KR20080039631A - 프로브 특성 분석 장치 및 방법 - Google Patents

프로브 특성 분석 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자의 편의성을 향상시키고 특성 분석에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있는 프로브 특성 분석 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 프로브의 특성을 분석하는 장치는 분석 대상 프로브로부터 송신된 초음파를 반사시키는 반사면을 포함하는 다수의 반사기, 상기 다수의 반사기 중 상기 대상 프로브에 대응하는 반사기와 상기 대상 프로브의 위치를 정렬하기 위한 위치 정렬부, 상기 대응 반사기에서 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성하는 신호 측정부, 상기 측정값에 근거하여 상기 대상 프로브의 특성을 나타내는 분석 결과를 생성하기 위한 신호 분석부 및 상기 분석 결과를 저장하기 위한 저장부를 포함한다.
Figure P1020060107167
프로브 특성 분석, 반사기

Description

프로브 특성 분석 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ANALYZING CHARACTERISTICS OF PROBE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로브 특성 분석 장치의 구성을 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로브 특성 분석 장치의 스테이지 이동을 이용한 프로브와 반사기의 위치 정렬을 설명하기 위한 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 다수의 반사기의 확대도.
도 4는 도 2에 도시된 스테이지의 이동에 따른 프로브와 소정의 반사기의 위치 정렬 상태를 보여주는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
10: 프로브 100: 프로브 특성 분석 장치
110: 반사기 120: 위치 정렬부
130: 신호 측정부 140: 신호 분석부
150: 저장부 160: 정보 제공부
본 발명은 초음파 진단 분야에 관한 것으로, 특히 프로브의 특성을 분석하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
초음파 진단 시스템은 프로브를 이용하여 대상체를 무침습으로 검사한다. 프로브는 일반적으로 압전세라믹, 압전폴리머 등의 압전물질로 이루어져 전기에너지와 음향에너지를 상호 변환하는 다수의 초음파 변환자(ultrasound transducer)를 포함한다. 프로브는 각 변환자에서 생성된 초음파를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사된 초음파의 신호(에코 신호)를 전기적 신호로 변환시킨다. 프로브의 다수의 변환자들은 다양한 형태, 예컨대 선형 어레이(linear array), 곡면 선형 어레이(curved array), 꽉조인 곡면 선형 어레이(tightly curved array), 환상 어레이(annular array), 나선형 어레이(spiral array) 형태로 배열된다.
변환자의 성능은 반사기를 구비하는 장치에서 감도(sensitivity), 파형(waveform), 주파수 응답 특성(frequency response) 등과 같은 각 특성값을 구하고 각 특성값을 기준값과 비교하여 분석함으로써 평가한다. 감도는 에코 신호의 크기로부터 얻어지는 값이다. 각 특성값은 프로브와 반사기의 정렬 위치에 많은 영향을 받는다.
이와 같이 종래에는 사용자의 숙련도에 따라 프로브-반사기의 정렬 과정에서 발생하는 오차가 달라져 측정 결과의 신뢰성이 떨어진다.　또한, 프로브의 특성을 정확하게 분석하기 위해, 프로브의 종류에 따라 대응하는 반사기의 형태가 달라져야 하므로, 프로브의 종류가 바뀔 때마다 반사기를 교체해야 하는 번거로움이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 사용자의 동작을 감소시켜 사용자의 편의성을 향상시키고 특성 분석에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있는 프로브 특성 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 프로브(probe)의 특성을 분석하는 장치는 분석 대상 프로브로부터 송신된 초음파를 반사시키는 반사면을 포함하는 다수의 반사기; 상기 다수의 반사기 중 상기 대상 프로브에 대응하는 반사기와 상기 대상 프로브의 위치를 정렬하기 위한 위치 정렬부; 상기 대응 반사기에서 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성하는 신호 측정부; 상기 측정값에 근거하여 상기 대상 프로브의 특성을 나타내는 분석 결과를 생성하기 위한 신호 분석부; 및 상기 분석 결과를 저장하기 위한 저장부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 프로브(probe)로부터 송신된 초음파를 반사시키는 반사면을 포함하는 다수의 반사기를 이용하여 상기 프로브의 특성을 분석하는 방법은 상기 다수의 반사기 중 분석 대상 프로브에 대응하는 반사기와 상기 대상 프로브의 위치를 정렬하는 단계; 상기 대응 반사기로부터 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성하는 단계; 상기 측정값으로부터 상기 대상 프로브의 특성을 나타내는 분석 결과를 생성하는 단계; 및 상기 분석 결과를 저장하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 프로브 특성 분석 장치(100)는 다수의 반 사기(110), 위치 정렬부(120), 신호 측정부(130), 신호 분석부(140) 및 저장부(150)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 프로브 특성 분석 장치(100)는 정보 제공부(160)를 더 포함한다.
