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KR20020079560A - 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영방법 및 초음파 촬영 장치 - Google Patents

초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영방법 및 초음파 촬영 장치 Download PDF

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KR20020079560A
KR20020079560A KR1020020019416A KR20020019416A KR20020079560A KR 20020079560 A KR20020079560 A KR 20020079560A KR 1020020019416 A KR1020020019416 A KR 1020020019416A KR 20020019416 A KR20020019416 A KR 20020019416A KR 20020079560 A KR20020079560 A KR 20020079560A
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KR
South Korea
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ultrasonic
modulation
code
echo
sound pressure
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Ceased
Application number
KR1020020019416A
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English (en)
Inventor
혼다마사요시
Original Assignee
지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 filed Critical 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Publication of KR20020079560A publication Critical patent/KR20020079560A/ko
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Abstract

조영제를 파괴하지 않은 저음압을 가진 초음파를 이용하여 고화질의 초음파 화상을 획득하기 위해서, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여, 간헐적인 스캔의 휴지 기간 동안에 스캔이 수행되며, 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축이 수행되며, 그 펄스 압축된 에코 수신 신호에 기초하여 화상이 생성된다.

Description

초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치{ULTRASONIC TRANSMISSION/RECEPTION METHOD, ULTRASONIC TRANSMISSION/RECEPTION APPARATUS, ULTRASONIC IMAGING METHOD AND ULTRASONIC IMAGING APPARATUS}
본 발명은 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 초음파 조영제(ultrasonic contrast agent)가 주입된 대상을 촬영하기 위한 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치에 관한 것이다.
초음파 촬영에서, 대상의 내부에 송신된 초음파의 에코가 이용되어 단층상을 촬영하고, B 모드 화상으로서 표시된다. 또한, 초음파 에코의 도플러 시프트가 이용되어 혈액 등의 동적 화상(dynamic image)을 촬영하고, 그 화상은 컬러 도플러로서 표시된다.
에코의 신호 강도를 증가시킬 필요가 있을 때, 관심 영역(a Region Of Interst : ROI)에는 혈액을 이용하여 조영제가 주입(infuse)된다. 그 조영제는 직경이 수 ㎛ 정도의 미소 기포의 집합체이다.
이러한 조영제는, 특정 레벨 이상의 음압을 가진 초음파에 노출될 때 파괴되어 소멸되고, 그 다음부터는 에코를 발생시키지 않을 것이다. 따라서, 다음 촬영은 조영제가 촬영 부위에 도달한 후에 수행된다.
이러한 이유로, 조영제를 이용한 초음파 촬영에서는, 모든 촬영 후에, 예를 들어, 수초에서 수십초까지의 휴지 기간에 간헐적인 촬영(스캔)이 행해진다. 스캔으로 얻어진 각각의 단층상은 프리즈 화상으로서 표시되고, 다음 스캔 화상이 얻어질 때마다 갱신된다.
휴지 기간동안 촬영 부위를 실시간으로 관찰하는 것이 가능하기 때문에, 조영제를 파괴하지 않을 정도로 음압을 감소시킨 초음파를 이용하여 동일 영역이 촬영된다.
그러나, 조영제를 파괴하지 않을 정도로 음압을 감소시킨 초음파를 이용하여 촬영된 화상은, 에코 수신 신호의 SNR(신호 대 잡음비)이 낮기 때문에, 화질이 양호하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 조영제를 파괴하지 않을 정도로 음압을 감소시킨 초음파를 이용하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치를 제공하는 것이다.
(1) 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면은, 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 소정의 휴지 주기에 촬영 영역을 간헐적으로 스캔하여 그 초음파의 에코를 압신하는 단계와, 조영제를 파괴하기에는 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 휴지 기간동안 그 촬영 영역과 동일 영역을 계속해서 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 단계와, 계속적인 스캔으로 얻어진 에코 수신 신호에 대해 펄스 압축을 실행하는 단계를 포함하고 있는 초음파 송수신 방법이다.
