KR101117550B1 - 탄성 영상 제공방법 - Google Patents

Abstract

대상체 조직의 성질을 영상화하는 횡탄성 영상제공을 통하여 병변의 발견을 용이하게 하는 탄성영상 제공방법이 개시되어 있다. 본 발명에 의한 탄성영상 제공방법은 제1 단계로 고출력 초음파의 송신시 음장깊이를 길게 형성하는 방법으로 2차원 평면파인 횡파를 만들어내는 송신용 제1 트랜스듀서를 배치하고, 제2 단계로 상기 송신용 제1 트랜스듀서에서 발생하는 횡파를 수신하여 횡파의 도착시간을 측정하는 수신용 제2 트랜스듀서를 상기 송신용 제1 트랜스듀서와 병렬적으로 배치하고, 제3 단계로 상기 제1 트랜스듀서와 상기 제2 트랜스듀서의 거리를 측정하고, 제4 단계로 상기 제2 단계에서 측정한 횡파의 도착시간과 상기 제3 단계에서 측정한 거리를 통하여 횡파의 속도를 계산하고, 5단계로 상기 제4 단계에서 도출한 횡파의 속도를 C_T =

=

(μ는 횡탄성, ρ는 밀도, E는 종탄성, ν는 포아슨비)에 대입하여 횡탄성값과 종탄성값을 계산하여 제1 결과를 도출한다. 상술한 구성을 통하여 대상체 조직의 성질을 영상화하는 횡탄성 영상제공을 통해서 병변의 발견을 용이하게 할 수 있다.

Description

탄성 영상 제공방법{METHOD FOR PROVIDING AN ELASTIC IMAGE}

본 발명은 탄성 영상 제공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬 배치된 선형 트랜스듀서를 구비한 횡탄성 영상 제공방법에 관한 것이다.

초음파를 이용한 의료용 진단장치는 초음파의 반사, 흡수, 산란하는 특성을 이용하여 대상체에 초음파 신호를 송신하고, 대상체에서 반사되는 초음파 신호를 수신하며, 수신된 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하여 초음파 진단결과를 제공한다. 종래의 방법을 통한 초음파 영상 제공방법은 조직 간의 임피던스 차이로 도출되는 반사계수를 이용하였으나, 이는 암이나 종양과 같은 병변은 대상체의 주위 조직에 비하여 반사계수의 차이가 크지 않으므로 초음파 결과를 통하여 용이하게 진단할 수 없는 한계가 있다.

본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 대상체 조직의 성질을 영상화하는 횡탄성 영상제공을 통하여 병변의 발견을 용이하게 하고자 함에 있다.

또한, 종래의 방법을 통한 초음파 진단방법은 대상체를 1번만 측정하여 결과를 도출함으로써 측정 장비의 위치에서 오는 오차를 수인하게 되어서 좀 더 세밀하고 정확한 결과를 도출할 수 없는 한계가 있었다. 따라서 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제2 목적은 2개의 트랜스듀서의 역할만 바꾸어 같은 과정을 반복함으로써 얻어지는 결과의 평균값을 제공하여 좀 더 정확한 진단결과를 제공하고자 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 본 발명인 탄성 영상 제공방법은 제1 단계로 고출력 초음파의 송신시 음장깊이를 길게 형성하는 방법으로 2차원 평면파인 횡파를 만들어내는 송신용 제1 트랜스듀서를 배치하고, 제2 단계로 상기 송신용 제1 트랜스듀서에서 발생하는 횡파를 수신하여 횡파의 도착시간을 측정하는 수신용 제2 트랜스듀서를 상기 송신용 제1 트랜스듀서와 병렬적으로 배치하고, 제3 단계로 상기 제1 트랜스듀서와 상기 제2 트랜스듀서의 거리를 측정하고, 제4 단계로 상기 제2 단계에서 측정한 횡파의 도착시간과 상기 제3 단계에서 측정한 거리를 통하여 횡파의 속도를 계산하고, 5단계로 상기 제4 단계에서 도출한 횡파의 속도를 C_T =

=

(μ는 횡 탄성, ρ는 밀도, E는 종 탄성, ν는 포아슨비)에 대입하여 횡탄성값과 종탄성값을 계산하여 제1 결과를 도출한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 본 발명인 탄성 영상 제공방법은 상기 제1 트랜스듀서 및 상기 제2 트랜스듀서가 서로 송수신 역할을 바꾸어 측정된 값으로 제2 결과를 도출하며, 상기 제1 결과 및 제2 결과의 평균값을 제공한다.

