may be any one of data decimation, temporal decimation, and data compression for each divided region.
  • the medical image receiving apparatus performs spatial image interpolation on the restored first medical image, and if the differential image data reduction technique is temporal decimation, In some embodiments, the medical image receiving apparatus preferably temporally interpolates the restored first medical image.
  • the compressed data determines a data rate required for data transmission by the image transmission apparatus according to the evaluation result, and satisfies the determined data rate. Selecting a signal path to the target, but by varying the data rate in proportion to the throughput according to the communication state or the amount of power remaining according to the power state, the frame rate and the image of the preset frame rate Can be produced according to quality. If the communication throughput is lowered below the first threshold due to the change of the communication state, or if the remaining power is lowered below the second threshold due to the change of the power state, the compressed data may be decided.
  • the image transmission apparatus determines the decimation ratio.
  • the image transmission apparatus determines the decimation rate. While maintaining the rate of increase of and the rate of decrease of the number of scan lines can be suppressed to reduce the number of samples per length.
  • the image receiving apparatus restores the first medical image by decoding the compressed data received through operation S1610.
  • the image receiving apparatus post-processes the first medical image reconstructed in operation S1620 to generate a second medical image.
  • the generating of the second medical image may include post-processing the first medical image in succession to a result of the medical image processing performed in the generating of the first medical image according to the signal path, wherein the post-processing may include at least It includes digital scan conversion and image output, and can optionally include 2D filtering or edge enhancement.
  • inventions of the present invention can be implemented by computer readable codes on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.
  • Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
  • the user can adaptively change the data rate to be transmitted wirelessly, thereby making the frame constant regardless of the communication situation. It is possible to provide an ultrasound image of the rate.
  • the system can be used by changing the decimation ratio and the number of scan lines in consideration of user-specified weights. Furthermore, by efficiently distributing battery usage of the transmitter and receiver, the available time of the system can be extended.
  • the entire medical image obtained through the probe is partitioned to provide a specific area of interest to the user in high quality, but to reduce the quality of the image for other areas, the amount of data to be transmitted wirelessly is determined.
  • the wireless communication situation provides a high-quality ultrasound image in the low interference situation through the differential compression transmission method according to the communication and power situation,
  • the remaining power is insufficient, the information of the image is reduced but the frame rate is maintained to optimize the user experience.

Abstract

본 발명은 통신 상태와 잔여 전력을 고려한 적응적 의료 영상 송신 장치 및 방법에 관한 것으로, 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받고, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하고, 감지된 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 가변적으로 결정하고, 의료 영상 데이터에 대하여 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행하며, 의료 영상 처리의 결과를 결정된 데이터 레이트에 따라 영상 수신 장치에 전송함으로써 영상 수신 장치로 하여금 영상 송신 장치가 수행한 의료 영상 처리의 결과를 후처리하도록 유도한다.

Description

적응적 의료 영상 전송 장치 및 방법
본 발명은 의료 영상을 송수신하는 기술에 관한 것으로, 특히 피측정 대상에 입접하여 프로브에 연결된 송신측 의료 영상 장치와 수신측 의료 영상 수신 장치가 물리적으로 분리된 휴대용 무선 초음파 영상 시스템에서 송신단과 수신단 간의 의료 영상을 전송하는 장치, 방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.
의료 영상 기술은 초음파나 광음향 등의 수단을 이용해 근육, 힘줄, 그리고 많은 내부 장기들, 이들의 크기, 구조와 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상으로 가시화하는 진단 기술이다. 이는 주기적 또는 응급 상황에서 태아를 가시화하는 데도 사용된다. 초음파는 적어도 50년 동안 인간의 몸속을 영상화하는데 사용되었으며, 이는 현대 의학에서 가장 널리 사용되는 진단 기술 중 하나이다. 이 기술은 자기공명영상(MRI)이나 엑스선 전산화 단층 촬영(CT)에 비해 가격이 저렴하고 이동이 용이하다는 장점을 갖는다.
초음파 영상의 원리는 다음과 같다. 우선 측정 대상에 프로브(probe)를 접촉시키고 초음파를 발생시켜 반사된 초음파를 수신하여 영상을 구성한다. 초음파를 발생시키면 매우 짧은 시간 안에 음파가 매질 속을 지나가고, 음향 임피던스가 다른 두 매질 사이를 지날 때에는 반사파가 발생한다. 초음파 영상 기술에서는 이러한 반사파를 측정해 반사음이 되돌아 올 때까지의 시간을 통해 거리를 역산함으로써 영상을 구성한다.
이러한 초음파 영상의 실시간성 및 비파괴적/비침습적 영상화가 가능하다는 장점을 활용하여 다양한 초음파 의료 영상 기술들이 제안되었다. 특히, 과거 대형 장비로서 구현되었던 초음파 의료 영상 시스템이 보다 작은 크기의 휴대용 장비로 개발되고 있는 추세로서, 선행기술문헌 한국 공개특허공보 제10-2008-0046888호(2008.05.28 공개, 주식회사 메디슨)에는 휴대용 초음파 시스템의 개괄적인 아이디어를 제시하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 휴대가 불편한 종래의 일체형 초음파 의료 장비의 한계를 극복하고자 제안된 휴대용 초음파 의료 장비에서 송신단과 수신단의 장비가 각각 고정된 형태로 영상 처리를 수행하고 있음으로 인해 송신단과 수신단 간의 통신 환경의 변화에 대응하지 못하고 있는 문제점을 해결하고, 물리적으로 분리된 송신단 장비와 수신단 장비 중 어느 하나라도 잔여 전력이 소진된 경우 초음파 의료 영상 시스템 전체의 동작 불능이 야기되는 한계를 극복하며, 원격 의료 영상 시스템이 통신 상태가 제한되는 상황과 환경을 고려하지 않고 영상 데이터 자체를 일률적이고 고정적인 규칙에 따라 압축하는 수준에 머무르고 있음으로 인해 사용자 경험을 저하시킴과 동시에 반드시 고화질로 유지되어야 하는 중요한 의료 정보가 유실되는 약점을 해소하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받는 단계; 상기 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 상기 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 가변적으로 결정하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 상기 의료 영상 데이터에 대하여 상기 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행하는 단계; 및 상기 의료 영상 처리의 결과를 상기 결정된 데이터 레이트에 따라 상기 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 영상 송신 장치가 수행한 의료 영상 처리의 결과를 후처리하도록 유도하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에서, 통신 상태의 변화에 따라 상기 통신 처리량이 임계값 이하로 저하된 것을 감지한 경우, 상기 영상 송신 장치는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 감지된 통신 처리량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 감지된 통신 처리량에 비례하도록 조절함으로써, 상기 의료 영상 처리의 결과가 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질을 만족하도록 유도한다.
또한, 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 미리 설정된 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고, 상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법은, 상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 의료 영상 처리의 결과를 수신받는 단계; 상기 영상 수신 장치가 상기 의료 영상 처리의 결과를 해석하여 전처리 과정을 식별하는 단계; 및 상기 영상 수신 장치가 상기 식별된 전처리 과정에 계속하여 상기 의료 영상 처리의 결과를 후처리하는 단계;를 포함하되, 상기 전처리 과정은, 상기 영상 송신 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량을 감지하고, 상기 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 가변적으로 결정하고, 상기 의료 영상 데이터에 대하여 상기 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스를 선택함으로써 수행된다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격(remote) 의료 영상 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 상기 원격 의료 영상 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상을 생성하는 단계; 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역(region of interest, ROI)을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하는 단계; 상기 원격 의료 영상 장치가 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 각 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 원격 의료 영상 장치가 상기 감축된 영상 데이터를 로컬(local) 의료 영상 장치에 전송하는 단계;를 포함한다.
다른 실시예에 따른 원격(remote) 의료 영상 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖는 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 로컬 의료 영상 장치가 의료 영상을 수신하는 방법은, 상기 로컬 의료 영상 장치가 원격 의료 영상 장치로부터 의료 영상을 수신받는 단계; 상기 로컬 의료 영상 장치가 수신된 상기 의료 영상을 해석하여 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 복원하는 단계; 및 상기 로컬 의료 영상 장치가 복원된 상기 영상 데이터를 출력하는 단계;를 포함하되, 상기 감축된 영상 데이터는, 상기 원격 의료 영상 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상을 생성하고, 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하고, 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성된다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 상기 영상 송신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 영상 송신 장치가 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도하는 단계;를 포함한다.
또 다른 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에서, 상기 제 1 의료 영상을 복원하는 단계는, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법은, 상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신하는 단계; 상기 영상 수신 장치가 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 및 상기 영상 수신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성하는 단계;를 포함하되, 상기 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성된다.
한편, 이하에서는 상기 기재된 의료 영상을 전송하는 방법 및 의료 영상을 수신하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 통신 상황에 따라 송신단과 수신단에서 이루어지는 신호 처리의 단계를 변화시킴으로써 무선으로 전송해야 할 데이터 레이트를 적응적으로 변경하여 사용자에게 통신 상황과 무관하게 일정한 프레임 레이트의 초음파 영상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 송신단과 수신단의 배터리 사용을 효율적으로 분배함으로써 시스템의 가용 시간을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 프로브를 통해 획득된 전체 의료 영상을 구획화하여 사용자가 관심 있는 특정 영역은 고화질로 제공하되 다른 영역에 대해서는 영상의 품질을 떨어뜨려 무선으로 전송할 데이터 양을 최소화함으로써, 제한된 대역폭의 무선 통신망 내에서 중요한 의료 데이터에 대한 유실을 최소화하면서도 사용자가 얻는 관심 정보는 최대한 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 점진적인 데이터 감축 방식을 채택함으로써 부족한 통신 대역폭을 확보하여 사용자의 경험을 극대화한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템의 전체 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치가 신호 패스의 선택에 따라 의료 영상을 적응적으로 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용하기 위한 초음파 영상 시스템의 일련의 신호 처리 과정을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 활용되는 통신망에서 의료 영상 데이터를 전송하기 위해 필요한 데이터 레이트와 통신 처리량과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 통신 상태에 따라 의료 영상 데이터를 전송하기 위한 가변적인 데이터 레이트 결정 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 어플리케이션을 구현하는 일례를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 도 2의 영상 송신 장치에 대응하여 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 관심 영역을 이용한 영역 분할을 통해 감축된 영상 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격(remote) 의료 영상 장치가 영상 구획화를 이용하여 의료 영상을 적응적으로 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 차등적인 영상 데이터 감축 기법의 적용예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로컬(local) 의료 영상 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 통신 및 전력 상황에 기반하여 적응적으로 의료 영상을 복원하고 송수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 통신 및 전력 상황에 따른 영상 복원 과정을 예시한 도면이다.
