초록 ▼

① 1세부 과제
최종목표
임상적 유용성이 있는 횡파 탄성 영상 초음파 진단기의 개발

개발내용 및 결과
■ 횡 탄성 조직 탄성 영상기술 알고리즘의 팬텀 및 동물팬텀 검증(한국지이초음파)
· 참여기관인 프로토 시스템(3세부과제 주관)와 연계하여 고안된 요소기술 탄성 팬텀 및 동물 팬텀으로 검증
· 고출력 범용 선형 탐촉자의 일반 해상도 및 탄성영상을 위한 검증
■ 횡파기능 및 관련 알고리즘 프로토 시스템 지원 (알피니언)
· 횡파 발생 기능 검증 및 알고리즘 개발 환경 지원
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① 1세부 과제
최종목표
임상적 유용성이 있는 횡파 탄성 영상 초음파 진단기의 개발

개발내용 및 결과
■ 횡 탄성 조직 탄성 영상기술 알고리즘의 팬텀 및 동물팬텀 검증(한국지이초음파)
· 참여기관인 프로토 시스템(3세부과제 주관)와 연계하여 고안된 요소기술 탄성 팬텀 및 동물 팬텀으로 검증
· 고출력 범용 선형 탐촉자의 일반 해상도 및 탄성영상을 위한 검증
■ 횡파기능 및 관련 알고리즘 프로토 시스템 지원 (알피니언)
· 횡파 발생 기능 검증 및 알고리즘 개발 환경 지원
· 횡파 발생 프로토타입 장비 안정화 및 통합
■ 동적 횡탄성 발생 기술 실험 및 최적화 (알피니언)
· 스크립트 환경을 통한 횡탄성 테스트 환경 최적화
■ Limited diffracted beam 을 이용한 횡파 발생 실험 (알피니언)
· Limited diffracted beam을 이용하여 횡파 발생 및 횡파 이미지 획득
■ 횡파변위 계산 알고리즘 개발 (대진대)
· autocorrelation을 근간으로 하는 변위 계산 방법
■ 새로운 횡파 발생법 개발 (대진대)
· sinc 음장 송신에 의한 음향 복사력 형성
■ 새로운 횡파 발생 및 측정방법 개발(대진대)
· elevational 방향으로 발생하는 횡파를 이용하여 횡파의 속도 영상을 구현
■ 횡탄성, 횡파 속도, 해상도관련 알고리즘 개발(서강대)
· 고속 횡파 유발 변위 모듈 구현
· 고속 횡탄성 재구성 알고리즘 개발 및 모듈 구현
■ 횡파관련 에 필요한 임상정보 및 타사 장비 정보 제공 (서울대학병원)

기술개발배경
기존 초음파 진단기는 B-모드와 Color/Doppler 모드를 기반으로 성숙된 기술로써 경쟁이 심화되어 있고, 그로 인해 산업부가가치가 저하되고 있어 이를 돌파할 새로운 기술 개발이 시급하게 요구된다. 기능성 초음파 영상기술 중 하나인 조직탄성 영상 기술 개발을 통한 차세대 초음파 진단기의 원천기술을 확보함으로써 세계시장에서 한국 초음파 산업의 위상을 한층 높이며, 초음파 진단기기의 고부가가치를 달성하고, 국내 진단 영상 기기산업과 관련된 부품업체들의 육성을 꾀할 수 있다.

핵심개발 기술의 의의
조직 탄성 영상기술개발은 먼저 개발한 선진국 회사들 중에서 두셋 업체 정도가 초기제품을 시장에 출시하는 초기 시장 단계이며 본 과제로 기술개발을 통해 국산화를 이룩하여 한국에서 제조하는 초음파 진단기의 기술 산업의 경쟁력을 강화하며 이러한 조직 탄성 영상기술을 제공하는 기능성 초음파 진단기기 상품화를 통해 수출 성장 동력의 구심점으로 삼는다.

적용 분야
기존 초음파 영상 기술은 질병이 발병되었을 것으로 예상될 때 이를 진단하기 위하여 주로 사용되어왔으나, 조직탄성기술 개발은 초음파 영상 기기의 이러한 기능 외에 조기 진단, 인체 기관의 기능 유무 판단, 치료 후의 감시등으로 확대될 수 있도록 하며, 이와 더불어 조기진단이나 환자 감시 등에서 사용되는 약품, 치료, IT등의 기술과의 시너지를 유발시킬 것으로 예상된다.

② 2세부 과제
최종목표
조영제와 인체 조직에서 반사된 신호를 이용하여 정상 조직과 병변 조직의 차이를 영상화할 수 있는 멀티 하모닉 영상화 기술을 개발하고, 하모닉 영상으로부터 병변 조직을 분석하고 자동 검출할 수 있는 기술을 개발하여 임상에 적용함으로써 효과적인 조기 암 진단에 활용하는 것을 목표로 한다.

