KR20200056723A - 2D 샘플볼륨 기반의 스펙트럴 도플러 영상에서 Neural Network를 이용하여 움직임을 추적하는 기법 및 이를 이용한 초음파 의료 영상 장치 - Google Patents

2D 샘플볼륨 기반의 스펙트럴 도플러 영상에서 Neural Network를 이용하여 움직임을 추적하는 기법 및 이를 이용한 초음파 의료 영상 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치는 초음파 송수신부, 데이터 획득부 및 움직임 추적부를 포함할 수 있다. 초음파 송수신부는 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하여 2차원 샘플볼륨을 생성할 수 있다. 데이터 획득부는 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공할 수 있다. 움직임 추적부는 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 영상장치는 모든 엘레먼트를 이용하여 하나의 라인에 포커싱하여 초음파를 송신한 후, 멀티빔 수신 빔포밍을 통해서 2차원 샘플볼륨을 생성하고, 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값을 뉴럴네트워크를 통해 검출함으로써 대상체의 움직임을 파악할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 영상장치에서는 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.

Description

2D 샘플볼륨 기반의 스펙트럴 도플러 영상에서 Neural Network를 이용하여 움직임을 추적하는 기법 및 이를 이용한 초음파 의료 영상 장치{Method and apparatus of 2D sample volume based spectral Doppler imaging for motion tracking by using Neural Networks}
본 발명은 2차원 샘플볼륨을 생성하고, 2차원 샘플볼륨 기반의 스펙트럴 도플러 영상에서 Neural Network를 이용하여 움직임을 추적하는 기법 및 이를 이용한 초음파 의료 영상 장치 에 관한 것이다.
일반적으로 1차원 샘플볼륨을 이용하는 기존의 스펙트럴 도플러 기법에서는 불규칙하고 예측할 수 없는 대상체 움직임들의 발생으로 인해 타겟 혈류를 정확하게 스캔하는데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
(한국등록특허) 제10-1820422호 (등록일자, 2018.2.28)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제안된 초음파 송수신을 통해 2D 샘플볼륨을 생성하고, 2D 샘플볼륨 기반의 스펙트럴 도플러 영상에서 Neural Network를 이용하여 움직임을 추적하는 기법 및 이를 이용한 초음파 의료 영상 장치를 제공하는 것이다.
현재 conventional ultrasound장비의 스펙트럴 도플러 프로세싱에 있어서 한점에 포커싱하는 송신 방법으로는 2차원 샘플볼륨을 만들 수가 없다. 따라서 lateral 방향의 움직임을 추적하는 것이 불가능 하므로, 새로운 송신 방법을 제안하여 2차원 샘플볼륨을 생성하고자 하였다. 일반적으로 사용되는 aperture size를 줄이는 wide beam 방법으로는 움직임을 충분히 추적할 만큼 빔폭을 넓게 만들기 어렵고, aperture size를 줄이면 초음파 에너지도 감소하기 때문에 signal이 세기도 줄어드는 한계가 있다.
