KR100280197B1

KR100280197B1 - 초음파영상화시스템의초음파신호집속방법및장치

Info

Publication number: KR100280197B1
Application number: KR1019970059057A
Authority: KR
Inventors: 배무호
Original assignee: 이민화; 주식회사메디슨
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2001-02-01
Also published as: US6231511B1; JPH11221214A; EP0916966A1; JP3401199B2; KR19990039095A; DE69805484D1; DE69805484T2; EP0916966B1

Abstract

본 발명은 초음파영상화시스템의 신호집속방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 대상체로부터 반사되는 초음파신호를 주사선상의 송/수신 가능한 모든 점에서 집속되게 하는 초음파영상화시스템의 초음파신호집속방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 초음파신호집속(focusing)방법은 배열형 변환기를 사용하여 송신주사선을 차례로 이동하며 집속하여 송신주사하는 초음파신호 송신단계와, 상기 각각의 주사선을 따라 송신한 초음파신호를 수신가능한 위치의 변환소자 각각에서 모두 수신하는 초음파신호 수신단계와, 상기 수신된 모든 초음파신호를 각 주사선별로 저장하는 초음파신호 저장단계 및 상기 서로 다른 시점에 도달하여 저장된 초음파신호들의 도달 시간차를 보상하도록 서로 다른 시간지연을 통해 보상하고, 보상된 신호를 합산하여 초음파신호를 집속하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 위와같은 방법으로 인접한 많은 주사선들상에 송신집속하여 얻은 신호들을 모두 활용하여 수신집속을 함으로써 주사선상의 모든 점에 집속점을 둔 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

Description

초음파영상화시스템의 초음파신호집속방법 및 장치

본 발명은 초음파영상화시스템의 신호집속방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 소정 대상체로부터 반사되는 초음파신호를 주사선상의 송/수신 가능한 모든 점에서 집속하는 초음파영상화시스템의 신호집속방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초음파영상화시스템은 초음파를 이용하여 소정 대상체 내부의 단면구조를 보여주는 것으로서, 대상체에 초음파신호를 발사하여 대상체의 음향임피던스의 불연속면으로부터 반사되어 되돌아오는 초음파신호를 전기적신호로 변환하고, 전기적신호를 영상장치를 통해 디스플레이함으로써 대상체의 내부 상태를 보여준다. 초음파영상화시스템의 기능향상을 위해 요구되는 중요한 요인중의 하나는 화면의 해상도(resolution)이며, 이 해상도를 개선하기 위한 개발이 꾸준히 진행되고 있다.

초음파영상은 축방향(axial direction) 해상도보다는 측방향(lateral direction)해상도가 더욱 나쁘며, 이 측방향 해상도를 결정하는데에는 집속(focusing)이 가장 큰 역할을 하고 있다. 집속은 배열형 변환기에서 대상체로 초음파신호를 발사하는 단계의 송신집속(Transmit Focusing)과 수신의 수신집속(Receive Focusing)으로 나눌 수 있으며, 집속점(Focal Point)까지의 신호 도달 차이를 전자적인 지연회로에 의해 제어함으로써 이루어진다. 수신집속은 초음파의 진행에 따라 동적으로 집속점을 바꿀 수 있는데 이와같이 집속하는 것을 동적집속(Dynamic Focusing)이라 하고, 수신집속점을 고정했을때보다는 더욱 좋다.

도 1은 집속점(focal point; F)에 송신집속하는 기존 기술의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 주사선(scanline)은 굵은 선으로 표시하였고, 탐촉자(probe)는 배열형 변환기(array transducer)(10)를 사용하였다. 이 배열형 변환기(10)는 다수개의 변환소자(element)들로 이루어진다. 탐촉자의 표면이 x축상에 위치하고, 주사선과 탐촉자 표면이 만나는 점을 원점(0,0)이라 가정한다. 본 발명의 개념설명에서, 원점(0,0)은 제 0변환소자의 가운데에 위치한다. 그리고, 탐촉자 표면과 수직인 선으로부터 반시계방향으로 주사선에 이르는 각도를 θ라 하였다. 이를 보통 스티어링 각도(steering angle)이라 한다. 그리고, 집속점(F)으로부터 원점까지의 거리를 r로 표시하고, 집속점(F)으로부터 각 변환소자에 이르는 거리와 r까지의 거리 차를 l로 표시하였다. 여기서, 모든 변환소자들로부터 발사된 초음파빔이 집속점(F)에서 만나기 위해서는 중심에서부터 멀리 떨어진 변환소자일수록 중심에서 가까운 변환소자보다 먼저 초음파빔을 발사해야 한다. 예를들어, 변환소자 3에서는 변환소자 0에 비해 l3/v만큼 일찍 초음파빔을 발사해야한다. 여기서, v는 초음파의 속도이다. 그리고, 중심이 x₁에 위치한 소자에 가해줄 지연시간(t_d)은 다음 수학식 1로 구할 수 있다.