도 15는 각각의 영상 복원 과정에 대한 추정 압축률을 예시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
<부호의 설명>
10 : 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치(송신단)
11 : 프로브
13 : 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치의 처리부
15 : 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치의 통신부
17 : 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치의 제어부
20 : 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치(수신단)
23 : 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치의 처리부
25 : 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치의 통신부
27 : 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치의 제어부
30 : 디스플레이 장치
본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받고, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하고, 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 결정하고, 의료 영상 데이터에 대하여 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행하며, 의료 영상 처리의 결과를 결정된 데이터 레이트에 따라 영상 수신 장치에 전송한다.
본 발명의 두 번째 실시예에 따른 원격(remote) 의료 영상 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상을 생성하고, 생성된 의료 영상에 관심 영역(region of interest, ROI)을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하고, 분할된 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 각 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 생성하며, 감축된 영상 데이터를 로컬(local) 의료 영상 장치에 전송한다.
본 발명의 세 번째 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법은, 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 결정된 복원 파라미터에 따라 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하고, 복원된 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하며, 생성된 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 영상 수신 장치로 하여금 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 휴대용 의료 초음파 영상 장치의 필요성과 기술적 문제점을 간략히 소개한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.
과거 의료 초음파 영상 장치는 거대한 규모로 제작되어 의료 기관에 비치되고, 병원에 내방한 환자들의 진단에 활용되었다. 그러나, 응급 의료 또는 가정 의료 분야에서는 환자가 병원에 내방하지 못하는 상황하에서 해당 환자의 기능적이고 해부학적 의료 영상을 제공할 필요성이 지적되었다. 이에 따라 앰뷸런스 등에 탑재 가능한 수준의 이동형 초음파 영상 장치가 개발되었으나, 여전히 사람이 쉽게 휴대할 수 있는 수준에는 이르지 못하였다.
(1) 제 1 실시예
본 발명의 첫 번째 실시예는 초음파를 발생시키고 인체로부터 반사된 초음파를 수신할 수 있는 프로브를 별도로 구성하고, 이러한 프로브 내지 프로브에 연결된 송신측 의료 영상 장치에서 초음파 영상 처리를 일부 수행한 후, 이를 유무선 통신을 통해 수신측인 스마트폰이나 스마트 패드, 또는 개인용 휴대 단말기 등에 전달하여 나머지 영상 처리를 수행함으로써 최종적인 초음파 영상을 획득할 수 있는 휴대용 의료 초음파 영상 시스템을 제안하고자 한다. 특히, 이러한 휴대용 의료 초음파 영상 시스템의 구현에서 예상되는 문제점은 다음과 같다.
첫째, 프로브를 포함하거나 또는 이와 연결된 송신단과 수신단 간의 통신 성능에 대한 고려이다. 즉, 송신단과 수신단 간에 연결되는 통신 매체의 상태에 변화가 있을 수 있으며, 특히 무선 통신의 경우 작동 환경에 따라 다양한 장애가 발생할 우려가 있다. 따라서, 이러한 통신 상태를 고려하여 송신단과 수신단의 수행 연산을 결정할 필요가 있다. 이후 도면을 참조하여 재차 설명하겠으나, 이러한 통신 상태에 대한 고려는 필연적으로 송신단에서 처리하여야 하는 영상의 후처리 과정의 범위를 결정하는 문제로 귀결된다.
둘째, 프로브를 포함하거나 또는 이와 연결된 송신단 장비와 수신단 장비 모두 휴대용으로 구현되기 때문에 소모 전력의 제한을 받게 된다. 또한, 양자의 잔여 전력에 차이가 있는 경우, 어느 한쪽의 전력 부족은 결국 초음파 의료 영상 시스템 전체의 동작 불능으로 이어질 수 있다. 따라서, 물리적으로 분리된 각 장치의 배터리를 고려하여 송신단과 수신단의 수행 연산을 결정할 필요가 있다. 이 역시 송신단에서 처리하여야 하는 영상의 후처리 과정의 범위를 결정하는 문제와 연관되어 있다.
따라서, 이하에서 기술될 본 발명의 실시예들은, 휴대용 의료 초음파 영상 기법에서 통신 상황이 악화된 경우 데이터 레이트(data rate)를 줄여 프레임 레이트(frame rate)를 개선하고 배터리 사용의 효율적 분배를 통해 시스템의 가용 시간을 연장할 수 있는 기술적 수단을 제안하고자 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예들은, 송신단에 포함되거나 또는 이와 연결된 무선 프로브와 무선 통신이 가능하고 영상 신호 처리를 담당하는 수신단으로 구성된 휴대용 무선 의료 초음파 영상 시스템에서, 통신 환경에 따라 요구되는 데이터 레이트의 변화를 고려하여 가변적으로 송신단과 수신단에서 처리하는 신호처리 블록의 경계를 결정해 사용자에게 통신 환경의 변화에도 사용자가 선택한 프레임 레이트와 영상의 품질을 만족시키는 영상을 제공하고자 한다. 나아가, 본 발명의 실시예들은 수신단과 송신단이 양방향으로 배터리 게이지를 모니터링하여 배터리 게이지에 따라 처리하는 신호 처리의 양을 효율적으로 분배해 배터리 기반으로 동작하는 휴대용 무선 초음파의 가용시간을 연장하고자 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 첫 번째 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에 표기된 동일한 부재 번호는 동일한 구성을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무선 초음파 영상 시스템의 전체 구조를 도시한 블록도로서, 크게 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치(10)와 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치(20)로 구성된다. 도 1은 본 실시예뿐만 아니라, 본 발명의 여타의 실시예들을 포섭하는 구조를 도시하고 있으므로, 각 실시예별로 반복하여 차별적인 특징을 중심으로 그 구성을 기술하도록 하겠다. 영상 송신 장치(10)는 측정 대상에 측정용 신호를 방사하고 이에 대한 응답 신호를 수신하는 프로브(11)를 포함하거나 또는 이와 전기적으로 연결될 수 있으며, 본 발명의 본질을 해칠 우려가 있으므로 프로브(11)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
이하에 기술되는 실시예들에서, 의료 영상은 초음파 영상을 가정하여 기술되었으나, 이는 동일한 기술적 사상을 공유하는 다양한 실시예 중 일례로서 제시된 것으로서, 단지 초음파 영상에만 한정되지 않는다. 또한, 영상 송신 장치와 영상 수신 장치는 유선 또는 무선 통신 수단을 이용하여 연결됨으로써 의료 영상 처리의 결과를 전송하며, 이하의 실시예들에서는 편의상 무선 통신을 가정하고 있다.
영상 송신 장치(10)에서 처리부(13)는 프로브(11)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받는다. 영상 송신 장치(10)의 통신부(15)는 상기 영상 송신 장치(10)와 영상 수신 장치(20) 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하여, 처리부(13)에 제공한다. 그러면, 처리부(13)는 감지된 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 결정한다. 영상 송신 장치(10)의 처리부(13)는 의료 영상 데이터에 대하여 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행한다. 이러한 의료 영상 처리는 송신단에서 이루어지는 일종의 영상 전처리 과정에 해당한다. 이제, 영상 송신 장치(10)는 통신부(15)를 통해 의료 영상 처리의 결과를 상기 결정된 데이터 레이트에 따라 영상 수신 장치(20)에 전송한다. 영상 송신 장치(10)의 보다 구체적인 수행 과정은 이후 도 2 내지 도 6을 참조하여 재차 설명하도록 한다.
영상 수신 장치(20)는 통신부(25)를 통해 영상 송신 장치(10)로부터 의료 영상 처리의 결과를 수신받는다. 그런 다음, 영상 수신 장치(20)의 처리부(23)는 수신받은 의료 영상 처리의 결과를 해석하여 전처리 과정을 식별한다. 여기서, 전처리 과정은 앞서 영상 송신 장치(10)를 통해 선택된 신호 패스에 따른 영상 처리 과정을 의미한다. 처리부(23)는 이렇게 식별된 전처리 과정에 계속하여 통신부(25)를 통해 수신된 의료 영상 처리의 결과를 후처리하게 된다. 이러한 후처리 과정은 프로브(11)를 통해 수신된 원본 신호로부터 최종적인 의료 영상 신호를 생성하기 위한 전체 과정은 전처리 과정을 제외한 나머지 과정을 의미한다. 마지막으로, 처리부(23)는 후처리된 최종 의료 영상을 디스플레이 장치(30)로 출력한다. 영상 수신 장치(20)의 보다 구체적인 수행 과정은 이후 도 7을 참조하여 재차 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치를 중심으로 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
무선 초음파 영상 시스템에서는 프로브에 연결된 송신단으로부터 영상 신호 처리를 담당하는 수신단으로 데이터를 무선으로 전송한다. 그러나, 무선 데이터 전송 레이트는 주변 통신 환경에 따라 가변적이다. 따라서 통신 상황이 급격히 열악해질 경우 사용자에게 일정한 프레임 레이트의 영상을 제공할 수 없게 된다. 또한 송신단과 수신단 중 한쪽의 배터리가 부족해져도 시스템의 사용이 불가해진다. 제안하는 기법은 통신 상황에 따라 송신단과 수신단에서 처리하는 신호 처리 블록을 가변적으로 바꾸어 사용자가 시스템의 시작 때에 설정한 프레임 레이트와 영상의 품질을 보장할 수 있게 하고, 연산량이 적으면 배터리 소모가 적은 점을 이용해 배터리가 충분한 쪽에서 더 많은 신호 처리를 하도록 유도하여 배터리로 동작하는 무선 초음파 영상 시스템의 가용시간을 연장한다.
S210 단계에서, 영상 송신 장치는 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받는다.
S220 단계에서, 영상 송신 장치는 상기 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지한다. 통신 처리량은 네트워크 기술 분야에서 활용되는 다양한 통신 채널 감지 기술을 활용하여 구현될 수 있으며, 유선 또는 무선 통신의 규격에서 제안하고 있는 통신 상태 지표가 활용될 수도 있다.
S230 단계에서, 영상 송신 장치는 상기 S220 단계를 통해 감지된 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 결정한다. 예를 들어, 미리 설정된 데이터 레이트와 비교하여 현재 감지된 통신 처리량이 더 적다면 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 감소시키는 것이 바람직하다.
