KR20000060441A - 최적의 하모닉영상(ｏｈｉ)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법 - Google Patents

최적의 하모닉영상(ｏｈｉ)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 최적의 하모닉영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법은, 인체내로 송신되는 초음파의 속도 및 주파수를 하모닉영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 따라 가변하여 줌으로써 콘트라스트 및 방위분해능이 더욱 향상되고 허상이 최소화된 하모닉영상 및 여러 주파수대역의 하모닉영상을 얻을 수 있도록 하는 초음파영상시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

최적의 하모닉영상(ＯＨＩ)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법{ultrasound imaging system for optimum harmonic imaging and the method}
본 발명은 인체내로부터 반사되어 오는 초음파수신신호를 수신하여 하모닉영상(harmonic imaging)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체내의 매질에 따라 초음파의 속도 및 주파수를 가변하여 인체로 송신하고 반사되어 오는 신호를 수신함으로써 최적의 하모닉영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
초음파를 이용한 진단시스템이 일반 의료분야에서 널리 사용되고 있으며, 이러한 초음파진단시스템은 전자공학의 발달로 그 성능이 획기적으로 개선되고 있다. 초음파진단법의 원리는 초음파가 인체내를 전송할 때 보여주는 음속의 변화, 반사산란, 흡수감쇄, 도플러현상 등 인체내의 음향 물리적반응이나 정보를 진단에 이용하는 것이다.
초음파를 인체에 주사하여 되돌아오는 초음파수신신호를 영상으로 구현하고자 할 때, 펄스반사법, 투과법, 도플러법 등이 사용되며, 이러한 초음파영상의 질은 초음파를 송/수신하는 트랜스듀서(transducer)의 성능, 초음파수신신호의 집속 및 디지탈신호처리기술의 발전으로 인해 크게 향상되고 있다.
또한, 최근에 들어서는 이렇게 구현되는 초음파영상의 콘트라스트(contrast) 및 방위분해능(lateral resolution)을 더욱 향상시키고 허상을 최소화하기 위해 하모닉신호(harmonic signal)만을 취하여 초음파영상을 구현하는 하모닉영상법이 각광을 받고 있다.
트랜스듀서로부터 인체내로 초음파를 송신한 후 되돌아오는 초음파수신신호는, 송신되는 신호의 주파수와 거의 동일 크기를 갖는 주파수의 신호(fundamental signal; 펀더멘털신호)와 송신되는 신호의 주파수에 대해 정수배 크기에 해당하는 주파수의 신호(harmonic signal)를 포함하는 데, 일반적인 초음파영상(fundamental imaging; 펀더멘털영상)은 펀더멘털신호를 이용함으로써 구현되고 하모닉영상은 송신되는 신호 주파수의 2배인 하모닉신호를 이용함으로써 구현된다.
그리고, 이러한 하모닉영상을 위한 하모닉신호는, 초음파가 인체내를 진행할 때 음압에 의한 비선형적인 속도차가 발생하는 데 이에 따른 신호에 의해 생성된다. 이렇게 생성되는 하모닉신호는 펀더멘털신호와 비교하여 볼 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 주극(main lobe)이 더 좁고 부극(side lobe)이 더 낮은 특성을 지닌다. 그래서, 하모닉영상은 펀더멘털영상에 비해 허상이 줄고 더욱 향상된 콘트라스트 및 방위분해능을 갖는다.
도 2에 전술한 하모닉영상을 구현하는 초음파영상시스템에 대한 개략적인 구성을 도시한다. 도 2의 시스템에서, 제어부(20)는 컨트롤패널(control panel)(21)를 통한 사용자의 명령에 따라 시스템을 전반적으로 제어한다.
그래서, 송신부(22)가 탐촉자(probe)(23)의 변환소자에 송신펄스를 인가하면, 탐촉자(23)는 초음파를 인체로 송신하고, 인체로부터 반사되어 되돌아오는 신호를 수신한다. 이 수신된 초음파수신신호는 수신부(24)로 입력되고, 수신부(24)는 인가받은 초음파수신신호에 대해 수신집속을 위한 콘트롤, 필터링, TGC(Time Gain Compensation) 등을 수행한다. 수신집속부(25)는 수신부(24)에서 신호처리된 신호를 인가받아 수신집속(dynamic focusing 또는 synthetic focusing)하여 출력한다. 디지탈신호처리부(26)는 수신집속부(25)에서 집속된 신호로부터 각종 초음파영상을 얻기 위한 신호처리를 수행한다. 그리고, 현시부(27)는 디지탈신호처리부(26)에서 신호처리된 신호를 인가받아 초음파수신신호에 대한 초음파영상을 현시한다. 이 때, 현시부(27)에는 일반적인 초음파영상 즉, 펀더멘털영상이 현시된다.