상술한 구성을 통하여 대상체 조직의 성질을 영상화하는 횡 탄성 영상제공을 통해서 병변의 발견을 용이하게 할 수 있다. 즉, 2차원 횡파 평면파를 발생시키고 평면파의 진행 속도를 2차원 평면상에서 동시에 측정함으로써 병변의 횡탄성 영상을 제공할 수 있다. 인체의 연조직에서 암과 같은 종양이 발생하면 종양이 단단해지면서 종양의 탄성 값이 증가하므로, 횡파의 음속도도 증가하게 되는데, 횡파의 음속도를 측정하면 횡탄성값을 알게 되어 병변을 진단할 수 있는 것이다.

또한, 종래의 방법을 통한 초음파 진단방법이 갖는 오차의 범위를 줄일 수 있다. 즉, 대상체를 1번만 측정하여 이를 최종 결과로 바로 단정짓는 것이 아니라, 측정 장비로 사용된 2개의 트랜스듀서에서 이들의 역할만 바꾸어 같은 과정을 반복함으로써 얻어지는 2번의 결과의 평균값을 제공하여 좀 더 정확한 진단 결과를 제공할 수 있다.

도 1은 초음파에 의한 음향복사력의 발생을 도시한 개략도이다.
도 2는 음장깊이를 길게 형성하도록 송신함으로써 평면파 횡파가 발생함을 나타낸 개략도이다.
도 3은 선형 트랜스듀서의 모든 소자에서 송신을 함으로써 평면상에서 음향복사력이 발생하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 4는 2차원 평면파 횡파가 전달되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 병변이 있는 영역을 지나는 평면파 횡파의 파면이 왜곡되는 현상을 나타낸 개략도이다.

초음파에 의한 음향복사력의 발생을 도시한 도 1을 참조하여 설명하면, 1MHz 내지 10MHz에 해당하는 고출력의 초음파를 인체의 연조직에 송신하면 초음파의 음압에 의하여 인체의 연조직이 밀려나게 된다. 이러한 힘을 음향복사력(acoustic radiation force)이라고 하며, 그 힘의 크기는

(Ⅰ는 초음파의 음압의 강도(intensity)[W/cm²], α는 조직의 감쇄 계수[NP/m], c는 음속도[m/s])로 주어진다. 이러한 음향복사력에 의해서 인체의 연조직이 이동하면, 송신 음장의 방향과 직각으로 횡파가 발생한다. 인체의 연조직에서 종파의 음속도는 1500m/s정도 되지만, 횡파의 음속도는 1m/s 내지 10m/s 정도의 범위에 있으며, 횡파의 음속도 C_T는 횡탄성값(shear modulus)μ와 다음의 관계를 가진다. C_T =

=

(E는 종탄성값, μ는 횡탄성값, ρ는 매질의 밀도, E는 종탄성, ν는 포아슨비)

인체의 연조직에서 암과 같은 종양이 발생하게 되면, 연조직이 단단해지면서 탄성 값이 증가한다. 따라서 이에 따라 횡파의 음속도도 증가하게 되므로, 횡파의 음속도를 측정하면 조직의 횡탄성값을 알 수 있게 되어 병변을 진단할 수 있다.

본 발명을 실시하기 위한 바람직한 일 실시 예에 의하면, 탄성 영상을 제공하기 위한 제1 단계로 고출력 초음파의 송신시 음장깊이를 길게 형성하는 방법으로 2차원 평면파인 횡파를 만들어내는 송신용 제1 트랜스듀서(A)를 배치한다. 도 2를 참조하여 제1 단계를 설명하면, 평면파 횡파를 발생시키기 위하여 음장깊이가 충분히 길게 형성되도록 고출력 초음파를 송신하며, 트랜스듀서는 송신용 트랜스듀서로서 고출력 초음파를 송신할 때 송신 음장을 제어하여 음장깊이가 길게 형성되도록 송신한다. 음장깊이를 길게 형성하기 위한 방법으로는 수십 밀리세컨드(ms)길이의 버스트(burst)를 송신하는 방법이나 다중초점깊이에 동시에 집속하여 송신하는 방법이 사용된다. 이러한 방법으로 음장의 주사선 방향으로 길이가 긴 음장 깊이에서 음향 복사력을 만들 수 있으므로, 도 2에서 보이는 바와 같이 복사력의 수직방향으로 평면파 횡파를 발생시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 의한 도 3을 참조하면, 선형 트랜스듀서의 모든 소자에서 동시에 버스트를 송신하면 초음파 음장이 지나는 2차원 평면에서 음향복사력이 발생한다. 이러한 방법에 의해서 도 4에서 보이는 바와 같이 송신 음장이 지나는 평면에서 수직방향으로 양쪽으로 2차원 평면파 횡파가 발생한다. 암과 같은 종양이 있는 병변이 있는 조직에서는 횡파의 측정속도가 빨라지므로, 횡파 평면파가 병변을 통과하면 횡파의 파면이 휘어지게 되어서 더 빨리 병변을 통과하게 된다. 도 5는 이러한 현상이 적용된 병변을 지나는 횡파의 파면을 도시하였다.