S240 단계에서, 영상 송신 장치는 S210 단계를 통해 입력받은 의료 영상 데이터에 대하여 상기 S230 단계를 통해 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행한다. 여기서, 신호 패스란 초음파 영상 시스템에서 영상 신호를 생성하기 위해 수행되는 일련의 연산 과정 중, 어느 부분까지의 영상 처리를 수행할지를 의미하는 것으로서, 이후 도 3 내지 도 5를 통해 자세히 설명하도록 한다.
S250 단계에서, 영상 송신 장치는 상기 S240 단계를 통한 의료 영상 처리의 결과를 상기 S230 단계를 통해 결정된 데이터 레이트에 따라 영상 수신 장치에 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용하기 위한 초음파 영상 시스템의 일련의 신호 처리 과정을 도시한 블록도로서, 일반적인 초음파 영상 처리 시스템의 시그널 패스에 해당한다. 따라서, 발명의 본질을 흐리지 않기 위해, 각 신호 처리 블록이 수행하는 연산의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
앞서 도 2를 통해 논의된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 단일의 하드웨어를 통해 구현되는 것이 아니라, 휴대용 초음파 영상 시스템의 구현을 위해 물리적으로 이격된 송신단과 수신단의 적어도 2개의 장치로서 구현된다. 따라서, 도 3에 제시된 전체 시그널 패스 중 어디까지를 송신단에서 처리할지, 어디부터를 수신단에서 처리할지 여부를 결정할 필요가 있다. 이를 결정함에 있어서, 본 발명의 실시예들은 송신단과 수신단 간의 통신 상황과 각 장치의 잔여 배터리를 고려하게 된다.
우선, 빔포밍 처리 블럭(310)의 입력 데이터의 데이터 레이트를 채널(channel)의 수와 A(A는 단위 시간에 전달되는 데이터량을 나타내는 양수)의 곱(channel×A)이라고 가정할 때, 각 신호 처리 블록의 출력물의 데이터 레이트를 A로 표시하였다. 또한, 데시메이션(decimation) 블록(340)에서의 표본화 데이터의 양의 감소 비율을 나타내는 데시메이션 비율(decimation ratio)을 r로 표기하였다. 프로브와 신호 처리단에서 처리하는 신호 처리 블록을 데이터 레이트에 따라 개괄적으로 분류하면 다음과 같다.
(A) 빔포밍(beamforming) 블록(310)의 출력 : A
(B) 직교 복조(quadrature demodulation) 블록(330)의 출력 : 2A
(C) 데시메이션(decimation) 블록(340)의 출력 : 2A/r
(D) 포락선 검출(envelope detection) 블록(350)의 출력 : A/r
(E) 디지털 스캔 컨버터(digital scan converter) 블록(380)의 출력 : 출력 영상의 너비(width) x 높이(height)의 바이트(Bytes)
예를 들어, 통신 상황이 악화되면 전송에 필요한 데이터 레이트가 낮아지도록 프로브단에서 신호 처리를 데시메이션 블록(340)까지 수행하여 2A/r의 데이터 레이트로 만들거나, 또는 포락선 검축 블록(350)까지 수행하여 A/r의 데이터 레이트로 전송을 하게 할 수 있다. 또는, 통신 상황이 가장 악화된 경우에는 프로브에서 디지털 스캔 컨버터 블록(380)까지 수행하여 데이터 레이트를 출력 영상의 너비 x 높이 바이트까지 낮추어 사용자에게 일정한 프레임 레이트의 영상을 제공할 수도 있다. 나아가, 수신단과 송신단의 배터리 게이지에 따라 배터리가 충분한 측에서 더 많은 신호 처리를 할 수 있게 배터리 관리 쪽의 가중치를 사용자가 결정함으로써 신호 처리의 경계의 결정에 영향을 줄 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 활용되는 통신망에서 의료 영상 데이터를 전송하기 위해 필요한 데이터 레이트와 통신 처리량과의 상관 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 가로축은 통신 처리량을 나타내고, 세로축은 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 나타낸다.
도 4의 그래프는 통신 상황에 따라 통신 처리량이 결정되고 각 처리단(송신단 또는 수신단)에서 처리할 신호 처리의 단계(신호 패스)를 결정했을 때 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4에서 볼 수 있듯이 통신 처리량과 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트는 양의 상관 관계를 가지며, 각 통신 처리량에 따라 적합한 데이터 레이트가 결정될 수 있으며, 이는 곧 각 처리단에서 어떠한 신호 패스에 따라야할 지를 결정하는 근거로서 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 통신 상태에 따라 의료 영상 데이터를 전송하기 위한 가변적인 데이터 레이트 결정 알고리즘을 도시한 도면이다.
우선, 무선 의료 초음파 시스템이 시작되면 사용자가 사용하고자 하는 어플리케이션(Abdomen 또는 Cardiac)을 선택하게 된다. 사용자가 선택한 어플리케이션을 통해 기본적으로 관찰할 깊이 정보를 얻게 되고, 이에 따라 현재 통신 상황 속에서 제공할 수 있는 프레임 레이트와 영상의 품질을 사용자가 선택하는 프레임 레이트와 영상의 품질의 가중치에 따라 예시 영상을 보여줄 수 있다. 예시 영상을 보고 사용자가 결정한 프레임 레이트와 영상의 가중치를 기반으로 다음 단계의 동작들이 수행된다. 여기서 영상의 품질은 축(axial) 방향으로의 mm당 샘플(sample) 수에 의해 결정된다.
이제, 알고리즘은 통신 상태가 변화하는 시점을 감지하여 송신단과 수신단에서 이루어지는 신호 처리의 단계가 적응적으로 변경되도록 하고, 이에 따라 초음파 영상 신호 처리가 이루어진다. 이 과정은 통신 상태가 변화할 때마다 시스템이 감지해 반복적으로 수행되는 것이 바람직하다. 만약 통신 상태가 악화되어 첫 단계에서 설정한 프레임 레이트와 영상의 품질을 보장할 수 없게 된 경우에는 데시메이션 비율인 r과 스캔라인(scanline)의 수를 사용자가 설정한 프레임 레이트와 영상의 품질의 가중치를 고려해 조절해 데이터 레이트를 줄일 수 있다. 데시메이션 비율의 증가와 스캔라인의 감소로 인한 영상 질의 악화는 수신단에서 보간(interpolation)을 통해 보상할 수 있을 것이다.
이러한 적응적인 신호 패스의 결정은 앞서 도 2를 통해 설명한 S240 단계의 의료 영상 처리 과정에 해당한다. 도 5에는 총 6개의 신호 패스가 예시되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 의료 영상 시스템이 구현되는 환경과 조건에 따라 이러한 신호 패스를 변형하여 구현할 수 있을 것이다. 각각의 신호 패스를 예시하면 다음과 같다.
(1) 상기 의료 영상 데이터에 대한 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC)를 포함하는 제 1 신호 패스;
(2) 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍(beamforming) 및 DC 제거(DC cancel)를 순차적으로 포함하는 제 2 신호 패스;
(3) 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거 및 직교 복조(quadrature demodulation)를 순차적으로 포함하는 제 3 신호 패스;
(4) 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조 및 데시메이션(decimation)을 순차적으로 포함하는 제 4 신호 패스;
(5) 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션 및 포락선 검출(envelope detection)을 순차적으로 포함하는 제 5 신호 패스;
(6) 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출 및 디지털 스캔 컨버터(digital scan converter, DSC)를 순차적으로 포함하는 제 6 신호 패스;
즉, 도 5에 예시된 알고리즘은 상기 6개의 신호 패스 중 어느 하나의 신호 패스를 선택하게 되고, 선택된 신호 패스에 따라 의료 영상 처리를 수행하게 된다. 또한, 프로브로부터 입력되는 의료 영상 데이터가 채널(channel) 별로 A(A는 단위 시간에 전달되는 데이터량을 나타내는 양수)의 데이터 레이트를 가진다고 가정(즉, channel×A)하면, 각각의 신호 패스의 출력 신호 다음과 같은 특성을 갖는다.
(a) 제 1 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : A
(b) 제 2 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : A
(c) 제 3 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : 2A
(d) 제 4 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : 2A/r(r은 데시메이션 비율)
(e) 제 5 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : A/r
(f) 제 6 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트 : 출력 의료 영상의 너비(width)와 높이(height)의 곱의 바이트(Bytes)
이하에서는 상기된 본 발명의 실시예를 이용하여 다양한 상황에 적용하는 경우의 적용 예를 제시하도록 한다.
첫째, 어플리케이션의 선택과 프레임 레이트/영상 품질 가중치를 설정하는 것이 구현 가능하다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 어플리케이션을 구현하는 일례를 예시한 도면으로서 2가지 어플리케이션(Cardiac 및 Abdomen)을 가정하고 있다.
우선, 시스템을 시작하면 사용자에게 어플리케이션을 선택하게 한다. 복부를 관찰하기 위한 어플리케이션을 선택하면 관찰할 깊이가 13~15cm로 결정된다. 사용자는 프레임 레이트와 영상의 품질 사이에서 희망하는 가중치를 설정할 수 있다. 시스템은 현재 통신 상황에서 제공할 수 있는 영상의 예시를 프레임 레이트와 영상의 품질의 가중치에 따라 보여준다. 예시 영상을 보고 사용자는 프레임 레이트와 영상의 품질 가중치를 결정한다. 이를 위해 도 6에 예시된 바와 같은 조절 바(bar)를 이용하여 가중치를 선택할 수 있다. 또한, 배터리의 효율적 분배를 어느 정도로 할 것인지에 대한 가중치도 결정할 수 있을 것이다.
둘째, 통신 상황이 변화하는 경우, 통신 상황에 따라 송신단과 수신단의 신호처리 경계를 가변하여 통신 상황의 변화에도 불구하고 사용자가 지정한 프레임 레이트와 영상의 품질을 만족하는 영상을 보장, 제공하고자 한다. 이 경우, 최초에 사용자가 설정한 프레임 레이트와 영상의 품질을 제공할 수 있는 범위 내에서 통신 상황이 변화하는 경우를 가정한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 송신 장치는, 감지된 통신 처리량에 비례하여 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 의료 영상 처리의 결과를 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도하는 것이 바람직하다.
