KR101581686B1 - Multipurpose beam focusing system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다목적 빔 집속 시스템에 관한 것으로, 특히 다양한 형태의 빔 집속 구조를 하나의 통합된 구조에서 용이하고 정확하게 구현할 수 있는 다목적 빔 집속 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a multipurpose beam focusing system, and more particularly, to a multipurpose beam focusing system capable of easily and accurately realizing various types of beam focusing structures in one integrated structure.
IT 기술이 급격히 발전함에 따라 다른 분야에서도 IT 기술이 융합되어 발전하고 있는데, 그 중에서도 특히 IT 기술이 의료 분야에 융합되어 널리 적용되고 있는 추세이다. 이처럼 IT 기술이 의료 분야에 적용되고 있는 기술 중 하나인 의료 초음파는 초음파 신호를 이용하여 인체 내 근육, 힘줄, 내부 장기들, 내부 장기의 크기 및 구조, 병리학적 손상을 실시간으로 단층 영상으로 가시화하는 진단 의료 영상 기술 중 하나이다. As IT technology develops rapidly, IT technology is converging in other fields. In particular, IT technology is being widely applied to medical field. Medical ultrasound, which is one of the technologies that IT technology is applied to medical field, uses ultrasound signals to visualize the size, structure, and pathological damage of muscles, tendons, internal organs and internal organs in the human body in real time as tomographic images It is one of diagnostic medical imaging technology.
이러한 의료 초음파 기술은 인체 내부에서 반사된 초음파 신호의 에너지를 측정하여 인체의 내부를 비침습적으로 영상화한다. 이때, 사용되는 초음파 동적 수신 빔 집속은 인체 내 각 깊이에서 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 집속 복원하는 기술로서 초음파 영상의 측방향(Lateral Direction) 해상도를 증가시키기 위해 주로 사용된다. This medical ultrasound technique measures the energy of the reflected ultrasound signal inside the human body and non-invasively images the inside of the human body. At this time, the used ultrasonic dynamic reception beam focusing is mainly used to increase the lateral direction resolution of the ultrasound image by concentrating and restoring the ultrasound signal reflected from each depth in the human body.
초음파 영상을 구성함에 있어 인체 내부로 송신되었다가 대상체로부터 반사된 초음파 신호는 초음파 배열 변환자의 배열소자들로 입력된다. 이때, 상기 대상체로부터 각 배열소자까지의 거리가 서로 다르기 때문에 대상체로부터 반사된 초음파 신호가 입력되는 시간 또한 각각 다르다. 이에 따라, 각 배열에 서로 다른 지연시간을 적용한 후, 초음파 신호를 합산하여 해당 대상체로부터 반사되어 온 초음파 신호를 집속 복원한다. In constructing the ultrasound image, the ultrasound signals transmitted to the inside of the human body and reflected from the target object are inputted into the array elements of the ultrasonic array transducer. At this time, since the distances from the object to the array elements are different from each other, the time at which the ultrasound signals reflected from the object are input is also different. Accordingly, after different delay times are applied to the respective arrays, the ultrasound signals are summed and the ultrasound signals reflected from the target object are collected and restored.
또한 정확한 빔 집속을 위해서는 지연 해상도가 초음파 배열 변환자의 중심 주파수의 16배 이상을 만족하여야 하는데, 고속 표본화의 경우 시스템 구현 비용상 비효율적이기 때문에 통상적으로 중심 주파수의 4배 내지 8배 정도로 신호를 표본화하고, 나머지 2배 내지 4배 세밀한 지연 해상도는 빔 집속기의 종류에 따라 다른 방식으로 보상 가능하다. 이때, 빔 집속기의 종류는 지연 적용방식에 따라 보간(Interpolation) 빔 집속기, 위상변환(Phase Rotation) 빔 집속기, 분수 지연 (Fractional delay filtering) 빔 집속기 등과 분석 신호(Analytic signal)를 이용한 새로운 빔 집속 방식을 사용하는 분석 신호(Analytic signal) 빔 집속기가 있다. Also, for accurate beam focusing, the delay resolution should be at least 16 times the center frequency of the ultrasound transducer. In the case of high-speed sampling, the signal is typically sampled at four to eight times the center frequency since it is inefficient in terms of system implementation cost , And the remaining 2 to 4 times finer delay resolution can be compensated in different ways depending on the type of beam concentrator. In this case, the types of beam concentrators can be classified into two types according to the delay application method: an interpolation beam concentrator, a phase rotation beam concentrator, a fractional delay filtering beam concentrator, and an analytic signal There is an analytic signal beam concentrator that uses the new beam focusing method.
초음파 영상기기 제작 회사들은 각자 독자적인 빔집속 방식을 통해 여러 제품군을 상업화 시키는데, 하나의 빔집속 방식만을 이용하여 다양한 응용 분야의 제품을 개발할 경우, 성능적인 최적화가 어려워 제품을 다변화할 수 없는 문제점이 발생했다.
Ultrasonic imaging device makers commercialize various product groups through their own beam focusing methods. When developing products of various application fields using only one beam focusing method, it is difficult to optimize the performance, so that the product can not be diversified did.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 하나의 통합된 빔 집속 구조를 통해 보간, 위상 변환, 분수 지연, 분석 신호 빔 집속 방법을 모두 지원함으로써, 목적하는 초음파 기기의 사양 및 응용에 따라 용이한 구현을 가능하게 하는 다목적 빔 집속 시스템을 제공하고자 한다.
In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention supports interpolation, phase transformation, fractional delay, and analytical signal beam focusing methods through a single integrated beam focusing structure, And to provide a multi-purpose beam focusing system that enables easy implementation according to the present invention.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 다목적 빔 집속 시스템은 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N(상기 N은 자연수이다.)배의 표본화 주파수로 상기 초음파 신호를 표본화하는 표본화부; 상기 표본화부에서 표본화된 초음파 신호에 가변 가능한 계수를 곱하는 가변곱셈부; 상기 가변곱셈부로부터 출력된 초음파 신호를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 빔 집속을 수행하고자 하는 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 지연계산부; 및 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 빔 집속을 수행하고자 하는 초음파 신호를 선택하고, 선택한 초음파 신호에 대하여 상기 시간 지연값 및 기설정된 필터 계수를 이용하여 필터링하는 가변필터부; 를 포함하되, 상기 가변필터부는초음파 신호의 빔 집속 방법이 변화함에 따라 내부 구성이 변경되는 것을 특징으로 한다. The multi-purpose beam focusing system according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is characterized in that N (N is a natural number) times the center frequency of the array converter for receiving the ultrasound signals reflected from the focal point, A sampling unit for sampling the ultrasound signal; A variable multiplier for multiplying the sampled ultrasound signal by a variable coefficient; A memory unit for storing the ultrasonic signal output from the variable multiplier; A delay calculation unit for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be focused on the beam among the ultrasound signals stored in the memory unit; And a controller for receiving a plurality of ultrasound signals from the memory unit and selecting an ultrasound signal to be focused among the plurality of received ultrasound signals, filtering the selected ultrasound signals using the time delay value and a predetermined filter coefficient, A variable filter section; Wherein the variable filter unit changes its internal configuration as the beam focusing method of the ultrasonic signal changes.
특히, 두 개의 데이터 경로로 각각 나누어 배치되어, 초음파 신호의 동상(Inphase)성분 및 직교(Quadrature)성분을 각각 나누어 처리하는 가변필터부를 포함할 수 있다.In particular, it may include a variable filter unit that is divided into two data paths and processes the inphase component and the quadrature component of the ultrasound signal, respectively.
보다 바람직하게는 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 필터 연산을 수행하는 제 1 필터부; 상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 하나의 초음파 신호를 선택하는 멀티플렉서부; 상기 멀티플렉서부로부터 선택된 하나의 초음파 신호에 대하여 필터 연산, 위상 변환 및 데시메이션을 수행하는 제 2 필터부;를 각각 포함하여, 제1 데이터 경로 및 제2 데이터 경로로 이루어지는 가변필터부를 포함할 수 있다.A first filter unit for receiving a plurality of ultrasound signals from the memory unit and performing a filter operation; A multiplexer unit receiving a plurality of ultrasound signals output from the first filter unit and selecting one of a plurality of ultrasound signals inputted; And a second filter unit for performing a filter operation, a phase transformation, and a decimation on one ultrasonic signal selected from the multiplexer unit, and may include a variable filter unit including a first data path and a second data path .
보다 바람직하게는 상기 메모리부로부터 입력받은 복수 개의 초음파 신호의 데이터율을 기설정된 상향 표본화 인수 배로 증가시키는 상향 표본화부; 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터; 상기 복수 개의 레지스터로부터 출력된 각각의 신호마다 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및 상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기; 를 포함하는 제 1 필터부를 포함할 수 있다. The upstream sampling unit may increase the data rate of the plurality of ultrasound signals received from the memory unit by a predetermined up sampling factor. A plurality of registers serially connected to each other so as to correspond to a predetermined number of taps; A plurality of multipliers for multiplying each signal output from the plurality of registers by a predetermined filter coefficient; And a plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers; And a second filter unit including the first filter unit.