(2) 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 촬영 영역을 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 제 1 초음파 송수신 수단과, 조영제를 파괴하기에는 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 그 촬영 영역과 동일한 영역을 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 제 2 초음파 송수신 수단과, 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호에 대해 펄스 압축을 실행하는 펄스 압축 수단과, 제 1 초음파 송수신 수단이 소정의 휴지 기간에 스캔을 간헐적으로 실행하게 하며, 그 초음파 송수신 수단이 휴지 기간동안 스캔을 계속해서 실행하게 하는 제어 수단을 포함하는 초음파 송수신 장치이다.
(3) 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 소정의 휴지 기간에 촬영 영역을 간헐적으로 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 단계와, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 휴지 기간동안 그 촬영 영역과 동일한 영역을 계속해서 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 단계와, 계속적인 스캔으로 얻어진 에코 수신 신호에 대해 펄스 압축을 실행하는 단계와, 간헐적인 스캔으로 얻어진 에코 수신 신호와 펄스 압축후의 에코 수신 신호에 기초하여 각각의 화상을 생성하는 단계를 포함하는 초음파 촬영 방법이다.
(4) 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 촬영 영역을 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 제 1 초음파 송수신 수단과, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압를 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 그 촬영 영역과 동일한 영역을 스캔하여 초음파의 에코를 수신하는 제 2 초음파 송수신 수단과, 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호에 대해 펄스 압축을 실행하는 펄스 압축 수단과, 제 1 초음파 송수신 수단이 소정의 휴지 기간에 스캔을 간헐적으로 스캔하게하고, 제 2 초음파 송수신 수단이 휴지 기간동안 스캔을 계속적으로 스캔하게 하는 제어 수단과, 제 1 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호와 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 펄스 압축후의 에코 수신 신호에 기초하여 각각의 화상을 생성하는 화상 생성 수단을 포함하는 초음파 송수신 장치이다.
(1) 및 (2)에 기재된 이러한 측면의 본 발명에 따르면, 휴지 기간동안에, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 스캔을 실행하고, 초음파의 에코를 수신하고, 에코 수신 신호는 펄스 압축되며, 그 이후, 송신 초음파가 낮은 음압를 가질 지라도 양호한 SNR를 가진 에코 수신 신호를 얻을 수 있다.
(3) 및 (4)에 기재된 이러한 측면의 본 발명에 따르면, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 스캔이 실행되며, 에코 수신 신호는 펄스 압축되며, 그 이후에, 송신 초음파가 낮은 음압을 가질 지라도 양호한 SNR을 가진 에코 수신 신호를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 에코 수신 신호에 기초하여 화상이 생성되기 때문에, 양호한 화질의 화상을 얻을 수 있다.
바람직하게, 송신 초음파의 변조와 에코 수신 신호의 펄스 압축이 효과적으로 실행될 수 있다는 점에서, 변조는 코드 변조이다.
바람직하게, 이러한 코드가 레이더 기술과 같은 실제 응용에서 잘 적용된다는 점에서, 코드 변조의 코드 시퀀스는 바커 코드(Barker code)이다.
바람직하게, 이러한 코드는 레이더 기술과 같은 실제 응용에 잘 적용되며 사이드 로브(side lobe)를 생성하지 않는다는 점에서, 코드 변조의 코드 시퀀스는 고레이 코드(Golay code)이다.
바람직하게, 송신 초음파의 변조와 에코 수신 신호의 펄스 압축은 쉽게 행해질 수 있다는 점에서, 변조는 선형 주파수 변조이다.
