TWI476403B - 超音波自動掃描系統及其掃描方法 - Google Patents

Description

超音波自動掃描系統及其掃描方法

本發明是有關於醫療設備之技術領域，且特別是有關於一種超音波自動掃描系統及其掃描方法。

超音波掃描在醫學檢測上是一個非常重要的工具，現有的檢查項目就包括有一般超音波、婦產超音波、心臟超音波、血管超音波等。而超音波掃描的應用亦從診斷(diagnosis)進入到篩檢(screening)。

然而，目前的臨床超音波影像檢查需要藉由醫師或專業技術人員來進行手動操作，而這種手動檢查方式對於疾病篩檢來說極缺乏效率。此外，手動檢查方式非常依賴於操作者的養成教育、掃描技術與經驗，只要在掃描的過程中稍有不慎，便會導致掃描之影像不夠清晰，嚴重者甚至會導致醫師的誤判。

本發明提供一種超音波自動掃描系統，其可依據一三維掃描路徑而自動執行超音波掃描，以減少人為操作上的不良因素。

本發明另提供一種超音波自動掃描系統的掃描方法。

本發明提出一種超音波自動掃描系統，其包括有一多軸機械手臂、一超音波掃描頭、一控制電路、一三維影像擷取裝置與一電腦裝置。所述之超音波掃描頭係配置在多軸機械手臂上，而所述之控制電路係用以控制多軸機械手臂之操作。至於所述之電腦裝置，其係電性耦接三維影像擷取裝置、控制電路與超音波掃描頭。此電腦裝置用以透過三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得受測物之三維形狀，並依據此三維形狀而規劃一三維掃描路徑。此電腦裝置還透過控制電路控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭對受測物進行一三維掃描，進而依據超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之三維影像擷取裝置包括一深度攝影機。此深度攝影機用以取得受測物之一深度地圖，以便電腦裝置依據此深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得上述三維形狀。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之電腦裝置係依據深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃上述三維掃描路徑及超音波掃描頭的旋轉角度。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之電腦裝置更將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂之一移動參考點。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之超音波掃描頭係由電腦裝置來驅動。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之多軸機械手臂係為一六軸機械手臂。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之電腦裝置更可對超音波影像進行一輔助診斷操作。

在本發明之超音波自動掃描系統的一實施例中，上述之三維影像擷取裝置包括至少一攝影機。此攝影機用以取得受測物之多個二維影像，以便電腦裝置根據這些二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得上述之三維形狀。

本發明另提出一種超音波自動掃描系統的掃描方法，所述之超音波自動掃描系統包括有一多軸機械手臂、一超音波掃描頭與一三維影像擷取裝置，而所述之超音波掃描頭係配置在多軸機械手臂上。此掃描方法包括下列步驟：利用三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得受測物之一三維形狀；依據上述三維形狀來規劃一三維掃描路徑；控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭對受測物進行一三維掃描；以及依據超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。

在本發明之掃描方法的一實施例中，上述三維影像擷取裝置包括一深度攝影機，而此深度攝影機用以取得受測物之一深度地圖。此掃描方法更包括有下列步驟：依據深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得上述之三維形狀。

在本發明之掃描方法的一實施例中，掃描方法更包括有下列步驟：依據深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃三維掃描路徑及超音波掃描頭的旋轉角度。

在本發明之掃描方法的一實施例中，掃描方法更包括有下列步驟：將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂之一移動參考點。

在本發明之掃描方法的一實施例中，掃描方法更包括有下列步驟：對超音波影像進行一輔助診斷操作。

在本發明之掃描方法的一實施例中，上述之三維影像擷取裝置包括至少一攝影機，而此攝影機用以取得受測物之多個二維影像。此掃描方法更包括有下列步驟：根據該些二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得上述之三維形狀。

本發明乃是採用一多軸機械手臂、一超音波掃描頭、一控制電路、一三維影像擷取裝置與一電腦裝置來建構一超音波自動掃描系統。在這些構件中，超音波掃描頭係配置在多軸機械手臂上，而所述之控制電路係用以控制多軸機械手臂之操作。至於所述之電腦裝置，其係電性耦接三維影像擷取裝置、控制電路與超音波掃描頭。而在本發明中，電腦裝置係用以透過三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得受測物之三維形狀，並依據此三維形狀而規劃一三維掃描路徑。此電腦裝置還透過控制電路控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭對受測物進行一三維掃描，進而依據超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。據此，本發明之超音波自動掃描系統係可依據一三維掃描路徑而自動執行超音波掃描，以減少人為操作上的不良因素。

