TW201641936A - 超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法 - Google Patents

超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法 Download PDF

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一種超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，係應用於一超音波儀器，至少包括以下步驟：發射一超音波；該超音波儀器接收該超音波反射的一回波；該超音波儀器基於該回波產生至少一射頻訊號並傳送至一運算核心；該運算核心基於該射頻訊號之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子；該運算核心基於該射頻訊號產生一機率密度函數；該運算核心利用該機率密度函數以及該加權因子計算一加權熵；以及輸出該加權熵結果以定量組織特性。透過上述方法，可以提昇組織特性之靈敏度，使其散射子密度變化的區分上更加明顯，有助於臨床上之判讀。

Description

超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法
本發明涉及一種超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，尤指一種利用原始射頻訊號振幅作為加權因子計算加權熵，使其散射子密度變化的區分上更加明顯之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法。
按，超音波檢查是一種放射醫學技術，它使用高頻率聲音波來產生身體器官和結構的影像。由於超音波檢測具有即時、低成本、容易使用、非侵入性、非解離幅射性以及安全性高等優點，其已成為最重要的醫學即時影像。
一般而言，醫師係使用超音波檢測器偵測身體器官的超音波動態影像，並嘗試捕捉最佳角度以擷取即時影像。在實際應用中，超音波檢測器包含影像辨識系統，且影像辨識系統能夠讀取擷取後即時影像的內容且提供數個影像分析工具。
然而，由於超音波是提供即時性的影像，並無法提供與組織特性有關之定量數據。是以，超音波影像在判讀上需要倚賴醫師個人經驗以及主觀上的認定，較缺乏客觀性。舉例而論，醫師需目視檢查影像亮度特徵或紋理，不同醫師對於相同影像會有不同解釋。又或使用不同系統增益掃描影像，同一組織亦會產生不同亮度或特徵影像，導致醫生難以進行組織性質判斷或判讀。
現今已有不少研究及文獻所證實，超音波影像的原始射頻訊號(raw radiofrequency signals) 與組織微結構特性(如散射子密度、排列、濃度..)有關。因此許多方法利用數學上的統計模型來對原始訊號的包封(envelope)做擬合，透過訊號包封機率密度函數描述，來獲得組織特性之定量資訊。
但使用統計模型的缺點是，被用來運算之數據，本身必須遵循所使用的數學統計模型。數據取得若不是原始之射頻訊號，或者取得之數據經過非線性處理(例如灰階成像常用的對數壓縮計算)，則計算該數據所建立的定量參數，或者參數影像，便會失去參數本身的物理意義。
另外也有學者提出了利用訊息理論熵來詮釋超音波原始訊號的複雜度，例如夏儂熵(Shannon Entropy)，也可以描述訊號的機率密度函數。使用訊息理論熵的優點包括: (1) 訊息理論熵並非數學模型，訊號本身不需遵循某特定分佈，實際應用上更具彈性與廣泛性; (2) 訊息理論熵是利用射頻訊號本身計算，與超音波統計模型的做法需要解調獲得包絡訊號相比，訊息理論熵可以真正落實訊號波形資訊的反映; (3) 由於訊息理論熵跳脫數學模型的限制，這對無法提供超音波原始射頻訊號數據的超音波系統來說，有了開發超音波功能參數影像的機會。
但是，訊息理論熵仍存在有缺點，其在實際組織微結構中，散射子濃度變化的區分上不夠明顯，其靈敏度仍有待加強。
是以，如何利用訊息理論熵，改善其散射子濃度變化的區分上不夠明顯，靈敏度仍有待加強的缺點，便成為相關廠商以及相關研發人員所共同努力的目標，也必定成為未來趨勢的一項課題。
本創作之主要目的在於改善習知技術超音波影像組織特性之定量資訊化必須遵循所使用的數學統計模型，以及利用訊息理論熵來詮釋超音波原始射頻訊號時，散射子濃度變化的區分上不夠明顯，其靈敏度仍有待加強等缺點，乃積極著手進行開發，以期可以改進上述既有之缺點，經過不斷地試驗及努力，終於開發出本發明。
為了達到上述發明目的，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，至少包括以下步驟： 發射一超音波；該超音波儀器接收該超音波反射的一回波；該超音波儀器基於該回波產生至少一射頻訊號並傳送至一運算核心；該運算核心基於該射頻訊號之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子；該運算核心基於該射頻訊號產生一機率密度函數；該運算核心利用該機率密度函數以及該加權因子計算一加權熵；以及輸出該加權熵結果以定量組織特性。
在本創作較佳實施例中，該加權熵的計算方式為：； 其中，為加權熵；y 為射頻訊號振幅(做為加權因子主體)；為機率密度函數；m 為加權因子的冪次。
在本創作較佳實施例中，其中該超音波為一單陣元超音波系統。
在本創作較佳實施例中，其中該超音波為一陣列式超音波系統。
在本創作較佳實施例中，其中該運算核心為一雲端計算核心。
藉由上述之方法，本發明利用射頻訊號振幅做為加權因子代入加權熵的計算，使得超音波影像原始射頻訊號數據參數影像化時，其散射子濃度變化的區分上更加明顯，靈敏度更為提昇，有助於臨床上之判讀。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。
請同時參閱圖1及2所示， 其為本創作超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法較佳實施例之流程圖以及示意圖。本發明之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，係應用於一超音波儀器 1，該超音波儀器 1可以為一習用超音波儀器 1結構，其可包含一超音波探頭 11、一處理裝置 12以及一顯示裝置 13。該超音波探頭 11可以為一單陣元超音波探頭或陣列式超音波探頭，可分別適用於單陣元超音波系統以及陣列式超音波系統，用以發射及接收超音波。該處理裝置 12可以包括放大器、濾波器、類比/數位轉換器以及聲束合成(beamforming)單元等，但不限於此。
步驟110：發射一超音波 110。該超音波儀器 1利用該超音波探頭 11發射一超音波 110進入一待測體 4。
步驟120：該超音波儀器 1接收該超音波 110反射的一回波 111。該超音波 110進入該待測體 4後，會產生反射的一回波 111，該回波 111透過該超音波探頭 11接收並傳送至該超音波儀器 1。
步驟130：該超音波儀器 1基於該回波 111產生至少一射頻訊號 5並傳送至一運算核心 2。請同時參閱圖3所示，其為本創作超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法較佳實施例之射頻訊號示意圖。該超音波儀器 1利用內部的處理裝置 12針對該回波 111分析、放大、濾波以及類比/數位轉換後可產生至少一射頻訊號 5(radio-frequency data, RF data)，該射頻訊號 5為未經處理與壓縮的一原始射頻訊號5。該超音波儀器 1將該射頻訊號 5傳送至一運算核心 2，該運算核心 2可以為一電腦計算裝置，其可配備有中央處理器(CPU)以及圖形處理器(GPU)，能夠迅速計算及處理該射頻訊號 5。
