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KR100255730B1 - 동맥/정맥구별이가능한초음파칼라도플러영상시스템 - Google Patents

동맥/정맥구별이가능한초음파칼라도플러영상시스템 Download PDF

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KR100255730B1
KR100255730B1 KR1019970068857A KR19970068857A KR100255730B1 KR 100255730 B1 KR100255730 B1 KR 100255730B1 KR 1019970068857 A KR1019970068857 A KR 1019970068857A KR 19970068857 A KR19970068857 A KR 19970068857A KR 100255730 B1 KR100255730 B1 KR 100255730B1
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Abstract

본 발명은 초음파 칼라 도플러 영상 시스템(Ultrasonic Color Doppler Imaging System)에 관한 것으로, 특히 혈류정보로부터 혈관의 종류(동맥 또는 정맥)를 판별하여 이를 표시하는 동맥/정맥의 구별 가능한 초음파 칼라 도플러 영상 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 혈류속도패턴의 시간적 변화에 따른 혈류정보로부터 혈관 종류를 결정하고, 이 결정된 혈관의 종류(동맥 또는 정맥)에 따라 서로 다른 색상으로 표시한다. 또한, 이렇게 구분된 혈관에 흐르는 혈류의 속도에 따라 색상을 밝거나 어둡게 표시함으로써 정확한 혈류정보를 제공한다.

Description

동맥/정맥의 구별 가능한 초음파 칼라 도플러 영상 시스템
본 발명은 초음파 칼라 도플러 영상 시스템(Ultrasonic Color Doppler Imaging System)에 관한 것으로, 특히 혈류정보로부터 혈관의 종류(동맥 또는 정맥)를 구별하여 이를 표시하는 동맥/정맥의 구별 가능한 초음파 칼라 도플러 영상 시스템에 관한 것이다.
근래에 들어 초음파를 이용한 진단장치가 일반 의료분야에서 널리 사용되고 있다. 초음파 진단장치는 초음파가 생체조직을 통과할 때 일어나는 반사, 산란 및 흡수 등의 결과를 이용한다. 산란된 신호는 산란이 일어나는 경계에서의 음향 임피던스 차이 정보 또는 산란체의 운동속도 정보가 포함되어 있다. 실제 수신신호의 강도에 해당하는 산란강도는 음향 임피던스의 차이를 반영하며, 도플러(Doppler)효과에 의한 주파수의 편이량은 운동속도, 정확하게는 초음파빔의 진행방향에 대한 속도성분을 반영한다.
초음파를 이용한 진단장치의 일종인 도플러 진단장치는 신호의 산란강도와 함께 주파수의 편이량도 화상으로 표시해줌으로써 생체의 동태(動態)기능을 평가할 수 있게 한다. 특히, 칼라를 표시할 수 있는 도플러 영상시스템은 수신신호를 복조한 다음 디지탈화하여 처리함으로써, 심장이나 대혈관내를 흐르는 혈류를 실시간 2차원 화상으로 묘사한다. 이러한 칼라 도플러 영상시스템은 단층상과 혈류정보를 동시에 나타낼 수 있는데, 단층상과 혈류정보를 서로 구별하기 위하여 단층상을 흑백으로 표시하고 혈류정보를 칼라로 표시한다.
상술한 칼라 도플러 영상시스템은 혈류분포를 디스플레이하기 위해 트랜스듀서(transducer)에서 주사한 초음파빔의 진행방향으로 흐르는 혈류는 청색, 반대방향의 혈류는 적색으로 표시하며, 속도에 따라 색의 밝기를 다르게 표시한다. 즉, 속도가 빠를수록 밝고, 느릴수록 어둡게 표시한다. 그런데, 이렇게 빔의 진행방향으로 혈류정보를 표시하는 경우, 이 혈관이 동맥(artery)인지 정맥(vein)인지에 대한 정보는 제공하지 않을 뿐만 아니라, 동맥을 적색으로 정맥을 청색으로 표시하는 일반적인 관습에 따라 혼동을 초래할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 위와같은 문제점을 해결하기 위해 혈류속도패턴의 시간적 변화를 이용하여 혈관 종류(동맥/정맥)를 구별하고, 구별된 혈관의 종류에 따라 기설정된 해당 색상으로 디스플레이하는 동맥/정맥의 구별 가능한 초음파 칼라 도플러 영상 시스템을 제공함에 있다.
