TW201325556A - 超音波能量轉換裝置以及超音波成像系統與方法 - Google Patents

Abstract

一種超音波能量轉換裝置，包括由多個超音波能量轉換單元組成的一超音波能量轉換陣列，用以接收與傳送一超音波。一脈衝控制器輸出多個脈衝訊號分別控制該些超音波能量轉換單元，其中藉由該些脈衝訊號的輸出延遲，使所傳送的該超音波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向。脈衝控制器可以對應一目標區域，僅啟動該些超音波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。

Description

超音波能量轉換裝置以及超音波成像系統與方法

本揭露是有關於一種超音波能量轉換裝置以及超音波成像系統與方法。

超音波影像已有廣泛的應用，其中在醫學的應用甚為普遍，例如可以得知人體內部器官的狀態。

醫用超音波影像設備有容易存取、價格低廉、安全性等特性，使得近年來的運用普及率漸漸高於其他的醫學影像技術。然而，超音波設備所產生出來的影像必須要有足夠的成像品質來提供正確的臨床診斷與分析。要有高影像解析度的超音波影像成像技術，其例如是多點聚焦發射方式，然而其會降低影像成像速度，進而影像動態掃描速率。因此影像解析度與成像速度這兩點常需有所取捨。

超音波影像合成孔徑聚焦技術(SAFT,Synthetic Aperture Focusing Technique)最早於1980年代就被提出，且被認定為是一種有效提升影像解析度又不至於降低太多影像動態掃描率的方法。SAFT技術可將接收的超音波通道訊號(channel data)於時域或是頻域上進行分析。

近年來，對於超音波醫學診斷的新應用，例如3D超音波、心臟超音波、與彈性影像等需求開始大幅增加，因此若能達成高速成像的條件就能夠至少應用於上述超音波等成像方式，才能提供給醫師作為臨床診斷更多的參考與依據。

本揭露提出一種超音波能量轉換裝置，包括一超音波能量轉換陣列與一脈衝控制器。超音波能量轉換陣列由多個超音波能量轉換單元所組成，用以接收與傳送一超音波。脈衝控制器輸出多個脈衝訊號分別控制該些超音波能量轉換單元，其中藉由該些脈衝訊號的輸出延遲，使所傳送的超音波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向。脈衝控制器可以對應一目標區域，僅啟動該些超音波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。

本揭露提出一種超音波成像系統，包括超音波能量轉換陣列、前級影像處理器與後級影像處理器。超音波能量轉換陣列，由多個超音波能量轉換單元(或陣元)所組成，其中該些超音波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的一部分。該超音波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電訊號。前級影像處理器接收該些電訊號以處理成對應的多個數位子影像。後級影像處理器將該些數位子影像經過相位修正與解調後，更將該些數位子影像做重合以得到一超音波影像。

本揭露提出一種超音波成像超音波成像方法，包括提供一超音波能量轉換陣列，其中該超音波能量轉換陣列是由多個超音波能量轉換單元所組成，該些超音波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的一部分，其中該超音波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電訊號。此成像方法還包括進行第一次超音波成像，其包括啟動全部該些超音波能量轉換單元，並接收由一偵測目標反射回來的一零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波；進行一前級影像處理步驟，接收該超音波能量轉換陣列傳來的該些電訊號，且處理該些電訊號成為多個數位子影像；以及進行一後級影像處理步驟，將該數位子影像經過相位修正與解調後，更將該些數位子影像做重合以得到一第一超音波影像，其中從該第一超音波影像中決定該目標區域。此成像方法還包括進行一第二次超音波成像，包括根據該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的該部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的該部分，重覆接收由該偵測目標反射回來的該零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少該對非零度波前反射波；重覆進行該前級影像處理步驟；以及重覆進行該後級影像處理步驟，得到僅屬於該目標區域的一第二超音波影像。成像方法還包括將該第一超音波影像與該第二超音波影像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超音波影像，且該第二超音波影像與該第三超音波影像再進行一關聯運算得到一第四超音波影像。