셋째, 통신 상황이 심각하게 악화된 경우, 송신단과 수신단의 신호 처리 경계의 가변으로도 최초에 사용자가 지정한 프레임 레이트와 영상의 품질을 만족하는 영상을 제공할 수 없다고 가정하자. 이 경우 데시메이션 비율인 r을 증가시키고 스캔라인 수를 감소시켜 제공하는 영상의 프레임 레이트와 품질을 감소시킨다. 즉, 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 임계값 이하로 저하된 것을 감지한 경우, 영상 송신 장치는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 감지된 통신 처리량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 감지된 통신 처리량에 비례하도록 조절함으로써, 의료 영상 처리의 결과가 미리 설정된 프레임 레이트 및 영상의 품질을 만족하도록 유도하는 것이 바람직하다.
이때, 미리 설정된 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되는데, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이(mm)당 샘플(sample) 수를 감소시킬 수 있다.
이와 반대로, 미리 설정된 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이(mm)당 샘플 수의 감소를 억제하여, 영상의 품질 감소를 최소화하는 대신에 프레임 레이트의 감소를 크게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 데시메이션 비율의 감소와 스캔라인 수의 증가로 인한 영상 질의 악화는 수신단에서 보간(interpolation)을 통해 보상할 수 있다.
넷째, 잔여 배터리를 고려하여 송신단과 수신단의 신호 처리 경로 선택을 조절할 수 있다. 송신단과 수신단의 배터리 게이지에 따라 배터리 사용의 효율적 분배 가중치를 크게 둔 경우에는 통신 상황에 따라 송신단과 수신단의 신호처리 경계를 변경하는 과정에서 배터리가 충분한 쪽에서 더 많은 신호 처리 단계가 수행되도록 하는 영향이 크게 작용하게 된다. 반대로 송신단과 수신단의 배터리 게이지에 따라 배터리 사용의 효율적 분배 가중치를 작게 둔 경우에는 통신 상황에 따라 송신단과 수신단의 신호처리 경계를 가변하는 과정에서 배터리가 충분한 쪽에서 더 많은 신호 처리 단계가 수행되도록 하는 영향이 작게 작용하게 된다.
이를 구현하기 위해, 영상 송신 장치는 영상 수신 장치로부터 상기 영상 수신 장치의 잔여 배터리(battery) 정보를 수신하고, 상기 영상 송신 장치 자신의 잔여 배터리 정보와 상기 수신된 영상 수신 장치의 잔여 배터리 정보를 비교함으로써 비교 결과를 고려하여 신호 패스를 조절할 수 있다. 특히, 신호 패스를 선택하여 의료 영상 처리를 수행하는 과정은, 상기 영상 송신 장치 및 상기 영상 수신 장치 중 잔여 배터리가 상대적으로 충분한 장치에서 더 많은 신호 처리를 수행하도록 상기 신호 패스가 선택되는 것이 바람직하다.
이상에서는 영상 송신 장치를 중심으로 그 수행 과정을 기술하였다. 이하에서는 영상 송신 장치에 대응한 영상 수신 장치를 중심으로 그 수행 과정을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 수신 장치가 도 2의 영상 송신 장치에 대응하여 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도로서, 설명의 중복을 피하기 위해 대응하는 구성에 대해서는 그 개요만을 약술하도록 한다.
S710 단계에서, 영상 수신 장치는 영상 송신 장치로부터 의료 영상 처리의 결과를 수신받는다.
S720 단계에서, 영상 수신 장치는 상기 S710 단계를 통해 수신받은 의료 영상 처리의 결과를 해석하여 전처리 과정을 식별한다. 여기서, 전처리 과정은, 상기 영상 송신 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량을 감지하고, 상기 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 결정하고, 상기 의료 영상 데이터에 대하여 상기 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스를 선택함으로써 수행되는 과정을 의미한다. 또한, 상기 전처리 과정에서, 상기 영상 송신 장치는 상기 감지된 통신 처리량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 의료 영상 처리의 결과를 상기 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도할 수 있다.
이러한 전처리 과정의 식별은 S710 단계를 통해 수신되는 신호 내에 식별자(identifier) 또는 특별한 플래그(flag)를 포함시킴으로써 간단히 구현될 수 있다. 예를 들어, 송신단(영상 송신 장치)에서는 전처리 과정에서 마지막으로 수행된 단계를 나타내는 플래그를 전송하거나, 또는 전처리 과정에서 선택된 신호 패스의 고유 식별자를 전달받는 방법을 통해 수신단(영상 수신 장치)이 이를 쉽게 판별할 수 있다.
S730 단계에서, 영상 수신 장치는 상기 S720 단계를 통해 식별된 전처리 과정에 계속하여 상기 의료 영상 처리의 결과를 후처리한다. 이러한 후처리 과정은 전체 무선 의료 초음파 영상 처리 과정 중, 전처리 과정을 제외한 나머지 신호 처리 과정을 의미한다. 따라서, 후처리 과정은 앞서 수행된 전처리 과정에 대응하여 결정될 것이다.
전처리 과정과 후처리 과정을 대응시킨 각 신호 패스를 예시하면 다음과 같다.
(1) 전처리 과정이 의료 영상 데이터에 대한 아날로그-디지털 컨버터을 포함하는 제 1 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리;
(2) 전처리 과정이 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍 및 DC 제거를 순차적으로 포함하는 제 2 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리;
(3) 전처리 과정이 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거 및 직교 복조를 순차적으로 포함하는 제 3 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리;
(4) 전처리 과정이 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조 및 데시메이션을 순차적으로 포함하는 제 4 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리;
(5) 전처리 과정이 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션 및 포락선 검출을 순차적으로 포함하는 제 5 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리;
(6) 전처리 과정이 아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출 및 디지털 스캔 컨버터를 순차적으로 포함하는 제 6 신호 패스에 따를 경우, 영상 수신 장치는 영상 출력을 후처리;
또한, 프로브로부터 입력되는 의료 영상 데이터가 채널(channel) 별로 A(A는 단위 시간에 전달되는 데이터량을 나타내는 양수)의 데이터 레이트를 가진다고 가정(즉, channel×A)하면, 각각의 신호 패스의 출력 신호 다음과 같은 특성을 갖는다.
(a) 제 1 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : A
(b) 제 2 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : A
(c) 제 3 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : 2A
(d) 제 4 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : 2A/r(r은 데시메이션 비율)
(e) 제 5 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : A/r
(f) 제 6 신호 패스에 따른 전처리 과정의 출력 신호의 데이터 레이트 : 출력 의료 영상의 너비와 높이의 곱의 바이트
한편, 상기된 영상 수신 장치는, 영상 송신 장치에 자신의 잔여 배터리 정보를 전송함으로써, 상기 영상 송신 장치로 하여금 영상 송신 장치 자신의 잔여 배터리 정보와 상기 수신된 잔여 배터리 정보를 비교하고, 그 비교 결과를 고려하여 신호 패스를 조절함으로써 전처리 과정을 결정하도록 유도할 수 있다. 특히, 이러한 전처리 과정은, 상기 영상 송신 장치 및 상기 영상 수신 장치 중 잔여 배터리가 상대적으로 충분한 장치에서 더 많은 신호 처리를 수행하도록 상기 신호 패스가 선택되는 것이 바람직하다.
(2) 제 2 실시예
본 발명의 두 번째 실시예는 초음파를 발생시키고 인체로부터 반사된 초음파를 수신할 수 있는 프로브를 별도로 구성하고, 이러한 프로브에 연결된 원격(remote) 의료 영상 장치에서 초음파 영상 처리를 수행한 후, 이를 유무선 통신을 통해 로컬(local) 의료 영상 장치로 전달하여 의사가 원격지에 위치한 환자의 상태에 대한 최종적인 초음파 영상을 획득할 수 있는 의료 영상 시스템을 제안하고자 한다. 특히, 이러한 원격 의료 영상 시스템의 구현에서 예상되는 문제점은 다음과 같다.
무선 초음파 프로브를 이용한 초음파 영상 시스템 구현 시, 현재 통신 기술의 한계로 인하여 데이터 전송량이 제한되며, 사용자의 경험도가 급격히 감소하여 효용성이 제한될 수 있다. 특히, 프로브를 포함하거나 또는 이와 연결된 송신단과 수신단에 연결되는 통신 매체의 상태에 변화가 있을 수 있으며, 특히 무선 통신의 경우 작동 환경에 따라 다양한 장애가 발생할 우려가 있다. 이에 효율적으로 신호 검출이 가능한 무선 초음파 장비에서 전달되는 데이터 양을 줄이면서도 사용자가 진단이 가능할 정도의 영상 품질을 보장하는 초음파 장비가 필요하다.
이하에서 제안되는 본 발명의 실시예들은 무선 초음파 진단 시스템의 제한된 통신 상황에서 최대의 사용자 경험을 제공하는 기술로써, 데이터 레이트(data rate), 시간 해상도(temporal resolution) 및 데이터 압축(data compression) 등 데이터를 줄일 수 있는 다양한 기법을 활용하여 사용자 경험 입장에서 영상 구획화를 구성하고, 이와 더불어 사용자 친화적인 제어 방식을 통해 효율적으로 진단 영상을 제공하는 기술적 수단은 제안하고자 한다.
데이터 양을 줄이는 방법은 다양하다. 표본화 데이터의 양을 감소시키는 데시메이션(decimation)을 수행하여 데이터 양 자체를 줄일 수도 있고, 영상의 프레임률을 줄여 시간적으로 입력되는 데이터의 양을 줄일 수도 있다. 또한, 데이터의 압축을 통하여 통신 대역폭을 감축할 수도 있다. 그러나, 이러한 데이터 감축 방법을 전체 원본 영상에 일괄적으로 적용하는 방식은 사용자 경험을 떨어뜨릴 수 있다. 특히 의료 영상은 영상 내의 특정 영역에 반드시 고화질로 유지되어야 하는 중요한 정보가 포함되는 경우가 많아, 일괄적인 영상 품질 열화는 사용자 및 피검사자에게 큰 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 이하에서 제안되는 본 발명의 실시예들은 획득된 전체 의료 영상을 구획화하여 사용자가 관심 있는 특정 영역(region of interest, ROI)은 고화질로 제공하되, 다른 영역에 대해서는 영상의 품질을 떨어뜨려 무선으로 전송할 데이터 양을 최소화시킬 수 있다. 즉, 제한된 대역폭의 무선 통신망에서, 초음파 프로브가 부착된 원격 초음파 영상 장치(remote US system)을 통하여 환자로부터 임상 정보를 취득하고, 이렇게 얻은 데이터를 사용자의 시야에 근접한 별도의 로컬 초음파 영상 장치(local US system)에 송신하되, 데이터 양을 최소화하면서도 사용자가 얻는 정보는 최대한 유지하는 기법을 제안한다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 사용자에게 제공하는 영상을 주된 관심 관찰 구간을 중심으로 여러 단계로 나누어 점진적으로 데이터의 질을 낮추는 방식을 채택하여 실제 전송하는 데이터 양을 감축함으로써, 통신 대역폭을 확보하는 방식을 통해 사용자의 경험을 최대화한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 두 번째 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다.
