KR100362000B1

KR100362000B1 - 변형된 골레이 코드를 이용한 펄스 압축 방식의 초음파영상 형성 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100362000B1
Application number: KR1020000004830A
Authority: KR
Inventors: 송태경; 유양모
Original assignee: 주식회사 메디슨
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2002-11-22
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: KR20010077197A; FR2804516B1; US6350240B1; JP3423935B2; FR2804516A1; JP2001299750A; ITRM20010028A0; DE10053682B4; ITRM20010028A1; DE10053682A1

Abstract

본 발명은 초음파 펄스를 대상에 전송하여, 대상으로부터 반사되는 신호를 이용하여 대상의 영상을 형성하기 위한 초음파 영상 형성 방법으로서, 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제1 코드 형태의 전압을 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제1 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와, 상기 제1 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제1 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와, 상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제2 코드 형태의 전압을 상기 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제2 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와, 상기 제2 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제2 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와, 상기 펄스 압축된 제1 세트의 반사 신호와 상기 펄스 압축된 제2 세트의 반사 신호를 가산하는 단계와, 상기 가산된 신호로부터 수신집속된 신호를 생성하는 단계와, 상기 수신집속된 신호를 처리하여 디스플레이하기 위한 단계를 포함하는 초음파 영상 형성 방법을 제공한다.

Description

변형된 골레이 코드를 이용한 펄스 압축 방식의 초음파 영상 형성 방법 및 장치{ULTRASOUND IMAGING METHOD AND APPARATUS BASED ON PULSE COMPRESSION TECHNIQUE USING MODIFIED GOLAY CODE}

본 발명은 초음파 영상 형성 시스템에 관한 것으로서, 특히 변형된 골레이 코드(modified Golay code)를 이용하는 펄스 압축 방식의 초음파 영상 형성 시스템에 관한 것이다.

현재 사용되는 대부분의 초음파 영상 진단기는 짧은 펄스를 사용해서 신체 내부의 정보를 얻고 있다. 이러한 방식의 초음파 영상진단기는 초음파가 감쇄가 심한 고무나 신체와 같은 매질을 통과할 때 감쇄로 인해서 수신되는 전력이 감소하게 되어서 원하는 정도의 깊이에 있는 반사체에 대한 정보를 얻기가 곤란하다. 특히, 의료용 초음파 영상진단기의 경우에, 수신되는 신호의 전력을 증가시키기 위해서 방출하는 짧은 펄스의 첨두 전압을 증가시키게 되면 신체 내부의 조직에 영향을 주기 때문에 이러한 방식으로는 수신된 신호의 전력을 증가시킬 수가 없다.

방출되는 펄스의 첨두 전압을 증가시키는 대신에 평균 전력을 증가시켜서 초음파 영상 시스템의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio)를 현저하게 향상시킬 수 있는 방법이 레이더장치에서 사용되는 펄스압축기법(Pulse Compressionmethods)이다. 펄스 압축 기법의 영상 시스템에서는 기존의 짧은 펄스 대신 코드화된 긴 펄스를 사용한다.

기존의 짧은 펄스를 사용하는 진단기의 경우에는 고압의 짧은 펄스를 이용하기 때문에 초음파 영상 시스템에서 사용되는 초음파 변환자(transducer)의 임펄스 응답으로 초음파가 진행하는 방향의 해상도가 결정된다. 그러나, 펄스압축방식의 영상시스템의 경우에는 코드화된 긴 펄스를 사용하기 때문에 변환자와 이 펄스와의 컨벌루션(convolution)에 의해 해상도가 결정된다. 이와 같은 영상 시스템에서는, 초음파의 수신단에 상관기(correlator)에 기반을 둔 펄스압축기를 마련함으로써 마치 짧은 펄스를 송신한 것과 같은 결과를 얻게 된다. 따라서, 짧은 펄스 방식의 첨두 전압에 비해 낮은 전압으로도 효과적으로 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있게 된다.

이와 같이 긴 펄스를 사용하는 초음파 영상 시스템에서는 사용하는 코드의 특성에 따라 시스템의 성능이 크게 좌우되게 된다. 특히, 전술한 바와 같이 사용하는 코드의 주파수 특성과 초음파 변환자의 주파수 특성의 관계에 따라 신호 수신시 도출해낼 수 있는 영상의 품질이 좌우된다. 또한, 긴 코드를 전송하면서도 짧은 펄스를 전송한 것과 같은 결과를 얻기 위한 상관기 내지 펄스 압축기를 수신단에서 어떻게 구현하는가에 따라 시스템의 성능이 크게 좌우된다.