구체적으로, 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치는 초음파 송수신부, 데이터 획득부 및 움직임 추적부를 포함할 수 있다. 초음파 송수신부는 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신할 수 있다. 이러한 송수신부를 통해 2차원 샘플볼륨을 생성한다. 데이터 획득부는 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공할 수 있다. 움직임 추적부는 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 움직임 추적부는 클러터 필터 및 뉴럴네트워크를 포함할 수 있다. 클러터 필터는 상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크는 상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 뉴럴네트워크는 해밍네트워크일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 뉴럴네트워크는 제1 프로세싱부 및 제2 프로세싱부를 포함할 수 있다. 제1 프로세싱부는 상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제1 상관관계 값을 제1 방향을 따라 검출할 수 있다. 제2 프로세싱부는 상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제2 상관관계 값을 제2 방향을 따라 검출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향은 초음파 영상의 액시얼(Axial) 방향이고, 상기 제2 방향은 초음파 영상의 래터럴(Lateral) 방향일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 프로세싱부는 상기 제1 프로세싱부로부터 제공되는 상기 제1 상관관계 값에 기초하여 상기 제2 상관관계 값을 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 움직임 데이터는 상기 1차원 샘플볼륨에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 상관관계 값에 따라 상기 1차원 샘플볼륨이 결정될 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상 시스템은 초음파 송수신부, 데이터 획득부, 움직임 추적부 및 영상 출력부를 포함할 수 있다. 초음파 송수신부는 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신할 수 있다. 수신한 신호를 수신 빔포밍하여 2차원 샘플볼륨을 얻을 수 있다. 데이터 획득부는 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공할 수 있다. 움직임 추적부는 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공할 수 있다. 영상 출력부는 상기 움직임 데이터에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상을 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 움직임 추적부는 클러터 필터 및 뉴럴네트워크를 포함할 수 있다. 상기 뉴럴네트워크는 제1 프로세싱부 및 제2 프로세싱부를 포함할 수 있다. 클러터 필터는 상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크는 상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공할 수 있다. 제1 프로세싱부는 상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제1 상관관계 값을 제1 방향을 따라 검출할 수 있다. 제2 프로세싱부는 상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제2 상관관계 값을 제2 방향을 따라 검출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 프로세싱부는 상기 제1 프로세싱부로부터 제공되는 상기 제1 상관관계 값에 기초하여 상기 제2 상관관계 값을 제공할 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치의 동작방법에서는, 초음파 송수신부가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하여 2차원 샘플볼륨을 생성할 수 있다. 데이터 획득부가 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공할 수 있다. 움직임 추적부가 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 클러터 필터가 상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크가 상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공할 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치의 동작방법에서는, 초음파 송수신부가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신할 수 있다. 데이터 획득부가 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공할 수 있다. 움직임 추적부가 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공할 수 있다. 영상 출력부가 상기 움직임 데이터에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상을 제공할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서 PRF 감소 없이 2차원 샘플 볼륨을 생성할 수 있다.
본 발명에서 생성한 2차원 샘플볼륨 내에서 발생한 움직임을 추적할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 영상장치에서는 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 영상장치의 동작방법에서는 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다. 본 발명에서 제안한 방법을 elevation 방향으로 확장하면 3차원 샘플볼륨을 생성하는 것이 가능하고, 뉴럴네트워크를 통해 2차원 샘플볼륨 기반의 도플러프로세싱과 같은 방법으로 3차원 운동을 추적할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 초음파 영상장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 4는 도 1의 초음파 영상장치에 적용되는 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 초음파 영상장치에 포함되는 움직임 추적부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 움직임 추적부에 포함되는 뉴럴네트워크의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 뉴럴네트워크에 포함되는 제1 프로세싱부 및 제2 프로세싱부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 9의 초음파 영상장치의 동작방법에 대한 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성 요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하는 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 초음파 영상장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 4는 도 1의 초음파 영상장치에 적용되는 1차원 샘플볼륨 및 2차원 샘플볼륨을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치(10)는 초음파 송수신부(100), 데이터 획득부(200) 및 움직임 추적부(300)를 포함할 수 있다. 초음파 송수신부(100)는 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호(U_TX)를 초음파 영상(UI)의 하나의 라인(L)에 포커싱(LS)하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호(U_RX)를 수신하여 2차원 샘플볼륨(2D_SV)을 생성할 수 있다.
예를 들어, 초음파 송수신부(100)는 초음파 영상(UI)에 포함되는 제1 라인(L)에 라인 포커싱(LS)하여 와이드 빔을 송신할 수 있다. 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호(U_RX)는 멀티빔 수신 집속을 통해서 2차원 샘플 블륨에 상응하는 스캔라인 별 데이터로 변환될 수 있다. 스캔라인 별 데이터는 수신 데이터일 수 있다.