보다 바람직하게는 상기 제 1 필터부 내 복수 개의 레지스터 중 마지막 레지스터의 출력 신호 및 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 각각 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및 상기 제 1 필터부 내 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호와, 접지 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 2 멀티플렉서;를 포함하는 멀티플렉서부를 포함할 수 있다. A first multiplexer for receiving the output signal of the last register among the plurality of registers in the first filter unit and the output signal of the last adder among the plurality of adders of the first filter unit, ; And a second multiplexer for receiving the output signal of the last adder among the plurality of adders in the first filter unit and the ground signal, and selecting and outputting one signal.
보다 바람직하게는 상기 멀티플렉서부 내 제 1 멀티플렉서의 출력 신호를 입력받고, 입력 신호의 데이터율을 기설정된 하향 표본화 인수 배로 감소시켜 출력하는 하향 표본화부; 상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터; 상기 복수 개의 레지스터 내 제2 레지스터의 출력 신호 및 다른 데이터 경로 내 제 2 필터부에 포함된 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 3 멀티플렉서; 상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호와 상기 제 3 멀티플렉서의 출력 신호마다 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및 상기 복수 개의 곱셈기로부터 각각 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기; 를 포함하는 제 2 필터부를 포함할 수 있다.A downstream sampling unit for receiving an output signal of the first multiplexer in the multiplexer unit and decreasing a data rate of the input signal to a predetermined down sampling factor; A plurality of registers connected in series to each other for receiving and outputting a signal output from the downsampling unit; A third multiplexer for receiving an output signal of a second register in the plurality of registers and an output signal of a first register in a register included in a second filter unit in another data path, and selecting and outputting one signal; A plurality of multipliers for multiplying the output signal of the first register among the plurality of registers and the output signal of the third multiplexer by predetermined filter coefficients, respectively; And a plurality of adders for summing the signals output from the plurality of multipliers, respectively; And a second filter unit including the second filter unit.
특히, 보간 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 입력받은 초음파 신호에 대하여 보간 필터를 수행하는 제 1 필터부를 포함할 수 있다.In particular, when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an interpolation beam focusing method, the first filter unit may perform an interpolation filter on the input ultrasonic signal.
보다 바람직하게는 보간 빔 집속 방법, 분수 지연 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속 방법을 수행하는 경우, 상기 제 1 필터부의 복수 개의 레지스터 중 마지막 레지스터의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 2 멀티플렉서; 를 포함하는 멀티플렉서부를 포함할 수 있다.More preferably, when the beam focusing method of the ultrasonic signal is performed using the interpolation beam focusing method, the fractional delay beam focusing method, and the analytic signal beam focusing method, the output signal of the last register among the plurality of registers of the first filter is selected To the first multiplexer; And a second multiplexer for selecting and outputting an output signal of an last adder among the plurality of adders of the first filter unit; And a multiplexer section.
보다 바람직하게는 보간 빔 집속 방법, 분수 지연 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 하향 표본화 인수를 1로 설정하여 상기 멀티플렉서부로부터 선택된 신호의 데이터율을 감소시키지 않는 하향 표본화부; 상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터; 상기 복수 개의 레지스터 내 마지막 레지스터의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 3 멀티플렉서; 상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호와 상기 제 3 멀티플렉서의 출력 신호에 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및 상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;를 포함하는 제 2 필터부를 포함할 수 있다.More preferably, when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an interpolation beam focusing method, a fractional delay beam focusing method, and an analytical signal beam focusing method, a downstream sampling factor is set to 1, and a data rate of a signal selected from the multiplexer A down sampling unit which does not decrease the sampling rate; A plurality of registers connected in series to each other for receiving and outputting a signal output from the downsampling unit; A third multiplexer for selecting and outputting an output signal of a last register in the plurality of registers; A plurality of multipliers for multiplying the output signal of the first register among the plurality of registers and the output signal of the third multiplexer by predetermined filter coefficients, respectively; And a plurality of adders for summing the signals output from the plurality of multipliers.
특히, 분수 지연 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 분수 지연 필터를 수행하는 제 1 필터부를 포함할 수 있다. In particular, when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a fractional delay beam focusing method, the first filter unit may perform a fractional delay filter.
보다 바람직하게는 분수 지연 빔 집속 방법, 위상 변환 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 상향 표본화 인수를 1로 설정하여 입력받은 초음파 신호의 데이터율을 증가시키지 않는 상향 표본화부; 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터; 상기 복수 개의 레지스터로부터 출력된 신호마다 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및 상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;를 포함하는 제 1 필터부를 포함할 수 있다. More preferably, when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a fractional delay beam focusing method, a phase conversion beam focusing method, and an analysis signal beam focusing method, a plurality of ultrasound signals are received from the memory unit, 1, the upstream sampling unit does not increase the data rate of the input ultrasonic signal; A plurality of registers serially connected to each other so as to correspond to a predetermined number of taps; A plurality of multipliers for multiplying each of the signals output from the plurality of registers by predetermined filter coefficients; And a plurality of adders for summing the signals output from the plurality of multipliers.
보다 바람직하게는 위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 두 개의 데이터 경로에 각각 
보다 바람직하게는 위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 안티 엘리어싱 필터(Anti-aliasing filter)를 수행하는 제 1 필터부; 상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 신호를 입력받아 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부; 상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받아, 하향 표본화 및 위상변환을 수행하는 제 2 필터부;를 각각 포함하여, 제1 데이터 경로 및 제2 데이터 경로로 이루어지는 가변필터부를 포함할 수 있다. In the case of beam focusing of an ultrasonic signal using a phase conversion beam focusing method, a first filter that receives a plurality of ultrasonic signals from the memory unit and performs an anti-aliasing filter, part; A multiplexer unit receiving a plurality of signals output from the first filter unit and selecting and outputting one signal; And a second filter unit that receives a signal output from the multiplexer unit and performs downsampling and phase conversion, and includes a variable filter unit including a first data path and a second data path.
보다 바람직하게는 위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및 접지 신호를 출력하는 제 2 멀티플렉서; 를 포함하는 멀티플렉서부를 포함할 수 있다. A first multiplexer for selecting and outputting an output signal of an last adder among a plurality of adders of the first filter unit when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method; And a second multiplexer for outputting a ground signal; And a multiplexer section.
보다 바람직하게는 위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받고, 하향 표본화 인수를 설정하여 입력받은 신호의 데이터율을 감소시키는 하향 표본화부; 상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터; 다른 데이터 경로 내 제 2 필터부의 레지스터 중 제1 레지스터로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하는 제 3 멀티플렉서; 상기 제1 데이터 경로 내 상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터로부터 출력된 신호와 상기 제 3 멀티플렉서로부터 출력된 신호에 각각 
보다 바람직하게는 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 입력받은 초음파 신호에 대하여 L배 상향 표본화 및 직교 대역 필터(Qaudrature bandpass filter)연산을 수행하는 제 1 필터부; 상기 제 1 필터부로부터 출력된 신호를 입력받고, 입력받은 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부; 및 상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받아, 직교 대역 필터 연산을 연장하여 수행하는 제 2 필터부; 를 각각 포함하며, 필터 계수를 조정하여 초음파 신호의 중심주파수에 해당하는 데이터율로 신호를 출력하는 가변필터부를 포함할 수 있다.
In the case of beam focusing of an ultrasonic signal using an analytical signal beam focusing method, a plurality of ultrasound signals are received from the memory unit, and an L-fold upward sampling and a quadrature band filter a first filter unit for performing a bandpass filter operation; A multiplexer unit receiving a signal output from the first filter unit and selecting one of the input signals and outputting the signal; And a second filter unit receiving the signal output from the multiplexer unit and extending the orthogonal band filter operation. And a variable filter unit that adjusts a filter coefficient to output a signal at a data rate corresponding to a center frequency of the ultrasonic signal.
본 발명의 다목적 빔 집속 시스템은 제조사가 서로 다른 초음파 영상기기를 제작하더라도 원하는 빔 집속방법을 용이하고 정확하게 구현하여 초음파 영상의 획득을 위한 소요 비용 및 시간이 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.The multi-purpose beam focusing system of the present invention can easily and accurately implement a desired beam focusing method even if the manufacturer manufactures different ultrasound imaging devices, thereby preventing an increase in cost and time required for acquiring ultrasound images.
