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KR20160069293A - 프로브, 초음파 영상장치, 및 초음파 영상장치의 제어방법 - Google Patents

프로브, 초음파 영상장치, 및 초음파 영상장치의 제어방법 Download PDF

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KR20160069293A
KR20160069293A KR1020140175069A KR20140175069A KR20160069293A KR 20160069293 A KR20160069293 A KR 20160069293A KR 1020140175069 A KR1020140175069 A KR 1020140175069A KR 20140175069 A KR20140175069 A KR 20140175069A KR 20160069293 A KR20160069293 A KR 20160069293A
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KR
South Korea
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cells
transducer
lower electrode
voltage
transducer element
Prior art date
Application number
KR1020140175069A
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English (en)
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조경일
최민석
김영일
송종근
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

프로브는, 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 트랜스듀서 엘리먼트와, 복수개의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 트랜스듀서 어레이, 및 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀에, 송신시 전압을 인가하거나, 또는 수신시 복수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 출력하는 전류감지부를 포함한다.

Description

프로브, 초음파 영상장치, 및 초음파 영상장치의 제어방법{Probe, Ultrasound Imaging Apparatus, and Controlling Method of the Ultrasound Imaging Apparatus}
프로브, 초음파 영상장치, 및 초음파 영상장치의 제어방법에 관한 것이다.
초음파 영상장치는 대상체의 표면에서 대상체 내부의 목표 지점을 향해 초음파를 조사하고, 반사된 에코 초음파를 수신하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 비침습으로 얻는 장치이다.
최근 초음파 영상장치는 X선 장치, CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image)등의 다른 영상진단장치에 비해 소형이고 저렴하며, 실시간으로 진단 영상을 표시할 수 있어 널리 이용되고 있다.
다수의 셀로 구성되어 대상체에 초음파를 송수신하는 트랜스듀서 엘리먼트의 출력 전류에 기초하여 전기적 신호를 생성하는 프로브, 초음파 영상 장치, 및 초음파 영상장치의 제어방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 프로브는, 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 트랜스듀서 엘리먼트와, 복수개의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 트랜스듀서 어레이, 및 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀에, 송신시 전압을 인가하거나, 또는 수신시 복수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 출력하는 전류감지부를 포함한다.
트랜스듀서 엘리먼트는, pMUT 엘리먼트이고, 트랜스듀서 어레이는, pMUT 어레이일 수 있다.
셀은 2.5um이하의 박막 지르콘티탄산납(lead zirconate titanate, PZT)을 포함할 수 있다.
복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상부 전극과 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고, 각 셀의 상부 전극은 다른 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 상부 전극과 병렬 연결되고, 각 셀의 하부 전극은 동일한 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 하부 전극과 병렬 연결될 수 있다.
복수의 셀의 상부 전극에는 접지 또는 직류 전압이 공통으로 인가될 수 있다.
복수의 셀의 하부 전극에는 전류 감지부가 연결될 수 있다.
전류감지부는 수신시 각 셀의 상부 전극과 하부 전극 간의 전압차를 수신할 수 있다.
셀은 하부 전극의 후면에 마련되어 하부 전극을 지지하는 기판부를 더 포함할 수 있다.
기판부는 외각부에 고정 지지부를 형성하고, 중심부에 멤브레인부를 형성하며, 실리콘(Si)으로 구성되고, 박막 압전소자는 하부 전극에 인가되는 전압에 따라 좌우로 팽창 또는 수축되어 멤브레인부를 진동시킬 수 있다.
상부 전극의 면적은 멤브레인부의 면적의 70%이하일 수 있다.
트랜스듀서 엘리먼트에는 복수의 셀이 포함하는 상부 전극끼리 상호 연결시키거나, 복수의 셀이 포함하는 하부 전극끼리 상호 연결시키는 바이어(via)가 형성될 수 있다.
트랜스듀서 엘리먼트는 네 개부터 아홉 개의 셀로 구성될 수 있다.
전류감지부는, 복수의 셀로부터 출력된 전류의 합에 비례하는 전압을 출력하는 증폭기로 구현될 수 있다.
프로브는, 전류 감지부로부터 출력된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따른 초음파 영상장치의 제어방법은 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 하나 이상의 트랜스듀서 엘리먼트가 대상체로부터 반사된 에코 초음파를 수신하여, 이에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 단계, 및 전류 감지부가 전기적 신호를 수신하고, 전기적 신호에 포함된 전류에 기초하여 전압을 출력하는 단계를 포함한다.
트랜스듀서 엘리먼트는 pMUT엘리먼트일 수 있다.
복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상부 전극과 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고, 초음파 영상장치의 제어방법은 전기적 신호를 생성하는 단계 이전에, 상부 전극에 접지 또는 직류 전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전압을 출력하는 단계는, 병렬 연결된 복수의 셀로부터 수신한 복수의 전기적 신호가 포함하는 전류의 합에 기초하여 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
전압을 출력하는 단계는, 전압을 디지털 신호로 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.
초음파 영상 장치의 제어방법은, 전기적 신호를 생성하는 단계 이전에, 트랜스듀서 엘리먼트에 펄스를 인가하는 단계, 및 트랜스듀서 엘리먼트가 초음파를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 초음파 영상장치는, 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고, 복수개의 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 트랜스듀서 어레이, 복수의 셀에 전압을 인가하거나, 또는 복수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 출력하는 집적회로, 집적회로에서 출력된 전기적 신호에 기초하여 초음파 영상 데이터를 생성하는 신호 처리부, 및 초음파 영상 데이터에 기초하여 초음파 영상을 생성하는 영상 처리부를 포함한다.