為讓本發明之實施例的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1係繪示有依照本發明一較佳實施例之超音波自動掃描系統的電路方塊示意圖。請參照圖1，此超音波自動掃描系統包括有一控制電路102、一多軸機械手臂104(例如是一六軸機械手臂)、一電腦裝置106、一超音波掃描頭108與一三維影像擷取裝置110。在這些構件中，超音波掃描頭108係配置在多軸機械手臂104上，以隨著多軸機械手臂104的移動來進行超音波掃描。而所述之控制電路102係用以控制多軸機械手臂104之操作，例如是控制多軸機械手臂104進行移動、旋轉，甚至是伸縮等動作。至於所述之電腦裝置106，其係電性耦接三維影像擷取裝置110、控制電路102與超音波掃描頭108，以對此三者進行控制。

電腦裝置106係用以透過三維影像擷取裝置110感測一受測物120(例如是女性的乳房)，以進一步取得受測物120之三維形狀，並依據此三維形狀而規劃一三維掃描路徑。此電腦裝置106還透過控制電路102控制多軸機械手臂104來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭108對受測物120進行一三維掃描，進而依據超音波掃描頭108所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。

三維影像擷取裝置110可以是採用一深度攝影機(depth camera)來實現。如此一來，便可利用此深度攝影機去取得受測物120之深度地圖(depth map)，以便電腦裝置106依據此深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得受測物120之三維形狀。然後，電腦裝置106便可依據此深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃上述之三維掃描路徑及超音波掃描頭108的旋轉角度。當然，超音波掃描頭108的旋轉角度係由多軸機械手臂104的旋轉角度來控制。進一步地，電腦裝置106還可將此深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂104之一移動參考點，以作為多軸機械手臂104之定位依據。

較佳地，電腦裝置106還可設計成可對取得的超音波影像進行一輔助診斷操作，以進一步提升疾病篩檢的效率，並進一步減少人為操作上的不良因素。此外，儘管在圖1所示的例子中，超音波掃描頭108係由電腦裝置106來進行驅動，然此並非用以限制本發明。

值得一提的是，三維影像擷取裝置110除了可以是採用一深度攝影機來實現之外，亦可以是採用至少一攝影機來實現。所述之攝影機係用以取得受測物120之多個二維影像，以便電腦裝置106根據這些二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得上述之三維形狀。

根據上述的說明，本領域具有通常知識者當可歸納出上述超音波自動掃描系統的一些基本操作步驟，一如圖2所示。圖2為依照本發明一較佳實施例之超音波自動掃描系統的掃描方法的流程圖。依照前述之教示，所述之超音波自動掃描系統係包括有一多軸機械手臂、一超音波掃描頭與一三維影像擷取裝置，而所述之超音波掃描頭係配置在多軸機械手臂上。請參照圖2，此掃描方法包括有下列步驟：利用三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得受測物之一三維形狀(如步驟S202所示)；依據上述三維形狀來規劃一三維掃描路徑(如步驟S204所示)；控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭對受測物進行一三維掃描(如步驟S206所示)；以及依據超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像(如步驟S208所示)。

在此掃描方法中，若是三維影像擷取裝置係以一深度攝影機來實現，那麼此掃描方法之步驟還可進一步包括：依據深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得上述之三維形狀；以及依據深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃上述之三維掃描路徑及超音波掃描頭的旋轉角度。甚至，此掃描方法之步驟還可進一步包括：將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂之一移動參考點。

而在此掃描方法中，若是三維影像擷取裝置係以至少一攝影機來實現，那麼此掃描方法之步驟還可進一步包括：根據攝影機所取得之多個二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得上述之三維形狀。

此外，在此掃描方法中，更可包括有下列步驟：對超音波影像進行一輔助診斷操作。

綜上所述，本發明乃是採用一多軸機械手臂、一超音波掃描頭、一控制電路、一三維影像擷取裝置與一電腦裝置來建構一超音波自動掃描系統。在這些構件中，超音波掃描頭係配置在多軸機械手臂上，而所述之控制電路係用以控制多軸機械手臂之操作。至於所述之電腦裝置，其係電性耦接三維影像擷取裝置、控制電路與超音波掃描頭。而在本發明中，電腦裝置係用以透過三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得受測物之三維形狀，並依據此三維形狀而規劃一三維掃描路徑。此電腦裝置還透過控制電路控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超音波掃描頭對受測物進行一三維掃描，進而依據超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。據此，本發明之超音波自動掃描系統係可依據一三維掃描路徑而自動執行超音波掃描，以減少人為操作上的不良因素。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