프로브 특성 분석 장치(100)의 분석 대상인 프로브(10)는 다수의 초음파 변환자를 포함하며, 용도에 따라 다양한 종류가 있다. 프로브(10)의 각 변환자들에는 식별번호가 부여되어 있다. 프로브(10)의 각 변환자는 그에 입력된 전기적 송신 신호를 초음파 송신 신호로 변환시켜 각 변환자의 특성을 분석하기 위해 반사기로 송신하고, 반사기로부터 프로브에 입력된 초음파 수신 신호를 전기적 수신 신호로 변환한다.
위치 정렬부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로브(10)와 반사기(110)를 정렬시키기 위한 다수의 스테이지(121~125) 및 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 위치 정렬부(120)는 프로브(10)와 반사기(110)를 각각 지지하기 위한 제1 및 제2 플레이트(126, 127)를 더 포함한다. 제1 플레이트(126) 상에는 프로브(10)가 놓이고, 제2 플레이트(127) 상에는 반사기(110)가 놓인다. 각 스테이지는 모터의 구동에 의해 이동되어 프로브(10)와 반사기(110)의 위치가 정렬된다.
다수의 스테이지는 X축 스테이지(121), Y축 스테이지(122), Z축 스테이지(123), θ축 스테이지(124) 및 φ축 스테이지(125)를 포함한다. X축, Y축, Z축은 x-y-z 좌표계의 서로 직교하는 축이고, θ축은 X축에 대한 기울기를 변화시키기 위한 회전축이며, φ축은 Y축에 대한 기울기를 변화시키기 위한 회전축이다. 본 발명의 실시예에 따라, X축 스테이지(121) 및 Z축 스테이지(123)는 제2 플레이트(127) 에 연결되어 반사기(110)를 이동시키고, Y축 스테이지(122), θ축 스테이지(124) 및 φ축 스테이지(125)는 제1 플레이트(126)에 연결되어 프로브(10)를 이동시키나, 이러한 대응에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 실시예에서, 반사기(110)가 놓여진 제 2 플레이트(127)는 프로브 특성 분석 장치(100)내의 소정 위치에 고정되고, 위치 정렬부(120)의 모든 스테이지(121~125)가 프로브(10)의 위치를 결정할 수도 있다.　
각 스테이지(121~125)는 해당 축의 방향으로 프로브(10) 또는 반사기(110)를 이동시킨다. 예컨대, 반사기(110)의 폭과 길이 방향이 각각 X축과 Y축에 평행하도록 반사기(110)가 제2 플레이트(127) 상에 놓일 경우, X축 스테이지(121)는 X축 방향, 즉 반사기(110)의 폭 방향으로 제2 플레이트(127)를 이동시키고, Y축 스테이지(122)는 Y축 방향, 즉 반사기(110)의 길이 방향으로 프로브(10)가 놓인 제1 플레이트(126)를 이동시키며, Z축 스테이지(123)는 Z축 방향으로 제2 플레이트(127)의 높이를 조절한다. θ축 스테이지(124)는 X축 방향, 즉 반사기(110)의 폭 방향에 대해 프로브(10)의 기울기(θ)를 조절한다. φ축 스테이지(125)는 Y축 방향, 즉 반사기(110)의 길이 방향에 대해 프로브(10)의 기울기(φ)를 조절한다.
다수의 반사기(110)는 서로 다른 형태를 갖는 반사기(110a 내지 110l)로 이루어지며, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 곡면 또는 평면의 반사면을 갖는다. 반사기(110)는 프로브(10)로부터 송신된 초음파를 반사시킨다. 도 3을 참조하면, 곡면의 반사면을 갖는 반사기(110b 내지 110k)는 볼록형 프로브(convex probe)에 대응되며, 평면의 반사면을 갖는 반사기(110a 및 110l)은 선형 프로브(linear probe)에 대응된다. 반사기(110a 내지 110l)는 각 반사기의 반사면에서 반사되는 초음파가 서로 영향을 미치지 않도록 소정의 간격을 두고 배치된다. 또한, 반사기(110) 전체의 무게는 위치 정렬부(120)에 의해 이동될 수 있도록 위치 정렬부(120)의 구동력을 고려하여 설계한다. 반사기(110)의 수와 형태는 도 3에 도시된 예에 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 프로브(10)의 일부분과 반사기(110)가 수조의 물속에 잠긴 상태에서, 프로브(10)는 반사기의 표면(반사면)을 향해 초음파를 송신하고, 반사면에서 반사된 초음파를 수신한다. 이 경우, 반사면 이외의 면에서 반사되는 초음파를 저감시키기 위해 반사면을 제외한 부분에 수중 음향 흡음재가 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이 다양한 프로브에 대응하는 다수의 반사기(110)를 사용하면 프로브의 종류가 바뀔 때마다 물속에서 반사기를 교체해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.
