WO2020032341A1 - 초음파 진단 장치, 초음파 영상을 표시하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

초음파 진단 장치, 초음파 영상을 표시하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

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tissue
pulse
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김정호
고두영
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    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to an ultrasound diagnostic device, a method for displaying an ultrasound image using the ultrasound diagnostic device, and a computer program product.
  • the disclosed embodiments may relate to a method of generating and displaying an image representing microcalcified tissue in an ultrasound diagnostic apparatus.
  • microcalcifications due to the accumulation of calcium in the human body causes disorders of organs or cardiovascular functions in the human body and expresses various diseases.
  • the microcalcified tissue present in the breast is known to have a high possibility of metastasis to a malignant tumor, and in order to diagnose breast cancer early, a technique for detecting microcalcified tissue at an early stage is required.
  • X-ray images may be mainly used in consideration of the relatively low absorption of calcification by X-rays.
  • this technique has the disadvantage that it is impossible to detect microcalcified tissue in real time, the user is inaccessible, and there is a potential risk (blood cell death, cancer expression, DNA mutation) as the patient is exposed to radiation. .
  • blood cell death, cancer expression, DNA mutation a potential risk as the patient is exposed to radiation.
  • the ultrasound diagnosis apparatus irradiates an ultrasound signal generated from a transducer of a probe to an object, receives information of a signal reflected from the object, and a portion (eg, soft tissue or blood flow) inside the object. Get at least one image for.
  • the ultrasound diagnostic device is harmless to the human body and has an advantage of non-invasively observing the structure and characteristics of the human body.
  • the ultrasound diagnostic device may provide various types of clinical information (tissue shape, elasticity, speed of blood flow, etc.).
  • the ultrasound diagnostic device may be used for observing microcalcifications or for real time monitoring for biopsy of microcalcification tissue. At this time, breast ultrasound or musculoskeletal ultrasound may be utilized.
  • the disclosed embodiments are intended to display an image representing microcalcified tissue in an ultrasound diagnostic apparatus.
  • an ultrasound image display method includes: obtaining first data by transmitting a first ultrasound pulse to an object and receiving an echo signal reflected from the object; Acquiring second data by transmitting a second ultrasound pulse different from the first ultrasound pulse to the object and receiving an echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals; And detecting microcalcified tissue in the subject by analyzing the second data; And displaying an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • an ultrasound diagnostic apparatus obtains first data by causing a probe to transmit a first ultrasound pulse to a subject and to receive an echo signal reflected from the subject, and the probe acquires the first data.
  • An ultrasonic transceiver unit configured to transmit second ultrasonic pulses different from one ultrasonic pulse to the object and to acquire second data by repeating an operation of receiving an echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals;
  • a display unit configured to display an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • a computer program product including a storage medium storing computer program code for performing the above-described ultrasound image display method may be provided.
  • the ultrasound diagnosis apparatus may accurately detect the microcalcified tissue, and may independently display only the microcalcified image, or may display an image representing the microcalcification by fusing with the ultrasound B mode image.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an ultrasound diagnostic apparatus according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a controller of an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • 5 to 7 are diagrams for describing pulses transmitted for microcalcification detection, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for describing space-time data generated according to an embodiment.
  • 9 is a view for explaining the characteristics of calcified tissue.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for detecting microcalcified tissue according to one embodiment.
  • 11 and 12 illustrate screens displayed on an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method of displaying an ultrasound image, according to an exemplary embodiment.
  • an ultrasound image display method includes: obtaining first data by transmitting a first ultrasound pulse to an object and receiving an echo signal reflected from the object; Acquiring second data by transmitting a second ultrasound pulse different from the first ultrasound pulse to the object and receiving an echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals; And detecting microcalcified tissue in the subject by analyzing the second data; And displaying an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • an ultrasound diagnostic apparatus obtains first data by causing a probe to transmit a first ultrasound pulse to a subject and to receive an echo signal reflected from the subject, and the probe acquires the first data.
  • An ultrasonic transceiver unit configured to transmit second ultrasonic pulses different from one ultrasonic pulse to the object and to acquire second data by repeating an operation of receiving an echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals;
  • a display unit configured to display an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • a computer program product including a storage medium storing computer program code for performing the above-described ultrasound image display method may be provided.
  • an image may include a medical image obtained by a medical imaging apparatus such as a magnetic resonance imaging (MRI) device, a computed tomography (CT) device, an ultrasound imaging device, or an X-ray imaging device.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT computed tomography
  • ultrasound imaging device an ultrasound imaging device
  • X-ray imaging device an X-ray imaging device
  • an 'object' is an object to be photographed, and may include a person, an animal, or a part thereof.
  • the subject may include a part of the body (organs or the like; organs) or phantoms.
  • an “ultrasound image” refers to an image of an object transmitted to an object and processed based on an ultrasonic signal reflected from the object.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100 may include a probe 20, an ultrasound transceiver 110, a controller 120, an image processor 130, a display 140, a storage 150, and a communicator 160. ), And an input unit 170.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100 may be implemented as a portable type as well as a cart type.
  • Examples of the portable ultrasound diagnostic apparatus may include a smart phone, a laptop computer, a PDA, a tablet PC, and the like including a probe and an application, but are not limited thereto.
  • the probe 20 may include a plurality of transducers.
  • the plurality of transducers may transmit an ultrasonic signal to the object 10 according to a transmission signal applied from the transmitter 113.
  • the plurality of transducers may receive the ultrasonic signal reflected from the object 10 and form a received signal.
  • the probe 20 may be integrally implemented with the ultrasound diagnosis apparatus 100 or may be implemented as a separate type connected to the ultrasound diagnosis apparatus 100 in a wired or wireless manner.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100 may include one or a plurality of probes 20 according to an implementation form.
  • the controller 120 controls the transmitter 113 to form a transmission signal to be applied to each of the plurality of transducers in consideration of positions and focus points of the plurality of transducers included in the probe 20.
  • the control unit 120 analog-to-digital converts the received signal received from the probe 20, and in consideration of the positions and focal points of the plurality of transducers, adds the digitally converted received signal to generate the ultrasonic data 115 To control.
  • the image processor 130 generates an ultrasound image by using the ultrasound data generated by the ultrasound receiver 115.
  • the display 140 may display the generated ultrasound image and various information processed by the ultrasound diagnosis apparatus 100.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100 may include one or a plurality of display units 140 according to an implementation form.
  • the display unit 140 may be implemented as a touch screen in combination with the touch panel.
  • the controller 120 may control overall operations of the ultrasound diagnosis apparatus 100 and signal flow between internal components of the ultrasound diagnosis apparatus 100.
  • the controller 120 may include a memory that stores a program or data for performing a function of the ultrasound diagnosis apparatus 100, and a processor that processes the program or data.
  • the controller 120 may receive a control signal from the input unit 170 or an external device to control the operation of the ultrasound diagnosis apparatus 100.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100 may include a communication unit 160, and may be connected to an external device (eg, a server, a medical device, a portable device (smartphone, tablet PC, wearable device, etc.)) through the communication unit 160. have.
  • an external device eg, a server, a medical device, a portable device (smartphone, tablet PC, wearable device, etc.)
  • the communication unit 160 may include one or more components that enable communication with an external device, and may include, for example, at least one of a short range communication module, a wired communication module, and a wireless communication module.
  • the communication unit 160 may transmit and receive control signals and data with an external device.
  • the storage unit 150 may store various data or programs for driving and controlling the ultrasound diagnosis apparatus 100, input / output ultrasound data, and acquired ultrasound images.
  • the input unit 170 may receive a user input for controlling the ultrasound diagnosis apparatus 100.
  • the user's input may include a button, a keypad, a mouse, a trackball, a jog switch, a knob, a touch input, a touch pad or a touch screen input, a voice input, a motion input, a biometric information input ( For example, iris recognition, fingerprint recognition, etc.) may be included, but is not limited thereto.
  • ultrasound diagnosis apparatus 100 An example of the ultrasound diagnosis apparatus 100 according to an embodiment is described below with reference to FIGS. 2A to 2C.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100a or 100b may include a main display unit 121 and a sub display unit 122.
  • One of the main display unit 121 and the sub display unit 122 may be implemented as a touch screen.
  • the main display unit 121 and the sub display unit 122 may display various information processed by the ultrasound image or the ultrasound diagnosis apparatus 100a or 100b.
  • the main display unit 121 and the sub display unit 122 may be implemented as a touch screen and provide a GUI to receive data for controlling the ultrasound diagnosis apparatuses 100a and 100b from a user.
  • the main display unit 121 may display an ultrasound image
  • the sub display unit 122 may display a control panel for controlling the display of the ultrasound image in a GUI form.
  • the sub display unit 122 may receive data for controlling display of an image through a control panel displayed in a GUI form.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100a or 100b may control the display of the ultrasound image displayed on the main display unit 121 by using the received control data.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100b may further include a control panel 165 in addition to the main display unit 121 and the sub display unit 122.
  • the control panel 165 may include a button, a trackball, a jog switch, a knob, and the like, and may receive data for controlling the ultrasound diagnostic apparatus 100b from a user.
  • the control panel 165 may include a Time Gain Compensation (TGG) button 171, a Freeze button 172, and the like.
  • TGC button 171 is a button for setting the TGC value for each depth of the ultrasound image.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100b may maintain a state in which the frame image at the corresponding time point is displayed.
