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KR20130124210A - Ultrasound system and method for performing reception beamforming - Google Patents

Ultrasound system and method for performing reception beamforming Download PDF

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KR20130124210A
KR20130124210A KR1020130049409A KR20130049409A KR20130124210A KR 20130124210 A KR20130124210 A KR 20130124210A KR 1020130049409 A KR1020130049409 A KR 1020130049409A KR 20130049409 A KR20130049409 A KR 20130049409A KR 20130124210 A KR20130124210 A KR 20130124210A
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KR
South Korea
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received signal
beamforming
amplitude error
ultrasonic
error compensation
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배무호
박성배
김덕곤
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삼성메디슨 주식회사
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Abstract

파인 피치 어레이 프로브(fine pitch array probe)를 통해 제공되는 수신신호에 진폭 오차(amplitude error) 보상 처리 및 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 수행하는 초음파 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 초음파 시스템은, 초음파 신호를 생체에 송신하고 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 파인 피치 어레이 프로브; 및 파인 피치 어레이 프로브에 연결되고, 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하고, 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍을 수행하도록 동작하는 초음파 데이터 획득부를 포함한다.An ultrasonic system and method for performing amplitude error compensation processing and minimum variance beamforming on a received signal provided through a fine pitch array probe is disclosed. An ultrasonic system according to the present invention includes: a fine pitch array probe operative to transmit an ultrasonic signal to a living body and receive an ultrasonic echo signal reflected from the living body to form a received signal; And an ultrasonic data acquisition unit connected to the fine pitch array probe and configured to perform amplitude error compensation on the received signal and perform minimum distributed beamforming on the amplitude error compensated received signal.

Description

수신 빔포밍을 수행하는 초음파 시스템 및 방법{ULTRASOUND SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING RECEPTION BEAMFORMING}ULTRASOUND SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING RECEPTION BEAMFORMING}

본 발명은 초음파 시스템에 관한 것으로, 특히 파인 피치 어레이 프로브를 통해 제공되는 수신신호에 진폭 오차 보상 처리 및 최소 분산 빔 포밍을 수행하는 초음파 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic system, and more particularly, to an ultrasonic system and method for performing amplitude error compensation processing and minimum distributed beam forming on a received signal provided through a fine pitch array probe.

초음파 시스템은 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어, 생체 내부의 정보를 얻기 위한 의료 분야에서 널리 이용되고 있다. 생체를 직접 절개하여 관찰하는 외과 수술의 필요 없이, 초음파 시스템은 생체 내부의 고해상도 영상을 실시간으로 의사에게 제공할 수 있어 의료 분야에서 매우 중요하게 사용되고 있다.Ultrasound systems have non-invasive and non-destructive properties and are widely used in the medical field to obtain information inside the living body. Without the need for a surgical procedure to directly cut and observe a living body, an ultrasound system can provide a high resolution image of a living body to a doctor in real time, which is very important in the medical field.

초음파 시스템은 초음파 프로브를 통해 초음파 신호를 생체에 송신하고, 생체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 생체 내부의 정보에 해당하는 초음파 영상을 형성한다. 초음파 시스템은 애플리케이션(즉, 초음파 영상을 형성하고자 하는 대상체)에 따라 다양한 초음파 프로브를 이용하고 있다.The ultrasound system transmits an ultrasound signal to a living body through an ultrasound probe, and receives an ultrasound signal (that is, an ultrasound echo signal) reflected from the living body to form an ultrasound image corresponding to information inside the living body. Ultrasound systems use a variety of ultrasound probes depending on the application (i.e., the object on which the ultrasound image is to be formed).

특히, 생체내의 갈비뼈 사이로 스캔해야 하는 심장 어플리케이션(cardiac application)의 경우, 위상 배열 어레이 프로브, 엔도케비티 프로브(endocavity probe), 인트라오퍼레이티브 프로브(intraoperative probe) 등이 이용된다. 그러나, 이러한 초음파 프로브는 구경 크기(aperture size)가 제한되는 경우가 많다. In particular, for cardiac applications that must be scanned between ribs in vivo, a phased array array probe, an endocavity probe, an intraoperative probe, or the like is used. However, these ultrasonic probes are often limited in aperture size.

본 발명은 파인 피치 어레이 프로브(fine pitch array probe)를 통해 제공되는 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하고, 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 이용하여 초음파 영상의 해상도를 향상시키는 초음파 시스템 및 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, an amplitude error compensation process is performed on a received signal provided through a fine pitch array probe, and an ultrasonic image is obtained by using minimum variance beamforming on the amplitude error compensated received signal. An ultrasound system and method for enhancing the resolution are provided.