상세히 상술한 바와 같이, 본 발명은 조영제를 파괴하지 않을 정도로 음압이 감소된 초음파를 이용하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부된 도면에서 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 분명해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 장치의 블록도,
도 2는 송수신부의 블록도,
도 3 내지 도 5는 음향 라인 스캔의 개략도,
도 6은 송수신부의 일부에 대한 블록도,
도 7은 펄스 신호 생성 유닛으로부터의 출력 신호에 기초한 송신 초음파의 파형도,
도 8은 변조 신호 생성 유닛으로부터의 출력 신호에 기초한 송신 초음파의 파형도,
도 9는 바커 코드의 몇몇 코드 시퀀스를 도시하는 도면,
도 10은 송수신부의 일부에 대한 블록도,
도 11은 펄스 압축 유닛에 의한 펄스 압축을 도시하는 도면,
도 12 및 도 13은 변조 신호 생성 유닛으로부터의 출력 신호에 기초한 송신초음파의 파형도,
도 14 내지 도 16은 펄스 압축 유닛에 의한 펄스 압축을 도시하는 도면,
도 17은 선형 주파수 변조 및 대응 펄스 압축을 도시하는 도면, 및
도 18은 표시부에 표시된 스크린의 예를 도시하는 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 초음파 프로브4 : 대상
6 : 송수신부10 : B-모드 처리부
12 : 도플러 처리부14 : 화상 처리부
16 : 표시부18 : 제어부
20 : 조작부402 : 조영제
602 : 송신 신호 생성 유닛604 : 송신 빔 생성기
606 : 송신 스위칭 유닛608 : 수신 빔 생성기
610 : 수신 신호 처리부622 : 펄스 신호 생성 유닛
624 : 변조 신호 생성 유닛626, 616 : 선택 유닛
612 : 신호 경로614 : 펄스 압축 유닛
본 발명의 몇몇 실시예는 첨부된 도면을 기준으로 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 이러한 실시예로 제한되는 것은 아니다는 것을 알아야 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예인 초음파 촬영 장치의 블록도이다. 초음파 촬영 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타낸다. 초음파 촬영 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 일실시예를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 장치는 초음파 프로브(2)를 구비하고 있다. 초음파 프로브(2)는 초음파 트랜듀서(도시 생략) 어레이를 구비하고 있다. 각각의 초음파 트랜듀서는 PZT(납 지르코늄 티타늄 [Pb-Zr-Ti]) 세라믹과 같은 압전 물질로 구성되어 있다. 초음파 프로브(2)는 사용자에 의해 대상(4)에 인접하게 사용된다. 대상(4)의 관심 영역에는 혈액을 이용하여 조영제(402)가 공급된다.
초음파 프로브(2)는 송수신부(6)에 연결되어 있다. 송수신부(6)는 초음파 프로브(2)에 구동 신호를 공급하여 초음파를 송신한다. 송수신부(6)는 초음파 프로브(2)에 의해 촬영된 에코 신호를 또한 수신한다.
도 2는 송수신부(6)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 송수신부(6)는 송신 신호 생성 유닛(602)을 구비하고 있다. 송신 신호 생성 유닛(602)은 송신 신호를 주기적으로 생성하고, 송신 빔 생성기(604)에 그 송신 신호를 입력한다. 송신 신호 생성 유닛(602)은 후술되는 제어부(18)에 의해 제어된다.
송신 빔 생성기(604)는 송신을 위한 빔 생성을 수행하고, 송신 신호에 기초하여 특정 방향으로 초음파 빔을 생성하기 위해 빔 생성 신호를 생성한다. 빔 생성 신호는 그 특정 방향에 대응한 각각의 시간차가 주어진 복수의 구동 신호로 구성되어 있다. 빔 생성은 후술되는 제어부(18)에 의해 제어된다. 송신 빔 생성기(604)는 송신 빔 생성 신호를 송신/수신 스위칭 유닛(606)으로 입력한다.
송신/수신 스위칭 유닛(606)은 빔 생성 신호를 초음파 트랜듀서 어레이로 입력한다. 초음파 트랜듀서 어레이내에 송신 개구(aperture)를 구성하는 복수의 초음파 트랜듀서는 구동 신호의 시간차에 대응하는 각각의 위상차를 가진 초음파를 생성한다. 초음파의 파면 합성(wavefront synthesis)에 의해, 초음파 빔은 특정 방향의 음향 라인을 따라 형성된다.
송신/수신 스위칭 유닛(606)은 수신 빔 생성기(608)에 연결되어 있다. 송신/수신 스위칭 유닛(606)은 초음파 트랜듀서 어레이내의 수신 개구에 의해 획득된 에코 신호를 수신 빔 생성기(608)에 입력한다. 수신 빔 생성기(608)는 송신을 위한 음향 라인에 대응한 수신을 위한 빔 생성을 수행하고, 그들의 위상을 조정하기 위해 복수의 수신 에코에 시간차를 부여하고, 그 다음, 그 에코를 부가하여 특정 방향의 음향 라인을 따라 에코 수신 신호를 형성한다. 수신 빔 생성은 후술하는 제어부(18)에 의해 제어된다.
