TWI674410B

TWI674410B - 超音波探頭的定位方法及超音波系統

Info

Publication number: TWI674410B
Application number: TW107138557A
Authority: TW
Inventors: 林家馨
Original assignee: 佳世達科技股份有限公司
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-10-11
Also published as: TW202018300A

Abstract

超音波探頭的定位方法包含設定位於超音波探頭內的第一定位點，取得位於超音波探頭之偵測深度之影像邊界線上，與第一定位點對應的第一垂足點，設定位於超音波探頭之偵測範圍內之第一中心點，當超音波探頭以一個偏移量移動及一個旋轉角度轉動後，取得超音波探頭的第二垂足點、平面法向量以及平面法向量對應的平面方程式，依據平面方程式及第一中心點，產生滿足平面方程式的第二中心點，及依據第一中心點與第二中心點的距離，選擇性地顯示第二中心點對應的球狀空間於超音波切面影像上。

Description

超音波探頭的定位方法及超音波系統

本發明揭露一種超音波探頭的定位方法及超音波系統，尤指一種利用三維空間座標連續定位的超音波探頭的定位方法及超音波系統。

隨著醫療技術的日新月異，超音波的探測技術也越來越成熟。一般而言，超音波的探測方式會利用具有發射超音波訊號的探頭，對皮膚以下發射超音波訊號。並且，超音波訊號的探頭還會利用反射的超音波訊號，判斷皮膚以下肉眼不可視的物體之形狀和位置，以進行各種醫療用途。

超音波系統目前已經廣泛地應用於醫療診斷上，包括生檢(Biopsy)、各種引流及藥物注入的治療等等。然而，超音波系統的探頭(Probe)之操作須完全仰賴醫師的經驗以及技術。例如，超音波探頭的偵測角度、位置、移動距離等等操作都必須仰賴醫師的手感。換句話說，若是經驗較為不足的醫師操作超音波探頭，可能需要較多時間，以試誤法尋找下藥點或是下針點。因此，傳統的超音波系統若被經驗較為不足的醫師操作時，可能會錯失黃金治療期，甚至因為判斷到錯誤的下藥點或下針點而造成遺憾。

本發明一實施例提出一種超音波探頭的定位方法，包含設定位於超音波探頭內的第一定位點，取得位於超音波探頭之偵測深度之影像邊界線上，與第一定位點對應的第一垂足點，其中第一定位點與第一垂足點所構成之線段與影像邊界線垂直，設定位於超音波探頭之偵測範圍內之第一中心點，當超音波探頭移動一個偏移量及一個旋轉角度時，依據超音波探頭的第一定位點、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭內的第二定位點，依據超音波探頭的第一垂足點、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭的第二垂足點，依據第二定位點及第二垂足點，利用對應的平面法向量產生平面方程式，依據平面方程式及第一中心點，產生滿足平面方程式的第二中心點，其中第二中心點為平面方程式與第一中心點之距離最短的一點，以及依據第一中心點與第二中心點的距離，選擇性地顯示第二中心點對應的球狀空間於超音波切面影像上。

本發明另一實施例提出一種超音波系統，包含超音波探頭、處理器及顯示裝置。超音波探頭用以偵測在表面下之空間內的至少一個物件。處理器耦接於超音波探頭，用以處理超音波探頭的定位資料。顯示裝置耦接於處理器，用以顯示超音波切面影像。處理器設定位於超音波探頭內的第一定位點，取得位於超音波探頭之偵測深度之影像邊界線上，與第一定位點對應的第一垂足點。第一定位點與第一垂足點所構成之線段與影像邊界線垂直。處理器設定位於超音波探頭之偵測範圍內之第一中心點。當超音波探頭移動一個偏移量及一個旋轉角度後，處理器依據超音波探頭的第一定位點、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭內的第二定位點。依據超音波探頭的第一垂足點、偏移量及旋轉角度，處理器取得超音波探頭的第二垂足點，依據第二定位點及第二垂足點，利用對應的平面法向量產生平面方程式，依據平面方程式及第一中心點，產生滿足平面方程式的第二中心點。第二中心點為平面方程式與第一中心點之距離最短的一點。處理器依據第一中心點與第二中心點的距離，控制顯示裝置以選擇性地顯示第二中心點對應的球狀空間於超音波切面影像上。