본 발명에 따른 초음파 시스템은, 초음파 신호를 생체에 송신하고 상기 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 파인 피치 어레이 프로브; 및 상기 파인 피치 어레이 프로브에 연결되고, 상기 수신신호에 진폭 오차(amplitude error) 보상 처리를 수행하고, 상기 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 수행하도록 동작하는 초음파 데이터 획득부를 포함한다.An ultrasonic system according to the present invention includes: a fine pitch array probe operative to transmit an ultrasonic signal to a living body and receive an ultrasonic echo signal reflected from the living body to form a received signal; And an ultrasonic wave coupled to the fine pitch array probe and operable to perform an amplitude error compensation process on the received signal and to perform a minimum variance beamforming on the amplitude error compensated received signal. It includes a data acquisition unit.

또한, 본 발명에 따른 수신 빔포밍 방법으로서, a) 파인 피치 어레이 프로브를 통해 초음파 신호를 생체에 송신하고 상기 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하는 단계; b) 상기 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계; 및 c) 상기 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍을 수행하는 단계를 포함한다.In addition, the reception beamforming method according to the present invention, comprising: a) transmitting an ultrasonic signal to a living body through a fine pitch array probe and receiving the ultrasonic echo signal reflected from the living body to form a received signal; b) performing amplitude error compensation on the received signal; And c) performing minimum distributed beamforming on the amplitude error compensated received signal.

본 발명은 제한된 구경(aperture)내에서 초음파 프로브의 변환소자의 피치를 보다 좁게 할 수 있다.The present invention makes it possible to narrow the pitch of the transducer of the ultrasonic probe within a limited aperture.

또한, 본 발명은 파인 피치 어레이 프로브(fine pitch arrapy probe)를 통해 수신된 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행할 수 있어, 공간 해상도 및 콘트라스트 해상도(contrast resolution)을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can perform amplitude error compensation processing on a received signal received through a fine pitch arrapy probe, thereby improving spatial resolution and contrast resolution.

또한, 본 발명은 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍을 수행할 수 있어, 초음파 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can perform the minimum distributed beamforming on the amplitude-compensated received signal, thereby improving the resolution of the ultrasound image.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 획득부의 구성을 개략적으로 보이는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수신부의 구성을 개략적으로 보이는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진폭 오차 보상 처리를 보이는 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예를 적용할 수 있는 초음파 시스템을 보이는 정면도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of an ultrasonic system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic data acquisition unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view showing an amplitude error compensation process according to an embodiment of the present invention.
5 is a front view showing an ultrasonic system to which an embodiment of the present invention can be applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템(100)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 초음파 시스템(100)은 초음파 프로브(110), 초음파 데이터 획득부(120), 처리부(130), 저장부(140), 사용자 입력부(150) 및 디스플레이부(160)를 포함한다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of an ultrasound system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the ultrasound system 100 includes an ultrasound probe 110, an ultrasound data acquirer 120, a processor 130, a storage 140, a user input 150, and a display 160. do.

초음파 프로브(110)는 전기적 신호와 초음파 신호를 상호 변환하도록 동작하는 복수의 변환소자(도시하지 않음)를 포함한다. 초음파 신호를 생체에 송신한다. 생체는 대상체(예를 들어, 혈관, 심장, 간, 혈류 등)을 포함한다. 또한, 초음파 프로브(110)는 생체로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하여 전기적 신호(이하, 수신신호라 함)를 형성한다. 수신신호는 아날로그 신호이다. 본 실시예에 있어서, 초음파 프로브(110)는 파인 피치 어레이 프로브(fine pitch array probe)를 포함한다. 파인 피치 어레이 프로브는 공지이므로 본 실시예에서 상세하게 설명하지 않는다.The ultrasonic probe 110 includes a plurality of conversion elements (not shown) that operate to mutually convert an electrical signal and an ultrasonic signal. The ultrasonic signal is transmitted to the living body. The living body includes a subject (eg, blood vessel, heart, liver, blood flow, etc.). In addition, the ultrasound probe 110 receives an ultrasound signal reflected from the living body to form an electrical signal (hereinafter, referred to as a reception signal). The received signal is an analog signal. In this embodiment, the ultrasonic probe 110 includes a fine pitch array probe. Fine pitch array probes are well known and will not be described in detail in this embodiment.