여기서, 지연시간(t_d)값은 음수이다. 현실적으로 음수의 지연시간을 준다는 것은 불가능하므로 일률적으로 적절한 양수값을 더해 모든 지연시간이 양수가 되도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 음수의 지연시간이 가능한 것으로 가정하고, 원점(0,0)에 있는 변환소자가 송신한 순간을 t=0으로 정한다. 이 수학식 1을 이용하여 중심이 x에 위치한 변환소자에 순간순간 가해줄 지연시간은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 수학식 1의 r을 vt/2로 치환하였다.

도 2는 위와같은 방법으로 송신집속하는 경우 초음파빔이 집속점(F)으로 진행되는 모습과, 초음파의 진폭을 보여주는 도면이다. 배열형 변환기(10)로부터 발사된 초음파빔은 도시된 바와같이 부채꼴 모양으로 집속점(F)으로 모여지고, 집속점(F)에서 다시 모여진 모양과 반대로 초음파빔이 퍼지게 된다. 송신집속시에는 집속점에 모두 같은 시간에 초음파빔이 도달하여 위상이 같은 상태로 더해지게 된다. 그러므로, 집속점(F)에서 검출되는 초음파의 진폭이 최대가 되며, 집속점에서 멀어질수록 초음파신호들이 같은 시간에 도달하지 않으므로 위상도 각각 달라져서 서로 상쇄되어 초음파 진폭이 집속점(F)에 비해 줄어든다(A, C). 이때, 줄어드는 량은 축방향(axial direction)보다 측방향(lateral direction)으로 멀어질수록 매우 크다.

상술한 바와같은 송/수신 집속의 종합적인 결과로 해상도가 결정되는데 송신집속시에는 집속점을 고정시킬 수밖에 없으므로 수신집속이 이상적이라고 하더라도 측방향 종합적인 해상도 또한 집속점 부근에서는 가장 좋고 그 나머지 부분에서는 비교적 나쁘게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 초음파영상화에 있어서, 송신집속점으로부터 멀어질수록 점차 측방향(lateral) 해상도가 낮아지는 기존 초음파영상화시스템의 단점을 극복하기 위해 주사선상의 모든 점에 집속점이 놓여있는 것과 같이 송/수신 집속을 수행하여 전체적인 해상도를 향상시키는 초음파영상화시스템의 신호집속방법 및 장치를 제공함에 있다.

도 1은 집속점(focal point; F)에 송신집속을 하는 기존 기술의 원리를 설명하기 위한 개념도,

도 2는 종래의 송신집속에서, 초음파빔이 집속점(F)으로 진행되는 모양을 보여주는 도면,

도 3 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 초음파신호 집속을 설명하기 위한 개념도,

도 4는 주사선 L0 및 L2를 따라 송신한 초음파빔이 대상점에 도달하였다가 같은 변환소자로 되돌아오는 것을 비교하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 초음파신호 집속장치를 보여주는 도면,

도 7은 도 6장치에서 인트라채널프로세싱부(50)를 보여주는 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

50 : 인트라채널프로세싱부 51 : 버퍼메모리

52 : 지연보간기 53 : 쓰기제어부

54 : 읽기제어부 55 : 집속지연량 계산부

60 : 수신집속부 62, 92 : 승산기

64, 94 : 가산기 66, 96 : 아포디제이션값계산부

90 : 아포디제이션부

위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 초음파영상화시스템에서 배열형 변환기를 사용한 초음파신호 집속(focusing)방법에 있어서, 초음파신호가 집속되는 한 주사선을 얻기 위해 인접한 다른 송신주사선들의 송신집속신호들을 모두 이용하여 소정의 대상체에 연속으로 송/수신 집속을 하는 초음파신호집속방법에 있다.