100‧‧‧超音波系統

10‧‧‧超音波探頭

10a‧‧‧陀螺儀

10b‧‧‧重力感測器

10c‧‧‧無線網路定位裝置

11‧‧‧處理器

12‧‧‧顯示裝置

13‧‧‧記憶體

S‧‧‧表面

D1、D2、D3及D4‧‧‧距離

P1‧‧‧第一定位點

T1‧‧‧第一中心點

F1‧‧‧第一垂足點

S‧‧‧表面

X、Y及Z‧‧‧軸

DR及DR’‧‧‧梯形區域

IML及IML’‧‧‧影像邊界線

r‧‧‧第一半徑

SS‧‧‧球狀記憶空間

P2‧‧‧第二定位點

F2‧‧‧第二垂足點

T2‧‧‧第二中心點

rb‧‧‧第二半徑

PE‧‧‧平面方程式

A‧‧‧切點

D‧‧‧距離

SS’‧‧‧球狀空間

S701至S708‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之超音波系統之實施例的方塊圖。

第2圖係為第1圖之超音波系統中，在三維座標空間內之複數個初始化座標的示意圖。

第3圖係為第1圖之超音波系統中，依據第一中心點及第一半徑，產生以第一中心點為球心的球狀記憶空間之示意圖。

第4圖係為第1圖之超音波系統中，在超音波探頭移動後，在三維座標空間內之複數個座標的示意圖。

第5圖係為第1圖之超音波系統中，在超音波探頭移動後，依據平面方程式及第一中心點，產生滿足平面方程式的第二中心點之示意圖。

第6圖係為第1圖之超音波系統中，將第二中心點對應的球狀空間顯示於超音波切面影像的示意圖。

第7圖係為第1圖之超音波系統中，執行超音波探頭的定位方法之流程圖。

第1圖係為本發明之超音波系統100之實施例的方塊圖。超音波系統100包含超音波探頭10、處理器11以及顯示裝置12。超音波探頭10用以偵測在表面S下之空間內的至少一個物件。超音波探頭10之種類可為曲線陣列(Curvilinear Array，簡稱CLA)探頭，線性陣列(Linear Array，簡稱LA)探頭或相位陣列(Phased Array，簡稱PA)探頭...等等任何的探頭規格。並且，表面S可為皮膚表面，超音波探頭10可用來探測皮膚表面之下的骨骼、血管或是任何生物組織或器官之位置及形態。超音波探頭10內可包含陀螺儀10a、重力感測器10b及無線網路定位裝置10c。在超音波探頭10移動後，陀螺儀10a及重力感測器10b可偵測超音波探頭10的旋轉角度，且無線網路定位裝置10c可偵測超音波探頭10的偏移量。無線網路定位裝置10c可為藍芽(Bluetooth)的定位裝置、或是任何短距離至中距離的無線定位裝置。處理器11耦接於超音波探頭10，用以處理超音波探頭10的定位資料。處理器11可為任何形式的處理裝置，例如超音波檢測機台、電腦、或超音波工作站等等。超音波探頭10可用有線或是無線的方式與處理器11連結。處理器11也可以安裝用以同步陀螺儀10a、重力感測器10b及無線網路定位裝置10c的應用程式或是耦接於輔助電路，用以更精準地取得超音波探頭10的即時定位資料。顯示裝置12耦接於處理器11，用以顯示超音波切面影像。顯示裝置12可為任何種類之黑白或是彩色的顯示器，用以顯示超音波探頭10之梯形偵測範圍內的影像。超音波系統100還可包含記憶體13。記憶體13耦接於處理器11，用以儲存超音波探頭10的定位資料(例如定位座標資料)以及定位運算資料(如後文提及的平面方程式以及法向量資料)。並且，記憶體13可以設置於具有處理器11的主機板上，也可為外接記憶體(例如外接硬碟)或雲端記憶空間。任何合理的硬體變換都屬於本發明所揭露的範疇。在超音波系統100中，處理器11可設定位於超音波探頭10內的第一定位點，並取得位於超音波探頭10之偵測深度之影像邊界線上，與第一定位點對應的第一垂足(Foot of Perpendicular)點。第一定位點與第一垂足點所構成之線段與影像邊界線垂直。處理器11可設定位於超音波探頭10之偵測範圍內之第一中心點。當超音波探頭10移動一個偏移量及旋轉一個旋轉角度後，處理器11可依據超音波探頭10的第一定位點、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭10內的第二定位點。並且，處理器11可依據超音波探頭10的第一垂足點、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭10的第二垂足點。接著，處理器11可依據第二定位點及第二垂足點，利用對應的平面法向量產生平面方程式，並依據平面方程式及第一中心點，產生滿足平面方程式的第二中心點。第二中心點為平面方程式與第一中心點之距離最短的一點。最後，處理器可依據第一中心點與第二中心點的距離，控制顯示裝置12以選擇性地顯示第二中心點對應的球狀空間於超音波切面影像上。超音波系統100執行超音波探頭10的定位方法之細節將於後文詳述。