為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本揭露的高速超音波成像機制包含使用多個超音波能量轉換單元組成單一陣列或多個陣列的超音波能量轉換裝置(ultrasound transducer)當作超音波探頭，以發射平面波。陣列式由多個超音波能量轉換單元所組成的多個通道，以發射一平面波。超音波探頭的孔徑大小可藉由控制通道的開啟數量來調整。又藉由對通道的輸出時間的控制，也可以調整超音波探頭有不同入射角度，以進行超音波發射。之後，回波訊號接收後可以在頻域上進行一系列的處理。

超音波探頭的孔徑大小調整除了可以直接控制陣列對應目標區域(ROI，region of interest)的通道啟動範圍外，也可以藉由選擇性處理與目標區域相對應的通道訊號即可。也就是說，例如超音波能量轉換裝置的全部通道可以發射與接收，但是僅針對選擇的目標區域的通道做後續處理，以減省影像處理時間。不同入射角度的訊號被接收與處理後得到多個子影像。對這些子影像再進行影像重合(image compounding)重建出新的影像。

經此方式進行超音波造影可降低超音波發射能量，達到安全性與節省電能消耗的應用目的，並且選擇性的處理通道訊號可大幅減少訊號處理的時間並提高成像速度(frame rate)，且使用影像重合的技術能夠有效降低斑紋雜訊(speckle noise)並提升影像解析度(lateral resolution)。

以下舉一些實施例來說明，但是本揭露不僅限於所舉的實施例。

要得到高速成像的方式其一，例如可以採用使超音波發射源產生平面波訊號的發射方式。其只需透過單一次的超音波訊號發射，再經探頭接收後便能合成出一張影像，能有效減少超音波發射與接收的等待時間並使得成像速度大幅提升。但是這種發射方式由於缺乏超音波訊號的聚焦性與強度，因此造成超音波回波訊號相對較小，使得接收端訊號雜訊比(SNR,Signal-to-Noise Ratio)、影像對比度(image contrast)、與空間解析度(spatial resolution)都低於傳統超音波聚焦發射型式所得之影像。本揭露提出的方法是以控制陣列式超音波探頭中被開啟的陣元數量，以達到孔徑控制(aperture adjust)進行平面波(plane wave)發射。利用陣列的每一個陣元間發射時間的延遲(time delay)方式可以控制超音波探頭產生不同入射角度的入射方式進行平面波發射。

於本揭露，由於探頭發射超音波能量時不需要每一個通道皆參與發射，其每一個通道的訊號發射與接收皆對應其中一個探頭陣元，且可透過多工器(MUX)的選擇，控制通道與陣元的對應關係，藉此通道選擇的方式能夠進行孔徑控制，而孔徑控制方式進行超音波造影可降低超音波發射能量，達到安全性與節省電能消耗的應用目的。在超音波在造影時，若探頭與組織器官間有相互運動時則可能造成假影(motion artifact)的現象。本揭露不必將所有陣元接收的通道訊號都進行處理，只選擇性的處理目標區域相對應的通道訊號即可，則可大幅減少訊號處理的時間並提高成像速度，因此可有效降低假影產生的情況，可以在心臟超音波，血管造影等的應用。本揭露將接收回波所產生的通道訊號在頻域上進行一系列的運算處理，避免傳統方式在時域訊號做延遲加總(delay and sum)的處理方法，可能有效提升運算速度。又，使用影像重合的技術能夠有效降低斑紋雜訊(speckle noise)的產生，因而提升影像解析度(lateral resolution)。

圖1繪示依據本發明一實施例，超音波發射機制示意圖。在本實施例中，超音波係為一平面波。參閱圖1，超音波112的發射可以藉由一發射模組100的脈衝控制器120來控制，控制所有通道之脈衝訊號的發射延遲量102為一致時，則可於每一通道在同時間內產生相同的脈衝訊號104而產生平面超音波。如此，超音波112的波前(wave front)114之行進方向116是垂直於超音波能量轉換陣列108的陣列平面。