위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 초음파신호를 집속하는 장치에 있어서, 서로 다른 곳에 위치한 변환소자에 따라 각각 서로 다른 시간지연을 갖도록 만들어져 측(lateral)방향의 송신집속(transmit focusing)을 하는 배열형 변환기, 상기 변환소자들로 되돌아온 초음파신호를 적절히 증폭하여 디지탈신호로 변환하는 수신부, 상기 수신부로부터의 신호들을 받아 매번 송신할때마다 별도로 저장하고, 저장된 초음파수신신호에 가해야 할 시간지연을 계산하여 여러 송신주사선의 신호를 하나의 변환소자 내에서 집속하는 인트라채널프로세싱부 및 상기 인트라채널프로세싱부의 출력을 모두 합하여 모든 변환소자들로부터의 신호를 이용하여 집속을 완성하는 수신집속부를 포함하는 초음파신호 집속장치에 있다.

여기서, 전술한 대상체의 종류가 본 발명의 기술범위 및 그 기술적 특징을 한정하지 않음은 이 기술분야의 당업자에게 자명하다. 즉, 본 발명에 따른 초음파영상화시스템의 초음파신호집속방법 및 그 장치는, 산업적으로 이용가능한 임의의 대상체의 영상화를 위한 초음파영상화시스템의 초음파신호집속방법 및 그 장치에 기술적 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.

도 3은 본 발명에 적용된 초음파 신호집속을 설명하기 위한 개념도이다. 그리고, 도 4(a)는 주사선 L0에 대해 송신한 초음파빔이 제 1대상점(P1)에 도달하였다가 되돌아오는 시간과, 도 4(b)는 주사선 L2에 대해 송신한 초음파빔이 제 1대상점(P1)에 도달하였다가 되돌아오는 시간을 비교하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 원리를 설명하겠다.

도 3에서, L0, L2는 주사선, f0, f2는 집속점이며, P1,P1',P2,P3,P4는 대상점이다. 여기서, P1과 P1'는 집속점 f0를 중심으로하는 동심원상(점선 표시)에 있기 때문에 주사선 L0를 향해 발사하는 초음파빔은 같은 시간에 도달한다. 그리고, z₁은 변환소자 0에서 주사선 L0를 따라 집속점(f0)을 향해 발사한 초음파빔이 대상점(P1)에 도달하는 경로의 길이를, z₂는 변환소자 2에서 주사선 L2를 따라 집속점(f2)향해 발사한 초음파빔이 대상점(P1)에 도달하는 경로의 길이를 표시한 것이다. 또한, z_f는 변환소자 2에서 주사선L2를 따라 집속점(f2)을 향해 발사한 초음파빔이 집속점에 도달하는 경로의 길이를 나타내며, x_f는 변환소자 0과 변환소자 2와의 거리를 나타낸다.

주사선 L0에서는 집속점 f0를 향해서 A구간의 변환소자(-4∼4)에서 송신집속하여 초음파빔을 발사하고, 주사선 L2에서는 집속점 f2를 향해서 B구간의 변환소자(-2∼6)에서 송신집속하여 초음파빔을 발사한다. 주사선 L0에 대해 송신한 초음파빔은 변환소자 0을 출발한 후 z₁을 진행하는 시간이 경과한 후 제 1대상점(P1)에 도달한다. 다시, 그 만큼의 시간(z₁)이 지난후 변환소자 0으로 되돌아온다. 한편, 주사선 L2에 대해 송신한 초음파빔은 변환소자 2를 출발한 후 z₂를 진행한 시간이 지난후 제 1대상점(P1)에 도달한다. 제 1대상점(P1)에 도달한 초음파빔은 다시 z₁만큼 진행하는 시간이 지난 후 변환소자 0에서 수신된다. 변환소자 0에서 수신한 서로 다른 두 신호 즉, 주사선 L0를 따라 송신한 초음파빔을 수신한 신호와, 주사선 L2를 따라 송신한 초음파빔을 수신한 신호는 서로 다른 메모리에 저장된다. 즉, 각 주사선을 따라 송신한 신호들 단위로 메모리에 저장된다. 그리고, 제 1대상점(P1)으로부터 반사된 초음파신호들이 서로 같은 시간에 더해질 수 있도록 지연시간을 조정한다. 이와같은 방법으로 송신집속을 하는 것은 주사선L0와 L2뿐만 아니라 도시되지 않은 모든 주사선에 대해 수행한다. 이렇게 모든 주사선에 대해 송신집속을 행한 신호를 합성하면, 결과적으로 목적하는 대상점의 신호는 모두 엔벨로프와 위상이 모두 정렬되어 더해지므로 그 신호가 커지게 되나, 그이외의 점들로부터의 신호는 그렇지 못하게 된다.

