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KR101048554B1 - 초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템 - Google Patents

초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템 Download PDF

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KR101048554B1
KR101048554B1 KR1020080028998A KR20080028998A KR101048554B1 KR 101048554 B1 KR101048554 B1 KR 101048554B1 KR 1020080028998 A KR1020080028998 A KR 1020080028998A KR 20080028998 A KR20080028998 A KR 20080028998A KR 101048554 B1 KR101048554 B1 KR 101048554B1
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signal
ultrasonic
load cell
elasticity
preprocessor
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서종범
신태민
이균정
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 신체의 각 부위별 탄성도를 측정 가능하여, 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부; 상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부, 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC); 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치; 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
초음파, 탄성도, 경화, 로드셀, 팬텀, 변위, 상관도, 인덴터(indenter)

Description

초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템{Elastic measurement system of biological tissue using ultrasonic wave}
본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 신체의 각 부위별 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템에 관한 것이다.
현대인들은 불규칙한 식습관, 과도한 스트레스, 운동부족 등으로 명치끝이 답답하거나 음식이 잘 내려가지 않으며, 팽만감, 배변장애, 역류 등의 증상을 호소하는 기능성 위장 장애로 많은 고통을 받고 있다. 위장 장애로 인해 종합병원을 찾는 환자의 2/3정도가 기능성 위장 장애 환자로 보고되고 있으며, 국내의 경우에는 최근에 한 대학병원 소화기내과 환자 14,700명 중에서 60%인 8,827명이 기능성 위장 장애 환자로 판명된바 있다.
또한 이러한 기능성 장애는 구조적, 생화학적인 원인보다는 생리적인 기능성 장애에 기인되므로, X-Ray검사, 혈액검사, 내시경검사와 같은 구조적, 생화학적인 원인 규명을 위하여 개발된 기존의 진단기술로는 기능성 위장 장애를 진단하는 데 있어 한계점을 보이고 있다. 현재, 기능성 위장 장애에 대한 정확한 진단 기술의 부재로 초기 치료의 어려움을 겪고 있으며, 이러한 현실은 환자의 상태를 만성 질환으로 발전시킬 수 있다. 따라서 기능성 위장 장애에 대한 정밀한 진단법의 연구와 개발이 요구되고 있는 실정이다.
특히, 인체내 연조직들은 연동운동을 통해 대사역할을 하게 되는데 이것이 단단하게 굳어서 소화작용에 문제가 생기는 현상이 연구되어 왔다. 이것을 증명하기 위해 사용되는 일반적인 방법은 조직의 샘플을 취득하여 이를 기계적인 장치인 인덴터(Indentor)라고 하는 압축 및 인장 기기에 넣고 압력 대비 변형률을 측정하여 얻은 탄성계수인 영률(Young’s Modulus) 측정방법을 통해 가장 정확한 값을 얻게 된다. 여기서, 탄성도는 누른 힘의 변화량을 누른 힘에 의한 물질의 변위로 나눈 값이 된다. 종래의 인덴터의 일예는 도 1과 같다.
이러한 종래의 방법은 침습적이고, 생체 조직이 유한한 시간 내에 측정해야 하는 어려움이 있다.
다른 방법으로 초음파를 이용하는 방법을 고려할 수 있다.
초음파를 이용한 방법은 초음파가 물질을 투과하여 진행하면서 전파되는 물질의 음향 인피던스에 따라 반사 현상이 일어난다. 이러한 반사현상을 반사 계수를 통해 얻을 수 있으며, 수학식 1과 같다.
R=(Z1-Z2)/(Z1+Z2)
여기서, R은 반사계수, Z1은 매질1에서의 음향임피던스, Z2는 매질2에서의 음향임피던스이다.
그러나 이 경우, 초음파 영상의 기본적인 특성인 간섭(coherence)의 영향으로 보강 및 상쇄 간섭이 일어나 영상의 스팩클 패턴을 생성한다. 따라서 반사 계수 만을 비교하는 것은 정량적 비교에는 적합하지 않다.
따라서 상기한 문제점들을 해소하기 위해서 보다 발전된 형태의 탄성도 측정 기기로서, 본 발명은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공한다.
도 2는 초음파 영상 장치를 이용하여 탄성도 측정시의 모식도이다.
초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
t=(2L)/C
여기서 t는 음파가 되돌아온 시간이고, L은 반사체의 거리이며, C는 음파의 전달속도이다.
또한 본 발명에서 초음파 신호를 이용한 탄성도 측정 이론에 근간이 된 것은, 초음파신호를 이용한 탄성도 측정은 스팩클 패턴추적을 이용하여 시간지연을 구하고 이를 가해진 압력 값으로 나누어 구할 수 있다. 두 신호의 스팩클 패턴을 구하기 위해서는 상호상관 함수(Cross Correlation funtion) 을 이용하고 수학식 3과 같다.
