WO2017142134A1 - 빔포밍을 수행하는 방법 및 빔포머 - Google Patents

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WO2017142134A1
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ultrasound
probe
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한호산
김강식
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삼성메디슨 주식회사
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Definitions

  • a beamformer and a method for performing beamforming are described.
  • the ultrasound diagnosis apparatus irradiates an ultrasound signal generated from a transducer of a probe to the object, receives information of an echo signal reflected from the object, and then includes an object or a portion of the object (eg, soft tissue or blood flow).
  • an ultrasound diagnostic apparatus is used for medical purposes such as observation inside the subject, foreign matter detection, and injury measurement.
  • Such an ultrasound diagnostic apparatus has advantages of high stability, display of an image in real time, and no radiation exposure, compared to a diagnostic apparatus using X-rays. Accordingly, ultrasound diagnostic devices are widely used with other imaging devices, including computed tomography (CT) devices, magnetic resonance imaging (MRI) devices, and the like.
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the present invention provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method on a computer.
  • the technical problem to be solved is not limited to the technical problems as described above, other technical problems may exist.
  • a probe may include a memory configured to store charges corresponding to an echo signal reflected from an object and to output the stored charges; A charger for generating charges corresponding to the amount of charges output; And a controller controlling at least one of a first rate at which the charges are stored in the memory and a second rate at which the charges are output from the memory.
  • a method of performing beamforming includes: receiving charges corresponding to an echo signal reflected from an object and storing the received charges; Outputting the stored charges according to a preset speed; And generating charges corresponding to the quantity of the output charges, and storing the generated charges.
  • the two-dimensional transducer array And beamformers connected to each of the transducers included in the array, wherein the beamformer includes: a memory in which charges corresponding to an echo signal received by the transducer are stored, and the stored charges are output; A charger for generating charges corresponding to the amount of charges output; And a controller controlling at least one of a first rate at which the charges are stored in the memory and a second rate at which the charges are output from the memory.
  • the volume of the probe or the ultrasound imaging apparatus may be reduced.
  • FIGS. 1A to 1B are diagrams illustrating examples of an ultrasound diagnostic system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an ultrasound diagnostic system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a wireless probe according to an exemplary embodiment.
  • 4A to 4B are diagrams illustrating examples of a 1D probe and a 2D probe according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a probe according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a group and a channel according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a beamformer according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a beamformer is connected to a channel according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a sub module according to an embodiment.
  • 10A to 10B are diagrams for describing an example in which a controller controls a rate at which charges are input / output from a memory according to the number of scan lines.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method in which beamforming is performed according to an embodiment.
  • a probe may include a memory configured to store charges corresponding to an echo signal reflected from an object and to output the stored charges; A charger for generating charges corresponding to the amount of charges output; And a controller controlling at least one of a first rate at which the charges are stored in the memory and a second rate at which the charges are output from the memory.
  • an “ultrasound image” refers to an image of an object obtained using ultrasound or an image representing a region of interest included in the object.
  • the region of interest may be a region to be observed by the user with attention in the object, and may correspond to, for example, a lesion.
  • the subject may comprise a human or animal, or part of a human or animal.
  • the subject may include at least one of organs such as the liver, heart, uterus, brain, breast, abdomen, and blood vessels.
  • the subject may be a phantom, and phantom may mean a substance very close to the density and effective atomic number of the creature and very close to the volume of the creature.
  • the phantom may be a spherical phantom having characteristics similar to a human body.
  • the "user” may be a doctor, a nurse, a clinical pathologist, a medical imaging expert, or the like, and may be a technician who repairs a medical device, but is not limited thereto.
  • FIGS. 1A to 1B are diagrams illustrating examples of an ultrasound diagnostic system according to an exemplary embodiment.
  • the probe 20 and the ultrasound imaging apparatus 100 may be connected by wire.
  • the probe 20 which is in charge of ultrasound transmission and reception may be connected to the main body of the ultrasound diagnosis system 1000, that is, the ultrasound imaging apparatus 100, through the cable 110.
  • the probe 20 and the ultrasound imaging apparatus 100 may be wirelessly connected.
  • the probe 20 may be connected through the same wireless network as the ultrasound imaging apparatus 100.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an ultrasound diagnostic system according to an exemplary embodiment.
  • the ultrasound diagnostic system 1002 may include a probe 20 and an ultrasound imaging apparatus 100.
  • the ultrasound imaging apparatus 100 includes an ultrasound transceiver 1100, an image processor 1200, a communication unit 1300, a display unit 1400, a memory 1500, an input unit 1600, and a controller 1700.
  • the above-described various components may be connected to each other through the bus 1800.
  • the ultrasound diagnostic system 1002 may be implemented in a portable type as well as a cart type.
  • the portable ultrasound diagnostic apparatus may include a fax viewer (PACS, Picture Archiving and Communication System viewer), a smart phone, a laptop computer, a PDA, a tablet PC, but are not limited thereto.
  • the probe 20 transmits an ultrasound signal to the object 10 (or a region of interest in the object 10) according to a driving signal applied from the ultrasound transceiver 1100, and transmits the ultrasound signal to the object 10 ( Alternatively, the echo signal reflected from the region of interest in the object 10 may be received.
  • the probe 20 includes a plurality of transducers, and the plurality of transducers vibrate according to an electrical signal transmitted and generate ultrasonic waves which are acoustic energy.
  • the probe 20 may be connected to the main body of the ultrasound diagnosis system 1002 in a wired or wireless manner, and the ultrasound diagnosis system 1002 may include a plurality of probes 20 according to an implementation form.
  • the transmitter 1110 supplies a driving signal to the probe 20, and includes a pulse generator 1112, a transmission delay unit 1114, and a pulser 1116.
  • the pulse generator 1112 generates a pulse for forming a transmission ultrasonic wave according to a predetermined pulse repetition frequency (PRF), and the transmission delay unit 1114 determines a transmission directionality. Apply a delay time to the pulse. Each pulse to which the delay time is applied corresponds to a plurality of piezoelectric vibrators included in the probe 20, respectively.
  • the pulser 1116 applies a driving signal (or a driving pulse) to the probe 20 at a timing corresponding to each pulse to which a delay time is applied.
  • the receiver 1120 processes the echo signal received from the probe 20 to generate ultrasonic data
  • an amplifier 1122 an ADC (Analog Digital Converter) 1124, a reception delay unit 1126, and The adder 1128 may be included.
  • the amplifier 1122 amplifies the echo signal for each channel, and the ADC 1124 converts the amplified echo signal to analog-digital conversion.
  • the reception delay unit 1126 applies a delay time for determining reception directionality to the digitally converted echo signal, and the adder 1128 adds the echo signals processed by the reception delay unit 1166 by Generate ultrasound data.
  • the receiver 1120 may not include the amplifier 1122 according to the implementation form. That is, when the sensitivity of the probe 20 is improved or the number of processing bits of the ADC 1124 is improved, the amplifier 1122 may be omitted.
  • the image processor 1200 generates an ultrasound image through a scan conversion process on the ultrasound data generated by the ultrasound transceiver 1100.
  • the ultrasound image includes gray scale images obtained by scanning an object in an A mode, B mode, and M mode, as well as a Doppler effect. It may also be a Doppler image representing a moving object by using.
  • the Doppler image may be a blood flow Doppler image (or also referred to as a color Doppler image) representing a blood flow, a tissue Doppler image representing a tissue movement, or a spectral Doppler image displaying a moving speed of an object as a waveform.
  • the B mode processing unit 1212 extracts and processes the B mode component from the ultrasonic data.
  • the image generator 1220 may generate an ultrasound image in which the intensity of the signal is expressed as brightness based on the B mode component extracted by the B mode processor 1212.
  • the Doppler processor 1214 may extract the Doppler component from the ultrasound data, and the image generator 1220 may generate a Doppler image representing the movement of the object in color or waveform based on the extracted Doppler component.
  • the image generator 1220 may generate a 3D ultrasound image through a volume rendering process for volume data, and generate an elastic image that images the deformation degree of the object 10 according to pressure. It may be. In addition, the image generator 1220 may express various additional information in text or graphics on the ultrasound image. The generated ultrasound image may be stored in the memory 1500.
  • the display unit 1400 displays the generated ultrasound image.
  • the display unit 1400 may display and output not only an ultrasound image but also various information processed by the ultrasound imaging apparatus 1002 on a screen through a graphical user interface (GUI).
  • GUI graphical user interface
  • the ultrasound diagnosis apparatus 1000 may include two or more display units 1400 according to an implementation form.
  • the display 1400 may display a model corresponding to the object 10, and may display an image representing the ROI generated by the image processor 1200 based on a user input.
