KR20150112359A - 캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는 대상체에 고강도 초음파를 조사하고 고강도 초음파에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신하는 트랜스듀서와, 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 신호 분석부를 포함한다.

Description

캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치 및 그 방법 {Ultrasound signal monitoring apparatus and method for cavitation detection}
본 발명은 초음파 신호 처리기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 집속 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound: HIFU)를 이용한 의료장치에 관한 것에 관한 것이다.
암, 종양, 병변 등과 같은 생체조직을 치료하는데 고강도 집속 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound: 이하 HIFU라 칭함) 신호를 이용할 수 있다. HIFU를 이용한 치료 방식은 HIFU를 대상체의 한 곳에 송신하여 발생하는 열을 통해 대상체의 조직을 괴사시키는 방식이다. 일반적인 외과수술이나 화학적인 치료(Chemotherapy) 방식 등에 비하여, HIFU 치료는 환자의 외상을 덜 손상시키고 비침입성 치료(Non-invasive treatment)를 실현할 수 있다. 그 적용 예로는 간암(Liver cancer), 뼈 육종(Bone sarcoma), 유방암(Breast cancer), 췌장암(Pancreas cancer), 신장암(Kidney cancer), 연조직의 종양(Soft tissue tumor) 및 골반 종양(Pelvic tumor) 등 다양하다.
HIFU를 이용한 치료 방식에 있어서, 치료하고자 하는 대상체에 HIFU 신호를 조사하고 대상체로부터 되돌아오는 HIFU 후방산란 신호(backscattering signal)를 수신하여 이로부터 초음파 영상을 획득한다. HIFU를 대상체에 조사하면 대상체의 초점 부위에서 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있다. 캐비테이션 현상은 초음파가 대상체에 닿으면서 대상체 내의 압력 변화로 인해 생기는 음압과 양압의 작용으로 작은 기포가 형성되고, 이 기포가 최대로 커졌다가 터지는 과정이 반복되면서 해당 대상체 내의 세포가 파괴되는 것을 의미한다. 캐비테이션은 대상체의 초점 부위의 온도 상승을 촉진시켜서 초점 부위에 해당하는 병변을 손상시켜 질병을 치료하게 한다. 그러나 과도한 캐비테이션 발생은 초음파 빔 경로를 왜곡시키거나 초점 부위의 급격한 온도 상승을 유발하여 병변 치료를 어렵게 만들 수 있다. 따라서, 대상체에 HIFU 조사하는 경우 캐비테이션에 대한 검출이 필요하다.
일 실시 예에 따라, 치료를 위해 HIFU를 대상체에 조사할 때 발생하는 캐비테이션을 검출할 수 있는 초음파 모니터링 장치 및 그 방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는, 대상체에 고강도 초음파를 조사하고 고강도 초음파에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신하는 트랜스듀서와, 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 신호 분석부를 포함한다.
일 실시 예에 따른 신호 분석부는, 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 변환부와, 변환부를 통해 주파수 영역으로 변환된 후방산란 신호에서 노이즈 신호를 분리하는 노이즈 분리부와, 노이즈 분리부를 통해 분리된 노이즈 신호를 시간에 대해 미분하여 캐비테이션 세기 변동량을 구하는 미분부를 포함한다. 나아가, 신호 분석부는 분리된 노이즈 신호에 대한 이동평균 값을 계산한 후 계산된 이동평균 값을 미분부에 제공하는 이동평균 계산부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 신호 분석부는, 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호에 포함되는 캐비테이션 노이즈 신호가 혼돈신호임을 고려하여 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량 분석을 통해 캐비테이션 상태를 판단하는 판단부를 더 포함한다. 이때, 일 실시 예에 따른 판단부는 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량과 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량을 비교하고 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량이 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량의 역치값 이상이면 캐비테이션이 강한 상태인 것으로 판단할 수 있다.
일 실시 예에 따른 트랜스듀서는, 대상체의 초점 위치를 변동하지 않은 상태에서 고강도 초음파의 세기를 변동시키면서 고강도 초음파를 대상체에 조사하고, 신호 분석부는 고강도 초음파 세기 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구할 수 있다. 다른 실시 예에 따른 트랜스듀서는, 대상체의 초점 위치를 변동시키면서 고강도 초음파를 대상체에 조사하고, 신호 분석부는 초점 위치 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구할 수 있다.