또한, 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템은 하나의 칩 혹은 IP로 구현하여 제품 개발에 적용할 경우, 다양한 제품군에서 통합된 하나의 구조를 통해 서로 다른 빔 집속 방식을 지원함에 따라, 응용분야를 확장하여 제품의 다변화를 이룰 수 있는 효과가 있다. 따라서 본 발명에 의해 신생 업체는 다양한 제품을 경제적으로 제작할 수 있고, 기존 업체는 출시되었던 제품의 빔집속기를 변경하는 것만으로 제품을 다변화할 수 있다.When the multi-purpose beam focusing system according to the present invention is implemented in one chip or IP and is applied to product development, since it supports different beam focusing methods through a single integrated structure in various product groups, There is an effect that the product can be diversified. Therefore, according to the present invention, a start-up company can manufacture various products economically, and an existing company can diversify a product by merely changing a beam-focusing device of a released product.
더불어, 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템은 특히 보간 빔 집속 방식 및 분수 지연 빔 집속 방식을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 데이메이션부와 위상 변환부를 바이패스하여 빔 집속 과정에서 제외할 수 있다. 또한 분석 신호 빔 집속 방식에서 필터 연산을 이용하여 미세지연을 적용하는 경우, 데시메이션부에서 직교 대역 통과 필터 연산 및 하향 표본화를 통한 분석 신호를 생성할 수 있고 필터부는 미세지연 적용에 사용할 수 있으므로 미세 지연을 위한 외부 구조가 추가로 필요하지 않아 구성을 간소화할 수 있는 효과가 있다.
In addition, in the multi-purpose beam focusing system of the present invention, when beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an interpolation beam focusing method and a fractional delay beam focusing method, the beam focusing part and the phase converting part are bypassed and excluded in the beam focusing step . In addition, when the fine delay is applied using the filter operation in the analysis signal beam focusing method, the analysis unit can generate the analysis signal through the orthogonal bandpass filter operation and the downsampling in the decimation unit, and the filter unit can be used for the fine delay application. There is no need to additionally provide an external structure for the delay, so that the configuration can be simplified.
도 1은 종래기술에 따른 보간 빔 집속기의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래기술에 따른 분수 지연 빔 집속기 구조를 나타낸 개념도이다.
도 3은 종래기술에 따른 위상변환 빔 집속기 구조를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 신호 빔 집속기 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 빔 집속 기본 구조를 나타낸 개념도이다.
도 6은 가변 필터구조를 나타낸 개념도이다.
도 7은 보간 빔 집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.
도 8은 분수지연 빔 집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.
도 9는 위상변환 빔 집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.
도 10은 분석신호 빔 집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다목적 빔 집속 기본 구조를 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a structure of an interpolating beam concentrator according to the related art.
2 is a conceptual diagram illustrating a fractional delay beam concentrator structure according to the prior art.
3 is a conceptual view showing a structure of a conventional phase-shifting beam concentrator.
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a structure of an analysis signal beam focusing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a multipurpose beam focusing basic structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual view showing a variable filter structure.
7 is a conceptual view of a variable filter in an interpolation beam focusing structure.
8 is a conceptual view of a variable filter in a fractional delay beam focusing structure.
9 is a conceptual view of a variable filter in a phase conversion beam focusing structure.
10 is a conceptual diagram of a variable filter in an analysis signal beam focusing structure.
11 is a conceptual diagram illustrating a general-purpose beam focusing basic structure according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
먼저, 본 발명에 대하여 구체적인 설명을 하기에 앞서, 초음파 빔 집속과정에 대하여 살펴보도록 한다. First, before describing the present invention in detail, an ultrasound beam focusing process will be described.
초음파 영상을 구성함에 있어서, 인체 내부로 송신되었다가 대상체로부터 반사된 초음파 신호는 초음파 배열 변환자의 배열소자들로 입력된다. 이때, 상기 대상체로부터 각 배열소자까지의 거리가 서로 다르기 때문에 대상체로부터 반사된 초음파 신호가 입력되는 시간 또한 각각 다르다. 이에 따라, 각 배열에 서로 다른 지연시간을 적용한 후, 초음파 신호를 합산하여 해당 대상체로부터 반사되어 온 초음파 신호를 집속 복원한다.In constructing the ultrasound image, the ultrasound signals transmitted to the inside of the human body and reflected from the target object are input to the array elements of the ultrasound array transducer. At this time, since the distances from the object to the array elements are different from each other, the time at which the ultrasound signals reflected from the object are input is also different. Accordingly, after different delay times are applied to the respective arrays, the ultrasound signals are summed and the ultrasound signals reflected from the target object are collected and restored.
초음파 신호 집속 시 높은 해상도의 초음파 영상을 얻기 위해서는 각 배열 변환자에 할당하는 가변 시간 지연값을 통상 배열 변환자 중심주파수(f0)의 16 배로 표본화하여 계산해야 하지만 A/D 변환기(Analog to Digital Converter)의 성능과 집속에 사용되는 메모리의 크기 등을 고려하여, 먼저 이보다 낮은 표본화 주파수(sampling frequency)로 표본화한 후 이를 보간함으로써, 16f0로 표본화한 경우와 동일한 결과를 얻어 디지털 빔 집속 시스템에서 사용한다.In order to obtain a high-resolution ultrasound image at the time of ultrasound signal convergence, the variable time delay value allocated to each array transformer should be sampled at 16 times the normal array transformer center frequency (f 0 ) And the size of the memory used in the focusing are taken into account, the sampling frequency is firstly sampled at a sampling frequency lower than the sampling frequency, and then the sampling frequency is interpolated to obtain the same result as in the case of sampling to 16f 0 . use.
상술한 빔 집속 방법은 크게 보간(Interpolation) 빔 집속, 분수 지연(Fractional delay) 빔 집속, 위상 변환(Phase Rotation) 빔 집속 등이 있고, 새로운 빔 집속 방식으로 분석 신호(Analytic signal) 빔 집속이 있다.The beam focusing method described above includes an interpolation beam focusing, a fractional delay beam focusing, a phase rotation beam focusing, and the like, and there is a new beam focusing method and an analytic signal beam focusing .
이하, 도 1 내지 도 4를 통해 종래기술에 따른 보간 빔 집속기, 분수 지연 빔 집속기, 위상 변환 빔 집속기 및 새로운 빔 집속 방식을 이용한 분석 신호 빔 집속기의 구조에 대하여 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the structure of an analytic signal beam concentrator using an interpolating beam concentrator, a fractional delay beam concentrator, a phase conversion beam concentrator, and a new beam focusing system according to the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.
첫 번째, 보간 빔 집속은 상대적으로 낮은 표본화율의 데이터를 이용하여 더 높은 표본화율의 데이터를 추정하는 것으로서, 이를 구현 하기 위해 보간 필터(Interpolation Filter)가 사용된다. First, an interpolation beam is used to estimate data of a higher sampling rate using data of a relatively low sampling rate, and an interpolation filter is used to realize this.
이러한 보간 빔 집속 방법을 구현하기 위한 빔 집속기는 통상 중심 주파수의 4 배로 데이터를 표본화하고, 추가적으로 4 배 보간을 통해 중심 주파수의 16배 해상도를 획득한다. 이러한 보간 빔 집속 방법을 사용하면 정확도가 가장 높은 장점이 있다.The beam concentrator for implementing the interpolation beam focusing method typically samples the data at four times the center frequency and further obtains a resolution of 16 times the center frequency through four times interpolation. Using this interpolation beam focusing method has the advantage of the highest accuracy.
도 1는 종래기술에 따른 보간 빔 집속기의 구조를 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic view showing the structure of an interpolating beam concentrator according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 보간 빔 집속기 구조는 각 채널별로 입력된 신호에 대하여 표본화부가 표본화를 수행한 후, 표본화된 신호가 메모리부에 저장된다. 이때, 지연시간 계산부가 표본화된 신호에 서로 다른 지연시간을 인가하기 위해서, 미리 설정한 코스 지연 시간(Coarse delay)을 상기 메모리부로 전송하고, 이어서 미리 설정한 미세 지연 시간(Fine delay)을 상기 메모리부의 후단에 배치되는 보간 필터에 전송한다. 이에 따라, 상기 메모리부에 저장된 코스 지연 시간이 인가된 신호가 상기 보간 필터에 전송되어, 필터링이 수행된다. 이후, 상기 보간 필터의 후단에 배치되는 곱셈기가 이득(Gain), 어포다이제이션(Apodization), 어퍼쳐 성장(Aperture Growth) 등의 동작을 수행하며, 이후 가산기를 통해 각 채널 별로 처리된 신호들을 하나의 신호로 더한다. As shown in FIG. 1, in the interpolating beam concentrator structure according to the related art, the sampling unit performs sampling on a signal input for each channel, and the sampled signal is stored in the memory unit. At this time, in order to apply a different delay time to the sampled signal, the delay time calculator transmits a preset coarse delay to the memory unit, and then transmits a preset fine delay to the memory To the interpolation filter disposed at the rear end of the part. Accordingly, a signal to which the course delay time stored in the memory unit is applied is transmitted to the interpolation filter, and filtering is performed. Then, a multiplier disposed at the rear end of the interpolation filter performs an operation such as gain, apodization, aperture growth, and the like, .