도 1은 동맥 및 정맥의 혈류속도패턴분포를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 초음파 칼라 도플러 영상 시스템을 보여주는 도면,
도 3은 도 2장치의 동맥/정맥 구별수단(60)을 자세히 나타낸 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 입력코너링부 20 : 클러터필터부
30 : 위상변화량 검출부 40 : 혈류신호 판단부
50 : 속도매핑부 60 : 동맥/정맥 구별수단
61 : 프레임버퍼 62 : 파라미터 계산부
63 : 계산오류 보정부 64 : 동맥/정맥 판단부
65 : 칼라매핑부
위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 혈류정보를 표시하기 위한 초음파 칼라 도플러 영상 시스템에 있어서, 동맥/정맥을 구별하고, 구별된 결과에 따라 서로 다른 색상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템에 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.
도 1은 혈류속도의 심장박동주기에 따른 혈류속도패턴을 스펙트럼으로 환산하여 표시한 것으로, 세로축은 혈류 속도(velocity), 가로축은 시간을 나타낸다. 도 1a는 동맥(artery), 도 1b는 정맥(vein)의 시간에 따른 혈류속도패턴의 변화를 나타낸 것이다.
인체의 한 지점의 혈류를 관찰한 것을 정량화하기 위한 파라미터들중 박동 지수(Pulsatility Index; PI)와 저항력 지수(Resistivity Index; RI)를 예로 들 수 있다. 박동지수(PI)는 심장박동주기에 따른 혈류속도의 최고치(max)에서 최저치(min)를 감산한 것을 평균치(avr)로 나눈 것이다. 그리고, 저항력 지수(RI)는 심장박동주기에 따른 혈류속도의 최고치에서 최저치를 감산한 것을 최대치로 나눈 것이다. 도 1a에 도시된 바와같이, 동맥의 경우 최고치와 최저치의 차가 크다. 그러나, 정맥의 경우는 도 1b에 도시된 바와같이 거의 차가 없다. 예를들어, 동맥은 박동지수(PI) 및 저항력 지수(RI)의 값이 크다. 그러나, 정맥은 박동지수(PI) 및 저항력 지수(RI)의 값이 '0'에 가깝다. 본 발명은 이와같은 특성등을 이용하여 동맥 및 정맥으로 구별 지을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 초음파 칼라 도플러 영상 시스템을 보여주는 도면이다. 본 발명의 장치는 초음파에코신호로부터 혈류속도패턴을 검출하는 혈류속도패턴 검출수단(100) 및 동맥/정맥 구별수단(60)을 구비한다. 혈류속도패턴 검출수단(100)은 입력코너링(Input Cornering)부(10)를 구비한다. 이 입력코너링부(10)는 초음파에코신호의 수신 정렬방향을 회전시켜 필요한 신호를 얻는다. 클러터필터(Clutter Filter)부(20)는 입력코너링부(10)에서 출력되는 신호중 혈류 이외의 조직 등으로부터 반사되는 신호를 제거하여 위상변화량 검출부(30)로 출력한다. 위상변화량 검출부(30)는 클러터필터부(20)를 통해 클러터신호가 제거된 신호의 위상변화량의 평균을 검출한다. 혈류신호 판단부(40)는 클러터필터부(20)의 출력에 따라 위상변화량 검출부(30)의 출력이 혈류신호로 판단될 때 선택적으로 출력한다. 