TWI604826B - Probe array imaging control system and method for medical ultrasound - Google Patents

Description

用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統與方法

本發明是有關於一種超音波控制系統，特別是指一種超音波探頭陣列控制系統與控制方法。

由於超音波是一種不具放射性的非侵入式技術，安全性高，所以已被廣泛應用於醫療檢測，且因超音波之成像品質精進，在解析度及便利性不斷提升，所以不論是在高階的3D、4D影像及初階的入門機型，皆有持續成長的趨勢。

但是目前醫療超音波設備使用時，其轉送器(Transducer)在震動回音技術中產生極短的超音波震動時，會因為轉送器使用之壓電性多晶狀陶科(piezo-electric polycrystalline ceramic)的彈性使然，在振動終止後持續振動一段時間，使得超音波探頭中相鄰兩個用以產生超音波訊號的超音波單元會相互干擾，而影響超音波成像品質，為了降低此效果，目前的作法是將高度吸收性材料附著在陶科背面作為襯墊以阻滯之，或者是透過後端訊號及/或影像處理技術來改善前述干擾問 題，但這都無法有效根絕訊號源即相互干擾的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種用於醫療超音波並可從訊號源改善干擾問題的探頭陣列影像操控系統與方法。

於是，本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統，包含一個可控制一個超音波探頭的探頭陣列控制器，該超音波探頭具有多個陣列排列之超音波單元，且該等超音波單元分別具有一個依序編排的位址。該探頭陣列控制器包括一個位址設定模組、一個模式設定模組，及一個啟動控制模組。該位址設定模組可產生多個分別與該等位址對應之位址參數。該模式設定模組可將該等位址參數依序排列以產生一個啟動排序，且該啟動排序之相鄰兩個位址參數所對應之位址不相鄰。該啟動控制模組可產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應的啟動訊號，且會間隔特定時間地依序將該啟動排序的各個位址參數對應之啟動訊號依序傳送至該超音波探頭，以分別驅動各個位址參數對應之超音波單元發射與接收超音波訊號。

於是，本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控影像方法，適用於透過程式軟體及/或電子電路的方式實施在一個醫療超音波設備，以控制一個具有多個陣列排列之超音波單元的超音波探頭，且該等超音波單元分別具有一個依序編排的位址，該探頭 陣列影像操控方法包含以下步驟：(A)使該醫療超音波設備產生多個分別與該等位址對應之位址參數；(B)使該醫療超音波設備將該等位址參數依序排列以構成一個啟動排序，且該啟動排序中之兩相鄰位址參數所代表之位址不相鄰：及(C)使該醫療超音波設備產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應的啟動訊號，且間隔特定時間地依序將該啟動排序的各個位址參數對應之啟動訊號依序傳送至該超音波探頭，以分別驅動各個位址參數對應之超音波單元發射與接收超音波訊號。

本發明之功效在於：透過該探頭陣列影像操控系統可控制該超音波探頭以間隔至少一個超音波單元的方式，依序啟動該等超音波單元的設計，確實可改善傳統超音波探頭驅動方式所產生的訊號干擾問題，可藉由直接改善前端輸出訊號品質的方式，大幅降低後端訊號與影像處理之複雜程度，並可有效提高超音波影像品質。

3‧‧‧探頭陣列控制器

31‧‧‧位址設定模組

32‧‧‧模式設定模組

41‧‧‧單元影像模組

42‧‧‧影像合成模組

800‧‧‧醫療超音波設備

321‧‧‧奇偶數啟動模式

322‧‧‧N間隔啟動模式

33‧‧‧啟動控制模組

34‧‧‧偵測模組

4‧‧‧影像處理器

801‧‧‧主機

802‧‧‧超音波探頭

803‧‧‧超音波單元

804‧‧‧顯示器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是以本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統的一實施例的一個醫療超音波設備的立體示意圖； 圖2是該實施例的功能方塊圖；圖3是本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控方法的步驟流程圖；及圖4A是傳統醫療超音波設備依序驅動超音波探頭之多個超音波單元時，單一個超音波單元感測接收超音波訊號所輸出之輸出訊號；圖4B是該實施例在啟動一個奇偶數啟動模式時，一個超音波單元感測接收超音波訊號所輸出之輸出訊號；圖5A該實施例在啟動一個N間隔啟動模式時，N等於2，一個超音波單元感測接收超音波訊號所輸出之輸出訊號；及圖5B是類似圖5A之視圖，說明N等於2之N間隔啟動模式啟動時的另一個輸出訊號。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2，本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統的實施例，可透過軟體程式及/或電子電路的方式實施建構在一個醫療超音波設備800中，該醫療超音波設備800具有一個主機801，及一個訊號連接於該控制主機801的超音波探頭802，該 主機801具有一個可供觸控操作之觸控顯示器804，該超音波探頭802具有多個矩陣排列設置且分別可發射超音波訊號與感測超音波訊號的超音波單元803，且該等超音波單元803會分別將感測接收之超音波訊號轉換成電訊號型式之輸出訊號並輸出，該等超音波單元803分別設定有一個依序編排之位址，例如1、2、3、4....64。在本實施例中，該超音波探頭802是以具有64個超音波單元803為例進行說明，但實施時，也可適用於具有128個或256個超音波單元803的超音波探頭802。由於醫療超音波設備800為現有設備且類型眾多，因此對其運作原理與功能不再詳述，且實施時，所適用之醫療超音波設備800不以圖式類型為限。