주사선 L2를 따라 송신하여 변환소자 0에서 수신한 신호에 가해줄 시간지연은 다음 수학식 3으로 표현된다.

여기서, z₁=vt/2라 치환하면, 다음 수학식 4로 표현된다.

초음파신호를 송수신하고, 이들 신호를 합성할 때 인접한 여러 주사선들에 송신집속해서 얻어진 신호들을 모두 같은 비율로 합산할 필요는 없다. 측방향 해상도를 좋게하기 위해서는 여러 가지의 방법이 있는데 그중 하나로 가중치를 두는 방법이 있다. 예를들어 주사선 L0를 향해 발사된 신호로부터 되돌아온 신호에 가한 가중치가 '1'이라면, 주사선 L2로부터의 신호에는 '0.7', 그보다 더욱 떨어진 주사선 L3로부터의 신호에는 '0.5'등의 가중치를 주어 더하는 것을 집속에서는 아포디제이션(apodization)이라 한다. 본 발명의 경우에도 적절히 아포디제이션을 사용하여 측방향 해상도를 개선할 수 있다.

지금까지는 주사선 L0를 위해 변환소자 0만이 수신하는 경우를 설명하였으나, 참여할 수 있는 모든 인접한 변환소자들(도 3에서는 변환소자-4∼4)이 모두 각각 수신하여 주사선 L0의 가능한 모든 점에 대한 집속을 합성할 수 있다. 주사선 L0를 따라 송신하여 변환소자 0에서 수신한 신호를 '기준신호'라 정한다. 그러면, 주사선 L2를 따라 송신한 신호를 변환소자 1이 수신하여 저장하고, 이 신호에 대한 적절한 지연시간을 가해 기준신호와 합해서 L0주사선상의 대상체로부터의 기준신호를 보강할 수 있다. 이 원하는 점은 물론 고정된 점이 아니라도 되고 초음파빔의 진행을 따라 주사선 L0상에서 움직이는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면 주사선 L0상의 원하는 점에 있는 대상체로부터의 신호는 보강간섭으로 커지나 그밖의 점은 상쇄간섭으로 작아지게 되어 해상도가 향상된다.

도 5를 참조하여 다음의 수학식들을 통해 상술한 방법을 설명하겠다. 도 5에서, 송신주사선은 L2이며 (x_f,0)을 지나고, 그 집속점이 (f2)이고, 집속점(f2)의 좌표는 (x_f,z_f)이다. 또한, 수신하는 변환소자가 (x_e,0)에 있으며, 최종적으로 집속(focusing)할 주사선은 원점(0,0)을 지난다고 할 때 주사선 L0 상의 대상점(P1)으로부터의 기준신호를 보강하기 위한 수신신호에 가해야할 지연시간을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, z_t와 r_r은 다음의 수학식 6으로 표현할 수 있다.

결과적으로, 수신신호에 가해야할 지연시간은 다음 수학식 7과 같다.

또한, P1이 z_p=vt/2로 이동하면,

이다.

상술한 바와같이, 송신할 경우 (x_e, 0)에 있는 변환소자에서 수신한 신호를 s(t,x_f,z_f,x_e)라 두면, 최종 집속의 결과신호 S_focused(t)는

이다. 이때, A(t,x_e,x_f)는 앞서 설명한 아포디제이션 요소 (apodization factor)로 t, x_e, x_f에 따라 각각 적절한 함수를 사용한다. 이때 t 역시 앞에서와 같이 매번 송신때마다 0으로 둔다. 또, x_e,x_f는 적절한 간격으로 적절한 범위내에서 변화시키면서 합산한다. 이러한 집속을 수행하기 위해서는 최종 집속된 하나의 주사선을 위해서도 많은 x_e, x_f에 대해 일정한 범위내의 신호가 필요하다. 그러나, 최종 집속된 주사선의 위치가 이전 것으로부터 심하게 이동하지 않으면, 대부분의 신호는 그대로 사용할 수 있고, 일부가 추가 또는 삭제될 뿐이다. 지금까지는 설명의 편의상 최종 집속할 주사선이 고정된 것처럼 표현하였으나, 실제로는 최종집속 주사선이 이동가능하고, 이때는 지금까지의 수학식들의 x축이 평행이동하는 것으로 설명가능하다.