  • buttons, trackballs, jog switches, knobs, etc. included in the control panel 165 may be provided as a GUI to the main display unit 121 or the sub display unit 122.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100c may be implemented as a portable type.
  • Examples of the portable ultrasound diagnosis apparatus 100c may include a smart phone, a laptop computer, a PDA, a tablet PC, and the like including a probe and an application, but are not limited thereto.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 100c may include a probe 20 and a main body 40, and the probe 20 may be connected to one side of the main body 40 by wire or wirelessly.
  • the body 40 may include a touch screen 145.
  • the touch screen 145 may display an ultrasound image, various information processed by the ultrasound diagnosis apparatus, a GUI, and the like.
  • the ultrasound diagnosis apparatus may provide various types of clinical information (such as tissue shape, elasticity, speed of blood flow, etc.) including microcalcification.
  • an ultrasound diagnosis apparatus may utilize a post-processing algorithm of an image, such as imaging microcalcification using various beam forming techniques based on channel data, or performing feature enhancement of only hyperechoic components.
  • a post-processing algorithm of an image such as imaging microcalcification using various beam forming techniques based on channel data, or performing feature enhancement of only hyperechoic components.
  • a method of imaging microcalcification can be used.
  • the ultrasound diagnosis apparatus extracts a region suspected of microcalcification through post-processing on an ultrasound image
  • the information of various human tissues (muscle, fat, blood flow, etc.) is mixed in the region of interest, calcification
  • calcification There may be problems in that it is difficult to determine the presence of tissue and may not be able to detect only microcalcified tissue independently.
  • the diagnosis of the ultrasound image may be low and the standard of diagnosis may be difficult depending on the user reading the ultrasound image. have. Therefore, there is a need for a technique capable of automatically and precisely detecting microcalcification, and in particular, the development of a technique capable of independently detecting microcalcification using an ultrasound diagnostic apparatus capable of real-time image acquisition is required.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an ultrasound diagnostic apparatus capable of independently detecting microcalcification according to an exemplary embodiment.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may include a probe 20, an ultrasound transceiver 310, a controller 330, and a display 340. Descriptions of the ultrasound diagnosis apparatus 100 of FIG. 1 may be applied to each configuration of the ultrasound diagnosis apparatus 300 of FIG. 3. Therefore, redundant description is omitted.
  • the ultrasound transceiver 310 transmits an ultrasound pulse to the object through the probe 20 based on a control signal applied from the controller 330, receives an RF signal reflected from the object through the probe 20, Output to the control unit 330.
  • the ultrasound transceiver 310 may acquire the first data by causing the probe 20 to transmit the first ultrasound pulse to the object and receive an echo signal reflected from the object.
  • the first ultrasound pulse may be a pulse designed to acquire a B mode image.
  • the ultrasound transceiver 310 may repeat the operation of transmitting the second ultrasound pulse different from the first ultrasound pulse to the object and receiving the echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals. Data can be obtained.
  • the second ultrasonic pulse may be a pulse designed based on the characteristics of the microcalcified tissue.
  • the second ultrasonic pulse may be a pulse having a predefined sequence of waveform magnitude, phase sign, period, etc. in order to detect microcalcification.
  • the second ultrasonic pulse may be designed such that the negative pressure component is an asymmetric pulse in which the negative pressure component is superior to the positive pressure component, and the wavelength is longer than the first ultrasonic pulse.
  • the controller 330 may obtain data including information about an echo signal reflected from the object from the ultrasound transceiver 310.
  • the controller 330 may obtain first data and second data from the ultrasonic transceiver 310.
  • the controller 330 may acquire RF channel data or complex baseband I / Q data through the ADC.
  • the controller 330 may detect the microcalcified tissue in the object by analyzing the second data.
  • the controller 330 reconstructs the second data into three-dimensional data including information about axial depth, lateral width, and time, and analyzes the three-dimensional data to analyze the microcalcified tissue. Can be extracted.
  • the three-dimensional data may be space-time data based on axial depth, lateral width, and time.
  • the controller 330 estimates at least one of an intensity, a frequency, and a phase of an echo signal reflected from each region of the object by applying Singular Value Decomposition (SVD) to the second data. Based on the value, microcalcified tissue in the subject can be detected.
  • Singular Value Decomposition Singular Value Decomposition
  • the control unit 330 calculates the variance of the phase change with respect to the time of the echo signal reflected from each area of the object based on the second data, and converts the region where the variance of the phase change is greater than or equal to a predetermined value to the microcalcified tissue in the object. Can be detected.
  • the display unit 340 may display an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • the display 340 may independently display an ultrasound image and an image representing microcalcification in different areas.
  • the display unit 340 may display a single image by fusing the B mode image of the cross section of the object and the image representing the microcalcification.
  • the display unit 340 may display a region corresponding to the microcalcified tissue detected on the ultrasound image which is the B mode image of the cross section of the object.
  • the display unit 340 displays a color bar representing a plurality of colors corresponding to values representing characteristics of the microcalcified tissue, selects a color from the color bars based on a value representing the characteristic of the detected microcalcified tissue, The selected color may be displayed in an area corresponding to the detected microcalcified tissue included in the image.
  • the value representing the characteristics of the microcalcified tissue may represent the degree of dispersion of the phase change with time of the echo signal reflected from the microcalcified tissue.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of the controller 320 of the ultrasound diagnosis apparatus 300 according to an exemplary embodiment.
  • the controller 320 may include a pulse generator 410, a space-time data acquirer 420, an ultrasound image generator 430, a microcalcification detector 440, and a microcalcification image generator 450. .
  • Each of the blocks 410, 420, 430, 440, and 450 included in the control unit 320 illustrated in FIG. 4 may be a separate hardware configuration or may be functional blocks implemented by the control unit 320. Therefore, operations of the blocks 410, 420, 430, 440, and 450 described below may be performed by the controller 320.
  • the pulse generator 410 may generate an ultrasonic pulse to be transmitted to the object through the probe 20.
  • the pulse generator 410 may control the ultrasound transceiver 310 to form a transmission signal to be applied to each of the plurality of transducers in consideration of positions and focus points of the plurality of transducers included in the probe 20. have.
  • the pulse generator 410 may transmit the ultrasonic pulse by controlling the ultrasonic transceiver 310.
  • the pulse generator 410 may move the object as well as the gray scale ultrasound image in which the object is scanned according to an A mode, a B mode, and a M mode. Ultrasonic pulses designed to obtain a Doppler image representing the PDP may be generated.
  • the pulse generator 410 may generate a first ultrasonic pulse designed in advance to acquire a B mode image.
  • the pulse generator 410 may generate a second ultrasonic pulse designed in advance for the detection of microcalcification.
  • the pulse generator 410 may generate a second ultrasonic pulse in which transmission parameters such as a sign, a magnitude, a phase, and a period of a waveform are predetermined based on the microcalcification characteristic.
  • the pulse generator 410 generates an ultrasonic pulse having a symmetrical (+) / (-) size as the first ultrasonic pulse, and has an asymmetric (+) / (-) size as the second ultrasonic pulse. Can generate an in pulse.
  • the pulse generator 410 according to an embodiment may increase the microcalcification detection performance by using an asymmetric ultrasonic pulse.
  • the asymmetric ultrasonic pulse may be a dominant pulse like the graph 510 or a negative pressure like the graph 520.
  • Pulses The pulse shown in FIG. 5 may be designed in such a manner that a harmonic component is added to the transmission center frequency f 0 as shown in Equation 1 below.
  • the harmonic component may be designed in a form in which a 2f 0 component is multiplied by a weight of a 0 .
  • Ultrasonic pulses optimized for microcalcification detection may be designed based on the experimental results of FIGS. 6 and 7.
  • the graph 600 of FIG. 6 shows an average value of the microcalcification signal received from the object when the ultrasonic pulse of the waveform shown in FIG. 5 is applied to the object including the phantom simulating breast microcalcification.
  • the microcalcification signal may mean a signal of the microcalcification area extracted based on data obtained from an echo signal received from an object.
  • the microcalcification signal may be obtained through the process illustrated in FIGS. 8 and 10, and a detailed method of obtaining the microcalcification signal will be described later.
  • the graph 610 of FIG. 6 illustrates a change in the average value of the microcalcification signal received from the object when the positive voltage shown in the graph 510 of FIG. 5 increases the high voltage of the ultrasonic pulse.
  • the graph 620 of FIG. 6 illustrates a change in the average value of the microcalcification signal received from the object when the transmission voltage of the ultrasonic pulse in which the sound pressure shown in the graph 520 of FIG. 5 is increased is increased.
  • the pulse generator 410 may generate, as the second ultrasonic pulse, an ultrasonic pulse in which sound pressure is dominant.
  • the graph 700 of FIG. 7 represents an average value of the microcalcification signal received from the object when the ultrasound pulse of the waveform shown in the graph 520 of FIG. 5 is applied to the object including the phantom simulating breast microcalcification. .
  • the graph 700 of FIG. 7 illustrates a change in the average value of the microcalcification signal received from the object when the sound pressure of the ultrasonic pulse in which the sound pressure shown in the graph 520 of FIG. 5 is increased is increased.
  • the graph 710 of FIG. 7 illustrates a change in the average value of the microcalcification signal received from the object when the sound pressure of the ultrasonic pulse in which the sound pressure having a penetration frequency is predominantly increased.