초음파 빔의 송신은 송신 신호 생성 유닛(602)에 의해 생성된 송신 신호에 따라 소정의 시간 간격으로 반복된다. 그 신호와 동기적으로, 송신 빔 생성기(604)와 수신 빔 생성기(608)는 소정의 양만큼 음향 라인의 방향을 변경시킨다. 따라서, 대상(4)의 내부는 음향 라인에 의해 순차적으로 스캔된다. 이러한 구성을 가진 송수신부(6)는 도 3에 도시된 바와 같이 스캔을 수행한다. 특히, 부채 형상의 2차원 영역(206)은 방사점(200)으로부터 z 방향으로 연장한 음향 라인(202)에 의해 θ방향으로 스캔되며, 소위 섹터 스캔이 실행된다.
송신 개구 및 수신 개구가 초음파 트랜듀서 어레이의 일부를 이용하여 형성될 때, 도 4에 도시된 스캔은 초음파 트랜듀서 어레이를 따라 개구들을 순차적으로 시프트함으로써 수행될 수 있다. 특히, 직사각형의 2차원 영역(206)은 방사점(200)으로부터 z 방향으로 방사하는 음향 라인(202)을 선형의 궤적(204)을 따라 이동시킴으로써 x 방향으로 스캔되며, 소위 선형 스캔이 실행된다.
초음파 트랜듀서 어레이가 초음파의 송신 방향의 아크 돌출을 따라 형성되는 소위 컨벡스 어레이(convex array)일 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 선형 스캔과 유사한 음향 라인 스캔을 수행하고 아크 형상의 궤적(204)을 따라 음향라인(202)의 방사점(200)을 이동시킴으로써, 부분이 부채 형상인 2차원 영역(206)이 θ방향으로 스캔될 수 있으며, 소위 컨벡스 스캔이 실행될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
수신 빔 생성기(608)는 수신 신호 처리 유닛(610)과 연결되어 있다. 수신 신호 처리 유닛(610)은 후술하는 바와 같이 수신 빔 생성기(608)로부터의 출력 신호, 즉, 에코 수신 신호에 대한 처리를 수행한다.
후술하는 제어부(18)의 제어하에, 상술한 스캔은 상이한 음압을 가진 2 종류의 초음파를 이용하여 수행된다. 2 종류의 초음파 중 하나의 초음파는 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가지며, 다른 하나의 초음파는 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지고 있다.
보다 높은 음압을 가진 초음파를 이용한 스캔은 간헐적으로 수행된다. 간헐적인 스캔의 스캔간 간격, 즉, 휴지 기간의 범위는 수초에서 수십초이다. 보다 낮은 음압을 가진 초음파를 이용한 스캔은 간헐적인 스캔의 휴지 기간동안에 계속해서 수행된다.
2 종류의 초음파를 이용하여 스캔을 수행하기 위해서, 송신 신호 생성 유닛(602)은 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 신호 생성 유닛을 구비하고 있다. 2개의 신호 생성 유닛 중 하나는 펄스 신호 생성 유닛(622)이며, 다른 하나는 변조 신호 생성 유닛(624)이다. 이들 신호 생성 유닛으로부터의 출력 신호 중 하나는 선택 유닛(626)에 의해 선택되어 송신 빔 생성기(604)에 입력된다. 선택 유닛(626)은 후술하는 제어부(18)에 의해 제어된다.
펄스 신호 생성 유닛(622)으로부터의 출력 신호는, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜듀서가 조영제 파괴 음압(Pc) 보다 큰 음압을 가진 초음파를 생성하게 하는 신호이다.
변조 신호 생성 유닛(624)으로부터의 출력 신호는, 도 8에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜듀서가 조영제 파괴 음압(Pc)보다 크지 않은 음압을 가진 초음파를 생성하게 하는 신호이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 변조 신호 생성 유닛(624)으로부터의 출력 신호가 변조된다. 다른 변조 기법 중에서, 예를 들어, 코드 변조 기법이 사용된다. 그 변조를 위한 코드 시퀀스로서, 예를 들어, 펄스 압축 레이더 응용에 실제 사용되는 바커 코드 또는 고레이 코드가 사용된다.