每一脈衝訊號104會激發超音波能量轉換陣列108中的每一超音波能量轉換單元110，且每一超音波能量轉換單元110皆可用以發射或接收超音波112，而發射行進方向116如圖1所示。假設垂直於超音波能量轉換陣列108的角度定義為零度。超音波能量轉換單元110例如是壓電材料，依照電性的脈衝訊號104激發振動以產生超音波112。反之，當接收反射回來的超音波時，也會產生電訊號由接收模組150(圖1未示出)接收，以後續處理組成影像。

圖2繪示依據本發明一實施例，超音波發射機制示意圖。參閱圖2，其先描述發射的機制。如果要改變發射的超音波112的波前114角度，發射模組100中的脈衝控制器120可以控制脈衝訊號104之間的時間延遲。詳細來說，調整每一個通道之脈衝訊號的發射延遲量102，使每個通道的發射延遲時間依序增加，則可控制每個通道之脈衝訊號104依序激發超音波能量轉換單元110，如此超音波112的波前114的行進方向116會改變，不再是垂直出射於超音波能量轉換陣列108的陣列平面。

基於上述的操作機制，就實際的操作，於一次的成像，會發出三個以上的奇數個超音波112，其包括圖1的零度以外，藉由圖2的機制，也包含正負角度對稱的兩個超音波112。圖3繪示依據本發明一實施例，超音波能量轉換裝置之示意圖。

參閱圖3也同時參閱圖1的對應部分，超音波能量轉換裝置包括一脈衝控制單元120與一超音波能量轉換陣列108。超音波能量轉換陣列108由多個超音波能量轉換單元110所組成，構成平面的一陣列。脈衝控制器120輸出多個脈衝訊號104分別控制對應的多個超音波能量轉換單元110，其中藉由這些脈衝訊號104的輸出延遲，可以使所傳送的超音波112的平面波前114，依照控制以有不同的行進方向116。

於此，脈衝控制器120可對應一目標區域，僅啟動這些超音波能量轉換單元110的一些數量。這些數量是對應目標區域做傳送與接收。

脈衝控制器120可以包括一延遲控制單元122與高壓脈衝單元124，藉由延遲控制單元122的時間延遲調整高壓脈衝單元124所產生脈衝訊號104的時間。超音波能量轉換陣列108接收高壓脈衝單元124產生的脈衝訊號104，進而使超音波能量轉換陣列108產生超音波112，其平面波前114如圖3所示。於本實施例中，實線的波前114的行進方向116是零度。另外以零度為中心，正/負偏離一個角度，例如1°/-1°，發出兩個角度對稱的超音波112。此兩個波前角度對稱的超音波112的效用有助於消除影像的旁瓣(sidelobe)雜訊，其會於後面說明。

圖4繪示依據本發明一實施例，超音波發射孔徑與目標區域的控制示意圖。參閱圖4，對於超音波能量轉換陣列108而言，其包含多個超音波能量轉換單元110，超音波能量轉換單元110可以依照一目標區域108b所需要的一孔徑而僅啟動超音波能量轉換單元110的一部分，或是僅取被啟動的超音波能量轉換單元110中的一部分，但並不以此為限。在本實施例中，取超音波能量轉換單元110組成的其中一列超音波能量轉換陣列108來說明，其可以僅在目標區域108b的超音波能量轉換單元110被啟動，而其它在非目標區域108a與108c的超音波能量轉換單元110沒有被啟動，因此超音波的成像範圍僅在目標區域108b。也就是說，在本實施例中，超音波發射的孔徑僅在於目標區域108b。

本揭露採用僅針對目標區域且僅啟動對應的部分，如此可以至少減少成像所需要的處理時間。而超音波所耗用的能量也可以減省。

以下描述接收機制。圖5繪示依據本發明一實施例，超音波成像系統的功能方塊示意圖。參閱圖5，超音波成像系統500也包含一接收模組150與一超音波能量轉換陣列108。當發射模組100控制超音波能量轉換陣列108發出多個平面超音波112後，這些超音波112會從偵測目標，例如人體組織反射，形成一反射波200回到超音波能量轉換陣列108，被接收模組150接收。於此，基於反射的自然現象，反射回來的反射波200的波前不維持平面，而是會具有不同波前角度，但是仍對應發出的奇數個超音波112，即反射波的數量也是奇數個，包含一個零度波前反射波以及正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波。詳細來說，超音波能量轉換陣列108接收到不同波前角度的反射波200後，將反射波200轉換成多個電訊號，傳送至接收模組150。

