KR101048554B1 - Ultrasonic Tissue Elasticity and Curing Measurement System - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 신체의 각 부위별 탄성도를 측정 가능하여, 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a biological tissue elasticity and hardening measurement system for measuring the deformation of the reflector by using the time that the ultrasonic signal propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated, and more particularly, the elasticity of each part of the body The present invention relates to a biological tissue elasticity and hardening measurement system capable of measuring a degree and quantitatively measuring elasticity of a desired position.

본 발명의 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부; 상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부, 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC); 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치; 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The system for measuring biotissue elasticity or hardening of the present invention includes an arithmetic processing unit for generating an ultrasonic generation control signal and a time gain compensation signal; A waveform preprocessor for converting and amplifying the ultrasound generation control signal received from the computation processor into an analog signal; A time gain compensation signal preprocessor for converting and amplifying the time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal; Ultrasonic signals generated by the ultrasonic generation control signal received from the waveform pre-processing unit, and received from the ultrasonic signal pre-processing unit by using the output of the ultrasonic sensor unit for detecting the reflected ultrasonic response signal, the time-gain compensation signal pre-processing unit A time gain compensator (TGC) for compensating gain of the ultrasonic response signal according to time; A data collector which receives the output of the time gain compensator and converts it into a digital signal; An analysis device for analyzing a signal received from the data collection unit; It is characterized by including a load cell signal detecting unit for detecting a force (pressure) applied to the measuring portion by having a load cell.

초음파, 탄성도, 경화, 로드셀, 팬텀, 변위, 상관도, 인덴터(indenter) Ultrasound, elasticity, hardening, load cell, phantom, displacement, correlation, indenter

Description

초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템{Elastic measurement system of biological tissue using ultrasonic wave}Elastic measurement system of biological tissue using ultrasonic wave

본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 신체의 각 부위별 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a biological tissue elasticity and hardening measurement system for measuring the deformation of the reflector by using the time that the ultrasonic signal propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated, and more particularly, the elasticity of each part of the body A biotissue elasticity and cure measurement system capable of quantitatively measuring degrees.

현대인들은 불규칙한 식습관, 과도한 스트레스, 운동부족 등으로 명치끝이 답답하거나 음식이 잘 내려가지 않으며, 팽만감, 배변장애, 역류 등의 증상을 호소하는 기능성 위장 장애로 많은 고통을 받고 있다. 위장 장애로 인해 종합병원을 찾는 환자의 2/3정도가 기능성 위장 장애 환자로 보고되고 있으며, 국내의 경우에는 최근에 한 대학병원 소화기내과 환자 14,700명 중에서 60%인 8,827명이 기능성 위장 장애 환자로 판명된바 있다. Modern people are suffering from functional gastrointestinal disorders that complain of bloating, bowel movements and reflux due to irregular eating habits, excessive stress, lack of exercise, and poor food. About two-thirds of patients who visit general hospitals due to gastrointestinal disorders are reported to have functional gastrointestinal disorders.In Korea, 8,827, or 60% of 14,700 gastroenterology patients, have been identified as functional gastrointestinal disorders. It has been done.

또한 이러한 기능성 장애는 구조적, 생화학적인 원인보다는 생리적인 기능성 장애에 기인되므로, X-Ray검사, 혈액검사, 내시경검사와 같은 구조적, 생화학적인 원인 규명을 위하여 개발된 기존의 진단기술로는 기능성 위장 장애를 진단하는 데 있어 한계점을 보이고 있다. 현재, 기능성 위장 장애에 대한 정확한 진단 기술의 부재로 초기 치료의 어려움을 겪고 있으며, 이러한 현실은 환자의 상태를 만성 질환으로 발전시킬 수 있다. 따라서 기능성 위장 장애에 대한 정밀한 진단법의 연구와 개발이 요구되고 있는 실정이다.In addition, since these functional disorders are caused by physiological functional disorders rather than structural and biochemical causes, functional gastrointestinal disorders that have been developed to identify structural and biochemical causes such as X-ray, blood test, and endoscopy are used. There is a limitation in diagnosing the problem. Currently, the lack of accurate diagnostic techniques for functional gastrointestinal disorders suffers from early treatment, and this reality can develop patients' conditions into chronic diseases. Therefore, research and development of precise diagnostic methods for functional gastrointestinal disorders are required.

특히, 인체내 연조직들은 연동운동을 통해 대사역할을 하게 되는데 이것이 단단하게 굳어서 소화작용에 문제가 생기는 현상이 연구되어 왔다. 이것을 증명하기 위해 사용되는 일반적인 방법은 조직의 샘플을 취득하여 이를 기계적인 장치인 인덴터(Indentor)라고 하는 압축 및 인장 기기에 넣고 압력 대비 변형률을 측정하여 얻은 탄성계수인 영률(Young’s Modulus) 측정방법을 통해 가장 정확한 값을 얻게 된다. 여기서, 탄성도는 누른 힘의 변화량을 누른 힘에 의한 물질의 변위로 나눈 값이 된다. 종래의 인덴터의 일예는 도 1과 같다.In particular, soft tissues in the human body have a metabolic role through peristaltic movement, which has been hardened so that problems with digestion have been studied. A common method used to prove this is to measure Young's Modulus, a modulus of elasticity obtained by taking a sample of tissue and placing it in a compression and tension device called an indentor, a mechanical device, and measuring the strain against pressure. Will give you the most accurate value. Here, the degree of elasticity is a value obtained by dividing the change amount of the pressed force by the displacement of the material by the pressed force. One example of a conventional indenter is shown in FIG. 1.

이러한 종래의 방법은 침습적이고, 생체 조직이 유한한 시간 내에 측정해야 하는 어려움이 있다.This conventional method is invasive and has the difficulty of measuring biological tissue within a finite time.

다른 방법으로 초음파를 이용하는 방법을 고려할 수 있다.Alternatively, the use of ultrasound may be considered.

초음파를 이용한 방법은 초음파가 물질을 투과하여 진행하면서 전파되는 물질의 음향 인피던스에 따라 반사 현상이 일어난다. 이러한 반사현상을 반사 계수를 통해 얻을 수 있으며, 수학식 1과 같다.In the method using ultrasonic waves, the reflection phenomenon occurs according to the acoustic impedance of the propagating material while the ultrasonic wave passes through the material. This reflection phenomenon can be obtained through the reflection coefficient, as shown in Equation 1.

R=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)R = (Z1-Z2) / (Z1 + Z2)

여기서, R은 반사계수, Z1은 매질1에서의 음향임피던스, Z2는 매질2에서의 음향임피던스이다.Where R is the reflection coefficient, Z1 is the acoustic impedance in medium 1, and Z2 is the acoustic impedance in medium 2.

그러나 이 경우, 초음파 영상의 기본적인 특성인 간섭(coherence)의 영향으로 보강 및 상쇄 간섭이 일어나 영상의 스팩클 패턴을 생성한다. 따라서 반사 계수 만을 비교하는 것은 정량적 비교에는 적합하지 않다.However, in this case, constructive and destructive interference occurs due to the influence of coherence, which is a basic characteristic of an ultrasound image, to generate a speckle pattern of the image. Therefore, comparing only reflection coefficients is not suitable for quantitative comparison.

따라서 상기한 문제점들을 해소하기 위해서 보다 발전된 형태의 탄성도 측정 기기로서, 본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공한다.Therefore, in order to solve the above problems, a more advanced form of elasticity measuring device, the present invention is a living body for measuring the deformation of the reflector by using the time that the ultrasonic wave propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated Provide a tissue elasticity and cure measurement system.

도 2는 초음파 영상 장치를 이용하여 탄성도 측정시의 모식도이다.2 is a schematic diagram of measuring elasticity using an ultrasonic imaging apparatus.

초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The time when the ultrasonic wave propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated and returned may be represented by Equation 2.

t=(2L)/Ct = (2L) / C

여기서 t는 음파가 되돌아온 시간이고, L은 반사체의 거리이며, C는 음파의 전달속도이다.Where t is the time the sound wave returns, L is the distance of the reflector, and C is the speed of sound wave propagation.

또한 본 발명에서 초음파 신호를 이용한 탄성도 측정 이론에 근간이 된 것은, 초음파신호를 이용한 탄성도 측정은 스팩클 패턴추적을 이용하여 시간지연을 구하고 이를 가해진 압력 값으로 나누어 구할 수 있다. 두 신호의 스팩클 패턴을 구하기 위해서는 상호상관 함수(Cross Correlation funtion) 을 이용하고 수학식 3과 같다.In addition, the basis of the elasticity measurement theory using the ultrasonic signal in the present invention, the elasticity measurement using the ultrasonic signal can be obtained by dividing the time delay using the speckle pattern tracking and dividing it by the applied pressure value. To obtain the speckle pattern of two signals, cross correlation function is used and Equation 3 is used.