앞서 소개한 바와 같이, 도 1은 본 발명의 실시예들이 공통적으로 채택하고 있는 구성에 해당하므로, 여기서는 도 1의 구성을 다시 살펴보되, 구획 분할의 관점에서 의료 영상을 송수신하는 구성을 중심으로 소개하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템의 개괄적인 구조를 도시한 블록도로서, 크게 의료 영상 송신 장치/원격 의료 영상 장치(remote US system)(10)와 의료 영상 수신 장치/로컬 의료 영상 장치(local Us system)(20)로 구성된다.
이러한 시스템 구조하에서 초음파 신호의 취득은 원격 의료 영상 장치(10)에 연결된 프로브(11)를 통해 이루어지며, 취득된 영상 데이터는 원격 의료 영상 장치(10)에서 일련의 영상 처리를 거쳐 로컬 의료 영상 장치(20)로 전송된다. 이때, 양자(10, 20) 간의 거리 혹은 다른 간섭 등으로 인하여 통신 속도가 제한되게 되면, 생성된 원본 영상 데이터를 완전한 형태로 전송함과 동시에 최대 성능을 보장하기 어려움을 이미 지적한 바 있다.
원격 의료 영상 장치(10)에서 처리부(13)는 프로브(11)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받는다. 영상 송신 장치(10)의 통신부(15)는 로컬 의료 영상 장치(20)에 의료 영상을 전송하거나, 상기 영상 송신 장치(10)와 영상 수신 장치(20) 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하여, 처리부(13)에 제공한다. 처리부(13)는 일련의 초음파 영상 신호 처리 과정을 통해 의료 영상을 생성하고, 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역(region of interest, ROI)을 설정하여, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할한다. 또한, 처리부(13)는 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 각 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 생성한다. 이제, 원격 의료 영상 장치(10)는 통신부(15)를 통해 감축된 의료 영상을 로컬 의료 영상 장치(20)에 전송한다. 나아가, 처리부(13)는 통신부(11)를 통해 감지된 통신 처리량에 기초하여 분할 영역에 대한 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용할 수도 있다. 즉, 현재 활용 가능한 통신 처리량이 적다면, 데이터 감축률이 상대적으로 더 높은 감축 기법을 활용하는 것이 바람직하다.
로컬 의료 영상 장치(20)는 통신부(25)를 통해 원격 의료 영상 장치(10)로부터 의료 영상을 수신받는다. 그런 다음, 로컬 의료 영상 장치(20)의 처리부(23)는 수신받은 의료 영상을 해석하여 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 복원한다. 이때, 영상 데이터가 특별한 복호화 과정 없이 재생될 수 있는 성질의 것인 경우, 곧바로 해당 영상 데이터를 디스플레이 장치(30)로 출력할 것이다. 그러나, 영상 데이터가 특정 압축 알고리즘에 의해 부호화된 경우, 이에 대응하는 복호화 알고리즘을 활용하여 복호화하는 과정이 필요하다. 따라서, 로컬 의료 영상 장치(20)의 처리부(23)는 수신받은 의료 영상을 해석함에 있어서, 감축된 영상 데이터에 대한 영상 데이터 감축 기법을 식별할 수 있어야 할 것이다.
나아가, 원격 의료 영상 장치(10) 및 로컬 의료 영상 장치(20) 모두는 각각 제어부(17, 27)가 연결되어 있을 수도 있고, 또는 어느 일방에만 연결되어 있을 수도 있다. 이들 제어부(17, 27)는 자동으로 프로브(11)의 움직임을 트래킹(tracking)하는 자이로 센서(gyro sensor) 등으로 구현될 수도 있고, 사용자가 직접 이미지 품질과 시간 해상도(temporal resolution)을 고려하여 조절할 수 있는 버튼(button)이나 조그(jog) 등으로 구현될 수도 있다. 이러한 제어부(17, 27)는 원격 의료 영상 장치(10) 또는 로컬 의료 영상 장치(20)에 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령을 전달하는 역할을 함으로써, 감축된 영상 데이터를 생성함에 있어서, 수신된 상기 명령을 만족하는 영상 데이터 감축 기법을 적용하도록 유도한다. 예를 들어, 상기 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령은, 상기 의료 영상 내의 프레임 간의 영상 변화 정도 또는 상기 프로브(11)의 움직임 정도를 고려하여 설정되며, 상기 의료 영상의 시간 해상도(temporal resolution)를 조절하는 명령이 될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 관심 영역을 이용한 영역 분할을 통해 감축된 영상 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
로컬 의료 영상 장치(local US system)(20)의 디스플레이부(11)를 통해 출력되는 영상의 중심을 관심 영역으로 설정하였다고 가정할 때, 설정된 중심부를 기준으로 중심부로부터 멀어짐에 따라 여러 단계로 나누어 분할 영역을 설정하고, 각각의 분할 영역마다 데이터의 양 및 질을 조절함으로써, 최종적인 의료 영상의 질을 결정할 수 있음을 보인다. 여기서, D는 데이터 데시메이션(data decimation)을 통한 영상 데이터 감소를 나타내고, T는 시간 데시메이션(temporal decimation)을 통한 영상 데이터 감소를 나타내며, C는 데이터 압축(data compression)을 통한 영상 데이터 감소를 나타낸다.
또한, 각 부호 앞에 표기된 0~1 사이의 숫자는 원격 의료 영상 장치(remote US system)(10)에서 제공하는 데이터 성능에서 데이터 양의 감소 비율을 의미하는 데이터 가중치(weight)이다. 예를 들어, 가중치가 '1'이면 전송된 데이터를 그대로 사용하고, 가중치가 '0'이면 해당 부위에 대한 영상 데이터를 전혀 전송하지 않아 영상을 표현하지 않는다는 것을 나타낸다.
또한, 원격 의료 장치(10) 및 로컬 의료 장치(20)에서 양쪽, 또는 한쪽에 부가되는 제어부(17, 27)를 이용하여 데이터 질과 양의 트레이드오프(tradeoff)를 조절할 수 있다. 이러한 제어부(17, 27)는 물리적인 버튼이나 조그로 구현될 수도 있고, 자이로 센서 등의 측정 장치로 구현될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 이미지 품질과 시간 해상도는 서로 반비례하는 관계를 형성함을 알 수 있으며, 사용자의 요구 사항, 진단 상황에 따른 설정값 또는 관심 영역 및 분할 영역에 적용되는 차등적인 영상 데이터 감축 기법에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 로컬 의료 장치(20)에서 출력되는 영상에 급격하고 많은 움직임이 존재하거나 의사가 환부를 찾기 위해 원격 의료 장치(10)의 프로브(11)를 빠르게 움직여야 할 경우에 영상 데이터를 감소시켜 시간 해상도(temporal resolution)을 높일 필요가 있다는 알람 정보를 제공할 수 있다. 이와 반대로 프로브(11)의 움직임이 적거나 의사가 환부를 면밀히 관찰하고자 할 때 시간 해상도를 희생하여서라도 고화질의 영상을 제공해야 할 필요가 있다는 알람 정보를 제공할 수도 있다. 이러한 구분 동작을 통해 하나 또는 다수 개의 단계에 대해 처리하여야 할 데이터 양 정보를 프리셋(preset)으로 설정해 놓을 수 있을 것이다.
요약하건대, 본 발명의 실시예들은 영상을 구획화하여 각 분할 영역에서 전송해야 할 데이터의 양을 가변적으로 조절함으로써 전체 데이터 양을 최적화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서 데이터를 줄이는 방법이나 정도를 선택 가능하다. 이러한 각 분할 영역에는 적용하고자 하는 영상 데이터 감축 기법과 가중치(weight)가 각각 부여되며, 해당 방법에 따라 데이터 감축의 정도를 결정하게 된다. 각각의 구획(영역의 분할)은 시스템의 미리 설정된 값(preset)으로 지정되거나 또는 사용자 설정값으로 구현될 수 있으며, 필요에 따라서는 영상 전체가 하나의 영역으로 설정될 수도 있을 것이다.
예를 들어, 통신 상황이 양호한 경우 구획 단계를 줄이고 전체 영상에 최대 가중치(예를 들어, '1')를 설정하여 최상의 성능을 유도할 수 있다. 이와 반대로, 통신 상황이 악화된 경우 데이터 양을 극단적으로 줄이기 위하여 관심 영역 외의 구간에 최소 가중치(예를 들어, '0')를 설정하여 해당 부분에 대한 데이터를 로컬 의료 장치에 전송하지 않도록 설정할 수도 있을 것이다. 이 경우 사용자는 마치 돋보기 기능처럼, 관심 영역만을 수신받아 볼 수 있게 된다.
한편, 데이터를 감축하는 방법에 따라 저하된 영상의 질은 로컬 의료 장치(20) 내부에서 영상 보정 알고리즘을 사용하여 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 데이터 데시메이션(data decimation)을 통한 데이터 감축이 이루어진 경우, 로컬 의료 장치(20)는 공간 영상 보간(spatial image interpolation) 등의 후처리를 통하여 영상의 질을 향상시킬 수 있으며, 만약 시간 해상도(temporal resolution)를 희생한 경우에는 시간 보간(temporal interpolation)을 적용하여 영상의 프레임률을 회복할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원격(remote) 의료 영상 장치를 중심으로 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도로서 다음과 같은 단계를 포함한다.
S910 단계에서, 원격 의료 영상 장치는 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상을 생성한다.
S920 단계에서, S910 단계를 통해 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역(region of interest, ROI)을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할한다.
S930 단계에서, 원격 의료 영상 장치는 S920 단계를 통해 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 각 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 생성한다. 여기서, 감축된 영상 데이터를 생성하는 과정은, 상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖는 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용하는 것이 바람직하다.
이러한 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 또한, 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 작은 영상 가중치(weight)가 부여되는 것이 바람직하다.
S940 단계에서, 원격 의료 영상 장치는 S930 단계를 통해 감축된 영상 데이터를 로컬(local) 의료 영상 장치에 전송한다.