該探頭陣列影像操控系統可用以控制該超音波探頭802之運作，以及處理該超音波探頭802感測接收超音波訊號所輸出之該等輸出訊號。該探頭陣列影像操控系統包含一個用以控制該超音波探頭802的探頭陣列控制器3，及一個用以接收處理該超音波探頭802輸出之該等輸出訊號的影像處理器4。

該探頭陣列控制器3是設置於該超音波探頭802中，包括一個位址設定模組31、一個模式設定模組32、一個啟動控制模組33，及一個偵測模組34。該位址設定模組31可產生多個分別與該等位址對應的位址參數。

該模式設定模組32可供操作以設定該超音波探頭802 之該等超音波單元803的啟動方式。該模式設定模組32內建有可被選擇切換啟動的一個奇偶數啟動模式321與一個N間隔啟動模式322。該模式設定模組32可於該奇偶數啟動模式321被選擇啟動時，將代表奇數位址的所有位址參數依序排列，以產生一個奇數單元序列，例如1、3、5、7...63，以及將代表偶數位址之所有位址參數依序排列，以產生一個偶數單元序列，例如2、4、6、....64。然後，再將該奇數單元序列與該偶數單元序列先後排列以構成一個啟動排序，例如1、3、5、7、....、63、2、4、6、8....、64，或者是2、4、6、8....、64、1、3、5、7、....、63，該啟動排序即代表該等超音波單元803被啟動之先後順序。

當該N間隔啟動模式322被選擇啟動時，該模式設定模組32會依據該等位址之排序，將彼此間隔N個位址的所有位址參數依序排列，以構成(N+1)個單元序列。其中，N為大於等於2，但小於64之整數，例如2、3等，但不以此為限。以N=2為例進行說明，會將位址為1、4、7、10...、64的位址參數依序排列構成一個單元序列，再將位址為2、5、8、11...62的位址參數依序排列構成一個單元序列，並將位址為3、6、9、12...63的位址參數依序排列構成一個單元序列，總共構成三個單元序列。當N=3時，該模式設定模組32是將位址為1、5、9、13...61的位址參數依序排列構成一個單元序列，將位址為2、6、10、14...62的位址參數依序排 列構成一個單元序列，將位址為3、7、11、15...63之位址參數依序排列構成一個單元序列，再將位址為4、8、12、16...64之位址參數依序排列構成一個單元序列，而總共產生四個單元序列。

該模式設定模組32在產生該等單元序列後，會進一步將該等單元序列依序排列以構成一個啟動排序，例如1、4、7...64、2、5、8...62、3、6、9...63，或者是1、5、9...61、2、6、10...62、3、7、11...63、4、8、12...64。

該啟動控制模組33可產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應，並可分別用以啟動該等超音波單元803之啟動訊號，且會間隔特定時間地依序將該啟動排序之各個位址參數對應的啟動訊號依序傳送至該超音波探頭802，例如每間隔1μ sec，藉以驅動對應之位址的超音波單元803發射與接收超音波訊號。

也就是說，該啟動控制模組33會依該奇偶數啟動模式321的該啟動排序的該等位址參數，例如1、3、5、7、....、63、2、4、6、8....、64，或者是N間隔啟動模式322之該等單元序列，例如1、4、7‥.64、2、5、8...62、3、6、9...63，依序將啟動訊號傳送至該超音波探頭802，藉以依序啟動對應位址之超音波單元803，因此，在同一時間，僅會有一個超音波單元803被啟動，且位址相鄰的兩個超音波單元803不會被依序啟動，可藉此避免位址相鄰兩個超音波單元803被依序啟動而相互干擾的問題。

該偵測模組34可於該啟動控制模組33輸出該等啟動訊號以驅動該等超音波單元803運作的期間，持續偵測該啟動控制模組33是否對位址相鄰之多個位址參數依序發送該啟動訊號，例如依序對位址相鄰的兩個位址參數發送該啟動訊號，或者是依序對位址相鄰的三個位址參數發送該啟動訊號，或者是依序對相鄰的四個位址參數發送該啟動訊號。