Figure 112008022707505-pat00001
여기서, t는 시간을 나타내는 수로, 0을 포함하는 양의 실수라 할 수 있으며, r1(t)는 힘(압력)이 가해지기 전의 시간 t에서의 초음파 응답신호이고, r2(t+τ)는 힘(압력)이 가해진 후인 즉 시간 t+τ에서의 초음파 응답신호이고, τ는 지연시간이고, T는 주기이며,
Figure 112008022707505-pat00002
는 t0에서 t0+τ사이의 구간에서의 r1(t)과 r2(t+τ)의 상호상관을 나타낸다.
이때 최대 상호상관 계수(Maximum Cross Crrelation Coeffcient)(
Figure 112008022707505-pat00003
)는 수학식 4와 같고 이때 τ가 시간지연이 된다.
Figure 112008022707505-pat00004
시간 지연 값은 곧 변형된 거리를 의미하며 인가한 압력을 구함으로써 탄성도를 계산할 수 있다.
본 발명에서는 초음파 변환기가 한 점에 위치하여 연속적으로 반사되어 오는 음파를 관찰하면 반사체의 움직임이나 변형을 구별할 수 있으며, 또한, 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부 에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하면 탄성도를 측정할 수 있다. 특히 이때 측정되는 탄성도의 경우, 깊이 방향에 위치한 조직의 평균적안 탄성도가 아닌, 각 부위별 탄성도이며, 따라서 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능하다는 점에서 본 발명의 우수성이 있다. 이는 각 부분의 반사되는 신호를 부분별로 분리하여 처리함으로써 가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하는 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하여 탄성도를 정량적으로 측정 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 초음파 응답특성과 로드셀을 이용하여 탄성도를 분석함으로써 기능성 위장 장애를 가진 환자의 복부 장기의 경화를 객관적으로 측정하고 정량화하가 가능한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호를 발생시키는 파형발생부; 상기 파형발생부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부; 상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리 부; 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부; 상기 초음파 신호전송부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 파형발생부는, 초음파생성 제어신호를 생성하는 연산처리부;상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(220);상기 D/A변환부의 출력을 증폭하는 증폭부(230);을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 신호전송부는, 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부; 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부; 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부; 상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음 파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부; 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC); 상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은 로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구형파는 고전압, 짧은 펄스진폭을 갖는 파형인 것을 특징으로 한다.
상기 연산처리부는 초음파 응답신호의 울림(ringing)현상을 최소화하도록 초음파생성 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 시간이득 보상신호 전처리부는, 상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(240); 상기 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 가변 증폭하는 가변증폭부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 센서부는 트랜스듀서(transducer)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 로드셀 신호검출부는, 상기 초음파 센서부의 뒤에 장착되어 측정부위에 가해진 힘을 측정하는 로드셀부; 상기 로드셀부의 출력신호인 로드셀 검출신호를 증폭하는 로드셀 신호증폭부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 로드셀부와 상기 로드셀 신호증폭부 사이에서, 상기 로드셀부의 출력인 로드셀 값을 힘의 값(뉴튼 값)으로 선형적으로 보정하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 분석장치는, 초음파 응답신호와 로드셀 검출신호를 이용하여 탄성도에 대한 값을 분석하여 그 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템은, 초음파 신호에 의해 원하는 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 신호검출부; 측정부위에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 로드셀 신호검출부; 상기 초음파 신호검출부와 상기 로드셀 신호검출부로부터의 신호를 수신하여 측정 부위에 대한 탄성도를 분석하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시형태에 따르면, 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 초음파 응답신호인 신호1과, 초음파 센서부가 상기 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 초음파 응답신호인 신호2에서 시간 지연을 계산하여 변형거리를 구하여 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법에 있어서, 상기 신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고, 상기 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구하는 해석신호 변환단계; 상기 해석신호 변환단계에서 출력된 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 상호상관 연산단계; 상기 상 호상관 연산단계의 출력에서 최대 상호상관계수를 검출하는 최대 상호상관계수 검출단계; 상기 최대 상호상관계수 검출단계에서 구해진 최대 상호상관계수인 곳을 τ로 하고, dτ/2 되는 값을 변형거리로 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간을 이용하여 반사체의 변형을 측정하며, 초음파 변환기가 한 점에 위치하여 연속적으로 반사되어 오는 음파를 관찰하면 반사체의 움직임이나 변형을 구별가능하다.
본 발명에 따른 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 초음파 변환기를 통하여 지속적으로 누르는 힘(압력)을 인가하는 경우, 그 압력이 신체 내부에 전달되어 깊이 방향으로 연조직이 변형되는데 이때 압력 대비 변형되는 변위를 측정하여 탄성도를 측정하며, 또한 신체의 각 부위별 탄성도를 측정 가능하며, 따라서 원하는 위치의 탄성도를 정량적으로 측정 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 초음파를 이용한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 간략한 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 초음파 신호검출부(100), 로드셀 신호검출부(300), 분석장치(400)로 이루어진다.