한편, 발명의 다른 실시 태양으로서, 도 9에 도시된 의료 영상을 전송하는 방법은, S930 단계 이전에 원격 의료 영상 장치와 로컬 의료 영상 장치 간의 통신 상태를 측정하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 감축된 영상 데이터를 생성하는 S930 단계는, 측정된 상기 통신 상태에 따른 통신 처리량(throughput)을 고려하여 영상 데이터 감축 기법을 적용할 수 있다. 이러한 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 통신 처리량에 비례하여 영상 가중치가 부여되는 것이 바람직하다.
나아가, 발명의 또 다른 실시 태양으로서, 도 9에 도시된 의료 영상을 전송하는 방법은, S930 단계 이전에 원격 의료 영상 장치가 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령을 수신하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 감축된 영상 데이터를 생성하는 S930 단계는, 수신된 상기 명령을 만족하는 영상 데이터 감축 기법을 적용할 수 있다. 또한, 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령은, 상기 의료 영상 내의 프레임 간의 영상 변화 정도 또는 상기 프로브의 움직임 정도를 고려하여 설정되며, 상기 의료 영상의 시간 해상도(temporal resolution)를 조절하는 명령으로 구현될 수 있다.
이하에서는 상기된 본 발명의 다른 실시예를 이용하여 다양한 영상 데이터 감축 기법에 기반한 적용 예를 제시하도록 한다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 차등적인 영상 데이터 감축 기법의 적용예를 도시한 도면으로서, 각각 도 10a는 시간 해상도(temporal resolution) 가변 기법, 도 10b는 데이터 레이트(data rate) 가변 기법, 및 도 10c는 특정 구획(예를 들어, 중심 영역 또는 관심 영역이 될 수 있다.) 이외에는 모두 가중치(weight)를 '0'으로 설정하는 기법을 적용한 결과를 도시하였다.
도 10a를 참조하면, 중앙의 관심 영역으로부터 가장자리 영역으로 이동함에 따라 단계적으로 구획이 이루어졌으며, 중심에 가장 높은 시간 해상도(60Hz)가 부여되었으며, 점진적인 감축을 거쳐 최외각 영역에 가장 낮은 시간 해상도(10Hz)가 부여되어 있음을 확인할 수 있다. 도 10b를 참조하면, 중앙의 관심 영역으로부터 가장자리 영역으로 이동함에 따라 단계적으로 구획이 이루어졌으며, 중심에 가장 높은 데이터 레이트(40MHzfs)가 부여되었으며, 점진적인 감축을 거쳐 최외각 영역에 가장 낮은 데이터 레이트(10MHzfs)가 부여되어 있음을 확인할 수 있다. 또한 이에 따라 최외각 영역의 이미지 품질이 저하되었음을 확인할 수 있다. 도 10c를 참조하면, 중앙의 관심 영역과 그 외의 영역으로만 구획이 이루어졌으며, 관심 영역 외의 나머지 영역에는 가중치 '0'이 부여되었음을 확인할 수 있다. 그 결과, 로컬 의료 영상 장치에서는 관심 영역 이외의 영역에 대한 영상을 받아볼 수 없다.
이상과 같이 전체 의료 영상에 대하여 다양한 구획 방법과 영상 데이터 감축 기법 및 가중치 적용이 활용될 수 있음을 알 수 있다. 효과의 측면에서, 단순한 예로써 영상을 2단계 구획으로 나누고 각 구획의 면적이 동일하다고 가정했을 때, 관심 영역 외의 영역에 대해 시간 해상도(temporal resolution)을 관심 영역(50Hz) 대비 절반(25Hz)으로 설정할 경우, 데이터의 양은 전체 데이터를 모두 전송할 때 대비 25%의 전송 데이터 양 감소 효과를 가질 수 있다. 이는 동일한 조건에 관심 영역 외의 나머지 영역의 데이터 레이트(data rate)를 낮췄을 때도 마찬가지의 효과를 가진다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로컬(local) 의료 영상 장치가 도 9의 원격 영상 장치에 대응하여 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도로서, 설명의 중복을 피하기 위해 대응하는 구성에 대해서는 그 개요만을 약술하도록 한다.
S1110 단계에서, 로컬 의료 영상 장치는 원격 의료 영상 장치로부터 의료 영상을 수신받는다.
S1120 단계에서, 로컬 의료 영상 장치는 S1110 단계를 통해 수신된 상기 의료 영상을 해석하여 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 복원한다. 여기서, 감축된 영상 데이터는, 원격 의료 영상 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상을 생성하고, 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하고, 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성된 것이다. 이러한 감축된 영상 데이터는, 상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖는 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용함으로써 생성되어야 할 것이다.
또한, 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션, 시간 데시메이션 및 데이터 압축 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있으며, 상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 작은 영상 가중치가 부여되는 것이 바람직하다.
만약, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 로컬 의료 영상 장치는, 복원된 상기 영상 데이터를 공간 영상 보간(spatial image interpolation)함으로써 영상의 질을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 로컬 의료 영상 장치는, 복원된 상기 영상 데이터를 시간 보간(temporal interpolation)함으로써 영상의 프레임률을 회복할 수도 있을 것이다.
한편, 감축된 영상 데이터는, 상기 원격 의료 영상 장치와 상기 로컬 의료 영상 장치 간의 통신 상태를 측정하고, 측정된 상기 통신 상태에 따른 통신 처리량을 고려하여 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성될 수 있으며, 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 상기 통신 처리량에 비례하여 영상 가중치가 부여되는 것이 바람직하다.
나아가, 감축된 영상 데이터는, 상기 원격 의료 영상 장치가 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령을 수신하고, 수신된 상기 명령을 만족하는 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성될 수 있으며, 상기 영상 데이터의 품질 변화를 요청하는 명령은, 상기 의료 영상 내의 프레임 간의 영상 변화 정도 또는 상기 프로브의 움직임 정도를 고려하여 설정되며, 상기 의료 영상의 시간 해상도를 조절하는 명령인 것이 바람직하다.
S1130 단계에서, 로컬 의료 영상 장치는 S1120 단계를 통해 복원된 상기 영상 데이터를 출력한다.
(3) 제 3 실시예
본 발명의 세 번째 실시예는, 휴대용 의료 초음파 영상 기법에서 통신 상황이 악화되거나 잔여 전력이 고갈된 경우 연산 및 통신에 수반되는 데이터의 크기를 감소시킬 수 있는 기술적 수단을 제안하고자 한다. 이를 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 일련의 데이터 감축 기법들은 초음파 영상을 복원하기 위한 복원 파라미터(parameter)의 조절을 통한 데이터 복원 과정에서 압축 효율을 향상시키거나, 영상 구획화를 구성함에 있어서 데이터 레이트(data rate), 시간 해상도(temporal resolution) 및 데이터 압축(data compression) 등의 다양한 기법을 활용하며, 또는 데이터 레이트(data rate)를 감소시켜 프레임 레이트(frame rate)를 개선하고 배터리 사용의 효율적 분배를 통해 시스템의 가용 시간을 연장할 수 있는 기술적 수단을 소개한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 세 번째 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다.
앞서 소개한 바와 같이, 도 1은 본 발명의 실시예들이 공통적으로 채택하고 있는 구성에 해당하므로, 여기서는 도 1의 구성을 다시 살펴보되, 복원 파라미터의 조절과 압축의 관점에서 의료 영상을 송수신하는 구성을 중심으로 소개하도록 하겠다.
도 1에서, 영상 송신 장치(10)에서 처리부(13)는 프로브(11)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득한다. 영상 송신 장치(10)의 통신부(15)는 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 감지하여 처리부(13)에 제공한다. 그러면, 처리부(13)는 제공된 통신 상태 또는 전력 상태를 평가하고, 평가 결과에 따라 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 결정하며, 결정된 복원 파라미터에 따라 앞서 획득된 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원한다. 여기서, 복원 파라미터는, 의료 영상에 관한 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 그런 다음, 영상 송신 장치(10)의 처리부(13)는 복원된 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성한다. 영상 송신 장치(10)에서 수행되는 일련의 연산은 의료 영상 시스템의 송신단에서 이루어지는 일종의 영상 전처리 과정에 해당한다. 이제, 영상 송신 장치(10)는 통신부(15)를 통해 생성된 압축 데이터를 영상 수신 장치(20)에 전송함으로써 영상 수신 장치(20)로 하여금 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
도 1에서, 영상 수신 장치(20)는 통신부(25)를 통해 영상 송신 장치(10)로부터 압축 데이터를 수신받는다. 그러면, 영상 수신 장치(20)의 처리부(23)는 수신된 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원한다. 그런 다음, 영상 수신 장치(20)의 처리부(23)는 복원된 제 1 의료 영상을 해석하여 전처리 과정을 식별한 후, 그에 따른 후처리 연산을 수행함으로써 제 2 의료 영상을 생성한다. 여기서, 전처리 과정은 앞서 영상 송신 장치(10)를 통해 수행된 제 1 의료 영상의 생성 과정을 의미한다. 처리부(23)는 이렇게 식별된 전처리 과정에 계속하여 통신부(25)를 통해 수신된 의료 영상 처리의 결과를 후처리하게 된다. 이러한 후처리 과정은 프로브(11)를 통해 획득된 원본 신호로부터 최종적인 의료 영상 신호를 생성하기 위한 전체 과정 중 앞서 영상 송신 장치(10)를 통해 수행된 전처리 과정을 제외한 나머지 과정을 의미한다. 마지막으로, 처리부(23)는 후처리된 최종 의료 영상(제 2 의료 영상)을 디스플레이 장치(30)로 출력한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 초음파 영상 시스템에서 의료 영상을 복원하고 송수신하는 과정을 도시한 흐름도이다.
초음파 영상 송신 장치에서는, S1210 과정을 통해 프로브를 이용한 초음파 데이터 획득이 시작된다. 이와 병렬적으로, 초음파 영상 송신 장치 및 수신 장치 각각에 구비된 통신 수단에서는, S1220 단계를 통해 현재의 무선 통신 및 전력 상황을 평가하는데, 예를 들어 미리 설정된 다단계의 구간별 평가가 가능하다. S1230 단계에서는 이러한 평가 결과에 기초하여 기대 압축률을 결정한다. 기대 압축률이란 초음파 영상 송신 장치에서 획득된 초음파 데이터의 측정값을 어떠한 수준으로 압축할 것인지를 의미한다. S1240 단계에서는 앞서 획득된 초음파 데이터의 복원을 수행함에 있어서, S1220 단계를 통해 측정된 통신 상황 또는 전력 상황의 감지 구간에 따라 S1230 단계에서 결정된 특정 복원 파라메터, 예를 들어, 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 등을 이용하게 된다. 여기서, 특정 복원 파라메터는 수행할 압축 방법에 따라 기대 압축 효율을 만족할 수 있는 영상 특징을 미리 갖도록 미리 결정되어 있는 것이 바람직하다. S1240 단계에서 생성된 복원 데이터(제 1 의료 영상)는 S1250 단계를 통해 지정된 압축 방법을 통해 데이터 양이 감소한 상태에서 S1260 단계를 거쳐 초음파 영상 수신 장치로 전달된다.