  • the graph 720 of FIG. 7 illustrates a change in the average value of the microcalcification signal received from the object when the sound pressure of the ultrasonic pulse in which the sound pressure having a general frequency is predominantly increased.
  • the pulse generator 410 may generate, as the second ultrasonic pulse, an ultrasonic pulse having a wavelength longer than a predetermined value.
  • the pulse generator 410 may generate, as the second ultrasonic pulse, an ultrasonic pulse having a sound pressure greater than a predetermined value.
  • the pulse generator 410 may generate, as a second ultrasonic pulse, an ultrasonic pulse whose magnitude of sound pressure is larger than that of the first ultrasonic pulse.
  • the space-time data acquisition unit 420 may reconstruct the ultrasound data reflected from the object into space-time data including space-time information.
  • the space-time data acquirer 420 may acquire space-time data from the second data obtained from the echo signal reflected from the object in response to the second ultrasound pulse.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 acquires the second data by repeatedly transmitting the second ultrasound pulse to the object 10 through the probe 20 and receiving the echo signal at a predetermined number of time intervals. can do.
  • the second data may include a plurality of image data obtained at predetermined intervals with respect to the cross section of the object, and each image data may include spatial information about the cross section of the object.
  • the spatiotemporal data acquisition unit 420 arranges a plurality of image data included in the second data on a time axis, such that an axial depth, a lateral width, And three-dimensional data 801 including information about time. Since the data acquired by the space-time data acquisition unit 420 includes both time information and space information, it may be described as space-time data.
  • the microcalcification detector 440 may separately detect the spatiotemporal data obtained by the spatiotemporal data acquisition unit 420 by dividing general tissue and microcalcification through spatiotemporal characteristics analysis. For example, the microcalcification detector 440 may independently detect the microcalcification signal by performing singular value decomposition 440 on the spatiotemporal data. In addition, the microcalcification detector 440 may perform independent microcalcification signal detection based on the power, average frequency, phase change, etc. of the microcalcification signal using an autocorrelation function. For example, the microcalcification detection unit 440 may utilize the microcalcification power estimation value by the autocorrelation function.
  • the microcalcification detector 440 may separate and detect the microcalcification signal from the spatiotemporal data based on the characteristics of the microcalcification. For example, microcalcification has random phase change characteristics compared to normal tissue. This is known to be due to the nonuniform nature of the calcified tissue.
  • the graph 910 of FIG. 9 illustrates a phase change of a signal of a blood flow region extracted based on data obtained in response to the transmitted ultrasound pulse when a plurality of ultrasound pulses are transmitted to an object including a blood vessel.
  • the graph 920 of FIG. 9 illustrates a phase change of a signal of the microcalcification region extracted based on data obtained in response to the transmitted ultrasound pulse when the ultrasonic pulse is transmitted to the object including the microcalcification multiple times. .
  • microcalcification detector 440 may separate and detect the microcalcification signal from the spatiotemporal data based on the phase change characteristic of the microcalcification.
  • the microcalcification detector 440 may determine that the microcalcification structure is more than the predetermined value based on a predetermined value.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for detecting microcalcification tissue by the microcalcification detection unit 440 according to an embodiment.
  • the microcalcification detector 440 generates a Casorati matrix (x * z, t) to align the data spatio-temporal based on the spatiotemporal data 1010 acquired by the spatiotemporal data acquisition unit 420. It may be (1020).
  • the microcalcification detector 440 may perform singular value decomposition on the generated Casorati matrix (1030).
  • the U vector may mean data for spatial information
  • the V vector may mean data for temporal information
  • the ⁇ vector may mean a ranking of singular values.
  • the microcalcification detector 440 may apply a spatiotemporal signal characteristic analysis function to the obtained singular value vector S.
  • the spatiotemporal signal characteristic analysis function may include a covariance matrix analysis, an autocorrelation function, and the like.
  • the microcalcification detection unit 440 may obtain a spatio-temporal covariance matrix based on the obtained singular value vector S (1040).
  • the microcalcification detection unit 440 may separate and detect the independent microcalcification signal by analyzing the spatiotemporal signal characteristics based on the result of applying the spatiotemporal signal characteristic analysis function. For example, the microcalcification detector 440 may detect a signal of a region having a wide distribution of phase change over time as a microcalcification signal (1050).
  • the ultrasound image generator 430 may reconstruct the A mode image, the B mode image, the M mode image, the Doppler image, and the like based on the data received in response to the ultrasound pulse applied to the object.
  • the ultrasound image generator 430 may generate a B mode image representing a cross section of the object by reconstructing the first data received in response to the first ultrasound pulse transmitted to the object.
  • the ultrasound image generator 430 may output the generated ultrasound image to the display 340.
  • the microcalcification image generator 450 may generate the microcalcification image by reconstructing the microcalcification signal independently detected by the microcalcification detection unit 440 into a two-dimensional (2-D) image.
  • the microcalcification image generator 450 may generate a microcalcification image in which the microcalcification region included in the cross section of the object to which the ultrasound pulse is transmitted is displayed.
  • the microcalcification image generator 450 may apply various image post-processing to the generated microcalcification image.
  • the microcalcification image generator 450 may output the generated microcalcification image to the display 340.
  • 11 and 12 illustrate screens displayed on an ultrasound diagnostic apparatus, according to an exemplary embodiment.
  • the display unit 340 may independently display the ultrasound image 1110 generated by the controller 320 and the image 1130 representing the microcalcification in different areas on the screen 1100.
  • the region 1113 on the ultrasound image 1110 is a region in which microcalcifications are concentrated in an object.
  • the diagnostic apparatus 300 according to an embodiment generates and displays an image 1130 that independently displays only the microcalcification region. can do. As in the ultrasound image 1110, it is confirmed that microcalcification is concentrated in the region 1133 on the image 1130.
  • the embodiment of the present disclosure is not limited to the embodiment shown in FIG. 11, and may display a screen in which an ultrasound image and an image representing microcalcification are fused.
  • the display unit 340 may display an image in which an area corresponding to microcalcification is displayed on the ultrasound image by fusing the ultrasound image and the image representing the microcalcification.
  • the region corresponding to the microcalcification may be displayed on one of the predetermined colors, brightness, shapes, and symbols on the ultrasound image, or may be displayed to blink.
  • the display unit 340 may also display a color bar representing a plurality of colors corresponding to values representing characteristics of the microcalcified tissue.
  • the display unit 340 may select a color from the color bar based on a value representing the characteristic of the detected microcalcified tissue, and display the selected color in an area corresponding to the detected microcalcified tissue.
  • the embodiment is not limited thereto, and various methods may be used to express the characteristics of the microcalcified tissue in addition to the color bar shape.
  • the value representing the characteristics of the microcalcified tissue may include a roughness of the phase of the microcalcified signal obtained from the microcalcified tissue.
  • the higher the degree of dispersion of the microcalcification signal the higher the probability of metastasis to a malignant tumor.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may increase breast cancer diagnosis accuracy by displaying a phase dispersion degree of the microcalcification signal corresponding to the microcalcification tissue along with an image representing the microcalcification tissue.
  • FIG. 12 shows an example of a screen displaying the roughness of a phase as a characteristic of microcalcified tissue.
  • the display 340 may display an image 1210 in which regions 1211, 1212, 1213, and 1214 corresponding to microcalcification are displayed on the ultrasound image.
  • regions 1211, 1212, 1213, and 1214 corresponding to microcalcification may be displayed in predetermined colors on the ultrasound image.
  • the display unit 340 may also display a color bar 1230 representing a plurality of colors corresponding to values representing characteristics of the microcalcified tissue.
  • FIG. 1220 of FIG. 12 shows that the degree of dispersion of the phase of the microcalcification signal is increased toward the top of the color bar 1230.
  • the display unit 340 may include the region 1211, the region 1212, and different colors using different colors selected from color bars based on a value representing a characteristic of the detected microcalcified tissue. Regions 1213 and 1214 can be displayed.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method of displaying an ultrasound image, according to an exemplary embodiment.
  • Each step of the method described below may be performed by respective components of the ultrasound diagnosis apparatus 300 illustrated in FIG. 3.
  • the above description with respect to the ultrasound diagnostic apparatus 300 may be applied to each step of the following methods.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may obtain first data by transmitting a first ultrasound pulse to an object and receiving an echo signal reflected from the object.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may repeat the operation of transmitting a second ultrasound pulse different from the first ultrasound pulse to the object and receiving an echo signal reflected from the object a plurality of times at predetermined time intervals. Second data may be obtained.
  • the second ultrasonic pulse may be a pulse designed based on the characteristics of the microcalcified tissue.
  • the second ultrasonic pulse may be an asymmetric pulse in which the negative pressure component is superior to the positive pressure component, and the wavelength may be longer than that of the first ultrasonic pulse.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may detect microcalcified tissue in the object by analyzing the second data.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may detect only the microcalcification signal by distinguishing it from the general tissue by analyzing the received RF signal or the I / Q signal in time and space in response to the ultrasound pulse transmitted to the object.
