KR102545007B1

KR102545007B1 - 초음파 영상장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102545007B1
Application number: KR1020150146212A
Authority: KR
Inventors: 신동국; 고달권; 김종식; 오수영; 곽동욱; 김건우; 김문영; 박현수; 설현주; 최세경; 홍준석; 황한성
Original assignee: 삼성메디슨 주식회사
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: KR20170045985A; WO2017069451A1; US11219429B2; CN108135570B; EP3364881A1; EP3364881B1; CN108135570A; EP3364881A4; US20180303460A1

Abstract

개시된 실시예는 자궁경부의 탄성영상에서 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하여 표시하는 초음파 영상장치를 제공한다. 일 실시예에 따른 초음파 영상장치는 초음파 탄성영상을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하고 상기 선택된 지점에 기초하여 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하고, 상기 디스플레이부에 표시하는 제어부;를 포함한다.

Description

초음파 영상장치 및 그 제어방법{Ultrasound imaging apparatus and controlling method for the same}

본 발명은 초음파를 이용하여 대상체 내부의 영상을 생성하는 초음파 영상장치에 관한 것이다.

초음파 영상장치는 대상체의 체표로부터 체내의 타겟 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 반사된 초음파 신호(초음파 에코신호)의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 장치이다.

초음파 영상장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 영상진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시 가능하고, 방사선 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점이 있으므로, 심장, 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단을 위해 널리 이용되고 있다.

초음파 영상장치는 대상체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파 신호를 대상체로 송신하고, 대상체로부터 반사되어 온 초음파 에코신호를 수신하기 위한 초음파 프로브와 초음파 프로브에서 수신한 초음파 에코신호를 이용하여 대상체 내부의 영상을 생성하는 본체를 포함한다.

개시된 실시예는 자궁경부의 탄성영상에서 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하여 표시하는 초음파 영상장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 초음파 영상장치는 초음파 탄성영상을 표시하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받는 입력부; 및 상기 입력부를 통해 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점이 선택되면, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하여 상기 디스플레이부에 표시하는 제어부;를 포함한다.

또한, 기 경로에 포함되는 지점은 상기 자궁경부의 외구(external orifice of the uterus), 상기 자궁경부의 내구(internal orifice of the uterus) 및 상기 자궁경부의 경관 상의 특징점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 특징점은 상기 자궁경부의 휘어진 부분에 대응하는 지점을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 설정할 수 있다.

또한, 상기 디스플레이부는 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 표시할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값 및 상기 외구와 내구의 탄성값의 비를 산출할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 영상장치는 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상을 표시하고, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 상기 탄성영상에 표시하는 디스플레이부; 및 상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 산출하는 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받는 입력부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 입력부를 통해 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점이 선택되면, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하여 상기 디스플레이부에 표시할 수 있다.

또한, 상기 경로에 포함되는 지점은 상기 자궁경부의 외구(external orifice of the uterus), 상기 자궁경부의 내구(internal orifice of the uterus) 및 상기 자궁경부의 경관 상의 특징점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 제어방법은 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받고; 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점이 선택되면, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하고; 상기 설정된 관심영역을 상기 디스플레이부에 표시하는 것;을 포함한다.

또한, 상기 관심영역을 설정하는 것은, 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 설정하는 것;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 설정된 관심영역을 상기 디스플레이부에 표시하는 것은, 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 표시하는 것;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 산출하는 것;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값 및 상기 외구와 내부의 탄성값의 비를 산출하는 것;을 더 포함할 수 있다.

개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치는 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상을 갖는 관심영역을 설정함으로써, 자궁경부의 탄성정보를 보다 효율적으로 획득할 수 있다.

또한, 개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치는 자궁경부의 경관을 중심으로 경관 주변의 제1영역과 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비를 제공함으로써, 자궁경부의 탄성을 결정하기 위한 효율적인 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치의 외관도이다.
도 2는 개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치의 제어 블럭도이다.
도 3은 개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치의 본체의 구성을 구체적으로 나타낸 제어블럭도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함된, 관심영역 설정의 기초가 되는 지점을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상을 갖는 관심영역을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자궁경부의 탄성정보를 획득하기 위해 설정된 영역을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 외관도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 제어 블럭도이다. 그리고 도 3은 실시예에 따른 초음파 영상장치의 본체의 구성을 구체적으로 나타낸 제어블럭도이다.