일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는, 대상체에 조사되는 고강도 초음파의 조사조건을 미리 설정하고 미리 설정된 조사조건 하에 트랜스듀서를 통해 고강도 초음파를 조사하며 신호 분석부에 의해 분석된 결과에 따라 고강도 초음파의 조사조건을 변경하거나 동작을 중지하는 제어부를 더 포함한다.
다른 실시 예에 따른 초음파 모니터링 방법은, 트랜스듀서를 통해 대상체에 고강도 초음파를 조사하는 단계와, 고강도 초음파에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신하는 단계와, 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 치료를 위해 HIFU를 대상체에 조사할 때 초점 위치에서 캐비테이션에 의해 발생하는 후방산란 신호가 혼돈 양상을 보임에 착안하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 시간에 대한 변동량을 구함으로써 캐비테이션 발생 여부와 그 세기 정도를 간접적으로 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HIFU 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호를 대상으로 캐비테이션이 발생하지 않은 노이즈 신호(a)와 캐비테이션이 발생한 노이즈 신호(b)의 형태를 도시한 참조도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상체에 조사되는 HIFU 세기의 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호의 다양한 형태를 도시한 참조도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HIFU가 조사되는 대상체의 초점 위치 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 도시한 참조도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 신호 분석부의 세부 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상체에 조사되는 HIFU 세기의 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 대상으로 한 캐비테이션 세기 변동량의 다양한 형태를 도시한 참조도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HIFU가 조사되는 대상체의 초점 위치 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 대상으로 한 캐비테이션 세기 변동량의 다양한 형태를 도시한 참조도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고강도 집속 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound: 이하 HIFU라 칭함) 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호를 대상으로 캐비테이션(cavitation)이 발생하지 않은 노이즈 신호(a)와 캐비테이션이 발생한 노이즈 신호(b)의 형태를 도시한 참조도이다.
도 1을 참조하면, 초음파 모니터링 장치는 트랜스듀서를 이용하여 치료하고자 하는 대상체에 HIFU 신호를 조사하고 되돌아오는 HIFU 후방산란 신호를 수신한다. 그런데, HIFU를 대상체에 조사하는 경우 대상체의 초점 부위에서 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있다. 캐비테이션 현상은 초음파가 대상체에 닿으면서 대상체 내의 압력 변화로 인해 생기는 음압과 양압의 작용으로 작은 기포가 형성되고 이 기포가 최대로 커졌다가 터지는 과정이 반복되면서 해당 대상체 내의 세포가 파괴되는 것을 말한다.
캐비테이션에 의해 발생한 후방산란 신호는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 혼돈(chaos) 양상을 보이는 혼돈신호 형태를 갖는다. 본 발명은 캐비테이션 신호가 혼돈신호 형태임에 착안하여 HIFU 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 시간에 대한 세기 변동량을 계산하고, 세기 변동량으로부터 혼돈 발생 정도를 추정한다. 전술한 추정 방식을 통해서 캐비테이션 발생 여부와 그 강도를 간접적으로 모니터링할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상체에 조사되는 HIFU 세기의 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호의 다양한 형태를 도시한 참조도이다.
세부적으로, 도 2의 (a)는 HIFU 세기가 0W인 경우, (b)는 50W인 경우, (c)는 100W인 경우, (d)는 100W인 경우, 각각 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호를 도시한 것이다. 그러나, 도 2의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐, HIFU 세기 변화에 따라 획득 가능한 노이즈 신호 형태는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2의 (a),(b) 및 (c)를 참조하면, 대상체에 조사되는 HIFU 세기가 0W, 50W 및 100W인 경우에 획득되는 노이즈 신호의 경우, 소스 노이즈(Source noise)에 의해 캐비테이션 발생량이 증가하는 것처럼 보인다. 이때, 소스 노이즈는 HIFU를 조사하는 트랜스듀서에 의해 발생하는 노이즈를 의미한다.
한편, 도 2의 (d)를 참조하면, 대상체에 조사되는 HIFU 세기가 150W인 경우 획득되는 노이즈 신호는 소스 노이즈와 캐비테이션에 의해 발생한 노이즈 신호를 포함한다. 실제로 캐비테이션에 의해 소스 노이즈의 세기 레벨보다 그 세기 레벨이 떨어지는 경우에도 캐비테이션이 발생할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 캐비테이션에 의해 발생한 노이즈 신호가 도 1을 참조로 전술한 바와 같이 편차가 큰 혼돈신호의 형태를 나타내기 때문이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HIFU가 조사되는 대상체의 초점 위치 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 도시한 참조도이다.