第2圖係為超音波系統100中，在三維座標空間內之複數個初始化座標的示意圖。如第2圖所示，三維座標空間可為三維直角坐標系(Cartesian Coordinate System)的空間，其中X為水平軸，Z為垂直軸，Y軸垂直於X軸以及Z軸。超音波系統100在初始化的設定時，可設定位於超音波探頭10內的第一定位點P1。第一定位點P1的座標可表示為P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)。第一定位點P1可通過超音波探頭10的中線。並且，為了運算方便，第一定位點P1的座標P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)可設定為三維直角坐標系的原點，意即P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)=P1(0,0,0)。接著，超音波系統100可取得位於超音波探頭10之偵測深度D4之影像邊界線IML上，與第一定位點P1對應的第一垂足(Foot of Perpendicular)點F1。偵測深度D4表示超音波探頭10由表面S往內偵測的距離。偵測深度D4可為系統或使用者設定的距離，也可為超音波探頭10所支援的最大偵測距離。並且，第一定位點P1與第一垂足點F1所構成之線段與影像邊界線IML垂直。在第2圖中，第一垂足點F1的座標可表示為F1(X_F1,Y_F1,Z_F1)。當第一定位點P1與表面S的垂直距離為D1，且偵測深度為D4時，第一垂足點F1的座標F1(X_F1,Y_F1,Z_F1)即可表示為F1(0,0,-D1-D4)。換句話說，第一定位點P1可通過超音波探頭10的中線，且第一垂足點F1可為超音波探頭10的中線，與超音波探頭10之偵測深度D4之影像邊界線IML之交點，第一垂足點F1可為超音波探頭10的焦點所在或鄰近該焦點。並且，當使用者欲透過超音波探頭10設定需要記錄的影像畫面時，可以設定位於超音波探頭10之偵測範圍內之第一中心點T1。於此，超音波探頭10之偵測範圍可為梯形區域DR。第一中心點T1的座標可表示為T1(X_T1,Y_T1,Z_T1)。當第一中心點T1與表面S的垂直距離為D2，且第一中心點T1與中線的距離為D3時，第一中心點T1的座標可表示為T1(X_T1,Y_T1,Z_T1)=T1(-D3,0,-D1-D2)。

在第2圖中，由於第一定位點P1的座標為P1(0,0,0)、第一垂足點F1的座標為F1(0,0,-D1-D4)、第一中心點T1的座標為T1(-D3,0,-D1-D2)，因此，超音波系統100可計算出在初始化設定時，通過第一定位點P1、第一垂足點F1以及第一中心點T1的平面方程式以及法向量，推導如下：

(1)P1至F1的方向向量為(0,0,-D1-D4)。

(2)P1至T1的方向向量為(-D3,0,-D1-D2)。

通過第一定位點P1、第一垂足點F1以及第一中心點T1的平面方程式之法向量(n_X1,n_Y1,n_Z1)與上述兩個方向向量的內積分別為零，因此法向量(n_X1,n_Y1,n_Z1)滿足-(D1+D4)×n_Z1=0且-D3×n_X1-(D1+D2)×n_Z1=0。最後可以得出法向量為(0,n_Y1,0)。因此，通過第一定位點P1、第一垂足點F1以及第一中心點T1的平面方程式可表示為y=0。平面方程式y=0也可視為對應超音波系統100的初始偵測平面。