탄성 영상을 제공하기 위한 제2 단계로 송신용 제1 트랜스듀서(A)에서 발생하는 횡파를 수신하여 횡파의 도착시간을 측정하는 수신용 제2 트랜스듀서(B)를 상기 송신용 제1 트랜스듀서(A)와 병렬적으로 배치한다. 도 5를 참조하면, 제1 트랜스듀서(A)는 평면파를 발생시키기 위한 송신용 트랜스듀서이며, 제2 트랜스듀서(B)는 수신용 트랜스듀서로서 횡파의 진행을 관찰하고 측정하기 위하여 제1 트랜스듀서(A)와 병렬로 배치한다. 즉, 송신용 제1 트랜스듀서(A)는 횡파를 발생시킴과 동시에 수신용 제2 트랜스듀서(B)는 고속으로 영상을 획득하여 횡파의 도착시간을 체크한다. 이러한 방법으로 획득된 데이터를 통하여, 조직의 전체 영상에서 횡파가 빨리 도착하는 부분에 병변이 존재함을 확인가능하다.

탄성 영상을 제공하기 위한 제3 단계로 상기 제1 트랜스듀서(A)와 상기 제2 트랜스듀서(B)의 거리를 측정한다. 두 개의 트랜스듀서의 거리를 통해 횡파의 도착시간으로부터 횡파의 속도를 계산할 수 있으며, 이들 결과를 토대로 횡탄성값과 종탄성값이 계산가능하다.

즉, 탄성영상을 제공하기 위한 제4 단계로 제2 단계에서 측정한 횡파의 도착시간과 제3 단계에서 측정한 거리를 통하여, 횡파의 속도를 계산하며, 탄성영상을 제공하기 위한 제5 단계로 제4 단계에서 도출한 횡파의 속도를 C_T =

=

(μ는 횡탄성, ρ는 밀도, E는 종탄성, ν는 포아슨비)에 대입하여 횡탄성값과 종탄성값을 계산하여 제1 결과를 도출한다.

또한, 종래의 초음파 진단방법이 갖는 오차의 범위를 줄이기 위하여, 측정장비로 사용된 제1 트랜스듀서(A) 및 제2 트랜스듀서(B)가 서로 송수신 역할을 바꾸어 측정된 값으로 제2 결과를 도출한다. 이러한 두 번의 측정을 통하여, 제1 결과와 제2 결과의 평균값을 제공함으로써 측정 오차를 감소시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 고출력 초음파의 송신시 음장 깊이를 길게 형성하기 위해, 음장의 주사선 방향으로 길이가 긴 음장 깊이에서 음향 복사력을 발생시켜, 복사력의 수직방향으로 평면파 횡파를 발생 또는 선형 트랜스듀서의 모든 소자에서 동시에 버스트를 송신하여 초음파 음장이 지나는 2차원 평면에서 음향복사력을 발생시켜, 송신 음장이 지나는 평면에서 수직방향의 양쪽으로 2차원 평면파 횡파를 만들어내는 송신용 제1 트랜스듀서(A)를 배치하는 제1 단계;
   상기 송신용 제1 트랜스듀서(A)에서 발생하는 횡파를 수신하여 횡파의 도착시간을 측정하는 수신용 제2 트랜스듀서(B)를 상기 송신용 제1 트랜스듀서(A)와 병렬적으로 배치하는 제2 단계;
   상기 측정된 횡파의 도착시간으로부터 제1 트랜스듀서(A)와 상기 제2 트랜스듀서(B)의 거리를 측정하는 제3 단계;
   상기 제2 단계에서 측정한 횡파의 도착시간과 상기 제3 단계에서 측정한 거리를 통해, 횡파의 속도를 계산하는 제4 단계; 및
   상기 제4 단계에서 도출한 횡파의 속도를 C_T =

   

   =

   

   (μ는 횡탄성, ρ는 밀도, E는 종탄성, ν는 포아슨비)에 대입하여 횡탄성값과 종탄성값을 계산하여 제1 결과를 도출하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 영상 제공방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 트랜스듀서(A) 및 제2 트랜스듀서(B)를 서로 송수신 역할을 바꾸어, 상기 제 2단계 내지 5단계를 거쳐 측정한 값으로 제2결과를 도출하여, 상기 제1결과와 제2결과의 평균값을 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성 영상 제공방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단계의 음장깊이를 길게 형성하는 방법은 밀리세컨드(ms) 길이의 버스트(burst)를 송신하는 것을 특징으로 하는 탄성 영상 제공방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단계의 음장깊이를 길게 형성하는 방법은 다중초점 깊이에 동시에 집속하여 송신하는 것을 특징으로 하는 탄성 영상 제공방법.

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