골레이 코드는 측엽을 완전히 제거할 수 있다는 특성 때문에 긴 펄스를 사용하는 초음파 영상 시스템에 적용하고자 하는 노력들이 있었다. 그러나, 골레이 코드의 주파수 특성을 살펴보면 전형적인 초음파 변환자의 주파수 스펙트럼에 비해넓은 대역을 차지한다. 즉, 골레이 코드의 전력 일부가 초음파 변환자 통과시 손실된다. 이렇게 되면 시스템의 신호 대 잡음비를 원하는 정도로 얻을 수 없게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 초음파 변환자의 주파수 특성과 잘 정합되는 코드를 찾아내고, 이와 같은 코드를 이용하는 펄스 압축 방식의 초음파 영상 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 코드를 사용하는 초음파 영상 형성 방법을 효과적으로 구현하는 영상 형성 장치의 구조를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 소정의 윈도우 함수를 이용하여 변형된 골레이 코드를 사용하는 펄스 압축 방식의 초음파 영상 형성 방법이 제공된다.

또한, 변형된 골레이 코드 형태의 초음파 펄스를 송신한 후 이에 대한 반사 신호를 펄스 압축한 후, 수신 집속하는 방법 및 장치가 제공된다.

본 발명은 초음파 펄스를 대상에 전송하여, 대상으로부터 반사되는 신호를 이용하여 대상의 영상을 형성하기 위한 초음파 영상 형성 방법으로서,

한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제1 코드 형태의 전압을 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제1 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와,

상기 제1 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제1 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와,

상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제2 코드 형태의 전압을 상기 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제2 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와,

상기 제2 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제2 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와,

상기 펄스 압축된 제1 세트의 반사 신호와 상기 펄스 압축된 제2 세트의 반사 신호를 가산하는 단계와,

상기 가산된 신호로부터 수신집속된 신호를 생성하는 단계와,

상기 수신집속된 신호를 처리하여 디스플레이하기 위한 단계

를 포함하는 초음파 영상 형성 방법을 제공한다.

또한, 초음파 펄스를 대상에 전송하여, 대상으로부터 반사되는 신호를 이용하여 대상의 영상을 형성하기 위한 초음파 영상 형성 장치로서,

한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제1 코드 형태의 전압을 하나 이상의 변환자에 제1 시간 구간에 인가하고, 상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제2 코드 형태의 전압을 상기 하나 이상의 변환자에 제2 시간 구간에 인가하기 위한 수단과,

상기 제1 시간 구간에 후속하여, 상기 제1 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제1 세트의 반사 신호를 수신하고, 상기 제2 시간 구간에 후속하여, 상기 제2 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제2 세트의 반사 신호를 수신하기 위한 수신 수단과,

상기 제1 세트의 반사 신호 및 상기 제2 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하고, 상기 펄스 압축된 제1 세트의 반사 신호와 상기 펄스 압축된 제2 세트의 반사 신호를 가산하기 위한 수단과,

상기 가산된 신호로부터 수신집속된 신호를 생성하는 하기 위한 수단과,

상기 수신집속된 신호를 처리하여 디스플레이하기 위한 수단

을 포함하는 초음파 영상 형성 장치를 제공한다.

도 1은 종래의 짧은 펄스 방식의 초음파 영상 형성 시스템의 블록도.

도 2a 내지 도 2e는 일반적인 골레이 코드의 특성을 도시하는 그래프.

도 3a는 변형된 골레이 코드 생성에 사용되는 원도우들을 도시한 그래프.

도 3b 내지 도 3c은 본 발명에서 사용되는 변형된 골레이 코드의 특징을 도시하는 그래프.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 골레이 코드를 이용하는 펄스 압축 방식의 초음파 영상 시스템의 블록도.

도 5는 짧은 펄스, 골레이 코드 및 변형된 골레이 코드를 사용한 경우의 수신단에서 얻은 신호를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배열 변환자

12 : 펄서

13 : 송신 패턴 메모리

21 : 송수신 스위치

31 : 수신부

34 : 펄스 압축기

34a, 34b : 제1, 제2 메모리

34c : 상관기

도 1은 종래의 초음파 영상 시스템의 블록도를 나타낸다. 펄서(11)는 바이폴라 펄스(bipolar pulse)를 출력하기 위한 것으로서, 이진 수열을 입력받아 변환자를 구동할 수 있도록 증폭된 신호(예를 들어 +80, -80 volt)를 변환자에 공급해주는 역할을 한다.