초음파 신호검출부(100)는 초음파 신호에 의해 측정하길 원하는 생체 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 수단으로, 파형 전처리부(205), 연산처리부(210), 시간이득 보상신호 전처리부(235), 초음파 센서부(260), 초음파신호 전처리부(270), 초음파 신호전송부(280)를 포함한다.
파형 전처리부(205)는 D/A변환부(220), 증폭부(230)로 이루어져, 연산처리부(210)에서 생성된 구형파의 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고, 증폭하여, 초음파 센서부(260)에 송신한다.
따라서 파형발생부(200)는 파형 전처리부(205), 연산처리부(210)로 이루어진다. 즉, 파형발생부(200)는 초음파 센서부(260)에 송신할 구형파의 초음파생성 제어신호를 생성하는 수단으로, 연산처리부(210), D/A변환부(220), 증폭부(230)를 포함한다. 파형발생부(200)에서 발생된 신호는 소정 공진주파수를 갖는 구형파 신호일 수 있다. 파형발생부(200)에서 발생된 신호는 100kHz에서 100MHz 사이의 주파수를 공진 주파수로 할 수 있다.
연산처리부(210)는 초음파 신호검출부(100)의 전반적인 제어를 행하는 수단으로, 구형파신호인 초음파생성 제어신호를 생성하여 D/A변환부(220), 증폭부(230)를 거쳐 초음파 센서부(260)로 전송하게 하며, 또한, 시간이득 보상신호를 생성하여 시간이득 보상신호 전처리부(235)를 거쳐, 시간이득 보상부(Time Gain Compensator)(이하, TGC라고 함)(282)로 전송한다. 연산처리부(210)는 복합프로그램머블 논리소자(Complex Programmable Logic Device)(이하 CPLD 라함)로 이루어질 수 있다.
파형발생부(200)에서 생성한 구형파신호를 초음파 센서부(260)에 인가하여 초음파 신호를 발생시키는데, 이때 발생된 신호의 울림(ringing)은 응답신호의 해상도에 큰 영향을 미친다. 따라서 연산처리부(210)에서 신호를 생성하여 실험을 통해 최적의 파형을 결정하고, 초음파 센서에 인가하여 울림을 최소화하였다.
다시말해, 연산처리부(210)는 인가 초음파 신호를 고전압, 짧은 펄스진폭을 갖는 최적의 파형을 만들어주어 초음파 응답신호의 울림(ringing)현상을 최소화시켜준다. 이는 초음파 센서부(260)가 아날로그 신호에 반응하기 때문에 고전압에서 저전압으로 급속히 떨어지는 펄스에 큰 에너지의 신호(종파)를 만들어야 하기 때문이기도 하다.
D/A변환부(220)는 연산처리부(210)로부터 수신된 구형파신호의 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환한다.
증폭부(230)는 D/A변환부(220)의 출력신호, 즉 구형파신호의 초음파생성 제어신호를 증폭하여, 초음파 센서부(260)로 전송한다. 그러면, 초음파 센서부(260)는 수신된 구형파신호의 초음파생성 제어신호에 의해 초음파를 발생한다.
시간이득 보상신호 전처리부(235)는 연산처리부(210)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 전처리를 한 후, TGC(282)로 전송한다. 시간이득 보상신호 전처리부(235)는 D/A변환부(240), 가변증폭부(250)를 구비한다. 시간이득 보상신호 전처리부(235)에서 생성된 시간이득 보상신호는 톱니파 신호일 수 있다.
D/A변환부(240)는 연산처리부(210)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날 로그 신호로 변환한다.
가변증폭부(250)는 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 TGC(282)에서 시간이득 보상하기에 적정한 크기의 신호로 가변 증폭하여, TGC(282)로 전송한다. 즉, 가변증폭부(250)는, D/A변환부(240)의 출력은 전류값으로 나타남으로, 이를 전압으로 바꾸어준다. 가변증폭부(250)는 가변이득 연산기를 사용할 수 있다.
초음파 센서부(260)는 파형발생부(200)로부터 수신된 구형파의 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생하여 초음파 신호를 측정하고자 하는 생체 부위에 제공하고, 상기 생체 부위로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 응답신호)를 검출한다.
다시말해, 초음파 센서부(260)는 파형발생부(200)로부터 수신한 신호에 따라 발생한 초음파 신호를 생체 부위에 제공하여, 상기 생체 부분에서 물질의 경계의 음향 임피던스 차에 따라 반사되어 초음파 센서부(260)로 다시 돌아온 초음파 신호는 응답신호로서 수신한다.
초음파 센서부(260)는 트랜스듀서(transducer)로 이루어질 수 있다.
초음파신호 전처리부(270)은 초음파 센서부(260)로부터 초음파 응답신호를 수신하여 이를 필터링하고 증폭하여, 초음파 신호전송부(280)를 통해 분석장치(400)로 전송한다. 초음파신호 전처리부(270)는 증폭부와 필터부를 포함한다.