개발내용 및 결과
■ CTR 향상을 위한 기술 개발 (서강대)
· 고속 하모닉 검출 기술 실시간 구현 기술 개발
· 멀티 하모닉 영상 기술 최적화
· 하모닉 펄스 압축 기술 개발
■ 하모닉 신호의 SNR 개선을 위한 기술 개발 (서강대)
· 하모닉 펄스 압축 기술 개발
■ 하모닉 영상에 사용되는 하모닉 주파수 개수 증가를 위한 기술 개발(서강대)
· 하모닉 펄스 압축 기술 개발
■ 초음파 조영제 하모닉 신호 크기 향상을 위한 기술 개발 (서강대)
· 초음파 조영제의 균일화 및 최적 주파수 도출
■ 표적 지향적 초음파 조영제의 암 진단 효과 개선을 위한 기술 개발 (서강대)
· 암 주위 신생혈관을 표적화하는 표적 지향적 초음파 조영제 개발 및 영상효과 검증
■ 나노메디슨이 결합된 초음파 조영제의 항암 치료 효과 개선을 위한 기술 개발 (서강대)
· 항암제를 함유하는 단백질 기반의 나노입자 개발
· 나노메디슨과 개발된 초음파 조영제의 융합
■ 초음파 영상 내 조영제 유동 추적 정확도 향상을 위한 기술 개발 (동국대)
· 조영제 유동 추적 성능 향상을 위한 전처리 알고리즘 개발
· Optical Flow 특성 기반의 조영제 유동 추적 기법 개발
■ 초음파 영상 내 조영제 유동에 대한 시간적 특성 정량화 성능 향상을 위한 기술 개발 (동국댸)
· 특징 영역에 대한 평가지표 추출 알고리즘 개발
· 상용 팬텀 및 임상 영상을 통한 성능 검증 및 최적화
■ 초음파 하모닉 영상 병변 검출 시스템 성능 향상을 위한 기술 개발 (동국대)
· 초음파 하모닉 영상의 병변 특징 분석 및 추출 기법 개발
· 초음파 하모닉 영상 내 병변 분할 기술 개발
· 초음파 영상에서의 통합 병변 검출 및 분류 기술 개발
■ Arbitrary Wavefrom Generator 시스템 개발, 연구용 스크립트 제공 (알피니언)
· AWG 시스템 안정화 및 시제품 지원
· Script를 이용한 AWG 개발환경 개선 및 기능추가

기술개발 배경
기존 초음파 영상은 기능적 정보를 제공함에 있어 사용 가능한 요소 기술이 도플러 정보를 이용한 기능성 영상으로 한정되어 있기 때문에 병변조직 진단에 임상의의 경험에 크게 의존하고 있다. 초음파 특성화 기술 중 하모닉 영상 기법은 초음파가 매질을 진행함에 있어 매질에 의해 초음파의 파형이 비선형 왜곡을 일으켜 고조파를 발생시키는 특성을 이용하는 것으로 인체 내에서 초음파가 진행함에 따라 발생하는 artifact의 제거가 용이하며 영상의 해상도와 대조도를 향상시킬 수 있다.

핵심개발 기술의 의의
초음파 하모닉 영상은 해상도 및 대조도 측면에서 기본 주파수를 이용한 초음파 영상보다 우수하여 병변 진단에 유용하게 사용되며 특히 조영제(Contrast agnet)를 이용한 하모닉 영상 기술은 현재 세계의 주요 초음파업체(Siemens, Philips, GE, Hitachi 등)에서 특화된 기술을 개발하는 차별화 전략을 통해 하모닉 초음파 영상 시장을 선점하고 있다. 하지만 국내의 경우 고유의 하모닉 영상 기술이 개발되지 못하였고 조영제 제조 기술은 전무한 상태로 대부분 수입에 의존하고 있어 하모닉 초음파 영상 시장에서 후진 주자에 머물러 있는 실정이다.
멀티 하모닉 영상 기술은 기존 2차 고조파 하모닉 영상의 한계인 Contrast-to-tissue ratio(CTR)을 극대화할 수 있어 진단 효율성을 높일 수 있는 기술로 현재 세계적으로 대학기관을 중심으로 활발히 연구가 진행되고 있는 분야이다. 또한 개발된 멀티 하모닉 기술의 진단 효율성을 극대화시키기 위해서 자동으로 병변을 검출하는 기술을 개발하였다. 이러한 자동병변 분류 시스템은 의사가 병변 을 보다 쉽고 객관적으로 볼 수 있게 하여 진단 시간을 최소로 줄일 수 있는 기술이다.