  • a method of detecting the microcalcification signal a method of estimating power estimation, average frequency or variance using a space-time signal characteristic analysis function (eg, autocorrelation) may be used.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may reconstruct the second data obtained in operation 1320 into three-dimensional data including information about an axial depth, a lateral width, and a time.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may extract microcalcified tissue by analyzing three-dimensional data.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 estimates at least one of an intensity, a frequency, and a phase of an echo signal reflected from each region of the object by applying SVD to the second data, and based on the estimated value, the ultrasound diagnosis apparatus 300 may calculate the fineness within the object. Calcified tissue can be detected.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 calculates the variance of the phase change over time of the echo signal reflected from each region of the object based on the second data, and microcalcifies the region in which the variance of the phase change is greater than or equal to a predetermined value. Can be detected by tissue.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may display an ultrasound image generated based on the first data and an image representing the detected microcalcified tissue.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may generate a microcalcification image by generating an ultrasound image by reconstructing the first data and reconstructing the microcalcification signal detected in operation 1330 on the screen.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may separately display the ultrasound image and the image representing the microcalcified tissue in different areas. Alternatively, the ultrasound diagnosis apparatus 300 may display one image by fusing the ultrasound image and the image representing the microcalcified tissue. The ultrasound diagnosis apparatus 300 may display one image displaying an area corresponding to the microcalcified tissue detected on the ultrasound image.
  • the ultrasound image generated based on the first data is a B mode image representing a cross section of the object
  • the image representing the microcalcified tissue is a color, contrast, symbol, or figure indicating the position of the microcalcified tissue within the cross section. It may be an image displayed by blinking.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may further display a color bar representing a plurality of colors corresponding to values representing characteristics of the microcalcified tissue.
  • the ultrasound diagnosis apparatus 300 may select a color from the color bar based on a value representing the characteristic of the detected microcalcified tissue, and display the selected color in an area corresponding to the detected microcalcified tissue.
  • the value representing the characteristics of the microcalcified tissue may be a value representing the degree of dispersion of the phase change over time of the echo signal reflected from the microcalcified tissue.
  • the breast cancer not only can the breast cancer be diagnosed early by accurately detecting the microcalcification, but also the microcalcification generated in the organs other than the breast as calcium is accumulated in the human body can be monitored. It can improve the diagnosis accuracy of the disease.
  • the disclosed embodiments may be implemented as S / W programs that include instructions stored in computer-readable storage media.
  • the computer is a device capable of calling stored instructions from a storage medium and operating according to the disclosed embodiments according to the called instructions, and may include an ultrasonic diagnostic apparatus according to the disclosed embodiments.
  • the computer-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-temporary' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is stored semi-permanently or temporarily on the storage medium.
  • the ultrasound diagnostic apparatus or method according to the disclosed embodiments may be provided included in a computer program product.
  • the computer program product may be traded between the seller and the buyer as a product.
  • the computer program product may include a S / W program and a computer readable storage medium storing the S / W program.
  • a computer program product may include a manufacturer of an ultrasound diagnostic device or a product (e.g., a downloadable app) in the form of a software program distributed electronically through an electronic market (e.g., Google Play Store, App Store). Can be.
  • an electronic market e.g., Google Play Store, App Store.
  • the storage medium may be a server of a manufacturer, a server of an electronic market, or a storage medium of a relay server that temporarily stores a SW program.
  • the computer program product may include a storage medium of a server or a storage medium of a terminal in a system consisting of a server and a terminal (for example, an ultrasound diagnostic apparatus).
  • a third device eg, a smartphone
  • the computer program product may include a storage medium of the third device.
  • the computer program product may include the S / W program itself transmitted from the server to the terminal or the third device, or transmitted from the third device to the terminal.
  • one of the server, the terminal and the third device may execute a computer program product to perform the method according to the disclosed embodiments.
  • two or more of the server, the terminal, and the third device may execute a computer program product to distribute and perform the method in accordance with the disclosed embodiments.
  • a server eg, a cloud server or an artificial intelligence server, etc.
  • a server may execute a computer program product stored in the server to control a terminal connected to the server to perform the method according to the disclosed embodiments.
  • a third device may execute a computer program product to control a terminal in communication with the third device to perform the method according to the disclosed embodiment.
  • the third device may remotely control the ultrasound diagnosis apparatus to control the ultrasound diagnosis apparatus to irradiate the ultrasound signal to the object and generate an image of a part inside the object based on signal information reflected from the object. .
  • a third device may execute a computer program product to directly perform a method according to the disclosed embodiment based on a value input from an auxiliary device (eg, a probe of a medical device).
  • the auxiliary device may irradiate the ultrasound signal to the object and acquire the ultrasound signal reflected from the object.
  • the third device may receive signal information reflected from the auxiliary device and generate an image of a part inside the object based on the input signal information.
  • the third device may download the computer program product from the server and execute the downloaded computer program product.
  • the third apparatus may execute the provided computer program product in a preloaded state to perform the method according to the disclosed embodiments.

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Abstract

대상체에게 초음파 펄스를 송신하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신함으로써 데이터를 획득하고, 획득된 데이터를 분석함으로써 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하고, 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 초음파 영상 표시 방법이 제공된다.

Description

초음파 진단 장치, 초음파 영상을 표시하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품
개시된 실시예들은 초음파 진단 장치, 초음파 진단 장치를 이용하여 초음파 영상을 표시하는 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 또한, 개시된 실시예들은 초음파 진단 장치에서 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 생성하고 표시하는 방법에 관한 것일 수 있다.
인체 내 칼슘의 축적에 따른 미세석회화(microcalcifications)의 생성은 인체 내 장기 또는 심혈관 기능의 장애를 일으키며 다양한 질병을 발현시킨다. 특히, 유방에 존재하는 미세석회화 조직은 악성 종양으로 전이될 가능성이 높은 것으로 알려져 있어, 유방암을 조기에 진단하기 위해서는 조기에 미세석회화 조직을 검출할 수 있는 기술이 요구된다.
기존의 미세석회화 검출 기술에는, 석회질이 X-ray를 상대적으로 적게 흡수하는 것을 고려하여 주로 X-ray 영상이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 기술은 실시간으로 미세석회화 조직을 검출하는 것이 불가하고, 사용자의 접근성이 떨어지며, 환자가 방사선에 노출됨에 따른 잠재적인 위험성(혈류세포사멸, 암 발현, DNA 변이)이 존재한다는 단점이 있다. 또한, 미세석회화 조직을 임상적으로 판독하는 데에 있어서, 객관성에 대한 평가와 표준화된 기준이 미흡하다.
한편, 초음파 진단 장치는 프로브(probe)의 트랜스듀서(transducer)로부터 생성되는 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 신호의 정보를 수신하여 대상체 내부의 부위(예를 들면, 연조직 또는 혈류)에 대한 적어도 하나의 영상을 얻는다.
초음파 진단 장치는 인체에 무해하고, 비침습적으로 인체 내부의 구조 및 특성을 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 초음파 진단 장치는 다양한 형태의 임상 정보(조직의 모양, 탄성도, 혈류의 속도 등)를 제공할 수 있다. 특히, 초음파 진단 장치는, 미세석회화를 관찰하기 위하여, 또는 미세석회화 조직에 대한 생검(biopsy)을 위한 실시간 모니터링을 위하여 이용될 수 있다. 이 때, 유방 초음파 또는 근골격계 초음파가 활용될 수 있다.
개시된 실시예들은 초음파 진단 장치에서 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 초음파 영상 표시 방법은, 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신함으로써 제1 데이터를 획득하는 단계; 상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수 회 반복함으로써 제2 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는 단계; 및 상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 초음파 진단 장치는, 프로브가 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하도록 함으로써 제1 데이터를 획득하고, 상기 프로브가 상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수 회 반복하도록 함으로써 제2 데이터를 획득하는, 초음파 송수신부; 상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는, 제어부; 및 상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는, 디스플레이부를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 상술한 초음파 영상 표시 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공될 수 있다.
개시된 실시예들에 따르면, 초음파 진단 장치가 미세석회화 조직을 정확하게 검출할 수 있으며, 미세석회화 영상만을 독립적으로 표시하거나, 초음파 B모드 영상과 융합하여 미세석회화를 나타내는 영상을 표시할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 초음파 진단 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 일 실시 예에 따른 초음파 진단 장치를 나타내는 도면들이다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치의 제어부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 따라 미세석회화 검출을 위해 송신되는 펄스를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 생성되는 시공간 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 석회화 조직의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라 미세석회화 조직을 검출하기 위한 방법을 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따라 초음파 진단 장치 상에 디스플레이되는 화면을 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따라 초음파 영상을 표시하는 방법의 흐름도이다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 초음파 영상 표시 방법은, 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신함으로써 제1 데이터를 획득하는 단계; 상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수 회 반복함으로써 제2 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는 단계; 및 상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 초음파 진단 장치는, 프로브가 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하도록 함으로써 제1 데이터를 획득하고, 상기 프로브가 상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수 회 반복하도록 함으로써 제2 데이터를 획득하는, 초음파 송수신부; 상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는, 제어부; 및 상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는, 디스플레이부를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 상술한 초음파 영상 표시 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공될 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
본 명세서에서 '영상'은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 엑스레이 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 "초음파 영상"이란 대상체로 송신되고, 대상체로부터 반사된 초음파 신호에 근거하여 처리된 대상체(object)에 대한 영상을 의미한다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다. 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(100)는 프로브(20), 초음파 송수신부(110), 제어부(120), 영상 처리부(130), 디스플레이부(140), 저장부(150), 통신부(160), 및 입력부(170)를 포함할 수 있다.