步驟140：該運算核心 2基於該射頻訊號 5之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子 21。該運算核心 2分析該射頻訊號 5，由於該射頻訊號 5是由無數個代表振幅的點所匯聚而成，因此，根據該射頻訊號 5於時間軸上所有振幅值大小，取出該值並做為一加權因子 21。
步驟141：該運算核心 2基於該射頻訊號 5產生一機率密度函數 22。已有學者研究並公開了利用傅立葉分析計算射頻訊號 5，其可被表示如公式(1)所示：;                                                                        (1)  其中，為該機率密度函數 22；δ = (y max –y min ) / 2 ； μ = (y max +y min ) / 2；以及a n 為一傅立葉係數，其可被表示如公式(2)所示：;                                                                                                 (2)
由於不同的超音波系統所產生的射頻訊號 5其動態範圍（y max ~y min ）不盡相同。因此，正常的振幅信號應限制於-1~1之間，以及無限累加的結果可以用傅立葉級數加以近似。故可以將公式(1)及(2)修正如公式(3)及(4)所示：; 以及                                                                                                        (3);                                                                                   (4)
步驟150：該運算核心 2利用該機率密度函數 22以及所對應之該加權因子 21計算一加權熵 23。透過該機率密度函數 22以及該加權因子 21，可以用以帶入加權熵 23的計算，該加權熵 23可以被表示如公式(5)所示：;                                                            (5) 其中，為該加權熵 23；y 為該加權因子 21主體(射頻訊號 5之振幅值) ;m 為加權因子的冪次，其為非0之任意數。
步驟160：輸出該加權熵 23結果以定量組織特性。該計算核心輸出該加權熵 23結果回該超音波儀器 1，以定量組織特性。其中，該定量組織特性係指將該組織特性數據化，使用者可以參考該待測體 4組織特性的參數數據，判斷為陰影、硬塊或是其他病變，以利臨床醫學之判讀。較佳的，該計算核心輸出加權熵 23結果至一行動裝置 3，方便使用者隨時檢視分析結果。
值得一提的是，請同時參閱圖4所示，其為本創作超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法另一實施例示意圖。當該超音波探頭 11發送陣列式超音波時，該超音波儀器 1利用內部處理裝置 12及聲束合成後可產生一射頻訊號影像 51並傳送至該計算核心。該計算核心可以將該射頻訊號影像 51區分為若干區塊單位 52，並對每個區塊單位 52分別做計算。
以及該運算核心 2可以為一雲端計算核心，由於射頻訊號影像 51的處理可能會耗費較多資源及時間，因此該超音波儀器 1利用網際網路將該射頻訊號 5傳送至該雲端計算核心，不僅可以免去配置運算核心 2的成本及空間，該雲端計算核心也可以收集相關數據資料以反饋給供應商。
請同時參閱圖5a至5d所示，其為本創作超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法較佳實施例之散射子數量密度變化比較圖。圖5d是習知的訊息理論熵於不同的機率密度函數切割間距(切割間距dy為 0.01~0.04)時的變化圖，可以看出其虛線斜率很小，訊息理論熵的變化並不明顯。而圖5a至圖5c分別係本創作加權熵 23於不同的機率密度函數切割間距(加權熵之dy分別為0.01、0.02以及0.04)時的變化圖，可以看出其虛線斜率較大，加權熵 23的變化較為明顯。透過該加權熵計算結果，可以看出習知的訊息理論熵隨不同的散射子數量之變化並不明顯，靈敏度是有限的。而本發明所提出的加權熵 23隨散射子數量密度從2增加至32(散射子/mm2 )時，加權熵 23從0.08提高至0.23，靈敏度提升。
綜合上述，本創作提出之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法與習用技術相較，對於具不同散射子密度的組織特性，確實可以更佳靈敏的反應出來，輸出該加權熵結果以定量組織特性，可以有效提昇定量組織的靈敏度以及能力，於判讀上更為清晰及準確。
故，可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。
唯，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
1‧‧‧超音波儀器
11‧‧‧超音波探頭
110‧‧‧超音波
111‧‧‧回波
12‧‧‧處理裝置
13‧‧‧顯示裝置
2‧‧‧運算核心
21‧‧‧加權因子
22‧‧‧機率密度函數
23‧‧‧加權熵
3‧‧‧行動裝置
4‧‧‧待測體
5‧‧‧射頻訊號
51‧‧‧射頻訊號影像
52‧‧‧區塊單位
步驟110‧‧‧發射一超音波
步驟120‧‧‧該超音波儀器接收該超音波反射的一回波
步驟130‧‧‧該超音波儀器基於該回波產生至少一射頻訊號並傳送至一運算核心
步驟140‧‧‧該運算核心基於該射頻訊號之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子
步驟141‧‧‧該運算核心基於該射頻訊號產生一機率密度函數
步驟150‧‧‧該運算核心利用該機率密度函數以及所對應之該加權因子計算一加權熵
步驟160‧‧‧輸出該加權熵結果以定量組織特性
圖1所示為本發明超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法一較佳實施例之流程圖。 圖2所示為本發明超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法一較佳實施例之示意圖。 圖3所示為本發明超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法一較佳實施例之射頻訊號示意圖。 圖4所示為本發明超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法另一實施例之示意圖。 圖5a至5d所示為本發明超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法一較佳實施例之散射子數量密度變化比較圖。
步驟110‧‧‧發射一超音波
步驟120‧‧‧該超音波儀器接收該超音波反射的一回波
步驟130‧‧‧該超音波儀器基於該回波產生至少一射頻訊號並傳送至一運算核心
步驟140‧‧‧該運算核心基於該射頻訊號之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子
步驟141‧‧‧該運算核心基於該射頻訊號產生一機率密度函數
步驟150‧‧‧該運算核心利用該機率密度函數以及所對應之該加權因子計算一加權熵
步驟160‧‧‧輸出該加權熵結果以定量組織特性