사용자가 현시부(27)에 현시되는 펀더멘털영상을 관찰하다가 허상이 줄고 콘트라스트 및 방위분해능이 더욱 향상되는 하모닉영상을 관찰하고자 하는 경우, 사용자는 컨트롤패널(21)에 구비된 하모닉모드키를 '온(on)'하고, 제어부(20)는 하모닉모드키입력에 대응하여 하모닉영상모드부(28)를 제어한다. 그러면, 하모닉영상모드부(28)는, 하모닉신호를 위해 기설정된 초음파의 속도 및 주파수에 따른 송신펄스가 탐촉자(23)로 인가되고, 인체내로부터 반사되어 되돌아오는 초음파수신신호에서 하모닉신호를 처리할 수 있도록 송신부(22) 및 수신부(24)로 하모닉영상모드를 위한 신호를 출력한다. 하모닉영상모드의 신호를 인가받은, 송신부(22)는 하모닉신호를 위해 기설정된 초음파의 속도 및 주파수에 따른 송신펄스를 탐촉자(23)로 인가한다. 탐촉자(23)는 송신부(22)로부터 인가받은 송신펄스에 따른 초음파를 인체내로 송신하고 인체내로부터 반사되어 되돌아오는 신호를 수신한다. 이 수신된 초음파수신신호는 수신부(24)로 입력되고, 수신부(24)는 인가받은 초음파수신신호에서 하모닉신호를 분리하여 분리된 하모닉신호에 대해 전술한 동작을 수행하게 된다. 수신집속부(25) 및 디지탈신호처리부(26)도 또한 전술한 동작을 동일하게 수행하고, 현시부(27)는 하모닉영상을 현시하게 된다.
그리고, 상술한 초음파영상시스템에서 하모닉영상을 얻기 위해 탐촉자(23)로부터 인체내로 송신되는 초음파는 인체내 매질에 따른 초음파 속도의 변화에 대한 고려없이 하나의 값으로 기설정된 속도로써 송신되고, 또한 하나의 기설정된 주파수로써 송신된다. 그래서, 상술한 초음파영상시스템은 사용자가 초음파영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 대한 정확한 초음파영상(하모닉영상)을 얻을 수 없는 문제점을 지닌다.
따라서, 본 발명의 최적의 하모닉영상을 구현하는 초음파영상시스템 및 그 방법은, 상술한 종래 초음파영상시스템의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하모닉영상을 원하는 인체내 매질에 따라 초음파의 속도 및 주파수를 가변하여 초음파를 송신하고 초음파수신신호를 수신함으로써 그 인체내 매질에 대해 최적의 하모닉영상을 구현하고자 하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 펀데멘털신호와 하모닉신호에 대한 주극 및 부극을 대비하여 나타낸 도면,
도 2는 종래 하모닉영상을 위한 초음파영상시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도,
도 3는 본 발명에 따른 최적의 하모닉영상을 위한 초음파영상시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
30 : 제어부 31 : 컨트롤패널
32 : OHI모드부 33 : 송신부
34 : 탐촉자 35 : 수신부
36 : 수신집속부 37 : 디지탈신호처리부
38 : 현시부
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 최적의 하모닉영상을 구현하는 초음파영상시스템은, 대상체로부터 반사되어 오는 초음파신호를 수신하여 초음파영상을 구현하는 초음파영상시스템에 있어서, 하모닉영상(harmonic imaging)구현을 위한 모드키를 구비한 키입력수단, 대상체내 매질에 따른 최적의 하모닉영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하기 위한 초음파의 파라미터(parameter)를 저장하며, 하모닉영상구현모드시 현 대상체내 매질에 대응하는 상기 초음파의 파라미터를 출력하는 OHI모드수단, 하모닉영상구현모드시 상기 OHI모드수단으로부터 파라미터를 인가받아 그에 맞는 초음파를 대상체로 송신하여 대상체로부터 반사되어 오는 신호를 수신하고, 그 수신된 신호에서 상기 송신된 초음파에 대한 하모닉신호(harmonic signal)를 분리하여 수신집속을 위한 신호처리를 수행하여 출력하는 송/수신수단, 상기 송/수신수단으로부터 출력되는 신호를 인가받아 OHI를 구현하기 위한 신호집속 및 신호처리를 수행하여 출력하는 신호처리수단 및 상기 키입력수단으로부터의 키입력에 대응하여 초음파영상 및 OHI를 구현하기 위해 상기 수단들의 동작을 전반적으로 제어하는 제어수단을 