세부적으로, 도 3은 대상체에 조사되는 HIFU의 세기는 일정하게 유지시킨 상태에서, 초점 위치를 변화하면서 HIFU를 조사할 때 획득되는 노이즈 신호를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 초음파가 조사되는 초점 위치에 따라 노이즈 신호의 세기 레벨의 변화가 심함을 확인할 수 있다. 그러나, 도 3의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐, 초점 위치 변화에 따라 획득 가능한 노이즈 신호 형태는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 장치(1)의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치(1)는 트랜스듀서(10)와 신호 분석부(12)를 포함하며, 디스플레이부(14), 저장부(16) 및 제어부(17)를 더 포함할 수 있다.
트랜스듀서(10)는 대상체에 HIFU를 조사하고 HIFU에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신한다. 신호 분석부(12)는 트랜스듀서(10)를 통해 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산한다. 신호 분석부(12)의 세부 구성에 대해서는 후술되는 도 5를 참조로 하여 상세히 설명한다.
디스플레이부(14)는 신호 분석부(12)를 통해 계산된 결과를 화면에 출력한다. 저장부(16)는 신호 분석부(12)의 신호 분석을 위해 필요한 정보들을 저장하거나 신호 분석부(12)를 통해 분석된 정보를 저장한다. 신호 분석을 위해 필요한 정보 중에는 신호 분석부(12)를 통해 구한 노이즈 신호의 세기 변동량과 비교하기 위해 미리 설정해 놓은 노이즈 신호 세기 변동량 정보가 포함될 수 있다.
제어부(17)는 대상체에 조사되는 HIFU의 조사조건을 설정하고 설정된 조사조건 하에 트랜스듀서(10)를 통해 HIFU를 조사한다. 이때, HIFU의 조사조건은 HIFU의 강도, 파워, 압력 등일 수 있다. 그리고, 제어부(17)는 신호 분석부(12)의 분석결과에 따라 HIFU의 조사조건을 변경하거나 장치의 동작을 중지한다. 예를 들어, 신호 분석부(12)의 캐비테이션 상태 판단 결과가 미리 설정된 허용 범위를 벗어나면 HIFU의 조사조건을 변경할 수 있다. 가령, 미분하여 구한 캐비테이션 세기 변동량이 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량의 역치값보다 크면 허용 범위를 벗어난 것으로 판단하여 HIFU의 강도, 파워, 압력 등의 조사조건을 낮게 조절하거나, 장치 동작을 중지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 신호 분석부(12)의 세부 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 신호 분석부(12)는 변환부(120), 노이즈 분리부(122), 이동평균 계산부(124), 미분부(126) 및 판단부(128)를 포함한다.
변환부(120)는 트랜스듀서(10)를 통해 수신된 후방산란 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 이때, 일 실시 예에 따른 변환부(120)는 후방산란 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)하고, 푸리에 변환된 결과에 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function: MMF)를 곱 연산한다.
노이즈 분리부(122)는 변환부(120)를 통해 주파수 영역으로 변환된 후방산란 신호에서 노이즈 신호를 분리한다. 노이즈 분리부(122)는 주파수 영역으로 변환된 후방산란 신호로부터 기본 주파수 신호(fundamental signal)와 하모닉 신호들(harmonic signals)을 제외한 나머지 신호들을 분리하고 이를 합산함에 따라 노이즈 합산 신호(noise summing signal)를 추출할 수 있다. 그리고, 노이즈 분리부(122)는 분리된 노이즈 신호를 시간 축을 기준으로 나타낸다.
이동평균 계산부(124)는 노이즈 분리부(122)를 통해 분리된 노이즈 신호에 대한 이동평균(Moving average) 값을 계산한다. 이때, 이동평균을 취하는 개수는 캐비테이션 정보의 손실이 최소화될 수 있는 한도 내에서 이루어진다.
미분부(126)는 이동평균 계산부(124)를 통해 이동평균이 반영된 노이즈 신호를 시간(t)에 대해 미분하여 캐비테이션 세기 변동량을 구한다. 노이즈 신호를 시간에 대해 미분함으로써 그 기울기에 해당하는 캐비테이션 세기의 변동 정도를 구할 수 있게 된다.