도 6은 본 발명을 구현하기 위한 초음파영상화시스템의 집속장치를 도시한 도면이다.

송신부(transmitter)(20)에서 발생된 펄스전압은 배열형 변환기(array transducer)(10)의 변환소자들(elements)로 각각 인가된다. 이 변환소자들은 펄스전압에 따라 초음파빔을 발생한다. 이때, 펄스전압은 서로 다른 곳에 위치한 변환소자에 따라 각각 서로 다른 시간지연을 갖도록 만들어져 측(lateral)방향의 송신집속(transmit focusing)이 되도록 한다. 초음파펄스는 대상체 속으로 전파되고, 이 대상체의 목표점(target)에서 반사되어 다시 배열형 변환기(10)의 변환소자들로 입사되어 전기적인 신호로 변환된다. 수신부(40)는 변환소자들로 되돌아온 초음파신호를 적절히 증폭하여 디지탈신호로 변환된다. 인트라채널프로세싱부(50)는 수신부(40)로부터의 신호들을 받아 매번 송신할때마다 별도로 저장하고, 상술한 수학식 9의 가산(

)에 해당하는 동작을 수행한다. 수신집속부(60)는 각각의 인트라채널프로세싱부(50)로부터의 출력을 인가받는 승산기(62)와, 아포디제이션값을 계산하는 채널간 아포디제이션값 계산부(66)를 구비한다. 가산기(64)는 승산기(62)로부터의 출력을 모두 더하여 최종 집속된 값을 출력한다. 표시부(70)는 집속된 초음파신호를 모니터(80)상에서 나타나게 한다.

도 7은 도 6의 인트라채널프로세싱부(50)를 나타낸 구성도이다. 인트라채널프로세싱부(50)는 수신부(40)에서 디지탈신호로 변환되어 인가되는 RF데이타를 순차적으로 저장하는 다수의 버퍼메모리(51)를 구비한다. 버퍼메모리(51)는 쓰기제어부(53)와 읽기제어부(54)의 제어하에 RF데이타를 저장하고, 읽기제어부(54)의 제어하에 지연보간기(52)로 데이터를 출력한다. 여기서, 읽기제어부(54)는 다수의 버퍼메모리(51)에 대응하도록 구성되며, 집속지연량계산부(55)로부터 인가되는 지연량에 따라 버퍼메모리(51)에 저장된 데이터를 독출한다. 집속지연량계산부(55)는 버퍼메모리(51)에 저장된 데이터를 집속하기 위해 지연시간을 계산하여 읽기제어부(54)와 지연보간기(52)로 출력한다. 지연보간기(52)의 후단에는 아포디제이션부(90)가 연결된다. 이 아포디제이션부(90)는 각 지연보간기(52)로부터 인가되는 신호들을 곱셈연산하는 승산기(92)와, 아포디제이션값을 계산하는 인트라채널 아포디제이션값 계산부(96)를 포함한다. 그리고, 승산기(92)의 후단에는 승산기(92)로부터 출력되는 값들을 모두 가산하는 가산기(94)가 연결된다. 지연보간기(52)는 집속지연량계산부(55)로부터의 지연량에 따라 신호를 보간하여 신호를 정밀한 량으로 지연시키고, 아포디제이션 승산기(92)는 이 지연된 신호에 적절한 가중치를 가하며, 가산기(94)는 적절한 가중치가 가해진 신호를 모두 더하여 최종 집속된 신호를 출력한다.