  • the communication unit 1300 is connected to the network 30 by wire or wirelessly to communicate with an external device or a server. In addition, when the probe 20 is connected to the ultrasound imaging apparatus 1002 through a wireless network, the communication unit 1300 may communicate with the probe 20.
  • the communication unit 1300 may exchange data with a hospital server or another medical device in a hospital connected through a medical image information system (PACS).
  • the communication unit 1300 may perform data communication according to a digital imaging and communications in medicine (DICOM) standard.
  • DICOM digital imaging and communications in medicine
  • the communication unit 1300 may transmit and receive data related to diagnosis of the object, such as an ultrasound image, ultrasound data, and Doppler data, of the object 10 through the network 30, and may perform other medical treatments, such as a CT device, an MRI device, and an X-ray device. Medical images taken by the device can also be transmitted and received.
  • the communication unit 1300 may receive information on a diagnosis history, a treatment schedule, and the like of the patient from the server and use the same to diagnose the object 10.
  • the communication unit 1300 may perform data communication with a portable terminal of a doctor or a patient, as well as a server or a medical device in a hospital.
  • the communication unit 1300 may be connected to the network 30 by wire or wirelessly to exchange data with the server 32, the medical device 34, or the portable terminal 36.
  • the communication unit 1300 may include one or more components that enable communication with an external device, and may include, for example, a short range communication module 1310, a wired communication module 1320, and a mobile communication module 1330. Can be.
  • the short range communication module 1310 refers to a module for short range communication within a predetermined distance.
  • Local area communication technology includes a wireless LAN, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, WFD (Wi-Fi Direct), UWB (ultra wideband), infrared communication ( IrDA (Infrared Data Association), Bluetooth Low Energy (BLE), Near Field Communication (NFC), and the like, but are not limited thereto.
  • the wired communication module 1320 refers to a module for communication using an electrical signal or an optical signal, and the wired communication technology according to an embodiment includes a twisted pair cable, a coaxial cable, an optical fiber cable, and an ethernet. Cables and the like.
  • the mobile communication module 1330 transmits and receives a radio signal with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may be various types of data according to transmission and reception of a voice call signal, a video call call signal, or a text / multimedia message.
  • the memory 1500 stores various types of information processed by the ultrasound diagnosis apparatus 1000.
  • the memory 1500 may store medical data related to diagnosis of the object 10, such as input / output ultrasound data and ultrasound image, and may store an algorithm or a program performed in the ultrasound imaging apparatus 1002. have.
  • the memory 1500 may be implemented with various types of storage media such as a flash memory, a hard disk, and an EEPROM. Also, the ultrasound imaging apparatus 1002 may operate a web storage or a cloud server that performs a storage function of the memory 1500 on the web.
  • the input unit 1600 refers to means for receiving data for controlling the ultrasound imaging apparatus 1002 from a user.
  • Examples of the input unit 1600 may include a hardware configuration such as a keyboard, a mouse, a touch pad, a touch screen, a trackball, a jog switch, and a software module for operating the input unit 1600.
  • the present invention is not limited thereto, and the input unit 1600 may further include various input means such as an electrocardiogram measurement module, a respiration measurement module, a voice recognition sensor, a gesture recognition sensor, a fingerprint recognition sensor, an iris recognition sensor, a depth sensor, and a distance sensor. Can be.
  • the input unit 1600 may receive a user input for selecting a region of interest included in the object 10.
  • the user input includes a gesture that the user takes.
  • the gesture may include tap, touch and hold, double tap, drag, pan, flick, drag and drop, pinch, stretch, and the like.
  • the input unit 1600 may not only receive a user input but also perform the same function as the display unit 1400.
  • the input unit 1600 may display and output the ultrasound image generated by the image processor 1200 and various information processed by the ultrasound imaging apparatus 1002 on a screen through a graphical user interface (GUI).
  • GUI graphical user interface
  • the input unit 1600 may display a model corresponding to the object 10, and may display an image representing the ROI generated by the image processor 1200 based on a user input.
  • the controller 1700 generally controls the operation of the ultrasound diagnosis apparatus 1000. That is, the controller 1700 may include the probe 20, the ultrasonic transceiver 1100, the image processor 1200, the communication unit 1300, the display unit 1400, the memory 1500, and the input unit 1600 illustrated in FIG. 1. You can control the operation between).
  • the probe 20, the ultrasonic transceiver 1100, the image processor 1200, the communication unit 1300, the display unit 1400, the memory 1500, the input device 1600, and the controller 1700 may be software.
  • the module may be operated by a module, but is not limited thereto. Some of the above-described configurations may be operated by hardware.
  • at least some of the ultrasound transceiver 1100, the image processor 1200, and the communicator 1300 may be included in the controller 1600, but are not limited thereto.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a wireless probe according to an exemplary embodiment.
  • the wireless probe 2000 includes a plurality of transducers as described above with reference to FIG. 2, and includes some or all of the configuration of the ultrasound transceiver 1100 of FIG. 2 according to an implementation form. can do.
  • the wireless probe 2000 illustrated in FIG. 3 includes a transmitter 2100, a transducer 2200, and a receiver 2300. Each configuration has been described above with reference to FIG. 2, and thus a detailed description thereof will be omitted. do. Meanwhile, the wireless probe 2000 may optionally include a reception delay unit 2330 and an adder 2340 according to its implementation.
  • the wireless probe 2000 may transmit an ultrasound signal to the object 10, receive an echo signal, generate ultrasound data, and wirelessly transmit the ultrasound signal to the ultrasound imaging apparatus 1002 of FIG. 2.
  • 4A to 4B are diagrams illustrating examples of a 1D probe and a 2D probe according to an exemplary embodiment.
  • the one-dimensional probe 410 shown in FIG. 4A and the two-dimensional probe 430 shown in FIG. 4B are wired probes 20 shown in FIG. 1A or wireless probes 20 and 2000 shown in FIGS. 1B and 3. It may correspond to.
  • the one-dimensional probe 410 may be formed as a one-dimensional array of a plurality of transducers.
  • the transducer is an element constituting the one-dimensional probe 410, and the transducer irradiates an ultrasonic signal to the object 420 and receives echo signals reflected from the object 420.
  • the reflected echo signals vibrate the transducers.
  • the transducers generate electrical pulses corresponding to the vibrations, and output the electrical pulses to the ultrasonic transceiver 1100.
  • an aperture or a sub-array may be configured as transducers constituting the one-dimensional probe 410.
  • the aperture refers to a set of some of the transducers constituting the one-dimensional probe 410.
  • the number of transducers constituting the aperture is not limited, and one transducer may configure one aperture.
  • the 2D probe 430 may be formed as a 2D array of a plurality of transducers.
  • the 2D probe 430 may radiate an ultrasound signal to the 3D object 440 having a volume and receive echo signals reflected from the object 440.
  • the process of irradiating the ultrasonic signal to the object 440 and receiving the echo signals by the 2D probe 430 is as described above with reference to FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a probe according to an embodiment.
  • the probe 510 illustrated in FIG. 5 may correspond to the one-dimensional probe 410 of FIG. 4A or the two-dimensional probe 430 of FIG. 4B.
  • the probe 510 transmits an ultrasound signal to the object 10 (or the region of interest in the object 10) and receives an echo signal reflected from the object 10 (or the region of interest in the object 10). .
  • the probe 510 may generate an ultrasound image by using ultrasound data corresponding to the echo signal.
  • the probe 510 may include the image processor 1200, the memory 1500, the input unit 1600, the control unit 1700, and the communication unit 1300 described above with reference to FIG. 2. It may be connected by a bus 1800.
  • the probe 510 includes a plurality of transducers, each transducer vibrating according to an electrical signal, generating ultrasonic waves, which are acoustic energy, and reflected from the object 10 (or the region of interest in the object 10). Receive an echo signal.
  • one transducer may be composed of one channel, and may transmit an ultrasonic signal and receive an echo signal according to the operation of the ultrasonic transceiver included in each channel.
  • each channel may include the ultrasonic transceiver 1100 described above with reference to FIG. 2.
  • the plurality of channels may be grouped into a predetermined number of groups 521, 522, 523, and 524.
  • one group 521 may include a plurality of channels 5211, 5212, and 5213
  • the probe 510 may include a plurality of groups 521, 522, 523, and 524. Therefore, the signals generated in the plurality of channels 5211, 5212, and 5213 included in one group 521 may be combined and transmitted to the image processor 1200.
  • the probe 510 includes a plurality of groups 521, 522, 523, and 524, and a plurality of channels 5211, 5212, and 5213 are included in one group 521. An example is described in detail.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a group and a channel according to an embodiment.