포함한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 최적의 하모닉영상을 구현하는 방법은, 대상체로부터 반사되어 오는 초음파신호를 수신하여 최적의 하모닉 영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하는 방법에 있어서, (1) 하모닉영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 대해 최적의 하모닉영상을 구현하기 위한 초음파의 파라미터(parameter)를 선택하는 단계, (2) 상기 제 1단계에서 선택된 파라미터를 갖는 초음파를 대상체로 송신하고, 대상체에서 반사되어 오는 신호를 수신하는 단계 및 (3) 상기 제 2단계에서 수신된 신호에서 상기 송신된 초음파에 따른 하모닉신호(harmonic signal)를 분리하여 하모닉영상을 구현하기 위한 신호처리를 수행하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 최적의 하모닉영상을 구현하는 초음파영상시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3의 시스템에서, 펀더멘탈영상구현모드시 사용자가 현시부(38)에 현시되는 펀더멘털영상을 관찰하다가 컨트롤패널(31)에 구비된 하모닉모드키를 '온(on)'하면, 제어부(30)는 하모닉모드키의 입력에 대응하여 OHI(Optimum Harmonic Imaging)모드부(32)를 제어한다. 그래서, OHI모드부(32)는 저장하고 있는 인체내 매질에 따른 초음파의 속도와 다수 레벨의 주파수에 대한 데이터를 디지탈신호처리부(37)로 출력한다. 디지탈신호처리부(37)는 인가받은 데이터가 모니터 등에 현시되기 위한 신호처리를 수행하여 현시부(38)로 출력한다. 디지탈신호처리부(37)로부터 데이터를 인가받은, 현시부(38)는 인체내 매질에 따른 초음파의 속도와 다수 레벨의 주파수를 현시한다.
그러면, 사용자는 컨트롤패널(31)에 구비된 선택키를 이용하여 현시부(38)에 현시되는 인체내 매질에 따른 초음파의 속도 및 다수 레벨의 주파수 중에서 하모닉영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 가장 적절한 초음파의 속도 및 주파수를 선택한다. 초음파의 속도 및 주파수가 선택되어 선택키가 입력되면, OHI모드부(32)는 그 선택된 초음파의 속도 및 주파수에 따른 송신펄스가 탐촉자(34)로 인가되고, 인체내로부터 반사되어 되돌아오는 초음파수신신호에서 그 송신된 초음파에 따른 하모닉신호가 분리되어 신호처리될 수 있도록 하는 제어신호를 송신부(33) 및 수신부(35)로 출력한다.
OHI모드부(32)로부터 제어신호를 인가받은, 송신부(33)는 인가받은 제어신호에 따른 송신펄스를 탐촉자(34)로 인가한다. 탐촉자(34)는 송신부(33)로부터 인가받은 송신펄스에 따른 초음파를 인체내로 송신하고 인체내로부터 반사되어 되돌아오는 신호를 수신한다. 이 수신된 초음파수신신호는 수신부(35)로 입력되고, 수신부(35)는 OHI모드부(32)로부터 인가받은 제어신호에 따라 초음파수신신호에서 그 송신된 초음파에 따른 하모닉신호를 분리한다. 그리고, 수신부(35)는 분리한 하모닉신호에 대해 수신집속을 위한 콘트롤, 필터링, 및 TGC(Time Gain Compensation) 등을 수행한다. 수신집속부(36)는 수신부(35)에서 신호처리된 신호를 인가받아 수신집속(dynamic focusing 또는 synthetic focusing)하여 출력한다. 디지탈신호처리부(37)는 인가받는 수신집속부(36)의 집속된 신호로부터 하모닉영상을 얻기 위한 디지탈신호처리를 수행한다. 그리고, 현시부(38)는 디지탈신호처리부(37)에서 신호처리된 신호를 인가받아 초음파수신신호에 대한 하모닉영상을 현시한다. 이렇게 하여 사용자는 하모닉영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 대한 최적의 하모닉영상(OHI)을 얻게 된다.
그리고, 사용자가 다른 인체내 매질에 대한 하모닉영상을 얻고자 하는 경우, 전술한 과정을 수행하여 그 인체내 매질에 가장 적절한 초음파의 속도 및 주파수를 선택하여 그 선택된 속도 및 주파수의 초음파가 인체내로 송신되고 반사되어 수신되도록 한다. 이렇게 하여 그 인체내 매질에 대한 최적의 하모닉영상을 얻게 된다.