두 번째, 분수 지연 빔 집속은 분수 지연 필터(Fractional delay Filter)를 이용하여 표본화된 신호에 미세 지연(Fine delay)을 반영하는 방식을 나타낸다. 특히, 표본화에 의해 얻을 수 있는 코스 지연 시간보다 통상적으로 4 배 세밀한 미세 지연 해상도를 획득하기 위해 각각 0.25, 0.5, 0.75 샘플만큼의 그룹 지연을 반영할 수 있는 분수 지연 필터를 사용할 수 있다. 이때, 0.25 지연을 위한 필터 계수의 순서를 반대로 하면, 0.75 지연을 위한 필터 계수가 되고, 0.5 지연을 위한 필터 계수는 좌우 대칭 형태가 된다. 이를 통해, 분수 지연 빔 집속 방식은 빔 집속 시스템 내부에 곱셈기의 사용을 줄여서 하드웨어를 설계할 수 있다. 하지만 이러한 분수 지연 필터들은 한정된 주파수 대역에서만 올바르게 동작하므로, 다양한 대역의 주파수를 사용하는 경우에는 대역 별로 사용되는 필터들을 별도로 설계해주어야 한다.Second, fractional delay beam focusing represents a method of reflecting a fine delay in a sampled signal using a fractional delay filter. In particular, a fractional delay filter can be used that can reflect group delays of as much as 0.25, 0.5, and 0.75 samples, respectively, to obtain fine delay resolution, typically four times finer than the course delay time obtained by sampling. In this case, if the order of the filter coefficients for the 0.25 delay is reversed, the filter coefficients for the 0.75 delay become 0.5 and the filter coefficients for the 0.5 delay become the left-right symmetrical type. Thus, the fractional delay beam focusing method can design hardware by reducing the multiplier usage in the beam focusing system. However, since these fractional delay filters operate correctly only in a limited frequency band, when using various frequency bands, the filters used for each band should be separately designed.
이러한 종래기술에 따른 분수지연 빔집속기 구조는 도 2를 통해 확인할 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이 종래기술의 분수 지연 빔 집속기는 표본화부, 메모리부, 지연시간계산부, 분수 지연 필터, 곱셈기, 가산기를 통해 구현된다.2, a fractional delay beam concentrator according to the related art includes a sampling unit, a memory unit, a delay time calculator, a fractional delay filter, Multiplier, and adder.
세 번째, 위상 변환 빔 집속은 신호의 위상 변환을 통해 미세 지연 해상도를 획득한다. 이때, 상기 신호는 복조과정을 통해 낮은 주파수 대역인 기저대역으로 이동한다. 따라서 위상 변환 빔 집속은 수신 신호를 데시메이션(decimation)처리하여 데이터 처리율(processing rate)을 낮출 수 있다.Third, the phase conversion beam focusing acquires a fine delay resolution through the phase transformation of the signal. At this time, the signal moves to a baseband which is a low frequency band through a demodulation process. Accordingly, the phase conversion beam focusing can reduce the data processing rate by decimating the received signal.
도 3은 종래기술에 따른 위상 변환 빔 집속기 구조를 나타낸 개념도이다.3 is a conceptual view showing a structure of a conventional phase-shifting beam concentrator.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 위상 변환 빔 집속기 구조에서는 각 채널별로 표본화된 데이터를 동상성분(Inphase)과 직교성분(Quadrature)을 구분하여 각 채널별로 두 개의 데이터 경로가 존재하며, 이에 따라 두 개의 데이터 경로를 통해 표본화된 데이터를 동상성분과 직교성분으로 나누어 처리한다. As shown in FIG. 3 (a), in the phase-shifting beam concentrator structure, data sampled for each channel is divided into an inphase component and a quadrature component so that two data paths exist for each channel, Thus, the sampled data is divided into in-phase and quadrature components through two data paths.
초음파 송신 신호를 
이러한 상기 수학식 1에서 
획득한 초음파 입력 신호는 각각 
이러한 상기 수학식 2에서 
즉, 위상변환 빔 집속기의 위상 변환부(Phase Rotation)로 입력되는 표본화된 데이터의 동상성분이 
이러한 상기 수학식 3을 구현하기 위한 위상변환부의 내부 구조는 도 3(b)와 같이 구성된다. The internal structure of the phase conversion unit for implementing Equation (3) is configured as shown in FIG. 3 (b).
네 번째, 분석 신호 빔 집속은 신호를 직교 대역 필터를 이용하여 양의 주파수 성분 신호만 존재하는 형태의 분석 신호를 획득한다. 이러한 분석 신호는 음의 주파수 대역을 가지지 않기 때문에, 신호의 대역폭 간격으로 하향 표본화하더라도 엘리어싱(aliasing) 문제가 발생하지 않는다.Fourth, the analysis signal beam focusing acquires an analysis signal of a form in which only a positive frequency component signal exists using a signal using an orthogonal band filter. Since the analysis signal does not have a negative frequency band, aliasing does not occur even if downsampling is performed at a bandwidth interval of the signal.
이하, 도 4를 참조하여 분석 신호 빔 집속기의 구조를 살펴보도록 한다. Hereinafter, the structure of the analysis signal beam concentrator will be described with reference to FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분석 신호 빔 집속기 구조를 나타낸 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a structure of an analysis signal beam focusing device according to an embodiment of the present invention.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 분석 신호 빔 집속기 구조는 각 채널별로 2개의 데이터 경로가 존재하도록 하며, 표본화부, 직교 대역 필터부, 메모리부, 지연시간계산부로 구성된다.As shown in FIG. 4A, the analysis signal beam concentrator structure includes two data paths for each channel, and includes a sampling unit, an orthogonal band filter unit, a memory unit, and a delay time calculation unit.
이러한 분석 신호 빔 집속 방법에서 사용하는 직교 대역 필터 
또한 k번 배열소자에서 수신한 초음파 신호 
하기 수학식 5에 대하여 상기 수학식 4에서 밝힌 두 필터 계수 
이러한 상기 수학식 5에서 
이러한 상기 수학식 5, 및 하기의 수학식 6을 구현하기 위한 직교 대역 필터의 내부 구조는 도 4(b)와 같이 구성된다. The internal structure of the orthogonal band filter for implementing Equation (5) and Equation (6) is configured as shown in FIG. 4 (b).
상기 수학식 5의 두 신호 
상기 
이처럼 상술한 보간 빔 집속, 분수 지연 빔 집속 방법, 위상 변환 빔 집속, 분석 신호 빔 집속을 구현하는 각각의 빔집속기는 빔 집속 방법에 따라 별도의 장치 구성을 통해 빔 집속이 수행되므로, 각각의 빔집속기 구조에 따라 빔집속 방식이 한정된다. 따라서 기존과 다른 방식으로 빔집속을 수행하기 위해서는 빔집속기의 구조를 변경해주어야 하며 이에 따라 개발 시간과 비용의 낭비가 발생한다.Since beam focusing is performed through a separate apparatus according to the beam focusing method in each of the beam focusing systems that implement the interpolation beam focusing, fractional delay beam focusing, phase conversion beam focusing, and analytical signal beam focusing described above, The beam focusing method is limited according to the shorthand structure. Therefore, in order to perform the beam focusing in a different manner from the conventional one, the structure of the beam focusing system must be changed, resulting in a waste of development time and cost.
하지만, 하나의 빔집속기를 통해서 보간 빔 집속, 분수 지연 빔 집속, 위상 변환 빔 집속, 분석 신호 빔 집속 방법을 모두 구현할 수 있다면, 빔 집속 방법에 따라 빔 집속기를 변경하는데 소요되는 시간 및 비용이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. However, if it is possible to implement both interpolation beam focusing, fractional delay beam focusing, phase conversion beam focusing, and analytical signal beam focusing methods through a single beam concentrator, the time and cost required to change the beam concentrator according to the beam focusing method is wasted Can be prevented.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 다목적 빔 집속기에 대하여 살펴보도록 한다.Hereinafter, a multi-purpose beam concentrator according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 빔 집속기의 구조를 나타낸 개념도이다. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating the structure of a multipurpose beam concentrator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 5에 도시된 구조에 따른 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템(1000)은 표본화부(1100), 가변곱셈부(1200), 메모리부(1300), 지연계산부(1400) 및 가변필터부(1500)를 포함한다. 5, the multipurpose
표본화부(1100)는 집속점으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하는 배열 변환자가 갖는 중심 주파수의 N(상기 N은 자연수이다.)배의 표본화 주파수로 상기 초음파 신호를 표본화한다.