  • the probe may include a plurality of Application Specific Integrated Circuits (ASICs) 611, 612, 613, and 614, and one ASIC 611 may include a plurality of groups 620. .
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • FIG. 6 shows that one ASIC 611 includes 32 groups 620, the number of groups is not limited to 32.
  • the ASIC 611 generates a single output signal by beamforming the signals output from the groups 620.
  • one group 621 may include a plurality of channels 630.
  • 81 channels 630 are included in one group 621, but the number of channels is not limited to 81 channels.
  • one ASIC 611 may include a plurality of channels.
  • One channel 631 corresponds to one transducer.
  • the channel 631 generates ultrasonic waves transmitted by a single transducer, and generates ultrasonic data by processing echo signals received by the transducer.
  • the channel 631 generates a pulse for forming a transmission ultrasonic wave according to a predetermined pulse repetition frequency (PRF), and a delay for determining transmission directionality. apply time to the pulse.
  • the channel 631 applies a driving signal (or driving pulse) to the transducer.
  • the channel 631 may include the transmitter 1110 described above with reference to FIG. 2 or the transmitter 2100 described above with reference to FIG. 3.
  • channel 631 amplifies the echo signal received from the transducer and converts the amplified echo signal to analog-digital conversion.
  • the channel 631 may perform time gain compensation (TGC) on the digitally converted signal.
  • TGC time gain compensation
  • the channel 631 then generates ultrasonic data by applying a delay time for determining reception directionality to the digitally converted echo signal.
  • the channel 631 may include the receiver 1120 described above with reference to FIG. 2 or the receiver 2300 described above with reference to FIG. 3.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a beamformer according to an embodiment.
  • the beamformer 3100 may include a memory 3110, a charger 3120, and a controller 3130.
  • a memory 3110 In the beamformer 3100 illustrated in FIG. 7, only components related to the present embodiment are illustrated. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that the general purpose components other than the components illustrated in FIG. 7 may be further included in the beamformer 3100.
  • the memory 3110, the charger 3120 and the controller 3130 of the beamformer 3100 shown in Figure 7 may exist as an independent device Able to know.
  • the beamformer 3100 of FIG. 7 may perform a function of the receiver 1120 described above with reference to FIG. 2 or the receiver 2300 described above with reference to FIG. 3.
  • the beamformer 3100 may be configured to be embedded in the probe 3000. In other words, the beamformer 3100 may be connected to each of a plurality of channels included in the probe 3000. As an example, assuming that the probe 3000 is a one-dimensional probe, the beamformer 3100 may be connected to a channel corresponding to each of the transducers included in the one-dimensional array. As another example, assuming that the probe 3000 is a two-dimensional probe, the beamformer 3100 may be connected to a channel corresponding to each of the transducers included in the two-dimensional array.
  • the memory 3110 stores electric charges corresponding to the echo signal reflected from the object 10.
  • the memory 3110 outputs stored charges.
  • the transducer connected to the beamformer 3100 irradiates an ultrasonic signal toward the object 10 and receives an echo signal reflected from the irradiated ultrasonic signal from the object 10.
  • the memory 3110 stores electric charges corresponding to the amplitude of the echo signal received by the transducer.
  • the memory 3110 outputs stored charges according to a control signal of the controller 3130.
  • the memory 3110 includes at least one capacitor and at least one switch.
  • the switch is located between the transducer and the capacitor, and as the controller 3130 controls the operation of the switch, the controller 3130 may control a process in which charges are stored in the capacitor.
  • the switch is located between the capacitor and the external device, and as the controller 3130 controls the operation of the switch, the controller 3130 may control a process in which charges are output from the capacitor.
  • Charger 3120 generates charges corresponding to the amount of charges output. In other words, the charger 3120 generates charges equal to the amount of charges output from the memory 3110. The charger 3120 transmits the generated charges to the memory 3110 according to a control signal of the controller 3130. The memory 3110 stores the charges transferred from the charger 3120.
  • the charger 3120 may transfer the charges generated by the charger 3120 to the memory 3110 after the charges are output from the memory 3110.
  • the memory 3110 may store back the same amount of charges as the amount of output charges.
  • the controller 3130 controls the operations of the memory 3110 and the charger 3120.
  • the controller 3130 may be referred to as a rate at which charges are stored in the memory 3110 (hereinafter, referred to as 'first speed') and a rate at which charges are output from the memory 3110 (hereinafter referred to as 'second speed'). Can be controlled).
  • the controller 3130 may control the first speed and / or the second speed by controlling on / off of at least one switch included in the memory 3110.
  • the ultrasound diagnostic system 1002 preferably has a high frame rate.
  • the frame rate is directly related to the quality of the image.
  • the frame rate is inversely proportional to the number of transmission of ultrasonic signals per frame.
  • a signal without distortion that is, a signal capable of generating a high quality image
  • the transducer transmits the ultrasonic signals once, and simultaneously generates several scan lines by using the echo signals of the transmitted ultrasonic signals, which is called a multi-beam reception focusing method.
  • analog beamformers should be provided in the probes 20 and 2000 or the ultrasound imaging apparatus 100 by the number of scanning lines. Therefore, the volume of the probes 20 and 2000 or the ultrasound imaging apparatus 100 may be increased.
  • a plurality of scan lines should be generated. do. In this case, the image quality of the ultrasound image may be drastically degraded.
  • the controller 3130 may control the second ultrasound based on the number of scanlines configured in response to the ultrasound signal irradiated toward the object 10. You can control the speed. For example, the controller 3130 may control the second speed based on Equation 1 below.
  • Equation 1 F read denotes a frequency at which charges are input to the memory 3110 for a predetermined time period T s
  • F write denotes a memory 3110 for the predetermined time period T s .
  • m means the number of scan lines. That is, according to Equation 1, the controller 3130 may control the second speed such that the second speed is m times faster than the first speed.
  • controller 3130 may control the second speed in consideration of delay values of each of the plurality of scan lines configured to correspond to the ultrasound signal emitted to the object 10.
  • the controller 3130 may determine a time point at which charges generated by the charger 3120 are transferred to the memory 3110, and instruct the charger 3120 to transfer charges to the memory 3110 at the determined time point. For example, after the charges are output from the memory 3110, the controller 3130 may instruct the charger 3120 to transfer the generated charges to the memory 3110.
  • charges stored in the memory 3110 may be used a plurality of times in order to generate a plurality of scan lines. For example, according to Equation 1, while charges are input to the memory 3110 once, the same charges may be output m times.
  • the charger 3120 is included in the beamformer 3100, and the charger 3120 supplies charges to the memory 3110 a plurality of times, the beamformer 3100 may not charge the charges used to generate the plurality of scan lines. You can print
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which a beamformer is connected to a channel according to an embodiment.
  • the beamformer 3200 includes a plurality of submodules 3210 and 3220 connected to each of the transducers 3310 and 3320 included in the probe 3000 and each of the submodules ( 3210 and 3220 are controlled by the controller 3230.
  • FIG. 8 illustrates that the controller 3230 controls the operations of the submodules 3210 and 3220, a controller that operates independently of each of the submodules 3210 and 3220 may be included.
  • the beamformer 3200 may have a configuration embedded in the probe 3000.
  • each of the sub modules 3210 and 3220 may include a memory 3110 and a charger 3120.
  • each of the submodules 3120 and 3220 may include only a memory 3110, and one charger 3120 may be connected to all of the submodules 3120 and 3220.
  • the beamformer 3200 is connected to one group including the transducers 3310 and 3320 in the probe 3000.
  • the present invention is not limited thereto, and the beamformer 3200 may be connected to a single transducer 3310 or may be connected to all of the plurality of groups.
  • the transducer 3310 receives the echo signal reflected from the object 10.
  • Submodule 3210 stores the electric charges corresponding to the echo signal.
  • the controller 3230 may control a process in which charges are stored in the sub module 3210 ('write control' of FIG. 8).
  • the sub module 3210 may output the stored charges according to the control of the controller 3230 ('read control' of FIG. 8). Meanwhile, when charges are output from the sub module 3210, the sub module 3210 may generate and store charges corresponding to the amount of the output charges.
  • each of the submodules 3120 and 3220 connected to the transducers 3310 and 3320 outputs a charge, and the charges output from the submodules 3120 and 3220 are combined 3240 to form a beamformer ( 3200 may be output.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a sub module according to an embodiment.
  • the submodule 3400 corresponds to the submodule 3210 illustrated in FIG. 8.
  • the submodule 3400 may include a memory and a charger 3430.
  • the memory may include a plurality of capacitors 3410 and a plurality of switches 341 and 3422 connected to the capacitors 3410.
  • controller 3600 is illustrated as being located outside the sub module 3210, but the controller 3600 may be located inside the sub module 3210.