상기 필터부는 저주파의 잡음을 제거한다. 상기 필터부는 소정 주파수대만 통과시키는 광대역 밴드패스필터(BandPass Filter)로 이루어질 수 있다.
상기 증폭부는 고속 가변이득 증폭기로 이루어질 수 있다.
초음파 신호전송부(280)는 초음파신호 전처리부(270)로부터 잡음이 제거되고 증폭된 초음파 응답신호를 수신하여 이를 분석장치(400)에서 분석 가능한 신호로 변환하여 송신하는 수단으로서, 시간이득 보상부(TGC)(282), 데이터 수집부(287)를 포함한다.
TGC(282)는 초음파 센서부(260)에서 검출되어 초음파신호 전처리부(270)를 거쳐 수신된 초음파 응답신호를, 연산처리부(210)에서 생성되어 시간이득 보상신호 전처리부(235)를 거쳐 수신된 시간이득 보상신호로 보상하여 준다. 즉, TGC(282)는 초음파 센서부(260)에서 검출되어 초음파신호 전처리부(270)로부터 수신된 신호, 즉 생체로부터 반사되어 돌아온 초음파 응답신호를 시간에 따라 보상하여 준다.
TGC(282)는 연산처리부(210)에서 생성되어 D/A변환부(240) 및 D/A증폭부(250)를 거쳐 시간이득 보상신호(예를들어 톱니파 신호)를 수신하여, 초음파 응답신호를 생체에 주입한 시간과 각 조직에서의 고유 감쇄율에 따라 가변 이득값을 조절한다.
데이터 수집부(287)는 TGC(282)로부터 수신된 초음파 응답신호와 로드셀 신호검출부(300)로부터 수신된 로드셀 신호를 디지털 신호로 변환하여 분석장치(400)에서 분석 가능한 신호로 변환하여 분석장치(400)로 전송한다.
데이터 수집부(287)는 데이터 송신측 모듈(예로, DAQ IC) 과 데이터 수신측 모듈(예로, DAQ 보드)을 구비할 수 있으며, 이러할 경우, 데이터 송신측 모듈은 데이터 수집부(287)에 포함되어 있고, 데이터 수신측 모듈은 분석장치(400)에 포함될 수 있다.
탄성도는 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정하는 것으로써, 그 중 "밀려나는 정도"를 측정하는 수단이 본 발명에서 초음파 신호검출부(100)이며, 가해진 일정한 힘을 검출하기 위한 수단이 로드셀 신호검출부(300)이다.
로드셀 신호검출부(300)는 생체에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 수단으로, 로드셀부(310), 로드셀 신호증폭부(320)를 포함한다.
본 발명의 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템은 로드셀(load cell)을 장착하고 있으며, 상기 로드셀은 상황에 따라 여러 종류의 로드셀을 사용할 수 있다. 본 발명에서 로드셀은 초음파 센서 바로 뒤에 한개 장착되어 있다.
일반적으로 초음파는 인체내로 전파되어 돌아오면 그때의 물질 정보가 시간의 지연으로 나타나는데, 초음파가 물질을 투과하면서 음향 임피던스의 영향으로 반사 신호가 생기고 그 반사신호가 돌아온 시간이 그 물질의 거리가 된다. 그러나 탄성도는 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정한다고 할 수 있기 때문에, 로드셀로 그 입력 힘을 측정하고, 초음파 신호의 시간 지연에 따른 변형량(밀려난 양)을 측정하여 탄성도를 계산하게 된다.
로드셀부(310)는 초음파 센서부(260) 바로 뒤에 장착되어 생체에 가해진 입력 힘을 측정하는 수단이다. 탄성도의 경우 일정한 힘에 대한 물질의 형태변화 즉 힘에 의해 밀려나는 정도를 측정하는 것이기 때문에 로드셀부(310)에서 그 입력 힘을 측정하고, 초음파 신호검출부(100)에 의해 초음파 신호의 시간 지연에 따른 변 화량을 측정하여 탄성도를 계산하게 되는 것이다.
로드셀 신호증폭부(320)는 로드셀부(310)로부터 수신된 로드셀 신호는 탄성도 계산에 사용되는 뉴튼 값(N)으로 교정(calibration)이 되어 있지 않기 때문에 분동(1N, 5N, 10N, 20N, 50N)을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 선형적으로 맞추어 이 값을 보정한 후 증폭한다. 여기서와 같이 로드셀 신호증폭부(320)의 전단에서 분동을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 선형적으로 맞추어 이 값(즉, 로드셀 신호)을 보정할 수도 있으며, 경우에 따라서는 분동(1N, 5N, 10N, 20N, 50N)을 이용하여 로드셀 값에 대한 힘의 값을 분석장치(400)의 메모리에 저장한 후, 분석장치(400)에서 이를 이용하여 로드셀 값을 뉴튼 값(N)으로 변환하여 사용]할 수도 있다.