송신 지연 메모리(14)는 배열 변환자를 통해 인체내로 송신하려는 초음파 펄스의 지연 패턴을 저장하고, 이에 따라 펄서에 입력을 인가한다. 펄서(11)의 출력인 소정의 크기의 전압은 지연값에 따라 각 변환자로 적절한 시점에 인가되고, 그 결과 각 변환자로부터 출력되는 초음파 펄스가 인체내로 전송된다. 각 변환자에 대한 송신 지연을 결정하는 방법으로서, 인체내의 소정의 지점으로 초음파 펄스의 에너지가 집속되도록 하는 고정 집속 기법이 주로 사용된다. 근래에는 수신시에는 대상의 각 지점마다 동적 집속을 하는 한편, 송신시에는 고정집속 기법을 사용함으로써 생기는 해상도의 한계를 극복하기 위한 여러 가지 노력을 하나로 합성 구경(synthetic aperture) 기법에 대한 관심이 증대되어 오고 있다. 합성 구경 기법에서는 초음파를 송신시 하나의 변환자 또는 다수의 변환자를 사용할 수 있고, 송수신시 양방향 동적 집속을 수행하는 것이 가능하다. 합성 구경 기법을 사용하면 해상도를 향상시킬 수 있는 반면, 일반적으로 신호 대 잡음 비는 떨어진다.

스위치(21)는 펄서(11)에서 방출되는 고압의 전력이 수신부에 영향을 주지 않도록 하는 디플렉서(diplexer)의 역할을 한다. 즉, 변환자가 송신 및 수신을 번갈아가며 수행할 때, 송신부와 수신부를 변환자에 적절히 스위칭해주는 역할을 한다.

배열 변환자(1)는 다수의 요소로 구성되어 있고, 펄서로부터의 전압 입력에 응답하여 초음파 펄스를 출력한다. 다수의 변환자를 포함하는 배열 변환자 중에서 일부 변환자가 일회 송신시 사용된다. 예를 들어 128개의 변환자가 포함되어 있는 영상 형성 장치라 하여도, 한번 송신할 때 개구(aperture)내의 64개의 변환자만 초음파를 송신하도록 한다.

수신부(31)는 예를 들어, 전치 증폭기(Pre-Amp), 초음파가 신체내부를 통과하면서 발생하는 감쇄를 보정해주기 위한 TGC(Time Gain Compensation, 시간 이득 보상) 및 아날로그-디지털 변환기로 구성되어 있고, 수신신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환한다.

빔형성기(35)는 수신 집속 지연 조정부(36)로부터의 지연값을 참조해서 수신집속을 수행한다.

신호 처리부(41)는 포락선 검출(envelope detection), 로그보상(log compression) 등을 수행해서 B-모드 영상을 구성할 수 있는 신호를 생성시키는 일을 한다.

스캔 변환기(42)는 B-모드 영상 신호를 실제 모니터에 표시되는 형태로 변환해 주는 역할을 한다.

본 발명에서는 초음파의 송신시 변형된 골레이 코드를 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용하는 변형된 골레이 코드의 기본이 되는 골레이 코드는 같은 길이를 가지는 상보적인 관계를 가지는 두 개의 코드로 구성되어 있다. 이 두 개의 코드는 자기상관함수를 취할 때 동일한 주엽(main lobe)을 가지고 측엽(side lobe)에서는 각각의 극성이 반대인 특성을 가지고 있다. 따라서 두 개의 자기상관함수를 더한 결과는 주엽의 크기는 두 배로 증가하고 측엽은 서로 상쇄되어서 사라진다.

도 2는 골레이 코드의 특성을 도시하고 있다. 도 2a와 2b는 보수적인 관계를 가지는 2개의 골레이 코드의 쌍을 나타내고 있고 도 2c와 도 2d는 각각의 자기상관함수를 취한 결과이다. 도 2e는 도 2c와 도 2d를 더한 최종 결과이다. 여기에서 a_i와 b_i는 길이가 n인 상보적인 코드들을 나타내고 이들은 +1과 -1의 값을 가진다. 이때 자기 상관 함수는

가 되고 이 자기 상관함수의 합은 다음과 같이 된다.