Figure 112008022707505-pat00001
Figure 112008022707505-pat00001

여기서, t는 시간을 나타내는 수로, 0을 포함하는 양의 실수라 할 수 있으며, r1(t)는 힘(압력)이 가해지기 전의 시간 t에서의 초음파 응답신호이고, r2(t+τ)는 힘(압력)이 가해진 후인 즉 시간 t+τ에서의 초음파 응답신호이고, τ는 지연시간이고, T는 주기이며,

Figure 112008022707505-pat00002
는 t0에서 t0+τ사이의 구간에서의 r1(t)과 r2(t+τ)의 상호상관을 나타낸다. Here, t is a number representing time, and may be a positive real number including 0, r 1 (t) is an ultrasonic response signal at time t before a force (pressure) is applied, and r 2 (t + τ ) Is the ultrasonic response signal after the force (pressure) is applied, that is, at time t + τ, τ is the delay time, T is the period,
Figure 112008022707505-pat00002
Denotes the cross-correlation of r 1 (t) and r 2 (t + τ) in the interval between t 0 and t 0 + τ.

이때 최대 상호상관 계수(Maximum Cross Crrelation Coeffcient)(

Figure 112008022707505-pat00003
)는 수학식 4와 같고 이때 τ가 시간지연이 된다.Where the Maximum Cross Crrelation Coeffcient
Figure 112008022707505-pat00003
) Is the same as Equation 4, where τ is the time delay.

Figure 112008022707505-pat00004
Figure 112008022707505-pat00004

시간 지연 값은 곧 변형된 거리를 의미하며 인가한 압력을 구함으로써 탄성도를 계산할 수 있다.The time delay value means the deformed distance, and the elasticity can be calculated by obtaining the applied pressure.

본 발명에서는 초음파 변환기가 한 점에 위치하여 연속적으로 반사되어 오는 음파를 관찰하면 반사체의 움직임이나 변형을 구별할 수 있으며, 또한, 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부 에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하면 탄성도를 측정할 수 있다. 특히 이때 측정되는 탄성도의 경우, 깊이 방향에 위치한 조직의 평균적안 탄성도가 아닌, 각 부위별 탄성도이며, 따라서 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능하다는 점에서 본 발명의 우수성이 있다. 이는 각 부분의 반사되는 신호를 부분별로 분리하여 처리함으로써 가능하다.In the present invention, when the ultrasonic transducer is located at a point and observes the continuously reflected sound waves, the movement or deformation of the reflector can be distinguished, and in the case of continuously applying a pressing force (pressure) through the ultrasonic transducer, Pressure is transmitted to the inside of the body and the soft tissue is deformed in the depth direction. At this time, the elasticity can be measured by measuring the displacement that is deformed relative to the pressure. In particular, in the case of the elasticity measured at this time, it is the elasticity of each part, not the average red eye elasticity of the tissue located in the depth direction, and thus there is an advantage of the present invention in that the elasticity of the desired position can be quantitatively measured. This is possible by separately processing the reflected signal of each part.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a biotissue elasticity and hardening measurement system for measuring the deformation of the reflector by using the time when the ultrasonic signal propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하여 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to apply a pressing force (pressure) continuously through the ultrasonic transducer, the pressure is transmitted to the inside of the body is soft tissue is deformed in the depth direction at this time by measuring the displacement compared to the pressure It is to provide a biological tissue elasticity and cure measurement system capable of quantitatively measuring the elasticity.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 초음파 응답특성과 로드셀을 이용하여 탄성도를 분석함으로써 기능성 위장 장애를 가진 환자의 복부 장기의 경화를 객관적으로 측정하고 정량화하가 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to measure the elasticity of the abdominal organs of the patient with functional gastrointestinal disorder by measuring the elasticity using the ultrasonic response characteristics and the load cell to measure the biological tissue elasticity and hardening To provide a system.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호를 발생시키는 파형발생부; 상기 파형발생부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부; 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리 부; 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부; 상기 초음파 신호전송부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a system for measuring the biological tissue elasticity or hardening, the waveform generation unit for generating an ultrasonic wave generation control signal; An ultrasonic sensor unit generating an ultrasonic signal by the ultrasonic generation control signal received from the waveform generator, and detecting the reflected ultrasonic response signal; An ultrasonic signal preprocessor configured to receive, filter, and amplify an ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit; An ultrasonic signal transmission unit for amplifying the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor and converting the ultrasonic response signal into a digital signal; And an analysis device for analyzing the signal received from the ultrasonic signal transmission unit.

상기 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The system for measuring elasticity or hardening of the biological tissue further includes a load cell signal detection unit including a load cell to detect a force (pressure) applied to the measurement site.

상기 파형발생부는, 초음파생성 제어신호를 생성하는 연산처리부;상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(220);상기 D/A변환부의 출력을 증폭하는 증폭부(230);을 구비하는 것을 특징으로 한다.The waveform generation unit, an arithmetic processing unit for generating an ultrasonic generation control signal; D / A conversion unit 220 for converting the ultrasonic generation control signal received from the arithmetic processing unit into an analog signal; Amplifying the output of the D / A conversion unit Amplifying unit 230; characterized in that it comprises a.

상기 초음파 신호전송부는, 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부; 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The ultrasonic signal transmitter may include: a time gain compensator configured to compensate gain of an ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor based on time using the output of the time gain compensation signal preprocessor; And a data collector configured to receive the output of the time gain compensator and convert the output into a digital signal.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부; 상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음 파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부; 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC); 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a system for measuring the tissue tissue elasticity or hardening, the processing unit for generating the ultrasonic generation control signal and the time gain compensation signal; A waveform preprocessor for converting and amplifying the ultrasound generation control signal received from the computation processor into an analog signal; A time gain compensation signal preprocessor for converting and amplifying the time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal; An ultrasonic sensor unit generating an ultrasonic signal by the ultrasonic generation control signal received from the waveform preprocessor, and detecting the reflected ultrasonic response signal; A time gain compensator (TGC) for compensating a gain of the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor according to time using the output of the time gain compensation signal preprocessor; A data collector which receives the output of the time gain compensator and converts it into a digital signal; And an analysis device for analyzing the signal received from the data collection unit.

상기 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The system for measuring elasticity or hardening of the biological tissue further includes a load cell signal detection unit including a load cell to detect a force (pressure) applied to the measurement site.

상기 구형파는 고전압, 짧은 펄스진폭을 갖는 파형인 것을 특징으로 한다.The square wave is a waveform having a high voltage and a short pulse amplitude.

상기 연산처리부는 초음파 응답신호의 울림(ringing)현상을 최소화하도록 초음파생성 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.The operation processor generates an ultrasonic wave generation control signal to minimize ringing of the ultrasonic wave response signal.

상기 시간이득 보상신호 전처리부는, 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(240); 상기 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 가변 증폭하는 가변증폭부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The time gain compensation signal preprocessor includes a D / A converter 240 for converting the time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal; And a variable amplifier configured to variably amplify the time gain compensation signal received from the D / A converter 240.

상기 초음파 센서부는 트랜스듀서(transducer)로 이루어진 것을 특징으로 한다.The ultrasonic sensor unit is characterized by consisting of a transducer (transducer).

상기 로드셀 신호검출부는, 상기 초음파 센서부의 뒤에 장착되어 측정부위에 가해진 힘을 측정하는 로드셀부; 상기 로드셀부의 출력신호인 로드셀 검출신호를 증폭하는 로드셀 신호증폭부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The load cell signal detection unit may include a load cell unit mounted behind the ultrasonic sensor unit to measure a force applied to a measurement unit; And a load cell signal amplifier configured to amplify the load cell detection signal which is an output signal of the load cell unit.

상기 로드셀부와 상기 로드셀 신호증폭부 사이에서, 상기 로드셀부의 출력인 로드셀 값을 힘의 값(뉴튼 값)으로 선형적으로 보정하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.Between the load cell unit and the load cell signal amplifier, the load cell value output from the load cell unit may be linearly corrected to a force value (Newton value).