  • charges may be stored in the capacitors 3410 in turn.
  • a process of storing charges in the capacitors 3410 may be performed as the switches 341 are turned on / off under the control of the controller 3600 ('write control' of FIG. 9).
  • the charges stored in the capacitors 3410 may be selectively output and multiple times.
  • the process of outputting the charges stored in the capacitors 3410 may be performed according to the control of the controller 3600 ('read control' of FIG. 9).
  • the controller 3600 calculates a delay value of each of the scan lines, and turns on / off the switches 3342 so that the charges stored in the capacitors 3410 are selectively and output multiple times based on the calculated delay value. Can be controlled.
  • the charger 3430 When the charges are output from any one of the capacitors 3410, the charger 3430 generates charges equal to the amount of the output charges, and transfers the generated charges to the output capacitor.
  • the charges output from the submodule 3400 may be combined 3400 with the charges output from the other submodules and transferred to another device.
  • 10A to 10B are diagrams for describing an example in which a controller controls a rate at which charges are input / output from a memory according to the number of scan lines.
  • FIG. 10A illustrates an example in which, when a single scan line is generated, a controller controls (write control) a process in which charges are stored in a memory and controls (read control) a process in which charges are output from the memory.
  • the number of charges stored in the memory and the number of charges output from the memory are the same for a predetermined time period T s .
  • the controller controls the memory to output charges from the memory in the same manner as the number of charges stored in the memory.
  • FIG. 10B illustrates an example in which, when two scan lines are generated, a controller controls (write control) a process in which charges are stored in a memory and controls (read control) a process in which charges are output from the memory.
  • the number of charges stored in the memory and the number of charges output from the memory are different during a predetermined time period T s .
  • the charges are stored once in the memory for a predetermined time period T s . That is, the controller controls the memory to output the stored charges the same number of times as the number of scan lines. At this time, when charges are output from the memory, the charging unit transfers charges to the memory in the same amount as the output charges.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method in which beamforming is performed according to an embodiment.
  • a method of performing beamforming includes steps processed in time series in the beamformers 3100 and 3200 or the submodule 3400 illustrated in FIGS. 7, 8, and 9. Therefore, although omitted below, the above descriptions regarding the beamformers 3100 and 3200 or the submodule 3400 illustrated in FIGS. 7, 8, and 9 refer to the method in which the beamforming of FIG. 11 is performed. It can be seen that also applies to.
  • the memory receives charges corresponding to the echo signal reflected from the object and stores the received charges.
  • the memory may include at least one capacitor and at least one switch.
  • the echo signal may be received by a one-dimensional probe (ie, a probe comprising a one-dimensional transducer array) or a two-dimensional probe (ie, a probe comprising a two-dimensional transducer array).
  • the memory outputs stored charges according to a preset speed.
  • the above-described speed may be set based on the number of scan lines configured to correspond to the ultrasound signal irradiated toward the object.
  • the above-described speed can be set to be m times faster than the speed at which charges are stored in the memory, where m means the number of scan lines.
  • the above-described speed may be set in consideration of the delay value of each of the scan lines.
  • step 4300 the charger generates charges corresponding to the amount of charges output from the memory.
  • the charger then transfers the generated charges to the memory, and the memory stores the transferred charges. For example, after the memory outputs the charges, the charger may generate charges and transfer the generated charges to the memory.
  • the volume of the probe or the ultrasound imaging apparatus may be reduced.

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Abstract

일 측면에 따른 프로브는, 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장하고, 상기 저장된 전하들을 출력하는 메모리; 상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및 상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

빔포밍을 수행하는 방법 및 빔포머
빔포밍을 수행하는 방법 및 빔포머에 관한다.
초음파 진단 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성되는 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 에코 신호의 정보를 수신하여 대상체 또는 대상체 내부의 부위(예를 들면, 연조직 또는 혈류)에 대한 적어도 하나의 영상을 얻는다. 특히, 초음파 진단 장치는 대상체 내부의 관찰, 이물질 검출, 및 상해 측정 등 의학적 목적으로 사용된다. 이러한 초음파 진단 장치는 X선을 이용하는 진단 장치에 비하여 안정성이 높고, 실시간으로 영상의 디스플레이가 가능하며, 방사능 피폭이 없어 안전하다는 장점이 있다. 따라서, 초음파 진단 장치는, 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT) 장치, 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI) 장치 등을 포함하는 다른 영상 진단 장치와 함께 널리 이용된다.
빔포밍을 수행하는 방법 및 빔포머를 개시한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른 프로브는, 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장하고, 상기 저장된 전하들을 출력하는 메모리; 상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및 상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함한다.
다른 측면에 따른 빔포밍을 수행하는 방법은, 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 수신하고, 상기 수신된 전하들을 저장하는 단계; 기 설정된 속도에 따라 상기 저장된 전하들을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하고, 상기 생성된 전하들을 저장하는 단계;를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 프로브는, 2차원 트랜스듀서 어레이; 및 상기 어레이에 포함된 트랜스듀서들 각각에 연결된 빔포머들;을 포함하고, 상기 빔포머는, 상기 트랜스듀서에 의하여 수신된 에코 신호에 대응하는 전하들이 저장되고, 상기 저장된 전하들이 출력되는 메모리; 상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및 상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함한다.
다중 빔 수신 집속 방법에 따라 빔포밍이 수행되는 경우에 필요한 하드웨어의 수 또는 크기가 감소됨에 따라, 프로브 또는 초음파 이미징 장치의 부피가 감소될 수 있다. 또한, 초음파 영상의 화질 저하를 방지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 일 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 예들을 도시한 도면들이다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 4a 내지 4b는 일 실시예에 따른 1차원 프로브 및 2차원 프로브의 일 예를 나타낸 도면들이다.
도 5는 일 실시예에 따른 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 그룹 및 채널의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 빔포머의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 빔포머가 채널과 연결된 일 예를 도시한 구성도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 서브 모듈의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 10a 내지 도 10b는 일 실시예에 따른 제어부가 주사선의 수에 따라 메모리로부터 전하들이 입/출력되는 속도를 제어하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 일 실시예에 따른 빔포밍이 수행되는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
일 측면에 따른 프로브는, 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장하고, 상기 저장된 전하들을 출력하는 메모리; 상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및 상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "초음파 영상"이란 초음파를 이용하여 획득된 대상체(object)에 대한 영상 또는 대상체에 포함된 관심 영역을 나타내는 영상을 의미한다. 여기에서, 관심 영역은 대상체 내에서 사용자가 주의를 기울여 관찰하고자 하는 영역으로서, 예를 들어 병변(lesion)이 해당될 수 있다. 또한, 대상체는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 대상체는 팬텀(phantom)일 수도 있으며, 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사하고 생물의 부피와 아주 근사한 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 팬텀은, 인체와 유사한 특성을 갖는 구형 팬텀일 수 있다.
또한, 명세서 전체에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예 들을 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1b는 일 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 예들을 도시한 도면들이다.
도 1a를 참조하면, 초음파 진단 시스템(1000)은 프로브(20)와 초음파 이미징 장치(100)가 유선으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 초음파 송수신을 담당하는 프로브(20)가 케이블(110)을 통해 초음파 진단 시스템(1000)의 본체, 즉 초음파 이미징 장치(100)와 연결될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 초음파 진단 시스템(1001)은 프로브(20)와 초음파 이미징 장치(100)가 무선으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 프로브(20)는 초음파 이미징 장치(100)와 동일한 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 초음파 진단 시스템(1002)은 프로브(20) 및 초음파 이미징 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기에서, 초음파 이미징 장치(100)는 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이부(1400), 메모리(1500), 입력부(1600) 및 제어부(1700)를 포함할 수 있으며, 상술한 여러 구성들은 버스(1800)를 통해 서로 연결될 수 있다.
예를 들어, 초음파 진단 시스템(1002)은 카트형뿐만 아니라 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 초음파 진단 장치의 예로는 팩스 뷰어(PACS, Picture Archiving and Communication System viewer), 스마트 폰(smartphone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
프로브(20)는, 초음파 송수신부(1100)로부터 인가된 구동 신호(driving signal)에 따라 대상체(10)(또는, 대상체(10) 내의 관심 영역)로 초음파 신호를 송출하고, 대상체(10)(또는, 대상체(10) 내의 관심 영역)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 프로브(20)는 복수의 트랜스듀서를 포함하며, 복수의 트랜스듀서는 전달되는 전기적 신호에 따라 진동하며 음향 에너지인 초음파를 발생시킨다. 또한, 프로브(20)는 초음파 진단 시스템(1002)의 본체와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 초음파 진단 시스템(1002)은 구현 형태에 따라 복수 개의 프로브(20)들을 구비할 수 있다.