초음파 데이터 획득부(120)는 초음파 신호의 송신을 제어한다. 또한, 초음파 데이터 획득부(120)는 초음파 프로브(110)로부터 제공되는 수신신호를 이용하여 생체의 초음파 영상에 대응하는 초음파 데이터를 형성한다. 초음파 데이터 획득부(120)는 CPU(central processing unit), 마이크로프로세서(microprocessor), GPU(graphic processing unit) 등을 포함하는 프로세서로서 구현될 수 있다.The ultrasound data acquisition unit 120 controls the transmission of the ultrasound signal. In addition, the ultrasound data acquisition unit 120 forms ultrasound data corresponding to the ultrasound image of the living body using the received signal provided from the ultrasound probe 110. The ultrasound data acquisition unit 120 may be implemented as a processor including a central processing unit (CPU), a microprocessor, a graphic processing unit (GPU), and the like.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 획득부(120)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 초음파 데이터 획득부(120)는 송신부(210), 수신부(220) 및 초음파 데이터 형성부(230)를 포함한다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic data acquisition unit 120 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the ultrasound data acquisition unit 120 includes a transmitter 210, a receiver 220, and an ultrasound data generator 230.

송신부(210)는 초음파 신호의 송신을 제어한다. 또한, 송신부(210)는 초음파 영상을 얻기 위한 전기적 신호(이하, 송신신호라 함)를 형성한다. 따라서, 초음파 프로브(110)는 송신부(210)로부터 제공되는 송신신호를 초음파 신호로 변환하고, 변환된 초음파 신호를 생체에 송신하고, 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성한다.The transmitter 210 controls the transmission of the ultrasonic signal. In addition, the transmitter 210 forms an electrical signal (hereinafter, referred to as a transmission signal) for obtaining an ultrasound image. Therefore, the ultrasound probe 110 converts a transmission signal provided from the transmitter 210 into an ultrasound signal, transmits the converted ultrasound signal to a living body, receives an ultrasound echo signal reflected from the living body, and forms a received signal.

수신부(220)는 초음파 프로브(110)로부터 제공되는 수신신호를 아날로그 디지털 변환하여 디지털 신호를 형성한다. 또한, 수신부(220)는 디지털 신호에 수신 빔 포밍(beamforming)을 수행하여 수신집속신호를 형성한다.The receiver 220 converts a received signal provided from the ultrasonic probe 110 into analog and digital to form a digital signal. In addition, the receiver 220 performs reception beamforming on the digital signal to form a reception focus signal.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수신부(220)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 수신부(220)는 채널 이득 보상부(310), 빔포밍 가중치 산출부(320) 및 빔포밍부(330)를 포함한다.3 is a block diagram schematically showing the configuration of a receiver 220 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the receiver 220 includes a channel gain compensator 310, a beamforming weight calculator 320, and a beamformer 330.

채널 이득 보상부(310)는 초음파 프로브(110)로부터 복수의 수신채널(도시하지 않음)을 통해 제공되는 수신신호들에 진폭 오차(amplitude error) 보상 처리를 수행한다. 예를 들면, 채널 이득 보상부(310)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 변환소자(즉, 각 수신채널)에 대응하는 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행할 수 있다.The channel gain compensator 310 performs an amplitude error compensation process on received signals provided from the ultrasonic probe 110 through a plurality of receive channels (not shown). For example, as shown in FIG. 4, the channel gain compensator 310 may perform amplitude error compensation on a received signal corresponding to each conversion element (ie, each reception channel).

일실시예에 있어서, 채널 이득 보상부(310)는 변환소자의 지향성(element directivity)에 의해 각 변환소자에서 줄어드는 진폭의 양에 기초하여 수신신호들에 진폭 오차 보상 처리를 수행한다. 진폭의 양은 시뮬레이션 또는 실험을 통해 미리 측정될 수 있다.In one embodiment, the channel gain compensator 310 performs amplitude error compensation on the received signals based on the amount of amplitude reduced in each converter by the element directivity of the converter. The amount of amplitude can be measured in advance through simulation or experiment.

다른 실시예에 있어서, 채널 이득 보상부(310)는 초음파 프로브(110)를 제외한 초음파 시스템(100)에 대해 미리 측정된 수신채널 이득과 사전 설정된 수신채널 이득(예를 들어, 이상적인 수신채널 이득)을 비교하여 수신채널 이득의 차이(gain error)를 산출한다. 채널 이득 보상부(310)는 산출된 이득 차이에 기초하여 수신신호들에 진폭 오차 보상 처리를 수행한다. 수신채널 이득은 각 수신채널에 모두 동일한 크기의 신호를 인가한 후 출력부에서 출력신호를 측정하여 구할 수 있다.In another embodiment, the channel gain compensator 310 may receive a predetermined measured channel gain and a predetermined received channel gain (eg, an ideal received channel gain) for the ultrasound system 100 except for the ultrasound probe 110. Comparing with each other to calculate the gain (gain error) of the received channel gain. The channel gain compensator 310 performs amplitude error compensation on the received signals based on the calculated gain difference. The reception channel gain may be obtained by applying the same size signal to each reception channel and measuring the output signal at the output unit.