버퍼메모리(51)는 수신부(40)에서 디지탈신호로 변환된 RF데이타를 인가받아 저장한다. 이 버퍼메모리(51)는 쓰기제어부(53)의 제어하에 입력되는 RF데이타를 저장한다. 쓰기제어부(53)는 송신된 이후 차례로 송신주사선에 해당하는 메모리에 순서대로 저장하도록 버퍼메모리(51)로 제어신호를 출력한다. 여기서, 버퍼메모리(51)는 내부적으로 복수의 SRAM으로 구성되어 있어, 교대로 하나의 SRAM에 RF데이타를 기록(write)하고, 다른 하나의 SRAM에서 이미 기록된 RF데이타를 읽는다(read). 그러므로, 기록 및 읽기의 간섭이 없고, 읽는 동안 데이터가 바뀌지 않는다. 집속지연량계산부(55)는 버퍼메모리(51)에 저장된 데이터를 집속하기 위해 지연량을 계산한다. 본 발명의 실시예로, 집속지연량계산부(55)는 상술한 수학식 8을 적용하여 지연시간을 계산한다. 이 수학식 8을 적용하는 과정 자체는 기존의 디지탈 집속에서의 방법중 하나와 거의 동일하다. 예를들어, 수학식 8에서 나타낸 집속지연시간(focusing delay time)을 ADC의 샘플링간격(sampling interval)로 나누어 정수부와 소수부로 분리한다. 집속지연량계산부(55)는 정수부를 버퍼메모리(51)의 읽기 어드레스로 환산하여 읽기제어부(54)로 출력한다. 읽기제어부(54)는 해당 읽기 어드레스를 버퍼메모리(51)로 출력하여 데이터를 지연보간기(52)로 독출한다. 지연보간기(52)는 읽은 데이터들을 집속지연량계산부(55)로부터 인가되는 지연시간의 소수부의 값에서 지정한 대로 시간지연시킨 값을 찾아 아포디제이션부(90)로 출력한다. 승산기(92)는 측방향 해상도를 개선할 수 있는 적절한 가중치로 곱한다. 이때, 승산기(92)는 인트라채널아포디제이션값 계산부(96)에서 계산된 각각의 아포디제이션값에 따라 적절한 가중치로 곱한다. 상술한 모든 과정들은 각 송신주사선에 해당하는 부분에서 각각 동시에 행해지고, 이때 발생된 보간데이타들은 승산기(92)를 거쳐 가산기(94)에서 모두 더해진다.

지금까지 편의상 모든 내용에 있어서 선형 배열 변환기에서의 θ=0 즉, 빔스티어링(beam steering)이 없는 경우에 대해서만 설명하였으나, 실제로는 모든 집속에 대해 원리적으로 동일한 방법을 적용할 수 있다. 예를들어, 콘벡스어레이(convex array), 스티어링(steering), 2차원 어레이(2-D array) 등에 상술한 바와같은 방법을 적용할 수 있다.

본 발명에서는 집속점을 차례로 변동시켜 가며 송신을 하고, 매번 송신때마다 모든 변환소자가 각각 수신, 이 수신신호를 모두 각각 저장하고, 저장된 신호를 이용하여 집속을 한다. 이와같은 방법으로 인접한 많은 주사선들상에 송신집속하여 얻은 신호들을 모두 활용하면 수신하고자하는 주사선상의 모든 점에 집속점을 둔것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

Claims

초음파형상화시스템에서, 배열형 변환기를 사용한 초음파신호 집속(focusing)방법에 있어서,

초음파신호가 집속되는 한 주사선을 얻기 위해 인접한 다른 송신주사선들의 송신집속신호들을 모두 이용하여 소정의 대상체에 연속으로 송/수신 집속을 하는 초음파신호집속방법.
초음파신호를 집속하는 장치에 있어서,

서로 다른 곳에 위치한 변환소자에 따라 각각 서로 다른 시간지연을 갖도록 만들어져 측(lateral)방향의 송신집속(transmit focusing)을 하는 배열형 변환기;

상기 변환소자들로 되돌아온 초음파신호를 적절히 증폭하여 디지탈신호로 변환하는 수신부;

상기 수신부로부터의 신호들을 받아 매번 송신할때마다 별도로 저장하고, 저장된 초음파수신신호에 가해야 할 시간지연을 계산하여 여러 송신주사선의 신호를 하나의 변환소자 내에서 집속하는 인트라채널프로세싱부; 및

상기 인트라채널프로세싱부의 출력을 모두 합하여 모든 변환소자들로부터의 신호를 이용하여 집속을 완성하는 수신집속부를 포함하는 초음파신호 집속장치.
제 2항에 있어서, 상기 수신집속부는