도 1을 참조하면, 초음파 영상장치(1)는 대상체에 초음파를 송신하고 대상체로부터 초음파 에코신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 초음파 프로브(p)와, 초음파 프로브(p)와 연결되며 입력부(540) 및 표시부(550)를 갖추고 초음파 영상을 표시하는 본체(M)를 포함한다. 초음파 프로브(P)는 케이블(5)을 통해 초음파 영상장치의 본체(M)와 연결되어 초음파 프로브(P)의 제어에 필요한 각종 신호를 입력 받거나, 초음파 프로브(P)가 수신한 초음파 에코신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 본체(M)로 전달할 수 있다. 그러나, 초음파 프로브(P)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 프로브(wireless probe)로 구현되어 초음파 프로브(P)와 본체(M) 사이에 형성된 네트워크를 통해 신호를 주고 받는 것도 가능하다.

케이블(5)의 일 측 말단은 초음파 프로브(P)와 연결되고, 타 측 말단에는 본체(M)의 슬롯(7)에 결합 또는 분리가 가능한 커넥터(6)가 마련될 수 있다. 본체(M)와 초음파 프로브(P)는 케이블(5)을 이용하여 제어 명령이나 데이터를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 사용자가 입력부(540)를 통해 초점 깊이, 어퍼쳐(aperture)의 크기나 형태 또는 스티어링 각도 등에 관한 정보를 입력하면, 이 정보들은 케이블(5)을 통해 초음파 프로브(P)로 전달되어 송신장치(100)와 수신장치(200)의 송수신 빔포밍에 사용될 수 있다. 또는, 전술한 바와 같이 초음파 프로브(P)가 무선 프로브로 구현되는 경우에는, 초음파 프로브(P)는 케이블(5)이 아닌 무선 네트워크를 통해 본체(M)와 연결된다. 무선 네트워크를 통해 본체(M)와 연결되는 경우에도 본체(M)와 초음파 프로브(P)는 전술한 제어 명령이나 데이터를 주고 받을 수 있다. 본체(M)는 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(500), 영상처리부(530), 입력부(540) 및 표시부(550)를 포함할 수 있다.

제어부(500)는 초음파 영상장치(1)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(500)는 초음파 영상장치(1)의 각 구성 요소, 일례로 도 2에 도시한 송신장치(100), T/R스위치(10), 수신장치(200), 영상처리부(530) 및 표시부(550) 등을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 전술한 각 구성 요소의 동작을 제어한다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 따른 초음파 영상장치는 송수신 빔포머가 본체가 아닌 초음파 프로브(P)에 포함되나, 송수신 빔포머는 초음파 프로브(P)가 아닌 본체에 포함될 수도 있다.

제어부(500)는 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)를 이루는 복수의 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(60)들에 대한 지연 프로파일(delay profile)을 산출하고, 산출된 지연 프로파일에 기초하여 초음파 트랜스듀서 어레이(TA) 내에 포함된 복수의 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(60)와 대상체의 집속점(focal point)의 거리 차에 따른 시간 지연값을 산출한다. 그리고 제어부(500)는 이에 따라 송수신 빔포머를 제어하여 송수신 신호가 생성되도록 한다.

또한 제어부(500)는 입력부(540)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라 초음파 영상장치(1)의 각 구성 요소에 대한 제어명령을 생성하여 초음파 영상장치(1)를 제어할 수 있다. 개시된 실시예에 따른 제어부(500)는 표시부에 표시되는 초음파 영상, 특히 초음파 탄성영상에서 관심영역을 단순하게 관심대상을 포함하는 원형이나 사각형의 형상으로 설정하지 않고, 관심대상의 형상에 대응하는 형상으로 설정한다. 예를 들어, 자궁경부에 대한 초음파 탄성영상에서, 관심대상인 자궁경부의 형상에 대응하는 형상으로 관심영역을 설정하여 표시부에 표시된 초음파 탄성영상에 관심영역을 표시한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

영상처리부(530)는 수신장치(200)를 통해 집속된 초음파 신호에 기초하여 대상체 내부의 목표 부위에 대한 초음파 영상을 생성한다.

도 3을 참조하면, 영상처리부(530)는 다시 영상형성부(531), 신호 처리부(533), 스캔컨버터(535), 저장부(537) 및 볼륨 렌더링부(539)를 포함할 수 있다.

영상형성부(531)는 수신장치(200)를 통해 집속된 초음파 신호에 기초하여 대상체 내부의 목표 부위에 대한 코히런트(coherent) 2차원 영상 또는 3차원 영상을 생성한다.