또 다른 실시예에 있어서, 채널 이득 보상부(310)는 초음파 프로브(110)의 각 변환소자에 대해 미리 측정된 변환소자 이득 오차(element gain error)에 기초하여 수신신호들에 진폭 오차 보상 처리를 수행한다. 변환소자 이득 오차는 평활화(smoothing)와 커브 피팅(curve fitting) 등을 통해 추정된 이득과 이상적인 이득의 차이를 구함으로써 얻을 수 있다.In another exemplary embodiment, the channel gain compensator 310 performs amplitude error compensation on received signals based on an element gain error measured in advance for each converter of the ultrasound probe 110. To perform. The converter gain error can be obtained by obtaining the difference between the gain and the ideal gain estimated through smoothing, curve fitting, and the like.

또 다른 실시예에 있어서, 채널 이득 보상부(310)는 초음파 프로브(110)를 포함하는 초음파 시스템(100)에 대해 미리 측정된 수신채널 이득과 사전 설정된 수신채널 이득(예를 들어, 이상적인 수신채널 이득)을 비교하여 수신채널 이득의 차이(gain error)를 산출한다. 채널 이득 보상부(310)는 산출된 이득 차이에 기초하여 수신신호들에 진폭 오차 보상 처리를 수행한다.In another embodiment, the channel gain compensator 310 may include a previously measured reception channel gain and a predetermined reception channel gain (eg, an ideal reception channel) for the ultrasound system 100 including the ultrasound probe 110. Gain) to calculate a gain error of the reception channel gain. The channel gain compensator 310 performs amplitude error compensation on the received signals based on the calculated gain difference.

빔포밍 가중치 산출부(320)는 채널 이득 보상부(310)로부터 제공되는 수신신호에 기초하여 빔포밍 가중치를 산출한다. 빔포밍 가중치는 공지된 다양한 방법을 이용하여 산출될 수 있으므로 본 실시예에서 상세하게 설명하지 않는다.The beamforming weight calculator 320 calculates the beamforming weight based on the received signal provided from the channel gain compensator 310. The beamforming weights may be calculated using various known methods and thus will not be described in detail in this embodiment.

빔포밍부(330)는 빔포밍 가중치 산출부(320)로부터 제공되는 빔포밍 가중치에 기초하여 초음파 프로브(110)로부터 제공되는 수신신호에 수신 빔포밍을 수행한다. 본 실시예에 있어서, 수신 빔포밍은 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 포함한다.The beamformer 330 performs reception beamforming on the received signal provided from the ultrasound probe 110 based on the beamforming weight provided from the beamforming weight calculator 320. In this embodiment, the receive beamforming includes minimum variance beamforming.

일반적으로, 초음파 프로브(110)로부터 복수의 수신채널(도시하지 않음)을 통해 제공되는 수신신호들중, k번째 수신채널의 수신신호에 집속 지연(focusing delay)을 가한 신호를 xk[n]으로 가정하면, 빔포밍부(330)의 출력은 다음 수학식으로 표현될 수 있다.In general, among signals received through the plurality of receiving channels (not shown) from the ultrasonic probe 110, a signal obtained by applying a focusing delay to the received signal of the kth receiving channel is x k [n] Assume that, the output of the beamformer 330 can be expressed by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에 있어서, z[n]은 빔포밍부(330)의 출력을 나타내고, w[n]은 아포디제이션 함수(apodization function)를 나타내고, w[n]H는 w[n]의 허미시안 전치(Hermitian transpose)를 나타낸다. 따라서, 최소 분산 빔포밍은 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.In Equation 1, z [n] denotes the output of the beamforming unit 330, w [n] denotes an apodization function, and w [n] H denotes a whee of w [n]. Represents a Hermitian transpose. Therefore, the minimum distributed beamforming may be expressed as the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 2에 있어서, R[n]은 공간 공분산 행렬(spatial covariance matrix)을 나타내고, 즉, R[n]=E[x[n]x[n]H]이고, E[]은 기대 연산자(expectation operator)를 나타내고, a는 스티어링 벡터로서, 집속점이 정면에 있는 일반적인 경우 원소들이 모두 1이다.In Equation 2, R [n] represents a spatial covariance matrix, that is, R [n] = E [ x [n] x [n] H ], and E [] is an expected operator ( expectation operator), where a is the steering vector, where the elements are all 1 in the normal case where the focal point is in front.

아포디제이션 함수 w[n]은 수학식 2로부터 다음 수학식과 같이 구해질 수 있다.The apodization function w [n] can be obtained from Equation 2 as follows.