接收模組150係包含前級影像處理器151與後級影像處理器152。其中前級影像處理器151係執行前級影像處理步驟，即接收超音波能量轉換陣列108傳來的電訊號，以處理成對應的多個數位子影像。後級影像處理器152係執行後級影像處理步驟，即將這些數位子影像經過相位修正與解調後，更將這些數位子影像做重合以得到一超音波影像。此外，超音波成像系統500更包含如圖3的脈衝控制器120，其作用的機制與功能與前述相同，在此並不予以贅述。

詳細來說，前級影像處理器151包含通道資料單元204、前級處理單元206與類比到數位轉換單元208。通道資料單元204係接收超音波能量轉換陣列108傳來對應反射波200所轉換的電訊號。之後，前級處理單元206對這些接收的電訊號做前級處理，包括進行訊號放大，濾除雜訊等，以得到多組的前級放大訊號。之後，類比到數位轉換單元(ADC)208接收這些前級放大訊號後，將這些前級放大訊號轉換成多個數位子影像。

後級影像處理器152係包含內插(interpolation)與快速傅利葉轉換(FFT)單元209，209’、相位修正(phase correction)單元218、反快速傅利葉轉換(inverse FFT,iFFT)單元220、解調(demodulation)單元222、子影像重合(image compounding)單元224與目標區域關聯處理單元226。

本揭露採用的成像機制是在頻域下做較快速的相位修正，之後才得到平面的時域影像。因此，前述的數位子影像需要做快速傅利葉轉換。然而，從類比反射波訊號轉換成數位訊號後會有取樣點數不足的問題，需要增加取樣點。

因此，內插與快速傅利葉轉換單元係進行內插與快速傅利葉轉換步驟，即將數位子影像分別進行取樣點內插與快速傅利葉轉換，產生多個頻域數位子影像。其中內插與快速傅利葉轉換單元209係包含內插單元210與二維快速傅利葉轉換(2D FFT)單元212。另一種方式的內插與快速傅利葉轉換單元209’係包含二維快速傅利葉轉換(2D FFT)單元214與內插單元216。其例如採用內插與快速傅利葉轉換單元209，先使用一內插單元210在時域下進行取樣點內插，增加取樣點數(upsampling)，再以二維快速傅利葉轉換單元212，對該內插單元210完成後的影像點陣進行時域到頻域的轉換，以得到多個頻域子影像。另一種方式是採用內插與快速傅利葉轉換單元209’，先以二維快速傅利葉轉換單元214先對數位子影像進行時域到頻域的轉換，以得到多個頻域子影像，再藉由內插單元216對這些頻域子影像分別進行取樣點內插，以增加取樣點數。

經過時域到頻域的轉換後，前述的這些頻域數位子影像由相位修正單元218接收，並進行相位修正。接著，修正後的頻域數位子影像再由反快速傅利葉轉換單元220轉換成時域的多個影像。

由於實際的影像資料是負載在超音波的基頻上。要得到影像深淺的變化需要由解調單元222將時域的這些影像解調，並移除基頻成份(baseband data)，如此可得到對應各波前角度反射波的子影像。

可了解的是，每一個子影像是對應一個波前角度的反射波，都會經過前述的後級影像處理所得到。也就是說，這些子影像包括對應波前角度為零度的子影像，至少也包括在正與負方向偏離相同波前角度的兩個子影像。依照實際需要，可以有更多波前角度的反射波資訊。由於角度是對稱，其有助於消除影像雜訊，會於後述。