전술한 바와 같이, 골레이 코드의 주파수 특성을 살펴보면 전형적인 초음파 변환자의 주파수 스펙트럼에 비해 넓은 대역을 차지한다. 즉, 골레이 코드의 전력 일부가 초음파 변환자 통과시 손실된다. 따라서 골레이 코드의 에너지를 효과적으로 변환자를 통해서 방출할 수 있는 방법이 요구된다.

이러한 목적으로 본 발명에서는 FIR 필터를 설계할 때 사용되는 여러 가지 윈도우(Window)들을 이용해서 골레이 코드를 변형시킨다. 이 변형된 골레이 코드 신호들을 전송하여 각각의 자기 상관함수를 취하고 이를 더하면, 측엽(side lobe)은 역시 골레이 코드의 특성 때문에 모두 제거되고, 주엽(main lobe)은 변환에 사용된 윈도우의 자기상관함수에 의해서 결정된다. 도 3a에는 변형된 골레이 코드 생성에 사용되는 해밍 윈도우, 해닝 윈도우, 바렛 윈도우 등 다양한 윈도우들의 시간축 파형이 도시되어 있다.

변형된 골레이 코드의 구체적인 예를 들어서 설명하기로 한다. 코드길이가 8인 골레이 코드는 [1,-1,-1,-1,1,1,-1,1], [1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1]이고, 송신 신호의 중심 주파수 (fo)는 5Mhz, 샘플링 주파수(fs)는 40Mhz이고, 따라서 이때의 칩레이트(tc: chip rate: fs/fo)는 8인 경우를 가정하기로 한다.

종래의 변환되지 않은 골레이 코드를 사용하는 경우는, 초음파 송신시 예를 들어 다음과 같은 코드가 펄서에 입력된다.

Ga=[1 1 1 1 1 1 1 1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1-1-1-1-1-1-1-1 1 1 1 1 1 1 1 1 ]

Gb=[1 1 1 1 1 1 1 1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1

-1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1-1-1-1-1-1-1-1]

가 된다.

본 발명에서는 변환자의 인가된 전력에 대한 출력 전력의 비로 정의되는 전송 전력 효율(TPE: Transmit Power Efficiency)을 향상시키기 위해서 상기 골레이 코드 대신 변형된 골레이 코드를 사용한다.

예를 들어, 이상 구형 윈도우(bi-phase rectangular window)을 이용해서 변형된 골레이 코드의 값은 다음과 같다.

Ga'=[1 1 1 1-1-1-1-1 -1-1-1-1 1 1 1 1 -1-1-1-1 1 1 1 1 -1-1-1-1 1 1 1 1

1 1 1 1-1-1-1-1 1 1 1 1-1-1-1-1 -1-1-1-1 1 1 1 1 1 1 1 1-1-1-1-1]

Gb'=[1 1 1 1-1-1-1-1 -1-1-1-1 1 1 1 1 -1-1-1-1 1 1 1 1 -1-1-1-1 1 1 1 1

-1-1-1-1 1 1 1 1 -1-1-1-1 1 1 1 1 1 1 1 1-1-1-1-1 -1-1-1-1 1 1 1 1]

본 발명의 변형된 골레이 코드를 주기 T의 이상 구형 함수 m(t)를 이용하여 일반적으로 표현하면 다음과 같다.

상기 식에서 g_a(t) 및 g_b(t)는 일반적인 골레이 코드을 나타내고, m(t)는 주기 T의 이상 구형 함수이고, T는 변환자 특성 함수의 중심 주파수의 역수에 해당하는 값이다.

이 한쌍의 변형된 골레이 코드의 자기상관함수의 합은 다음 식으로 표현된다.

이때 램프 함수는 삼각 함수라고도 하며 다음과 같이 표현된다.

혹은 자기상관함수의 합을 다음과 같이 계산하는 것도 가능하다.

변형된 골레이 코드를 사용하는 경우, 사용하는 윈도우에 따라서 전송 전력 효율, 주엽의 폭등이 결정된다. 또한, 이상 구형 윈도우로 변형된 골레이 코드를 생성하는 경우에는 이극성 펄서(bipolar pulser)만으로도 구현 가능하지만, 해닝 및 해밍 윈도우등의 경우에는 이극성 펄서로는 구현이 불가능하고, 이를 선형적으로 증폭할 수 있는 DAC가 포함되어 있는 펄서가 필요하게 된다.