Figure pat00003
Figure pat00003

R[n]을 구하기 위해서는 기대 연산이 필요한데, 초음파 프로브(110)로부터 출력되는 수신신호들은 코히런트하므로, 시간 평균화(temporal averaging)가 기대 연산의 근사치를 계산하는데 사용될 수 없다. 최소 분산 빔포밍에서 최대한의 성능을 얻기 위해서는, 수신신호들의 공분산 행렬을 보다 정밀하게 추정하는 것이 필수적이다. 공분산 행렬을 추정하는데 사용되는 방법중 하나가 공간 평활화(spatial smoothing), 즉 부개구 평균화(subaperture averaging)이다. 공간 평활화는 부개구내에서 연속한 채널(서브어레이 또는 서브개구)의 길이(L)로부터 구한 공분산 행렬(covariance matrix)을 평균하여 샘플 공분산 행렬(

Figure pat00004
)을 구할 수 있다. An expectation operation is required to obtain R [n], and since the received signals output from the ultrasound probe 110 are coherent, temporal averaging cannot be used to calculate an approximation of the expectation operation. In order to obtain the maximum performance in the minimum distributed beamforming, it is necessary to estimate the covariance matrix of the received signals more precisely. One of the methods used to estimate the covariance matrix is spatial smoothing, or subaperture averaging. Spatial smoothing is performed by averaging the covariance matrix obtained from the length (L) of consecutive channels (subarrays or sub-openings) in the fold opening.
Figure pat00004
) Can be obtained.

Figure pat00005
Figure pat00005

이때,

Figure pat00006
은 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.At this time,
Figure pat00006
Can be expressed as the following equation.

Figure pat00007
Figure pat00007

이와 같이, 공간 평활화는 수신신호간의 코히런트로 인한 신호 제거(signal cancellation)가 되는 것을 방지할 수 있다. 0.25M~0.5M 사이의 길이(L)의 값이 초음파 시스템(100)에서 적합하다.As such, spatial smoothing can prevent signal cancellation due to coherent between received signals. A value of length L between 0.25M and 0.5M is suitable in the ultrasound system 100.

Figure pat00008
Figure pat00008

한편, 공분산 행렬의 행을 3으로 설정하면, 공분산 행렬은 다음 수학식과 같이 표현될 수 있다.On the other hand, if the row of the covariance matrix is set to 3, the covariance matrix can be expressed as the following equation.

Figure pat00009
Figure pat00009

이와 같이, 최소 분산 빔포밍을 이용하는 경우, 공분산 행렬을 로버스트하게 추정할 수 있지만, 공분산 행렬의 차원이 감소하게 된다. 이로 인해, 아포디제이션 함수의 자유도가 줄어들고, 억압할 수 있는 간섭(interference)의 개수도 줄어들게 된다. 본 실시예에서는 변환소자의 피치를 줄여, 보다 많은 변환소자를 동일한 개구내에 배치할 수 있는 파인 피치 어레이 프로브를 초음파 프로브(110)로서 이용함으로써, 공간 평활화를 이용하는 경우에도 공분산 행렬의 차원을 보다 크게 유지할 수 있어, 초음파 영상의 해상도가 향상될 수 있다.As described above, when the least distributed beamforming is used, the covariance matrix can be estimated robustly, but the dimension of the covariance matrix is reduced. This reduces the degree of freedom of the apodization function and reduces the number of interferences that can be suppressed. In this embodiment, by using the fine pitch array probe as the ultrasonic probe 110, which can reduce the pitch of the conversion elements and place more conversion elements in the same opening, the dimension of the covariance matrix can be obtained even when spatial smoothing is used. It can be maintained large, the resolution of the ultrasound image can be improved.

다시 도 2를 참조하면, 초음파 데이터 형성부(230)는 수신부(220)로부터 제공되는 수신집속신호를 이용하여 초음파 영상에 대응하는 초음파 데이터를 형성한다. 초음파 데이터는 RF(radio frequency) 데이터 또는 IQ(in-phase/quadrature) 데이터를 포함한다. 그러나, 초음파 데이터는 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 초음파 데이터 형성부(230)는 초음파 데이터를 형성하는데 필요한 다양한 신호 처리를 수신집속신호에 수행할 수도 있다.Referring back to FIG. 2, the ultrasound data forming unit 230 forms ultrasound data corresponding to an ultrasound image by using the reception focus signal provided from the receiver 220. The ultrasound data includes radio frequency (RF) data or in-phase / quadrature (IQ) data. However, the ultrasonic data is not necessarily limited thereto. In addition, the ultrasound data forming unit 230 may perform various signal processing necessary for forming the ultrasound data on the reception focus signal.