도 8에는, [+++-]의 코드 시퀀스와 4의 코드 길이를 가진 바커 코드를 이용하여 신호가 변조되는 경우가 예시되어 있다. 바커 코드는 도 9에 도시된 바와 같이 7개의 코드 시퀀스를 포함하고 있다. 코드 변조는 이들 코드 시퀀스 중 하나에 의해 이루어질 수 있다.
2 종류의 송신 초음파에 대응하는 2 종류의 에코 수신 신호를 처리하기 위해서, 수신 신호 처리 유닛(610)은 도 10에 도시된 구성을 가지고 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 에코 수신 신호는 선택 유닛(616)에 의한 선택에 따라서 스루(through) 신호 경로(612)와 펄스 압축 유닛(614) 중 하나로 공급된다. 선택 유닛(616)은 후술하는 제어부(18)에 의해 제어된다.
선택 유닛(616)은 선택 유닛(626)과 연결되어 있다. 선택 유닛(626)은 펄스생성 유닛(622)을 선택하고, 선택 유닛(616)은 스루 신호 경로(612)를 선택하며, 선택 유닛(626)이 변조 신호 생성 유닛(624)을 선택할 경우에, 선택 유닛(616)은 펄스 압축 유닛(614)을 선택한다.
따라서, 펄스 생성 유닛(622)으로부터의 출력 신호에 기초하여 송신된 초음파의 에코 수신 신호는 신호 경로(612)로 입력되며, 변조 신호 생성 유닛(624)으로부터의 출력 신호에 기초하여 송신된 초음파의 에코 수신 신호는 펄스 압축 유닛(614)으로 입력된다.
펄스 압축 유닛(614)은 에코 수신 신호에 대한 펄스 압축 처리를 수행한다. 코드 변조 초음파의 에코 수신 신호에 대한 펄스 압축은 자기 상관 연산(autocorrelation calculation)에 의해 이루어진다.
상술한 초음파 변조의 에코 수신 신호에 대한 자기 상관 연산을 수행함으로써, 도 11에 도시된 펄스 압축 신호가 얻어진다. 도시된 바와 같이, 펄스 압축 신호는 시간축에 따른 상대적인 진폭, 0, -1, 0, +1, +4, +1, 0, -1, 0를 가지고 있다.
이러한 펄스 압축에 의해, 신호 중심에서 4의 상대적인 진폭을 가진 압축 펄스가 얻어질 수 있다. 환원하면, 실제로 송신된 초음파의 4배의 음압을 가진 송신 초음파의 에코에 대응하는 신호가 얻어질 수 있다.
따라서, 송신 신호의 음압이 조영제 파괴 음압보다 크지 않을 정도로 낮을 지라도, 조영제 파괴 음압보다 큰 음압을 가진 송신 초음파의 경우와 비교하여 양호한 SNR을 가진 에코 수신 신호를 얻을 수 있다.
고레이 코드가 사용되는 경우는 다음과 같다. 고레이 코드는 한 쌍의 2개의 코드 시퀀스 [+++-] 및 [++-+]를 가지고 있다. 코드 시퀀스 쌍을 이용함으로써, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 2 계통의 송신 초음파를 얻을 수 있다.
도 12에 도시된 송신 초음파의 에코에 대한, 자기 상관 연산은 코드 시퀀스 [+++-]를 이용하여 수행되고, 도 13에 도시된 송신 초음파의 에코에 대한, 자기 상관 연산은 코드 시퀀스 [++-+]를 이용하여 수행된다.
따라서, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 압축 펄스가 얻어진다. 도 14에 도시된 압축 펄스는 0, -1, 0, +1, +4, +1, 0, -1, 0의 상대적인 진폭을 가지고 있으며, 도 15에 도시된 압축 펄스는 0, +1, 0, -1, +4, -1, 0, +1, 0의 상대적인 진폭을 가지고 있다.
이러한 압축 펄스의 합을 연산함으로써, 도 16에 도시된 바와 같이 +8의 중심 신호와 0의 다른 신호 모두를 가진 압축 펄스를 얻을 수 있다. 다시 말해 바커 코드에 의한 것보다 양호한 SNR를 가진 펄스를 얻을 수 있다. 또한, 중심 신호 이외의 모든 신호가 0이 되기 때문에 사이드 로브를 가지고 있지 않다는 점에서 이러한 펄스가 바람직하다.