상기 분석장치는, 초음파 응답신호와 로드셀 검출신호를 이용하여 탄성도에 대한 값을 분석하여 그 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.The analysis device is characterized by analyzing the value for the elasticity by using the ultrasonic response signal and the load cell detection signal, characterized in that for displaying the result.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파 신호에 의해 원하는 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 신호검출부; 측정부위에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 로드셀 신호검출부; 상기 초음파 신호검출부와 상기 로드셀 신호검출부로부터의 신호를 수신하여 측정 부위에 대한 탄성도를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a system for measuring the tissue tissue elasticity or hardening, the ultrasonic signal detection unit for detecting the ultrasonic response signal of the desired portion by the ultrasonic signal; A load cell signal detector for detecting a signal of an input force applied to the measurement part; And an analysis device for receiving the signals from the ultrasonic signal detector and the load cell signal detector to analyze the elasticity of the measurement site.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 초음파 응답신호인 신호1과, 초음파 센서부가 상기 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 초음파 응답신호인 신호2에서 시간 지연을 계산하여 변형거리를 구하여 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법에 있어서, 상기 신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고, 상기 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구하는 해석신호 변환단계; 상기 해석신호 변환단계에서 출력된 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 상호상관 연산단계; 상기 상 호상관 연산단계의 출력에서 최대 상호상관계수를 검출하는 최대 상호상관계수 검출단계; 상기 최대 상호상관계수 검출단계에서 구해진 최대 상호상관계수인 곳을 τ로 하고, dτ/2 되는 값을 변형거리로 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, the signal 1 which is the ultrasonic response signal at the moment when the ultrasonic sensor unit touches the surface to be measured, and the ultrasonic sensor unit while pressing the surface to be measured In the method for measuring the biological tissue elasticity or hardening by calculating the deformation distance by calculating the time delay from the signal 2 which is an ultrasonic response signal, converting the signal 1 into an analytic signal to obtain the analysis signal 1, the signal An analysis signal conversion step of converting 2 into an analysis signal to obtain an analysis signal 2; A cross-correlation operation of obtaining a cross correlation between the analysis signal 1 and the analysis signal 2 output in the analysis signal conversion step; A maximum correlation coefficient detecting step of detecting a maximum correlation coefficient at the output of the mutual correlation operation step; And calculating a value of dτ / 2 as a deformation distance as a point where the maximum correlation coefficient obtained in the maximum correlation coefficient detection step is τ.

본 발명에 따른 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하며, 초음파 변환기가 한 점에 위치하여 연속적으로 반사되어 오는 음파를 관찰하면 반사체의 움직임이나 변형을 구별가능하다.The biological tissue elasticity and hardening measurement system according to the present invention measures the deformation of the reflector using the time when the ultrasonic signal propagates at a constant speed at the position of the reflector and returns, and the ultrasonic transducer is located at one point. Observing the sound waves that are continuously reflected can distinguish the movement or deformation of the reflector.

본 발명에 따른 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하여 탄성도를 측정하며, 또한 신체의 각 부위별 탄성도를 측정 가능하며, 따라서 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능하다.The biotissue elasticity and hardening measurement system according to the present invention, when a continuous pressing force (pressure) is applied through an ultrasonic transducer, the pressure is transmitted to the inside of the body to deform the soft tissue in the depth direction at this time the displacement that is deformed compared to the pressure It is possible to measure the elasticity by measuring the, and also to measure the elasticity of each part of the body, and thus it is possible to quantitatively measure the elasticity of the desired position.

본 발명의 일 실시예에 의한 초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.With reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the biological tissue elasticity and cure measurement system using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 간략한 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 초음파 신호검출부(100), 로드셀 신호검출부(300), 분석장치(400)로 이루어진다.3 is a block diagram illustrating a brief configuration of a biological tissue elasticity and hardening measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention, and includes an ultrasonic signal detector 100, a load cell signal detector 300, and an analyzer 400. Is made of.

초음파 신호검출부(100)는 초음파 신호에 의해 측정하길 원하는 생체 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 수단으로, 파형 전처리부(205), 연산처리부(210), 시간이득 보상신호 전처리부(235), 초음파 센서부(260), 초음파신호 전처리부(270), 초음파 신호전송부(280)를 포함한다. The ultrasonic signal detector 100 is a means for detecting an ultrasonic response signal of a biological part that is desired to be measured by the ultrasonic signal, and includes a waveform preprocessor 205, an operation processor 210, a time gain compensation signal preprocessor 235, and an ultrasonic wave. The sensor unit 260 includes an ultrasonic signal preprocessor 270 and an ultrasonic signal transmitter 280.

파형 전처리부(205)는 D/A변환부(220), 증폭부(230)로 이루어져, 연산처리부(210)에서 생성된 구형파의 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고, 증폭하여, 초음파 센서부(260)에 송신한다.The waveform preprocessor 205 includes a D / A converter 220 and an amplifier 230. The waveform preprocessor 205 converts an ultrasonic wave generation control signal of a square wave generated by the operation processor 210 into an analog signal, and amplifies the ultrasonic wave sensor. It sends to the unit 260.

따라서 파형발생부(200)는 파형 전처리부(205), 연산처리부(210)로 이루어진다. 즉, 파형발생부(200)는 초음파 센서부(260)에 송신할 구형파의 초음파생성 제어신호를 생성하는 수단으로, 연산처리부(210), D/A변환부(220), 증폭부(230)를 포함한다. 파형발생부(200)에서 발생된 신호는 소정 공진주파수를 갖는 구형파 신호일 수 있다. 파형발생부(200)에서 발생된 신호는 100kHz에서 100MHz 사이의 주파수를 공진 주파수로 할 수 있다. Accordingly, the waveform generator 200 includes a waveform preprocessor 205 and a calculation processor 210. That is, the waveform generator 200 is a means for generating an ultrasonic wave generation control signal of the square wave to be transmitted to the ultrasonic sensor unit 260, the calculation processing unit 210, D / A converter 220, amplification unit 230 It includes. The signal generated by the waveform generator 200 may be a square wave signal having a predetermined resonance frequency. The signal generated by the waveform generator 200 may set a frequency between 100 kHz and 100 MHz as a resonance frequency.

연산처리부(210)는 초음파 신호검출부(100)의 전반적인 제어를 행하는 수단으로, 구형파신호인 초음파생성 제어신호를 생성하여 D/A변환부(220), 증폭부(230)를 거쳐 초음파 센서부(260)로 전송하게 하며, 또한, 시간이득 보상신호를 생성하여 시간이득 보상신호 전처리부(235)를 거쳐, 시간이득 보상부(Time Gain Compensator)(이하, TGC라고 함)(282)로 전송한다. 연산처리부(210)는 복합프로그램머블 논리소자(Complex Programmable Logic Device)(이하 CPLD 라함)로 이루어질 수 있다.The calculation processing unit 210 is a means for performing overall control of the ultrasonic signal detection unit 100, and generates an ultrasonic wave generation control signal that is a square wave signal, and then passes through the D / A converter 220 and the amplification unit 230 to detect the ultrasonic sensor unit ( 260, and generates a time gain compensation signal and passes it through a time gain compensation signal preprocessor 235 to a time gain compensator (hereinafter referred to as TGC) 282. . The operation processor 210 may be formed of a complex programmable logic device (hereinafter referred to as CPLD).

파형발생부(200)에서 생성한 구형파신호를 초음파 센서부(260)에 인가하여 초음파 신호를 발생시키는데, 이때 발생된 신호의 울림(ringing)은 응답신호의 해상도에 큰 영향을 미친다. 따라서 연산처리부(210)에서 신호를 생성하여 실험을 통해 최적의 파형을 결정하고, 초음파 센서에 인가하여 울림을 최소화하였다.The square wave signal generated by the waveform generator 200 is applied to the ultrasonic sensor unit 260 to generate an ultrasonic signal. The ringing of the generated signal greatly affects the resolution of the response signal. Therefore, the operation processor 210 generates the signal to determine the optimal waveform through the experiment, and applied to the ultrasonic sensor to minimize the ringing.

다시말해, 연산처리부(210)는 인가 초음파 신호를 고전압, 짧은 펄스진폭을 갖는 최적의 파형을 만들어주어 초음파 응답신호의 울림(ringing)현상을 최소화시켜준다. 이는 초음파 센서부(260)가 아날로그 신호에 반응하기 때문에 고전압에서 저전압으로 급속히 떨어지는 펄스에 큰 에너지의 신호(종파)를 만들어야 하기 때문이기도 하다.In other words, the operation processor 210 minimizes ringing of the ultrasonic response signal by generating an optimal waveform having a high voltage and a short pulse amplitude of the applied ultrasonic signal. This is because the ultrasonic sensor unit 260 responds to an analog signal, and thus a signal (long wave) of a large energy must be made in a pulse falling rapidly from a high voltage to a low voltage.