신호 처리부(533)는 영상형성부(531)에 의해 형성된 코히런트 영상 정보를 B-모드나 도플러 모드 등의 진단 모드에 따른 초음파 영상 정보로 변환한다. 예를 들면, 신호 처리부(533)는 진단 모드가 Ｂ-모드로 설정되어 있는 경우, A/D 변환 처리 등의 처리를 행하고 Ｂ-모드 영상용의 초음파 영상 정보를 실시간으로 작성한다. 또한 신호 처리부(533)는 진단 모드가 D-모드(도플러 모드)로 설정되어 있는 경우에는, 초음파 신호로부터 위상 변화 정보를 추출하고, 속도, 파워, 분산과 같은 촬영 단면의 각 점에 대응하는 혈류 등의 정보를 산출하고 D-모드 영상용의 초음파 영상 정보를 실시간으로 작성한다.

또한, 진단 모드가 탄성모드로 설정되어 있는 경우에는, 신호 처리부(533)는 연속되는 초음파 영상으로부터 변이 영상을 산출하여, 조직의 변이가 일어난 지점을 검출하고, 변이의 이동 속도를 산출한다. 이 경우, 연속되는 초음파 영상을 비교하여 스캐터(scatter)가 변한 정도를 산출하여 조직의 변이를 검출할 수 있다. 이어서, 신호 처리부(533)는 각 변이 영상으로부터 영상 내에서 횡파의 위치를 판별하여, 횡파의 전파 속도를 측정하고, 횡파의 전파 속도에 기초하여 전단 탄성 계수(shear modulus)를 산출한다. 전단 탄성 계수는 횡파 속도의 제곱에 매질의 밀도를 곱하여 산출된다. 신호 처리부(533)는 이러한 전단 탄성 계수를 탄성도로서 산출하고, 산출된 탄성도에 기초하여 초음파 탄성 영상을 생성한다. 초음파 탄성 영상은 관심 영역의 탄성도에 따라 미리 설정된 색상을 포함할 수 있고, 3차원 영상, 또는 파형으로 디스플레이되는 스펙트럴 영상으로도 구현될 수도 있다. 개시된 실시예에 따른 탄성영상은 외부압력을 이용하여 생성될 수도 있고, 내부압력, 예를 들면 자궁경부 주위의 혈관으로부터 생성되는 압력을 이용하여 생성될 수도 있다.

스캔컨버터(535)는 신호 처리부(533)로부터 입력받은 변환된 초음파 영상 정보 또는 저장부(537)에 저장되어 있는 변환된 초음파 영상 정보를 표시부(550)용의 일반 비디오 신호로 변환하여 볼륨 렌더링부(539)로 전송한다.

저장부(537)는 신호 처리부(533)를 통해 변환된 초음파 영상 정보를 일시적 또는 비일시적으로 저장한다.

볼륨 렌더링부(539)는 스캔컨버터(535)로부터 전송된 비디오 신호를 기초로 볼륨 렌더링(volume rendering)을 수행하고, 렌더링된 영상 정보를 보정하여 최종적인 결과 영상을 생성한 후 생성된 결과 영상을 표시부(550)로 전송한다.

입력부(540)는 사용자가 초음파 영상장치(1)의 동작에 관한 명령을 입력할 수 있도록 마련된다. 사용자는 입력부(540)를 통해 초음파 진단 시작 명령, B-모드(Brightness mode), M-모드(Motion mode), D-모드(Doppler mode), 탄성모드 및 3차원 모드 등의 진단 모드 선택 명령, 관심영역(region of interest; ROI)의 크기 및 위치를 포함하는 관심영역(ROI) 설정 정보 등을 입력하거나 설정할 수 있다.

B-모드는 대상체 내부의 단면 영상을 표시하는 것으로서, 반사 에코가 강한 부분과 약한 부분을 밝기의 차이로 나타낸다. B-모드 영상은 수십 내지 수백의 스캔 라인으로부터 얻어진 정보에 기초하여 구성된다.

M-모드는 대상체의 단면 영상(B-모드 영상) 중에서 특정 부분(M 라인)에 대한 생체 정보(예를 들어, 휘도 정보)가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 영상으로 표시해주는 것으로서, 일반적으로 B-모드 영상과 M-모드 영상은 하나의 화면에 동시에 표시되어 사용자로 하여금 두 데이터를 비교, 분석하여 정확한 진단을 내릴 수 있도록 한다.

D-모드는 움직이는 물체에서 방출되는 소리의 주파수는 변화를 일으킨다는 도플러 효과를 이용한 영상을 의미한다. 이러한 도플러 효과를 이용한 모드는 PDI 모드, 컬러 플로우 모드(S Flow) 및 DPDI 모드로 다시 구분할 수 있다.