가변곱셈부(1200)는 상기 표본화부에서 표본화된 초음파 신호에 가변 가능한 계수를 곱한다. 이러한 가변곱셈부(1200)는 사용하는 빔 집속 방식에 따라 상기 표본화부(1100)에서 표본화된 초음파 신호에 채널별, 데이터 경로별로 서로 다른 계수를 곱한다. 특히, 보간 빔 집속 방법, 분수 지연 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에, 상기 가변곱셈부(1200)는 어포다이제이션, 어퍼쳐 성장을 수행하도록 각 채널별로 초음파 신호에 서로 다른 계수를 곱한다.The
메모리부(1300)는 상기 가변곱셈부(1200)로부터 출력된 초음파 신호를 저장한다. The
지연계산부(1400)는 상기 메모리부(1300)에 저장된 초음파 신호들 중에서 빔 집속을 수행하고자 하는 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산한다. 특히, 보간 빔 집속 방법 및 분수 지연 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우, 상기 두 개의 데이터 경로에 대하여 서로 다른 지연시간을 계산한 후 출력하여 한 번의 초음파 송수신 시 복수 개의 주사선을 구성한다. The
가변필터부(1500)는 상기 메모리부(1300)로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 빔 집속을 수행하고자 선택한 초음파 신호를 상기 시간 지연값 및 필터 계수를 이용하여 필터링하며, 초음파 신호의 빔 집속 방법이 변화함에 따라 내부 구성이 변경될 수 있다. 이러한 가변필터부(1500)는 두 개의 데이터 경로로 각각 나누어 배치되어, 초음파 신호의 동상(Inphase)성분 및 직교(Quadrature)성분을 각각 나누어 처리할 수 있다. The
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다목적 빔 집속기 내 가변필터부(1500)의 구조를 나타낸 개념도이다. 6 is a conceptual diagram illustrating the structure of a
이러한 가변필터부(1500)는 제 1 필터부(1510)와 멀티플렉서부(1520), 제 2 필터부(1530)를 포함한다.The
제 1 필터부(1510)는 상기 메모리부(1300)로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 필터 연산을 수행하며, 상향 표본화부(1511), 레지스터(1512), 곱셈기(1513), 및 가산기(1514)를 포함한다. The
상향 표본화부(1511)는 상기 메모리부로부터 입력받은 복수 개의 초음파 신호의 데이터율을 기설정된 상향 표본화 인수 배로 증가시킨다. 특히, 필터 계수를 조정하여 가변필터부를 다중위상필터(polyphase filter)로 동작시키는 경우에는 상기 상향 표본화부(1511)는 생략될 수 있다.The
레지스터(1512)는 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 복수 개가 서로 직렬 연결된다. The
곱셈기(1513)는 상기 복수 개의 레지스터(1512)로부터 출력된 각각의 신호 마다 서로 다른 필터 계수를 각각 곱한다. The multiplier 1513 multiplies the different filter coefficients for each signal output from the plurality of
가산기(1514)는 상기 복수 개의 곱셈기(1513)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The
멀티플렉서부(1520)는 상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 하나의 초음파 신호를 선택하며, 제 1 멀티플렉서(1521), 제 2 멀티플렉서(1522)를 포함한다.The
제 1 멀티플렉서(1521)는 상기 제 1 필터부 내 복수 개의 레지스터(1512) 중 마지막 레지스터(1512-N)의 출력 신호 및 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)의 출력 신호를 각각 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력한다. The
제 2 멀티플렉서(1522)는 상기 제 1 필터부 내 복수 개의 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)의 출력 신호와, 접지 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력한다. The
제 2 필터부(1530)는 상기 멀티플렉서부로부터 선택된 하나의 초음파 신호에 대하여 필터 연산, 위상 변환 및 데시메이션을 수행하며, 하향 표본화부(1531), 레지스터(1532), 제 3 멀티플렉서(1533), 곱셈기(1534), 가산기(1535)를 포함한다. The
하향 표본화부(1531)는 상기 멀티플렉서부 내 제 1 멀티플렉서의 출력 신호를 입력받고, 입력 신호의 데이터율을 기설정된 하향 표본화 인수 배로 감소시킨다.The down
레지스터(1532)는 상기 하향 표본화부(1531)로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개(예를 들면, 2 개)가 서로 직렬 연결된다.The register 1532 receives and outputs a signal output from the
제 3 멀티플렉서(1533)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 내 제 2 레지스터(1532-2)의 출력 신호 및 다른 데이터 경로 내 제 2 필터부에 포함된 레지스터(1532) 중 제1 레지스터(1532-1)의 출력 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력한다. The
곱셈기(1534)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 중 제1 레지스터(1532-1)로부터의 출력신호와 제 3 멀티플렉서(1533)의 출력신호에 보간 필터 필터 계수를 곱한다.The multiplier 1534 multiplies the output signal from the first register 1532-1 of the plurality of registers 1532 and the output signal of the
가산기(1535)는 상기 제 2 멀티플렉서의 출력 신호 및 상기 복수 개의 곱셈기(1534)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The adder 1535 sums the output signal of the second multiplexer and the output signals output from the plurality of multipliers 1534.
이러한 내부 구성을 기본 구조로 갖는 다목적 빔 집속 시스템의 가변필터부는 사용하고자 하는 빔 집속 방법에 따라 내부 구성요소가 연결구조가 달라지는데, 이하 도 7 내지 도 10을 참조하여 각각의 빔 집속 방법에 따라 내부 구성이 달라지는 가변필터부의 구조에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.In the variable filter unit of the multipurpose beam focusing system having such an internal configuration as a basic structure, the connection structure of internal components is different according to the beam focusing method to be used. Referring to FIGS. 7 to 10, The structure of the variable filter unit having a different configuration will be described in detail.
먼저, 보간(Interpolation) 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우를 살펴보도록 한다.First, a case of beam focusing of an ultrasonic signal using an interpolation beam focusing method will be described.
보간 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변 곱셈부(1200)는 어포다이제이션 및 어퍼처 성장을 수행할 수 있도록 각 채널에 해당 계수들을 곱한다.In the case of using the interpolation beam focusing method, the
도 7은 보간 빔집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.7 is a conceptual view of a variable filter in an interpolation beam focusing structure.
도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는데 있어, 보간 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변필터부(1500)는 제 1 필터부(1510)와 멀티플렉서부(1520), 제 2 필터부(1530)를 포함한다. 7, in the case of using the interpolation beam focusing method in performing the beam focusing of the ultrasonic signal, the
제 1 필터부(1510)는 입력받은 초음파 신호에 대하여 보간 필터를 수행하는데, 상향 표본화부(1511), 레지스터(1512), 곱셈기(1513), 가산기(1514)를 포함한다.The
상향 표본화부(1511)는 입력신호의 데이터율을 L 배로 증가시킨다. The
레지스터(1512)는 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 복수 개가 서로 직렬 연결된다. The
곱셈기(1513)는 상기 복수 개의 레지스터(1512)로부터 출력된 각각의 신호 마다 보간 필터의 계수를 각각 곱한다. The multiplier 1513 multiplies the coefficients of the interpolation filter for each signal output from the plurality of
가산기(1514)는 상기 복수 개의 곱셈기(1513)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다.The
멀티플렉서부(1520)는 상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 하나의 초음파 신호를 선택하며, 제 1 멀티플렉서(1521), 제 2 멀티플렉서(1522)를 포함한다.The
제 1 멀티플렉서(1521)는 상기 제 1 필터부의 복수 개의 레지스터(1512) 중 마지막 레지스터(1512-N)의 출력 신호를 선택적으로 출력한다. The
제 2 멀티플렉서(1522)는 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)의 출력 신호를 선택하여 출력한다.The
제 2 필터부(1530)는 상기 멀티플렉서부로부터 선택된 하나의 초음파 신호에 대하여 필터 연산, 위상 변환 및 데시메이션을 수행하며, 하향 표본화부(1531), 레지스터(1532), 제 3 멀티플렉서(1533), 곱셈기(1534), 및 가산기(1535)를 포함한다. The
하향 표본화부(1531)는 하향 표본화 인수를 1로 설정하여 상기 멀티플렉서부로부터 선택되어 입력받은 신호의 데이터율을 감소시키지 않는다. The down
레지스터(1532)는 상기 하향 표본화부(1531)로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The register 1532 receives and outputs the signal output from the down-
제 3 멀티플렉서(1533)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 내 제 2 레지스터(1532-2)의 출력 신호를 선택하여 출력한다. The
곱셈기(1534)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 중 제1 레지스터(1532-1)로부터의 출력신호와 제 3 멀티플렉서(1533)의 출력신호에 보간 필터의 계수를 각각 곱한다. The multiplier 1534 multiplies the output signal of the first register 1532-1 and the output signal of the
가산기(1535)는 상기 제 2 멀티플렉서의 출력 신호 및 상기 복수 개의 곱셈기(1534)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The adder 1535 sums the output signal of the second multiplexer and the output signals output from the plurality of multipliers 1534.
이때, 상기 가변필터부(1500)는 보간 필터 기능만을 수행하며, 필터의 입력 및 계수를 조정하여 출력되는 신호가 초음파 송수신 신호 중심주파수의 4배에 해당하는 데이터율을 가지도록 한다. 지연계산부는 두 개의 데이터 경로에 대하여 서로 다른 지연시간을 계산한 후 출력하여 한 번의 초음파 송수신 시 복수 개의 주사선을 구성한다.At this time, the
두 번째, 분수 지연(Fractional delay) 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에 대하여 살펴보도록 한다.Second, a case of beam focusing of an ultrasonic signal using a fractional delay beam focusing method will be described.