예를 들어, 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 상응하는 스캔라인 별 데이터는 제1 스캔라인(SL1) 데이터, 제2 스캔라인(SL2) 데이터, ... , 제8 스캔라인(SL8) 데이터를 포함할 수 있다. 제1 스캔라인(SL1) 데이터는 제1_1 데이터(D1_1), 제1_2 데이터(D1_2), ... , 제1_7 데이터(D1_7)를 포함할 수 있고, 제2 스캔라인(SL2) 데이터는 제2_1 데이터(D2_1), 제2_2 데이터(D2_2), ... , 제2_7 데이터(D2_7)를 포함할 수 있고, 또한, 제8 스캔라인(SL8) 데이터는 제8_1 데이터(D8_1), 제8_2 데이터(D8_2), ... , 제8_7 데이터(D8_7)를 포함할 수 있다. 2차원 샘플볼륨(2D_SV)의 크기 및 위치는 사용자에 의해서 미리 세팅될 수 있다.
또한, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 이전 프레임의 2차원 샘플볼륨(2D_SV)으로부터 생성될 수 있다. 대상체의 움직임이 있는 경우, 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 상에서 1차원 샘플볼륨(1D_SV)의 위치가 변경될 수 있다. 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 하나의 스캔라인 데이터일 수 있다. 예를 들어, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 이전 프레임의 제4 스캔라인(SL4)에 포함될 수 있다. 이 경우, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 제1 샘플 데이터(S1_1), 제2 샘플 데이터(S1_2), ... , 제5 샘플 데이터(S1_5)를 포함할 수 있다.
데이터 획득부(200)는 수신 초음파 신호(U_RX)에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터(IQ_D)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 수신 데이터의 인페이즈 데이터는 수신 데이터의 인페이즈 성분을 포함할 수 있고, 수신 데이터의 쿼드러쳐 데이터는 수신 데이터의 쿼드러쳐 성분을 포함할 수 있다. IQ 데이터(IQ_D)는 인페이즈 데이터 및 쿼드러쳐 데이터를 포함할 수 있다. 데이터 획득부(200)는 수신 초음파 신호(U_RX)를 멀티빔 수신 빔포밍하여 스캔라인 별로 수신 데이터를 저장할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호(U_TX)를 초음파 영상의 하나의 라인(L)에 포커싱하여 송신하는 경우, 트랜스듀서의 모든 엘레먼트(element)들을 이용하여 송신할 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서의 모든 엘레먼트들의 개수는 128개일 수 있다. 트랜스듀서의 모든 엘레먼트들의 개수가 128개인 경우, 각 엘레먼트로부터 포커싱된 하나의 라인(L)까지 초음파가 동시에 도달하도록 하는 송신 딜레이가 계산될 수 있다. 2차원 샘플볼륨을 생성하기 위하여 각 엘레먼트 별로 계산된 송신 딜레이에 따라 128개 엘레먼트들은 와이드 빔 초음파 신호(U_TX)를 송신할 수 있다. 이와 같이 128개 엘레먼트들이 와이드 빔 초음파 신호(U_TX)를 송신하는 경우, 2차원 샘플볼륨을 생성함에 있어서 초음파 영상에서 초음파 신호의 세기가 감소하는 것을 방지할 수 있다.
라인 포커싱하는 경우, 2D 샘플볼륨 내에서 빔 프로파일은 flat 한 특성을 나타낼 수 있다. 이 경우, 2D 샘플볼륨 내에서 멀티빔 수신 빔포밍으로 생성한 모든 스캔라인이 유효할 수 있다. 위와 같은 방식으로 2차원 샘플볼륨을 생성하더라도, PRF(pulse repetition frequency) 및 프레임 레이트(Frame rate)는 감소하지 않는다.