초음파 진단 장치(100)는 카트형뿐만 아니라 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 초음파 진단 장치의 예로는 프로브 및 어플리케이션을 포함하는 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
프로브(20)는 복수의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 복수의 트랜스듀서들은 송신부(113)로부터 인가된 송신 신호에 따라 대상체(10)로 초음파 신호를 송출할 수 있다. 복수의 트랜스듀서들은 대상체(10)로부터 반사된 초음파 신호를 수신하여, 수신 신호를 형성할 수 있다. 또한, 프로브(20)는 초음파 진단 장치(100)와 일체형으로 구현되거나, 또는 초음파 진단 장치(100)와 유무선으로 연결되는 분리형으로 구현될수 있다. 또한, 초음파 진단 장치(100)는 구현 형태에 따라 하나 또는 복수의 프로브(20)를 구비할 수 있다.
제어부(120)는 프로브(20)에 포함되는 복수의 트랜스듀서들의 위치 및 집속점을 고려하여, 복수의 트랜스듀서들 각각에 인가될 송신 신호를 형성하도록 송신부(113)를 제어한다.
제어부(120)는 프로브(20)로부터 수신되는 수신 신호를 아날로그 디지털 변환하고, 복수의 트랜스듀서들의 위치 및 집속점을 고려하여, 디지털 변환된 수신 신호를 합산함으로써, 초음파 데이터를 생성하도록 수신부(115)를 제어 한다.
영상 처리부(130)는 초음파 수신부(115)에서 생성된 초음파 데이터를 이용하여, 초음파 영상을 생성한다.
디스플레이부(140)는 생성된 초음파 영상 및 초음파 진단 장치(100)에서 처리되는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 초음파 진단 장치(100)는 구현 형태에 따라 하나 또는 복수의 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이부(140)는 터치패널과 결합하여 터치 스크린으로 구현될 수 있다.
제어부(120)는 초음파 진단 장치(100)의 전반적인 동작 및 초음파 진단 장치(100)의 내부 구성 요소들 사이의 신호 흐름을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 초음파 진단 장치(100)의 기능을 수행하기 위한 프로그램 또는 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램 또는 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 입력부(170) 또는 외부 장치로부터 제어신호를 수신하여, 초음파 진단 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.
초음파 진단 장치(100)는 통신부(160)를 포함하며, 통신부(160)를 통해 외부 장치(예를 들면, 서버, 의료 장치, 휴대 장치(스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결할 수 있다.
통신부(160)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
통신부(160)는 외부 장치와 제어 신호 및 데이터를 송,수신할 수 있다.
저장부(150)는 초음파 진단 장치(100)를 구동하고 제어하기 위한 다양한 데이터 또는 프로그램, 입/출력되는 초음파 데이터, 획득된 초음파 영상 등을 저장할 수 있다.
입력부(170)는, 초음파 진단 장치(100)를 제어하기 위한 사용자의 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 입력은 버튼, 키 패드, 마우스, 트랙볼, 조그 스위치, 놉(knop) 등을 조작하는 입력, 터치 패드나 터치 스크린을 터치하는 입력, 음성 입력, 모션 입력, 생체 정보 입력(예를 들어, 홍채 인식, 지문 인식 등) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(100)의 예시는 도 2의 (a) 내지 (c)를 통해 후술된다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치를 나타내는 도면들이다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하면, 초음파 진단 장치(100a, 100b)는 메인 디스플레이부(121) 및 서브 디스플레이부(122)를 포함할 수 있다. 메인 디스플레이부(121) 및 서브 디스플레이부(122) 중 하나는 터치스크린으로 구현될 수 있다. 메인 디스플레이부(121) 및 서브 디스플레이부(122)는 초음파 영상 또는 초음파 진단 장치(100a, 100b)에서 처리되는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 또한, 메인 디스플레이부(121) 및 서브 디스플레이부(122)는 터치 스크린으로 구현되고, GUI 를 제공함으로써, 사용자로부터 초음파 진단 장치(100a, 100b)를 제어하기 위한 데이터를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 메인 디스플레이부(121)는 초음파 영상을 표시하고, 서브 디스플레이부(122)는 초음파 영상의 표시를 제어하기 위한 컨트롤 패널을 GUI 형태로 표시할 수 있다. 서브 디스플레이부(122)는 GUI 형태로 표시된 컨트롤 패널을 통하여, 영상의 표시를 제어하기 위한 데이터를 입력 받을 수 있다. 초음파 진단 장치(100a, 100b)는 입력 받은 제어 데이터를 이용하여, 메인 디스플레이부(121)에 표시된 초음파 영상의 표시를 제어할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 초음파 진단 장치(100b)는 메인 디스플레이부(121) 및 서브 디스플레이부(122) 이외에 컨트롤 패널(165)을 더 포함할 수 있다. 컨트롤 패널(165)은 버튼, 트랙볼, 조그 스위치, 놉(knop) 등을 포함할 수 있으며, 사용자로부터 초음파 진단 장치(100b)를 제어하기 위한 데이터를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 패널(165)은 TGC(Time Gain Compensation) 버튼(171), Freeze 버튼(172) 등을 포함할 수 있다. TGC 버튼(171)은, 초음파 영상의 깊이 별로 TGC 값을 설정하기 위한 버튼이다. 또한, 초음파 진단 장치(100b)는 초음파 영상을 스캔하는 도중에 Freeze 버튼(172) 입력이 감지되면, 해당 시점의 프레임 영상이 표시되는 상태를 유지시킬 수 있다.
한편, 컨트롤 패널(165)에 포함되는 버튼, 트랙볼, 조그 스위치, 놉(knop) 등은, 메인 디스플레이부(121) 또는 서브 디스플레이부(122)에 GUI로 제공될 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 초음파 진단 장치(100c)는 휴대형으로도 구현될 수 있다. 휴대형 초음파 진단 장치(100c)의 예로는, 프로브 및 어플리케이션을 포함하는 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
초음파 진단 장치(100c)는 프로브(20)와 본체(40)를 포함하며, 프로브(20)는 본체(40)의 일측에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 본체(40)는 터치 스크린(145)을 포함할 수 있다. 터치 스크린(145)은 초음파 영상, 초음파 진단 장치에서 처리되는 다양한 정보, 및 GUI 등을 표시할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치는, 미세석회화를 포함한 다양한 형태의 임상 정보(조직의 모양, 탄성도, 혈류의 속도 등)를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치는, 채널 데이터 기반의 다양한 빔 형성 기술들을 활용하여 미세석회화를 영상화하거나, 고에코(hyperechoic) 성분들만의 특징 강화를 수행하는 등의 영상의 후 처리 알고리즘을 활용하여 미세석회화를 영상화하는 방법을 이용할 수 있다.
다만, 초음파 진단 장치가 초음파 영상에 대한 후처리를 통해 미세석회화로 의심되는 영역을 추출하는 방법을 이용하는 경우, 관심 영역 내에 다양한 인체 조직의 정보(근육, 지방, 혈류 등)가 혼재되어 있을 때에는 석회화 조직의 존재 여부를 확인하기 어려운 점이 있고 미세석회화 조직만 독립적으로 검출할 수 없다는 문제점이 있을 수 있다.
고에코 성분들을 특징 강화한 영상들을 통해 사용자가 대상체 내의 석회화 조직의 존재 여부를 확인하고 진단을 실시할 경우, 초음파 영상을 판독하는 사용자에 따라 진단 일치도가 낮고 진단의 기준을 표준화하기에 어려움이 존재할 수 있다. 따라서 미세석회화를 신속하고 정확하게 자동으로 검출할 수 있는 기술이 요구되며, 특히, 실시간 영상 획득이 가능한 초음파 진단 장치를 이용하여 미세석회화를 독립적으로 검출할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
도 3은 일 실시예에 따라 미세석회화를 독립적으로 검출할 수 있는 초음파 진단 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는, 프로브(20), 초음파 송수신부(310), 제어부(330), 및 디스플레이부(340)를 포함할 수 있다. 도 3의 초음파 진단 장치 (300)의 각 구성은 도 1의 초음파 진단 장치(100)에 대한 설명이 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
초음파 송수신부(310)는, 제어부(330)로부터 인가된 제어 신호에 기초하여 프로브(20)를 통해 대상체에게 초음파 펄스를 송신하고, 대상체로부터 반사된 RF 신호를 프로브(20)를 통해 수신하고, 제어부(330)에게 출력한다.
초음파 송수신부(310)는, 프로브(20)가 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하도록 함으로써 제1 데이터를 획득할 수 있다. 제1 초음파 펄스는, B모드 영상을 획득하기 위해 설계된 펄스일 수 있다.
초음파 송수신부(310)는, 프로브(20)가 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 대상체에게 송신하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수회 반복하도록 함으로써 제2 데이터를 획득할 수 있다.
제2 초음파 펄스는 미세석회화 조직의 특성에 기초하여 설계된 펄스일 수 있다. 제2 초음파 펄스는, 미세석회화를 검출하기 위하여 파형의 크기, 위상의 부호, 주기 등이 미리 정의된 시퀀스를 가지는 펄스일 수 있다.
예를 들어, 제2 초음파 펄스는, 음압(negative pressure) 성분이 양압(positive pressure) 성분에 비해 우세한 비대칭 펄스이고, 제1 초음파 펄스에 비해 파장이 길도록 설계될 수 있다.