第3圖係為超音波系統100中，依據第一中心點T1及第一半徑r，產生以第一中心點T1為球心的球狀記憶空間SS之示意圖。如前述提及，當使用者欲透過超音波探頭10設定需要記錄的影像畫面時，可以設定位於超音波探頭10之偵測範圍內之第一中心點T1。當使用者以第一中心點T1為球心，設定第一半徑r後，超音波系統100可依據第一中心點T1及第一半徑r，產生以第一中心點T1為球心的球狀記憶空間SS。球狀記憶空間SS的方程式可以表示為(x-X_T1)²+(y-Y_T1)²+(z-Z_T1)²=r²。球狀記憶空間SS也可視為超音波系統100所產生的虛擬三維空間，亦可視為給醫護人員參考的投藥或下藥的目標空間。

在前述對超音波探頭10完成定位點P1、F1以及T1的設定後，超音波探頭10可自由移動。第4圖係為超音波系統100中，在超音波探頭10移動後，在三維座標空間內之複數個座標的示意圖。如前述提及，超音波探頭10內具有陀螺儀10a、重力感測器10b及無線網路定位裝置10c。陀螺儀10a、重力感測器10b及無線網路定位裝置10c的定位資料可與處理器11同步。因此，當超音波探頭10以一個偏移量及一個旋轉角度移動時，無線網路定位裝置10c。陀螺儀10a、重力感測器10b可以偵測其偏移量及旋轉角度。並且，處理器11也可以依據超音波探頭10的第一定位點P1、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭10內的第二定位點P2。舉例而言，第一定位點P1的座標為P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)，當超音波探頭移動後，處理器11可產生第二定位點P2的座標，可表示為P2(X_P2,Y_P2,Z_P2)。類似地，處理器11可依據超音波探頭的第一垂足點F1、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭的第二垂足點F2。舉例而言，第一垂足點F1的座標為F1(X_F1,Y_F1,Z_F1)，當超音波探頭移動後，處理器11可產生第二垂足點F2的座標，可表示為F2(X_F2,Y_F2,Z_F2)。並且，第二定位點P2與第二垂足點F2所構成之線段與梯形區域DR’之影像邊界線IML’垂直。類似地，第二定位點P2可通過超音波探頭10的中線，且第二垂足點F2可為超音波探頭10的中線，與影像邊界線IML’之交點。接著，處理器11可依據第二定位點P2及第二垂足點F2，再利用偏移量及旋轉角度，取得對應的平面法向量以產生平面方程式。舉例而言，在超音波探頭10移動後，處理器11可以產生平面法向量(n_X2,n_Y2,n_Z2)。並且，平面法向量(n_X2,n_Y2,n_Z2)與第二定位點P2及第二垂足點F2所構成之向量的內積為零。換句話說，平面法向量(n_X2,n_Y2,n_Z2)將滿足n_X2×(X_F2-X_P2)+n_Y2×(Y_F2-Y_P2)+n_Z2×(Z_F2-Z_P2)=0。(X_F2-X_P2),(Y_F2-Y_P2),(Z_F2-Z_P2)為第二定位點P2及第二垂足點F2所構成之向量。在平面法向量(n_X2,n_Y2,n_Z2)求得後，處理器11即可依此產生平面方程式，如下：n_X2×(x-X_P2)+n_Y2×(y-Y_P2)+n_Z2×(z-Z_P2)=0

由於超音波探頭10發生移動，因此初始化的平面方程式(y=0)與上述的平面方程式n_X2×(x-X_P2)+n_Y2×(y-Y_P2)+n_Z2×(z-Z_P2)=0不同。下文將描述如何根據” 更新”的平面方程式而產生”更新”的球狀空間之方法。