복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상부 전극과 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고, 각 셀의 상부 전극은 다른 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 상부 전극과 병렬 연결되고, 각 셀의 하부 전극은 동일한 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 하부 전극과 병렬 연결될 수 있다.
집적회로는, 복수의 셀로부터 출력된 전류의 합에 비례하는 전압을 출력하는 반전 증폭기를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 초음파 프로브 및 영상장치는 하나의 트랜스듀서 엘리먼트를 다수의 셀로 구성하여 압전 소자의 두께를 얇게 구현할 수 있고, 높은 광대역 특성을 실현할 수 있다.
또한, 트랜스듀서 엘리먼트는 병렬 연결된 다수의 셀 중 일부 셀에 공통 전압이 인가되어 낮은 전압으로 다수의 셀을 구동할 수 있다.
또한, 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 수신 시 병렬 연결된 다수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 생성함으로써, 각 셀이 수신한 에코 초음파의 수신 감도가 향상될 수 있다.
도 1은 초음파 영상장치의 예시적 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 초음파 영상장치의 제어 블럭도이다.
도 3은 트랜스듀서 모듈의 외관 사시도의 일 예이다.
도 4는 도 3의 트랜스듀서 모듈의 트랜스듀서 어레이의 구성을 단계적으로 확대하여 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 좌표계에서 -z축 방향으로 바라본 트랜스듀서 엘리먼트의 전면도이다.
도 6은 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 어느 한 셀의 적층 구조를 설명하기 위한 어느 한 셀의 측면도이다.
도 7은 압전 소자의 진동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 병렬 연결된 복수의 셀의 개념도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 엘리먼트의 전면도이다.
도 10은 트랜스듀서 엘리먼트의 송수신 신호의 전달 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 초음파 영상장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하 구체적인 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 초음파 영상장치의 예시적 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 초음파 영상장치의 제어 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 초음파 영상장치(10)는, 대상체(ob)에 초음파를 조사하고 대상체(ob)로부터 반사된 에코 초음파를 수신하여 전기적 신호(이하, 초음파 신호라 함)로 변환하는 프로브(100)와, 초음파 신호를 기초로 초음파 영상을 생성하는 본체(200)를 포함한다. 본체(200)는 프로브(100)와 연결되고, 디스플레이(300)와 입력장치(400)를 구비한 워크 스테이션일 수 있다.
도 2를 참조하여, 초음파 영상장치(10)의 세부구성 및 동작방법에 대하여 기재하도록 한다.
프로브(100)는 트랜스듀서 모듈(110), 빔 포머(B), 송수신 스위치(123), 전류 감지부(124), 및 아날로그-디지털 변환기(125)를 포함한다.
트랜스듀서 모듈(110)은 인가되는 펄스에 따라서 초음파를 생성하여 대상체(ob)로 조사한다. 대상체(ob)로 조사된 초음파는 대상체(ob) 내부의 목표 지점에서 반사된다. 트랜스듀서 모듈(110)은 반사된 에코 초음파를 수신하고 수신된 에코 초음파를 전기적 신호로 변환한다. 트랜스듀서 모듈(110)의 세부 구성에 대하여는 도 3 내지 도 10과 관련하여 후술한다.
대상체(ob)는 인간이나 동물의 생체, 또는 혈관, 뼈, 근육 등과 같은 생체 내 조직일 수도 있으나 이에 한정되지는 않으며, 초음파 영상 장치(10)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 대상체가 될 수 있다.
빔 포머(B)는 트랜스듀서 모듈(110)에서 발생한 초음파가 원하는 동일한 시간에 대상체(ob)의 한 목표 지점에 집속되도록 하거나, 또는 대상체의 한 목표 지점으로부터 반사되어 돌아오는 에코 초음파가 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b; 도 4 참조)에 도달하는 시간 차이를 극복하도록, 조사되는 초음파 또는 수신되는 에코 초음파에 적절한 시간 지연(delay time)을 주는 장치이다.
빔 포머(B)는 펄서(121), 펄스 지연기(122), 에코 지연기(126), 및 가산기(127)를 포함한다.
펄서(121)는 초음파 조사 시, 트랜스듀서 모듈(110)을 구동하기 위해 교류 전압(즉, 펄스)을 생성한다.
펄서(121)는 트랜스듀서 모듈(110)에 포함된 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 개수 또는 채널의 개수에 대응되는 수만큼 존재한다.
초음파 조사 시, 송수신 스위치(123)가 송신 모드로 동작하고, 펄서(121)는 예를 들어, 각각 -80V 내지 +80V 또는 0V 내지 200V 정도의 전압 펄스를 송신 펄스로서 발생시켜 트랜스듀서 모듈(110)을 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)에 입력할 수 있다.
펄스 지연기(122)는 초음파 조사 시, 초음파의 집속점 및 스티어링(steering) 각도에 따라 펄스에 지연 시간을 가하여 송신 신호 패턴을 형성한다.
펄스 지연기(122) 또한 트랜스듀서 모듈(110)에 포함된 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 개수 또는 채널의 개수에 대응되는 수만큼 존재할 수 있다.
펄스 지연기(122)는 각각의 펄서(121)로부터 생성된 펄스가 집속점에 도달할 수 있도록, 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(111b) 별로 시간 지연을 가한다. 이 경우, 집속점은 다수 존재할 수 있고, 다수의 집속점이 하나의 스캔 라인을 형성할 수 있다. 시간 지연된 전압 펄스는 송신 펄스로서 트랜스듀서 모듈(110)을 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)에 입력될 수 있다.
에코 지연기(126)는 초음파 수신 시, 집속점 및 스티어링 각도에 따라 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 디지털 신호를 시간 지연시킨다.