도 5는 도 1의 초음파 영상장치에 포함되는 움직임 추적부의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 움직임 추적부에 포함되는 뉴럴네트워크의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 뉴럴네트워크에 포함되는 제1 프로세싱부 및 제2 프로세싱부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 7을 참조하면, 움직임 추적부(300)는 IQ 데이터(IQ_D)에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 움직임 추적부(300)는 클러터 필터(310) 및 뉴럴네트워크(330)를 포함할 수 있다. 클러터 필터(310)는 IQ 데이터(IQ_D)를 필터링하여 필터 데이터(F_D)를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크(330)는 IQ 데이터(IQ_D), 필터 데이터(F_D), IQ 데이터의 미분 값(IQ_DD) 및 필터 데이터의 미분 값(F_DD)에 기초하여 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 뉴럴네트워크(330)는 해밍네트워크일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치(10)에 적용되는 뉴럴네트워크(330)의 한 가지인 해밍네트워크는 트레이닝이 필요 없기 때문에 방대한 양의 데이터가 필요 없어, 의료영상분야에서 적절하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 뉴럴네트워크(330)는 제1 프로세싱부(331) 및 제2 프로세싱부(333)를 포함할 수 있다. 제1 프로세싱부(331)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제1 상관관계 값(CV1)을 제1 방향을 따라 검출할 수 있다. 제2 프로세싱부(333)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제2 상관관계 값(CV2)을 제2 방향을 따라 검출할 수 있다. 제1 방향은 초음파 영상(UI)의 액시얼(Axial) 방향(AX_D)이고, 제2 방향은 초음파 영상(UI)의 래터럴(Lateral) 방향(LA_D)일 수 있다.
예를 들어, 뉴럴네트워크(330)에 포함되는 제1 프로세싱부(331)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제1 상관관계(correlation) 값을 액시얼 방향(AX_D)을 따라 계산할 수 있다. 가령, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 제4 스캔라인(SL4)을 기준으로 액시얼 방향(AX_D)으로 한 샘플(S1,S2,..., S7) 씩 이동하면서 2차원 샘플볼륨(2D_SV)과 겹치는 영역에 대한 제1 상관관계 값(CV1)을 계산할 수 있다. 위와 같이 계산되는 제1 상관관계 값(CV1)들 중 가장 큰 값을 갖는 위치는 제4 스캔라인(SL4)을 기준으로 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제1 샘플 데이터(S1_1)는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제4_2 데이터(D4_2)와 겹치고, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제2 샘플 데이터(S1_2)는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제4_3 데이터(D4_3)와 겹치고, ... , 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제5 샘플 데이터(S1_5)는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제4_6 데이터(D4_6)와 겹치는 액시얼 영역(AR)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 프로세싱부(333)는 제1 프로세싱부(331)로부터 제공되는 제1 상관관계 값(CV1)에 기초하여 제2 상관관계 값(CV2)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 뉴럴네트워크(330)에 포함되는 제2 프로세싱부(333)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제2 상관관계(correlation) 값을 래터럴 방향(LA_D)을 따라 계산할 수 있다. 가령, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)은 액시얼 영역(AR)을 기준으로 래터럴 방향(LA_D)으로 한 샘플 씩 이동하면서 2차원 샘플볼륨(2D_SV)과 겹치는 영역에 대한 제2 상관관계 값(CV2)을 계산할 수 있다. 위와 같이 계산되는 제2 상관관계 값(CV2)들 중 가장 큰 값을 갖는 위치는 제6 스캔라인(SL6)을 기준으로 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제1 샘플 데이터(S1_1)가 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제6_2 데이터(D6_2)와 겹치고, 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제2 샘플 데이터(S1_2)는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제6_3 데이터(D6_3)와 겹치고, ... , 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 포함되는 제5 샘플 데이터(S1_5)는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)에 포함되는 제6_6 데이터(D6_6)와 겹치는 래터럴 영역(LR)일 수 있다. 이 경우, 움직임 데이터(M_D)는 제1 상관관계 값(CV1)이 최대값인 액시얼 영역(AR) 및 제2 상관관계 값(CV2)이 최대값인 레터럴 영역에 대한 정보를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 초음파 영상장치(10)는 움직임 데이터(M_D)를 이용하여 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상(UI)의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 움직임 데이터(M_D)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨(2D_SV)으로부터 다음 프레임에 사용될 1차원 샘플볼륨(1D_SV)을 추출할 수 있다. 