第5圖係為超音波系統100中，在超音波探頭10移動後，依據平面方程式PE及第一中心點T1，產生滿足平面方程式PE的第二中心點T2之示意圖。如前述提及，當使用者以第一中心點T1為球心設定第一半徑r後，超音波系統100可依據第一中心點T1及第一半徑r，產生以第一中心點T1為球心的球狀記憶空間SS。球狀記憶空間SS的方程式可以表示為(z-X_T1)²+(y-Y_T1)²+(z-Z_T1)²=r²。並且，當超音波探頭10移動後，處理器11可產生平面方程式PE，如n_X2×(x-X_P2)+n_Y2×(y-Y_P2)+n_Z2×(z-Z_P2)=0。因此，處理器11可以依據平面方程式PE及第一中心點T1，產生滿足平面方程式PE的第二中心點T2。第二中心點T2為平面方程式PE與第一中心點T1之距離最短的一點。換句話說，第二中心點T2可視為第一中心點T1對平面方程式PE進行投影的投影點。第二中心點T2的座標可表示為T2(X_T2,Y_T2,Z_T2)。並且，第二中心點T2與第一中心點T1的距離為d。當球狀記憶空間SS與平面方程式PE有交集，且球狀記憶空間SS與平面方程式PE的交集為圓形切面時，第二中心點T2也可視為圓形切面的圓心。並且，處理器11也可產生圓形切面的半徑，以rb表示。依據畢氏定理，第一中心點T1、第二中心點T2及切點A構成直角三角形，因此第一半徑r視為直角三角形的斜邊，故符合r²=d²+rb²的關係。並且，圓形切面的半徑rb小於第一半徑r。接著，處理器11可以依據第一中心點T1與第二中心點T2的距離d，選擇性地顯示第二中心點T2對應的球狀空間於超音波切面影像上，其細節將於後文詳述。

如前述提及，處理器11可以依據平面方程式PE及第一中心點T1，產生滿足平面方程式PE的第二中心點T2(第一中心點T1之投影點)，並偵測第一中心點T1及第二中心點T2的距離d。處理器11可再設定以第二中心點T2為球心的第二半徑rb。第二半徑rb意即前述提及之圓形切面的半徑。若第二中心點T2與第一中心點T1之距離d小於或等於第一半徑r，且第二中心點T2對應的具有第二半徑rb 之球狀空間未超出超音波切面影像的範圍，將第二中心點T2對應的具有第二半徑rb之球狀空間顯示於超音波切面影像上。如第6圖所示，超音波切面影像可為前述提及之梯型區域DR，處理器11可將以第二中心點T2為圓心，具有第二半徑rb之球狀空間SS’顯示於超音波切面影像上。球狀空間SS’的方程式可寫為(x-X_T2)²+(y-Y_T2)²+(z-Z_T2)²=rb²。並且，第一中心點T1之球狀記憶空間SS及第二中心點T2之球狀空間SS’均落在超音波切面影像(梯型區域DR)的範圍內。由第6圖觀之，當超音波探頭10移動，但其偵測範圍(或稱偵測平面)並未偏離初始化的球狀記憶空間SS(下藥或是下針空間)太多時，顯示裝置12仍會在梯型區域DR中，顯示對應的球狀空間SS’以供使用者(醫師)參考。因此，醫師參考了球狀空間SS’的位置即可馬上修正其超音波探頭10的角度或是位置，以快速地校正超音波探頭10而對準其下藥空間或是下針空間。

反之，當第二中心點T2與第一中心點T1的距離d大於第一半徑r，或是第二中心點T2對應的球狀空間SS’超出超音波切面影像的範圍(梯形區域DR)之外，表示超音波探頭10嚴重偏移初始化的球狀記憶空間SS(下藥或是下針空間)。因此，處理器11將會產生一個定位偏移訊號並暫時停止顯示超音波切面影像。因此，當醫師接收到定位偏移訊號或發現球狀空間SS’並未顯示於顯示裝置12上時，即可明瞭超音波探頭10可能發生嚴重偏移。因此，醫師可以立刻重新調整超音波探頭10的位置以及角度，以對準其下藥空間或是下針空間。