에코 지연기(126)는 초음파 조사가 완료된 후 송수신 스위치(123)가 수신 모드로 동작하여, 트랜스듀서 모듈(110)은 에코 초음파를 수신한 경우, 아날로그-디지털 변환기(125)로부터 에코 초음파에 대응하는 디지털 신호를 수신하고, 목표 지점에 대한 초음파의 집속점 및 스티어링 각도에 기초하여 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 디지털 신호를 시간 지연 시킨다.
일 예로, 에코 지연기(126)는 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는지 여부, 초점 깊이, 스티어링 각도, 구경 크기, 활성화된 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 개수 등을 포함하는 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 지연 주파수를 유동적으로 설정하고, 설정된 지연 주파수에 따라 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 디지털 신호에 지연 시간을 가한다.
가산기(127)는 초음파 수신 시, 시간 지연된 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 디지털 신호를 가산한다.
가산기(127)는 에코 지연기(126)에 의해 지연 시간이 가해진 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 디지털 신호를 가산하여 하나의 디지털 신호로 집속 시킨다. 집속된 디지털 신호는 프로브(10)로부터 출력되어 본체(200)의 신호 처리부(220)에 전달되고, 신호 처리부(220)에 의한 신호 처리 후 영상 처리부(230)에 의해 초음파 영상을 생성하기 위한 각종 영상 처리가 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 초음파 영상 장치(10)에 있어서, 빔포머(B)는 전술한 바와 같이 프론트-엔드에 해당하는 프로브(100)에 포함될 수도 있고, 백-엔드에 해당하는 본체(200)에 포함될 수도 있다. 빔포머(B)의 실시예는 이에 관한 제한을 두지 않으므로, 빔포머(B)의 구성 요소 전부 또는 일부가 프론트-엔드 및 백-엔드 중 어느 부분에 포함되어도 무방하다.
송수신 스위치(123)는 본체(200)의 시스템 제어부(240)의 제어 신호에 따라 초음파 조사 시 송신 모드로 또는 초음파 수신 시 수신 모드로 모드를 전환시킨다.
전류 감지부(124)는 트랜스듀서 모듈(110)로부터 출력된 전류를 감지한다. 전류 감지부(124)는 예를 들어, 출력된 전류에 따라 전압을 증폭시키는 증폭기로서 구현될 수 있다.
이외에도, 전류 감지부(124)는 미세한 크기의 아날로그 신호를 증폭시키는 전증폭기(pre-amplifier)를 더 포함할 수 있는바, 전증폭기로 저잡음 증폭기(low noise amplifier; LNA)가 사용될 수 있다.
또한, 전류 감지부(124)는 입력되는 신호에 따라 이득(gain) 값을 제어하는 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier; VGA)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 가변 이득 증폭기로 집속점 또는 집속점과의 거리에 따른 이득을 보상하는 TGC(Time Gain compensation)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
아날로그-디지털 변환기(125)는 전류 감지부(124)로부터 출력된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시킨다.
도 2에서는 아날로그-디지털 변환기(125)로부터 변환된 디지털 신호가 빔 포머(B)의 에코 지연기(126)에 입력되는 것으로 도시하였으나, 반대로 에코 지연기(126)에서 지연된 아날로그 신호가 아날로그-디지털 변환기(126)에 입력되는 것도 가능한 바, 그 순서가 제한되지 아니한다.
또한, 도 2에서는 아날로그-디지털 변환기(125)가 프로브(100) 내에 마련된 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 아날로그-디지털 변환기(125)는 본체(200) 내에 마련되는 것도 가능하다. 이 경우, 아날로그-디지털 변환기(125)는 가산기(127)에 의해 집속된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 시킬 수 있다.
본체(200)는 프로브(100)를 제어하거나 프로브(100)로부터 수신한 신호에 기초하여 초음파 영상을 생성하기 위해 필요한 구성요소들을 수납하는 장치로서, 프로브(100)와 케이블을 통해 연결될 수 있다.
이하, 본체(200)가 포함하는 신호 처리부(220), 영상 처리부(230), 및 시스템 제어부(240)에 대하여 설명하고, 디스플레이(300) 및 입력 장치(400)에 대해서도 설명한다.
신호 처리부(220)는 프로브(100)로부터 수신한 집속된 디지털 신호를 영상 처리에 적합한 형식으로 변환한다. 예를 들어, 신호 처리부(220)는 원하는 주파수 대역 외의 잡음 신호를 제거하기 위한 필터링을 수행할 수 있다.
또한, 신호 처리부(220)는 DSP(Digital Signal Processor)로 구현될 수 있으며, 집속된 디지털 신호에 기초하여 에코 초음파의 크기를 검출하는 포락선 검파 처리를 수행하여 초음파 영상 데이터를 생성할 수 있다.
영상처리부(230)는 신호 처리부(220)가 생성한 초음파 영상 데이터를 기초로 사용자, 예를 들어 의사나 환자 등이 시각적으로 대상체(ob), 예를 들어 인체의 내부를 확인할 수 있도록 영상을 생성한다.
영상 처리부(230)는 초음파 영상 데이터를 이용하여 생성한 초음파 영상을 디스플레이(300)로 전달한다.
또한 영상처리부(230)는 실시예에 따라서 초음파 영상에 대해 별도의 추가적인 영상 처리를 더 수행할 수 있다. 예를 들어 영상처리부(230)는 초음파 영상의 대조(contrast)나 명암(brightness), 선예도(sharpness)를 보정하거나 또는 재조정하는 것 등과 같은 영상 후처리(post-processing)을 더 수행할 수 있다.
이와 같은 영상처리부(230)의 추가적인 영상 처리는 미리 정해진 설정에 따라 수행될 수도 있고, 입력 장치(400)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라 수행될 수도 있다.