當獲得多個子影像後，子影像重合單元224會將子影像重合成超音波影像。

於此，如果取更多對應不同波前角度的子影像做子影像重合的效果會更好，但是相對的會較耗時。因此可以適當取一些數量的子影像進行重合即可。至於各子影像中殘留的影像雜訊，例如旁瓣的雜訊可以利用子影像重合單元224進行重合以消除影像雜訊。

以下先描述子影像消除影像雜訊的機制。圖6A-6C繪示超音波在不同波前角度所獲得子影像示意圖。參閱圖6A，超音波能量轉換陣列108以-10°的波前角度對偵測目標109成像，其所得到的子影像230強度的分佈如圖6A下圖所示。圖6A下圖的橫座標代表相對於偵測目標109在超音波能量轉換陣列108橫向位置，縱座標代表與超音波能量轉換陣列108的距離。在中心的亮點是偵測目標109在實際所處位置的影像強度，也就是主瓣(mainlobe)的影像。然而由於平面波反射的自然效應，在其它位置會有旁瓣(sidelobe)的影像雜訊。

相同現象，圖6B以波前角度零度發射對偵測目標109成像的子影像232，在偵測目標109的實際位置的強度仍會出現區域(local)的主瓣影像，而旁瓣影像的延伸方向的會略有不同。圖6C以10°的波前角度發射對偵測目標109成像的子影像234，在偵測目標109的實際位置的散射點(scatter point)強度仍會出現區域(local)的主瓣影像，而旁瓣影像的延伸方向與圖6A的旁瓣影像是趨向對稱。如果將這些影像重合，由於主瓣影像相對會加強，而旁瓣影像相對會減弱，經過臨界值的濾除後，主瓣影像則是成像的內容。

圖7繪示依據本發明一實施例，不同數量子影像重合模擬示意圖。參閱圖7，在圖a表示除了波前角度零度出射的超音波以外，還包括波前角度10°與-10°發射的兩個超音波，其三個子影像重合的結果即如圖6A、圖6B與圖6C的子影像230、232與234的重合後，其旁瓣影像仍存在。在圖b~d表示更增加其它波前角度發射的超音波之子影像的重合結果。從模擬的影像重合效果可以看出更多波前角度的超音波之子影像重合後，其旁瓣影像更容易消除。然而，更多的波前角度發射的超音波會耗費更多影像處理的時間。因此，一般例如僅產生五個子影像的重合即可，而其旁瓣影像可再藉由其它關聯度運算機制消除。

本揭露提出對目標區域進行關聯度運算，係由圖5所示超音波成像系統500中之目標區域關聯處理單元226所執行。圖8繪示依據本發明一實施例，根據目標區域進行關聯度運算的機制示意圖。參閱圖5及圖8，在第一次成像時，超音波能量轉換陣列108第一次取得的超音波影像是第一超音波影像250。此時由於目標區域尚未選取，因此超音波能量轉換陣列108中的超音波能量轉換單元全部被啟動。之後，在第一超音波影像250中決定目標區域302，其他部分的影像則屬於非目標區域300。在決定目標區域302後，如圖4的方式，控制超音波能量轉換陣列108依照目標區域302所需要的孔徑而僅啟動超音波能量轉換陣列108中對應目標區域302的區域108b，重複上述之前級影像處理步驟與後級影像處理步驟，以得到僅屬於目標區域302的第二超音波影像260。

如此，將第一超音波影像250與第二超音波影像260針對目標區域的資料進行關聯運算，例如是相關係數(cross correlation)運算，並以此係數作為影像調整加權值，將第一超音波影像250與第二超音波影像260調整後可得到一個較高品質的第三超音波影像，例如提升解析度，對比度，訊雜比等。此方式可於相同的區域影像進行重複的處理。例如，經過第一超音波影像250與第二超音波影像260相關係數運算後所得到第三超音波影像，可以再將第二超音波影像260與第三超音波影像進行關聯運算，其如前述的相關係數運算，之後得到第四超音波影像262，依此類推。