D/A변환부(220)는 연산처리부(210)로부터 수신된 구형파신호의 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환한다.The D / A converter 220 converts the ultrasonic wave generation control signal of the square wave signal received from the operation processor 210 into an analog signal.

증폭부(230)는 D/A변환부(220)의 출력신호, 즉 구형파신호의 초음파생성 제어신호를 증폭하여, 초음파 센서부(260)로 전송한다. 그러면, 초음파 센서부(260)는 수신된 구형파신호의 초음파생성 제어신호에 의해 초음파를 발생한다.The amplifier 230 amplifies an output signal of the D / A converter 220, that is, an ultrasonic wave generation control signal of a square wave signal, and transmits the amplified signal to the ultrasonic sensor unit 260. Then, the ultrasonic sensor unit 260 generates ultrasonic waves by the ultrasonic generation control signal of the received square wave signal.

시간이득 보상신호 전처리부(235)는 연산처리부(210)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 전처리를 한 후, TGC(282)로 전송한다. 시간이득 보상신호 전처리부(235)는 D/A변환부(240), 가변증폭부(250)를 구비한다. 시간이득 보상신호 전처리부(235)에서 생성된 시간이득 보상신호는 톱니파 신호일 수 있다.The time gain compensation signal preprocessor 235 transmits the time gain compensation signal received from the operation processor 210 to the TGC 282 after performing preprocessing to convert and amplify the time gain compensation signal into an analog signal. The time gain compensation signal preprocessor 235 includes a D / A converter 240 and a variable amplifier 250. The time gain compensation signal generated by the time gain compensation signal preprocessor 235 may be a sawtooth wave signal.

D/A변환부(240)는 연산처리부(210)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날 로그 신호로 변환한다. The D / A converter 240 converts the time gain compensation signal received from the operation processor 210 into an analog signal.

가변증폭부(250)는 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 TGC(282)에서 시간이득 보상하기에 적정한 크기의 신호로 가변 증폭하여, TGC(282)로 전송한다. 즉, 가변증폭부(250)는, D/A변환부(240)의 출력은 전류값으로 나타남으로, 이를 전압으로 바꾸어준다. 가변증폭부(250)는 가변이득 연산기를 사용할 수 있다.The variable amplifier 250 variably amplifies the time gain compensation signal received from the D / A converter 240 into a signal having a size appropriate for time gain compensation in the TGC 282, and transmits the amplified signal to the TGC 282. That is, the variable amplifier 250 converts the output of the D / A converter 240 into a current value, so that it is converted into a voltage. The variable amplifier 250 may use a variable gain calculator.

초음파 센서부(260)는 파형발생부(200)로부터 수신된 구형파의 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생하여 초음파 신호를 측정하고자 하는 생체 부위에 제공하고, 상기 생체 부위로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 응답신호)를 검출한다.The ultrasonic sensor unit 260 generates an ultrasonic signal based on the ultrasonic wave generation control signal of the square wave received from the waveform generator 200 and provides the ultrasonic wave signal to a living body to measure the ultrasonic signal, and reflects the ultrasonic signal ( That is, the response signal) is detected.

다시말해, 초음파 센서부(260)는 파형발생부(200)로부터 수신한 신호에 따라 발생한 초음파 신호를 생체 부위에 제공하여, 상기 생체 부분에서 물질의 경계의 음향 임피던스 차에 따라 반사되어 초음파 센서부(260)로 다시 돌아온 초음파 신호는 응답신호로서 수신한다.In other words, the ultrasonic sensor unit 260 provides an ultrasonic signal generated according to the signal received from the waveform generator 200 to the living body, and is reflected according to the acoustic impedance difference of the boundary of the material in the living body part, so that the ultrasonic sensor unit The ultrasonic signal returned to 260 is received as a response signal.

초음파 센서부(260)는 트랜스듀서(transducer)로 이루어질 수 있다. The ultrasonic sensor unit 260 may be formed of a transducer.

초음파신호 전처리부(270)은 초음파 센서부(260)로부터 초음파 응답신호를 수신하여 이를 필터링하고 증폭하여, 초음파 신호전송부(280)를 통해 분석장치(400)로 전송한다. 초음파신호 전처리부(270)는 증폭부와 필터부를 포함한다.The ultrasonic signal preprocessor 270 receives the ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit 260, filters and amplifies the ultrasonic response signal, and transmits the ultrasonic signal to the analyzer 400 through the ultrasonic signal transmitter 280. The ultrasonic signal preprocessor 270 includes an amplifier and a filter.

상기 필터부는 저주파의 잡음을 제거한다. 상기 필터부는 소정 주파수대만 통과시키는 광대역 밴드패스필터(BandPass Filter)로 이루어질 수 있다. The filter unit removes low frequency noise. The filter unit may be configured as a broadband bandpass filter for passing only a predetermined frequency band.

상기 증폭부는 고속 가변이득 증폭기로 이루어질 수 있다. The amplifier may be a high speed variable gain amplifier.

초음파 신호전송부(280)는 초음파신호 전처리부(270)로부터 잡음이 제거되고 증폭된 초음파 응답신호를 수신하여 이를 분석장치(400)에서 분석 가능한 신호로 변환하여 송신하는 수단으로서, 시간이득 보상부(TGC)(282), 데이터 수집부(287)를 포함한다.The ultrasonic signal transmitter 280 is a means for receiving the noise-removed and amplified ultrasonic response signal from the ultrasonic signal preprocessor 270 and converting the ultrasonic response signal into a signal that can be analyzed by the analyzer 400. (TGC) 282 and a data collection unit 287.

TGC(282)는 초음파 센서부(260)에서 검출되어 초음파신호 전처리부(270)를 거쳐 수신된 초음파 응답신호를, 연산처리부(210)에서 생성되어 시간이득 보상신호 전처리부(235)를 거쳐 수신된 시간이득 보상신호로 보상하여 준다. 즉, TGC(282)는 초음파 센서부(260)에서 검출되어 초음파신호 전처리부(270)로부터 수신된 신호, 즉 생체로부터 반사되어 돌아온 초음파 응답신호를 시간에 따라 보상하여 준다. The TGC 282 receives the ultrasonic response signal detected by the ultrasonic sensor unit 260 and received through the ultrasonic signal preprocessor 270 and generated by the operation processor 210 through the time gain compensation signal preprocessor 235. Compensated by the time gain compensation signal. That is, the TGC 282 compensates the signal detected by the ultrasonic sensor unit 260 and received from the ultrasonic signal preprocessor 270, that is, the ultrasonic response signal reflected from the living body, over time.

TGC(282)는 연산처리부(210)에서 생성되어 D/A변환부(240) 및 D/A증폭부(250)를 거쳐 시간이득 보상신호(예를들어 톱니파 신호)를 수신하여, 초음파 응답신호를 생체에 주입한 시간과 각 조직에서의 고유 감쇄율에 따라 가변 이득값을 조절한다. The TGC 282 is generated by the calculation processing unit 210 and receives a time-gain compensation signal (eg, sawtooth wave signal) through the D / A converter 240 and the D / A amplifier 250, and receives an ultrasonic response signal. The variable gain is adjusted according to the time injected into the living body and the intrinsic attenuation rate in each tissue.

데이터 수집부(287)는 TGC(282)로부터 수신된 초음파 응답신호와 로드셀 신호검출부(300)로부터 수신된 로드셀 신호를 디지털 신호로 변환하여 분석장치(400)에서 분석 가능한 신호로 변환하여 분석장치(400)로 전송한다.The data collection unit 287 converts the ultrasonic response signal received from the TGC 282 and the load cell signal received from the load cell signal detector 300 into digital signals and converts the signal into an signal that can be analyzed by the analyzer 400. 400).

데이터 수집부(287)는 데이터 송신측 모듈(예로, DAQ IC) 과 데이터 수신측 모듈(예로, DAQ 보드)을 구비할 수 있으며, 이러할 경우, 데이터 송신측 모듈은 데이터 수집부(287)에 포함되어 있고, 데이터 수신측 모듈은 분석장치(400)에 포함될 수 있다. The data collector 287 may include a data transmitter module (eg, a DAQ IC) and a data receiver module (eg, a DAQ board). In this case, the data transmitter module is included in the data collector 287. The data receiving module may be included in the analysis device 400.

탄성도는 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정하는 것으로써, 그 중 "밀려나는 정도"를 측정하는 수단이 본 발명에서 초음파 신호검출부(100)이며, 가해진 일정한 힘을 검출하기 위한 수단이 로드셀 신호검출부(300)이다.The degree of elasticity is to measure the degree of the change in the form of the material with respect to the constant force, that is, the force, the means of measuring the "degree of the push" is the ultrasonic signal detection unit 100 in the present invention, the constant force applied Means for detecting the load cell signal detection unit 300.