속도매핑부(50)는 위상변화량 검출부(30)의 출력을 속도데이타로 변환하여 동맥/정맥 구별수단(60)으로 출력한다. 동맥/정맥 구별수단(60)은 혈류속도패턴의 시간적 변화에 따라 동맥/정맥을 구별하고, 구별된 결과에 따라 동맥을 제 1색상으로 정맥을 제 2색상으로 표시하여 디스플레이부로 출력한다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 장치를 좀더 자세히 설명하겠다. 일반적으로, 트랜스듀서는 대상체를 향해 초음파펄스를 일정 간격으로 여러번 반복 송신한 후 대상체로부터 초음파에코신호를 수신한다. 각각의 픽셀에 대한 혈류속도를 계산하기 위해서는 같은 시간축에서 얻은 데이터가 필요하다. 입력코너링부(10)는 에코신호 수신시 한 픽셀을 표현하기 위해 같은 시점에서 수신된 신호들만을 모은다. 즉, 초음파에코신호의 정렬방향을 90。로 회전시켜 같은 시점에서 수신된 신호들만을 모은다. 본 발명의 실시예에서, 데이터의 정렬방향을 90。 회전시킨 방향을 앙상블축(ensemble axis)이라 하겠다. 클러터필터부(20)는 혈류 이외의 조직 등으로부터 반사되는 저주파 도플러 신호를 제거한다. 보통, 이러한 저주파 도플러 신호는 앙상블축의 저주파에 모여 있으므로, 하이패스필터(High Pass Filter)로 제거한다. 위상변화량 검출부(30)는 앙상블축에서의 데이터 위상 변화량의 평균을 구한다. 혈류신호 판단부(40)는 혈류신호의 임계치(threshold)를 기저장하고 있으며, 클러터필터부(20)의 출력신호와 기저장된 임계치를 비교한다. 클러터필터부(20)의 출력신호가 임계치보다 낮으면, 위상변화량 검출부(30)의 출력신호를 노이즈로 판단하여 속도매핑부(50)로 전달하지 않는다. 그러나, 클러터필터부(20)의 출력신호가 임계치보다 높으면, 위상변화량검출부(30)의 출력신호를 혈류신호로 판단하여 속도매핑부(50)로 전달한다. 속도매핑부(50)는 혈류신호 판단부(40)로부터 인가되는 혈류신호의 위상 변화량을 속도데이타로 변환한다. 동맥/정맥 구별수단(60)은 디스플레이 영상을 얻기 위한 각종의 신호처리를 수행하여 디스플레이부로 출력한다.
도 3은 도2 장치의 동맥/정맥 구별수단(60)을 보여주는 도면이다. 동맥/정맥 구별수단(60)은 속도매핑부(50)로부터 픽셀 각각의 혈류속도데이타 v(x,y,f)를 입력받는 프레임버퍼(61) 및 칼라매핑부(65)를 구비한다. 또한, 본 발명의 장치는 프레임버퍼(61)에 저장된 이전 프레임정보들을 이용하여 박동 지수(Pulsatility Index; PI)와 저항력 지수(Resistivity Index; RI)등과 같은 파라미터를 계산하는 파라미터 계산부(62)와, 파라미터 계산부(62)에서 계산된 근사 파라미터의 계산오류를 보정하는 계산오류보정부(63)를 구비한다. 이 계산오류보정부(63)는 계산된 픽셀 각각의 파라미터와 인접한 픽셀들의 파라미터들간의 공간적 연산(Spatial Operation)을 통해 계산오류를 보정한다. 동맥/정맥 판단부(64)는 계산오류 보정부(63)에 연결되어 입력받은 파라미터에 따라 혈류속도데이타를 동맥 또는 정맥으로 판단하여 칼라매핑부(65)로 출력한다. 칼라매핑부(65)는 동맥/정맥 판단부(64)에서 판단된 혈관종류에 따라 픽셀의 색을 매핑하여 디스플레이부로 출력한다.