PDI(Power Doppler Imaging) 모드는 도플러 신호의 정도나 구조물의 수(혈액 속의 적혈 구)를 영상으로 나타내는 것으로 입사 각도에 덜 민감하여 위신호가 없고 노이즈에 의한 영상 감쇠도 덜하다. 또한 PDI모드는 반사된 도플러 에너지를 기록하기 때문에 매우 민감하여 작은 혈관과 느린 속도의 혈류도 검출할 수 있다.

컬러 플로우 모드(S Flow)는 도플러 신호의 파워를 2차원 분포로 나타내는 파워 영상(PDI, Power Doppler Imaging) 및 도플러 신호의 속도(velosity)를 2차원 분포로 나타내는 속도 영상을 제공한다. 컬러 플로우 모드의 영상은 실시간으로 혈류를 시각화할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 혈관에서의 높은 속도의 혈류에서부터 작은 혈관에서의 낮은 속도의 혈류까지 광범위한 혈류의 상태를 표현할 수 있다.

DPDI 모드는 PDI 모드에서 도플러 신호의 방향 정보를 2차원 분포로 나타내는 방향 영상을 의미한다. 따라서 PDI보다 혈류의 흐름에 대한 정보를 더욱 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 도플러 모드 영상에 대해서도 M 모드 영상이 생성될 수 있다.

탄성 모드는 탄성 초음파(Elastography)를 이용하여 대상체의 초음파 탄성영상을 획득하는 방법을 의미한다. 여기서 탄성 초음파(Elastography)은 악성종괴처럼 딱딱한 구조일수록 조직의 탄성도가 떨어져 압력에 따른 조직의 변성도의 차이가 작아지는 것을 분석하는 것이다. 초음파 탄성영상은 이와 같이 조직의 강도(stiffness)를 정량적으로 표시한 영상을 의미한다. 특히, 자궁경부(cervix) 검사나, 유방암(breast cancer)이나 전립선 암(prostate cancer) 등의 검사분야에서 많이 활용되고 있다.

3차원 모드는 일반적으로 깊이, 넓이, 높이를 대표하는 X,Y,Z 값을 포함하는 기하학적 입체나 공간을 표시하는 영상을 의미하고, 3차원 형태로서 입체감을 의미하거나 입체 효과를 나타내는 일련의 영상을 의미할 수도 있다. 일 예로 3차원 모드의 입체 효과를 이용하여, 사용자는 태아의 얼굴 형태를 디스플레이하고 부모에게 태아의 얼굴을 보여줄 수 있다.

입력부(540)는 키보드, 마우스, 트랙볼(trackball), 태블릿(tablet) 또는 터치스크린 모듈 등과 같이 사용자가 데이터, 지시나 명령을 입력할 수 있는 다양한 수단을 포함할 수 있다.

표시부(550)는 초음파 진단에 필요한 메뉴나 안내 사항 및 초음파 진단 과정에서 획득한 초음파 영상 등을 표시한다. 표시부(550)는 영상처리부(530)에서 생성된 대상체 내부의 목표 부위에 대한 초음파 영상을 표시한다. 표시부(550)에 표시되는 초음파 영상은 B-모드의 초음파 영상이나 탄성모드의 초음파 영상일 수도 있고, 3차원 입체 초음파 영상일 수도 있다. 표시부는 전술한 모드에 따른 다양한 초음파 영상을 표시할 수 있다. 표시부(550)는 초음파 탄성 영상을 표시할 때, 관심 영역의 각 지점의 탄성도(즉, 전단 탄성 계수)에 따라 미리 설정된 색상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시부(550)는 초음파 탄성 영상에서 종양과 같이 탄성도가 낮은 지점을 붉게 나타내고, 탄성도가 높은 지점을 푸르게 나타낼 수 있다. 미리 설정된 색상은 붉은색, 푸른색에 한정되지 아니하고, 사용자의 설정에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 표시부(550)는 수치화된 관심 영역의 각 지점의 탄성도를 사용자에게 디스플레이할 수도 있다.

표시부(550)는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD) 등 공지된 다양한 디스플레이 방식으로 구현될 수 있다.