로드셀 신호검출부(300)는 생체에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 수단으로, 로드셀부(310), 로드셀 신호증폭부(320)를 포함한다.The load cell signal detector 300 is a means for detecting a signal of an input force applied to a living body, and includes a load cell unit 310 and a load cell signal amplifier 320.

본 발명의 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 로드셀(load cell)을 장착하고 있으며, 상기 로드셀은 상황에 따라 여러 종류의 로드셀을 사용할 수 있다. 본 발명에서 로드셀은 초음파 센서 바로 뒤에 한개 장착되어 있다. The biological tissue elasticity and hardening measuring system of the present invention is equipped with a load cell, and the load cell may use various kinds of load cells according to circumstances. In the present invention, one load cell is mounted directly behind the ultrasonic sensor.

일반적으로 초음파는 인체내로 전파되어 돌아오면 그때의 물질 정보가 시간의 지연으로 나타나는데, 초음파가 물질을 투과하면서 음향 임피던스의 영향으로 반사 신호가 생기고 그 반사신호가 돌아온 시간이 그 물질의 거리가 된다. 그러나 탄성도는 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정한다고 할 수 있기 때문에, 로드셀로 그 입력 힘을 측정하고, 초음파 신호의 시간 지연에 따른 변형량(밀려난 양)을 측정하여 탄성도를 계산하게 된다.In general, when ultrasonic waves propagate into the human body, the material information at that time appears as a delay of time. As ultrasonic waves penetrate the material, the reflection signal is generated by the influence of acoustic impedance, and the time when the reflection signal is returned is the distance of the material. However, since elasticity can be said to measure the change in the shape of a material with respect to a certain force, that is, the force exerted by the force, the input force is measured by the load cell, and the amount of deformation (excessed amount) according to the time delay of the ultrasonic signal is measured. The elasticity is calculated by measuring.

로드셀부(310)는 초음파 센서부(260) 바로 뒤에 장착되어 생체에 가해진 입력 힘을 측정하는 수단이다. 탄성도의 경우 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정하는 것이기 때문에 로드셀부(310)에서 그 입력 힘을 측정하고, 초음파 신호검출부(100)에 의해 초음파 신호의 시간 지연에 따른 변 화량을 측정하여 탄성도를 계산하게 되는 것이다. The load cell unit 310 is mounted immediately behind the ultrasonic sensor unit 260 to measure the input force applied to the living body. In the case of elasticity, since the shape change of the material with respect to a certain force, that is, the degree of being pushed out by the force, is measured, the input force is measured by the load cell 310 and the time delay of the ultrasonic signal by the ultrasonic signal detection unit 100. It is to calculate the elasticity by measuring the amount of change according to.

로드셀 신호증폭부(320)는 로드셀부(310)로부터 수신된 로드셀 신호는 탄성도 계산에 사용되는 뉴튼 값(N)으로 교정(calibration)이 되어 있지 않기 때문에 분동(1N, 5N, 10N, 20N, 50N)을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 선형적으로 맞추어 이 값을 보정한 후 증폭한다. 여기서와 같이 로드셀 신호증폭부(320)의 전단에서 분동을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 선형적으로 맞추어 이 값(즉, 로드셀 신호)을 보정할 수도 있으며, 경우에 따라서는 분동(1N, 5N, 10N, 20N, 50N)을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 분석장치(400)의 메모리에 저장한 후, 분석장치(400)에서 이를 이용하여 로드셀 값을 뉴튼 값(N)으로 변환하여 사용]할 수도 있다. The load cell signal amplification unit 320 is a weight (1N, 5N, 10N, 20N, 20N, load cell signal received from the load cell 310) is not calibrated to the Newton value (N) used for the elasticity calculation 50N) is used to linearly adjust the force value to the load cell value, correct this value and amplify it. As shown here, the weight of the load cell value may be linearly adjusted by using a weight at the front end of the load cell signal amplifier 320 to correct the value (that is, the load cell signal). , 5N, 10N, 20N, 50N) to store the force value for the load cell value in the memory of the analysis device 400, the analysis device 400 using the load cell value to the Newton value (N) Can be used after conversion.

분석장치(400)는 데이터 수집부(287)로부터 초음파 검출신호(초음파 응답신호)와 로드셀 검출신호를 수신하여 이를 분석하여 생체 측정 부분에 대한 탄성도에 대한 값을 분석한다. The analyzer 400 receives the ultrasonic detection signal (ultrasound response signal) and the load cell detection signal from the data collection unit 287 and analyzes the value to analyze the value of the elasticity of the biometric part.

분석장치(400)는 Labview 프로그램을 이용하여 초음파 검출신호로부터 측정부위의 변형거리를 계산하고, 로드셀 검출 신호로부터 이동 평균(Point Moving Average)를 취하여 100g당 1N의 값이 나올 수 있도록 교정한다. 분석장치(400)는 이렇게 교정(calibration) 한 후 그래픽 파형으로 나타낸다.The analysis apparatus 400 calculates the deformation distance of the measurement part from the ultrasonic detection signal using a Labview program, and takes a point moving average from the load cell detection signal to calibrate a value of 1N per 100g. The analyzer 400 is then calibrated and represented as a graphic waveform.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 초음파 신호 검출부의 일예이다.4 is an example of an ultrasonic signal detector of a biological tissue elasticity and hardening measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4의 초음파 신호 검출부(100)는 파형 전처리부(205), 연산처리부(210), 초음파신호 전처리부(270), 초음파 신호전송부(280) 등의 구성을 구비하고 있다.The ultrasonic signal detector 100 of FIG. 4 includes a waveform preprocessor 205, an arithmetic processor 210, an ultrasonic signal preprocessor 270, and an ultrasonic signal transmitter 280.

도 5는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에서 생체 부위별 탄성계수 측정을 설명하기 위한 설명도로, 도 5의 (a)는 소정 부위에 힘(압력)이 가해지기 전의 초음파 응답신호이며, 도 5의 (b)는 힘(압력)이 가해진 후의 초음파 응답신호이다.5 is an explanatory diagram for explaining the measurement of elastic modulus for each biological part in the biological tissue elasticity and hardening measurement system of the present invention. FIG. 5 (a) is an ultrasonic response signal before a force (pressure) is applied to a predetermined part. 5B is an ultrasonic response signal after a force (pressure) is applied.

도 5는 임의 신호에서 변위를 설명하기 위한 그림으로서, 도 5에서와 같이, 신호의 일부분을 잘라 부분별 위치 추적을 함으로써 깊이별로 나타내는 탄성계수를 측정할 수 있다. FIG. 5 is a diagram for explaining a displacement in an arbitrary signal. As shown in FIG. 5, an elastic modulus represented by depth may be measured by cutting a part of a signal and tracking a position of each part.

힘이 가해지지 않으면 도 5의 (a)와 같으며, 소정의 힘을 가해 도 5의 (b)과 같이 응답신호가 변할 때, 도 5의 (a)와 도 5의 (b)의 두 신호의 형태적 특징이 서로 비슷하여 상관도가 높고, 이때 도 5의 (a)의 시간축(수평축)의 51us의 영역이 도 5의 (b)의 시간축의 52us로 밀려났는데, 이는 조직이나 물질에서 1만큼 변위가 생겨 1us의 시간지연이 나타났음을 말해주고 있다.If no force is applied, it is as shown in (a) of FIG. 5, and when the response signal is changed as shown in (b) of FIG. 5 by applying a predetermined force, the two signals of (a) and (b) of FIG. The morphological characteristics of are similar to each other, so that the correlation is high, where 51us of the time axis of the time axis (horizontal axis) of FIG. 5 is pushed to 52us of the time axis of FIG. 5 (b). As a result of the displacement, a 1us time delay was indicated.

이는 수학식 2에서 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간은 t=(2L)/C (여기서 t는 음파가 되돌아온 시간이고, L은 반사체의 거리이며, C는 음파의 전달속도)에 의해 반사체의 거리를 구할 수 있다.In Equation 2, the time when the ultrasonic wave propagates at a constant speed at the position of the reflector is generated and the return time is t = (2L) / C (where t is the time when the sound wave is returned, and L is the distance of the reflector, C The distance of the reflector can be obtained from the propagation speed of sound waves).

이때 탄성계수 측정을 위해서는 눌려지는 힘(N)에 관한 정보도 필요한데, 일반적인 초음파 기기에서는 측정할 수 없으므로, 본 발명에서는 초음파 센서부 바로 뒤에 로드셀을 추가하였다.At this time, the information about the force (N) pressed for the elastic modulus measurement is also necessary, since it cannot be measured in a general ultrasonic device, in the present invention, a load cell is added immediately after the ultrasonic sensor unit.