도 3b은 변형된 골레이 코드의 주파수 영역에서의 특성을 도시한 도면이다. 해밍 윈도우, 해닝 윈도우, 바렛 윈도우 등 다양한 윈도우를 사용한 경우의 특성이 도시되어 있다.

그림 3c는 그림 3b의 신호를 이용해서 송수신하고 이를 각각 자기상관함수를 취한 이후에 더한 결과를 나타내고 있다.

도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 형성 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 발명의 영상 형성 장치는 수신 빔 형성(beamforming) 이전에 RF 데이타를 이용해서 펄스압축을 수행하고 그 결과를 가지고 수신집속을 수행하는 것을 특징으로 한다. 수신집속 이후에 펄스 압축을 수행하는 경우에는, 근거리 필드(Near field)에서 초음파가 진행하는 방향의 측엽이 발생하는데, 본 발명에서는 이를 제거할 수 있으며, 주엽의 폭이 늘어나는 것 또한 방지할 수 있다.

도 4에는 변형된 골레이 코드(Modified Golay code)와 상관기(correlator)를 이용해서, 초음파 영상 시스템의 신호 대 잡음비를 개선시킨 영상 형성 시스템의 블록도이다. 도 4에서, 펄서(12)는 송신 패턴 메모리(13)에 저장된 송신 신호의 패턴을 입력받고 이를 증폭하여 변환자에 전달하는 역할을 수행한다. 이 펄서는 이극성 펄서(Bipolar Pulser)이거나, 구형 윈도우 이외의 윈도우가 사용되는 경우 경우에 따라 임의의 신호를 선형적으로 증폭시키는 역할을 수행하도록 구성할 수도 있다. 송신을 위한 지연 패턴은 송신 지연 메모리(14)에 저장되어 있다. 메모리(13)에 저장된 송신 코드 패턴은 메모리(14)에 저장된 지연 패턴에 따라 적절히 지연되어 펄서(12)로 전달된다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 골레이 코드 패턴의 초음파 송신시 고정 집속 기법 또는 합성 구경 기법이 이용될 수 있다.

도 4에 도시된 실시예에서는, 송신 지연 메모리(13) 및 송신 패턴 메모리(14)가 미리 계산된 지연 패턴이나 송신 코드 패턴을 저장해두는 역할을 하지만, 이 대신 지연된 송신 코드 패턴을 만들어낼 수 있는 임의의 회로 또는 소프트웨어가 펄서의 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 송신 코드 패턴은 한쌍의 변형된 골레이 코드를 나타내는 것이다. 본 실시예에서 변환자(1)는 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 첫 번째 코드(g_am)에 대한 초음파 펄스를 먼저 송신하고 이 신호가 인체 등의 대상에서 반사된 수신신호를 수신한 후, 두번째 코드(g_bm)를 송신하고, 다시 이 두 번째 코드에 대한 반사 신호를 수신한다.

스위치는 도 1에 관한 설명에서 전술한 바와 같이, 펄서에서 방출되는 고압의 전력이 수신부에 영향을 주지 않도록 하는 디플렉서의 역할을 해준다.

수신부에서 수신된 신호는 측엽(sidelobe)이 매우 커서 영상을 구성하기에 적합하지 않다. 따라서 이 신호를 처리하여 짧은 펄스 방식의 영상 시스템과 같은 해상도를 가지도록 하기 위해서 펄스압축기(34)가 사용된다.

수신부(31)를 통해 수신된 RF 신호는 먼저 제1 RF 메모리(34a)에 저장된다. 각 채널로부터의 출력을 이와 같이 메모리에 저장하여 놓으면, 상관기(correlator, 34c)의 동작을 하드웨어나 소프트웨어 중 어느 쪽으로도 구현하는 것이 가능하다. 또한, 골레이 코드를 사용하지 않고 일반적인 짧은 초음파 펄스를 사용하는 경우에는, 상관기를 바이패스시키기만 하면 도 4에 도시된 장치가 일반적인 초음파 영상 형성 장치의 기능을 수행할 수도 있다.

상관기(34c)는 수신부(31)로부터의 신호의 값을 받아서 자기상관값(autocorrelation)을 구하는 역할을 한다.