若該偵測模組34偵測到該啟動控制模組33依序對多個相鄰位址之位址參數發送該啟動訊號時，該偵測模組34會驅使該啟動控制模組33停止運作，使得該超音波探頭802停止啟動，藉此避免發生相鄰位址的超音波單元803依序作動而相互擾的情況，且該偵測模組34會驅使該主機801發出一個異常警示訊息，例如警示燈號、警示聲響及/或警示影像；若未偵測到上述情況時，則該超音波探頭802之該等超音波單元803可被依序個別啟動。

該影像處理器4是設置於該主機801，包括一個單元影像模組41，及一個影像合成模組42。當該模式設定模組32之該奇偶數啟動模式321被啟動時，該單元影像模組41會接收處理該超音波探頭802根據其被依該奇數單元序列驅動所接收之超音波訊號而產生的所有輸出訊號，以產生一個單元影像，以及接收處理該超音波探頭802根據其被依該偶數單元序列驅動所接收之超音波訊號而產生之所有輸出訊號，而產生另外一個單元影像。當該模式設定單 元之該N間隔啟動模式322被啟動時，該單元影像模組41會接收處理該超音波探頭802根據其被依每一個單元序列驅動所接收之超音波訊號而產生的所有輸出訊號，以分別產生一個與各別之單元序列對應之單元影像。

該影像合成模組42可將該單元影像模組41產生之該等單元影像進行影像合成處理，例如將該等單元影像重疊合成，以構成一個完整超音波影像。

參閱圖1、2、3，本發明用於醫療超音波之探頭陣列影像操控方法，包含以下步驟：

步驟(一)定義該等超音波單元803之位址參數。使該位址設定模組31根據該等超音波單元803之位址，對應產生多個位址參數。

步驟(二)根據該等位址參數產生一個啟動排序。可根據所要使用之啟動模式，透過操作該觸控顯示器804顯示之操控介面(圖未示)的方式，選擇啟動該奇偶數啟動模式321或該N間隔啟動模式322，並可於該N間隔啟動模式322被啟動時，還進一步設定「N」的數值。以啟動該奇偶數啟動模式321為例，該模式設定模組32會產生由該奇數單元序列與該偶數單元序列依序排列構成的該啟動排序。

步驟(三)依據該啟動排序依序控制該超音波探頭 802。使該啟動控制模組33產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應的啟動訊號，且間隔特定時間地依據該啟動排序之該等位址參數排列順序，將該等啟動訊號依序傳送至該超音波探頭802，使該等超音波單元803依特定排序發射與接收超音波訊號。

步驟(四)偵測相鄰超音波單元803是否被依序啟動。使該偵測模組34於該啟動控制模組33控制啟動該等超音波單元803期間，持續偵測是否發生相鄰兩個位址或相鄰多個位址的超音波單元803被依序啟動的情況，例如位址分別為「10」、「11」的超音波單元803是否被接續啟動，若有發生相鄰兩個位址的超音波單元803被接續啟動，則驅使該啟動控制模組33停止運作，同時驅使該主機801發出該異常警示訊息，藉以提醒操作者檢查設備是否異常。

步驟(五)產生單元影像。該超音波探頭802被依該啟動排序驅動後，該等超音波單元803會分別感測接收超音波訊號並轉換產生一個電訊號型式的輸出訊號。在啟動該奇偶數啟動模式321情況下，該單元影像模組41會接收處理該超音波探頭802被依該奇數單元序列與該偶數單元序列分別驅動所輸出的所有輸出訊號，以產生兩個單元影像。在啟動該N間隔啟動模式322情況下，該單元影像模組41會接收處理該超音波探頭802被依各個單元序列驅動所輸出的所有輸出訊號，以產生(N+1)個單元影像。

步驟(六)合成該等單元影像以產生一個完整超音波影像。該影像合成模組42會將該單元影像模組41產生之該等單元影像進行重疊合成處理，以產生該完整超音波影像，並輸出顯示於該該主機801的該觸控顯示器804。由於將多張影像重疊合成為單一個影像的方式眾多，且非本發明之改良重點，因此不再詳述。

參閱圖1、2、4A、4B、5A、5B，當以傳統依位址排序啟動該等超音波單元803發射與接收超音波訊號時，單一個超音波單元803會被接續啟動之相鄰位址另外一個超音波單元803干擾，以致於其接收超音波訊號所產生的該輸出訊號會出現準位漂移現象(頻率：1MHz，峰-峰(P-P)電壓值28.1V)。但是當以該奇偶數啟動模式321間隔一個位址地啟動該等超音波單元803時，被啟動的該等超音波單元803不會相互干擾，所以單一個超音波單元803所產生的該輸出訊號不會出現漂移現象(頻率：1MHz，峰-峰(P-P)電壓值32.8V)。當以該N偶數啟動模式322間隔兩個位址地啟動該等超音波單元803時，被啟動的該等超音波單元803不會相互干擾，所以單一個超音波單元803所產生的該輸出訊號不會出現漂移現象。