이 경우, 움직임 데이터(M_D)는 다음 프레임에 사용될 1차원 샘플볼륨(1D_SV)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 제2 상관관계 값(CV2)에 따라 1차원 샘플볼륨(1D_SV)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 상관관계 값(CV2)이 최대인 래터럴 영역에 포함되는 데이터들이 다음 프레임에 1차원 샘플볼륨(1D_SV)으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 영상장치(10)에서는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상(UI)의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상 시스템은 초음파 송수신부(100), 2D 샘플볼륨 생성부(125), 데이터 획득부(200), 움직임 추적부(300) 및 영상 출력부(400)를 포함할 수 있다. 초음파 송수신부(100)는 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호(U_TX)를 초음파 영상(UI)의 하나의 라인(L)에 포커싱(LS)하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호(U_RX)를 수신할 수 있다. 2D 샘플볼륨 생성부(125)는 수신 초음파 신호(U_RX)를 멀티빔 수신 빔포밍하여 2차원 샘플볼륨(2D_SV)을 생성할 수 있다. 데이터 획득부(200)는 수신 초음파 신호(U_RX)에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터(IQ_D)를 제공할 수 있다. 움직임 추적부(300)는 IQ 데이터(IQ_D)에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다. 영상 출력부(400)는 움직임 데이터(M_D)에 기초하여 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상(UI)을 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 움직임 추적부(300)는 클러터 필터(310) 및 뉴럴네트워크(330)를 포함할 수 있다. 뉴럴네트워크(330)는 제1 프로세싱부(331) 및 제2 프로세싱부(333)를 포함할 수 있다. 클러터 필터(310)는 IQ 데이터(IQ_D)를 필터링하여 필터 데이터(F_D)를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크(330)는 IQ 데이터(IQ_D), 필터 데이터(F_D), IQ 데이터의 미분 값(IQ_DD) 및 필터 데이터의 미분 값(F_DD)에 기초하여 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다. 제1 프로세싱부(331)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제1 상관관계 값(CV1)을 제1 방향을 따라 검출할 수 있다. 제2 프로세싱부(333)는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 제2 상관관계 값(CV2)을 제2 방향을 따라 검출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 프로세싱부(333)는 제1 프로세싱부(331)로부터 제공되는 제1 상관관계 값(CV1)에 기초하여 제2 상관관계 값(CV2)을 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치의 동작방법을 나타내는 순서도이고, 도 10은 도 9의 초음파 영상장치의 동작방법에 대한 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9 및 10을 참조하면, 이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치의 동작방법에서는, 초음파 송수신부(100)가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호(U_TX)를 초음파 영상(UI)의 하나의 라인(L)에 포커싱(LS)하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호(U_RX)를 수신할 수 있다. 데이터 획득부(200)가 수신 초음파 신호(U_RX)에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터(IQ_D)를 제공할 수 있다. 움직임 추적부(300)가 IQ 데이터(IQ_D)에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 클러터 필터(310)가 IQ 데이터(IQ_D)를 필터링하여 필터 데이터(F_D)를 제공할 수 있다. 뉴럴네트워크(330)가 IQ 데이터(IQ_D), 필터 데이터(F_D), IQ 데이터의 미분 값(IQ_DD) 및 필터 데이터의 미분 값(F_DD)에 기초하여 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 영상장치(10)의 동작방법에서는, 초음파 송수신부(100)가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호(U_TX)를 초음파 영상(UI)의 하나의 라인(L)에 포커싱(LS)하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호(U_RX)를 수신할 수 있다. 데이터 획득부(200)가 수신 초음파 신호(U_RX)에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터(IQ_D)를 제공할 수 있다. 움직임 추적부(300)가 IQ 데이터(IQ_D)에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터(M_D)를 제공할 수 있다. 영상 출력부(400)가 움직임 데이터(M_D)에 기초하여 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상(UI)을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 시스템의 동작방법에서는 1차원 샘플볼륨(1D_SV) 및 2차원 샘플볼륨(2D_SV) 사이의 상관관계 값에 기초하여 대상체의 움직임을 검출함으로써 스팩트럴 도플러 스캔 시에 발생하는 움직임들이 주는 부정적인 영향을 줄여줄 수 있고, 스캔 시 발생하는 움직임을 추적 및 보상하여 초음파 영상(UI)의 감도(Sensitivity)와 화질을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 영상장치(10)에 적용되는 뉴럴네트워크(330)의 한 가지인 해밍네트워크는 트레이닝이 필요 없기 때문에 방대한 양의 데이터가 필요 없어, 의료영상분야에서 적절하게 적용될 수 있다.