신호 측정부(130)는 반사기(110) 중 프로브(10)에 대응하는 소정의 반사기에서 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성한다. 신호 분석부(140)는 신호 측정부(130)에서 생성된 측정값을 분석하여 각 변환자의 특성 및 프로브(10)의 특성에 대한 분석 결과를 생성한다. 저장부(150)는 신호 분석부(140)에서 생성된 분석 결과를 저장한다.
정보 제공부(160)는 각종 프로브의 정보, 반사기(110)의 정보 및 프로브와 반사기 간의 대응 관계 정보를 위치 정렬부(120)에 제공한다. 프로브의 정보는 모델명, 제조사, 제조일, 변환자의 개수, 주파수 대역, 주파수 대역폭, 초점 거리 등 을 포함하고, 반사기의 정보는 반사기의 형태(길이, 폭, 높이 등), 반사면의 곡률 및 반사 계수 등을 포함한다. 정보 제공부(160)는 사용자 입력부(도시하지 않음)을 포함하며, 사용자는 사용자 입력부를 통해 프로브의 정보를 입력할 수 있다
이하, 본 발명의 실시예에 따른 프로브 특성 분석 방법을 설명한다.
먼저, 프로브 특성 분석 장치(100)에 있어서, 위치 정렬부(120)의 제1 플레이트(126)상에 특성을 분석하고자 하는 프로브(10), 예컨대, 컨벡스 프로브를 장착한다. 정보 제공부(160)에 저장된 각종 프로브의 정보 및 반사기(110)의 정보에 근거하여 장착된 프로브(10)에 대응하는 소정의 반사기, 예컨대, 반사기(110b)가 선택된다. 이 때, 장착된 프로브(10)의 종류는 센서(도시하지 않음)에 의해 인식되거나, 전술한 사용자 입력부를 통해 사용자가 직접 입력할 수도 있다. 프로브(10)에 대응하는 반사기(110b)가 선택되면, 정보 제공부(160)는 위치 정렬을 위한 프로브(10) 및 반사기(110b)의 정보를 위치 정렬부(120)에 제공한다.
위치 정렬부(120)는 정보 제공부(160)에서 제공된 정보에 따라 반사기(110b)의 위치를 조절하기 위해 X축 스테이지(121) 및 Z축 스테이지(123)를 이동시킨다. 즉, 반사기(110b)의 폭의 중심에 프로브(10)를 위치시키기 위하여, 반사기(110b)의 폭 방향으로 X 스테이지(121)를 이동시킨다. 그리고, 프로브(10)와 반사기(110b) 사이의 거리가 프로브(10)의 초점 거리에 일치하도록 반사기(110b)의 높이 방향으로 Z 스테이지(123)를 이동시킨다. 실질적으로, 프로브(10)와 반사기(110b) 사이의 거리는 프로브(10)의 유효 사용 거리, 즉 빔폭이 매우 좁아지는 집속 범위 내에 있으면 무방하다. 이와 같은 X축 스테이지(121)와 Z축 스테이지(123)의 이동은 정보 제공부(160)에서 제공된 정보를 참조하여 자동으로 수행된다.
그 후, 위치 정렬부(120)는 Y축 스테이지(122), θ축 스테이지(124), φ축 스테이지(125) 및 Z축 스테이지(123)를 이동시켜 프로브(10)의 각 변환자와 반사기(110b) 사이의 거리가 동일하도록 조정한다. 이를 위해, 위치 정렬부(120)는 프로브(10)를 구성하는 변환자들 중에서 소정 개수의 변환자를 선택하여 사용한다. 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 프로브(10)의 중심에 위치하는 변환자(T1), 프로브(10)의 최외각에 있는 변환자들(T2, T3) 및 변환자(T1)의 좌ㆍ우에 존재하는 임의의 변환자(T4, T5)로 구성된 5개의 변환자를 사용한다. 변환자(T1 내지 T5)는 전기적 송신 신호를 초음파 송신 신호로 변환시켜 반사기(110b)로 송신한다. 반사기(110b)로부터 변환자(T1 내지 T5)에 수신된 초음파 수신 신호는 전기적 수신 신호로 변환된다. 신호 측정부(130)는 그 수신 신호를 측정하여 측정값을 위치 정렬부(120)에 전송하고, 위치 정렬부(120)는 그 측정값을 연산 처리하여 도 4에 도시한 바와 같이 각 변환자(T1 내지 T5)에서 동일한 TOF를 얻도록 각 스테이지를 이동시킨다.