시스템 제어부(240)는 초음파 영상 장치(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 시스템 제어부(240)는 신호 처리부(220), 영상 처리부(230), 프로브(100), 및 디스플레이(300)의 동작을 제어한다.
실시예에 따라, 시스템 제어부(240)는 미리 정해진 설정에 따라서 초음파 영상 장치(10)의 동작을 제어할 수 있고, 입력 장치(400)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라서 소정의 제어 명령을 생성한 후 초음파 영상 장치(10)의 동작을 제어할 수도 있다.
시스템 제어부(240)는 프로세서(Processor), 초음파 영상 장치(10)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 초음파 영상 장치(10)의 프로브(200) 또는 입력 장치(400)에서 입력되는 신호 또는 초음파 영상 데이터를 저장하거나, 초음파 영상 장치(10)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)을 포함할 수 있다.
또한, 시스템 제어부(240)와 전기적으로 연결되는 별개인 회로 기판에 프로세서, 램 또는 롬을 포함하는 프로세싱 보드(graphic processing board)를 포함할 수 있다.
프로세서, 램 및 롬은 내부 버스(bus)를 통해 상호 연결될 수 있다.
또한, 시스템 제어부(240)는 프로세서, 램 및 롬을 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수 있다.
또한, 시스템 제어부(240)는 프로세서, 램, 롬, 및 프로세싱 보드를 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수도 있다.
디스플레이(300)는 영상처리부(230)에서 생성된 초음파 영상을 표시하여 사용자가 대상체(ob) 내부의 구조나 조직 등을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.
입력 장치(400)는 초음파 영상 장치(10)의 제어를 위해 사용자로부터 소정의 지시나 명령을 입력 받는다. 입력 장치(400)는 예를 들어 키보드(keyboard), 마우스(mouse), 트랙볼(trackball), 터치스크린(touch screen) 또는 패들(paddle) 등과 같은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
이하 트랜스듀서 모듈(110)의 세부 구정 및 동작 방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 트랜스듀서 모듈의 외관 사시도의 일 예이고, 도 4는 도 3의 트랜스듀서 모듈의 트랜스듀서 어레이의 구성을 단계적으로 확대하여 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 트랜스듀서 모듈(110)은 트랜스듀서 어레이(111), 집적회로(112), 제어보드(113), 및 지지부(114)를 포함한다.
트랜스듀서 어레이(111)는 복수개의 타일(111a)로 구성되어 있고, 집적회로(112)에 본딩되어 있다. 트랜스듀서 어레이(111)는 2차원 어레이 형태를 가질 수 있다.
타일(tile, 111a)은 트랜스듀서 어레이(111)를 구성하는 기본 유닛이다. 타일(111a)은 2차원 어레이 형태로 배열된 트랜스듀서 엘리먼트(111b)로 구성된다.
트랜스듀서 엘리먼트(111b)는 전기적 신호가 인가되면 진동하는 2차원 어레이 형태로 배열된 다수의 셀(111c)을 포함한다.
예를 들면, 트랜스듀서 어레이(111)는 32개의 타일(111a)로 구성된 4x8 사이즈의 2차원 어레이 형태를 가질 수 있다. 그리고, 하나의 타일(111a)은 256개의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)로 구성된 16X16 사이즈의 2차원 어레이 형태를 가질 수 있다.
트랜스듀서 엘리먼트(111b)로는, 프로브 장치에 주로 사용되던 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서 (Magnetostrictive Ultrasonic Transducer)나, 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 또는 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, 이하, pMUT로 약칭함) 등이 이용될 수 있으며, 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, cMUT)도 사용될 수도 있다.
트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 세부 구성 및 동작 방법은 도 5 내지 도 7과 관련하여 후술한다.
집적회로(112)는 빔 포머(B), 송수신 스위치(123), 전류 감지부(124), 및 아날로그-디지털 변환기(125)를 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)으로 구현될 수 있으며, 트랜스듀서 어레이(111)와 플립 칩 본딩 방식으로 본딩될 수 있다.
제어보드(113)는 본체(200)의 시스템 제어부(240)의 제어 신호에 따라 집적회로(112)에 제어 신호를 전송하거나, 집적회로(112)로부터 전기적 신호를 수신한다.
제어보드(113)는 집적회로(112)의 후면에 집적회로(112)와 수평으로 마련되도록 설치되어 적층구조를 형성한다.
그리고 집적회로(112)와 제어보드(113)는 와이어(W)를 통해 연결될 수 있다.
제어보드(113)는 제어 신호를 생성하고 전기적 신호를 처리하기 위한 전자소자들이 실장된 인쇄회로기판으로 구현될 수 있다.
지지부(114)는 집적회로(112)와 제어보드(113) 사이에 마련되어 트랜스듀서 어레이(111)의 타일구조를 지지하기 위해 트랜스듀서 어레이(111)의 타일 형태에 대응하는 홈이 형성된 프레임 형태를 가질 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 지지부(100)에는 트랜스듀서 어레이(111)를 구성하는 타일(111a)이 본딩된 각각의 집적회로(112)가 안착될 수 있는 홈 구조가 형성될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 세부 구성 및 동작 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해 pMUT을 이용한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 일 예로 들어 설명한다.
도 5는 도 4의 좌표계에서 -z축 방향으로 바라본 트랜스듀서 엘리먼트의 전면도이고, 도 6은 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 어느 한 셀의 적층 구조를 설명하기 위한 어느 한 셀의 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)는 다수의 셀(111c)로 구성된다.