먼저, 동맥/정맥 구별수단(60)은 속도매핑부(50)로부터 픽셀 각각의 혈류속도데이타 v(x,y,f)를 입력받는다. 여기서, 변수 x 및 y는 한 프레임 상에서 그 픽셀의 위치를 나타내고, f는 몇번째 프레임인가를 나타낸다. 이 픽셀 각각의 혈류속도데이타 v(x,y,f)는 일단 프레임버퍼(61)에 저장되고, 파라미터 계산부(62)로 입력된다. 파라미터 계산부(62)는 박동지수(PI) 또는 저항력지수(RI)를 계산한다. 본 발명의 실시예에서는 저항력지수(RI)를 구하여 동맥/정맥을 구별한다고 정한다. 파라미터 계산부(62)는 프레임버퍼(61)에 저장된 다수개의 프레임의 혈류속도데이타를 이용하여 근사적인 저항력지수(RI)를 계산한다. 즉, v(x,y,f), v(x,y,f-1), v(x,y,f-2), … 중에서 가장 속도가 빠른 것을 최고치(max), 가장 속도가 느린 것을 최저치(min)로 하여 RI를 계산한다. 계산오류 보정부(63)는 파라미터 계산부(62)에서 계산된 RI의 계산오류를 보정하기 위한 것으로, 근사 RI(x,y,f)값을 입력받아 인접한 픽셀들간의 공간적 연산을 통해 계산오류를 보정하여 보정 파라미터 RI'(x,y,f)을 출력한다. 여기서, 일반적인 공간적 연산으로서는 공간 평균을 들 수 있으며, 그밖에도 2차원 메디안필터(Median Filter)를 들 수 있다. 동맥/정맥 판단부(64)는 공간적 연산을 거친 보정 파라미터 RI'(x,y,f)를 입력받는다. 이 동맥/정맥 판단부(64)는 동맥 및 정맥으로 판단하는 기준자료를 기저장하고 있으며, 이 기준자료와 계산오류 보정부(63)로부터 인가되는 RI'(x,y,f)를 비교하여 동맥 또는 정맥으로 판단한다. 예를들어, RI'(x,y,f)가 기준값보다 크면 동맥으로, 적으면 정맥으로 판단한다. 여기서, 결정된 결과를 D(x,y,f)라 표시하였고, 픽셀을 동맥으로 표시하기 위해 D(x,y,f)를 '1'로, 정맥을 표시하기 위해 D(x,y,f)를 '0'으로 출력한다. 칼라 매핑부(65)는 동맥/정맥 판단부(64)에서 결정된 결과 즉, D(x,y,f)를 입력받아 속도매핑부(50)에서 인가된 혈류속도데이타 v(x,y,f)를 나타내는 픽셀에 어떤 색을 부과할 것인지 결정한다. 즉, 동맥으로 판단되면, 적색으로 표시하되 속도가 빠를수록 더욱 밝은 적색을, 속도가 느릴수록 어두운 적색으로 매핑한다. 또한, 정맥으로 판단되면, 청색으로 표시하되 속도가 빠를수록 더욱 밝은 청색을, 속도가 느릴수록 어두운 청색으로 매핑한다. 이렇게 매핑된 색상은 표시부에서 적절한 처리를 거친 후 디스플레이된다.
위와같이 계산된 수치를 이용하여 동맥/정맥을 구별하는 방법은 본 발명에 따른 하나의 실시예를 설명한 것으로, 혈류속도패턴을 이용하여 상술한 바와 다른 방법으로도 동맥 및 정맥을 구별할 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명의 동맥/정맥 구별 가능한 칼라 도플러 영상 시스템은 혈류정보로부터 혈관 종류를 결정하고, 이 결정된 혈관의 종류(동맥 또는 정맥)에 해당하는 일반적인 관습에 따라 동맥(artery)일때에는 적색으로, 정맥(vein)일때에는 청색으로 표시한다. 또한, 혈류의 진행속도에 따라 색상을 밝거나 어둡게 변화시켜 표시함으로써 정확한 혈류정보를 제공한다.