분수 지연 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변 곱셈부(1200)는 어포다이제이션 및 어퍼처 성장을 수행할 수 있도록 각 채널에 해당 계수들을 곱한다. In the case of using the fractional delay beam focusing method, the
도 8은 분수 지연 빔집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.8 is a conceptual view of a variable filter in a fractional delay beam focusing structure.
도 8에 도시된 바와 같이, 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는데 있어, 분수지연 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변필터부(1500)는 제 1 필터부(1510)와 멀티플렉서부(1520), 제 2 필터부(1530)를 포함한다. 8, in the case of using a fractional delay beam focusing method in performing beam focusing of an ultrasonic signal, the
제 1 필터부(1510)는 분수 지연 필터를 수행하며, 상향 표본화부(1511), 레지스터(1512), 곱셈기(1513), 가산기(1514)를 포함한다.The
상향 표본화부(1511)는 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 상향 표본화 인수를 1로 설정하여 입력받은 초음파 신호의 데이터율을 증가시키지 않는다.The
레지스터(1512)는 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The
곱셈기(1513)는 상기 복수 개의 레지스터(1512)로부터 출력된 각각의 신호 마다 분수 지연 필터의 계수를 각각 곱한다.The multiplier 1513 multiplies the coefficients of the fractional delay filters for each signal output from the plurality of
가산기(1514)는 상기 복수 개의 곱셈기(1513)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The
멀티플렉서부(1520)는 제 1 멀티플렉서(1521), 제 2 멀티플렉서(1522)를 포함한다.The
제 1 멀티플렉서(1521)는 상기 레지스터(1512) 중 마지막 레지스터(1512-N)로부터의 출력신호를 선택 출력한다.The
제 2 멀티플렉서(1522)는 상기 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)로부터의 출력신호를 선택 출력한다. The
제 2 필터부(1530)는 하향 표본화부(1531), 레지스터(1532), 제 3 멀티플렉서(1533), 곱셈기(1534), 가산기(1535)를 포함한다. The
하향 표본화부(1531)는 하향 표본화 인수를 1로 설정하여 상기 멀티플렉서부로부터 입력받은 신호의 데이터율을 감소시키지 않는다.The
레지스터(1532)는 상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The register 1532 receives and outputs a signal output from the downsampling unit, and a plurality of signals are serially connected to each other.
제 3 멀티플렉서(1533)는 상기 레지스터(1532) 중 제 2 레지스터(1532-2)로부터의 출력 신호를 선택 출력한다. The
곱셈기(1534)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 중 제 1 레지스터(1532-1)로부터의 출력신호와 제 3 멀티플렉서(1533)의 출력신호에 분수 지연 필터 계수를 각각 곱한다.The multiplier 1534 multiplies the output signal from the first register 1532-1 of the plurality of registers 1532 and the output signal of the
가산기(1535)는 상기 제 2 멀티플렉서의 출력 신호 및 상기 복수 개의 곱셈기(1534)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The adder 1535 sums the output signal of the second multiplexer and the output signals output from the plurality of multipliers 1534.
이때, 상기 가변필터부(1500)는 분수 지연 필터 기능만을 수행한다. At this time, the
세 번째, 위상변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에 대하여 살펴보도록 한다. Third, a description will be made of a case where beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method.
위상변환 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변곱셈부(1200)는 각각의 데이터 경로의 초음파 신호에 각각 
도 9는 위상 변환 빔집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.9 is a conceptual view of a variable filter in a phase conversion beam focusing structure.
도 9에 도시된 바와 같이, 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는데 있어, 위상 변환 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변필터부(1500)는 제 1 필터부(1510)와 멀티플렉서부(1520), 위상변환 기능을 수행하는 제 2 필터부(1530)를 포함한다. 9, in the case of using the phase conversion beam focusing method in the beam focusing of an ultrasonic signal, the
제 1 필터부(1510)는 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 안티 엘리어싱 필터(Anti-aliasing filter)를 수행하며, 상향 표본화부(1511), 레지스터(1512), 곱셈기(1513), 가산기(1514)를 포함한다. The
상향 표본화부(1511)는 상향 표본화 인수를 1로 설정하여 입력신호의 데이터율을 증가시키지 않는다. The
레지스터(1512)는 상기 상향 표본화부(1511)로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The
곱셈기(1513)는 상기 복수 개의 레지스터(1512)로부터 출력된 각각의 신호 마다 안티 엘리어싱 필터 계수를 각각 곱한다.The multiplier 1513 multiplies the anti-aliasing filter coefficient for each signal output from the plurality of
가산기(1514)는 상기 복수 개의 곱셈기(1513)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The
멀티플렉서부(1520)는 제 1 멀티플렉서(1521), 제 2 멀티플렉서(1522)를 포함한다.The
제 1 멀티플렉서(1521)는 상기 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)로부터의 출력신호를 선택 출력한다.The
제 2 멀티플렉서(1522)는 접지 전압 신호를 선택 출력한다. The
제 2 필터부(1530)는 상기 멀티플렉서부(1520)로부터 출력된 신호를 입력받아, 하향 표본화 및 위상변환을 수행하며, 하향 표본화부(1531), 레지스터(1532), 제 3 멀티플렉서(1533), 곱셈기(1534), 가산기(1535)를 포함한다.The
하향 표본화부(1531)는 상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받고, 하향 표본화 인수를 설정하여 입력받은 신호의 데이터율을 감소시킨다. The
레지스터(1532)는 상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The register 1532 receives and outputs a signal output from the downsampling unit, and a plurality of signals are serially connected to each other.
제 3 멀티플렉서(1533)는 다른 데이터 경로 내 제 2 필터부의 레지스터(1532) 중 제 1 번 레지스터(1532-1)로부터의 출력 신호를 입력받아 출력한다. The
곱셈기(1534)는 제1 데이터 경로 내 상기 복수 개의 레지스터(1532) 중 제 1 레지스터(1532-1)의 출력신호와 제 3 멀티플렉서(1533)의 출력신호에 각각 
가산기(1535)는 상기 제 2 멀티플렉서(1522)의 출력 신호 및 상기 복수 개의 곱셈기(1534)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The adder 1535 sums the output signal of the
이처럼, 위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에는 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템 내 가변필터부(1500)는 데시메이션 및 위상 변환 기능을 수행한다. When beam focusing of the ultrasonic signal is performed using the phase conversion beam focusing method, the
마지막으로, 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에 대하여 살펴보도록 한다. Finally, a description will be given of a case where beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an analytic signal beam focusing method.
분석 신호 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변 곱셈부(1200)는 어포다이제이션 및 어퍼처 성장을 수행할 수 있도록 각 채널에 해당 계수들을 곱한다.In the case of using the analytical signal beam focusing method, the
도 10은 분석 신호 빔집속 구조에서의 가변필터의 개념도이다.10 is a conceptual diagram of a variable filter in an analysis signal beam focusing structure.
도 10에 도시된 바와 같이, 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는데 있어, 분석 신호 빔 집속 방법을 사용하는 경우에 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템의 가변필터부(1500)는 제 1 필터부(1510)와 멀티플렉서부(1520), 제 2 필터부(1530)를 포함한다. 10, in the case of using the analytical signal beam focusing method in performing beam focusing of an ultrasonic signal, the
제 1 필터부(1510)는 상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 입력받은 초음파 신호에 대하여 직교 대역 필터(Qaudrature bandpass filter)를 수행하며, 상향 표본화부(1511), 레지스터(1512), 곱셈기(1513), 가산기(1514)를 포함한다. The
상향 표본화부(1511)는 상향 표본화 인수를 L로 설정하여 입력신호의 데이터율을 L배 증가시킨다. 특히, 직교 대역 필터를 다중위상필터(polyphase filter)로 동작시키는 경우에는 상기 상향 표본화부(1511)가 생략될 수 있다.The
레지스터(1512)는 상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 설정된 탭 수에 해당하도록 복수 개가 서로 직렬 연결된다. The
곱셈기(1513)는 상기 복수 개의 레지스터(1512)로부터 출력된 각각의 신호 마다 직교 대역 필터의 계수를 각각 곱한다. The multiplier 1513 multiplies the coefficients of the orthogonal band filters for each signal output from the plurality of
가산기(1514)는 상기 복수 개의 곱셈기(1513)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The
멀티플렉서부(1520)는 제 1 멀티플렉서(1521), 제 2 멀티플렉서(1522)를 포함한다.The
제 1 멀티플렉서(1521)는 상기 레지스터(1512) 중 마지막 레지스터(1512-N)로부터의 출력신호를 선택 출력한다.The
제 2 멀티플렉서(1522)는 상기 가산기(1514) 중 마지막 가산기(1514-N)로부터의 출력신호를 선택 출력한다. The
제 2 필터부(1530)는 하향 표본화부(1531), 레지스터(1532), 제 3 멀티플렉서(1533), 곱셈기(1534), 가산기(1535)를 포함한다. The
하향 표본화부(1531)는 하향 표본화 인수를 1로 설정하여 상기 멀티플렉서부로부터 입력받은 신호의 데이터율을 감소시키지 않는다.The
레지스터(1532)는 상기 하향 표본화부(1531)로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 복수 개가 서로 직렬 연결된다.The register 1532 receives and outputs the signal output from the down-
제 3 멀티플렉서(1533)는 상기 레지스터(1532) 중 제 2 레지스터(1532-2)로부터의 출력 신호를 선택 출력한다. The
곱셈기(1534)는 상기 복수 개의 레지스터(1532) 중 제 1 레지스터(1532-1)로부터의 출력신호와 제 3 멀티플렉서(1533)의 출력신호에 직교 대역 필터 계수를 각각 곱한다.The multiplier 1534 multiplies the output signal from the first register 1532-1 of the plurality of registers 1532 and the output signal of the
가산기(1535)는 상기 제 2 멀티플렉서의 출력 신호 및 상기 복수 개의 곱셈기(1534)로부터 출력된 출력신호들을 합산한다. The adder 1535 sums the output signal of the second multiplexer and the output signals output from the plurality of multipliers 1534.