판단부(128)는 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호에 대한 세기 변동량을 분석하여 캐비테이션 상태를 판단한다. 이때, 판단 결과를 디스플레이부(14)에 제공할 수 있다. 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호는 소스 노이즈 신호와 캐비테이션에 의해 발생하는 노이즈 신호를 포함한다. 판단부(128)는 캐비테이션 노이즈 신호가 혼돈신호임을 고려하여 노이즈 신호에 대한 세기 변동량을 분석하여 캐비테이션 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 신호에 대한 세기 변동량이 큰 것으로 분석되면, 혼돈신호 형태를 보이는 캐비테이션 노이즈가 포함되어 있음을 알 수 있고 그 캐비테이션 강도가 강하다고 판단한다.
일 실시 예에 따른 판단부(128)는 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량과 미분부(126)를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량을 비교한다. 그리고, 미분부(126)를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량이 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량의 역치값 이상이면 캐비테이션이 강한 상태인 것으로 판단한다.
한편, 일 실시 예에 따른 트랜스듀서(10)는 대상체의 초점 위치를 변동하지 않은 상태에서 HIFU의 세기를 변동시키면서 고강도 초음파를 대상체에 조사한다. 그러면, 신호 분석부(12)는 HIFU 세기 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구한다. 다른 실시 예에 따른 트랜스듀서(10)는 대상체의 초점 위치를 변동시키면서 HIFU를 대상체에 조사한다. 그러면, 신호 분석부(12)는 초점 위치 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대상체에 조사되는 HIFU 세기의 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 대상으로 한 캐비테이션 세기 변동량의 다양한 형태를 도시한 참조도이다.
세부적으로, 도 6의 (a)는 HIFU 세기가 0W인 경우, (b)는 50W인 경우, (c)는 100W인 경우, (d)는 100W인 경우, 각각 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호를 대상으로 본 발명의 신호처리를 통해 생성된 캐비테이션 세기 변동량을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, HIFU 세기가 0W, 50W 및 100W인 경우에는 캐비테이션 세기 변동량이 일정하거나 큰 변화가 없으나, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 HIFU 세기가 150W인 경우 노이즈 신호의 캐비테이션 세기 변동량이 매우 큰 혼돈신호의 형태를 보임을 확인할 수 있다. 종합하면, HIFU 세기가 0W, 50W 및 100W인 경우에는 캐비테이션 현상이 발생하지 않으나, HIFU 세기가 150W인 경우 캐비테이션 현상이 매우 강하게 나타남을 추정할 수 있다. 한편, 전술한 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 예일 뿐 HIFU 세기 변동에 따른 결과는 다양하게 나타낼 수 있음을 명시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HIFU가 조사되는 대상체의 초점 위치 변화에 따라 획득되는 노이즈 신호를 대상으로 한 캐비테이션 세기 변동량의 다양한 형태를 도시한 참조도이다.
세부적으로, 도 7은 대상체에 조사되는 HIFU의 세기는 일정하게 유지시킨 상태에서, 초점 위치를 변경하면서 HIFU를 조사할 때의 캐비테이션 세기 변동량의 다양한 형태를 도시한 것이다. 동일한 대상체의 초점 위치 별로 획득된 도 7의 (a)의 노이즈 신호와 도 7의 (c)의 노이즈 신호의 형태가 서로 상이하게 나타나는 것은 HIFU 조사 시마다 대상체의 매질 특성이 변할 수 있기 때문이다.
도 7을 참조하면, 초점 위치 변화에 따라 노이즈 신호의 세기 레벨이 변하게 되며, 해당 노이즈 신호를 대상으로 한 세기 변동량의 정도에 따라 캐비테이션의 발생 여부와 그 정도를 파악할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐비테이션 검출을 위한 초음파 모니터링 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는 트랜스듀서를 통해 대상체에 HIFU를 조사하고 HIFU에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신한다(810). 이어서, 초음파 모니터링 장치는 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산 및 분석한다(820). 이때, 일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 그리고, 변환된 주파수 영역 신호에서 노이즈 신호를 분리하며, 분리된 노이즈 신호를 시간에 대해 미분하여 캐비테이션 세기 변동량을 구할 수 있다. 이어서, 후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호에 포함되는 캐비테이션 노이즈 신호가 혼돈신호임을 고려하여 노이즈 신호의 세기 변동량을 분석하여 캐비테이션 상태를 판단할 수 있다. 이어서, 초음파 모니터링 장치는 분석 결과를 출력할 수 있다(830).