이와 같이 하모닉영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 가장 적절한 속도 및 주파수의 초음파가 인체내로 송신되고 반사되어 수신되도록 함으로써 허상이 줄고 더욱 향상된 콘트라스트 및 방위분해능을 갖는 최적의 하모닉영상을 얻을 수 있으며 또한, 다수 레벨의 주파수를 이용하여 주파수가변하므로 여러 주파수대역의 하모닉영상을 얻는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 최적의 하모닉영상을 구현하는 초음파영상시스템은, 인체내로 송신되는 초음파의 속도 및 주파수를 하모닉영상을 얻고자 하는 인체내 매질에 따라 가변하여 줌으로써 허상이 줄고 콘트라스트 및 방위분해능이 더욱 향상된 하모닉영상 및 여러 주파수대역의 하모닉영상을 얻을 수 있는 잇점을 제공한다.

Claims (10)

  1. 대상체로부터 반사되어 오는 초음파신호를 수신하여 초음파영상을 구현하는 초음파영상시스템에 있어서,
    하모닉영상(harmonic imaging)구현을 위한 모드키를 구비한 키입력수단;
    대상체내 매질에 따른 최적의 하모닉영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하기 위한 초음파의 파라미터(parameter)를 저장하며, 하모닉영상구현모드시 현 대상체내 매질에 대응하는 상기 초음파의 파라미터를 출력하는 OHI모드수단;
    하모닉영상구현모드시 상기 OHI모드수단으로부터 파라미터를 인가받아 그에 맞는 초음파를 대상체로 송신하여 대상체로부터 반사되어 오는 신호를 수신하고, 그 수신된 신호에서 상기 송신된 초음파에 대한 하모닉신호(harmonic signal)를 분리하여 수신집속을 위한 신호처리를 수행하여 출력하는 송/수신수단;
    상기 송/수신수단으로부터 출력되는 신호를 인가받아 OHI를 구현하기 위한 신호집속 및 신호처리를 수행하여 출력하는 신호처리수단; 및
    상기 키입력수단으로부터의 키입력에 대응하여 초음파영상 및 OHI를 구현하기 위해 상기 수단들의 동작을 전반적으로 제어하는 제어수단을 포함하여 초음파영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 대한 최적의 하모닉영상(OHI)을 구현하는 초음파영상시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파의 파라미터는 대상체내 매질에 따른 초음파의 속도와 다수 레벨의 주파수인 것을 특징으로 하는 초음파영상시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 키입력수단은 하모닉영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 최적인 초음파의 파라미터를 선택하기 위한 선택키를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파영상시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 선택키의 입력시 그 선택된 파라미터가 출력되도록 상기 OHI모드수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파영상시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 사용자가 하모닉영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 최적인 초음파의 파라미터를 선택할 수 있도록 상기 초음파의 파라미터를 현시하기 위한 현시수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파영상시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 신호처리수단은 하모닉영상구현모드시 상기 OHI모드수단으로부터 초음파의 파라미터를 인가받아 상기 현시수단에 현시하기 위한 신호처리를 수행하여 상기 현시수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파영상시스템.
  7. 대상체로부터 반사되어 오는 초음파신호를 수신하여 최적의 하모닉 영상(Optimum Harmonic Imaging; OHI)을 구현하는 방법에 있어서,
    (1) 하모닉영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 대해 최적의 하모닉영상을 구현하기 위한 초음파의 파라미터(parameter)를 선택하는 단계;
    (2) 상기 제 1단계에서 선택된 파라미터를 갖는 초음파를 대상체로 송신하고, 대상체에서 반사되어 오는 신호를 수신하는 단계; 및
    (3) 상기 제 2단계에서 수신된 신호에서 상기 송신된 초음파에 따른 하모닉신호(harmonic signal)를 분리하여 하모닉영상을 구현하기 위한 신호처리를 수행하는 단계를 포함하여 하모닉영상을 얻고자 하는 대상체내 매질에 대한 최적의 하모닉영상을 구현하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 초음파의 파라미터는 대상체내 매질에 따른 초음파의 속도와 다수 레벨의 주파수인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 제 1단계는 사용자에 의해 초음파의 파라미터선택이 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항 또는 제 9항에 있어서, 상기 초음파의 파라미터는 사용자의 선택을 위해 현시가능한 것을 특징으로 하는 방법.
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