10: 초음파 영상장치 100: 초음파 송수신부
200: 데이터 획득부 300: 움직임 추적부
310: 클러터 필터 330: 뉴럴네트워크
331: 제1 프로세싱부 333: 제2 프로세싱부

Claims (14)

  1. 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하여 2차원 샘플볼륨을 생성하는 초음파 송수신부;
    상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공하는 데이터 획득부; 및
    상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공하는 움직임 추적부를 포함하는 초음파 영상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 추적부는,
    상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 클러터 필터; 및
    상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공하는 뉴럴네트워크(Neural network)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 뉴럴네트워크는 해밍네트워크인 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 뉴럴네트워크는,
    상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제1 상관관계 값을 제1 방향을 따라 검출하는 제1 프로세싱부; 및
    상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제2 상관관계 값을 제2 방향을 따라 검출하는 제2 프로세싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 방향은 초음파 영상의 액시얼(Axial) 방향이고,
    상기 제2 방향은 초음파 영상의 래터럴(Lateral) 방향인 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 프로세싱부는 상기 제1 프로세싱부로부터 제공되는 상기 제1 상관관계 값에 기초하여 상기 제2 상관관계 값을 제공하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 움직임 데이터는 상기 1차원 샘플볼륨에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 상관관계 값에 따라 상기 1차원 샘플볼륨이 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치.
  9. 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하는 초음파 송수신부;
    상기 수신 초음파 신호를 멀티빔 수신 빔포밍하여 2차원 샘플볼륨을 생성하는 2차원 샘플볼륨 생성부;
    상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공하는 데이터 획득부;
    상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공하는 움직임 추적부; 및
    상기 움직임 데이터에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상을 제공하는 영상 출력부를 포함하는 초음파 영상 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 움직임 추적부는,
    상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 클러터 필터; 및
    상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공하는 뉴럴네트워크를 포함하고,
    상기 뉴럴네트워크는,
    상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제1 상관관계 값을 제1 방향을 따라 검출하는 제1 프로세싱부; 및
    상기 1차원 샘플볼륨 및 상기 2차원 샘플볼륨 사이의 제2 상관관계 값을 제2 방향을 따라 검출하는 제2 프로세싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 프로세싱부는 상기 제1 프로세싱부로부터 제공되는 상기 제1 상관관계 값에 기초하여 상기 제2 상관관계 값을 제공하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 시스템.
  12. 초음파 송수신부가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하여 2차원 샘플볼륨을 제공하는 단계;
    데이터 획득부가 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공하는 단계; 및
    움직임 추적부가 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공하는 단계를 포함하는 초음파 영상장치의 동작방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초음파 영상장치의 동작방법은,
    클러터 필터가 상기 IQ 데이터를 필터링하여 필터 데이터를 제공하는 단계; 및
    뉴럴네트워크가 상기 IQ 데이터, 상기 필터 데이터, 상기 IQ 데이터의 미분 값 및 상기 필터 데이터의 미분 값에 기초하여 상기 움직임 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상장치의 동작방법.
  14. 초음파 송수신부가 와이드 빔(Wide Beam) 초음파 신호를 초음파 영상의 하나의 라인에 포커싱하여 송신하고, 대상체로부터 반사된 수신 초음파 신호를 수신하여 2차원 샘플볼륨을 생성하는 단계;
    데이터 획득부가 상기 수신 초음파 신호에 상응하는 수신 데이터를 저장하고, 상기 수신 데이터의 인페이즈(Inphase) 성분 및 쿼드러쳐(Quardrature) 성분에 해당하는 IQ 데이터를 제공하는 단계;
    움직임 추적부가 상기 IQ 데이터에 따라 생성되는 이전 프레임에 상응하는 1차원 샘플볼륨 및 현재 프레임에 상응하는 2차원 샘플볼륨 사이의 상관관계 값에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 검출하고, 움직임 데이터를 제공하는 단계; 및
    영상 출력부가 상기 움직임 데이터에 기초하여 상기 대상체의 움직임을 보정하여 초음파 영상을 제공하는 단계를 포함하는 초음파 영상 시스템의 동작방법.
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