일 실시예에 따른 초음파 프로브(P)는 도 2에 도시된 것처럼, 트랜스듀서 어레이(TA), T/R스위치(10), 송신장치(100), 수신장치(200)를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 어레이(TA)는 초음파 프로브(p)의 단부에 마련된다. 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 복수의 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(60)를 1차원 또는 2차원 배열(array)상으로 배치한 것을 의미한다. 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 인가되는 펄스 신호 또는 교류 전류에 의해 진동하면서 초음파를 생성한다. 생성된 초음파는 대상체 내부의 목표 부위로 송신된다. 이 경우 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)에서 생성된 초음파는 대상체 내부의 복수의 목표 부위를 초점으로 하여 송신될 수도 있다. 다시 말해, 생성된 초음파는 복수의 목표 부위로 멀티 포커싱(multi-focusing)되어 송신될 수도 있다.

초음파 트랜스듀서 어레이(TA)에서 발생된 초음파는 대상체 내부의 목표 부위에서 반사되어 다시 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)로 돌아온다. 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 목표 부위에서 반사되어 돌아오는 초음파 에코신호를 수신한다. 초음파 에코신호가 도달하면 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 초음파 에코신호의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하면서, 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력한다. 이에 따라 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 수신한 초음파 에코신호를 소정의 전기적 신호로 변환할 수 있게 된다. 각각의 엘리먼트(60)는 초음파 에코신호를 수신하여 전기적 신호를 출력하므로, 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)는 복수 채널의 전기적 신호를 출력할 수 있다.

초음파 트랜스듀서는 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer), 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 및 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer; cMUT) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 또한 이외에 전기적 신호에 따라 초음파를 생성하거나 또는 초음파에 따라 전기적 신호를 생성할 수 있는 다른 종류의 트랜스듀서들 역시 초음파 트랜스듀서의 일례가 될 수 있다.

예를 들어, 개시된 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(60)는 압전 진동자나 박막을 포함할 수 있다. 압전 진동자나 박막은 전원으로부터 교류 전류가 인가되면, 인가되는 교류 전류에 따라 소정의 주파수로 진동하고, 진동하는 주파수에 따라 소정 주파수의 초음파를 생성한다. 반대로 압전 진동자나 박막은 소정 주파수의 초음파 에코신호가 압전 진동자나 박막에 도달하면, 초음파 에코신호에 따라 진동하여, 진동 주파수에 대응하는 주파수의 교류 전류를 출력한다.

송신장치(100)는 트랜스듀서 어레이(TA)에 송신펄스를 인가하여 트랜스듀서 어레이(TA)로 하여금 대상체 내 목표 부위로 초음파 신호를 송신하도록 한다. 송신장치는 송신 빔포머와 펄서를 포함할 수 있다.

송신 빔포머(110)는 본체(M)의 제어부(500)의 제어신호에 따라 송신 신호 패턴을 형성하여 펄서(120)로 출력한다. 송신 빔포머(110)는 제어부(500)를 통해 산출된 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)를 이루는 각각의 초음파 트랜스듀서 엘리먼트(60)에 대한 시간 지연값에 기초하여 송신 신호 패턴을 형성하고, 형성된 송신 신호 패턴을 펄서(120)로 전송한다.

수신장치는 트랜스듀서 어레이(TA)에서 수신한 초음파 에코신호에 대한 소정의 처리를 수행하고 수신 빔포밍을 수행한다. 수신장치(200)는 수신신호 처리부와 수신 빔포머를 포함할 수 있다. 트랜스듀서 어레이(TA)에서 변환된 전기신호는 수신신호 처리부로 입력된다. 수신신호 처리부는 초음파 에코신호가 변환된 전기신호에 대해 신호 처리나 시간 지연 처리를 하기 전에 신호를 증폭시키고, 이득(gain)을 조절하거나 깊이에 따른 감쇠를 보상할 수 있다. 보다 구체적으로, 수신 신호 처리부는 초음파 트랜스듀서 어레이(TA)로부터 입력된 전기신호에 대하여 잡음을 감소시키는 저잡음 증폭기(low noise amplifier; LNA) 및 입력되는 신호에 따라 이득(gain) 값을 제어하는 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier; VGA)를 포함할 수 있다. 가변 이득 증폭기는 집속점과의 거리에 따른 이득을 보상하는 TGC(Time Gain compensation)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