Claims (14)

  1. 초음파 칼라 도플러 영상 시스템에 있어서,
    대상체로부터 반사된 초음파에코신호로부터 혈류정보를 검출하기 위한 제1검출수단; 상기 검출된 혈류정보로부터 동맥과 정맥중 어느 혈관인지를 검출하기 위한 제2검출수단; 및 상기 검출된 현관의 종류가 색으로 서로 구분되로록 초음파 칼라 도플러 영상을 화면표시하기 위한 구별표시수단을 포함하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기혈류정보는 혈류속도인 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1검출수단은
    초음파 에코신호로부터 초음파 칼라 도플러 영상내의 각 픽셀위치에 대응하는 혈류속도 변와 패턴을 검출하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
    상기 혈류속도패턴의 시간적 변화에 따라 동맥/정맥을 구별하고, 구별된 결과에 따라 동맥을 제 1색상으로 정맥을 제 2색상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2검출수단은
    상기 제 1검출수단에서 검출한 혈류속도 변화 패턴에 따라 현관의 종류를 검출하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 상기 제 2검출수단은 동맥과 정맥의 혈류속도 변화의 폭이 서로 다름에 근거하여 현관의 종류를 검출하는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 상기 제 2검출수단은 상기 제 1검출수단에서 검출된 복수개 프레임들내의 각 픽셀의 혈류속도를 이용하여 동맥가 정맥을 구별하기 위한 파라미터를 계산하근 파라미터계산부; 및 상기 파라미터계산부에서 계산된 파라미터와 기설정된 기준파라미터를 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 각 픽셀이 동맥과 정맥중 어느 혈관에 속하는 지를 판단하는 동맥/정맥판단부를 구비하는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 파라미터는 저항력지수(RI)로,저항력지수(RI)는 R1=(max-min)/max이며, 여기서, max는 동일위치에 대응하는 픽셀들의 혈류속도 중에서 가장 빠른 혈류속도이고, min은 가장 느린 혈류속도를 나타내는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 파라미터는 박동지수 (PI)로, 박동지수(PI)는 PI=(max-min/avr)이며, 여기서, max는 동일위치에 대응하는 픽셀들의 혈류속도중에서 가장 빠른 혈류속도이고, min은 가장 느린 혈류속도이며, avr은 평균 혈류속도를 나타내는 초음파 칼라 도슬러 영상시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 칼라매핑부는 상기 혈류속도패턴 검출수단으로부터 인가되는 혈류속도패턴에 따라 혈류속도가 빠를수록 밝은 색을, 속도가 느릴수록 어두운 색으로 상기 픽셀에 색을 매핑하는 것을 특징으로 하는 초음파 칼라 도플러 영상 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 파라미터계산부에서 계산된 각 픽셀의 파라미터의 계산오류를 인접한 픽셀들의 파라미터간의 공간적 연산을 통해 보정하는 계산 오류보정부를 더 포함하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 구별표시수단은 상기 동맥/정맥판단부의 판단결과에 따라 상기 제 1검출수단에서 검출된 혈류속도를 나타내는 픽셀의 색을 결정하여 해당 색상으로 매핑하는 칼라매핑부를 구비하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 칼라매핑부는 상기 동맥/정맥판단부에서 동맥으로 판단되는 픽셀을 적색으로, 정맥으로 판단되는 픽셀들을 청색으로 매핑하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 칼라매핑부는 상기 제 1검출수단에서 검출된 혈류속도의 빠르기에 따라 밝기를 달리 하여 픽셀의 색을 매핑하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 상기 칼라매핑부는 혈류속도가 빠를수록 밝기 색을, 속도가 느릴수록 어두운 색으로 상기 픽셀에 색을 매핑하는 초음파 칼라 도플러 영상시스템.
KR1019970068857A 1997-12-15 1997-12-15 동맥/정맥구별이가능한초음파칼라도플러영상시스템 KR100255730B1 (ko)

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