하나의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)는 예를 들어, 4 개(2x2)(도 5의 (a) 참조) 또는 9개(3x3)(도 5의 (b) 참조) 등 n x n(n은 정수) 개의 셀(111c)로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
각 셀(111c)은 기판부(111c-1), 절연층(111c-2), 하부 전극(111c-3), 압전 소자(111c-4), 및 상부 전극(111c-5)을 포함한다. 하나의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 다수의 셀(111c)은 도 5에 도시된 바와 같이 금속 라인(l)을 통해 상호 간 병렬 연결될 수 있다.
기판부(111c-1)는 하부 전극(111c-3)의 후면에 마련되어 하부 전극(111c-3)을 지지한다. 기판부(111c-1)는 외각부에 고정 지지부(111c-1a)를 형성하고, 중심부에 멤브레인부(111c-1b)를 형성할 수 있다. 기판부(111c-1)는 실리콘(Si)으로 구성될 수 있다.
고정 지지부(111c-1a)는 각 셀을 지지하고, 멤브레인부(111c-1b)는 박막으로 구현되어, 압전소자(111c-4)의 좌우 팽창 또는 수축에 의해 수동적으로 상하 진동하여 초음파를 발생시키거나, 에코 초음파를 수신한다.
절연층(111c-2)은 하부 전극(111c-3)과 기판부(111c-1) 사이에 마련된다. 절연층(111c-2)은 산화층으로 얇게 형성될 수 있고 기판부(111c-1)가 하부 전극(111c-3)과 절연되도록 한다. 절연층(111c-2)은 필요에 따라 제거될 수 있다.
하부 전극(111c-3)은 기판부(111c-1) 상에 마련되어 집적회로(112)에 전기적 신호를 송수신한다.
셀(111c) 간의 병렬 연결에 의해, 어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 다수의 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)에는 다른 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)에 인가되는 펄스가 공통으로 인가된다.
어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 다수의 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)은 라인(l)을 통해 다른 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)과 병렬 연결될 수 있고, 집적 회로(112)로부터 펄스를 수신하거나, 집적 회로(112)에 전기적 신호를 전송한다.
다수의 셀(111c)의 하부 전극(111c-3) 간의 연결 관계에 대하여는 도 8과 관련하여 자세히 후술한다.
상부 전극(111c-5)은 압전 소자(111c-4) 상에 마련되어 접지 또는 직류 전압이 인가된다.
셀(111c) 간의 병렬 연결에 의해, 어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 다수의 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)에는 다른 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)에 인가되는 접지 또는 직류 전압이 공통으로 인가된다.
상부 전극(111c-5) 또한 라인(l)을 통해 다른 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)과 병렬 연결될 수 있다. 상부 전극(111c-5)에 인가되는 접지 또는 직류 전압 또한 상부 전극(111c-5)과 연결된 직접 회로(112)를 통해 인가될 수 있다.
다수의 셀(111c)의 상부 전극(111c-5) 간의 연결 관계에 대하여는 도 8과 관련하여 자세히 후술한다.
압전 소자(111c-4)는 하부 전극(111c-3)과 상부 전극(111c-5) 사이에 마련되어, 하부 전극(111c-3)에 인가되는 펄스에 따라 상하로 진동함으로써 초음파를 생성한다.
압전소자(111c-4)는 예를 들어 2.5um이하의 두께를 갖는 박막 지르콘티탄산납(lead zirconate titanate, PZT) 또는 박막 알루미늄 질소화합물(Aluminum Nitride, AIN)으로 구성될 수 있다.
도 7은 압전 소자의 진동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상부 전극(111c-5)이 접지와 연결된 것을 예로 들어 설명한다.
압전 소자(111c-4)는 인가되는 전압에 따라 두께가 조절된다. 또한, 상부 전극(111c-5)의 면적이 예를 들어, 압전 소자(111c-4)의 면적의 70% 이하를 차지하도록 상부 전극(111c-5) 및 압전 소자(111c-4)가 마련될 수 있다.
도 7의 (a)를 참조하면, 하부 전극(111c-3)에 전압이 인가되지 않은 경우, 압전 소자(111c-4)는 정상 두께를 유지한다. 압전 소자(111c-4)는 그 정상 두께가 예를 들어, 2.5um 이하인 것으로 제조될 수 있다.
그러나, 도 7의 (b)를 참조하면, 하부 전극(111c-3)에 양의 전압(+V)이 인가된 경우, 압전 소자(111c-4)는 기판부(111c-1)와 평행한 좌우방향(transverse direction)으로 수축하고, 압전 소자(111c-4)의 수축에 의해 멤브레인부(111c-1b)가 아래로 진동한다.
도 7의 (c)를 참조하면, 하부 전극(111c-3)에 음의 전압이 인가된 경우, 압전 소자(111c-4)는 좌우방향으로 팽창하고, 압전 소자(111c-4)의 팽창에 의해 멤브레인부(111c-1b)가 위로 진동한다.
따라서, 하부 전극(111c-3)에 교류 전압(즉, 펄스)이 인가되는 경우, 양의 전압 및 음의 전압의 교차에 의해 압전 소자(111c-4)는 좌우로 팽창 또는 수축한다. 그리고, 압전 소자(111c-4)의 팽창 또는 수축에 의해 멤브레인부(111c-1b)가 상하 진동하고, 진동 주파수에 따라 초음파가 대상체로 조사된다.
반대로, 에코 초음파를 수신한 멤브레인부(111c-1b)가 진동 주파수를 갖고 상하로 진동하면, 압전 소자(111c-4)는 좌우로 팽창 또는 수축한다. 그리고, 압전 소자(111c-4)의 팽창 또는 수축에 의해 하부 전극(111c-3)에는 전기장이 형성되며, 이에 따라 하부 전극(111c-3)은 진동 주파수에 따라 전기적 신호를 출력한다.