적용 분야
초음파 하모닉 영상, 병변 (암) 진단, 병변 검출 시스템, 유전자 치료제 개발

③ 3세부 과제
최종목표
초고속 기능성 초음파 영상 진단 시스템 제품화
동적 횡탄성 및 멀티하모닉 등의 기능 구현 위한 플랫폼 개발

개발내용 및 결과
■ 기능성 초음파 진단장치의 준양산 시제품 개발 (알피니언)
· Analog Front-end 성능 개선 및 시제품 보완 제작
· S/W 기반 플랫폼을 공유하는 2가지 타입(기존 펄서, 임의파형)의 시제품으로 제품화 및 1,2세부 개발 내용을 통합.
· 개별 모듈 별 요구사항 테스트, Stress test, Automatic test 등을 통해 단계별 안정성 확보 진행.
· Bug tracking 시스템을 통한 safety issue 및 리스트 관리.
■ 기존 초음파 진단 장치의 영상 모드 및 기능 개발 (알피니언)
· General Imaging 개발 및 S/W 추가 개발 및 통합
· 초고속 병렬 빔포밍 시스템의 장점을 적용한 성능 향상
· 성능 평가를 위한 Probe-Preset 구조 및 최적화 프로그램 개발
■ 내부 임상시험 및 성능 검증 (알피니언)
· 최적화된 영상을 평가 후 추가적인 IOP(Image Optimization) 진행
· 제품의 workflow와 user interface를 점검.
· KFDA 인증 획득 전 내부에서 Volunteer를 통해 임상시험 진행.
■ Reliability Test를 통한 개발한 시제품의 신뢰성 검증 (알피니언)
· Stress & MTBF 통과
· 온/습도 환경시험 통과
· 기구 신뢰성 통과
■ 시제품의 Compliance 테스트 완료 및 국내외 인허가 진행 (알피니언)
· 전기안정성 시험 그리고 전자파 시험
· 국제규격 IEC60601-1 규격 작업
· 국제규격 60601-2-37 규격 작업
· 국내 KFDA승인 작업
■ CUDA를 이용한 GPU기반 초고속 병렬 초음파 영상 신호 처리 구현 (서강대)
· 2세부에서 개발한 ADQDM 및 Nonlinear chirp compression 알고리즘 최적화
· Adaptive dynamic quadrature demodulatoion (ADQDM) 및 Nonlinear chirp compression 알고리즘의 초고속 병렬 처리 구현
· 기능성 초음파 영상 시스템에 구현된 GPU 모듈 통합
■ 초음파 하모닉 영상 처리 구현 (서강대)
· 1회 송수신으로 여러 주파수 대역의 영상을 합성 (합성 가능한 초음파 개수 : 3개)

기술개발 배경
횡탄성 영상 및 하모닉 영상 기법등의 기능성 초음파 영상 기법들을 탑재한 선진국들의 High-end급 장비들과의 경쟁 필요
간경화, 간암, 유방암, 심장 및 혈관 질환등의 진단에 횡탄성 영상 기법 및 하모닉 영상 기법들에 대한 시장 요구도 증가
신기술 및 기능을 보다 빠르게 개발하고 추가할 수 있는 flexible한 시스템의 개발 필요성 증가
국내 기술의 경쟁력 확보를 위한 신기술 개발의 필요성 증가

핵심개발 기술의 의의
선진국들의 High-end급 장비들과의 시장 경쟁의 우위 확보 가능(횡탄성 영상 및 하모닉 영상 기법)
미래 경쟁력을 위한 새로운 신기술 개발 (고해상도 심초음파 시스템, 고속 고해상도 3D/4D 초음파 시스템등)의 플랫폼 시스템 제공
잠재적 시장 요구에 대한 경쟁력 확보
개발 완료 후 3년 내 새로운 세계 시장의 개척 가능성

적용 분야
새로운 고기능 영상 기법 연구를 위한 연구용 초음파 진단 장비
고성능 기능성 영상 초음파 진단 장비
횡탄성 영상 기법 및 고해상도 하모닉 영상 기법을 이용한 Lesion detection 및 치료 영역 모니터링 기능을 활용한 초음파 암 치료기(HIFU)의 영상 가이드용 초음파 진단 장비

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 34목차 ... 47제 1 장 서론 ... 48 제 1 절 과제의 개요 ... 48제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 60 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 60 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 66 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 75 제 4 절 수행 결과의 보안 등급 ... 124 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 124제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 125 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 125 1. 연구개발 추진 일정 및 달성도 ... 125 2. 연구개발 추진 실적 ... 130 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 141 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 141 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 147 제 4 절 고용 창출 효과 ... 151 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 153끝페이지 ... 154