분석장치(400)는 데이터 수집부(287)로부터 초음파 검출신호(초음파 응답신호)와 로드셀 검출신호를 수신하여 이를 분석하여 생체 측정 부분에 대한 탄성도에 대한 값을 분석한다.
분석장치(400)는 Labview 프로그램을 이용하여 초음파 검출신호로부터 측정부위의 변형거리를 계산하고, 로드셀 검출 신호로부터 이동 평균(Point Moving Average)를 취하여 100g당 1N의 값이 나올 수 있도록 교정한다. 분석장치(400)는 이렇게 교정(calibration) 한 후 그래픽 파형으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 초음파 신호 검출부의 일예이다.
도 4의 초음파 신호 검출부(100)는 파형 전처리부(205), 연산처리부(210), 초음파신호 전처리부(270), 초음파 신호전송부(280) 등의 구성을 구비하고 있다.
도 5는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에서 생체 부위별 탄성계수 측정을 설명하기 위한 설명도로, 도 5의 (a)는 소정 부위에 힘(압력)이 가해지기 전의 초음파 응답신호이며, 도 5의 (b)는 힘(압력)이 가해진 후의 초음파 응답신호이다.
도 5는 임의 신호에서 변위를 설명하기 위한 그림으로서, 도 5에서와 같이, 신호의 일부분을 잘라 부분별 위치 추적을 함으로써 깊이별로 나타내는 탄성계수를 측정할 수 있다.
힘이 가해지지 않으면 도 5의 (a)와 같으며, 소정의 힘을 가해 도 5의 (b)과 같이 응답신호가 변할 때, 도 5의 (a)와 도 5의 (b)의 두 신호의 형태적 특징이 서로 비슷하여 상관도가 높고, 이때 도 5의 (a)의 시간축(수평축)의 51us의 영역이 도 5의 (b)의 시간축의 52us로 밀려났는데, 이는 조직이나 물질에서 1만큼 변위가 생겨 1us의 시간지연이 나타났음을 말해주고 있다.
이는 수학식 2에서 초음파 신호가 반사체의 위치에서 일정한 속도로 전파되는 음파가 생성되어 되돌아오는 시간은 t=(2L)/C (여기서 t는 음파가 되돌아온 시간이고, L은 반사체의 거리이며, C는 음파의 전달속도)에 의해 반사체의 거리를 구할 수 있다.
이때 탄성계수 측정을 위해서는 눌려지는 힘(N)에 관한 정보도 필요한데, 일반적인 초음파 기기에서는 측정할 수 없으므로, 본 발명에서는 초음파 센서부 바로 뒤에 로드셀을 추가하였다.
도 6은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템의 초음파 프로브의 일예이다.
도 6의 초음파 프로브에서는 초음파 센서변부 바로 뒷편에 로드셀이 장착되고 그 뒤에는 손잡이가 위치해 있다. 상기 초음파 프로브와 아래에 보이는 박스는 신호검출부의 회로들(예로 도 4의 신호검출부)이 내장되어 있다.
도 7은 도 6의 로드셀로 측정한 압력값(N)의 일예이다.
도 7은 교정(calibration)할 때 나오는 파형으로 로드셀이 N값을 잘 보여주고 있음을 알 수 있다.
도 8은 도 3의 분석장치에서의 분석 과정의 일예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8과 같은 초음파 센서에서 수신한 스팩클(Speckle) 신호에서 임의의 두신호를 비교하여 시간 지연을 계산하고, 이것으로 변형거리를 구하는 과정이다.
초음파 센서의 이상적인 커널 크기(Kernel Size)(window size)를 구하기 위해서 초음파 센서를 수중에서 단일 반사신호를 획득한다(S510).
초음파 센서부에서 초음파 신호검출부를 거쳐 수신된 초음파 응답신호(즉, 측정 위치에서 반사되어온 초음파 신호)를 힐버트 변환(Hilbert Transform)을 한다(S520). 이때 분석장치(400)는 응답 신호를 메트랩(Matlab) 프로그램을 이용하여 힐버트 변환을 취한다.
힐버트 변환된 초음파 응답신호를 자동상관(Auto Correlation)을 구하고(S530), FHWM(Full Half Width Maximum) 함수를 취해(S540), 이를 이용하여 커널 크기(Kernel Size)를 구한다(S550).
여기 까지가 초음파 센서의 이상적인 커널 크기(Kernel Size)를 구하기 위한 단계들이다. 이렇게 구해진 커널 크기(Kernel Size)는 메모리에 사전에 저장되어 필요에 따라 읽어 사용되어 진다.
다음은 임의의 두신호를 비교하여 시간 지연을 계산하고, 이것으로 변형거리를 구하는 단계들을 설명한다.
측정 부분에 일정한 힘을 가한 후 그에 따른 변위를 구하기 위해서 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 신호인 신호1을 획득하고(S560), 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 신호인 신호2를 획득한다(S570). 여기서, 신호1과 신호2를 수신한 분석장치(400)는 이하의 과정을 Labview 등의 프로그래밍 언어로 구현하여 계산할 수 있다.