따라서, 압전 소자(111c-4)를 팽창 또는 수축시키기 위하여, 하부 전극(111c-3)은 집적회로(112)와 연결되어, 초음파 조사 시 집적회로(112)로부터 펄스를 인가 받거나, 초음파 수신 시 집적회로(112)에 전기적 신호를 출력한다.
이하, 도 8을 참조하여, 복수의 셀(111c) 간의 연결 관계에 대하여 설명한다.
도 8은 병렬 연결된 복수의 셀의 개념도이다.
도 8의 (a) 좌측에 도시된 제 1 셀(111c1)은 우측에 도시된 제 2 셀(111c2)과 집적회로(112) 상에서 이격된 상태에서 병렬 연결될 수 있다. 이를 위하여, 제 1 셀(111c1)의 상부 전극(111c-5)은 라인(l1)을 통해 제 2 셀(111c2)의 상부 전극(111c-5)과 병렬 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 셀(111c1)의 하부 전극(111c-3) 또한 라인(l2)을 통해 제 2 셀(111c2)의 하부 전극(111c-3)과 병렬 연결될 수 있다.
이하, 어느 한 트랜스듀서 어레이(111)를 구성하는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)가 제 1 엘리먼트, 제 2 엘리먼트, 제 3 엘리먼트, 및 제 4 엘리먼트로서 기재된다.
제 1 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)의 상부 전극(111c-5)은 제 2 엘리먼트 내지 제 4 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)의 상부 전극(111c-5)과 병렬 연결될 수 있다.
즉, 제 1 내지 제 4 엘리먼트가 포함하는 복수의 셀(111c)의 상부 전극은 모두 병렬 연결될 수 있다.
그러나, 제 1 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)의 하부 전극(111c-3)은 제 1 엘리먼트 내에서는 병렬 연결되나, 제 2 엘리먼트 내지 제 4 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1) 및 제 2 셀(111c2)의 하부 전극(111c-3)과는 병렬 연결되지 아니한다.
제 2 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)의 하부 전극(111c-3) 또한 제 2 엘리먼트 내에서는 병렬 연결되나, 제 1 엘리먼트, 제 3 엘리먼트, 및 제 4 엘리먼트를 구성하는 제 1 셀(111c1) 및 제 2 셀(111c2)의 하부 전극(111c-3)과는 병렬 연결되지 아니한다. 제 3 내지 제 4 엘리먼트도 마찬가지이다.
즉, 제 1 내지 제 4 엘리먼트가 포함하는 복수의 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)은 소속된 어느 한 엘리먼트(111b) 내에서만 병렬 연결될 수 있다.
도 8의 (a)에서는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)의 상부 전극(111c-5) 및 하부 전극(111c-3)이 각각 라인(l1, l2)을 통해 연결되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 제 1 셀(111c1)의 상부 전극(111c-5) 및 하부 전극(111c-3)이 각각 제 2 셀(111c2)의 상부 전극(111c-5) 및 하부 전극(111c-3)과 직접 연결되는 것도 가능하다.
또한, 도 8에서는 제 1 셀(111c1)과 제 2 셀(111c2)이 집적회로(112) 상에서 이격된 것으로서 도시되었으나, 제 1 셀(111c1) 및 제 2 셀(111c2)은 인접하여 마련될 수도 있다. 인접하여 마련된 경우, 도 8의 (b)를 참조하면, 제 1 셀(111c1)의 상부 전극(111c-5)은 제 2 셀의 상부 전극(111c-5)과 라인(l1)ㅇ르 통해 연결되고, 제 1 셀(111c1)의 하부 전극(111c-3)은 제 2 셀의 하부 전극(111c-3)과 직접 연결될 수 있다.
또한, 제 1 셀(111c1)의 하부 전극(111c-3)은 집적회로(112)의 전극과 플립 칩 본딩 방식으로 직접 연결될 수 있다. 그러나, 도 8에 도시된 바에 한정되지 아니하고, 상부 전극(111c-5) 또한, 집적회로(112)에 직접 연결될 수 있으며, 제 1 셀(111c1) 및 제 2 셀(111c2) 모두 집적회로(112)에 직접 연결될 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 엘리먼트(111b)는 다수의 셀(111c)을 병렬 연결하기 위한 별도의 통로를 더 마련하고 있을 수 있고, 이하 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 엘리먼트의 전면도이다.
도 9를 참조하면, 트랜스듀서 엘리먼트(111b)는 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 복수의 셀(111c1, 111c2, 111c3, 111c4)의 상부 전극(111c-5) 또는 하부 전극(111c-3)의 연결 통로 역할을 하는 바이어(via, 111c-8)를 더 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 셀(111c1 내지 111d4)의 상부 전극(111c-5)은 바이어(111c-8)와 라인(l1)을 통해 연결될 수 있고, 바이어(111c-8)는 접지 또는 직류 전압원과 연결될 수 있다.
또한, 도 9에 도시되진 않았으나, 복수의 셀(111c1 내지 111d4)의 하부 전극(111c-3)도 바이어(111c-8)와 라인(l2)을 통해 연결될 수 있고, 바이어(111c-8)는 집적회로(112)와 연결될 수 있다.
이 경우, 상부 전극(111c-5)과 연결되는 바이어(111c-8)와 하부 전극(111c-3)과 연결되는 바이어(111c-8)는 상이한 구성 요소이다.
이와 같이, 복수의 셀(111c)은 병렬 연결되어 펄스가 인가되거나, 전기적 신호를 출력하였다.
이하, 도 10을 참조하여, 어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)가 포함하는 복수의 셀(111c)로 인가되는 신호 또는 복수의 셀(111c)로부터 출력된 신호의 전달 과정을 자세히 설명한다.