然而相關係數運算的方式不限於上述的方式，其也可以連續前後兩張超音波影像作相關係數的運算，例如是在取得第二超音波影像後，直接連續量取新的一第五超音波影像，將連續量取的第二超音波影像與第五超音波影像進行關聯運算以得到良好影像品質的第六超音波影像，但是這取決於所耗時間與所要影像解析度之間的要求程度。

圖9繪示依據本發明一實施例，相關係數運算的機制與效果示意圖。參閱圖9，以點擴散函數(Point Spread Function)為例，同一個點的仿體，利用兩種不同的超音波掃瞄方式，超音波影像310是原先之點擴散函數為理想的點擴散函數，其主瓣窄、旁瓣低。超音波影像312的點擴散函數為非理想的點擴散函數，其主瓣寬、旁瓣高。兩者的點擴散函數利用相關係數運算後得到權重地圖(correlation map)314，其主瓣位置的權重值高、旁瓣位置的權重值低。將超音波影像312的點擴散函數以乘法器316乘上權重地圖314，此權重後的點擴散函數的超音波影像318的主瓣變窄、旁瓣變低，如此影像品質得以改善。

換句話說，在圖5的子影像重合(image compounding)單元224，其子影像的數量無需過多。而殘留的影像雜訊另可以利用目標區域關聯處理單元226的處理以較簡易方式消除影像雜訊。

圖10繪示依據本發明一實施例，超音波成像系統示意圖。參閱圖10，超音波成像系統包括超音波能量轉換陣列400、發射模組412、接收模組404、處理器408、顯示器410。發射模組412係包含多工器402、發射接收切換單元403與高壓脈衝單元124，發射模組412的功能如圖1的發射模組100。接收模組404的功用如圖5的接收模組150。高壓脈衝單元124與接收模組404透過多工器402的切換與超音波能量轉換陣列400耦接以達到發射與接收超音波的操作。且當高壓脈衝單元124進行脈衝訊號104發射時，發射接收切換單元403會形成類似一高組抗元件以阻絕高壓脈衝訊號104進入接收模組404端以保護模組元件，當高壓脈衝訊號104發射出去後，發射接收切換單元403又會形成類似低組抗元件以接收來自超音波能量轉換陣列400接收之回波訊號。當接收模組404得到所有通道之超音波回波訊號後透過處理器408進行一系列的訊號資料處後可以顯示於顯示器410。

於此，處理器408雖然繪示成獨立的一個單元，但是處理器408在實際上可以整合處理發射模組412、接收模組404以及顯示器410上所需要處理的控制與運算。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．發射模組