수신 빔포머는 수신신호 처리부로부터 입력되는 전기적 신호에 대해 빔포밍(beam forming)을 수행한다. 수신 빔포머는 수신신호 처리부로부터 입력되는 전기적 신호를 중첩(superposition)시키는 방식을 통해 신호의 세기를 강하게 한다. 수신 빔포머에서 빔포밍된 신호는 아날로그-디지털 변환기를 거쳐 디지털 신호로 변환되어 본체(M)의 영상처리부(530)로 전송된다. 아날로그-디지털 변환기가 본체(M)에 마련되는 경우, 수신 빔포머에서 빔포밍된 아날로그 신호를 본체(M)로 전송하여 본체(M)에서 디지털 신호로 변환될 수도 있다. 또는 수신 빔포머가 디지털 빔포머일 수도 있다. 디지털 빔포머의 경우 아날로그 신호를 샘플링하여 저장할 수 있는 저장부와, 샘플링 주기를 제어할 수 있는 샘플링 주기 제어부와 샘플의 크기를 조절할 수 있는 증폭기와, 샘플링 전 aliasing을 방지하기 위한 anti-aliasing low pass filter와, 원하는 주파수 대역을 선택할 수 있는 bandpass filter와, 빔포밍 시의 샘플링 레이트를 증가시킬 수 있는 interpolation filter와, DC성분 또는 저주파 대역의 신호를 제거할 수 있는 high-pass filter 등을 포함할 수 있다.

한편, 전술한 것처럼, 개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치는 초음파 탄성영상에서 관심영역을 단순하게 관심대상을 포함하는 원형이나 사각형의 형상으로 설정하지 않고, 관심대상의 형상에 대응하는 형상으로 설정한다. 예를 들어, 자궁경부에 대한 초음파 탄성영상에서, 관심대상인 자궁경부의 형상에 대응하는 형상으로 관심영역을 설정하여 표시부에 표시된 초음파 탄성영상에 관심영역을 표시한다. 도 4는 일 실시예에 따른 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함된, 관심영역 설정의 기초가 되는 지점을 나타낸 도면이고, 도 5는 일 실시예에 따른 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상을 갖는 관심영역을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 초음파 탄성영상은 자궁경부에 대한 탄성영상으로, 자궁경부의 탄성정보를 획득하기 위해, 자궁경부를 포함하는 관심영역이 설정되어야 한다.

개시된 실시예에 따른 초음파 영상장치는, 관심영역 설정의 기초가 되는 명령을 입력부를 통해 입력받을 수 있다. 또는, 표시부가 터치패널을 구비한 경우, 표시부에 대한 터치를 통한 명령을 입력받을 수도 있다.

도 4에 도시된 것처럼, 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 경관은 휘어진 형상을 가질 수 있다. 일반적인 관심영역의 설정 시, 자궁경부와 같은 관심대상의 형상이 고려되지 않은 채, 관심대상의 형상에 대응되지 않는 원형이나 사각형 형태로 관심영역이 설정된다. 이렇게 관심대상의 형상과 다른 형상의 관심영역이 설정되는 경우, 보다 정확한 자궁경부의 탄성정보를 획득하기 어렵다. 이에 개시된 실시예는 초음파 탄성영상에 나타난 자궁경부의 형태에 대응하는 관심영역을 설정하기 위해, 입력부를 통한 명령을 수신한다. 즉, 도 4에 도시된 것처럼, 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 경로를 지나는 복수의 지점을 선택하는 명령을 입력부를 통해 입력받는다.

해부학적으로 자궁경부는 시작과 끝은 외구(external orifice of the uterus)와 내구(internal orifice of the uterus)에 대응된다. 따라서, 초음파 탄성영상에서 자궁경부의 외구에 대응되는 지점(P2)과 내구(P1)를 선택하는 명령이 입력되면, 제어부는 상기 선택된 지점을 이용하여 자궁경부 경관의 경로를 산출할 수 있다. 예를 들면, 자궁경부의 외구와 내구를 연결하는 선을 자궁경부 경관의 경로로 산출할 수 있다. 전술한 것처럼, 자궁경부가 휘어져 있는 경우, 자궁경부 경관의 형상에 대응하는 경로를 보다 정확하게 산출하기 위해, 휘어진 지점(P3)을 추가적으로 선택하는 명령을 수신할 수 있다. 즉, 자궁경부의 외구에 대응하는 지점(P2), 내구에 대응하는 지점(P1) 및 휘어진 지점(P3)을 선택하는 명령이 수신되면, 제어부는 휘어진 형상의 자궁경부 경관에 대응하는 경로(t)를 결정할 수 있다.