위치 정렬부(120)에 의해서 결정된 5개 스테이지의 위치 정보는 정보 제공부(160)에 저장될 수 있다. 따라서, 추후 동일한 종류의 다른 프로브의 특성 분석이 수행되는 경우, 분석하고자 하는 프로브에 대한 5개 스테이지의 위치 정보를 정보 제공부(160)에 저장되어 있는 5개 스테이지의 위치 정보와 비교함으로써, 프로 브의 특성 분석을 위하여 선행되는 프로브와 반사기의 위치 정렬을 정확하게 수행할 수 있다.
위치 정렬부(120)에 의한 프로브(10)와 반사기(110b)의 정렬을 수행한 후, 프로브(10)의 각 변환자는 반사기(110b)로 초음파를 송신한다. 반사기(110b)에서 반사된 초음파는 프로브(10)의 각 변환자에 수신되고, 각 변환자는 수신된 초음파 신호를 전기적 신호로 변환한다. 신호 측정부(130)는 그 전기적 신호를 측정하여 측정값을 생성한다.
그 후, 신호 분석부(140)는 신호 측정부(130)에서 생성된 측정값을 분석하고 각 변환자 및 프로브의 특성에 대한 분석 결과를 생성한다. 신호 분석부(140)에서 생성된 분석 결과는 저장부(160)에 저장된다. 이와 같이 저장된 분석 결과는 프로브의 성능에 대한 보고서를 작성하거나 프로브 성능 개선을 위한 자료로 사용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예들을 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 프로브 특성 분석 장치 및 방법에 의하면, 프로브의 종류마다 반사기를 교체할 필요가 없으므로, 사용자의 동작을 감소시켜 사용자의 편의성을 향상시킬 뿐만 아니라 프로브의 특성 분석에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 프로브(probe)의 특성을 분석하는 장치로서,
    분석 대상 프로브로부터 송신된 초음파를 반사시키는 반사면을 포함하는 다수의 반사기;
    상기 다수의 반사기 중 상기 대상 프로브에 대응하는 반사기와 상기 대상 프로브의 위치를 정렬하기 위한 위치 정렬부;
    상기 대응 반사기에서 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성하는 신호 측정부;
    상기 측정값에 근거하여 상기 대상 프로브의 특성을 나타내는 분석 결과를 생성하기 위한 신호 분석부; 및
    상기 분석 결과를 저장하기 위한 저장부
    를 포함하는 프로브 특성 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상 프로브는 각기 다른 구조 또는 구성을 갖는 다수의 프로브 중 하나이고,
    상기 프로브 특성 분석 장치는, 상기 프로브의 정보, 상기 반사기의 정보 및 상기 프로브와 상기 반사기간의 대응 관계 정보를 제공하는 정보 제공부를 더 포함하고,
    상기 위치 정렬부는 상기 대상 프로브와 상기 대응 반사기를 자동으로 정렬하는, 프로브 특성 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정보 제공부는,
    사용자로부터 상기 프로브의 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부를 포함하는 프로브 특성 분석 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 반사기는 서로 다른 형태를 갖는, 프로브 특성 분석 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 반사기는 각 반사면으로부터 반사된 초음파가 서로 영향을 주지 않도록 배열된, 프로브 특성 분석 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 반사기는 수중 음향 흡음재가 설치된 흡음면을 더 포함하는, 프로브 특성 분석 장치.
  7. 프로브(probe)로부터 송신된 초음파를 반사시키는 반사면을 포함하는 다수의 반사기를 이용하여 상기 프로브의 특성을 분석하는 방법으로서,
    상기 다수의 반사기 중 분석 대상 프로브에 대응하는 반사기와 상기 대상 프로브의 위치를 정렬하는 단계;
    상기 대응 반사기로부터 반사된 초음파의 신호를 측정하여 측정값을 생성하는 단계;
    상기 측정값으로부터 상기 대상 프로브의 특성을 나타내는 분석 결과를 생성하는 단계; 및
    상기 분석 결과를 저장하는 단계
    를 포함하는 프로브 특성 분석 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대상 프로브는 각기 다른 구조 또는 구성을 갖는 다수의 프로브 중 하나이고,
    상기 프로브 특성 분석 방법은,
    상기 프로브의 정보, 상기 반사기의 정보 및 상기 프로브와 상기 반사기간의 대응 관계 정보를 입력받는 단계; 및
    상기 대상 프로브와 상기 대응 반사기를 자동으로 정렬하는 단계
    를 더 포함하는, 프로브 특성 분석 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 각 반사기는 서로 다른 형태를 갖는, 프로브 특성 분석 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 다수의 반사기는 각 반사면으로부터 반사된 초음파가 서로 영향을 주지 않도록 배열된, 프로브 특성 분석 방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 다수의 반사기는 수중 음향 흡음재가 설치된 흡음면을 더 포함하는, 프로브 특성 분석 방법.
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