Claims (9)

  1. 一種超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，係應用於一超音波儀器，至少包括以下步驟： 發射一超音波； 該超音波儀器接收該超音波反射的一回波； 該超音波儀器基於該回波產生至少一射頻訊號並傳送至一運算核心； 該運算核心基於該射頻訊號之振幅值大小分別產生相對應之一加權因子； 該運算核心基於該射頻訊號產生一機率密度函數； 該運算核心利用該機率密度函數以及所對應之該加權因子計算一加權熵；以及  輸出該加權熵結果以定量組織特性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該加權熵的計算方式為：；       其中，為該加權熵；y 為該加權因子主體(射頻訊號之振幅值)；為該機率密度函數;m 為加權因子的冪次。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該定量組織特性係指將該組織特性數據化以利判讀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該超音波為一單陣元超音波系統。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該超音波為一陣列式超音波系統。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該運算核心為一雲端計算核心。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該方法更包含輸出加權熵結果至該超音波儀器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之超音波定量組織特性靈敏度的提昇方法，其中該方法更包含輸出加權熵結果至一行動裝置。
  9. 如申請專利範圍第2項所述加權熵計算方式，其中加權因子冪次為非0之任意數。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108670303A (zh) * 2018-02-26 2018-10-19 长庚大学 超音波影像均匀度检测方法及其系统
WO2023150960A1 (zh) * 2022-02-10 2023-08-17 长庚医疗财团法人林口长庚纪念医院 超声波侦测中耳积水之数组式测量与判读装置与方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018194093A1 (ja) * 2017-04-19 2018-10-25 学校法人関西大学 生体情報の推定装置
CN114396899B (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 廊坊易砚领创科技有限公司 一种轮胎断面分析测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2194101A (en) * 1999-12-10 2001-06-18 Durand Technology Limited Improvements in or relating to applications of fractal and/or chaotic techniques
TWI501754B (zh) * 2012-10-19 2015-10-01 Univ Nat Taiwan Science Tech 影像辨識方法及影像辨識系統

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108670303A (zh) * 2018-02-26 2018-10-19 长庚大学 超音波影像均匀度检测方法及其系统
CN108670303B (zh) * 2018-02-26 2021-06-25 长庚大学 超音波影像均匀度检测方法及其系统
WO2023150960A1 (zh) * 2022-02-10 2023-08-17 长庚医疗财团法人林口长庚纪念医院 超声波侦测中耳积水之数组式测量与判读装置与方法

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