앞선 설명에서 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 결정하기 위해, 자궁경부의 외구, 내구 및 휘어진 지점이 선택되었으나, 선택된 지점들은 일 예에 불과하고 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제어부는 자궁경부 경관에 대응하는 경로 생성에 적합한 지점을 결정하여, 표시부에 표시해줌으로써 사용자의 선택에 도움을 줄 수 있다. 이 경우, 제어부는 전술한 휘어진 지점처럼 자궁경부 경관의 형상의 특징점이라고 판단되는 지점을 포함하는 적어도 하나의 지점을 결정하여 표시부에 표시할 수 있다. 사용자는 표시부에 표시되는 지점을 선택할 수도 있고, 다른 지점을 선택할 수도 있다. 또한, 제어부는 입력부를 통한 입력없이 경관에 대응하는 경로를 자동적으로 생성하고, 그에 기초하여 관심영역을 설정할 수도 있다.

전술한 것처럼, 입력부를 통해 자궁경부 경관의 복수의 지점이 선택되면, 제어부는 상기 선택된 지점을 이용하여 자궁경부 경관의 형상에 대응하는 경로를 생성하고, 생성된 경로를 이용하여 관심영역을 설정한다. 이렇게 생성된 경로는 초음파 탄성영상에 표시될 수도 있고, 사용자의 설정에 따라 표시되지 않을 수도 있다.

제어부는 도 5에 도시된 것처럼, 자궁경부 경관의 형상에 대응되는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응되는 형상의 경계를 생성하고, 이렇게 생성된 경계를 연결하여 관심영역을 생성할 수 있다. 상기 경로와 경계 간의 이격거리는 자궁경부의 해부학적 정보에 기초하여 미리 저장될 수 있다. 도 5에 도시된 영상을 기준으로, 관심영역은 상기 경로와 동일한 형상의 상부경계(R1), 상기 경로와 동일한 형상의 하부경계(R2), 상기 상부경계와 하부경계를 연결하는 좌측경계(R3) 및 우측경계(R4)로 이루어진 다각형의 형상으로 설정되어 표시부에 표시될 수 있다. 전술한 관심영역 설정방법은 3차원 초음파 영상에도 적용될 수 있다. 사용자는 표시부에 표시된 관심영역의 형태나 크기를 입력부를 통한 명령의 입력이나 표시부에 대한 터치를 통한 명령의 입력을 통해 조절할 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 자궁경부의 형상에 대응하는 관심영역이 설정될 경우, 자궁경부에 대한 보다 신뢰도가 높은 탄성정보를 산출할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 자궁경부의 탄성정보를 획득하기 위해 설정된 영역을 나타낸 도면이다.

도 6은 자궁경부(c)의 형태를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6에서 자궁경부의 경관은 cc로 지칭되어 있고, 그 외부는 자궁경부의 경관을 둘러싼 조직을 나타낸다.

제어부는 관심영역이 설정되면, 자궁경부의 경관과 그 경관 주변의 일부 조직을 포함하는 제1영역(d1)의 탄성값과, 제1영역 외부의 제2영역(d2)의 탄성값을 산출하여, 상기 제1영역의 탄성값과 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 산출한다. 조산 가능성은 자궁경부의 탄성정보를 이용하여 판단될 수 있는데, 도 6에 도시된 방법으로 산출한 탄성정보는 조산 가능성 판단의 보다 정확한 인덱스로 활용될 수 있다.

제어부는 전술한 탄성정보뿐만 아니라, 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값 및 상기 외구와 내부의 탄성값의 비를 산출할 수 있고, 관심영역에 포함된 특정 영역의 탄성값이나 비율 또는 탄성값 분포면적의 비율을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 정보들은 표시부에 표시될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 초음파 영상장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 7을 참조하면, 표시부에 자궁경부의 초음파 탄성영상이 표시되고(800), 탄성영상에서 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령이 수신되면(810), 제어부는 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하고(820), 설정된 관심영역을 자궁경부의 초음파 탄성영상에 표시한다(830).

제어부는 도 5에 도시된 것처럼, 자궁경부 경관의 형상에 대응되는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응되는 형상의 경계를 생성하고, 이렇게 생성된 경계를 연결하여 관심영역을 생성할 수 있다. 상기 경로와 경계 간의 이격거리는 자궁경부의 해부학적 정보에 기초하여 미리 저장될 수 있다. 도 5에 도시된 영상을 기준으로, 관심영역은 상기 경로와 동일한 형상의 상부경계(R1), 상기 경로와 동일한 형상의 하부경계(R2), 상기 상부경계와 하부경계를 연결하는 좌측경계(R3) 및 우측경계(R4)로 이루어진 다각형의 형상으로 설정되어 표시부에 표시될 수 있다. 전술한 관심영역 설정방법은 3차원 초음파 영상에도 적용될 수 있다.