도 6은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템의 초음파 프로브의 일예이다.Figure 6 is an example of the ultrasonic probe of the biological tissue elasticity and cure measurement system of the present invention.

도 6의 초음파 프로브에서는 초음파 센서변부 바로 뒷편에 로드셀이 장착되고 그 뒤에는 손잡이가 위치해 있다. 상기 초음파 프로브와 아래에 보이는 박스는 신호검출부의 회로들(예로 도 4의 신호검출부)이 내장되어 있다.In the ultrasonic probe of FIG. 6, a load cell is mounted directly behind the ultrasonic sensor edge, and a handle is located behind the ultrasonic probe. The ultrasonic probe and the box shown below include the circuits of the signal detector (eg, the signal detector of FIG. 4).

도 7은 도 6의 로드셀로 측정한 압력값(N)의 일예이다. FIG. 7 is an example of the pressure value N measured by the load cell of FIG. 6.

도 7은 교정(calibration)할 때 나오는 파형으로 로드셀이 N값을 잘 보여주고 있음을 알 수 있다.7 shows that the load cell shows the N value well as the waveform generated when calibrating.

도 8은 도 3의 분석장치에서의 분석 과정의 일예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart schematically illustrating an example of an analysis process in the analyzer of FIG. 3.

도 8과 같은 초음파 센서에서 수신한 스팩클(Speckle) 신호에서 임의의 두신호를 비교하여 시간 지연을 계산하고, 이것으로 변형거리를 구하는 과정이다. In the speckle signal received by the ultrasonic sensor as shown in FIG. 8, a random delay is calculated by comparing two arbitrary signals, and the deformation distance is calculated.

초음파 센서의 이상적인 커널 크기(Kernel Size)(window size)를 구하기 위해서 초음파 센서를 수중에서 단일 반사신호를 획득한다(S510).In order to obtain an ideal kernel size (window size) of the ultrasonic sensor, the ultrasonic sensor acquires a single reflection signal in water (S510).

초음파 센서부에서 초음파 신호검출부를 거쳐 수신된 초음파 응답신호(즉, 측정 위치에서 반사되어온 초음파 신호)를 힐버트 변환(Hilbert Transform)을 한다(S520). 이때 분석장치(400)는 응답 신호를 메트랩(Matlab) 프로그램을 이용하여 힐버트 변환을 취한다.The ultrasonic sensor unit performs a Hilbert transform on the ultrasonic response signal (that is, the ultrasonic signal reflected from the measurement position) received through the ultrasonic signal detector (S520). At this time, the analysis device 400 takes a Hilbert transform of the response signal using a Matlab program.

힐버트 변환된 초음파 응답신호를 자동상관(Auto Correlation)을 구하고(S530), FHWM(Full Half Width Maximum) 함수를 취해(S540), 이를 이용하여 커널 크기(Kernel Size)를 구한다(S550). Autocorrelation of the Hilbert transformed ultrasonic response signal is obtained (S530), a full half width maximum (FHWM) function is taken (S540), and a kernel size (Kernel Size) is obtained using this (S550).

여기 까지가 초음파 센서의 이상적인 커널 크기(Kernel Size)를 구하기 위한 단계들이다. 이렇게 구해진 커널 크기(Kernel Size)는 메모리에 사전에 저장되어 필요에 따라 읽어 사용되어 진다.Up to this point, it is the steps to find the ideal kernel size of ultrasonic sensor. The kernel size obtained in this way is stored in memory in advance and read as needed.

다음은 임의의 두신호를 비교하여 시간 지연을 계산하고, 이것으로 변형거리를 구하는 단계들을 설명한다.The following describes the steps of comparing any two signals to calculate the time delay and calculating the deformation distance.

측정 부분에 일정한 힘을 가한 후 그에 따른 변위를 구하기 위해서 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 신호인 신호1을 획득하고(S560), 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 신호인 신호2를 획득한다(S570). 여기서, 신호1과 신호2를 수신한 분석장치(400)는 이하의 과정을 Labview 등의 프로그래밍 언어로 구현하여 계산할 수 있다. After applying a constant force to the measurement part, in order to obtain a corresponding displacement, a signal 1, which is a signal of the moment when the ultrasonic sensor touches the surface to be measured, is acquired (S560), and the signal of the state where the ultrasonic sensor presses the surface to be measured is Acquire a signal 2 (S570). Here, the analysis device 400 receiving the signal 1 and the signal 2 may implement the following process in a programming language such as Labview and calculate.

신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고(S580), 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구한다(S590). 여기서 해석신호 1은 신호1을 힐버트 변환을 하여 구하며, 해석신호 2는 신호2를 힐버트 변환을 하여 구한다.The analysis signal 1 is obtained by converting signal 1 into an analytic signal (S580), and the analysis signal 2 is obtained by converting signal 2 into an analysis signal (S590). The analysis signal 1 is obtained by Hilbert transforming the signal 1, and the analysis signal 2 is obtained by Hilbert transforming the signal 2.

다음은 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 데, 이때 해석신호 1의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 앞서 S550단계에서 구한 커널크기만큼으로 하고, 해석신호 2의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 앞서 S550단계에서 구한 커널크기의 3배, 즉 커널크기×3 크기로 하여, 상호상관(Cross Correlation)을 구한다(S600). 이 계산(S600)을 통해 어느 지점에서 상관도가 가장 크게 나타나는지를 알 수 있으며, 이때 사용한 계산식은 수학식 3과 같다.Next, the cross correlation of the analysis signal 1 and the analysis signal 2 is obtained. In this case, the window size for obtaining the cross correlation of the analysis signal 1 is equal to the kernel size obtained in step S550, and the cross correlation of the analysis signal 2 is calculated. The window size to be obtained is three times the kernel size obtained in step S550, that is, the kernel size x 3 size, and cross correlation is obtained (S600). Through this calculation (S600) it can be seen at which point the correlation is the largest, the equation used at this time is shown in Equation 3.

그 결과, 최대 상호상관계수인 곳을 τ로 하고(S610), τ/2 되는 값을 변형거리로 구한다(S620).
부연설명하면, 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관을 구하였을 때 이것의 최대 값인 τ는 해석신호 1과 해석신호 2의 시간 지연을 나타내는 값이 된다. 그런데 일반적으로 초음파신호는, 도 2에서와 같이, 초음파가 측정부 표면에 갖다가 되돌아 오는 것을 검출하도록 이루어져, 즉 초음파는 왕복시간으로 나타나기 때문에, 왕복시간으로부터 거리를 계산하기 위해서는 왕복시간/2가 되며, 이는 이 분야의 당업자에게는 자명한 사항이다. 따라서 해석신호 1과 해석신호 2로부터 구해진 변형거리(d)는 τ/2 가 된다.As a result, the maximum correlation coefficient is τ (S610), and the value τ / 2 is obtained as the deformation distance (S620).
In other words, when a correlation between the analysis signal 1 and the analysis signal 2 is obtained, its maximum value τ is a value representing the time delay between the analysis signal 1 and the analysis signal 2. In general, however, the ultrasonic signal is configured to detect that the ultrasonic waves are brought back to the measurement unit surface and return as shown in FIG. 2, that is, the ultrasonic waves are represented as the round trip time. This is obvious to those skilled in the art. Therefore, the deformation distance d obtained from the analysis signal 1 and the analysis signal 2 is τ / 2.

이로써, 임의의 두 신호로부터 변형거리를 구하는 단계들을 설명하였다.Thus, the steps for obtaining the deformation distance from any two signals have been described.

도 8을 참조하여 앞서 설명한 실시예의 커널 크기를 구하는 방식은 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 본 발명에서 예시로서 설명한 것으로서, 커널 크기는 다양한 방법으로 구할 수 있으며, 또한 커널 크기는 여러가지 크기를 가질 수 있음을 명확하게 밝혀둔다.The method for obtaining the kernel size of the above-described embodiment with reference to FIG. 8 is not intended to limit the present invention, but is described as an example in the present invention. The kernel size can be obtained by various methods, and the kernel size can be variously sized. Make it clear that you can have

또한 도 8을 참조하여 앞서 설명한 실시예에서 해석신호 1 및 해석신호 2 의 상호상관을 구하는 윈도우 크기를 커널크기와 커널크기의 3배로 한 것은, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 본 발명에서 예시로서 설명한 것으로서, 각 윈도우 크기는 여러가지 크기로 변경 가능함을 명확하게 밝혀둔다.In addition, in the embodiment described above with reference to FIG. 8, the window size for obtaining the correlation between the analysis signal 1 and the analysis signal 2 is three times the kernel size and the kernel size, which is not intended to limit the present invention. As an example, it is clear that each window size can be changed to various sizes.