이와 같이, 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에, 가변필터부는 필터의 입력 및 계수를 조정하여 출력되는 신호가 초음파 송수신 신호의 중심주파수에 해당하는 데이터율을 가지도록 한다.In this case, when the beam focusing of the ultrasonic signal is performed using the analysis signal beam focusing method, the variable filter unit adjusts the input and the coefficient of the filter so that the output signal has a data rate corresponding to the center frequency of the ultrasonic transmission / .
이처럼, 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우에는 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템 내 가변필터부(1500)는 상향 표본화 및 직교 대역 필터 기능을 수행한다.As described above, when beam focusing of the ultrasonic signal is performed using the analytical signal beam focusing method, the
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다목적 빔 집속기의 구조를 나타낸 개념도이다.11 is a conceptual view showing the structure of a general-purpose beam collector according to another embodiment of the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다목적 빔 집속 시스템은 표본화부(2100), 가변곱셈부(2200), 데시메이션부(2300), 메모리부(2400), 지연계산부(2500), 필터부(2600) 및 위상변환부(2700)를 포함하여, 앞서 상술한 가변필터부에서 필터링, 데시메이션 처리, 위상 변환을 모두 수행한 것과 달리, 데시메이션 처리 및 위상변환을 각각 데시메이션부와 위상변환부에서 수행할 수 있다. 11, the multipurpose beam focusing system according to another embodiment of the present invention includes a
상술한 바와 같이, 빔 집속 방식을 선택적으로 이용할 수 있는 본 발명의 다목적 빔 집속 시스템은 빔 집속기를 ASIC 형태 및 FPGA의 IP로 설계하여 모든 제품에 적용할 수 있다.As described above, the multi-purpose beam focusing system of the present invention, which can selectively use the beam focusing method, can be applied to all products by designing the beam focusing device as ASIC type and FPGA IP.
본 발명의 다목적 빔 집속 시스템은 하나의 칩 혹은 FPGA의 IP로 구현하여 제품 개발에 적용할 경우, 다양한 제품군에서 동일한 빔집속 구조를 가지면서도 서로 다른 빔 집속 방식을 사용할 수 있다. 이는 곧 응용분야를 확장하여 제품의 다변화를 이룰 수 있음을 의미한다. 따라서 신생업체는 다양한 제품을 경제적으로 제작할 수 있으며, 기존 업체에서도 출시되었던 제품의 빔집속기를 변경하는 것만으로 제품의 다변화를 이룰 수 있다.When the multipurpose beam focusing system of the present invention is implemented as a single chip or an IP of an FPGA and is applied to product development, different beam focusing systems having the same beam focusing structure in various product groups can be used. This means that it is possible to diversify the product by expanding the application field. Therefore, start-up companies can manufacture various products economically, and diversification of products can be achieved by simply changing the beam concentrator of the products already introduced in the existing companies.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Do.
1100: 표본화부 1200: 가변곱셈부
1300: 메모리부 1400: 지연계산부
1500: 가변필터부1100: Sampling section 1200: Variable multiplication section
1300: memory unit 1400: delay calculation unit
1500: variable filter unit
Claims (16)
상기 표본화부에서 표본화된 초음파 신호에 가변 가능한 계수를 곱하는 가변곱셈부;
상기 가변곱셈부로부터 출력된 초음파 신호를 저장하는 메모리부;
상기 메모리부에 저장된 초음파 신호들 중에서 빔 집속을 수행하고자 하는 초음파 신호를 선택하기 위한 시간 지연값을 계산하는 지연계산부; 및
상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 빔 집속을 수행하고자 하는 초음파 신호를 선택하고, 선택한 초음파 신호에 대하여 상기 시간 지연값 및 기설정된 필터 계수를 이용하여 필터링하는 가변필터부;
를 포함하되,
상기 가변필터부는 초음파 신호의 빔 집속 방법이 변화함에 따라 내부 구성이 변경되는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
A sampling unit for sampling the ultrasound signal at a sampling frequency of N (N is a natural number) times the center frequency of the array transformer receiving the ultrasound signals reflected from the focal point;
A variable multiplier for multiplying the sampled ultrasound signal by a variable coefficient;
A memory unit for storing the ultrasonic signal output from the variable multiplier;
A delay calculation unit for calculating a time delay value for selecting an ultrasound signal to be focused on the beam among the ultrasound signals stored in the memory unit; And
A plurality of ultrasound signals are received from the memory unit and an ultrasound signal to be focused is selected from a plurality of received ultrasound signals and the selected ultrasound signal is filtered using the time delay value and predetermined filter coefficients A variable filter section;
, ≪ / RTI &
Wherein the variable filter unit changes its internal configuration as the beam focusing method of the ultrasonic signal changes.
상기 가변필터부는
두 개의 데이터 경로로 각각 나누어 배치되어, 초음파 신호의 동상(Inphase)성분 및 직교(Quadrature)성분을 각각 나누어 처리하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method according to claim 1,
The variable filter unit
Wherein the ultrasonic signal is divided into two data paths, and the inphase component and the quadrature component of the ultrasonic signal are separately processed.
상기 가변필터부는
상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 필터 연산을 수행하는 제 1 필터부;
상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 입력받은 복수 개의 초음파 신호 중 하나의 초음파 신호를 선택하는 멀티플렉서부;
상기 멀티플렉서부로부터 선택된 하나의 초음파 신호에 대하여 필터 연산, 위상 변환 및 데시메이션을 수행하는 제 2 필터부;를 각각 포함하여,
제1 데이터 경로 및 제2 데이터 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
3. The method of claim 2,
The variable filter unit
A first filter unit receiving a plurality of ultrasonic signals from the memory unit and performing a filter operation;
A multiplexer unit receiving a plurality of ultrasound signals output from the first filter unit and selecting one of a plurality of ultrasound signals inputted;
And a second filter unit for performing a filter operation, a phase transformation, and a decimation on one ultrasonic signal selected from the multiplexer unit,
A first data path, and a second data path.
상기 제 1 필터부는
상기 메모리부로부터 입력받은 복수 개의 초음파 신호의 데이터율을 기설정된 상향 표본화 인수 배로 증가시키는 상향 표본화부;
상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터;
상기 복수 개의 레지스터로부터 출력된 각각의 신호마다 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및
상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method of claim 3,
The first filter unit
An upward sampling unit for increasing a data rate of a plurality of ultrasonic signals input from the memory unit to a predetermined upward sampling factor;
A plurality of registers serially connected to each other so as to correspond to a predetermined number of taps;
A plurality of multipliers for multiplying each signal output from the plurality of registers by a predetermined filter coefficient; And
A plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers;
Beam focusing system.
상기 멀티플렉서부는
상기 제 1 필터부 내 복수 개의 레지스터 중 마지막 레지스터의 출력 신호 및 상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 각각 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및
상기 제 1 필터부 내 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호와, 접지 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 2 멀티플렉서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
5. The method of claim 4,
The multiplexer unit
A first multiplexer for receiving an output signal of the last register among the plurality of registers in the first filter unit and an output signal of the last adder among the plurality of adders of the first filter unit to select and output one signal; And
A second multiplexer receiving the output signal of the last adder among the plurality of adders in the first filter unit and the ground signal and selecting and outputting one signal;
Beam focusing system.