如前述提及，超音波系統100內的任何合理的技術或是硬體變更都屬於本發明所揭露的範疇。舉例而言，顯示裝置12可以包含一個使用者介面(User Interface，UI)，用以輸入超音波探頭10內之第一定位點P1對應的座標資訊P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)。第一定位點P1對應的座標資訊P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)也可以由超音波探頭10以自動定位或內建基準點的方式而產生。處理器11接收第一定位點P1對應的座標資訊P1(X_P1,Y_P1,Z_P1)後，可將第一定位點P1設定為原點P1(0,0,0)。並且，使用者介面也可以用於輸入第一中心點T1的座標T1(X_T1,Y_T1,Z_T1)、偵測深度D4、第一半徑r、及/或第一垂足點F1的座標F1(X_F1,Y_F1,Z_F1)等等初始化定位資料。然而，如前述提及，第一中心點T1的座標T1(X_T1,Y_T1,Z_T1)、偵測深度D4、第一半徑r、及第一垂足點F1的座標F1(X_F1,Y_F1,Z_F1)可為超音波系統100內建的參數、或超音波系統100依據定位資料產生的參數、或是使用者自訂的參數。超音波系統100在初始化時，上述參數的任何合理產生方式都屬於本發明所揭露的範疇。並且，由於超音波系統100可視為具有連續定位機制的功能，因此，初始化的每一個參數或是每一次定位的資料都可被儲存於記憶體13中。例如，第一定位點P1、第一垂足點F1、第一中心點T1、第二定位點P2、第二垂足點F2、第一中心點T1對應之球狀記憶空間SS以及第二中心點T2對應之球狀空間SS’的定位資料，都可被儲存於記憶體13中。上述的定位資料都可視為醫師的參考資料，讓醫師可以快速地校正超音波探頭10的位置以及偵測角度，而準確地找到適合的下藥空間或是下針空間。

第7圖係為超音波系統100中，執行超音波探頭10的定位方法之流程圖。超音波系統100執行超音波探頭10的定位方法包含步驟S701至S708，步驟S701至步驟S708的任何合理修改都屬於本發明所揭露的範疇。步驟S701至S708描述於下：步驟S701：設定位於超音波探頭10內的第一定位點P1；步驟S702：取得位於超音波探頭10之偵測深度D4之影像邊界線IML上，與第一定位點P1對應的第一垂足點F1，其中第一定位點P1與第一垂足點F1所構成之線段與影像邊界線IML垂直；步驟S703：設定位於超音波探頭10之偵測範圍內之第一中心點T1；步驟S704：當超音波探頭10移動一個偏移量及一個旋轉角度，依據超音波探頭10的第一定位點P1、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭10內的第二定位點P2；步驟S705：依據超音波探頭10的第一垂足點F1、偏移量及旋轉角度，取得超音波探頭10的第二垂足點F2；步驟S706：依據第二定位點P2及第二垂足點F2，利用對應的平面法向量產生平面方程式；步驟S707：依據平面方程式及第一中心點T1，產生滿足平面方程式的第二中心點T2，其中第二中心點T2為平面方程式與第一中心點T1之距離最短的一點；步驟S708：依據第一中心點T1與第二中心點T2的距離，選擇性地顯示第二中心點T2對應的球狀空間SS’於超音波切面影像上。

步驟S701至步驟S708的細節已於前文中詳述，故於此將不再贅述。在超音波系統100中，步驟S701至步驟S703可視為初始化的定位階段。步驟S704至步驟S708可視為超音波探頭10被連續定位的階段。藉由執行步驟S701至步驟S708，醫師可參考球狀空間SS’而馬上修正超音波探頭10的偵測角度或是位置，進而快速地對準其下藥空間或是下針空間。當超音波探頭10發生嚴重偏移時，醫師也可以立刻重新調整超音波探頭10的位置以及角度，以重新對準其下藥空間或是下針空間。

綜上所述，本發明揭露了一種超音波系統及超音波探頭的定位方法。在超音波系統中，當超音波探頭被移動後，醫師可以依據球狀記憶空間以及目前球狀空間的相對位置確認下藥或是下針位置的正確性。因此，超音波系統可應用於許多生檢、引流以及藥物的注入治療。並且，當超音波探頭的掃瞄範圍較大時，由於據球狀記憶空間在初始化的階段即被建立，因此球狀記憶空間即可被視為目標臟器的下藥空間。因此，醫師可以快速地依據目前超音波探頭的座標，調整超音波探頭的位置或角度以對準球狀記憶空間。並且，超音波系統的球狀記憶空間也可以設定為多個，以同時觀察不同位置的病灶。換句話說，本發明的超音波系統及超音波探頭的定位方法，提供了一種自動化的虛擬空間技術，來模擬初始化的球狀記憶空間以及目前定位的球狀空間，因此可以快速地讓醫師進行適合的內科治療。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims

一種超音波探頭的定位方法，包含：設定位於該超音波探頭內的一第一定位點；取得位於該超音波探頭之一偵測深度之一影像邊界線上，與該第一定位點對應的一第一垂足(Foot of Perpendicular)點，其中該第一定位點與該第一垂足點所構成之一線段與該影像邊界線垂直；設定位於該超音波探頭之一偵測範圍內之一第一中心點；當該超音波探頭移動一偏移量及一旋轉角度，依據該超音波探頭的該第一定位點、該偏移量及該旋轉角度，取得該超音波探頭內的一第二定位點；依據該超音波探頭的該第一垂足點、該偏移量及該旋轉角度，取得該超音波探頭的一第二垂足點；依據該第二定位點及第二垂足點，利用對應的一平面法向量產生一平面方程式；依據該平面方程式及該第一中心點，產生滿足該平面方程式的一第二中心點，其中該第二中心點係為該平面方程式與該第一中心點之距離最短的一點；及依據該第一中心點與該第二中心點之間的一距離，選擇性地顯示該第二中心點對應的一球狀空間於一超音波切面影像上。
如請求項1所述之方法，另包含：設定以該第一中心點為一球心的一第一半徑；其中依據該第一中心點與該第二中心點之間的該距離，選擇性地顯示以該第二中心點對應的該球狀空間於該超音波切面影像上，係為若該第二中心點與該第一中心點之間之該距離小於或等於該第一半徑，且該第二中心點對應的該球狀空間未超出該超音波切面影像的範圍，將該第二中心點對應的該球狀空間顯示於該超音波切面影像上。
如請求項2所述之方法，另包含：依據該第一中心點及該第一半徑，產生以該第一中心點為球心的一球狀記憶空間；以該第二中心點為一圓心，取得該平面方程式與該球狀記憶空間的一圓形切面半徑；及依據該第二中心點及該圓形切面半徑，產生以第二中心點為球心的該球狀空間；其中該第二中心點對應之該球狀空間的一第二半徑係為該圓形切面半徑，且該第一中心點之該球狀記憶空間及該第二中心點之該球狀空間落在該超音波切面影像的範圍內。
如請求項2所述之方法，其中該第二半徑小於該第一半徑。
如請求項1所述之方法，另包含：設定以該第一中心點為一球心的一第一半徑；其中依據該第二中心點與該第一中心點之間的該距離，選擇性地顯示以該第二中心點對應的該球狀空間於該超音波切面影像上，係為若該第二中心點與該第一中心點之間的該距離大於該第一半徑，或該第二中心點對應的該球狀空間超出該超音波切面影像的範圍，產生一定位偏移訊號並暫時停止顯示該超音波切面影像。
如請求項1所述之方法，另包含：利用該超音波探頭內的一陀螺儀及一重力感測器，在超音波探頭移動後，偵測該超音波探頭的該旋轉角度；及利用該超音波探頭內的一無線網路定位裝置，在超音波探頭移動後，偵測該超音波探頭的該偏移量。
如請求項1所述之方法，其中該第一定位點、該第一垂足點、該第一中心點、該第二定位點及該第二垂足點對應一三維直角坐標系(Cartesian Coordinate System)的複數個座標，且該第一定位點係為該三維直角坐標系的一原點。
如請求項1所述之方法，其中該平面方程式的該平面法向量，與該第二定位點及第二垂足點所構成之一向量的內積為零。
如請求項1所述之方法，其中該第一定位點通過該超音波探頭的一中線，且該第一垂足點係為該超音波探頭的該中線，與該超音波探頭之該偵測深度之該影像邊界線之一交點。