基於此，由於本發明探頭陣列影像操控系統與方法確實可改善傳統超音波探頭802驅動方式所產生的訊號干擾問題，因此本案所產生之該等單元影像的影像品質也會相對提昇，所以可合 成組合出品質更佳的完整超音波影像。

綜上所述，透過該探頭陣列影像操控系統可控制該超音波探頭802以間隔至少一個超音波單元803的方式，依序啟動該等超音波單元803的設計，確實可改善傳統依序啟動之相鄰超音波單元803會相互干擾的問題，可藉由直接改善前端輸出訊號品質的方式，大幅降低後端訊號與影像處理之複雜程度，並可有效提高該完整超音波影像的成像品質。此外，還可藉由該探頭陣列控制器3可於發生依序啟動相鄰位址之超音波單元803時，便會使醫療超音波設備800停止運作，並發出異常警示訊息的設計，可確保整個醫療超音波設備800不會再以傳統超音波探頭802啟動控制方式運作。因此，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書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。

3‧‧‧探頭陣列控制器

31‧‧‧位址設定模組

32‧‧‧模式設定模組

321‧‧‧奇偶數啟動模式

322‧‧‧N間隔啟動模式

33‧‧‧啟動控制模組

34‧‧‧偵測模組

4‧‧‧影像處理器

41‧‧‧單元影像模組

42‧‧‧影像合成模組

Claims (4)

1. 一種用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統，包含一個可控制一個超音波探頭的探頭陣列控制器，該超音波探頭具有多個陣列排列之超音波單元，且該等超音波單元分別具有一個依序編排的位址，該探頭陣列控制器包括：一個位址設定模組，可產生多個分別與該等位址對應之位址參數；一個模式設定模組，內建有一個可被選擇啟動之N間隔啟動模式，N為大於等於2但小於64之整數，可於該N間隔啟動模式被啟動時，依該等位址之排序，將彼此間隔N個位址的所有位址參數依序排列，以構成(N+1)個單元序列，並將該等單元序列先後排列以構成一個啟動排序；及一個啟動控制模組，可產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應的啟動訊號，會間隔特定時間地依序將每一個單元序列的各個位址參數對應之啟動訊號依序傳送至該超音波探頭，以分別驅動各個位址參數對應之超音波單元發射與接收超音波訊號。
2. 如請求項1所述的用於醫療超音波之探頭陣列影像操控系統，該等超音波單元分別可接收超音波訊號以輸出一個輸出訊號，該探頭陣列影像操控系統還包含一個訊號連接於該超音波探頭之影像處理器，該影像處理器包括一個單元影像模組，及一個影像合成模組，該單元影像模組可接收處理該超音波探頭被依各個單元序列驅動時所輸出的所 有輸出訊號，而產生多個分別與該等單元序列對應之單元影像，該影像合成模組可將該單元影像模組產生之該等單元影像疊合構成一個完整超音波影像。
3. 一種用於醫療超音波之探頭陣列影像操控方法，適用於透過程式軟體及/或電子電路的方式實施在一個醫療超音波設備，以控制一個具有多個陣列排列之超音波單元的超音波探頭，且該等超音波單元分別具有一個依序編排的位址，該探頭陣列影像操控方法包含以下步驟：(A)使該醫療超音波設備產生多個分別與該等位址對應之位址參數；(B)使該醫療超音波設備依該等位址之排序，將彼此間隔N個位址的所有位址參數依序排列，以構成(N+1)個單元序列，N為大於等於2但小於64之整數，並將該等單元序列依序排列以構成該啟動排序；及(C)使該醫療超音波設備產生多個分別與該啟動排序之該等位址參數對應的啟動訊號，且使該醫療超音波設備根據該啟動排序之該等單元序列的排序先後，逐個將該等單元序列的各個位址參數對應之啟動訊號依序傳送至該超音波探頭，以分別驅動各個位址參數對應之超音波單元發射與接收超音波訊號。
4. 如請求項3所述的用於醫療超音波之探頭陣列影像操控方法，還包含以下步驟：(D)使該醫療超音波設備接收處理該超音波探頭被依各個單元序列驅動接收超音波訊號而輸出的所有輸出訊號，而產生多個分別與該等單元序列 對應之單元影像，及(E)使該醫療超音波設備將該等單元影像疊合成一個完整超音波影像。