송신부(1110)는 프로브(20)에 구동 신호를 공급하며, 펄스 생성부(1112), 송신 지연부(1114), 및 펄서(1116)를 포함한다. 펄스 생성부(1112)는 소정의 펄스 반복 주파수(PRF, Pulse Repetition Frequency)에 따른 송신 초음파를 형성하기 위한 펄스(pulse)를 생성하며, 송신 지연부(1114)는 송신 지향성(transmission directionality)을 결정하기 위한 지연 시간(delay time)을 펄스에 적용한다. 지연 시간이 적용된 각각의 펄스는, 프로브(20)에 포함된 복수의 압전 진동자(piezoelectric vibrators)에 각각 대응된다. 펄서(1116)는, 지연 시간이 적용된 각각의 펄스에 대응하는 타이밍(timing)으로, 프로브(20)에 구동 신호(또는, 구동 펄스(driving pulse))를 인가한다.
수신부(1120)는 프로브(20)로부터 수신되는 에코 신호를 처리하여 초음파 데이터를 생성하며, 증폭기(1122), ADC(아날로그 디지털 컨버터, Analog Digital converter)(1124), 수신 지연부(1126), 및 합산부(1128)를 포함할 수 있다. 증폭기(1122)는 에코 신호를 각 채널(channel) 마다 증폭하며, ADC(1124)는 증폭된 에코 신호를 아날로그-디지털 변환한다. 수신 지연부(1126)는 수신 지향성(reception directionality)을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 에코 신호에 적용하고, 합산부(1128)는 수신 지연부(1166)에 의해 처리된 에코 신호를 합산함으로써 초음파 데이터를 생성한다. 한편, 수신부(1120)는 그 구현 형태에 따라 증폭기(1122)를 포함하지 않을 수도 있다. 즉, 프로브(20)의 감도가 향상되거나 ADC(1124)의 처리 비트(bit) 수가 향상되는 경우, 증폭기(1122)는 생략될 수도 있다.
영상 처리부(1200)는 초음파 송수신부(1100)에서 생성된 초음파 데이터에 대한 주사 변환(scan conversion) 과정을 통해 초음파 영상을 생성한다. 한편, 초음파 영상은 A 모드(amplitude mode), B 모드(brightness mode) 및 M 모드(motion mode)에서 대상체를 스캔하여 획득된 그레이 스케일(gray scale)의 영상뿐만 아니라, 도플러 효과(doppler effect)를 이용하여 움직이는 대상체를 표현하는 도플러 영상일 수도 있다. 도플러 영상은, 혈액의 흐름을 나타내는 혈류 도플러 영상 (또는, 컬러 도플러 영상으로도 불림), 조직의 움직임을 나타내는 티슈 도플러 영상, 또는 대상체의 이동 속도를 파형으로 표시하는 스펙트럴 도플러 영상일 수 있다.
B 모드 처리부(1212)는, 초음파 데이터로부터 B 모드 성분을 추출하여 처리한다. 영상 생성부(1220)는, B 모드 처리부(1212)에 의해 추출된 B 모드 성분에 기초하여 신호의 강도가 휘도(brightness)로 표현되는 초음파 영상을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 도플러 처리부(1214)는, 초음파 데이터로부터 도플러 성분을 추출하고, 영상 생성부(1220)는 추출된 도플러 성분에 기초하여 대상체의 움직임을 컬러 또는 파형으로 표현하는 도플러 영상을 생성할 수 있다.
일 실시 예에 의한 영상 생성부(1220)는, 볼륨 데이터에 대한 볼륨 렌더링 과정을 거쳐 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있으며, 압력에 따른 대상체(10)의 변형 정도를 영상화한 탄성 영상을 생성할 수도 있다. 나아가, 영상 생성부(1220)는 초음파 영상 상에 여러 가지 부가 정보를 텍스트, 그래픽으로 표현할 수도 있다. 한편, 생성된 초음파 영상은 메모리(1500)에 저장될 수 있다.
디스플레이부(1400)는 생성된 초음파 영상을 디스플레이한다. 디스플레이부(1400)는, 초음파 영상뿐 아니라 초음파 이미징 장치(1002)에서 처리되는 다양한 정보를 GUI(Graphical User Interface)를 통해 화면 상에 표시 출력할 수 있다. 한편, 초음파 진단 장치(1000)는 구현 형태에 따라 둘 이상의 디스플레이부(1400)를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이부(1400)는 대상체(10)에 대응하는 모델을 디스플레이할 수 있고, 영상 처리부(1200)가 사용자 입력에 기초하여 생성한 관심 영역을 나타내는 영상을 디스플레이할 수 있다.
통신부(1300)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 외부 디바이스나 서버와 통신한다. 또한, 프로브(20)가 무선 네트워크를 통해 초음파 이미징 장치(1002)와 연결되는 경우, 통신부(1300)는 프로브(20)와 통신할 수 있다.
통신부(1300)는 의료 영상 정보 시스템(PACS)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다. 또한, 통신부(1300)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
통신부(1300)는 네트워크(30)를 통해 대상체(10)의 초음파 영상, 초음파 데이터, 도플러 데이터 등 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT 장치, MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 장치에서 촬영한 의료 영상 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(1300)는 서버로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등에 관한 정보를 수신하여 대상체(10)의 진단에 활용할 수도 있다. 나아가, 통신부(1300)는 병원 내의 서버나 의료 장치뿐만 아니라, 의사나 환자의 휴대용 단말과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
통신부(1300)는 유선 또는 무선으로 네트워크(30)와 연결되어 서버(32), 의료 장치(34), 또는 휴대용 단말(36)과 데이터를 주고 받을 수 있다. 통신부(1300)는 외부 디바이스와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(1310), 유선 통신 모듈(1320), 및 이동 통신 모듈(1330)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(1310)은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈(1320)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 일 실시 예에 의한 유선 통신 기술에는 트위스티드 페어 케이블(twisted pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 있을 수 있다.
이동 통신 모듈(1330)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터일 수 있다.
메모리(1500)는 초음파 진단 장치(1000)에서 처리되는 여러 가지 정보를 저장한다. 예를 들어, 메모리(1500)는 입/출력되는 초음파 데이터, 초음파 영상 등 대상체(10)의 진단에 관련된 의료 데이터를 저장할 수 있고, 초음파 이미징 장치(1002) 내에서 수행되는 알고리즘이나 프로그램을 저장할 수도 있다.
메모리(1500)는 플래시 메모리, 하드디스크, EEPROM 등 여러 가지 종류의 저장매체로 구현될 수 있다. 또한, 초음파 이미징 장치(1002)는 웹 상에서 메모리(1500)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.
입력부(1600)는, 사용자로부터 초음파 이미징 장치(1002)를 제어하기 위한 데이터를 입력 받는 수단을 의미한다. 입력부(1600)의 예로는 키보드, 마우스, 터치 패드, 터치 스크린, 트랙볼, 조그 스위치 등 하드웨어 구성 및 이를 동작시키는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 입력부(1600)는 심전도 측정 모듈, 호흡 측정 모듈, 음성 인식 센서, 제스쳐 인식 센서, 지문 인식 센서, 홍채 인식 센서, 깊이 센서, 거리 센서 등 다양한 입력 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 입력부(1600)는 대상체(10)에 포함된 관심 영역을 선택하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 이때, 사용자 입력은 사용자가 취하는 제스쳐를 포함한다. 예를 들어, 제스처에는 탭, 터치 앤드 홀드, 더블 탭, 드래그, 패닝, 플릭, 드래그 앤드 드롭, 핀치, 스트레치 등이 있을 수 있다.
만약, 입력부(1600)가 터치 스크린으로 구현되는 경우, 입력부(1600)는 사용자 입력을 수신할 뿐만 아니라 디스플레이부(1400)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 다시 말해, 입력부(1600)는 영상 처리부(1200)가 생성한 초음파 영상 및 초음파 이미징 장치(1002)에서 처리되는 다양한 정보를 GUI(Graphical User Interface)를 통해 화면 상에 표시 출력할 수 있다. 또한, 입력부(1600)는 대상체(10)에 대응하는 모델을 디스플레이할 수 있고, 영상 처리부(1200)가 사용자 입력에 기초하여 생성한 관심 영역을 나타내는 영상을 디스플레이할 수 있다.
제어부(1700)는 초음파 진단 장치(1000)의 동작을 전반적으로 제어한다. 즉, 제어부(1700)는 도 1에 도시된 프로브(20), 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이부(1400), 메모리(1500), 및 입력부(1600) 간의 동작을 제어할 수 있다.