一種超音波系統，包含：一超音波探頭，用以偵測在一表面下之空間內的至少一物件；一處理器，耦接於該超音波探頭，用以處理該超音波探頭的定位資料；及一顯示裝置，耦接於該處理器，用以顯示一超音波切面影像；其中該處理器設定位於該超音波探頭內的一第一定位點，取得位於該超音波探頭之一偵測深度之一影像邊界線上，與該第一定位點對應的一第一垂足(Foot of Perpendicular)點，該第一定位點與該第一垂足點所構成之一線段與該影像邊界線垂直，設定位於該超音波探頭之一偵測範圍內之一第一中心點，當該超音波探頭移動一偏移量及一旋轉角度後，該處理器依據該超音波探頭的該第一定位點、該偏移量及該旋轉角度，取得該超音波探頭內的一第二定位點，依據該超音波探頭的該第一垂足點、該偏移量及該旋轉角度，該處理器取得該超音波探頭的一第二垂足點，依據該第二定位點及第二垂足點，利用對應的一平面法向量產生一平面方程式，依據該平面方程式及該第一中心點，產生滿足該平面方程式的一第二中心點，該第二中心點係為該平面方程式與該第一中心點之距離最短的一點，及依據該第一中心點與該第二中心點之間的一距離，控制該顯示裝置以選擇性地顯示該第二中心點對應的一球狀空間於該超音波切面影像上。
如請求項10所述之系統，其中該處理器設定以該第一中心點為一球心的一第一半徑，若該第二中心點與該第一中心點之間的該距離小於或等於該第一半徑，且該第二中心點對應的該球狀空間未超出該超音波切面影像的範圍，該處理器控制該顯示裝置，以將該第二中心點對應的該球狀空間顯示於該超音波切面影像上。
如請求項11所述之系統，其中該處理器依據該第一中心點及該第一半徑，產生以該第一中心點為球心的一球狀記憶空間，以該第二中心點為一圓心，取得該平面方程式與該球狀記憶空間的一圓形切面半徑，依據該第二中心點及該圓形切面半徑，產生以第二中心點為球心的該球狀空間，該第二中心點對應之該球狀空間的一第二半徑係為該圓形切面半徑，且該第一中心點之該球狀記憶空間及該第二中心點之該球狀空間落在該超音波切面影像的範圍內。
如請求項11所述之系統，其中該第二半徑小於該第一半徑。
如請求項10所述之系統，其中該處理器設定以該第一中心點為一球心的一第一半徑，若該第二中心點與該第一中心點之間的該距離大於該第一半徑，或該第二中心點對應的該球狀空間超出該超音波切面影像的範圍，該處理器產生一定位偏移訊號，並控制該顯示裝置暫時停止顯示該超音波切面影像。
如請求項10所述之系統，其中該超音波探頭包含一陀螺儀、一重力感測器及一無線網路定位裝置，在該超音波探頭移動後，該陀螺儀及該重力感測器偵測該超音波探頭的該旋轉角度，且該無線網路定位裝置偵測該超音波探頭的該偏移量。
如請求項10所述之系統，其中該第一定位點、該第一垂足點、該第一中心點、該第二定位點及該第二垂足點對應一三維直角坐標系(Cartesian Coordinate System)的複數個座標，且該第一定位點係為該三維直角坐標系的一原點。
如請求項10所述之系統，其中該平面方程式的該平面法向量，與該第二定位點及第二垂足點所構成之一向量的內積為零。
如請求項10所述之系統，另包含：一記憶體，耦接於該處理器，用以儲存該第一定位點、該第一垂足點、該第一中心點、該第二定位點、該第二垂足點、該第一中心點對應之一球狀記憶空間以及該第二中心點對應之該球狀空間的定位資料。
如請求項10所述之系統，其中該顯示裝置包含一使用者介面(User Interface，UI)，用以輸入該超音波探頭內之該第一定位點對應的座標資訊，且該處理器接收該第一定位點對應的該座標資訊後，將該第一定位點設定為一原點。
如請求項10所述之系統，其中該第一定位點通過該超音波探頭的一中線，且該第一垂足點係為該超音波探頭的該中線，與該超音波探頭之該偵測深度之該影像邊界線之一交點。