제어부(330)는, 초음파 송수신부(310)로부터 대상체로부터 반사된 에코 신호에 대한 정보를 포함하는 데이터를 획득 할 수 있다. 제어부(330)는, 초음파 송수신부(310)로부터 제1 데이터 및 제2 데이터를 획득할 수 있다. 제어부(330)는, ADC를 거친 RF 채널 데이터 또는 복소수 기저대역의 I/Q 데이터를 획득할 수 있다.
제어부(330)는, 제2 데이터를 분석함으로써 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출할 수 있다. 제어부(330)는, 제2 데이터를 축방향 깊이(axial depth), 측방향 넓이(lateral width), 및 시간에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터로 재구성하고, 3차원 데이터를 분석함으로써 미세석회화 조직을 추출할 수 있다. 3차원 데이터는 축방향 깊이, 측방향 넓이, 및 시간을 축으로 하는 시공간 데이터일 수 있다.
예를 들어, 제어부(330)는, 제2 데이터에 대해 SVD(Singular Value Decomposition)를 적용함으로써, 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 세기, 주파수, 및 위상 중 적어도 하나를 추정하고, 추정된 값에 기초하여 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출할 수 있다.
제어부(330)는, 제2 데이터에 기초하여, 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산을 계산하고, 위상 변화의 분산이 소정값 이상인 영역을 대상체 내의 미세석회화 조직으로 검출할 수 있다.
디스플레이부(340)는, 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시할 수 있다.
디스플레이부(340)는, 초음파 영상과 미세석회화를 나타내는 영상을 각각 상이한 영역에 독립적으로 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(340)는, 대상체의 단면에 대한 B모드 영상과 미세석회화를 나타내는 영상을 융합하여 하나의 영상으로 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(340)는, 대상체의 단면에 대한 B모드 영상인 초음파 영상 상에 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역을 표시할 수 있다.
디스플레이부(340)는, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바를 표시하고, 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여 컬러바로부터 색상을 선택하고, 초음파 영상에 포함되는 상기 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역에 선택된 색상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값은, 미세화조직으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산도를 나타낼 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)의 제어부(320)의 구조를 나타낸 도면이다.
제어부(320)는, 펄스 생성부(410), 시공간 데이터 획득부(420), 초음파 영상 생성부(430), 미세석회화 검출부(440), 및 미세석회화 영상 생성부(450)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 제어부(320)에 포함되는 블록들(410, 420, 430, 440, 450) 각각은, 개별적인 하드웨어 구성일 수도 있고, 제어부(320)에 의해 구현되는 기능 블록들일 수 있다. 따라서, 이하에서 서술하는 블록들(410, 420, 430, 440, 450) 의 동작은 제어부(320)에서 수행되는 것일 수 있다.
펄스 생성부(410)는, 프로브(20)를 통해 대상체에게 송신될 초음파 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 생성부(410)는 프로브(20)에 포함되는 복수의 트랜스듀서들의 위치 및 집속점을 고려하여 복수의 트랜스듀서들 각각에 인가될 송신 신호를 형성하도록 초음파 송수신부(310)를 제어할 수 있다. 펄스 생성부(410)는, 초음파 송수신부(310)를 제어함으로써 초음파 펄스를 송신할 수 있다.
펄스 생성부(410)는, A 모드(amplitude mode), B 모드(brightness mode), 및 M 모드(motion mode)에 따라 대상체를 스캔한 그레이 스케일(gray scale)의 초음파 영상뿐만 아니라, 대상체의 움직임을 나타내는 도플러 영상을 획득하기 위하여 설계된 초음파 펄스를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, B모드 영상을 획득하기 위하여 미리 설계된 제1 초음파 펄스를 생성할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 미세석회화 검출을 위하여 미리 설계된 제2 초음파 펄스를 생성할 수 있다. 펄스 생성부(410)는, 미세석회화 특징에 기초하여 파형의 부호, 크기, 위상, 주기 등의 송신 파라미터가 미리 결정된 제2 초음파 펄스를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)가 미세석회화를 검출하기 위해서 송신하는 제2 초음파 펄스와 관련하여서, 이하 도 5 내지 7을 참조하여 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 제1 초음파 펄스로서 (+)/(-) 크기가 대칭인 초음파 펄스를 생성하고, 제2 초음파 펄스로서 (+)/(-) 크기가 비대칭인 펄스를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 비대칭 초음파 펄스를 이용함으로써 미세석회화 검출 성능을 높일 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 비대칭 초음파 펄스는, 그래프(510)과 같이 양압(positive pressure)이 우세한(dominant) 펄스 또는 그래프(520)과 같이 음압(negative pressure)이 우세한(dominant) 펄스를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 펄스는, 아래의 [수식 1]과 같이 송신 중심 주파수(f0)에 하모닉 성분이 더해진 형태로 설계될 수 있다. 하모닉 성분은, 2f0성분에 a0의 가중치가 곱해진 형태로 설계될 수 있다.
[수식 1]
fn = f0 + 2f0 a0
미세석회화 검출에 최적화된 초음파 펄스는, 도 6 및 도 7의 실험 결과에 기초하여 설계될 수 있다.
도 6의 그래프(600)는 유방 미세석회화를 모사한 팬텀이 포함된 대상체에게 도 5에 도시된 파형의 초음파 펄스를 인가하였을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값을 나타낸다.
미세석회화 신호란, 대상체로부터 수신되는 에코 신호로부터 획득된 데이터에 기초하여 추출된 미세석회화 영역의 신호를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미세석회화 신호는 도 8 및 도 10에 도시된 과정을 통해 획득될 수 있으며, 미세석회화 신호를 획득하는 구체적인 방법은 후술하도록 한다.
도 6의 그래프(610)는 도 5의 그래프(510)에 도시된 양압이 우세한 초음파 펄스의 송신 전압(high voltage)을 증가시켰을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값의 변화를 나타낸다. 도 6의 그래프(620)는 도 5의 그래프(520)에 도시된 음압이 우세한 초음파 펄스의 송신 전압을 증가시켰을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값의 변화를 나타낸다.
도 6에 도시된 실험 결과에 따르면, 음압이 우세한 초음파 펄스를 이용할 경우, 양압이 우세한 초음파 펄스를 이용할 경우보다, 미세석회화 신호가 크게 검출됨을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 바람직하게는 음압이 우세한 초음파 펄스를 제2 초음파 펄스로서 생성할 수 있다.
도 7의 그래프(700)는 유방 미세석회화를 모사한 팬텀이 포함된 대상체에게 도 5의 그래프(520)에 도시된 파형의 초음파 펄스를 인가하였을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값을 나타낸다.
도 7의 그래프(700)는 도 5의 그래프(520)에 도시된 음압이 우세한 초음파 펄스의 음압을 증가시켰을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값의 변화를 나타낸다. 도 7의 그래프(710)은 낮은(penetration) 주파수를 갖는 음압이 우세한 초음파 펄스의 음압을 증가시켰을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값의 변화를 나타낸다. 도 7의 그래프(720)은 일반(general) 주파수를 갖는 음압이 우세한 초음파 펄스의 음압을 증가시켰을 때, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값의 변화를 나타낸다.
도 7에 도시된 실험 결과에 따르면, 낮은 주파수를 갖는(파장이 긴) 초음파 펄스를 이용할 경우, 상대적으로 높은 주파수를 갖는(파장이 짧은) 초음파 펄스를 이용할 경우보다, 미세석회화 신호가 크게 검출됨을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 바람직하게는 파장이 소정값보다 긴 초음파 펄스를 제2 초음파 펄스로서 생성할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 실험 결과에 따르면, 초음파 펄스의 음압이 커짐에 따라, 대상체로부터 수신되는 미세석회화 신호의 평균값이 증가됨을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 펄스 생성부(410)는, 바람직하게는 음압의 크기가 소정값보다 큰 초음파 펄스를 제2 초음파 펄스로서 생성할 수 있다. 예를 들어, 펄스 생성부(410)는, 음압의 크기가 제1 초음파 펄스의 음압의 크기보다 큰 초음파 펄스를 제2 초음파 펄스로서 생성할 수 있다.
다시 도 4로 돌아와서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)의 제어부(320)의 구조를 설명한다.
시공간 데이터 획득부(420)는, 대상체로부터 반사된 초음파 데이터를 시공간 정보를 포함하는 시공간 데이터로 재구성할 수 있다. 시공간 데이터 획득부(420)는, 제2 초음파 펄스에 응답하여 대상체로부터 반사된 에코 신호로부터 획득된 제2 데이터로부터 시공간 데이터를 획득할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 프로브(20)를 통해 대상체(10)에게 제2 초음파 펄스를 송신하고 에코 신호를 수신하는 동작을 미리 정의된 횟수 및 시간 간격으로 반복적으로 수행함으로써 제2 데이터를 획득할 수 있다. 제2 데이터는, 대상체의 단면에 대해서 소정 주기로 획득된 복수의 영상 데이터를 포함하고, 각 영상 데이터는 대상체의 단면에 대한 공간적 정보를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 시공간 데이터 획득부(420)는, 제2 데이터에 포함되는 복수의 영상 데이터를 시간축 상에 배열함으로써, 축방향 깊이(axial depth), 측방향 넓이(lateral width), 및 시간에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터(801)로 재구성할 수 있다. 시공간 데이터 획득부(420)에서 획득되는 데이터는 시간 정보 및 공간 정보를 모두 포함하고 있으므로 시공간 데이터라고 서술할 수도 있다.