도 9는 도 3의 분석장치의 사용자 인터페이스 환경의 일예이다.9 is an example of a user interface environment of the analysis apparatus of FIG. 3.

도 9과 같이 본 발명은 사용자 인터페이스 환경을 구비하여 사용하기 편리하며, 상기 사용자 인터페이스 환경은의 기본구성은 최초 초음파 신호, 초음파 신호 중간 처리 과정, 최종 처리 값인 탄성계수 그래프와 계산된 탄성계수의 신뢰도를 나타내는 상관계수 그래프들로 구성된다. 도 9에는 응답신호(700), 신호1(710), 신호2(720), 변위(730), 상관도(740), 로드셀값(750) 등이 표현되어 있다. As shown in FIG. 9, the present invention is convenient to use with a user interface environment, and the basic configuration of the user interface environment is an initial ultrasonic signal, an intermediate process of an ultrasonic signal, an elastic modulus graph that is a final processing value, and reliability of the calculated elastic modulus. Consists of correlation coefficient graphs. In FIG. 9, the response signal 700, the signal 1 710, the signal 2 720, the displacement 730, the correlation 740, the load cell value 750, and the like are represented.

도 10은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템과 종래의 인덴터와의 성능 비교를 위해 측정의 예를 나타낸다. 즉, 도 10은 본 발명의 초음파 센서부 와 로드셀부로 이루어진 본 발명의 프로브단을 종래의 인덴터와 같은 방법으로 팬텀의 탄성도와 비교하기 위해 팬텀의 탄성도를 측정하는 측정기구를 설명한다.10 shows an example of measurement for performance comparison of the biotissue elasticity and cure measurement system of the present invention with a conventional indenter. That is, Figure 10 illustrates a measuring mechanism for measuring the elasticity of the phantom in order to compare the elasticity of the phantom with the probe terminal of the present invention consisting of the ultrasonic sensor unit and the load cell of the present invention in the same manner as the conventional indenter.

도 11은 종래의 인덴터를 이용하여 구한 팬텀의 탄성계수 그래프이고, 도 12는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀50%의 탄성도를 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀30%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.11 is a graph of the elastic modulus of the phantom obtained by using a conventional indenter, Figure 12 is a graph showing the elasticity of the phantom 50% by the biotissue elasticity and hardening measurement system of the present invention, Figure 13 is the present invention It is a graph showing the elasticity of the phantom 30% by the biological tissue elasticity and hardening measurement system according to a preferred embodiment of the.

도 11에서는 범용 인덴터를 이용하여 팬텀 10%, 30%, 50%(여기서의 %는 소프트너의 비율을 말한다)의 탄성계수를 구한다. In FIG. 11, the elastic modulus of phantom 10%, 30%, and 50% (where% is the ratio of the softener) is obtained using the general purpose indenter.

도 10에 나와 있는 측정기구로 팬텀 30%와 50%에 일정하게 압력값을 1N씩 높이면서 팬텀의 스팩클 패턴 신호를 수집하고, 10회를 반복하여 평균값을 나타낸다. 도 11, 도 12, 도 13를 비교해 보면 초음파를 이용한 탄성도 계산 값과 인덴터로 측정한 탄성도가 압력값 0~40N 사이에서 유사한 결과가 나왔음을 알 수 있다. Collect the speckle pattern signal of the phantom while increasing the pressure value by 1 N by 30 N and 50% with the measuring instrument shown in FIG. 10, and the average value is repeated 10 times. 11, 12, and 13 it can be seen that a similar result between the elasticity calculation value using the ultrasonic wave and the elasticity measured by the indenter between the pressure value 0 ~ 40N.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.

도 1은 종래의 탄성도 측정기기의 일예이다.1 is an example of a conventional elasticity measuring device.

도 2는 초음파 영상 장치를 이용하여 탄성도 측정시의 모식도이다.2 is a schematic diagram of measuring elasticity using an ultrasonic imaging apparatus.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 간략한 구성을 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a brief configuration of a biological tissue elasticity and hardening measurement system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 초음파 신호 검출부의 일예이다.Figure 4 is an example of the ultrasonic signal detection unit of the biological tissue elasticity and cure measurement system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에서 생체 부위별 탄성계수 측정을 설명하기 위한 설명도이다.Figure 5 is an explanatory diagram for explaining the measurement of the elastic modulus for each biological part in the biological tissue elasticity and cure measurement system of the present invention.

도 6은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템의 초음파 프로브의 일예이다.Figure 6 is an example of the ultrasonic probe of the biological tissue elasticity and cure measurement system of the present invention.

도 7은 도 6의 로드셀로 측정한 압력값(N)의 일예이다. FIG. 7 is an example of the pressure value N measured by the load cell of FIG. 6.

도 8은 도 3의 분석장치에서의 분석 과정의 일예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 8 is a flowchart schematically illustrating an example of an analysis process in the analyzer of FIG. 3.

도 9는 도 3의 분석장치의 사용자 인터페이스 환경의 일예이다.9 is an example of a user interface environment of the analysis apparatus of FIG. 3.

도 10은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템과 종래의 인덴터와의 성능 비교를 위해 측정의 예를 나타낸다.10 shows an example of measurement for performance comparison of the biotissue elasticity and cure measurement system of the present invention with a conventional indenter.

도 11은 종래의 인덴터를 이용하여 구한 팬텀의 탄성계수 그래프이다.11 is a graph of elastic modulus of the phantom obtained using a conventional indenter.

도 12는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀50%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing the elasticity of the phantom 50% by the biological tissue elasticity and hardening measurement system according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀30%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.Figure 13 is a graph showing the elasticity of the phantom 30% by the biological tissue elasticity and hardening measurement system according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 초음파 신호검출부 200: 파형발생부100: ultrasonic signal detection unit 200: waveform generator

205: 파형 전처리부 210: 연산처리부205: waveform preprocessor 210: arithmetic processor

220, 240: D/A변환부 230: 증폭부220, 240: D / A conversion unit 230: amplification unit

235: 시간이득 보상신호 전처리부 250: 가변증폭부235: time gain compensation signal preprocessor 250: variable amplifier

260: 초음파 센서부 270: 초음파신호 전처리부260: ultrasonic sensor unit 270: ultrasonic signal preprocessor

280: 초음파 신호전송부 282: TGC280: ultrasonic signal transmission unit 282: TGC

287: 데이터 수집부 300: 로드셀 신호검출부287: data acquisition unit 300: load cell signal detection unit

310: 로드셀부 320: 로드셀 신호증폭부310: load cell unit 320: load cell signal amplifier

400: 분석장치 700: 응답신호400: analysis device 700: response signal

710: 신호1 720: 신호2710: signal 1 720: signal 2

730: 변위 740: 상관도730: displacement 740: correlation

750: 로드셀값750: load cell value

Claims (19)