다시 도 1을 참조하면, 처리부(130)는 초음파 데이터 획득부(120)로부터 제공되는 초음파 데이터를 이용하여 초음파 영상을 형성한다. 초음파 영상은 B 모드(brightness mode) 영상을 포함한다. 그러나, 초음파 영상은 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한, 처리부(130)는 초음파 시스템(100), 즉 초음파 프로브(110), 초음파 데이터 획득부(120), 저장부(140), 사용자 입력부(150) 및 디스플레이부(160)의 동작을 제어한다. 처리부(130)는 CPU, 마이크로프로세서, GPU 등을 포함하는 프로세서로서 구현될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the processor 130 forms an ultrasound image by using ultrasound data provided from the ultrasound data acquirer 120. The ultrasound image includes a brightness mode image. However, the ultrasound image is not necessarily limited thereto. In addition, the processor 130 controls operations of the ultrasound system 100, that is, the ultrasound probe 110, the ultrasound data obtainer 120, the storage 140, the user input 150, and the display 160. . The processor 130 may be implemented as a processor including a CPU, a microprocessor, a GPU, and the like.

저장부(140)는 초음파 데이터 획득부(120)에서 획득된 초음파 데이터를 저장한다. 또한, 저장부(140)는 측정된 진폭의 양, 사전 설정된 수신채널 이득, 측정된 수신채널 이득 및 변환소자 이득 오차를 저장한다. 또한, 저장부(140)는 처리부(130)에서 형성된 초음파 영상을 저장한다. 저장부(140)는 하드디스크, 비휘발성 메모리, CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory), DVD-ROM(Digital Versatile Disc-Read Only Memory) 등을 포함한다.The storage 140 stores the ultrasound data acquired by the ultrasound data acquirer 120. In addition, the storage 140 stores the amount of the measured amplitude, the predetermined reception channel gain, the measured reception channel gain, and the conversion element gain error. In addition, the storage 140 stores the ultrasound image formed by the processor 130. The storage unit 140 includes a hard disk, a nonvolatile memory, a compact disc-read only memory (CD-ROM), a digital versatile disc-read only memory (DVD-ROM), and the like.

사용자 입력부(150)는 사용자의 입력정보를 수신한다. 입력정보는 초음파 프로브(110)를 선택하기 위한 정보, 생체의 진단부위(즉, 초음파 영상을 형성하고자 하는 대상체)를 선택하기 위한 정보 등을 포함한다. 사용자 입력부(150)는 컨트롤 패널(control panel), 트랙볼(track ball), 키보드(keyboard), 마우스(mouse) 등을 포함한다.The user input unit 150 receives user input information. The input information may include information for selecting the ultrasound probe 110 and information for selecting a diagnostic portion of the living body (ie, an object to form an ultrasound image). The user input unit 150 may include a control panel, a track ball, a keyboard, a mouse, and the like.

디스플레이부(160)는 처리부(130)에서 형성된 초음파 영상을 디스플레이한다. 또한, 디스플레이부(160)는 사용자 입력부(150)에서 수신된 입력정보를 디스플레이할 수도 있다. 디스플레이부(160)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 등을 포함한다.The display 160 displays the ultrasound image formed by the processor 130. In addition, the display 160 may display input information received from the user input unit 150. The display unit 160 includes a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic light emitting diode (OLED) display, and the like.

도 5는 본 발명의 실시예를 적용할 수 있는 초음파 시스템(100)의 일례를 보이는 정면도이다. 도 5를 참조하면, 초음파 시스템(100)은 초음파 프로브(110), 본체(BD), 사용자 입력부(150) 및 디스플레이부(160)를 포함한다. 본체(BD)는 초음파 데이터 획득부(120), 처리부(130) 및 저장부(140)를 내장한다. 다른 실시예에 있어서, 저장부(140)는 본체(BD)에 외장될 수 있다.5 is a front view showing an example of the ultrasonic system 100 to which an embodiment of the present invention can be applied. Referring to FIG. 5, the ultrasound system 100 may include an ultrasound probe 110, a body BD, a user input unit 150, and a display unit 160. The main body BD includes an ultrasonic data acquisition unit 120, a processing unit 130, and a storage unit 140. In another embodiment, the storage 140 may be external to the body BD.

선택적으로, 전술한 실시예에서는 초음파 데이터 획득부(120) 및 처리부(130)를 각각의 프로세서로서 구현하는 것을 설명하였지만, 다른 실시예에서는 초음파 데이터 획득부(120) 및 처리부(130)를 하나의 프로세서로서 구현할 수도 있다.Optionally, in the above-described embodiment, the ultrasonic data acquisition unit 120 and the processing unit 130 are implemented as the respective processors, but in another embodiment, the ultrasonic data acquisition unit 120 and the processing unit 130 may be implemented as one processor. It may be implemented as a processor.

본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부한 청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.While the invention has been described and illustrated by way of preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the appended claims.