신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고(S580), 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구한다(S590). 여기서 해석신호 1은 신호1을 힐버트 변환을 하여 구하며, 해석신호 2는 신호2를 힐버트 변환을 하여 구한다.
다음은 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 데, 이때 해석신호 1의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 앞서 S550단계에서 구한 커널크기만큼으로 하고, 해석신호 2의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 앞서 S550단계에서 구한 커널크기의 3배, 즉 커널크기×3 크기로 하여, 상호상관(Cross Correlation)을 구한다(S600). 이 계산(S600)을 통해 어느 지점에서 상관도가 가장 크게 나타나는지를 알 수 있으며, 이때 사용한 계산식은 수학식 3과 같다.
그 결과, 최대 상호상관계수인 곳을 τ로 하고(S610), τ/2 되는 값을 변형거리로 구한다(S620).
부연설명하면, 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관을 구하였을 때 이것의 최대 값인 τ는 해석신호 1과 해석신호 2의 시간 지연을 나타내는 값이 된다. 그런데 일반적으로 초음파신호는, 도 2에서와 같이, 초음파가 측정부 표면에 갖다가 되돌아 오는 것을 검출하도록 이루어져, 즉 초음파는 왕복시간으로 나타나기 때문에, 왕복시간으로부터 거리를 계산하기 위해서는 왕복시간/2가 되며, 이는 이 분야의 당업자에게는 자명한 사항이다. 따라서 해석신호 1과 해석신호 2로부터 구해진 변형거리(d)는 τ/2 가 된다.
이로써, 임의의 두 신호로부터 변형거리를 구하는 단계들을 설명하였다.
도 8을 참조하여 앞서 설명한 실시예의 커널 크기를 구하는 방식은 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 본 발명에서 예시로서 설명한 것으로서, 커널 크기는 다양한 방법으로 구할 수 있으며, 또한 커널 크기는 여러가지 크기를 가질 수 있음을 명확하게 밝혀둔다.
또한 도 8을 참조하여 앞서 설명한 실시예에서 해석신호 1 및 해석신호 2 의 상호상관을 구하는 윈도우 크기를 커널크기와 커널크기의 3배로 한 것은, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라, 본 발명에서 예시로서 설명한 것으로서, 각 윈도우 크기는 여러가지 크기로 변경 가능함을 명확하게 밝혀둔다.
도 9는 도 3의 분석장치의 사용자 인터페이스 환경의 일예이다.
도 9과 같이 본 발명은 사용자 인터페이스 환경을 구비하여 사용하기 편리하며, 상기 사용자 인터페이스 환경은의 기본구성은 최초 초음파 신호, 초음파 신호 중간 처리 과정, 최종 처리 값인 탄성계수 그래프와 계산된 탄성계수의 신뢰도를 나타내는 상관계수 그래프들로 구성된다. 도 9에는 응답신호(700), 신호1(710), 신호2(720), 변위(730), 상관도(740), 로드셀값(750) 등이 표현되어 있다.
도 10은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템과 종래의 인덴터와의 성능 비교를 위해 측정의 예를 나타낸다. 즉, 도 10은 본 발명의 초음파 센서부 와 로드셀부로 이루어진 본 발명의 프로브단을 종래의 인덴터와 같은 방법으로 팬텀의 탄성도와 비교하기 위해 팬텀의 탄성도를 측정하는 측정기구를 설명한다.
도 11은 종래의 인덴터를 이용하여 구한 팬텀의 탄성계수 그래프이고, 도 12는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀50%의 탄성도를 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀30%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.
도 11에서는 범용 인덴터를 이용하여 팬텀 10%, 30%, 50%(여기서의 %는 소프트너의 비율을 말한다)의 탄성계수를 구한다.
도 10에 나와 있는 측정기구로 팬텀 30%와 50%에 일정하게 압력값을 1N씩 높이면서 팬텀의 스팩클 패턴 신호를 수집하고, 10회를 반복하여 평균값을 나타낸다. 도 11, 도 12, 도 13를 비교해 보면 초음파를 이용한 탄성도 계산 값과 인덴터로 측정한 탄성도가 압력값 0~40N 사이에서 유사한 결과가 나왔음을 알 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
도 1은 종래의 탄성도 측정기기의 일예이다.
도 2는 초음파 영상 장치를 이용하여 탄성도 측정시의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 간략한 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체 조직 탄성도 및 경화 측정 시스템의 초음파 신호 검출부의 일예이다.
도 5는 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에서 생체 부위별 탄성계수 측정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템의 초음파 프로브의 일예이다.
도 7은 도 6의 로드셀로 측정한 압력값(N)의 일예이다.
도 8은 도 3의 분석장치에서의 분석 과정의 일예를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 도 3의 분석장치의 사용자 인터페이스 환경의 일예이다.
도 10은 본 발명의 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템과 종래의 인덴터와의 성능 비교를 위해 측정의 예를 나타낸다.