제2 RF 메모리(34b)는 골레이 코드에 대한 자기상관값을 임시로 저장하는 것이다. 골레이 코드를 전송하는 경우 두 번에 걸쳐서 송수신을 해야 하기 때문에 임시 저장 메모리가 필요하다. 도 4에는 제1 메모리와 제2 메모리가 별도의 메모리로 도시되어 있지만, 일체로 구현하는 것도 가능하다. 또한, 설계에 따라서는 제1 메모리를 생략하고 설계하는 것도 가능하다. 제1 메모리를 사용하는 경우, RF 데이터가 저장되므로, 본 발명의 방법 이외의 다양한 신호처리기법을 적용하여 영상의 화질을 개선시키는 것이 가능하다.

상관기(34c)에서 두 번째 골레이 코드에 대한 자기상관값이 구해지면 임시 저장된 값과 더하면 펄스 압축이 수행된 신호가 출력되고, 이 신호가 빔형성기(35)에 제공한다.

빔형성기(35)는 수신 집속 지연(36)을 참조해서 수신집속을 수행한다. 수신집속 후에는 신호처리부(41)에서 포락선 검출, 로그 압축을 수행해서 B-모드 영상을 구성할 수 있는 신호를 생성한다. 이 신호는 스캔 변환기(42)를 거쳐 디스플레이 장치(도시하지 않음)에 표시된다.

본 발명의 바람직한 특징만이 본 명세서에 기재되었지만 다른 변형 및 변환이 가능하다는 것이 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다.

예를 들어, 본 명세서에 예시된 것 이외의 다양한 변형된 골레이 코드가 초음파 송신시 사용될 수 있다. 또한, 지연 또는 코드 패턴등의 값은 기설정하여 메모리에 저장하여 사용하는 것 이외에도 다양한 방법으로 계산하여 사용하는 것이 가능하다. 또한, 도 4에 도시된 것 이외에 여러 가지 공지의 초음파 영상 개선 방법을 구현하는 부분을 포함하도록 초음파 영상 형성 장치를 구성하는 것도 가능하다.

따라서, 이와 같이 본 발명의 사상에 포함되는 모든 변형 및 변환이 첨부한 청구범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

도 5a 내지 도 5c는 종래의 짧은 펄스를 사용한 경우, 골레이 코드를 사용한 경우 및 본 발명의 변형된 골레이 코드(이상 구형 윈도우 사용한 경우)을 사용한 경우의 수신단에서 펄스 압축된 신호의 파형을 도시한 그래프이다. 도 5a 및 도 5b를 비교해 보면 골레이 코드를 사용하는 경우 짧은 펄스 방식에 비해 잡음의 레벨이 크게 준 것을 알 수 있다. 또한 도 5b 및 도 5c를 비교해 보면 변형된 골레이 코드를 사용한 경우 골레이 코드에 비해 SNR이 4dB정도 늘어난 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 변형된 골레이 코드는 전형적인 초음파 변환자의 주파수 스펙트럼과 잘 일치하는 특성을 가지므로, 초음파 변환자 통과시 전력의 손실이 적고 따라서 시스템의 신호 대 잡음비가 종래의 골레이 코드를 사용하는 시스템에 비해 개선된다.

또한, 빔형성 이전에 RF 신호에 대해 펄스 압축을 수행하기 때문에, 빔형성 이후에 압축을 수행할 때 나타나는 신호의 왜곡, 특히 근거리 필드에서의 신호의 왜곡이 없고 깨끗한 영상을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 영상 형성 장치는 변형된 골레이 코드 뿐 아니라 다양한 코드 및 짧은 펄스를 사용하는 경우를 모두 수용할 수 있도록 범용으로 설계되었다.

Claims

초음파 펄스를 대상에 전송하여, 대상으로부터 반사되는 신호를 이용하여 대상의 영상을 형성하기 위한 초음파 영상 형성 방법에 있어서,

한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제1 코드 형태의 전압을 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제1 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와,

상기 제1 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제1 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와,

상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제2 코드 형태의 전압을 상기 하나 이상의 변환자에 인가하여, 제2 세트의 초음파 펄스를 상기 대상에 송신하는 단계와,

상기 제2 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제2 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하는 단계와,