100: 초음파 시스템 110: 초음파 프로브
120: 초음파 데이터 획득부 130: 처리부
140: 저장부 150: 사용자 입력부
160: 디스플레이부 210: 송신부
220: 수신부 230: 초음파 데이터 형성부
310: 채널 이득 보상부 320: 빔포밍 가중치 산출부
330: 빔포밍부 BD: 본체100: ultrasonic system 110: ultrasonic probe
120: ultrasonic data acquisition unit 130: processor
140: storage unit 150: user input unit
160: display unit 210: transmission unit
220: receiver 230: ultrasonic data forming unit
310: channel gain compensator 320: beamforming weight calculator
330: beam forming unit BD: main body

Claims (15)

초음파 시스템으로서,
초음파 신호를 생체에 송신하고 상기 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 파인 피치 어레이 프로브; 및
상기 파인 피치 어레이 프로브에 연결되고, 상기 수신신호에 진폭 오차(amplitude error) 보상 처리를 수행하고, 상기 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 수행하도록 동작하는 초음파 데이터 획득부
를 포함하는 초음파 시스템.As an ultrasound system,
A fine pitch array probe operative to transmit an ultrasonic signal to a living body and receive an ultrasonic echo signal reflected from the living body to form a received signal; And
Ultrasonic data coupled to the fine pitch array probe and operable to perform an amplitude error compensation process on the received signal and perform minimum variance beamforming on the amplitude error compensated received signal; Acquisition
. 제1항에 있어서, 상기 초음파 데이터 획득부는,
상기 초음파 신호의 송신을 제어하고, 초음파 영상을 얻기 위한 송신신호를 형성하도록 동작하는 송신부;
상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하고, 상기 진폭 오차 보상된 수신신호에 최소 분산 빔포밍(minimum variance beamforming)을 수행하여 수신집속신호를 형성하도록 동작하는 수신부; 및
상기 수신집속신호를 이용하여 상기 초음파 영상에 대응하는 초음파 데이터를 형성하도록 동작하는 초음파 데이터 형성부
를 포함하는 초음파 시스템.The method of claim 1, wherein the ultrasonic data acquisition unit,
A transmitter configured to control the transmission of the ultrasonic signal and to form a transmission signal for obtaining an ultrasound image;
A receiver configured to perform the amplitude error compensation process on the received signal and perform minimum variance beamforming on the amplitude error compensated received signal to form a focused signal; And
An ultrasound data forming unit operable to form ultrasound data corresponding to the ultrasound image by using the reception focus signal;
. 제2항에 있어서, 상기 수신부는,
상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하도록 동작하는 채널 이득 보상부;
상기 진폭 오차 보상 처리가 수행된 수신신호에 기초하여 빔포밍 가중치를 산출하도록 동작하는 빔포밍 가중치 산출부; 및
상기 빔포밍 가중치에 기초하여 상기 수신신호에 상기 최소 분산 빔포밍을 수행하도록 동작하는 빔포밍부
를 포함하는 초음파 시스템.The method of claim 2, wherein the receiving unit,
A channel gain compensator operative to perform the amplitude error compensation process on the received signal;
A beamforming weight calculator configured to calculate a beamforming weight based on the received signal on which the amplitude error compensation process has been performed; And
A beamforming unit operable to perform the minimum distributed beamforming on the received signal based on the beamforming weights
. 제3항에 있어서, 상기 채널 이득 보상부는, 상기 파인 피치 어레이 프로브의 변환소자 지향성에 의해 각 변환소자에서 줄어드는 진폭의 양에 기초하여 상기 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하도록 동작하는 초음파 시스템.The ultrasonic system of claim 3, wherein the channel gain compensator is configured to perform an amplitude error compensation process on the received signal based on an amount of amplitude reduced in each converter by the conversion device directivity of the fine pitch array probe. 제3항에 있어서, 상기 채널 이득 보상부는,
상기 초음파 시스템에 대해 미리 측정된 수신채널 이득과 사전 설정된 수신채널 이득을 비교하여 수신채널 이득의 차이를 산출하고,
상기 산출된 이득 차이에 기초하여 상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하도록 동작하는 초음파 시스템.The method of claim 3, wherein the channel gain compensation unit,
A difference between the reception channel gains is calculated by comparing the reception channel gains previously measured with respect to the ultrasound system with a preset reception channel gains,