고레이 코드가 사용되는 경우에, 초음파 송신/수신은 모든 음향 라인에 대하여 2회 수행된다. 제 1 초음파 송신/수신은 한 쌍의 코드 시퀀스 중 하나를 이용하여 수행되며, 제 2 초음파 송신/수신은 다른 하나의 코드 시퀀스를 이용하여 수행된다. 제 1 펄스 압축의 에코 수신 신호와 제 2 펄스 압축의 에코 수신 신호의 합이 연산되며, 그 합은 하나의 음향 라인에 대한 에코 수신 신호로서 정의된다.이러한 송신/수신은 음향 라인 방향을 순차적으로 변경하면서 수행된다.
코드 변조 대신에, 선형의 주파수 변조가 사용될 수 있다. 도 17은 선형 주파수 변조 및 그 대응하는 펄스 압축의 개념을 도시하고 있다. 도 17(a)에 도시된 바와 같이, 주기(T)에서 Δf만큼 선형적으로 변하는 주파수를 가진 주파수 변조 신호(b)는 변조 신호 생성 유닛(624)에 의해 생성되며, 신호(b)에 기초한 초음파가 송신된다. 본질적으로, 송신 초음파의 음압은 조영제 파괴 음압(Pc)보다 크지 않아야 한다.
도 17(c)에 도시된 바와 같이, 주파수 범위 Δf에서 지연 시간이 T에서 0으로 변할 정도의 주파수 지연 시간 특성을 가진 이러한 초음파의 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축 유닛(614)에 의해 펄스 압축을 수행함으로써, 도 17(d)에 도시된 바와 같이, 신호 중심에서 증가의 상대적인 진폭을 가진 압축 펄스를 얻을 수 있다.
펄스 신호 생성 유닛(622), 선택 유닛(626), 송신 빔 생성기(604), 송신/수신 스위칭 유닛(606), 초음파 프로브(2) 및 수신 빔 생성기(608)로 구성된 부분은 본 발명의 제 1 초음파 송신/수신 수단의 실시예이다.
변조 신호 생성 유닛(624), 선택 유닛(626), 송신 빔 생성기(604), 송신/수신 스위칭 유닛(606), 초음파 프로브(2) 및 수신 빔 생성기(608)로 구성된 부분은 본 발명의 제 2 초음파 송신/수신 수단의 실시예이다. 펄스 압축 유닛(614)은 본 발명의 펄스 압축 수단의 실시예이다. 후술하는 제어부(18)는 본 발명의 제어 수단의 실시예이다.
상술한 송수신부(6)는 도 1에 도시된 바와 같이, B-모드 처리부(10)와 도플러 처리부(12)에 연결되어 있다. 송수신부(6)로부터의 각각의 음향 라인 출력에 대한 에코 수신 신호는 B-모드 처리부(10)와 도플러 처리부(12)로 입력된다.
B-모드 처리부(10)는 B-모드 화상 데이터를 처리하기 위한 것이다. B-모드 처리부(10)는 에코 수신 신호를 대수적으로 증폭하고, 그 다음, 그 포락선을 검출하여 음향 라인상의 각각의 반사점에서의 에코의 강도를 표시하는 신호, 즉, A-스코프 신호를 얻게 되며, 각각의 순시에서의 A-스코프 신호의 진폭을 휘도값으로서 이용하여 B-모드 화상 데이터를 생성한다. 상술한 2 종류의 송신 초음파에 대한 화상 데이터는 B-모드 화상 데이터로서 개별적으로 생성된다.
도플러 처리부(12)는 도플러 화상 데이터를 생성하기 위한 것이다. 상술한 2 종류의 송신 초음파에 대한 화상 데이터는 도플러 화상 데이터로서 개별적으로 생성된다. 도플러 처리부(12)는 에코 수신 신호를 직교 검출하고, 그 다음, 그 신호를 MTI(Moving Target Indication) 처리하여 에코 신호의 도플러 시프트를 얻으며, 평균 유속, 유속의 분산, 및 도플러 신호의 파워(Power) 등을 도플러 시프트에 대한 자기 상관 연산으로부터 구한다. 평균 유속은 이하에서는 단순히 유속이라 불리운다. 또한, 유속의 분산은 분산이라 단순히 불리우며, 도플러 신호의 파워는 이하에서는 단순히 파워라고 불리운다.