102．．．發射延遲量

104．．．脈衝訊號

108．．．超音波能量轉換陣列

108a、108b、108c．．．區域

109．．．偵測目標

110．．．超音波能量轉換單元

112．．．超音波

114．．．波前

116．．．行進方向

120．．．脈衝控制器

122．．．延遲控制單元

124．．．高壓脈衝單元

150．．．接收模組

151．．．前級影像處理器

152．．．後級影像處理器

200．．．反射波

204．．．通道資料單元

206．．．前級處理單元

208．．．類比到數位轉換單元

209、209’．．．內插與快速傅利葉轉換單元

210．．．內插單元

212、214．．．二維快速傅利葉轉換單元

216．．．內插單元

218．．．相位修正單元

220．．．反快速傅利葉轉換單元

222．．．解調單元

224．．．子影像重合單元

226．．．目標區域關聯處理單元

230、232、234．．．子影像

250．．．第一超音波影像

260．．．第二超音波影像

262．．．第四超音波影像

300．．．非目標區域

302．．．目標區域

310、312．．．超音波影像

314．．．權重地圖

316．．．乘法器

318．．．超音波影像

400．．．超音波能量轉換陣列

402．．．多工器

403．．．發射接收切換單元

404．．．接收模組

408．．．處理器

410．．．顯示器

412．．．發射模組

500．．．超音波成像系統

圖1繪示依據本發明一實施例，超音波發射機制示意圖。

圖2繪示依據本發明一實施例，超音波發射機制示意圖。

圖3繪示依據本發明一實施例，超音波能量轉換裝置示意圖。

圖4繪示依據本發明一實施例，超音波發射孔徑與目標區域的控制示意圖。

圖5繪示依據本發明一實施例，超音波成像系統的功能方塊示意圖。

圖6A-6C繪示超音波在不同波前角度所獲得子影像示意圖。

圖7繪示依據本發明一實施例，不同數量子影像重合模擬示意圖。

圖8繪示依據本發明一實施例，根據目標區域進行關聯運算的機制示意圖。

圖9繪示依據本發明一實施例，相關係數運算的機制與效果示意圖。

圖10繪示依據本發明一實施例，超音波成像系統示意圖。

150．．．接收模組

151．．．前級影像處理器

152．．．後級影像處理器

108．．．超音波能量轉換陣列

200．．．反射波

204．．．通道資料單元

206．．．前級處理單元

208．．．類比到數位轉換單元

210、216．．．內插單元

212、214．．．二維快速傅利葉轉換單元

218．．．相位修正單元

220．．．反快速傅利葉轉換單元

222．．．解調單元

224．．．子影像重合單元

226．．．目標區域關聯處理單元

Claims (15)