한편, 초음파 영상 수신 장치에서는 S1270 단계를 통해 앞서 전달된 압축 데이터를 원래의 복원 데이터(제 1 의료 영상)로 디코딩하고, S1280 단계를 통해 이에 대한 후처리를 수행함으로써 최종 초음파 영상(제 2 의료 영상)을 구성한 후 이를 사용자에게 출력하게 된다.
상기된 실시예를 통한 데이터의 압축 효율은 사용자 경험 및 영상의 질 측면에서 영상의 부분을 구획화하여 압축 정도를 다르게 수행하여 최적화될 수도 있고, 또는 압축 전송할 데이터를 선택적으로 변경함으로써 최적화될 수도 있다. 이하에서는 각각의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 소개하도록 한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법을 도시한 흐름도이다.
S1310 단계에서, 영상 송신 장치는 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득한다.
S1320 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가한다. 이중 통신 상태에 따른 처리량은 네트워크 기술 분야에서 활용되는 다양한 통신 채널 감지 기술을 활용하여 구현될 수 있으며, 유선 또는 무선 통신의 규격에서 제안하고 있는 통신 상태 지표가 활용될 수도 있다.
S1330 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 상기 S1320 단계의 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원한다. 앞서 소개한 바와 같이, 복원 파라미터는, 의료 영상에 대한 동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 의료 영상을 복원하는 과정은, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정하는 것이 바람직하다.
S1340 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 S1330 단계를 통해 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 압축 데이터를 생성함에 있어서, 사용자 경험 및 영상의 질 측면에서 영상의 부분을 구획화하는 기법과 초음파 신호 처리 단계에서 압축 송신할 데이터를 선택적으로 변경하는 최적화 기법들을 활용 가능하다. 이들 기법들은 앞서 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 통해 그 개요를 소개한 바 있다.
S1350 단계에서, 상기 영상 송신 장치는 S1340 단계를 통해 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도한다.
도 14는 통신 및 전력 상황에 따른 영상 복원 과정을 예시한 도면으로서, 통신 상황 및 전력 상황별 복원 파라미터를 미리 구성한 후, 평가 결과에 따라 현재의 상황에 적합한 복원 파라미터를 선택하여 생성된 복원 데이터를 도시하였다. 구현의 관점에서 복원 데이터의 품질은 통신 상황 내지 전력 상황이 허용하는 한 최고 품질을 유지하는 것이 바람직하나, 주어진 환경에 따라 다른 전략을 채택하는 것도 가능하다.
도 14에는 활용 가능한 다양한 복원 파라메터 중 영상의 동적 레인지(dynamic range)만을 수정하여 영상에 표현되는 임상 정보의 양을 가변하여 적용하였다. 도 14를 참조하면, 통신 감도 내지 잔여 전력량이 감소하는 방향인 1 단계에서 5 단계로 진행할수록 비록 영상 내에 표현되는 정보가 감소하고 있으나, 모든 영상이 임상에 필요한 최소한의 정보는 제공하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 15는 각각의 영상 복원 과정에 대한 추정 압축률을 예시한 도면으로서, 다단계로 나뉘어 복원된 데이터에 대해 대표적인 압축 방법인 RLE(run-length encoding) 압축(compression) 방식을 통해 압축하였을 때의 추정 압축률을 도시하였다. x축을 살펴보면 복원 데이터의 정보의 양이 1 번에서 5 번 케이스로 진행하면서 감소하게 되고, 이를 압축했을 때의 추정 압축률을 나타내는 y축을 살펴보면 6%에서 25% 까지의 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이를 통해 전송할 데이터의 양을 줄여 사용자 경험을 확보할 수 있을 것임을 알 수 있다.
이하에서는, 압축 효율의 관점에서 영상의 구획화와 초음파 신호 처리 단계의 선택 적용에 관한 두 가지 구현 기법의 적용 방식을 소개하도록 한다.
3-1) 영상 구획화 기법
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 13의 의료 영상의 송신 방법에서, 압축 데이터를 생성하는 S1340 단계는, 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 압축된 영상 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 감축된 영상 데이터를 생성하는 과정은, 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용함으로써 달성될 수 있다. 특히, 이러한 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 이렇게 데이터를 감축하는 방법에 따라 저하된 영상의 질은 이후 초음파 수신 장치의 내부에서 영상 보정 알고리즘을 사용하여 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 데이터 데시메이션(data decimation)을 통한 데이터 감축이 이루어진 경우, 초음파 수신 장치는 공간 영상 보간(spatial image interpolation) 등의 후처리를 통하여 영상의 질을 향상시킬 수 있으며, 만약 시간 해상도(temporal resolution)를 희생한 경우에는 시간 보간(temporal interpolation)을 적용하여 영상의 프레임률을 회복할 수 있다.
3-2) 초음파 신호 처리의 선택 적용 기법
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 13의 의료 영상의 송신 방법에서, 압축 데이터를 생성하는 S1340 단계는, 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하여 압축된 영상 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 압축 데이터의 생성 과정은, 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도하게 된다.
만약, 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 압축 데이터를 생성하는 과정은, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여될 수 있는데, 영상의 품질에 비해 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 프레임 레이트에 비해 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제하는 것이 바람직하다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 도 13의 영상 송신 장치에 대응하여 의료 영상을 처리하는 방법을 시계열적으로 도시하였다. 설명의 중복을 피하기 위하여 여기서는 대응하는 개별 구성에 대해서는 그 개요만을 약술하도록 한다.
S1610 단계에서, 영상 수신 장치는 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신한다. 여기서, 압축 데이터는, 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성되는 것을 의미한다. 또한, 복원 파라미터는, 상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 가변적으로 결정된다.
첫째, 영상 구획화 기법을 활용한 구현의 경우, 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성될 수 있다. 여기서, 차등적인 영상 데이터 감축 기법은, 각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따를 수 있다. 만약, 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 공간 영상 보간(spatial image interpolation)하며, 만약 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 의료 영상 수신 장치는 복원된 상기 제 1 의료 영상을 시간 보간(temporal interpolation)하는 것이 바람직하다.
둘째, 초음파 신호 처리의 선택 적용 기법을 활용한 구현의 경우, 압축 데이터는, 상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하되, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 따라 생성될 수 있다. 만약 통신 상태의 변화에 따라 통신 처리량이 제 1 임계값 이하로 저하된 경우 또는 전력 상태의 변화에 따라 상기 잔여 전력량이 제 2 임계값 이하로 저하된 경우, 상기 압축 데이터는, 데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 통신 처리량 또는 상기 잔여 전력량에 비례하도록 조절함으로써 생성될 수 있다. 한편, 상기 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며, 상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고, 상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제할 수 있다.
S1620 단계에서, 상기 영상 수신 장치는 S1610 단계를 통해 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원한다.
S1630 단계에서, 상기 영상 수신 장치는 S1620 단계를 통해 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성한다. 이러한 제 2 의료 영상의 생성 과정은, 상기 신호 패스에 따른 상기 제 1 의료 영상의 생성 과정에서 수행된 의료 영상 처리의 결과에 연속하여 상기 제 1 의료 영상을 후처리하되, 상기 후처리는, 적어도 디지털 스캔 변환 및 영상 출력을 포함하며, 2D 필터링 또는 에지 강화를 선택적으로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
상기된 본 발명의 첫 번째 실시예에 따르면, 통신 상황에 따라 송신단과 수신단에서 이루어지는 신호 처리의 단계를 변화시킴으로써 무선으로 전송해야 할 데이터 레이트를 적응적으로 변경하여 사용자에게 통신 상황과 무관하게 일정한 프레임 레이트의 초음파 영상을 제공할 수 있다. 또한, 통신 상황이 악화되어 약속한 프레임 레이트와 영상의 품질을 제공하지 못할 때는 데시메이션 비율과 스캔라인의 수를 사용자가 지정한 가중치를 고려해 변경하여 시스템의 사용이 가능하도록 한다. 나아가, 송신단과 수신단의 배터리 사용을 효율적으로 분배함으로써 시스템의 가용 시간을 연장시킬 수 있다.
상기된 본 발명의 두 번째 실시예에 따르면, 프로브를 통해 획득된 전체 의료 영상을 구획화하여 사용자가 관심 있는 특정 영역은 고화질로 제공하되 다른 영역에 대해서는 영상의 품질을 떨어뜨려 무선으로 전송할 데이터 양을 최소화함으로써, 제한된 대역폭의 무선 통신망 내에서 중요한 의료 데이터에 대한 유실을 최소화하면서도 사용자가 얻는 관심 정보는 최대한 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 점진적인 데이터 감축 방식을 채택함으로써 부족한 통신 대역폭을 확보하여 사용자의 경험을 극대화한다.
상기된 본 발명의 세 번째 실시예에 따르면, 통신 및 전력 상황에 따른 차등 압축 전송 기법을 통해 무선 통신 상황이 저간섭 상황에는 고화질 초음파 영상을 제공하는 반면, 무선 통신상 간섭이 발생하고 있는 상황이나 잔여 전력이 부족한 경우 영상의 정보는 줄이되 프레임율은 유지시켜 사용자 경험을 최적화할 수 있다.