프로브(20), 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 통신부(1300), 디스플레이부(1400), 메모리(1500), 입력 디바이스(1600) 및 제어부(1700) 중 일부 또는 전부는 소프트웨어 모듈에 의해 동작할 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 상술한 구성 중 일부가 하드웨어에 의해 동작할 수도 있다. 또한, 초음파 송수신부(1100), 영상 처리부(1200), 및 통신부(1300) 중 적어도 일부는 제어부(1600)에 포함될 수 있으나, 이러한 구현 형태에 제한되지는 않는다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 무선 프로브(2000)는, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 복수의 트랜스듀서들을 포함하며, 구현 형태에 따라 도 2의 초음파 송수신부(1100)의 구성을 일부 또는 전부 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 무선 프로브(2000)는, 송신부(2100), 트랜스듀서(2200), 및 수신부(2300)를 포함하며, 각각의 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 상술하였는바, 자세한 설명은 생략한다. 한편, 무선 프로브(2000)는 그 구현 형태에 따라 수신 지연부(2330)와 합산부(2340)를 선택적으로 포함할 수도 있다.
무선 프로브(2000)는, 대상체(10)로 초음파 신호를 송신하고 에코 신호를 수신하며, 초음파 데이터를 생성하여 도 2의 초음파 이미징 장치(1002)로 무선 전송할 수 있다.
도 4a 내지 4b는 일 실시예에 따른 1차원 프로브 및 2차원 프로브의 일 예를 나타낸 도면들이다.
도 4a에 도시된 1차원 프로브(410) 및 도 4b에 도시된 2차원 프로브(430)는 도 1a에 도시된 유선 프로브(20) 또는 도 1b 및 도 3에 도시된 무선 프로브(20, 2000)에 해당될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 1차원 프로브(410)는 복수의 트랜스듀서(transducer)들의 1차원 어레이로 형성될 수 있다. 여기에서 트랜스듀서는 1차원 프로브(410)를 구성하는 엘리먼트(element)로서, 트랜스듀서가 대상체(420)에 초음파 신호를 조사하고, 대상체(420)로부터 반사되는 에코 신호들을 수신한다. 이와 같이 반사된 에코 신호들은 트랜스듀서들을 진동시킨다. 트랜스듀서들은 이 진동들에 대응한 전기적 펄스(electrical pulse)들을 생성하고, 전기적 펄스들을 초음파 송수신부(1100)로 출력한다.
또한, 1차원 프로브(410)를 구성하는 트랜스듀서들로 애퍼쳐(aperture) 또는 서브어레이(sub-array)가 구성될 수도 있다. 여기에서 애퍼쳐는 1차원 프로브(410)를 구성하는 트랜스듀서들 중 일부의 집합을 말한다. 다만, 애퍼쳐를 구성하는 트랜스듀서들의 개수는 제한이 없으며, 하나의 트랜스듀서가 하나의 애퍼쳐를 구성할 수도 있다.
또한, 도 4b를 참조하면, 2차원 프로브(430)는 복수의 트랜스듀서(transducer)들의 2차원 어레이로 형성될 수도 있다. 2차원 프로브(430)는 부피를 갖는 3차원의 대상체(440)에 대하여 초음파 신호를 조사하고, 대상체(440)로부터 반사되는 에코 신호들을 수신할 수 있다. 여기에서 2차원 프로브(430)가 대상체(440)에 초음파 신호를 조사하고, 에코 신호들을 수신하는 과정은 도 4a를 참조하여 상술한 바와 같다.
도 5는 일 실시예에 따른 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 5에 도시된 프로브(510)는 도 4a의 1차원 프로브(410) 또는 도 4b의 2차원 프로브(430)에 해당될 수 있다.
프로브(510)는 대상체(10)(또는, 대상체(10) 내의 관심 영역)로 초음파 신호를 송출하고, 대상체(10)(또는, 대상체(10) 내의 관심 영역)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 또한, 프로브(510)는 에코 신호에 대응하는 초음파 데이터를 이용하여 초음파 영상을 생성할 수 있다. 다시 말해, 프로브(510)는 도 2를 참조하여 상술한 영상 처리부(1200), 메모리(1500), 입력부(1600), 제어부(1700) 및 통신부(1300)를 포함할 수 있고, 상술한 구성들은 버스(1800)에 의하여 연결될 수 있다.
프로브(510)는 복수의 트랜스듀서들을 포함하고, 각각의 트랜스듀서는 전기적 신호에 따라 진동하며 음향 에너지인 초음파를 발생시키고, 대상체(10)(또는, 대상체(10) 내의 관심 영역)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 이때, 하나의 트랜스듀서는 하나의 채널로 구성되며, 각각의 채널에 포함된 초음파 송수신부의 동작에 따라 초음파 신호를 송출하고, 에코 신호를 수신할 수 있다. 다시 말해, 각각의 채널에는 도 2를 참조하여 상술한 초음파 송수신부(1100)가 포함될 수 있다.
또한, 복수의 채널들은 소정의 개수의 그룹들(521, 522, 523, 524)로 그룹핑될 수 있다. 다시 말해, 하나의 그룹(521)에는 복수의 채널들(5211, 5212, 5213)이 포함될 수 있고, 프로브(510)는 복수의 그룹들(521, 522, 523, 524)이 포함될 수 있다. 따라서, 하나의 그룹(521)에 포함된 복수의 채널들(5211, 5212, 5213)에서 생성된 신호들은 합해져서 영상 처리부(1200)로 전송될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 프로브(510)가 복수의 그룹들(521, 522, 523, 524)을 포함하고, 하나의 그룹(521)에 복수의 채널들(5211, 5212, 5213)이 포함되는 예를 상세하게 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 그룹 및 채널의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 프로브에는 복수의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)들(611, 612, 613, 614)이 포함될 수 있고, 하나의 ASIC(611)에는 복수의 그룹들(620)이 포함될 수 있다. 도 6에는 하나의 ASIC(611)에 32개의 그룹들(620)이 포함되는 것으로 도시되었으나, 그룹들의 수는 32개에 한정되지 않는다. ASIC(611)은 그룹들(620)에서 출력되는 신호들을 빔포밍함으로써, 하나의 출력 신호를 생성한다.
또한, 하나의 그룹(621)은 복수의 채널들(630)을 포함할 수 있다. 도 6에는 하나의 그룹(621)에 81개의 채널들(630)이 포함되는 것으로 도시되었으나, 채널들의 수는 81개에 한정되지 않는다. 결론적으로, 하나의 ASIC(611)에는 복수의 채널들이 포함될 수 있다.
하나의 채널(631)은 하나의 트랜스듀서에 대응한다. 구체적으로, 채널(631)은 단일 트랜스듀서에서 송신하는 송신 초음파를 생성하고, 그 트랜스듀서에서 수신하는 에코 신호를 처리하여 초음파 데이터를 생성한다.
다시 말해, 채널(631)은 소정의 펄스 반복 주파수(PRF, Pulse Repetition Frequency)에 따른 송신 초음파를 형성하기 위한 펄스(pulse)를 생성하며, 송신 지향성(transmission directionality)을 결정하기 위한 지연 시간(delay time)을 펄스에 적용한다. 그리고, 채널(631)은 트랜스듀서에 구동 신호(또는, 구동 펄스(driving pulse))를 인가한다. 예를 들어, 채널(631)은 도 2를 참조하여 상술한 송신부(1110) 또는 도 3을 참조하여 상술한 송신부(2100)를 포함할 수 있다.
또한, 채널(631)은 트랜스듀서로부터 수신되는 에코 신호를 증폭하고, 증폭된 에코 신호를 아날로그-디지털 변환한다. 선택적으로, 채널(631)은 디지털 변환된 신호에 시간 이득 보상(Time Gain Compensation, TGC)을 수행할 수 있다. 그리고, 채널(631)은 수신 지향성(reception directionality)을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 에코 신호에 적용함으로써 초음파 데이터를 생성한다. 예를 들어, 채널(631)은 도 2를 참조하여 상술한 수신부(1120) 또는 도 3을 참조하여 상술한 수신부(2300)를 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 빔포머의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 빔포머(3100)는 메모리(3110), 충전기(3120) 및 제어부(3130)를 포함한다. 도 7에 도시된 빔포머(3100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 7에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 빔포머(3100)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 빔포머(3100)의 메모리(3110), 충전기(3120) 및 제어부(3130)는 독립적인 장치로 존재할 수도 있음을 본 발명과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
또한, 도 7의 빔포머(3100)는 도 2를 참조하여 상술한 수신부(1120) 또는 도 3을 참조하여 상술한 수신부(2300)의 기능을 수행할 수 있다.