일 실시 예에 따른 초음파 모니터링 장치는 트랜스듀서를 통해 대상체에 조사되는 HIFU의 조사조건을 설정한다(800). 이때, HIFU의 조사조건은 HIFU의 강도, 파워, 압력 등일 수 있다. 이어서, 설정된 HIFU의 조사조건 하에 HIFU를 조사하고, HIFU에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신한다(810). 이어서, 초음파 모니터링 장치는 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산 및 분석(820)하고 분석 결과를 출력할 수 있다(830). 이어서, 초음파 모니터링 장치는 분석 결과가 이상한지 여부를 판단(840)하여, 이상이 있으면 HIFU의 조사조건을 변경한다(850). 예를 들어, 캐비테이션 상태가 미리 설정된 허용 범위를 벗어나면 HIFU의 조사조건을 변경할 수 있다. 가령, 미분하여 구한 캐비테이션 세기 변동량이 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량의 역치값보다 크면 허용 범위를 벗어난 것으로 판단하여, HIFU의 강도, 파워, 압력 등의 조사조건을 낮게 조절할 수 있다. 또 다른 예로 초음파 모니터링 장치는 분석 결과가 이상한지 여부를 판단(840)하여, 이상이 있으면 장치의 동작을 중지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 신호 처리장치 10: 트랜스듀서
12: 신호 분석부 14: 디스플레이부
16: 저장부 17: 제어부
120: 변환부 122: 노이즈 분리부
124: 이동평균 계산부 126: 미분부
128: 판단부

Claims (13)

  1. 대상체에 고강도 초음파를 조사하고 고강도 초음파에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신하는 트랜스듀서; 및
    상기 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 신호 분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 분석부는
    상기 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 변환부;
    상기 변환부를 통해 주파수 영역으로 변환된 후방산란 신호에서 노이즈 신호를 분리하는 노이즈 분리부; 및
    상기 노이즈 분리부를 통해 분리된 노이즈 신호를 시간에 대해 미분하여 캐비테이션 세기 변동량을 구하는 미분부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 분석부는
    상기 노이즈 분리부를 통해 분리된 노이즈 신호에 대한 이동평균 값을 계산한 후 계산된 이동평균 값을 상기 미분부에 제공하는 이동평균 계산부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 분석부는
    후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호에 포함되는 캐비테이션 노이즈 신호가 혼돈신호임을 고려하여 상기 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량 분석을 통해 캐비테이션 상태를 판단하는 판단부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 판단부는
    미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량과 상기 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량을 비교하고 상기 미분부를 통해 구한 캐비테이션 세기 변동량이 미리 설정된 캐비테이션 세기 변동량의 역치값 이상이면 캐비테이션이 강한 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 대상체의 초점 위치를 변동하지 않은 상태에서 고강도 초음파의 세기를 변동시키면서 고강도 초음파를 대상체에 조사하고, 상기 신호 분석부는 고강도 초음파 세기 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 대상체의 초점 위치를 변동시키면서 고강도 초음파를 대상체에 조사하고, 상기 신호 분석부는 초점 위치 변동에 따라 수신된 후방산란 신호를 대상으로 시간에 대한 캐비테이션 세기 변동량을 구하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 모니터링 장치는
    대상체에 조사되는 고강도 초음파의 조사조건을 미리 설정하고 미리 설정된 조사조건 하에 상기 트랜스듀서를 통해 고강도 초음파를 조사하며 상기 신호 분석부에 의해 분석된 결과에 따라 고강도 초음파의 조사조건을 변경하거나 장치의 동작을 중지하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 모니터링 장치는
    상기 신호 분석부를 통해 계산된 결과를 출력하는 디스플레이부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 장치.
  10. 트랜스듀서를 통해 대상체에 고강도 초음파를 조사하는 단계;
    상기 고강도 초음파에 의해 대상체에서 발생한 캐비테이션 상태를 후방산란 신호로 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 후방산란 신호를 분석하여 후방산란 신호에 포함된 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 단계는
    상기 트랜스듀서를 통해 수신된 후방산란 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 주파수 영역 신호에서 노이즈 신호를 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 노이즈 신호를 시간에 대해 미분하여 캐비테이션 세기 변동량을 구하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 노이즈 신호의 세기 변동량을 계산하는 단계는
    후방산란 신호로부터 분리된 노이즈 신호에 포함되는 캐비테이션 노이즈 신호가 혼돈신호임을 고려하여 캐비테이션 세기 변동량 분석을 통해 캐비테이션 상태를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 초음파 모니터링 방법은
    상기 대상체에 조사되는 고강도 초음파의 조사조건을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 고강도 초음파의 조건 하에 조사된 고강도 초음파로부터 판단된 캐비테이션 상태에 따라 고강도 초음파의 조사조건을 변경하거나 장치의 동작을 중지하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모니터링 방법.
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