도 10은 트랜스듀서 엘리먼트의 송수신 신호의 전달 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 병렬 연결된 어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)은 라인(l1)을 통해 접지에 연결될 수 있고, 하부 전극(111c-3)은 집적회로(112)를 통해 전류 감지부(124)에 연결될 수 있다.
이 경우, 집적회로(112)는 플립 칩 본딩 방식으로 하나 이상의 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 다수의 셀(111c)과 결합되어, 다수의 셀(111c)이 포함하는 상부 전극(111c-5) 또는 하부 전극(111c-3)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
송신 모드로 동작하는 경우, 송수신 스위치(123)는 펄서(121) 및 펄스 지연기(122)로부터 수신한 펄스를 트랜스듀서 엘리먼트(111b)에 전달하고, 수신 모드로 동작하는 경우, 송수신 스위치(123)는 트랜스듀서 엘리먼트(111b)로부터 수신한 전기적 신호를 전류 감지부(124)에 전달한다.
증폭기로 구현된 전류 감지부(124)는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 병렬 연결된 복수의 셀(111c)로부터 전류를 수신한다. 따라서, 증폭기(124)는 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 개수만큼 마련될 수 있다.
제 1 셀(111c1)이 생성한 전류를 i1, 제 2 셀(111c2)이 생성한 전류를 i2, 제 3 셀(111c3)이 생성한 전류를 i3, 제 4 셀(111c4)이 생성한 전류를 i4라 하는 경우, 전류 감지부(124)는 제 1 내지 제 4 셀(111c1 내지 111c4)의 병렬 연결에 의해, i1 내지 i4의 합(i1+i2+i3+i4)을 입력으로서 수신한다.
이 경우, 전류 감지부(124)는 반전 증폭기로 구현되어, i1 내지 i4의 합(i1+i2+i3+i4)과 반전 증폭기에 마련된 R의 곱(즉, R*(i1+i2+i3+i4))을 전압(Vo)으로서 출력할 수 있다.
한편, 전류 감지부(124)는 트랜스듀서 엘리먼트(111b)를 구성하는 복수의 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)과 하부 전극(111c-3) 간의 전압차를 측정함으로써 각 셀(111c)로부터 출력된 전류를 감지할 수도 있다. 이 경우, 전류 감지부(124)는 증폭기로서 구현되어 상부 전극(111c-5)과 하부 전극(111c-3) 간의 전압차를 증폭시킬 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 초음파 영상장치(10)의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 11은 초음파 영상장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
우선, 시스템 제어부(240)의 제어 신호에 따라 송수신 스위치(123)가 송신 모드로서 동작하고, 펄서(121)가 트랜스듀서 모듈(110)의 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)가 포함하는 다수의 셀(111c)에 펄스를 인가한다(S1110). 이 경우, 펄서(121)에 의해 생성된 펄스는 펄스 지연부(122)에 의해 지연될 수 있고, 지연된 교류 전압은 병렬 연결된 각 셀(111c)의 하부 전극(111c-3)에 인가되며, 병렬 연결된 각 셀(111c)의 상부 전극(111c-5)에는 접지 또는 직류 전압이 인가된다.
이어서, 각 셀(111c)이 포함하는 압전 소자(111c-4) 및 멤브레인부(111c-1b)의 진동에 의해 초음파가 발생하고, 대상체의 목표 지점에 초음파가 조사된다(S1120). 이 경우.
이어서, 시스템 제어부(240)의 제어 신호에 따라 송수신 스위치(123)가 수신 모드로서 동작하고, 트랜스듀서 모듈(110)의 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)가 포함하는 다수의 셀(111c)은 에코 초음파를 수신하고, 수신한 에코 초음파를 전기적 신호로 변환한다(S1130). 구체적으로, 대상체(ob)에서 반사된 에코 초음파로 인해 압전 소자(111c-4) 및 멤브레인부(111c-1b)가 기계적으로 진동하고, 압전 소자(111d)는 분극 되어 하부 전극(111c-3)에 전하를 방출한다. 이에 따라 하부 전극(111c-3)은 전압 및 전류를 전기적 신호로서 출력한다.
이어서, 증폭기로 구현된 전류 감지부(124)는 어느 한 트랜스듀서 엘리먼트(111b)가 포함하는 병렬 연결된 다수의 셀(111c)이 출력한 전류를 입력 받고, 다수의 셀(111c)이 출력한 전류의 합에 기초하여 전압을 출력한다(S1140). 전류 감지부(124)로부터 출력된 전압은 다수의 셀(111c)이 출력한 전류의 합에 비례할 수 있다.
이어서, 에코 지연기(126)가 집속점 및 스티어링 각도에 따라 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 전기적 신호를 시간 지연시키고, 가산기(127)가 에코 지연기(126)에 의해 지연된 트랜스듀서 모듈(110)이 포함하는 각 트랜스듀서 엘리먼트(111b)의 전기적 신호를 가산하여 하나의 전기적 신호로 집속시키는 등의 빔 포밍이 수행되며, 신호 처리부(220)에 의한 신호 처리 및 영상 처리(230)에 의한 영상 처리가 수행된다(S1150).
빔 포밍이 수행되기 이전에, 아날로그-디지털 변환기(125)가 전류 감지부(124)로부터 출력된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시킨 후, 디지털 신호를 에코 지연기(126)에 전송하는 것도 가능하다.
빔 포밍, 신호 처리, 및 영상 처리에 관하여는 전술한 바 생략한다.
이어서, 디스플레이(300)는 영상 처리부(230)에 의해 생성된 초음파 영상을 표시한다(S1160).