미세석회화 검출부(440)는, 시공간 데이터 획득부(420)에서 얻은 시공간 데이터를 시공간적 특성 분석을 통해 일반 조직과 미세석회화를 구분하여 독립적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 검출부(440)는, 시공간 데이터에 대한 특이값 분해(440)를 수행함으로써 미세석회화 신호를 독립적으로 검출할 수 있다. 또한, 미세석회화 검출부(440)는, 자기상관함수를 활용하여 미세석회화 신호의 파워 또는 평균 주파수, 위상 변화 등에 기초한 독립적인 미세석회화 신호 검출을 수행할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 검출부(440)는, 자기상관함수에 의한 미세석회화 파워 추정 값을 활용할 수 있다.
미세석회화 검출부(440)는 미세석회화의 특성에 기초하여 시공간 데이터로부터 미세석회화 신호를 분리 및 검출할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화는 일반 조직과 비교하여 랜덤한 위상 변화 특성을 갖는다. 이는 석회화 조직의 표면이 불균일한 특성에 기인한 것으로 알려져 있다.
도 9의 그래프(910)는, 혈관을 포함하는 대상체에게 초음파 펄스를 복수회 송신하였을 때, 송신된 초음파 펄스에 응답하여 획득된 데이터에 기초하여 추출된 혈류 영역의 신호의 위상 변화를 나타낸다. 도 9의 그래프(920)는, 미세석회화를 포함하는 대상체에게 초음파 펄스를 복수회 송신하였을 때, 송신된 초음파 펄스에 응답하여 획득된 데이터에 기초하여 추출된 미세석회화 영역의 신호의 위상 변화를 나타낸다.
도 9에 도시된 바와 같이, 혈류 등의 일반 조직과 비교하였을 때, 미세석회화는 위상 변화가 랜덤함(즉, 위상 변화의 분포가 넓음)을 알 수 있다. 미세석회화 검출부(440)는 이러한 미세석회화의 위상 변화 특성에 기초하여 시공간 데이터로부터 미세석회화 신호를 분리 및 검출할 수 있다. 미세석회화 검출부(440)는 소정값을 기준으로, 위상 변화의 분산도가 소정값 이상일 경우 미세석회화 조직이라고 판단할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따라 미세석회화 검출부(440)가 미세석회화 조직을 검출하기 위한 방법을 설명하는 도면이다.
미세석회화 검출부(440)는, 시공간 데이터 획득부(420)에서 획득된 시공간 데이터(1010)에 기초하여, 데이터를 시공간적(spatio-temporal)으로 정렬하기 위하여 Casorati matrix (x*z, t)를 생성할 수 있다(1020). 미세석회화 검출부(440)는, 생성된 Casorati matrix에 대하여 특이값 분해(singular value decomposition)를 수행할 수 있다(1030). 이 때, U 벡터는 공간적 정보들에 대한 데이터를 의미하고, V 벡터는 시간적 정보들에 대한 데이터를 의미하고, Σ 벡터는 특이값의 순위를 의미할 수 있다.
미세석회화 검출부(440)는, 획득된 특이값 벡터(S)에 대해서 시공간적 신호 특성 분석 함수를 적용할 수 있다. 시공간적 신호 특성 분석 함수는, 공분산 행렬 분석, 자기 상관 함수 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 검출부(440)는, 획득된 특이값 벡터(S)에 기초하여, 시공간 공분산 행렬(spatio-temporal covariance matrix)을 획득할 수 있다(1040)
미세석회화 검출부(440)는, 시공간적 신호 특성 분석 함수가 적용된 결과에 기초하여, 시공간적 신호 특징을 분석함으로써, 독립적인 미세석회화 신호를 분리하고 검출할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 검출부(440)는, 시간에 따른 위상 변화의 분포가 넓은 영역의 신호를 미세석회화 신호로 검출할 수 있다(1050).
다시 도 4로 돌아와서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)의 제어부(320)의 구조를 설명한다.
초음파 영상 생성부(430)는, 대상체에게 인가된 초음파 펄스에 응답하여 수신된 데이터에 기초하여, A 모드 영상, B 모드 영상, M 모드 영상, 도플러 영상 등을 재구성할 수 있다. 일 실시예에 따른 초음파 영상 생성부(430)는, 대상체에게 송신된 제1 초음파 펄스에 응답하여 수신된 제1 데이터를 재구성함으로써 대상체의 단면을 나타내는 B모드 영상을 생성할 수 있다. 초음파 영상 생성부(430)는 생성된 초음파 영상을 디스플레이부(340)에게 출력할 수 있다.
미세석회화 영상 생성부(450)는, 미세석회화 검출부(440)에서 독립적으로 검출된 미세석회화 신호를 이차원(2-D) 영상으로 재구성함으로써 미세석회화 영상을 생성할 수 있다. 미세석회화 영상 생성부(450)는, 초음파 펄스가 송신된 대상체의 단면 내에 포함되는 미세석회화 영역이 표시된 미세석회화 영상을 생성할 수 있다. 미세석회화 영상 생성부(450)는, 생성된 미세석회화 영상에 다양한 영상 후처리를 적용할 수 있다. 미세석회화 영상 생성부(450)는 생성된 미세석회화 영상을 디스플레이부(340)에게 출력할 수 있다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따라 초음파 진단 장치 상에 디스플레이되는 화면을 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(340)는, 제어부(320)에서 생성된 초음파 영상(1110)과 미세석회화를 나타내는 영상(1130)을 화면(1100) 상의 각각 상이한 영역에 독립적으로 표시할 수 있다. 초음파 영상(1110) 상의 영역(1113)은 대상체 내에 미세석회화가 밀집되어 있는 영역으로서, 일 실시예에 따른 진단 장치(300)에 의하면 미세석회화 영역만을 독립적으로 표시한 영상(1130)을 생성하고 표시할 수 있다. 초음파 영상(1110)과 동일하게, 영상(1130) 상의 영역(1133) 내에 미세석회화가 밀집되어 있는 것이 확인된다.
한편, 본 개시의 실시예는 도 11에 도시된 실시예에 제한되지 않으며, 초음파 영상과 미세석회화를 나타내는 영상이 융합된 화면을 표시할 수 있다.
디스플레이부(340)는, 초음파 영상과 미세석회화를 나타내는 영상을 융합함으로써, 초음파 영상 상에 미세석회화에 해당하는 영역이 표시된 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화에 해당하는 영역은 초음파 영상 상에서 소정의 색상, 밝기, 도형, 및 기호 중 어느 하나로 표시되거나, 점멸하도록 표시될 수 있다.
또한, 디스플레이부(340)는, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바를 함께 표시할 수 있다. 디스플레이부(340)는, 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여 컬러바로부터 색상을 선택하고, 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역에 선택된 색상을 표시할 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않으며, 컬러바 형태 이외에 미세석회화 조직의 특성을 나타내기 위한 다양한 방식이 이용될 수 있다.
예를 들어, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값은, 해당 미세석회화 조직으로부터 획득된 미세석회화 신호의 위상의 분산도(roughness)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 미세석회화 신호의 위상의 분산도가 높을수록 악성 종양으로 전이될 확률이 높다고 알려져 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는, 미세석회화 조직을 나타내는 영상과 함께, 해당 미세석회화 조직에 대응하는 미세석회화 신호의 위상 분산도를 디스플레이함으로써, 유방암 진단 정확도를 높일 수 있다.
도 12는 미세석회화 조직의 특성으로서 위상의 분산도(roughness)를 디스플레이하는 화면의 예를 도시한다.
디스플레이부(340)는, 초음파 영상 상에 미세석회화에 해당하는 영역(1211, 1212, 1213, 1214)이 표시된 영상(1210)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화에 해당하는 영역(1211, 1212, 1213, 1214)은 초음파 영상 상에서 소정의 색상들로 표시될 수 있다.
또한, 디스플레이부(340)는, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바(1230)를 함께 표시할 수 있다. 도 12의 그림(1220)은 컬러바(1230)의 상단으로 갈수록 미세석회화 신호의 위상의 분산도가 높아짐을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(340)는, 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여, 컬러바로부터 선택된 서로 다른 색상들을 이용하여 영역(1211), 영역(1212), 및 영역(1213, 1214)을 표시할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따라 초음파 영상을 표시하는 방법의 흐름도이다.
이하에서 서술하는 방법의 각 단계는, 도 3에 도시된 초음파 진단 장치(300)의 각 구성들에 의해 수행될 수 있다. 초음파 진단 장치(300)와 관련하여 상술한 설명은 이하의 방법들의 각 단계에도 적용될 수 있다.
단계 1310에서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는, 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신함으로써 제1 데이터를 획득할 수 있다.
단계 1320에서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는, 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 대상체에게 송신하고 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수회 반복함으로써 제2 데이터를 획득할 수 있다.
제2 초음파 펄스는 미세석회화 조직의 특성에 기초하여 설계된 펄스일 수 있다. 예를 들어, 제2 초음파 펄스는, 음압 성분이 양압 성분에 비해 우세한 비대칭 펄스이고, 제1 초음파 펄스에 비해 파장이 길 수 있다.
단계 1330에서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는 제2 데이터를 분석함으로써 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 대상체에게 송신한 초음파 펄스에 응답하여 수신된 RF 신호 또는 I/Q 신호를 시공간적으로 분석함으로써, 일반 조직과 독립적으로 구분하여 미세석회화 신호만을 검출할 수 있다. 미세석회화 신호를 검출하는 방법으로는, 시공간 신호 특성 분석 함수 (예를 들어, 자기상관함수 (autocorrelation))를 활용한 파워 추정, 평균 주파수 또는 분산을 추정하는 방법이 이용될 수 있다.