1. 一種超音波能量轉換裝置，包括：一超音波能量轉換陣列，由多個超音波能量轉換單元所組成，該超音波能量轉換陣列用以接收與傳送一超音波；一脈衝控制器，輸出多個脈衝訊號分別控制該些超音波能量轉換單元，其中藉由該些脈衝訊號的輸出延遲，使所傳送的該超音波的平面波前，依照控制以有不同的行進方向，其中，該脈衝控制器可對應一目標區域，僅啟動該些超音波能量轉換單元的一對應部分做傳送與接收。
2. 一種超音波成像系統，包括：一超音波能量轉換陣列，由多個超音波能量轉換單元所組成，其中該些超音波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的一部分，其中該超音波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電訊號；一前級影像處理器，接收該些電訊號以處理成對應的多個數位子影像；以及一後級影像處理器，將該些數位子影像經過相位修正與解調後，更將該些數位子影像做重合以得到一超音波影像。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，更包括一脈衝控制器，輸出多個脈衝訊號分別控制該些超音波能量轉換單元，其中藉由該些脈衝訊號的輸出延遲，以傳送一超音波，該超音波的平面波前依照控制以有不同的行進方向，其中，該脈衝控制單元可以對應該目標區域，僅啟動該些超音波能量轉換單元的一些數量，該些數量係對應該目標區域做傳送與接收。
4. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，其中該前級影像處理器包括：一通道資料單元，接收該超音波能量轉換陣列對應該些反射波所轉換的該些電訊號；一前級處理單元，將該些電訊號進行放大與濾除雜訊，得到多組前級放大訊號；以及一類比到數位轉換單元，接收該些組前級放大訊號，以轉換成該些數位子影像。
5. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，其中該後級影像處理器包括：一內插與快速傅利葉轉換單元，該些數位子影像分別進行取樣點內插與快速傅利葉轉換到多個頻域數位子影像；一相位修正單元，接收該些頻域數位子影像，進行相位修正；一反快速傅利葉轉換單元，將修正後的該些頻域數位子影像轉換成在時域的多個影像；一解調單元，將時域的該些影像解調，移除一基頻成份後得到多個子影像；以及一子影像重合單元，將該些子影像重合成該超音波影像。
6. 如申請專利範圍第5項所述之超音波成像系統，其中該內插與快速傅利葉轉換單元包括：一內插單元，在時域下進行取樣點內插，增加取樣點數；以及一二維快速傅利葉轉換單元，對該內插單元完成後的一影像點陣進行時域到頻域轉換，以得到該些頻域子影像。
7. 如申請專利範圍第5項所述之超音波成像系統，其中該內插與快速傅利葉轉換單元包括：一二維快速傅利葉轉換單元，對該些數位子影像進行時域到頻域轉換，以得到該些頻域子影像；以及一內插單元，對該些頻域子影像分別進行取樣點內插，增加取樣點數。
8. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，其中該些反射波的數量是奇數個，包含一個零度波前反射波以及正負波前角度對稱的至少一對反射波。
9. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，更包括一目標區域關聯處理單元，其中該超音波能量轉換陣列在第一次取得該超音波影像時是一第一超音波影像，該些超音波能量轉換單元全部被啟動，並且從該第一超音波影像決定該目標區域，以控制該超音波能量轉換陣列依照該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的該部分或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的該部分，以取得一第二超音波影像，其中該第一超音波影像與該第二超音波影像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超音波影像，且該第二超音波影像與該第三超音波影像再進行一關聯運算得到一第四超音波影像。
10. 如申請專利範圍第2項所述之超音波成像系統，更包括一目標區域關聯處理單元，其中該超音波能量轉換陣列在第一次取得該超音波影像時是一第一超音波影像，該些超音波能量轉換單元全部被啟動，並且從該第一超音波影像決定該目標區域，以控制該超音波能量轉換陣列依照該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的該部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的該部分，以取得一第二超音波影像，其中根據直接連續量取新的一第五超音波影像與該第二音波影像進行一關聯運算得到一第六超音波影像。
11. 一種超音波成像方法，包括：提供一超音波能量轉換陣列，其中該超音波能量轉換陣列是由多個超音波能量轉換單元所組成，該超音波能量轉換單元可以依照一目標區域所需要的一孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的一部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的一部分，其中該超音波能量轉換陣列接收不同波前角度的多個反射波，以轉換成多個電訊號；進行第一次超音波成像，包括：啟動全部該些超音波能量轉換單元，並接收由一偵測目標反射回來的一零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少一對非零度波前反射波；進行一前級影像處理步驟，接收該超音波能量轉換陣列傳來的該些電訊號，且處理該些電訊號成為多個數位子影像；以及進行一後級影像處理步驟，將該數位子影像經過相位修正與解調後，更將該些數位子影像做重合以得到一第一超音波影像，其中從該第一超音波影像中決定該目標區域；進行一第二次超音波成像，包括：根據該目標區域所需要的該孔徑而僅啟動該些超音波能量轉換單元的該部分，或是僅取被啟動的該些超音波能量轉換單元中的該部分，重覆接收由該偵測目標反射回來的該零度波前反射波與正負波前角度對稱的至少該對非零度波前反射波，重覆進行該前級影像處理步驟；以及重覆進行該後級影像處理步驟，得到僅屬於該目標區域的一第二超音波影像；以及將該第一超音波影像與該第二超音波影像針對該目標區域進行一關聯運算得到一第三超音波影像，且該第二超音波影像與該第三超音波影像再進行一關聯運算得到一第四超音波影像。
12. 如申請專利範圍第11項所述之超音波成像方法，其中該前級處理步驟包括：接收該超音波能量轉換陣列對應該些反射波所轉換的該些電訊號；將該些電訊號進行放大與濾除雜訊，得到多組前級放大訊號；以及接收該些組前級放大訊號，以轉換成該些數位子影像。
13. 如申請專利範圍第11項所述之超音波成像系統，其中該後級處理步驟包括：進行內插與快速傅利葉轉換步驟，對該些數位子影像分別進行取樣點內插與快速傅利葉轉換到多個頻域數位子影像；將該些頻域數位子影像，進行相位修正；將修正後的該些頻域數位子影像轉換成在時域的多個影像；將時域的該些影像解調，移除一基頻成份後得到多個子影像；以及將該些子影像重合成該第一超音波影像或該第二超音波影像。
14. 如申請專利範圍第13項所述之超音波成像方法，其中該內插與快速傅利葉轉換步驟包括：在時域下進行取樣點內插，增加取樣點數；以及對該內插完成後的一影像點陣進行時域到頻域轉換，以得到該些頻域子影像。
15. 如申請專利範圍第13項所述之超音波成像方法，其中該內插與快速傅利葉轉換步驟包括：對該些數位子影像進行時域到頻域轉換，以得到該些頻域子影像；以及對該些頻域子影像分別進行取樣點內插，增加取樣點數。