각 채널간 아포디제이션값을 계산하는 채널간 아포디제이션값 계산부;

상기 인트라채널프로세싱부로부터 인가되는 신호를 상기 채널간 아포디제이션값 계산부로부터 인가되는 아포디제이션값에 따라 곱셈연산을 하는 승산기; 및

상기 승산기로부터 출력된 신호를 모두 더하여 최종집속된 값을 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파영상화시스템의 초음파신호 집속장치.
제 2항에 있어서, 상기 인트라채널프로세싱부는

상기 수신된 초음파신호를 디지탈신호로 변환한 RF데이타를 주사선별로 저장하는 다수의 버퍼메모리;

상기 버퍼메모리에 상기 RF데이타를 저장하기 위한 제어신호를 출력하는 쓰기제어부;

상기 버퍼메모리에 저장된 RF데이터를 집속하기 위한 집속지연시간을 계산하는 집속지연량계산부;

상기 집속지연량계산부로부터 인가되는 읽기어드레스에 따라 상기 버퍼메모리에 저장된 초음파신호를 독출하기 위한 제어신호를 출력하는 읽기제어부;

상기 집속지연량계산부에서 계산된 집속지연량에 따라 신호를 보간하여 신호를 정밀한 량으로 지연시키는 지연보간기; 및

상기 지연보간기로부터 지연된 신호에 적절한 가중치를 가하며, 적절한 가중치가 가해진 신호를 모두 더하는 아포디제이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파신호 집속장치.
제 4항에 있어서, 상기 아포디제이션부는

아포디제이션값을 계산하는 인트라채널 아포디제이션값 계산부;

상기 인트라채널프로세싱부로부터 인가되는 신호를 상기 채널간 아포디제이션값 계산부로부터 인가되는 아포디제이션값에 따라 적절한 가중치로 곱하는 곱셈연산을 하는 승산기; 및

상기 승산기로부터 출력된 신호를 모두 더하여 하나의 주사선에 대해 아포디제이션이 수행된 값을 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파신호 집속장치.
제 1항에 있어서, 상기 초음파집속방법은

송신주사선을 차례로 이동하며 집속하여 소정의 대상체에 송신주사하는 초음파신호 송신단계;

상기 각각의 주사선을 따라 송신한 초음파신호를 수신가능한 위치의 변환소자 각각에서 모두 수신하는 초음파신호 수신단계;

상기 수신된 모든 초음파신호를 각 주사선별로 저장하는 초음파신호 저장단계; 및

상기 서로 다른 시점에 도달하여 저장된 초음파신호들의 도달 지연량을 보간하고, 보간된 신호를 합산하여 초음파신호를 집속하는 단계를 포함하는 초음파신호집속방법,
제 6항에 있어서, 초음파신호 집속단계는 송신집속하여 송신된 신호가 최종집속점에 도달한 후 각각의 변환소자에 되돌아오는 지연시간을 감안하여 집속지연량을 계산하는 것을 특징으로 하는 초음파신호 집속방법.
제 7항에 있어서, 상기 집속지연량은 송신주사선이 (x_f,0)을 지나고, 그 집속점의 좌표는 (x_f,z_f), 수신하는 변환소자의 좌표는 (x_e,0), 최종적으로 집속할 주사선은 원점(0,0)을 지나며, 대상점에서 변환기의 표면까지 도달하는 경로의 길이가 vt/2, 상기 송신주사선상의 대상점으로부터의 기준신호를 보강하기 위한 수신신호에 가해야할 상기 집속지연량 t_d(t,x_f,z_f,x_e)은, 다음의 식:

에 따라 계산하는 초음파신호 집속방법.
제 8항에 있어서, 모든 송신에 대하여 각각의 모든 변환소자의 신호를 상기 집속지연량t_d(t,x_f,z_f,x_e)을 가한 후 모두 합산하여 집속하는 것을 특징으로 하는 초음파신호 집속방법.(
제 9항에 있어서, 집속지연량t_d(t,x_f,z_f,x_e)을 가한 후 모두 합산하여 집속한 최종 집속신호는 다음식:

에 의해 계산하고, 이때의 A(t,x_e,x_f)는 t, x_e, x_f에 따라 각각 적절한 함수를 사용하며, t는 매번 송신때마다 0으로 설정하여 계산하는 초음파신호 집속방법.