상기 제 2 필터부는
상기 멀티플렉서부 내 제 1 멀티플렉서의 출력 신호를 입력받고, 입력 신호의 데이터율을 기설정된 하향 표본화 인수 배로 감소시켜 출력하는 하향 표본화부;
상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터;
상기 복수 개의 레지스터 내 제2 레지스터의 출력 신호 및 다른 데이터 경로 내 제 2 필터부에 포함된 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호를 입력 받아, 하나의 신호를 선택하여 출력하는 제 3 멀티플렉서;
상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호와 상기 제 3 멀티플렉서의 출력 신호마다 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및
상기 복수 개의 곱셈기로부터 각각 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
6. The method of claim 5,
The second filter unit
A downsampling unit receiving the output signal of the first multiplexer in the multiplexer unit and decreasing the data rate of the input signal to a predetermined down sampling factor multiplied by a predetermined factor;
A plurality of registers connected in series to each other for receiving and outputting a signal output from the downsampling unit;
A third multiplexer for receiving an output signal of a second register in the plurality of registers and an output signal of a first register in a register included in a second filter unit in another data path, and selecting and outputting one signal;
A plurality of multipliers for multiplying the output signal of the first register among the plurality of registers and the output signal of the third multiplexer by predetermined filter coefficients, respectively; And
A plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers;
Beam focusing system.
보간 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 제 1 필터부는
입력받은 초음파 신호에 대하여 보간 필터를 수행하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method of claim 3,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an interpolation beam focusing method,
The first filter unit
And an interpolation filter is performed on the input ultrasound signals.
보간 빔 집속 방법, 분수 지연 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속 방법을 수행하는 경우,
상기 멀티플렉서부는
상기 제 1 필터부의 복수 개의 레지스터 중 마지막 레지스터의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및
상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 2 멀티플렉서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
5. The method of claim 4,
In the case of performing beam focusing method of an ultrasonic signal by using an interpolation beam focusing method, a fractional delay beam focusing method, and an analytical signal beam focusing method,
The multiplexer unit
A first multiplexer for selectively outputting an output signal of a last register among a plurality of registers of the first filter unit; And
A second multiplexer for selecting and outputting the output signal of the last adder among the plurality of adders of the first filter unit;
Beam focusing system.
보간 빔 집속 방법, 분수 지연 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 제 2 필터부는
하향 표본화 인수를 1로 설정하여 상기 멀티플렉서부로부터 선택된 신호의 데이터율을 감소시키지 않는 하향 표본화부;
상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터;
상기 복수 개의 레지스터 내 마지막 레지스터의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 3 멀티플렉서;
상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터의 출력 신호와 상기 제 3 멀티플렉서의 출력 신호에 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및
상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method of claim 3,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using an interpolation beam focusing method, a fractional delay beam focusing method, and an analytical signal beam focusing method,
The second filter unit
A down sampling unit which sets the down sampling factor to 1 and does not decrease the data rate of the signal selected from the multiplexer unit;
A plurality of registers connected in series to each other for receiving and outputting a signal output from the downsampling unit;
A third multiplexer for selecting and outputting an output signal of a last register in the plurality of registers;
A plurality of multipliers for multiplying the output signal of the first register among the plurality of registers and the output signal of the third multiplexer by predetermined filter coefficients, respectively; And
A plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers;
Beam focusing system.
분수 지연 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 제 1 필터부는
분수 지연 필터를 수행하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method of claim 3,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a fractional delay beam focusing method,
The first filter unit
And performs a fractional delay filter.
분수 지연 빔 집속 방법, 위상 변환 빔 집속 방법 및 분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 제 1 필터부는
상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 상향 표본화 인수를 1로 설정하여 입력받은 초음파 신호의 데이터율을 증가시키지 않는 상향 표본화부;
상기 상향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 기설정된 탭 수에 해당하도록 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터;
상기 복수 개의 레지스터로부터 출력된 신호마다 각각 기설정된 필터 계수를 곱하는 복수 개의 곱셈기; 및
상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method of claim 3,
When the beam focusing of the ultrasonic signal is performed using the fractional delay beam focusing method, the phase conversion beam focusing method, and the analytical signal beam focusing method,
The first filter unit
An upward sampling unit which receives a plurality of ultrasonic signals from the memory unit and sets an upward sampling factor to 1 and does not increase the data rate of the received ultrasonic signals;
A plurality of registers serially connected to each other so as to correspond to a predetermined number of taps;
A plurality of multipliers for multiplying each of the signals output from the plurality of registers by predetermined filter coefficients; And
A plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers;
Beam focusing system.
위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 가변곱셈부는
상기 두 개의 데이터 경로에 각각
3. The method of claim 2,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method,
The variable multiplying unit
Each of the two data paths
위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 가변필터부는
상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받아, 안티 엘리어싱 필터(Anti-aliasing filter)를 수행하는 제 1 필터부;
상기 제 1 필터부로부터 출력된 복수 개의 신호를 입력받아 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부;
상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받아, 하향 표본화 및 위상변환을 수행하는 제 2 필터부;
를 각각 포함하여, 제1 데이터 경로 및 제2 데이터 경로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
The method according to claim 1,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method,
The variable filter unit
A first filter unit receiving a plurality of ultrasonic signals from the memory unit and performing an anti-aliasing filter;
A multiplexer unit receiving a plurality of signals output from the first filter unit and selecting and outputting one signal;
A second filter unit receiving a signal output from the multiplexer unit and performing downsampling and phase conversion;
And a first data path and a second data path, respectively.
위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 멀티플렉서부는
상기 제 1 필터부의 복수 개의 가산기 중 마지막 가산기의 출력 신호를 선택하여 출력하는 제 1 멀티플렉서; 및
접지 신호를 출력하는 제 2 멀티플렉서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
14. The method of claim 13,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method,
The multiplexer unit
A first multiplexer for selecting and outputting an output signal of an last adder among a plurality of adders of the first filter unit; And
A second multiplexer for outputting a ground signal;
Beam focusing system.
위상 변환 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 제 2 필터부는
상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받고, 하향 표본화 인수를 설정하여 입력받은 신호의 데이터율을 감소시키는 하향 표본화부;
상기 하향 표본화부로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하고, 서로 직렬 연결되는 복수 개의 레지스터;
다른 데이터 경로 내 제 2 필터부의 레지스터 중 제1 레지스터로부터 출력된 신호를 입력받아 출력하는 제 3 멀티플렉서;
상기 제1 데이터 경로 내 상기 복수 개의 레지스터 중 제1 레지스터로부터 출력된 신호와 상기 제 3 멀티플렉서로부터 출력된 신호에 각각
상기 복수 개의 곱셈기로부터 출력된 신호들을 합산하는 복수 개의 가산기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.
14. The method of claim 13,
When beam focusing of an ultrasonic signal is performed using a phase conversion beam focusing method,
The second filter unit
A down sampling unit that receives a signal output from the multiplexer unit and sets a down sampling factor to reduce a data rate of an input signal;
A plurality of registers connected in series to each other for receiving and outputting a signal output from the downsampling unit;
A third multiplexer for receiving and outputting a signal output from a first register among the registers of the second filter unit in another data path;
A signal output from the first register of the plurality of registers in the first data path and a signal output from the third multiplexer
A plurality of adders for summing signals output from the plurality of multipliers;
Beam focusing system.
분석 신호 빔 집속 방법을 이용하여 초음파 신호의 빔 집속을 수행하는 경우,
상기 가변필터부는
상기 메모리부로부터 복수 개의 초음파 신호를 입력받고, 입력받은 초음파 신호에 대하여 L배 상향 표본화 및 직교 대역 필터(Qaudrature bandpass filter)연산을 수행하는 제 1 필터부;
상기 제 1 필터부로부터 출력된 신호를 입력받고, 입력받은 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부; 및
상기 멀티플렉서부로부터 출력된 신호를 입력받아, 직교 대역 필터 연산을 연장하여 수행하는 제 2 필터부;
를 각각 포함하며, 필터 계수를 조정하여 초음파 신호의 중심주파수에 해당하는 데이터율로 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다목적 빔 집속 시스템.The method according to claim 1,
When beam focusing of the ultrasonic signal is performed using the analysis signal beam focusing method,
The variable filter unit
A first filter unit receiving a plurality of ultrasound signals from the memory unit and performing L-fold up sampling and a Qaudrature band pass filter operation on the received ultrasound signals;
A multiplexer unit receiving a signal output from the first filter unit and selecting one of the input signals and outputting the signal; And
A second filter unit receiving the signal output from the multiplexer unit and extending the orthogonal band filter operation;
And the filter coefficient is adjusted to output a signal at a data rate corresponding to the center frequency of the ultrasonic signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150015148A KR101581686B1 (en) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | Multipurpose beam focusing system |
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|---|---|
| KR101581686B1 true KR101581686B1 (en) | 2015-12-31 |
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| KR (1) | KR101581686B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108012A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | 서강대학교 산학협력단 | Filter assembly for ultrasound image signal, beam focusing apparatus using same, and beam focusing method thereof |
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2015
- 2015-01-30 KR KR1020150015148A patent/KR101581686B1/en active IP Right Grant
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