상기 펄스 압축된 제1 세트의 반사 신호와 상기 펄스 압축된 제2 세트의 반사 신호를 가산하는 단계와,

상기 가산된 신호로부터 수신집속된 신호를 생성하는 단계와,

상기 수신집속된 신호를 처리하여 디스플레이하기 위한 단계

를 포함하되,

상기 변형된 골레이 코드는 그 주파수 특성이 변환자의 주파수 특성과 정합되도록 골레이 코드를 변형시켜 생성되는 초음파 영상 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 변형된 골레이 코드는, 주파수 특성이 변환자의 주파수 특성과 정합되도록 골레이 코드에 이상 윈도우(bi-phase window)를 적용함으로써 생성되는 초음파 영상 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 이상 윈도우는 이상 구형 윈도우(bi-phase rectangular window), 이상 해밍 윈도우(biphase hamming window), 이상 해닝 윈도우(bi-phase hanning window) 또는 이상 바렛 윈도우(bi-phase bartlett window) 중 하나인 초음파 영상 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 반사 신호의 펄스 압축 단계는 상기 제1 반사 신호와 상기 제1 골레이 코드의 콘볼루션을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 제2 반사 신호의 펄스 압축 단계는 상기 제2 반사 신호와 상기 제2 골레이 코드의 콘볼루션을 계산하는 단계를 포함하는 초음파 영상 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 펄스 압축 단계는 상기 반사 신호의 자기상관함수를 구하는 단계를 포함하는 초음파 영상 형성 방법.
하나 이상의 변환자를 통해 초음파 펄스를 대상에 전송하여, 대상으로부터 반사되는 신호를 이용하여 대상의 영상을 형성하기 위한 초음파 영상 형성 장치에 있어서,

상기 초음파 펄스에 포함되는 한쌍의 변형된 골레이 코드를 생성하기 위한 수단과,

상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제1 코드 형태의 전압을 하나 이상의 변환자에 제1 시간 구간에 인가하고, 상기 한쌍의 변형된 골레이 코드 중 제2 코드 형태의 전압을 상기 하나 이상의 변환자에 제2 시간 구간에 인가하기 위한 수단과,

상기 제1 시간 구간에 후속하여, 상기 제1 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제1 세트의 반사 신호를 수신하고, 상기 제2 시간 구간에 후속하여, 상기 제2 세트의 초음파 펄스가 상기 대상에서 반사된 제2 세트의 반사 신호를 수신하기 위한 수신 수단과,

상기 제1 세트의 반사 신호 및 상기 제2 세트의 반사 신호에 펄스 압축을 수행하고, 상기 펄스 압축된 제1 세트의 반사 신호와 상기 펄스 압축된 제2 세트의 반사 신호를 가산하기 위한 수단과,

상기 가산된 신호로부터 수신집속된 신호를 생성하는 하기 위한 수단과,

상기 수신집속된 신호를 처리하여 디스플레이하기 위한 수단

을 포함하되,

상기 변형된 골레이 코드는 그 주파수 특성이 변환자의 주파수 특성과 정합되도록 골레이 코드를 변형시켜 생성되는 초음파 영상 형성 장치.
제6항에 있어서, 상기 변형된 골레이 코드는, 주파수 특성이 상기 변환자의 주파수 특성과 정합되도록 골레이 코드에 이상 윈도우를 적용함으로써 생성되는 초음파 영상 형성 장치.
제6항에 있어서, 상기 이상 윈도우는 이상 구형 윈도우, 이상 해밍 윈도우, 이상 해닝 윈도우 또는 이상 바렛 윈도우 중 하나인 초음파 영상 형성 장치.
제6항에 있어서, 상기 펄스 압축 수단은,

상기 제1 세트의 반사 신호 및 상기 제2 세트의 반사 신호 각각의 자기상관값을 구하기 위한 상관기

를 포함하는 초음파 영상 형성 장치.
제9항에 있어서, 상기 펄스 압축 수단은, 상기 제1 세트의 반사 신호의 자기 상관값을 상기 상관기에서 구한 후, 임시로 저장하기 위한 메모리 수단

을 더 포함하는 초음파 영상 형성 장치
제6항에 있어서, 상기 펄스 압축 수단은 상기 제1 세트의 반사 신호 및 상기 제2 세트의 반사 신호를 저장하기 위한 메모리 수단을 더 포함하는 초음파 영상 형성 장치.
제6항에 있어서, 상기 펄스 압축 수단은, 상기 제1 세트의 반사 신호와 상기 제1 골레이 코드의 콘볼루션을 계산하는 수단과, 상기 제2 세트의 반사 신호와 상기 제2 골레이 코드의 콘볼루션을 계산하는 수단을 포함하는 초음파 영상 형성 장치.