102．．．控制電路

104．．．多軸機械手臂

106．．．電腦裝置

108．．．超音波掃描頭

110．．．三維影像擷取裝置

120．．．受測物

S202~S208．．．步驟

圖1係繪示有依照本發明一較佳實施例之超音波自動掃描系統的電路方塊示意圖。

圖2為依照本發明一較佳實施例之超音波自動掃描系統的掃描方法的流程圖。

102．．．控制電路

104．．．多軸機械手臂

106．．．電腦裝置

108．．．超音波掃描頭

110．．．三維影像擷取裝置

120．．．受測物

Claims (14)

1. 一種超音波自動掃描系統，包括：一多軸機械手臂；一超音波掃描頭，配置在該多軸機械手臂上；一控制電路，用以控制該多軸機械手臂之操作；一三維影像擷取裝置；以及一電腦裝置，電性耦接該三維影像擷取裝置、該控制電路與該超音波掃描頭，該電腦裝置用以透過該三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得該受測物之一三維形狀，並依據該三維形狀而規劃一三維掃描路徑，該電腦裝置還透過該控制電路控制該多軸機械手臂來依據該三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用該超音波掃描頭對該受測物進行一三維掃描，進而依據該超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波自動掃描系統，其中該三維影像擷取裝置包括一深度攝影機，該深度攝影機用以取得該受測物之一深度地圖，以便該電腦裝置依據該深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得該三維形狀。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超音波自動掃描系統，其中該電腦裝置係依據該深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃該三維掃描路徑及該超音波掃描頭的旋轉角度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之超音波自動掃描系統，其中該電腦裝置更將該深度地圖中對應深度最深的點視為該多軸機械手臂之一移動參考點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超音波自動掃描系統，其中該超音波掃描頭係由該電腦裝置來驅動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之超音波自動掃描系統，其中該多軸機械手臂係為一六軸機械手臂。
7. 如申請專利範圍第1項所述之超音波自動掃描系統，其中該電腦裝置更可對該超音波影像進行一輔助診斷操作。
8. 如申請專利範圍第1項所述之超音波自動掃描系統，其中該三維影像擷取裝置包括至少一攝影機，該攝影機用以取得該受測物之多個二維影像，以便該電腦裝置根據該些二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得該三維形狀。
9. 一種超音波自動掃描系統的掃描方法，所述之超音波自動掃描系統包括有一多軸機械手臂、一超音波掃描頭、一三維影像擷取裝置、一電腦裝置與一控制電路，該超音波掃描頭係配置在該多軸機械手臂上，該掃描方法包括下列步驟：該電腦裝置利用該三維影像擷取裝置感測一受測物，以進一步取得該受測物之一三維形狀；依據該三維形狀來規劃一三維掃描路徑； 該電腦裝置透過該控制電路控制該多軸機械手臂來依據該三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用該超音波掃描頭對該受測物進行一三維掃描；以及依據該超音波掃描頭所接收到的超音波反射訊號來重建一超音波影像。
10. 如申請專利範圍第9項所述之掃描方法，其中該三維影像擷取裝置包括一深度攝影機，該深度攝影機用以取得該受測物之一深度地圖，該掃描方法更包括：依據該深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來取得該三維形狀。
11. 如申請專利範圍第10項所述之掃描方法，其更包括：依據該深度地圖中之各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成之平面的法向量，以進一步依據各平面之法向量及各點的對應深度來規劃該三維掃描路徑及該超音波掃描頭的旋轉角度。
12. 如申請專利範圍第10項所述之掃描方法，其更包括：將該深度地圖中對應深度最深的點視為該多軸機械手臂之一移動參考點。
13. 如申請專利範圍第9項所述之掃描方法，其更包括：對該超音波影像進行一輔助診斷操作。
14. 如申請專利範圍第9項所述之掃描方法，其中該三維影像擷取裝置包括至少一攝影機，該攝影機用以取得該受測物之多個二維影像，該掃描方法更包括：根據該些二維影像執行一三維空間重建操作而進一步取得該三維形狀。