관심영역이 설정되면, 제어부 자궁경부의 제1영역과 제2영역의 탄성값의 비를 산출한다(840).

도 6은 자궁경부의 형태를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6에서 자궁경부의 경관은 cc로 지칭되어 있고, 그 외부는 자궁경부의 경관을 둘러싼 조직을 나타낸다.

제어부는 전술한 탄성정보뿐만 아니라, 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값 및 상기 외구와 내부의 탄성값의 비를 산출할 수 있고, 관심영역에 포함된 특정 영역의 탄성값이나 비율을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 정보들은 표시부에 표시될 수 있다.

1: 초음파 영상장치
P: 초음파 프로브
M: 본체

Claims

초음파 탄성영상을 표시하는 디스플레이부; 및
상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하고 상기 선택된 지점에 기초하여 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하고, 상기 디스플레이부에 표시하는 제어부;를 포함하는 초음파 영상장치.
제1항에 있어서,
상기 경로에 포함되는 지점은 상기 자궁경부의 외구(external orifice of the uterus), 상기 자궁경부의 내구(internal orifice of the uterus) 및 상기 자궁경부의 경관 상의 특징점 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 영상장치.
제2항에 있어서,
상기 특징점은 상기 자궁경부의 휘어진 부분에 대응하는 지점을 포함하는 초음파 영상장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 설정하는 초음파 영상장치.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 표시하는 초음파 영상장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 포함하는 탄성정보를 산출하는 초음파 영상장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값을 산출하는 초음파 영상장치
제1항에 있어서,
상기 제어부는 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값, 상기 외구와 내구의 탄성값의 비, 관심영역 내의 특정 탄성값 분포면적의 비율을 산출하는 초음파 영상장치.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받는 입력부;를 더 포함하는 초음파 영상장치
자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상을 표시하고, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 상기 탄성영상에 표시하는 디스플레이부;
상기 디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받는 입력부; 및
상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 포함하는 탄성정보 산출하는 제어부;를 포함하는 초음파 영상장치.
제10항에 있어서,
상기 제어부는 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값, 상기 외구와 내구의 탄성값의 비, 상기 관심영역 내의 특정 탄성값 분포면적의 비율 및 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값을 산출하는 초음파 영상장치.
삭제
제10항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 입력부를 통해 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점이 선택되면, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하여 상기 디스플레이부에 표시하는 초음파 영상장치.
제10항에 있어서,
상기 경로에 포함되는 지점은 상기 자궁경부의 외구(external orifice of the uterus), 상기 자궁경부의 내구(internal orifice of the uterus) 및 상기 자궁경부의 경관 상의 특징점 중 적어도 하나를 포함하는 초음파 영상장치.
제14항에 있어서,
상기 특징점은 상기 자궁경부의 휘어진 부분에 대응하는 지점을 포함하는 초음파 영상장치.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 설정하는 초음파 영상장치.
제10항에 있어서,
상기 디스플레이부는 상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 표시하는 초음파 영상장치.
디스플레이부에 표시된 자궁경부(cervix)에 대한 탄성영상에서 상기 자궁경부의 경관(cervix canal)에 대응하는 경로에 포함되는 지점을 선택하는 명령을 입력받고;
상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로에 포함되는 지점이 선택되면, 상기 자궁경부의 경관의 형상에 대응하는 형상의 관심영역을 설정하고;
상기 설정된 관심영역을 상기 디스플레이부에 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
제18항에 있어서,
상기 관심영역을 설정하는 것은,
상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 설정하는 것;을 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
제18항에 있어서,
상기 설정된 관심영역을 상기 디스플레이부에 표시하는 것은,
상기 자궁경부의 경관에 대응하는 경로를 중심으로 서로 반대방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된, 상기 경로에 대응하는 형태의 경계를 포함하는 관심영역을 표시하는 것;을 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
제18항에 있어서,
상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값과 상기 제1영역 외부의 제2영역의 탄성값의 비(ratio)를 포함하는 탄성정보를 산출하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
제18항에 있어서,
상기 관심영역에서 상기 자궁경부의 경관을 포함하는 제1영역의 탄성값을 산출하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
제18항에 있어서,
상기 자궁경부의 외구의 탄성값, 자궁경부의 내구의 탄성값, 상기 외구와 내부의 탄성값의 비, 관심영역 내의 특정 탄성값 분포면적의 비율을 산출하는 것;을 더 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.