빔포머(3100)는 프로브(3000)에 내장된(embeded) 구성일 수 있다. 다시 말해, 빔포머(3100)는 프로브(3000)에 포함된 복수의 채널들 각각에 연결될 수 있다. 일 예로서, 프로브(3000)가 1차원 프로브라고 가정하면, 빔포머(3100)는 1차원 어레이에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대응하는 채널에 연결될 수 있다. 다른 예로서, 프로브(3000)가 2차원 프로브라고 가정하면, 빔포머(3100)는 2차원 어레이에 포함된 트랜스듀서들 각각에 대응하는 채널에 연결될 수 있다.
메모리(3110)는 대상체(10)로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장한다. 그리고, 메모리(3110)은 저장된 전하들을 출력한다. 빔포머(3100)가 연결된 트랜스듀서는 대상체(10)를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 조사된 초음파 신호가 대상체(10)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 메모리(3110)는 트랜스듀서가 수신한 에코 신호의 크기(amplitude)에 대응하는 전하들을 저장한다. 그리고, 메모리(3110)는 제어부(3130)의 제어 신호에 따라 저장된 전하들을 출력한다.
메모리(3110)는 적어도 하나의 캐패시터(capacitor) 및 적어도 하나의 스위치(switch)를 포함한다. 예를 들어, 스위치는 트랜스듀서와 캐패시터 사이에 위치하고, 제어부(3130)이 스위치의 동작을 제어함에 따라, 제어부(3130)가 캐패시터에 전하들이 저장되는 과정을 제어할 수 있다. 또한, 스위치는 캐패시터와 외부 장치 사이에 위치하고, 제어부(3130)가 스위치의 동작을 제어함에 따라, 제어부(3130)가 캐패시터로부터 전하들이 출력되는 과정을 제어할 수 있다.
충전기(3120)는 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성한다. 다시 말해, 충전기(3120)는 메모리(3110)로부터 출력된 전하들의 양과 동일한 양의 전하들을 생성한다. 그리고, 충전기(3120)는, 제어부(3130)의 제어 신호에 따라, 생성된 전하들을 메모리(3110)로 전송한다. 그리고, 메모리(3110)는 충전기(3120)로부터 전송된 전하들을 저장한다.
예를 들어, 충전기(3120)는, 메모리(3110)로부터 전하들이 출력된 이후에, 충전기(3120)가 생성한 전하들을 메모리(3110)로 전송할 수 있다. 따라서, 메모리(3110)에는 출력된 전하들의 양과 동일한 양의 전하들이 다시 저장될 수 있다.
제어부(3130)는 메모리(3110)와 충전기(3120)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(3130)는 메모리(3110)에 전하들이 저장되는 속도(이하, '제 1 속도'라고 함)와 메모리(3110)로부터 전하들이 출력되는 속도(이하, '제 2 속도'라고 함)를 제어할 수 있다. 제어부(3130)는 메모리(3110)에 포함된 적어도 하나의 스위치의 온/오프(on/off)를 제어함으로써, 제 1 속도 및/또는 제 2 속도를 제어할 수 있다.
초음파 진단 시스템(1002)은 높은 프레임율(frame rate)을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 초음파 진단 시스템(1002)이 움직이는 대상체(10)에 대한 영상을 생성하는 경우, 프레임율은 영상의 질과 직결된다. 프레임율은 하나의 프레임당 초음파 신호의 송신 횟수에 반비례한다. 그러나, 초음파 신호의 송신 횟수가 많아질수록 왜곡이 없는 신호(즉, 높은 품질의 영상을 생성할 수 있는 신호)를 얻을 수 있다. 따라서, 초음파 신호의 송신 횟수를 줄이면서 신호의 왜곡이 발생하지 않도록 하는 방법이 필요하다. 프레임율을 높이기 위해서, 트랜스듀서가 초음파 신호들을 1회 송신하고, 송신된 초음파 신호들의 에코 신호들을 이용하여 여러 개의 주사선을 동시에 생성하는 것을 다중 빔(multi-beam) 수신 집속 방법이라고 한다.
일반적으로, 다중 빔 수신 집속 방법에 따라 빔포밍이 수행되는 경우, 주사선들의 수만큼 아날로그 빔포머(analog beamformer)들이 프로브(20, 2000) 또는 초음파 이미징 장치(100)에 구비되어야 한다. 따라서, 프로브(20, 2000) 또는 초음파 이미징 장치(100)의 부피가 커질 수 있다. 또는, 다중 빔 수신 집속 방법에 따라 빔포밍이 수행되는 경우, 서브 어퍼쳐(sub-aperture) 단위로 아날로그 빔포밍이 수행되고 디지털 빔포밍(digital beamforming)이 수행될 때, 복수의 주사선들을 생성되어야 한다. 이 경우에는, 초음파 영상의 화질이 급격하게 저하될 수 있다.
초음파 시스템(1002)이 다중 빔 수신 집속 방법에 따라 초음파 데이터를 생성하는 경우, 제어부(3130)는 대상체(10)를 향하여 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성된 주사선(scanline)들의 수에 기초하여 제 2 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(3130)는 아래의 수학식 1에 기초하여 제 2 속도를 제어할 수 있다.
Figure PCTKR2016004752-appb-M000001
수학식 1에서, Fread는 소정의 시구간(Ts) 동안 메모리(3110)에 전하들이 입력되는 빈도(frequency)를 의미하며, Fwrite는 상기 소정의 시구간(Ts) 동안 메모리(3110)로부터 전하들이 출력되는 빈도를 의미한다. 또한, m은 주사선들의 수를 의미한다. 즉, 수학식 1에 따르면, 제어부(3130)는 제 2 속도가 제 1 속도보다 m배 빠르도록 제 2 속도를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(3130)는 대상체(10)로 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 복수의 주사선들 각각의 지연 값을 고려하여 제 2 속도를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(3130)는 충전기(3120)에서 생성된 전하들이 메모리(3110)로 전송되는 시점을 결정하고, 결정된 시점에 충전기(3120)에게 전하들을 메모리(3110)로 전송할 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, 제어부(3130)는 메모리(3110)에서 전하들이 출력된 이후에, 충전기(3120)에게 생성한 전하들을 메모리(3110)로 전송할 것을 지시할 수 있다.
다중 빔 수신 집속 방법에 따르면, 복수의 주사선들이 생성되기 위해서는 메모리(3110)에 저장된 전하들이 복수 회 이용될 수도 있다. 예를 들어, 수학식 1에 따르면, 메모리(3110)에 전하들이 1회 입력되는 반면에, 동일한 전하들이 m회 출력될 수 있다. 빔포머(3100)에 충전기(3120)가 포함되고, 충전기(3120)가 메모리(3110)에게 전하들을 복수 회 공급함에 따라, 빔포머(3100)는 복수의 주사선들이 생성되는데 이용되는 전하들을 차질 없이 출력할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 빔포머(3100)가 채널에 연결된 일 예를 구체적으로 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따른 빔포머가 채널과 연결된 일 예를 도시한 구성도이다.
도 8을 참조하면, 빔포머(3200)는 프로브(3000)에 포함된 트랜스듀서들(3310, 3320) 각각과 연결된 복수의 서브 모듈들(3210, 3220)을 포함하고, 각각의 서브 모듈들(3210, 3220)은 제어부(3230)에 의하여 제어된다. 도 8에는 제어부(3230)가 서브 모듈들(3210, 3220)의 동작을 제어하는 것으로 도시되어 있으나, 각각의 서브 모듈들(3210, 3220)에 독립적으로 동작하는 제어부가 포함될 수도 있다. 또한, 빔포머(3200)가 프로브(3000)에 내장된(embedded) 구성일 수 있음은 도 7을 참조하여 상술한 바와 같다.
또한, 서브 모듈들(3210, 3220) 각각에는 메모리(3110) 및 충전기(3120)가 포함될 수 있다. 또는, 서브 모듈들(3120, 3220) 각각에는 메모리(3110)만 포함되고, 하나의 충전기(3120)가 서브 모듈들(3120, 3220) 전부와 연결될 수도 있다.
도 8에는 프로브(3000) 내의 트랜스듀서들(3310, 3320)이 포함된 하나의 그룹에 빔포머(3200)가 연결된 일 예가 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 빔포머(3200)는 단일 트랜스듀서(3310)와 연결될 수도 있고, 복수의 그룹들 전부와 연결될 수도 있다.
트랜스듀서(3310)는 대상체(10)로부터 반사된 에코 신호를 수신한다. 그리고, 서브 모듈(3210)은 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장한다. 이때, 제어부(3230)는 서브 모듈(3210)에 전하들이 저장되는 과정을 제어(도 8의 '기록 제어')할 수 있다. 또한, 서브 모듈(3210)은 제어부(3230)의 제어(도 8의 '독출 제어')에 따라, 저장된 전하들을 출력할 수 있다. 한편, 서브 모듈(3210)로부터 전하들이 출력된 경우, 서브 모듈(3210)은 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하여 저장할 수 있다.