초음파생성 제어신호를 발생시키는 파형발생부;A waveform generator for generating an ultrasonic wave generation control signal; 상기 파형발생부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;An ultrasonic sensor unit generating an ultrasonic signal by the ultrasonic generation control signal received from the waveform generator, and detecting the reflected ultrasonic response signal; 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;An ultrasonic signal preprocessor configured to receive, filter, and amplify an ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit; 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부;An ultrasonic signal transmission unit for amplifying the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor and converting the ultrasonic response signal into a digital signal; 상기 초음파 신호전송부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;An analyzer for analyzing a signal received from the ultrasonic signal transmitter; 를 포함하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템에 있어서, In the system for measuring the biological tissue elasticity or cure comprising: 상기 초음파 신호전송부는The ultrasonic signal transmission unit 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부;A time gain compensator for compensating gain of the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor over time; 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;A data collector which receives the output of the time gain compensator and converts it into a digital signal; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.System for measuring biological tissue elasticity or cure, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;A load cell signal detection unit having a load cell to detect a force (pressure) applied to the measurement portion; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.The system for measuring biological tissue elasticity or cure further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 파형발생부는The waveform generator 초음파생성 제어신호를 생성하는 연산처리부;An operation processor for generating an ultrasonic generation control signal; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(220);A D / A converter 220 for converting the ultrasonic wave generation control signal received from the operation processor into an analog signal; 상기 D/A변환부의 출력을 증폭하는 증폭부(230);An amplifier 230 for amplifying the output of the D / A converter; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.A system for measuring biological tissue elasticity or cure, comprising: a. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 연산처리부는 시간이득 보상신호를 더 생성하고,The operation processor further generates a time gain compensation signal, 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부를 더 구비하며,And a time gain compensation signal preprocessor for converting and amplifying the time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal. 상기 시간이득 보상부는 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.The time gain compensator is a system for measuring elasticity or hardening of the biological tissue, characterized in that by using the output of the time gain compensation signal preprocessor, the gain of the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor compensates for time . 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부;An arithmetic processor configured to generate an ultrasonic generation control signal and a time gain compensation signal; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부;A waveform preprocessor for converting and amplifying the ultrasound generation control signal received from the computation processor into an analog signal; 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부;A time gain compensation signal preprocessor for converting and amplifying the time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal; 상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;An ultrasonic sensor unit generating an ultrasonic signal by the ultrasonic generation control signal received from the waveform preprocessor and detecting the reflected ultrasonic response signal; 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;An ultrasonic signal preprocessor configured to receive, filter, and amplify an ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit; 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC);A time gain compensator (TGC) for compensating a gain of the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor according to time using the output of the time gain compensation signal preprocessor; 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;A data collector which receives the output of the time gain compensator and converts it into a digital signal; 상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;An analysis device for analyzing a signal received from the data collection unit; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.System for measuring biological tissue elasticity or cure comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.And a load cell signal detector for detecting a force (pressure) applied to the measurement site by including a load cell. 삭제delete 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 시간이득 보상신호 전처리부는The time gain compensation signal preprocessor 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(240);A D / A converter 240 for converting a time gain compensation signal received from the calculation processor into an analog signal; 상기 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 가변 증폭하는 가변증폭부;A variable amplifier configured to variably amplify the time gain compensation signal received from the D / A converter 240; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.A system for measuring biological tissue elasticity or cure, characterized in that it comprises a. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 초음파 센서부는 트랜스듀서(transducer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.The ultrasonic sensor unit is a system for measuring a biological tissue elasticity or hardening, characterized in that consisting of a transducer (transducer). 제1항 또는 제5항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 초음파신호 전처리부는 The ultrasonic signal preprocessor 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하는 광대역 밴드패스필터(BandPass Filter);A band pass filter for receiving and filtering an ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit; 상기 광대역 밴드패스필터의 출력을 증폭하는 증폭기;An amplifier for amplifying the output of the wideband bandpass filter; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.A system for measuring biological tissue elasticity or cure, characterized in that it comprises a. 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 6, 상기 로드셀 신호검출부는The load cell signal detection unit 상기 초음파 센서부의 뒤에 장착되어 측정부위에 가해진 힘을 측정하는 로드셀부; A load cell unit mounted behind the ultrasonic sensor unit to measure a force applied to a measurement unit; 상기 로드셀부의 출력신호인 로드셀 검출신호를 증폭하는 로드셀 신호증폭부;A load cell signal amplifier configured to amplify the load cell detection signal which is an output signal of the load cell unit; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.A system for measuring biological tissue elasticity or cure, characterized in that it comprises a. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 로드셀부와 상기 로드셀 신호증폭부 사이에서, 상기 로드셀부의 출력인 로드셀 값을 힘의 값(뉴튼 값)으로 선형적으로 보정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.And between the load cell portion and the load cell signal amplification portion, linearly correcting the load cell value output from the load cell portion with a force value (Newtonian value). 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 분석장치는The analysis device 초음파 응답신호와 로드셀 검출신호를 이용하여 탄성도에 대한 값을 분석하여 그 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.A system for measuring tissue elasticity or hardening, characterized in that the value of the elasticity is analyzed using the ultrasonic response signal and the load cell detection signal, and the result is displayed. 초음파 신호에 의해 원하는 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 신호검출부; Ultrasonic signal detection unit for detecting the ultrasonic response signal of the desired portion by the ultrasonic signal; 측정부위에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 로드셀 신호검출부; A load cell signal detector for detecting a signal of an input force applied to the measurement part; 상기 초음파 신호검출부와 상기 로드셀 신호검출부로부터의 신호를 수신하여 측정 부위에 대한 탄성도를 분석하는 분석장치;An analyzer for receiving a signal from the ultrasonic signal detector and the load cell signal detector to analyze the elasticity of the measurement part; 를 포함하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템에 있어서,In the system for measuring the biological tissue elasticity or cure comprising: 상기 초음파 신호검출부는,The ultrasonic signal detection unit, 공진주파수를 갖는 구형파 신호를 발생시키는 파형발생부; A waveform generator for generating a square wave signal having a resonance frequency; 상기 파형발생부로부터 출력신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;An ultrasonic sensor unit generating an ultrasonic signal from the waveform generator by an output signal and detecting the reflected ultrasonic response signal; 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;An ultrasonic signal preprocessor configured to receive, filter, and amplify an ultrasonic response signal from the ultrasonic sensor unit; 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부;An ultrasonic signal transmission unit for amplifying the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor and converting the ultrasonic response signal into a digital signal; 를 포함하며,Including; 상기 초음파 신호전송부는,The ultrasonic signal transmission unit, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부;A time gain compensator for compensating gain of the ultrasonic response signal received from the ultrasonic signal preprocessor over time; 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;A data collector which receives the output of the time gain compensator and converts it into a digital signal; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.System for measuring biological tissue elasticity or cure, characterized in that consisting of. 삭제delete 삭제delete 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 초음파 응답신호인 신호1과, 초음파 센서부가 상기 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 초음파 응답신호인 신호2에서 시간 지연을 계산하여 변형거리를 구하여 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법에 있어서,The tissue distance is obtained by calculating the time delay from the signal 1 which is the ultrasonic response signal at the moment when the ultrasonic sensor touches the surface to be measured and the signal 2 which is the ultrasonic response signal when the ultrasonic sensor is pressed on the surface to be measured. In the method of measuring the elasticity or curing, 상기 신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고, 상기 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구하는 해석신호 변환단계;An analysis signal conversion step of converting the signal 1 into an analysis signal to obtain an analysis signal 1, and converting the signal 2 to an analysis signal to obtain an analysis signal 2; 상기 해석신호 변환단계에서 출력된 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 상호상관 연산단계;A cross-correlation operation of obtaining a cross correlation between the analysis signal 1 and the analysis signal 2 output in the analysis signal conversion step; 상기 상호상관 연산단계의 출력에서 최대 상호상관계수를 검출하는 최대 상호상관계수 검출단계;A maximum correlation coefficient detecting step of detecting a maximum correlation coefficient at an output of the cross correlation operation step; 상기 최대 상호상관계수 검출단계에서 구해진 최대 상호상관계수인 시간을 τ로 하고, τ/2 되는 값을 변형거리로 구하는 단계;Calculating a time which is the maximum correlation coefficient obtained in the maximum correlation coefficient detection step as τ and a value of τ / 2 as a deformation distance; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.Method for measuring the biological tissue elasticity or cure comprising a. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상호상관 연산단계에서In the cross-correlation operation 상기 해석신호 1의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 기 저장된 기준 커널크기 만큼으로 하고, The window size for obtaining the cross-correlation of the analysis signal 1 is set to the previously stored reference kernel size, 상기 해석신호 2의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 상기 기준 커널크기의 3배(즉 기준 커널크기×3) 크기로 하여, 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.The cross-correlation of the analysis signal 2 is three times larger than the reference kernel size (that is, the reference kernel size x 3), and cross-correlation is obtained. How to measure. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 기준 커널크기는,The reference kernel size, 수중에서 초음파 센서의 단일 반사신호를 획득하는 수중 초음파 획득단계;Underwater ultrasonic acquisition step of acquiring a single reflection signal of the ultrasonic sensor underwater; 상기 수중 초음파 획득단계에서 획득된 초음파 응답신호를 힐버트 변환(Hilbert Transform)하는 힐버트 변환단계;A Hilbert transform step of Hilbert transforming the ultrasonic response signal acquired in the underwater ultrasound acquisition step; 상기 힐버트 변환단계에서 힐버트 변환된 초음파 응답신호에서 자동상관(Auto Correlation)을 구하는 자동상관 연산단계;An autocorrelation operation for obtaining an autocorrelation from the Hilbert transformed ultrasonic response signal in the Hilbert transform step; 자동상관 연산단계의 출력신호에서 FHWM(Full Half Width Maximum) 함수를 취해, 커널크기(Kernel Size)를 구하는 커널크기 연산단계;A kernel size calculation step of taking a full half width maximum (FHWM) function from an output signal of an autocorrelation operation step and obtaining a kernel size; 를 거쳐 구하여 지는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.The method for measuring the biological tissue elasticity or cure, characterized in that obtained through.
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