And perform the amplitude error compensation process on the received signal based on the calculated gain difference. 제5항에 있어서, 상기 미리 측정된 수신채널 이득은, 상기 파인 피치 어레이 프로브를 제외한 상기 초음파 시스템에 대응하는 수신채널 이득인, 초음파 시스템.6. The ultrasound system of claim 5 wherein the previously measured receive channel gain is a receive channel gain corresponding to the ultrasound system except for the fine pitch array probe. 제5항에 있어서, 상기 미리 측정된 수신채널 이득은, 상기 파인 피치 어레이 프로브를 포함하는 상기 초음파 시스템에 대응하는 수신채널 이득인, 초음파 시스템.6. The ultrasound system of claim 5 wherein the previously measured receive channel gain is a receive channel gain corresponding to the ultrasound system including the fine pitch array probe. 제3항에 있어서, 상기 채널 이득 보상부는, 상기 파인 피치 어레이 프로브의 각 변환소자에 대해 미리 측정된 변환소자 이득 오차에 기초하여, 상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하도록 동작하는 초음파 시스템.The ultrasound system of claim 3, wherein the channel gain compensator is configured to perform the amplitude error compensation process on the received signal based on a conversion element gain error measured beforehand for each conversion element of the fine pitch array probe. . 초음파 시스템에서의 수신 빔포밍 방법으로서,
a) 파인 피치 어레이 프로브를 통해 초음파 신호를 생체에 송신하고 상기 생체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성하는 단계;
b) 상기 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계; 및
c) 상기 진폭 오차 보상 처리된 수신신호에 최소 분산 빔포밍을 수행하는 단계
를 포함하는 수신 빔포밍 방법.As a reception beamforming method in an ultrasonic system,
a) transmitting an ultrasonic signal to a living body through a fine pitch array probe and receiving an ultrasonic echo signal reflected from the living body to form a received signal;
b) performing amplitude error compensation on the received signal; And
c) performing minimum distributed beamforming on the amplitude error compensated received signal;
Receive beamforming method comprising a. 제9항에 있어서, 상기 단계 b)는,
b1) 상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계;
b2) 상기 진폭 오차 보상 처리가 수행된 수신신호에 기초하여 빔포밍 가중치를 산출하는 단계; 및
b3) 상기 빔포밍 가중치에 기초하여 상기 수신신호에 상기 최소 분산 빔포밍을 수행하는 단계
를 포함하는 수신 빔포밍 방법.10. The method of claim 9, wherein step b)
b1) performing the amplitude error compensation process on the received signal;
b2) calculating a beamforming weight based on the received signal on which the amplitude error compensation process has been performed; And
b3) performing the least distributed beamforming on the received signal based on the beamforming weight
Receive beamforming method comprising a. 제10항에 있어서, 상기 단계 b1)은.
상기 파인 피치 어레이 프로브의 변환소자 지향성에 의해 각 변환소자에서 줄어드는 진폭의 양에 기초하여 상기 수신신호에 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계
를 포함하는 수신 빔포밍 방법.The method of claim 10, wherein step b1) is performed.
Performing amplitude error compensation processing on the received signal based on the amount of amplitude reduced in each converter by the converter directivity of the fine pitch array probe;
Receive beamforming method comprising a. 제10항에 있어서, 상기 단계 b1)은,
상기 초음파 시스템에 대해 미리 측정된 수신채널 이득과 사전 설정된 수신채널 이득을 비교하여 수신채널 이득의 차이를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 이득 차이에 기초하여 상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계
를 포함하는 수신 빔포밍 방법.The method of claim 10, wherein step b1)
Calculating a difference between the reception channel gains by comparing the reception channel gains measured in advance for the ultrasound system with a preset reception channel gains; And
Performing the amplitude error compensation process on the received signal based on the calculated gain difference
Receive beamforming method comprising a. 제12항에 있어서, 상기 미리 측정된 수신채널 이득은, 상기 파인 피치 어레이 프로브를 제외한 상기 초음파 시스템에 대응하는 수신채널 이득인, 수신 빔포밍 방법.13. The method of claim 12 wherein the previously measured receive channel gain is a receive channel gain corresponding to the ultrasound system except for the fine pitch array probe. 제12항에 있어서, 상기 미리 측정된 수신채널 이득은, 상기 파인 피치 어레이 프로브를 포함하는 상기 초음파 시스템에 대응하는 수신채널 이득인, 수신 빔포밍 방법.13. The method of claim 12 wherein the previously measured receive channel gain is a receive channel gain corresponding to the ultrasound system including the fine pitch array probe. 제10항에 있어서, 상기 단계 b1)은,
상기 파인 피치 어레이 프로브의 각 변환소자에 대해 미리 측정된 변환소자 이득 오차에 기초하여, 상기 수신신호에 상기 진폭 오차 보상 처리를 수행하는 단계
를 포함하는 수신 빔 포밍 방법.The method of claim 10, wherein step b1)
Performing the amplitude error compensation process on the received signal based on a conversion element gain error previously measured for each conversion element of the fine pitch array probe;
Receive beam forming method comprising a.
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