이러한 방식으로, 트랜스듀서들(3310, 3320)에 연결된 서브 모듈들(3120, 3220) 각각이 전하를 출력하고, 서브 모듈들(3120, 3220)로부터 출력된 전하들이 조합(3240)되어 빔포머(3200)로부터 출력될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 서브 모듈의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 9를 참조하면, 서브 모듈(3400)은 도 8에 도시된 서브 모듈(3210)과 대응된다. 다시 말해, 서브 모듈(3400)은 메모리 및 충전기(3430)를 포함할 수 있다. 그리고, 메모리는 복수의 캐패시터들(3410) 및 캐패시터들(3410)과 연결된 복수의 스위치들(3421, 3422)을 포함할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바에 따르면, 제어부(3600)는 서브 모듈(3210)의 외부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 제어부(3600)는 서브 모듈(3210)의 내부에 위치할 수도 있다.
트랜스듀서(3500)에 의하여 수신된 에코 신호들에 따라, 캐패시터들(3410)에는 차례대로 전하들이 저장될 수 있다. 이때, 캐패시터들(3410)에 전하들이 저장되는 과정은 제어부(3600)의 제어(도 9의 '기록 제어')에 따라 스위치들(3421)이 온/오프 됨에 따라 수행될 수 있다.
한편, 다중 빔 수신 집속 방법에 따라 초음파 데이터가 생성되는 경우, 캐패시터들(3410)에 저장된 전하들은 선택적으로 그리고 복수 회에 걸쳐서 출력될 수 있다. 이때, 캐패시터들(3410)에 저장된 전하들이 출력되는 과정은 제어부(3600)의 제어(도 9의 '독출 제어')에 따라 수행될 수 있다. 제어부(3600)는 주사선들 각각의 지연 값을 연산하고, 연산된 지연 값에 기초하여 캐패시터들(3410)에 저장된 전하들이 선택적으로 그리고 복수 회에 걸쳐서 출력되도록 스위치들(3422)의 온/오프를 제어할 수 있다.
충전기(3430)는 캐패시터들(3410) 중 어느 하나에서 전하들이 출력되는 경우, 출력된 전하들의 양과 동일한 양의 전하들을 생성하고, 전하들이 출력된 캐패시터에 생성된 전하들을 전송한다.
도 8을 참조하여 상술한 바와 같이, 서브 모듈(3400)로부터 출력된 전하들은 다른 서브 모듈에서 출력된 전하들과 조합(3400)되어 다른 장치로 전송될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 일 실시예에 따른 제어부가 주사선의 수에 따라 메모리로부터 전하들이 입/출력되는 속도를 제어하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10a에는, 단일 주사선이 생성되는 경우에, 제어부가 메모리에 전하들이 저장되는 과정을 제어(기록 제어)하고, 메모리로부터 전하들이 출력되는 과정을 제어(독출 제어)하는 일 예가 도시되어 있다.
도 10a를 참조하면, 소정의 시구간(Ts) 동안, 메모리에 전하들이 저장되는 횟수와 메모리로부터 전하들이 출력되는 횟수가 동일하다. 다시 말해, 단일 주사선이 생성되는 경우, 제어부는 메모리에 전하들이 저장되는 횟수와 동일하게 메모리로부터 전하들이 출력되도록 메모리를 제어한다.
도 10b에는, 2 개의 주사선들이 생성되는 경우에, 제어부가 메모리에 전하들이 저장되는 과정을 제어(기록 제어)하고, 메모리로부터 전하들이 출력되는 과정을 제어(독출 제어)하는 일 예가 도시되어 있다.
도 10b를 참조하면, 소정의 시구간(Ts) 동안, 메모리에 전하들이 저장되는 횟수와 메모리로부터 전하들이 출력되는 횟수가 다르다. 다시 말해, 소정의 시구간(Ts) 동안, 메모리에 전하들이 1회 저장되면, 그 전하들은 2회에 걸쳐서 출력된다. 즉, 제어부는 주사선들의 수와 동일한 횟수로 저장된 전하들이 출력되도록 메모리를 제어한다. 이때, 메모리로부터 전하들이 출력되면, 충전부는 출력된 전하들의 양과 동일한 양의 전하들을 메모리로 전송한다.
도 11은 일 실시예에 따른 빔포밍이 수행되는 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 빔포밍이 수행되는 방법은 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 빔포머(3100, 3200) 또는 서브 모듈(3400)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 빔포머(3100, 3200) 또는 서브 모듈(3400)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 11의 빔포밍이 수행되는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
4100 단계에서, 메모리는 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 수신하고, 수신된 전하들을 저장한다. 예를 들어, 메모리는 적어도 하나의 캐패시터 및 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 에코 신호는 1차원 프로브(즉, 1차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 프로브) 또는 2차원 프로브(즉, 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 프로브)에 의하여 수신될 수 있다.
4200 단계에서, 메모리는 기 설정된 속도에 따라 저장된 전하들을 출력한다. 예를 들어, 상술한 속도는 대상체를 향하여 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 주사선의 수에 기초하여 설정될 수 있다. 또한, 상술한 속도는 메모리에 전하들이 저장되는 속도보다 m 배 빠르도록 설정될 수 있고, 여기에서 m은 주사선들의 수를 의미한다. 또한, 상술한 속도는 주사선들 각각의 지연 값을 고려하여 설정될 수 있다.
4300 단계에서, 충전기는 메모리로부터 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성한다. 그리고, 충전기는 생성된 전하들을 메모리로 전송하고, 메모리는 전송된 전하들을 저장한다. 예를 들어, 메모리가 전하들을 출력한 이후에, 충전기가 전하들을 생성하고, 생성된 전하들을 메모리로 전송할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 다중 빔 수신 집속 방법에 따라 빔포밍이 수행되는 경우에 필요한 하드웨어의 수 또는 크기가 감소됨에 따라, 프로브 또는 초음파 이미징 장치의 부피가 감소될 수 있다. 또한, 초음파 영상의 화질 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 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.

Claims (14)

  1. 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 저장하고, 상기 저장된 전하들을 출력하는 메모리;
    상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및
    상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 대상체를 향하여 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 주사선(scanline)의 수에 기초하여 상기 제 2 속도를 제어하는 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 2 속도가 상기 제 1 속도보다 m 배 빠르도록 상기 제 2 속도를 제어하고,
    상기 m은 상기 대상체로 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 주사선(scanline)의 수를 의미하는 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 대상체로 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 복수의 주사선(scanline)들 각각의 지연 값을 고려하여 상기 제 2 속도를 제어하는 프로브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 메모리는, 적어도 하나의 캐패시터(capacitor) 및 적어도 하나의 스위치(switch)를 포함하는 프로브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 전하들은, 상기 메모리로부터 전하들이 출력된 이후에 상기 메모리에 입력되는 프로브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브는 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 프로브.
  8. 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대응하는 전하들을 수신하고, 상기 수신된 전하들을 저장하는 단계;
    기 설정된 속도에 따라 상기 저장된 전하들을 출력하는 단계; 및
    상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하고, 상기 생성된 전하들을 저장하는 단계;를 포함하는 빔포밍을 수행하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기 설정된 속도는, 상기 대상체를 향하여 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 주사선(scanline)의 수에 기초하여 설정되는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기 설정된 속도는, 상기 전하들이 저장되는 속도보다 m배 빠르도록 설정되고,
    상기 m은 상기 대상체로 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 주사선(scanline)의 수를 의미하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기 설정된 속도는, 상기 대상체로 조사된 초음파 신호에 대응하여 구성되는 복수의 주사선(scanline)들 각각의 지연 값을 고려하여 설정되는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신된 전하들을 저장하는 단계는, 상기 수신된 전하들을 적어도 하나의 캐패시터(capacitor)에 저장하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 에코 신호는 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 프로브에 의하여 수신되는 방법.
  14. 2차원 트랜스듀서 어레이; 및
    상기 어레이에 포함된 트랜스듀서들 각각에 연결된 빔포머들;을 포함하고,
    상기 빔포머는,
    상기 트랜스듀서에 의하여 수신된 에코 신호에 대응하는 전하들이 저장되고, 상기 저장된 전하들이 출력되는 메모리;
    상기 출력된 전하들의 양에 대응하는 전하들을 생성하는 충전기; 및
    상기 전하들이 상기 메모리에 저장되는 제 1 속도 및 상기 전하들이 상기 메모리로부터 출력되는 제 2 속도 중 적어도 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 프로브.
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