도 11은 종래의 인덴터를 이용하여 구한 팬텀의 탄성계수 그래프이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀50%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 생체조직 탄성도 및 경화 측정시스템에 의한 팬텀30%의 탄성도를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 초음파 신호검출부 200: 파형발생부
205: 파형 전처리부 210: 연산처리부
220, 240: D/A변환부 230: 증폭부
235: 시간이득 보상신호 전처리부 250: 가변증폭부
260: 초음파 센서부 270: 초음파신호 전처리부
280: 초음파 신호전송부 282: TGC
287: 데이터 수집부 300: 로드셀 신호검출부
310: 로드셀부 320: 로드셀 신호증폭부
400: 분석장치 700: 응답신호
710: 신호1 720: 신호2
730: 변위 740: 상관도
750: 로드셀값

Claims (19)

  1. 초음파생성 제어신호를 발생시키는 파형발생부;
    상기 파형발생부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;
    상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;
    상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부;
    상기 초음파 신호전송부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;
    를 포함하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템에 있어서,
    상기 초음파 신호전송부는
    초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부;
    상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파형발생부는
    초음파생성 제어신호를 생성하는 연산처리부;
    상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(220);
    상기 D/A변환부의 출력을 증폭하는 증폭부(230);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산처리부는 시간이득 보상신호를 더 생성하고,
    상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부를 더 구비하며,
    상기 시간이득 보상부는 상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  5. 초음파생성 제어신호 및 시간이득 보상신호를 생성하는 연산처리부;
    상기 연산처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 파형 전처리부;
    상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하고 증폭하는 시간이득 보상신호 전처리부;
    상기 파형 전처리부로부터 수신된 초음파생성 제어신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;
    상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;
    상기 시간이득 보상신호 전처리부의 출력을 이용하여, 상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부(TGC);
    상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;
    상기 데이터 수집부로 부터 수신된 신호를 분석하는 분석장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    로드셀을 구비하여 측정부위에 가해진 힘(압력)을 검출하는 로드셀 신호검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 시간이득 보상신호 전처리부는
    상기 연산처리부로부터 수신된 시간이득 보상신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환부(240);
    상기 D/A변환부(240)로부터 수신된 시간이득 보상신호를 가변 증폭하는 가변증폭부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  9. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 센서부는 트랜스듀서(transducer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  10. 제1항 또는 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파신호 전처리부는
    상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하는 광대역 밴드패스필터(BandPass Filter);
    상기 광대역 밴드패스필터의 출력을 증폭하는 증폭기;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  11. 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드셀 신호검출부는
    상기 초음파 센서부의 뒤에 장착되어 측정부위에 가해진 힘을 측정하는 로드셀부;
    상기 로드셀부의 출력신호인 로드셀 검출신호를 증폭하는 로드셀 신호증폭부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 로드셀부와 상기 로드셀 신호증폭부 사이에서, 상기 로드셀부의 출력인 로드셀 값을 힘의 값(뉴튼 값)으로 선형적으로 보정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 분석장치는
    초음파 응답신호와 로드셀 검출신호를 이용하여 탄성도에 대한 값을 분석하여 그 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  14. 초음파 신호에 의해 원하는 부분의 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 신호검출부;
    측정부위에 가해진 입력 힘에 대한 신호를 검출하는 로드셀 신호검출부;
    상기 초음파 신호검출부와 상기 로드셀 신호검출부로부터의 신호를 수신하여 측정 부위에 대한 탄성도를 분석하는 분석장치;
    를 포함하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템에 있어서,
    상기 초음파 신호검출부는,
    공진주파수를 갖는 구형파 신호를 발생시키는 파형발생부;
    상기 파형발생부로부터 출력신호에 의해 초음파 신호를 발생시키고, 반사되는 초음파 응답신호를 검출하는 초음파 센서부;
    상기 초음파 센서부로부터 초음파 응답신호를 수신하여 필터링하고 증폭하는 초음파신호 전처리부;
    상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 가변 증폭하고 디지탈 신호로 변환하는 초음파 신호전송부;
    를 포함하며,
    상기 초음파 신호전송부는,
    상기 초음파신호 전처리부로부터 수신된 초음파 응답신호를 시간에 따라 이득을 보상하는 시간이득 보상부;