Claims (27)

  1. 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받는 단계;
    상기 영상 송신 장치와 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량(throughput)을 감지하는 단계;
    상기 영상 송신 장치가 상기 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트(data rate)를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 가변적으로 결정하는 단계;
    상기 영상 송신 장치가 상기 의료 영상 데이터에 대하여 상기 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택함으로써 의료 영상 처리를 수행하는 단계; 및
    상기 의료 영상 처리의 결과를 상기 결정된 데이터 레이트에 따라 상기 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 영상 송신 장치가 수행한 의료 영상 처리의 결과를 후처리하도록 유도하는 단계;를 포함하는 의료 영상 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    통신 상태의 변화에 따라 상기 통신 처리량이 임계값 이하로 저하된 것을 감지한 경우, 상기 영상 송신 장치는,
    데시메이션 비율(decimation ratio)을 상기 감지된 통신 처리량에 반비례하도록 조절하고, 스캔라인(scanline)의 수를 상기 감지된 통신 처리량에 비례하도록 조절함으로써, 상기 의료 영상 처리의 결과가 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질을 만족하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 프레임 레이트 및 영상의 품질은 사용자의 선택에 따라 각각 가중치가 부여되며,
    상기 영상의 품질에 비해 상기 프레임 레이트에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 증가시키되 길이당 샘플(sample) 수를 감소시키고,
    상기 프레임 레이트에 비해 상기 영상의 품질에 상대적으로 더 큰 가중치가 부여된 경우, 상기 영상 송신 장치는 데시메이션 비율의 증가율과 스캔라인의 수의 감소율을 유지하되 길이당 샘플 수의 감소를 억제하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 의료 영상 처리는,
    상기 의료 영상 데이터에 대한 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC)를 포함하는 제 1 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍(beamforming) 및 DC 제거(DC cancel)를 순차적으로 포함하는 제 2 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거 및 직교 복조(quadrature demodulation)를 순차적으로 포함하는 제 3 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조 및 데시메이션(decimation)을 순차적으로 포함하는 제 4 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션 및 포락선 검출(envelope detection)을 순차적으로 포함하는 제 5 신호 패스; 및
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출 및 디지털 스캔 컨버터(digital scan converter, DSC)를 순차적으로 포함하는 제 6 신호 패스; 중 어느 하나의 신호 패스에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로브로부터 입력되는 의료 영상 데이터가 채널(channel) 별로 A(A는 단위 시간에 전달되는 데이터량을 나타내는 양수)의 데이터 레이트(channel×A)를 가질 때,
    상기 제 1 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 A이고,
    상기 제 2 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 A이고,
    상기 제 3 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 2A이고,
    상기 제 4 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 2A/r(r은 데시메이션 비율)이고,
    상기 제 5 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 A/r이며,
    상기 제 6 신호 패스의 출력 신호의 데이터 레이트는 출력 의료 영상의 너비(width)와 높이(height)의 곱의 바이트(Bytes)인 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  6. 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법에 있어서,
    상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 의료 영상 처리의 결과를 수신받는 단계;
    상기 영상 수신 장치가 상기 의료 영상 처리의 결과를 해석하여 전처리 과정을 식별하는 단계; 및
    상기 영상 수신 장치가 상기 식별된 전처리 과정에 계속하여 상기 의료 영상 처리의 결과를 후처리하는 단계;를 포함하되,
    상기 전처리 과정은,
    상기 영상 송신 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상 데이터를 입력받고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태를 나타내는 통신 처리량을 감지하고, 상기 통신 처리량에 기초하여 미리 설정된 데이터 레이트를 기준으로 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트를 가변적으로 결정하고, 상기 의료 영상 데이터에 대하여 상기 결정된 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스를 선택함으로써 수행되는 과정인 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전처리 과정은,
    상기 의료 영상 데이터에 대한 아날로그-디지털 컨버터을 포함하는 제 1 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍 및 DC 제거를 순차적으로 포함하는 제 2 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거 및 직교 복조를 순차적으로 포함하는 제 3 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조 및 데시메이션을 순차적으로 포함하는 제 4 신호 패스;
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션 및 포락선 검출을 순차적으로 포함하는 제 5 신호 패스; 및
    아날로그-디지털 컨버터, 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출 및 디지털 스캔 컨버터를 순차적으로 포함하는 제 6 신호 패스; 중 어느 하나의 신호 패스에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 의료 영상 처리의 결과를 후처리하는 단계는,
    상기 전처리 과정이 제 1 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 빔포밍, DC 제거, 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리하고,
    상기 전처리 과정이 제 2 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 직교 복조, 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리하고,
    상기 전처리 과정이 제 3 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 데시메이션, 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리하고,
    상기 전처리 과정이 제 4 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 포락선 검출, 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리하고,
    상기 전처리 과정이 제 5 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 디지털 스캔 컨버터 및 영상 출력을 순차적으로 후처리하고,
    상기 전처리 과정이 제 6 신호 패스에 따른 경우, 상기 영상 수신 장치가 영상 출력을 후처리하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  9. 원격(remote) 의료 영상 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 원격 의료 영상 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상을 생성하는 단계;
    생성된 상기 의료 영상에 관심 영역(region of interest, ROI)을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하는 단계;
    상기 원격 의료 영상 장치가 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 각 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 원격 의료 영상 장치가 상기 감축된 영상 데이터를 로컬(local) 의료 영상 장치에 전송하는 단계;를 포함하는 의료 영상 전송 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖는 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은,
    각 분할 영역별로 데이터 데시메이션(data decimation), 시간 데시메이션(temporal decimation) 및 데이터 압축(data compression) 중 어느 하나의 방법에 따르며,
    상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 작은 영상 가중치(weight)가 부여되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 원격 의료 영상 장치와 상기 로컬 의료 영상 장치 간의 통신 상태를 측정하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는,
    측정된 상기 통신 상태에 따른 통신 처리량(throughput)을 고려하여 영상 데이터 감축 기법을 적용하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  13. 로컬 의료 영상 장치가 의료 영상을 수신하는 방법에 있어서,
    상기 로컬 의료 영상 장치가 원격 의료 영상 장치로부터 의료 영상을 수신받는 단계;
    상기 로컬 의료 영상 장치가 수신된 상기 의료 영상을 해석하여 분할 영역별로 감축된 영상 데이터를 복원하는 단계; 및
    상기 로컬 의료 영상 장치가 복원된 상기 영상 데이터를 출력하는 단계;를 포함하되,
    상기 감축된 영상 데이터는,
    상기 원격 의료 영상 장치가 프로브를 이용하여 의료 영상을 생성하고, 생성된 상기 의료 영상에 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역으로부터의 거리에 따라 적어도 하나 이상의 영역을 분할하고, 분할된 상기 영역에 대하여 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 감축된 영상 데이터는,
    상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖는 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법은,
    각 분할 영역별로 데이터 데시메이션, 시간 데시메이션 및 데이터 압축 중 어느 하나의 방법에 따르며,
    상기 관심 영역에 비해 상기 관심 영역으로부터의 거리가 멀리 떨어진 분할 영역에 상대적으로 더 작은 영상 가중치가 부여되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 감축된 영상 데이터는,
    상기 원격 의료 영상 장치와 상기 로컬 의료 영상 장치 간의 통신 상태를 측정하고, 측정된 상기 통신 상태에 따른 통신 처리량을 고려하여 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 데이터 데시메이션인 경우, 상기 로컬 의료 영상 장치는, 복원된 상기 영상 데이터를 공간 영상 보간(spatial image interpolation)하며,
    상기 차등적인 영상 데이터 감축 기법이 시간 데시메이션인 경우, 상기 로컬 의료 영상 장치는, 복원된 상기 영상 데이터를 시간 보간(temporal interpolation)하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  18. 영상 송신 장치가 의료 영상을 전송하는 방법에 있어서,
    상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 영상 송신 장치가 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하는 단계;
    상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하는 단계;
    상기 영상 송신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩하여 압축 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 영상 송신 장치가 생성된 상기 압축 데이터를 영상 수신 장치에 전송함으로써 상기 영상 수신 장치로 하여금 상기 압축 데이터로부터 후처리된 제 2 의료 영상을 생성하도록 유도하는 단계;를 포함하는 의료 영상 전송 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 의료 영상을 복원하는 단계는,
    상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 영상 복원을 위한 복원 파라미터를 가변적으로 결정하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하는 단계; 및
    분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 감축된 영상 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 영상 데이터 감축 기법을 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하여 압축된 영상 데이터를 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 압축 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 해당하는 압축 데이터를 상기 영상 수신 장치에 전송할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 복원 파라미터는,
    동적 레인지(dynamic range), 대조(contrast), 이득(gain), 진폭 임계값(amplitude threshold), 영상 선예도(sharpness) 및 해상도(resolution) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 의료 영상 전송 방법.
  23. 영상 수신 장치가 의료 영상을 수신하는 방법에 있어서,
    상기 영상 수신 장치가 영상 송신 장치로부터 압축 데이터를 수신하는 단계;
    상기 영상 수신 장치가 수신된 상기 압축 데이터를 디코딩하여 제 1 의료 영상을 복원하는 단계; 및
    상기 영상 수신 장치가 복원된 상기 제 1 의료 영상을 후처리하여 제 2 의료 영상을 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 압축 데이터는,
    상기 영상 송신 장치가 프로브(probe)를 이용하여 의료 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 송신 장치와 상기 영상 수신 장치 간의 통신 상태 또는 전력 상태 중 적어도 하나를 평가하고, 평가 결과에 따라 복원 파라미터를 결정하고 결정된 상기 복원 파라미터에 따라 상기 의료 영상 데이터로부터 제 1 의료 영상을 복원하며, 복원된 상기 제 1 의료 영상을 인코딩함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 복원 파라미터는,
    상기 제 1 의료 영상의 크기가 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하도록 가변적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 압축 데이터는,
    상기 영상 송신 장치가 상기 제 1 의료 영상을 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하고, 상기 분할된 영역 중 관심 영역(region of interest, ROI)으로 설정된 영역으로부터의 거리에 비례하여 나머지 분할 영역에 대해 상대적으로 더 큰 데이터 감축률을 갖도록 분할된 영역별로 차등적인 영상 데이터 감축 기법을 적용함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 압축 데이터는,
    상기 영상 송신 장치가 상기 평가 결과에 따라 데이터 전송에 필요한 데이터 레이트(data rate)를 결정하고, 결정된 상기 데이터 레이트를 만족하는 신호 패스(path)를 선택하되, 상기 통신 상태에 따른 처리량(throughput) 또는 상기 전력 상태에 따른 잔여 전력량에 비례하여 상기 데이터 레이트를 가변적으로 결정함으로써, 미리 설정된 프레임 레이트(frame rate) 및 영상의 품질에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 2 의료 영상을 생성하는 단계는, 상기 신호 패스에 따른 상기 제 1 의료 영상의 생성 과정에서 수행된 의료 영상 처리의 결과에 연속하여 상기 제 1 의료 영상을 후처리하되,
    상기 후처리는, 적어도 디지털 스캔 변환 및 영상 출력을 포함하며, 2D 필터링 또는 에지 강화를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 수신 방법.
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