도플러 처리부(12)는 각각의 음향 라인에 대하여 대상(4) 내부에서 이동하는 유속, 분산 및 에코 소스의 파워를 나타내는 데이터를 제공한다. 그 데이터는 음향 라인에 대한 각각의 포인트(픽셀)에서의 유속, 분산 및 파워를 나타낸다. 유속은 음향 라인 방향의 성분으로서 얻어지며, 초음파 프로브(2)에 근접하는 방향과 초음파 프로브(2)에서 멀어지는 방향은 구별된다.
B-모드 처리부(10)와 도플러 처리부(12)는 화상 처리부(14)에 연결되어 있다. 화상 처리부(14)는 B-모드 처리부(10)와 도플러 처리부(12)로부터 공급되는 각각의 데이터에 기초하여 B-모드 화상과 컬러 도플러 화상을 생성한다. B-모드 화상과 컬러 도플러 화상은 2 종류의 송신 초음파 각각에 대하여 생성된다.
화상 처리부(14)는 화상 처리부(14)에 의해 생성되는 B-모드 화상 및 컬러 도플러 화상을 표시하는 표시부(16)와 연결되어 있다. B-모드 처리부(10), 도플러 처리부(12), 화상 처리부(14) 및 표시부(16)로 구성된 부분은 본 발명의 화상 생성 수단의 실시예이다.
송수신부(6), B-모드 처리부(10), 도플러 처리부(12), 화상 처리부(14) 및 표시부(16)는 제어부(18)와 연결되어 있다. 제어부(18)는 각 부분의 동작을 제어하기 위해 각 부분에 제어 신호를 공급한다. 제어부(18)는 피제어부로부터의 몇몇 종류의 통지 신호를 공급받는다. B-모드 동작과 도플러 모드 동작은 제어부(18)의 제어하에 실행된다.
제어부(18)는 조작부(20)와 연결되어 있다. 조작부(20)는 사용자에 의해 조작되며, 조작부(20)는 적절한 명령과 정보를 제어부(18)에 입력한다. 조작부(20)는 예를 들어, 키보드, 포인팅 장치 및 다른 조작 장치를 포함하고 있다.
이제, 본 발명의 장치에 대한 동작이 설명될 것이다. 사용자는 초음파 프로브(2)를 대상(4)의 원하는 부위에 인접시키고, 예를 들어, B-모드 촬영을 수행하기위해 조작부(20)를 조작한다. 이러한 촬영은 제어부(18)의 제어하에 수행된다.
송수신부(6)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 프로브(2)를 이용한 음향 라인 순차 방식으로 대상(4)의 내부에 대한 스캔을 수행한다. 상술한 2 종류의 송신 초음파 중에서, 조영제 파괴 음압보다 큰 음압을 가진 초음파에 의한 스캔은 수초에서 수십초의 휴지 기간에 간헐적으로 수행되며, 조영제 파괴 음압보다 크지 않은 음압을 가진 초음파에 의한 스캔은 간헐적인 스캔의 휴지 기간동안 계속적으로 수행된다.
따라서, 2개의 B-모드 화상이 얻어진다. 이하에서는, 2개의 B-모드 화상 중 하나는 고음압 화상으로 불리우며, 다른 하나는 저음압 화상으로 불리운다. 이들 화상은 도 18에 예시된 바와 같이, 표시부(16)의 스크린 상에 서로의 다음에 표시된다.
고음압 화상(162)은 콘트라스트 화상(contrast image)이다. 이 화상은 정지 화상으로서 표시되며, 간헐적인 스캔에 의해 새로운 화상이 얻어질 때마다 갱신된다. 저음압 화상(164)은 계속적인 스캔에 의해 얻어지기 때문에 실시간 화상으로 표시된다. 이 화상은 조영제가 파괴되는 시간부터 촬영되는 부위를 다시 주입하는 시간까지 실시간으로 상태를 나타낸다. 화상은 높은 SNR를 가진 펄스 압축의 에코 수신 신호에 기초하여 생성되기 때문에, 송신 초음파가 낮은 음압을 가질 지라도 화질은 좋다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시예를 기준으로 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 당업자에 의해 이러한 실시예에 대하여 여러수정 또는 변경을 행할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 기술 사상은 상술한 실시예에만 포함하는 것이 아니라, 첨부한 청구범위에 해당하는 모든 실시예를 포함하고 있다.