    상기 시간이득 보상부의 출력을 수신하여 디지탈 신호로 변환하는 데이터 수집부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 초음파 센서부가 측정하고자 하는 표면에 닿는 순간의 초음파 응답신호인 신호1과, 초음파 센서부가 상기 측정하고자 하는 표면을 누른 상태에서의 초음파 응답신호인 신호2에서 시간 지연을 계산하여 변형거리를 구하여 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 신호1을 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 1을 구하고, 상기 신호2를 해석신호(Analytic signal)로 변환하여 해석신호 2를 구하는 해석신호 변환단계;
    상기 해석신호 변환단계에서 출력된 해석신호 1과 해석신호 2의 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 상호상관 연산단계;
    상기 상호상관 연산단계의 출력에서 최대 상호상관계수를 검출하는 최대 상호상관계수 검출단계;
    상기 최대 상호상관계수 검출단계에서 구해진 최대 상호상관계수인 시간을 τ로 하고, τ/2 되는 값을 변형거리로 구하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상호상관 연산단계에서
    상기 해석신호 1의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 기 저장된 기준 커널크기 만큼으로 하고,
    상기 해석신호 2의 상호상관을 구하는 윈도우 크기는 상기 기준 커널크기의 3배(즉 기준 커널크기×3) 크기로 하여, 상호상관(Cross Correlation)을 구하는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기준 커널크기는,
    수중에서 초음파 센서의 단일 반사신호를 획득하는 수중 초음파 획득단계;
    상기 수중 초음파 획득단계에서 획득된 초음파 응답신호를 힐버트 변환(Hilbert Transform)하는 힐버트 변환단계;
    상기 힐버트 변환단계에서 힐버트 변환된 초음파 응답신호에서 자동상관(Auto Correlation)을 구하는 자동상관 연산단계;
    자동상관 연산단계의 출력신호에서 FHWM(Full Half Width Maximum) 함수를 취해, 커널크기(Kernel Size)를 구하는 커널크기 연산단계;
    를 거쳐 구하여 지는 것을 특징으로 하는 생체 조직 탄성도 또는 경화를 측정하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9282945B2 (en) 2009-04-14 2016-03-15 Maui Imaging, Inc. Calibration of ultrasound probes
US9788813B2 (en) 2010-10-13 2017-10-17 Maui Imaging, Inc. Multiple aperture probe internal apparatus and cable assemblies
US9339256B2 (en) 2007-10-01 2016-05-17 Maui Imaging, Inc. Determining material stiffness using multiple aperture ultrasound
KR101659723B1 (ko) 2009-04-14 2016-09-26 마우이 이미징, 인코포레이티드 복수 개구 초음파 어레이 정렬 설비
WO2011103303A2 (en) 2010-02-18 2011-08-25 Maui Imaging, Inc. Point source transmission and speed-of-sound correction using mult-aperture ultrasound imaging
EP3563768A3 (en) 2010-10-13 2020-02-12 Maui Imaging, Inc. Concave ultrasound transducers and 3d arrays
KR20140098843A (ko) 2011-12-01 2014-08-08 마우이 이미징, 인코포레이티드 핑-기반 및 다수 개구부 도플러 초음파를 이용한 모션 검출
WO2013101988A1 (en) 2011-12-29 2013-07-04 Maui Imaging, Inc. M-mode ultrasound imaging of arbitrary paths
JP6399999B2 (ja) 2012-03-26 2018-10-03 マウイ イマギング，インコーポレーテッド 重み付け係数を適用することによって超音波画像の質を改善するためのシステム及び方法
IN2015DN00556A (ko) 2012-08-10 2015-06-26 Maui Imaging Inc
CN103676827A (zh) 2012-09-06 2014-03-26 Ip音乐集团有限公司 用于远程控制音频设备的系统和方法
EP3893022B1 (en) 2012-09-06 2025-02-12 Maui Imaging, Inc. Ultrasound imaging system memory architecture
WO2014160291A1 (en) 2013-03-13 2014-10-02 Maui Imaging, Inc. Alignment of ultrasound transducer arrays and multiple aperture probe assembly
US9883848B2 (en) 2013-09-13 2018-02-06 Maui Imaging, Inc. Ultrasound imaging using apparent point-source transmit transducer
KR102617888B1 (ko) 2014-08-18 2023-12-22 마우이 이미징, 인코포레이티드 네트워크-기반 초음파 이미징 시스템
JP6770973B2 (ja) 2015-03-30 2020-10-21 マウイ イマギング，インコーポレーテッド 物体の動きを検出するための超音波イメージングシステム及び方法
CN113729764A (zh) 2016-01-27 2021-12-03 毛伊图像公司 具有稀疏阵列探测器的超声成像
CN108158559B (zh) * 2018-02-07 2023-09-12 北京先通康桥医药科技有限公司 一种成像系统探头校准装置及其校准方法
KR102379513B1 (ko) * 2020-07-08 2022-03-25 재단법인대구경북과학기술원 이미징 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5817020A (en) * 1995-11-29 1998-10-06 Sekisui Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisya Apparatus and method for diagnosing osteoporosis
JP2000060853A (ja) * 1998-08-20 2000-02-29 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
JP2007282932A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Hitachi Medical Corp 弾性画像生成方法及び超音波診断装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5817020A (en) * 1995-11-29 1998-10-06 Sekisui Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisya Apparatus and method for diagnosing osteoporosis
JP2000060853A (ja) * 1998-08-20 2000-02-29 Hitachi Medical Corp 超音波診断装置
JP2007282932A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Hitachi Medical Corp 弾性画像生成方法及び超音波診断装置

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