구체적으로, 초음파 진단 장치(300)는, 단계 1320에서 획득된 제2 데이터를 축방향 깊이, 측방향 넓이, 및 시간에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터로 재구성할 수 있다. 초음파 진단 장치(300)는, 3차원 데이터를 분석함으로써, 미세석회화 조직을 추출할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 제2 데이터에 대해 SVD를 적용함으로써, 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 세기, 주파수, 및 위상 중 적어도 하나를 추정하고, 추정된 값에 기초하여 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 제2 데이터에 기초하여, 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산을 계산하고, 위상 변화의 분산이 소정값 이상인 영역을 대상체 내의 미세석회화 조직으로 검출할 수 있다.
단계 1340에서 일 실시예에 따른 초음파 진단 장치(300)는 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 제1 데이터를 재구성함으로써 초음파 영상을 생성하고, 단계 1330에서 검출된 미세석회화 신호를 화면에 표시하기 위한 목적으로 재구성함으로써 미세석회화 영상을 생성할 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 초음파 영상 및 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 상이한 영역에 개별적으로 표시할 수 있다. 또는, 초음파 진단 장치(300)는, 초음파 영상 및 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 융합함으로써, 하나의 영상을 표시할 수 있다. 초음파 진단 장치(300)는, 초음파 영상 상에 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역을 표시한, 하나의 영상을 표시할 수 있다.
예를 들어, 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상은 대상체의 단면을 나타내는 B모드 영상이고, 미세석회화 조직을 나타내는 영상은, 해당 단면 내에서 미세석회화 조직의 위치를 색상, 명암, 기호, 도형, 깜빡임등으로 표시하는 영상일 수 있다.
초음파 진단 장치(300)는, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바를 더 표시할 수 있다. 초음파 진단 장치(300)는, 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여 컬러바로부터 색상을 선택하고, 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역에 선택된 색상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값은, 미세화조직으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산도를 나타내는 값일 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 미세석회화를 정확하게 검출함으로써 유방암을 조기 진단할 수 있을뿐만 아니라, 인체 내에 칼슘이 축적됨에 따라 유방이 아닌 다른 장기에 생성되는 미세석회화도 모니터링할 수 있어 다양한 질병의 진단 정확도를 높일 수 있다.
개시된 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 S/W 프로그램으로 구현될 수 있다.
컴퓨터는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 개시된 실시예에 따른 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 초음파 진단 장치를 포함할 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
또한, 개시된 실시예들에 따른 초음파 진단 장치 또는 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은 S/W 프로그램, S/W 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품은 초음파 진단 장치의 제조사 또는 전자 마켓(예, 구글 플레이 스토어, 앱 스토어)을 통해 전자적으로 배포되는 S/W 프로그램 형태의 상품(예, 다운로더블 앱)을 포함할 수 있다. 전자적 배포를 위하여, S/W 프로그램의 적어도 일부는 저장 매체에 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 저장 매체는 제조사의 서버, 전자 마켓의 서버, 또는 SW 프로그램을 임시적으로 저장하는 중계 서버의 저장매체가 될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 서버 및 단말(예로, 초음파 진단 장치)로 구성되는 시스템에서, 서버의 저장매체 또는 단말의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 서버 또는 단말과 통신 연결되는 제3 장치(예, 스마트폰)가 존재하는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품은 제3 장치의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 컴퓨터 프로그램 제품은 서버로부터 단말 또는 제3 장치로 전송되거나, 제3 장치로부터 단말로 전송되는 S/W 프로그램 자체를 포함할 수 있다.
이 경우, 서버, 단말 및 제3 장치 중 하나가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행할 수 있다. 또는, 서버, 단말 및 제3 장치 중 둘 이상이 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 분산하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 서버(예로, 클라우드 서버 또는 인공 지능 서버 등)가 서버에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 서버와 통신 연결된 단말이 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 제3 장치와 통신 연결된 단말이 개시된 실시예에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다. 구체적인 예로, 제3 장치는 초음파 진단 장치를 원격 제어하여, 초음파 진단 장치가 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 신호 정보에 기초하여 대상체 내부의 부위에 대한 영상을 생성하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 보조 장치(예로, 의료기기의 프로브)로부터 입력된 값에 기초하여 개시된 실시예에 따른 방법을 직접 수행할 수도 있다. 구체적인 예로, 보조 장치가 초음파 신호를 대상체로 조사하고, 대상체로부터 반사된 초음파 신호를 획득할 수 있다. 제3 장치는 보조 장치로부터 반사된 신호 정보를 입력 받고, 입력된 신호 정보에 기초하여 대상체 내부의 부위에 대한 영상을 생성할 수 있다.
제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하는 경우, 제3 장치는 서버로부터 컴퓨터 프로그램 제품을 다운로드하고, 다운로드된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행할 수 있다. 또는, 제3 장치는 프리로드된 상태로 제공된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행할 수도 있다.

Claims (15)

  1. 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신함으로써 제1 데이터를 획득하는 단계;
    상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수회 반복함으로써 제2 데이터를 획득하는 단계;
    상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는 단계; 및
    상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 초음파 펄스는 미세석회화 조직의 특성에 기초하여 설계된 펄스인 것을 특징으로 하는, 초음파 영상 표시 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 초음파 펄스는, 음압(negative pressure) 성분이 양압(positive pressure) 성분에 비해 우세한 비대칭 펄스이고, 상기 제1 초음파 펄스에 비해 파장이 긴 것을 특징으로 하는, 초음파 영상 표시 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 미세석회화 조직을 검출하는 단계는,
    상기 제2 데이터를 축방향 깊이(axial depth), 측방향 넓이(lateral width), 및 시간에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터로 재구성하는 단계; 및
    상기 3차원 데이터를 분석함으로써, 상기 미세석회화 조직을 추출하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 미세석회화 조직을 검출하는 단계는,
    상기 제2 데이터에 대해 SVD(Singular Value Decomposition)를 적용함으로써, 상기 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 세기, 주파수, 및 위상 중 적어도 하나를 추정하는 단계; 및
    추정된 값에 기초하여 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 미세석회화 조직을 검출하는 단계는,
    상기 제2 데이터에 기초하여, 상기 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산을 계산하는 단계; 및
    위상 변화의 분산이 소정값 이상인 영역을 상기 대상체 내의 미세석회화 조직으로 검출하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 단계는,
    미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바를 표시하는 단계;
    상기 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여 상기 컬러바로부터 색상을 선택하는 단계; 및
    상기 초음파 영상에 포함되는 상기 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역에 상기 선택된 색상을 표시하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값은, 미세화조직으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산도를 나타내는, 초음파 영상 표시 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 초음파 영상은 상기 대상체의 단면에 대한 B모드 영상이고,
    상기 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는 단계는,
    상기 초음파 영상 상에 상기 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역을 표시하는 단계를 포함하는, 초음파 영상 표시 방법.
  10. 프로브가 대상체에게 제1 초음파 펄스를 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하도록 함으로써 제1 데이터를 획득하고, 상기 프로브가 상기 제1 초음파 펄스와 상이한 제2 초음파 펄스를 상기 대상체에게 송신하고 상기 대상체로부터 반사된 에코 신호를 수신하는 동작을 소정 시간 간격으로 복수회 반복하도록 함으로써 제2 데이터를 획득하는, 초음파 송수신부;
    상기 제2 데이터를 분석함으로써 상기 대상체 내의 미세석회화 조직을 검출하는, 제어부; 및
    상기 제1 데이터에 기초하여 생성된 초음파 영상 및 검출된 미세석회화 조직을 나타내는 영상을 표시하는, 디스플레이부를 포함하는, 초음파 진단 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 초음파 펄스는 미세석회화 조직의 특성에 기초하여 설계된 펄스로서, 음압(negative pressure) 성분이 양압(positive pressure) 성분에 비해 우세한 비대칭 펄스이고, 상기 제1 초음파 펄스에 비해 파장이 긴 것을 특징으로 하는, 초음파 진단 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 미세석회화 조직을 검출함에 있어서,
    상기 제2 데이터를 축방향 깊이(axial depth), 측방향 넓이(lateral width), 및 시간에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터로 재구성하고, 상기 3차원 데이터를 분석함으로써 상기 미세석회화 조직을 추출하는, 초음파 영상 표시 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 미세석회화 조직을 검출함에 있어서,
    상기 제2 데이터에 기초하여, 상기 대상체의 각 영역으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산을 계산하고, 위상 변화의 분산이 소정값 이상인 영역을 상기 대상체 내의 미세석회화 조직으로 검출하는, 초음파 진단 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값들에 대응하는 복수의 색상들을 나타내는 컬러바를 표시하고, 상기 검출된 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값에 기초하여 상기 컬러바로부터 색상을 선택하고, 상기 초음파 영상에 포함되는 상기 검출된 미세석회화 조직에 대응되는 영역에 상기 선택된 색상을 표시하고,
    상기 미세석회화 조직의 특성을 나타내는 값은, 미세화조직으로부터 반사되는 에코 신호의 시간에 따른 위상 변화의 분산도를 나타내는, 초음파 진단 장치.
  15. 제1 항의 초음파 영상 표시 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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