이와 같이 초음파 영상장치(10)를 구성하는 하나의 트랜스듀서 엘리먼트를 다수의 셀로 구성함으로써, 압전 소자의 두께가 얇게 구현될 수 있고, 얇은 압전 소자를 포함하더라도, 트랜스듀서 엘리먼트는 높은 광대역 특성을 실현할 수 있다.
일 예로, 2.5um이하의 두께를 갖는 박막PZT로 압전 소자를 구성하는 경우, 실시예에 따르면 90%퍼센트의 이상의 높은 광대역 특성을 실현할 수 있다.
또한, 초음파 조사 시 어느 한 셀에 전압을 인가하는 경우, 병렬 연결된 다수의 셀에 공통된 전압이 인가되므로, 낮은 전압으로도 다수의 셀을 구동할 수 있다.
또한, 초음파 수신 시 병렬 연결된 다수의 셀 각각으로부터 출력된 전류는 상이할 수 있고, 상이한 각 셀의 전류에 기초하여 서로 다른 전기적 신호를 생성함으로써, 에코 초음파의 수신 감도가 향상될 수 있다.
이상 구체적인 실시 예를 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
111c: 셀
111c-1: 기판부
111c-1a: 고정 지지부
111c-1b: 멤브레인부
111c-2: 절연층
111c-3: 하부 전극
111c-4: 압전 소자
111c-5: 상부 전극

Claims (23)

  1. 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 트랜스듀서 엘리먼트와, 복수개의 상기 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 트랜스듀서 어레이; 및
    상기 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀에 전압을 인가하거나, 또는 상기 복수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 출력하는 전류감지부를 포함하는 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 엘리먼트는, pMUT 엘리먼트이고,
    상기 트랜스듀서 어레이는, pMUT 어레이인, 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀은 2.5um이하의 박막 지르콘티탄산납(lead zirconate titanate, PZT)을 포함하는 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고,
    각 셀의 상부 전극은 다른 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 상부 전극과 병렬 연결되고,
    각 셀의 하부 전극은 동일한 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 하부 전극과 병렬 연결되는 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 셀의 상부 전극에는 접지 또는 직류 전압이 공통으로 인가되는 프로브.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 셀의 하부 전극에는 상기 전류 감지부가 연결되는 프로브.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 전류감지부는 수신 시 각 셀의 상부 전극과 하부 전극 간의 전압차를 수신하는 프로브.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀은 상기 하부 전극의 후면에 마련되어 상기 하부 전극을 지지하는 기판부를 더 포함하는 프로브.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판부는 외각부에 고정 지지부를 형성하고, 중심부에 멤브레인부를 형성하며, 실리콘(Si)으로 구성되고,
    상기 박막 압전소자는 상기 하부 전극에 인가되는 전압에 따라 좌우로 팽창 또는 수축되어 상기 멤브레인부를 진동시키는 프로브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 전극의 면적은 상기 멤브레인부의 면적의 70%이하인 프로브.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 엘리먼트에는 상기 복수의 셀이 포함하는 상부 전극끼리 상호 연결시키거나, 상기 복수의 셀이 포함하는 하부 전극끼리 상호 연결시키는 바이어(via)가 형성된 프로브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 엘리먼트는 네 개부터 아홉 개의 셀로 구성된 프로브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류감지부는,
    상기 복수의 셀로부터 출력된 전류의 합에 비례하는 전압을 출력하는 증폭기로 구현되는 프로브.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 감지부로부터 출력된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는 프로브.
  15. 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 하나 이상의 트랜스듀서 엘리먼트가 대상체로부터 반사된 에코 초음파를 수신하여, 이에 대응하는 전기적 신호를 생성하는 단계; 및
    전류 감지부가 상기 전기적 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호에 포함된 전류에 기초하여 전압을 출력하는 단계를 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 엘리먼트는 pMUT엘리먼트인 초음파 영상장치의 제어방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고,
    상기 전기적 신호를 생성하는 단계 이전에, 상기 상부 전극에 접지 또는 직류 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압을 출력하는 단계는, 상기 병렬 연결된 복수의 셀로부터 수신한 복수의 전기적 신호가 포함하는 전류의 합에 기초하여 전압을 출력하는 단계를 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압을 출력하는 단계는, 상기 전압을 디지털 신호로 변환시키는 단계를 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기적 신호를 생성하는 단계 이전에,
    상기 트랜스듀서 엘리먼트에 펄스를 인가하는 단계; 및
    상기 트랜스듀서 엘리먼트가 초음파를 발생시키는 단계를 더 포함하는 초음파 영상장치의 제어방법.
  21. 병렬 연결된 복수의 셀로 구성된 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고, 복수개의 상기 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 트랜스듀서 어레이;
    상기 복수의 셀에 전압을 인가하거나, 또는 상기 복수의 셀로부터 출력된 전류에 기초하여 전기적 신호를 출력하는 집적회로;
    상기 집적회로에서 출력된 전기적 신호에 기초하여 초음파 영상 데이터를 생성하는 신호 처리부; 및
    상기 초음파 영상 데이터에 기초하여 초음파 영상을 생성하는 영상 처리부를 포함하는 초음파 영상장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 각각 상부 전극, 하부 전극, 및 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이에 마련된 박막 압전소자를 포함하고,
    각 셀의 상부 전극은 다른 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 상부 전극과 병렬 연결되고,
    각 셀의 하부 전극은 동일한 트랜스듀서 엘리먼트를 구성하는 복수의 셀의 하부 전극과 병렬 연결되는 초음파 영상장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 집적회로는, 상기 복수의 셀로부터 출력된 전류의 합에 비례하는 전압을 출력하는 반전 증폭기를 포함하는 초음파 영상장치.
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