본 발명의 여러 상이한 실시예는 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부한 청구범위에 정의된 것을 제외하고, 명세서에 기술된 특정 실시예로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의해, 조영제를 파괴하기에 충분하지 않을 정도로 음압을 가진 초음파를 이용하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 초음파 송수신 방법, 초음파 송수신 장치, 초음파 촬영 방법 및 초음파 촬영 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 소정의 휴지 기간에 촬영 영역을 간헐적으로 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 단계와,
    상기 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 상기 휴지 기간동안에 상기 촬영 영역과 동일한 영역을 계속적으로 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 단계와,
    상기 계속적인 스캔에 의해 얻어진 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축을 수행하는 단계
    를 포함하는 초음파 송수신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조는 코드 변조인 초음파 송수신 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 바커 코드(Barker code)인 초음파 송수신 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 고레이 코드(Golay code)인 초음파 송수신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조는 선형의 주파수 변조인 초음파 송수신 방법.
  6. 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 촬영 영역을 스캔하여 상기 초음파의 에코를 수신하는 제 1 초음파 송수신 수단과,
    상기 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 상기 촬영 영역과 동일한 영역을 스캔하여 상기 초음파의 에코를 수신하는 제 2 초음파 송수신 수단과,
    상기 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축을 수행하는 펄스 압축 수단과,
    상기 제 1 초음파 송수신 수단이 소정의 휴지 기간에 상기 스캔을 간헐적으로 수행하게 하며, 상기 제 2 초음파 송수신 수단이 상기 휴지 기간 동안에 상기 스캔을 계속적으로 수행하게 하는 제어 수단
    을 포함하는 초음파 송수신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조는 코드 변조인 초음파 송수신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 바커 코드인 초음파 송수신 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 고레이 코드인 초음파 송수신 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 변조는 선형의 주파수 변조인 초음파 송수신 장치.
  11. 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 소정의 휴지 기간에 촬영 영역을 간헐적으로 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 단계와,
    상기 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 상기 휴지 기간동안에 상기 촬영 영역과 동일한 영역을 계속해서 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 단계와,
    상기 계속적인 스캔에 의해 얻어진 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축을 수행하는 단계와,
    상기 간헐적인 스캔에 의해 얻어진 에코 수신 신호와 상기 펄스 압축후의 에코 수신 신호에 기초하여 각각의 화상을 생성하는 단계
    를 포함하는 초음파 촬영 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변조는 코드 변조인 초음파 촬영 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 바커 코드인 초음파 촬영 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 고레이 코드인 초음파 촬영 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 변조는 선형의 주파수 변조인 초음파 촬영 방법.
  16. 조영제를 파괴하기에 충분한 음압을 가진 초음파를 이용하여 촬영 영역을 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 제 1 초음파 송수신 수단과,
    상기 조영제를 파괴하기에 충분하지 않은 음압을 가지며 소정의 변조를 실행한 초음파를 이용하여 상기 촬영 영역과 동일한 영역을 스캔하여, 상기 초음파의 에코를 수신하는 제 2 초음파 송수신 수단과,
    상기 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호에 대하여 펄스 압축을 수행하는 펄스 압축 수단과,
    상기 제 1 초음파 송수신 수단이 소정의 휴지 기간에 상기 스캔을 간헐적으로 수행하게 하며, 상기 제 2 초음파 송수신 수단이 상기 휴지 기간동안에 상기 스캔을 계속해서 수행하게 하는 제어 수단과,
    상기 제 1 초음파 송수신 수단으로부터의 에코 수신 신호와 상기 제 2 초음파 송수신 수단으로부터의 상기 압축 펄스 후의 에코 수신 신호에 기초하여 각각의 화상을 생성하는 화상 생성 수단
    을 포함하는 초음파 촬영 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 변조는 코드 변조인 초음파 촬영 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 바커 코드인 초음파 촬영 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 코드 변조에 대한 코드 시퀀스는 고레이 코드인 초음파 촬영 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 변조는 선형의 주파수 변조인 초음파 촬영 장치.
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