TWI691310B - 超音波掃描方法與超音波掃描裝置 - Google Patents

超音波掃描方法與超音波掃描裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的實施例提供一種超音波掃描方法與超音波掃描裝置。所述方法包括：經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像；經由影像辨識模組分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案；以及根據所述器官圖案的辨識結果自動產生引導訊息，其中所述引導訊息用以引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官。

Description

超音波掃描方法與超音波掃描裝置
本發明是有關於一種超音波掃描技術，且特別是有關於一種超音波掃描方法與超音波掃描裝置。
超音波掃描裝置可基於超音波來掃描人體內的器官影像，以根據此器官影像評估器官狀態。然而，傳統上超音波掃描裝置需要專業人士操作，且經由超音波掃描而獲得的超音波影像也需要專業人士進行辨識。未經過專業訓練的人員不容易從超音波影像中辨識出特定器官。但是，在實務上，醫生或檢驗師等專業人士在操作超音波掃描裝置時，也可能因為各種狀況(例如專業度不足或疲勞)而發生對於器官圖案的錯誤判讀，導致檢驗缺乏效率甚至導致檢驗結果失準。
本發明提供一種超音波掃描方法與超音波掃描裝置，可自動分析超音波影像並根據分析結果提供輔助掃描的引導訊息，從而改善上述問題。
本發明的實施例提供一種超音波掃描方法，其用於超音波掃描裝置。所述超音波掃描方法包括：經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像；經由影像辨識模組分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案；以及根據所述器官圖案的辨識結果自動產生引導訊息，其中所述引導訊息用以引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官。
本發明的實施例另提供一種超音波掃描裝置，其包括超音波掃描器與處理器。所述超音波掃描器用以對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像。所述處理器耦接至所述超音波掃描器並且用以經由影像辨識模組分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案。所述處理器更用以根據所述器官圖案的辨識結果自動產生引導訊息，且所述引導訊息用以引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官。
基於上述，在經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像後，影像辨識模組可用以分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案。接著，引導訊息可根據所述器官圖案的辨識結果自動產生。特別是，此引導訊息可引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官，從而可減少專業人士執行超音波掃描的負擔及/或未經過專業訓練的人員也可以輕易操作超音波掃描裝置完成簡易掃描。
為讓本發明的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。
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描裝置的示意圖。請參照圖1，超音波掃描裝置10包括超音波掃描器101、儲存裝置102、影像辨識模組103、處理器104及輸入/輸出介面105。超音波掃描器101用以對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像。例如，超音波掃描器101可包括手持式探頭。超音波掃描器101可發射超音波並接收經由人體器官反射回來的超音波。根據反射回來的超音波，超音波影像可被獲得。在以下實施例中，是以二維超音波影像作為範例進行說明。然而，在另一實施例中，所述超音波影像亦可包含三維超音波影像，本發明不加以限制。
儲存裝置102用以儲存資料。例如，儲存裝置102可包括揮發性儲存媒體與非揮發性儲存媒體。揮發性儲存媒體可包括隨機存取記憶體(random access memory, RAM)。非揮發性記憶體模組可包括快閃(flash)記憶體模組、唯讀記憶體(read only memory, ROM)、固態硬碟(solid state drive, SSD)及/或傳統硬碟(hard disk drive, HDD)等。此外，儲存裝置102的數目可以是一或多個，本發明不加以限制。
影像辨識模組103用以對所獲得的超音波影像執行影像辨識。例如，影像辨識模組103可基於卷積神經網路(convolutional neural network, CNN)架構或其他類型的影像辨識架構(或演算法)來執行影像辨識。影像辨識模組103可以軟體或硬體形式實施。在一實施例中，影像辨識模組103包括軟體模組。例如，影像辨識模組103的程式碼可儲存於儲存裝置102並可由處理器104執行。在一實施例中，影像辨識模組103包括硬體電路。例如，影像辨識模組103可包括圖型處理器(GPU)或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器、可程式化控制器、特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置或其他類似裝置或這些裝置的組合。此外，影像辨識模組103的數目可以是一或多個，本發明不加以限制。
處理器104耦接至超音波掃描器101、儲存裝置102及影像辨識模組103。處理器104可用以控制超音波掃描器101、儲存裝置102及影像辨識模組103。例如，處理器104可包括中央處理器(CPU)、圖型處理器或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器、可程式化控制器、特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置或其他類似裝置或這些裝置的組合。在一實施例中，處理器104可用以控制超音波掃描裝置10的整體或部分操作。在一實施例中，影像辨識模組103可以軟體、韌體或硬體形式實作於處理器104內部。此外，處理器104的數目可以是一或多個，本發明不加以限制。
輸入/輸出介面105耦接至處理器104。輸入/輸出介面105用以接收訊號及/或輸出訊號。例如，輸入/輸出介面105可包括螢幕、觸控螢幕、觸控板、滑鼠、鍵盤、實體按鈕、揚聲器、麥克風、有線通訊介面及/或無線通訊介面，且輸入/輸出介面105的類型不限於此。
圖2是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描操作的示意圖。請參照圖1與圖2，操作人員可以手持超音波掃描器101並將超音波掃描器101於人體21上移動以執行超音波掃描操作。此外，一種凝膠可以被塗抹於超音波掃描器101與人體21之間，以利執行所述超音波掃描操作。以圖2為例，經由此超音波掃描操作而獲得的超音波影像可呈現器官201的圖案(亦稱為器官圖案)。例如，器官201可包括心臟、肝臟及/或子宮等各式人體器官，本發明不加以限制。所獲得的超音波影像可被儲存於儲存裝置102。
處理器104可經由影像辨識模組103分析超音波影像以辨識超音波影像中的器官圖案。處理器104可根據器官圖案的辨識結果自動產生引導訊息。此引導訊息可用以引導超音波掃描器101之移動以掃描人體21的特定器官(亦稱為目標器官)。例如，此引導訊息可藉由輸入/輸出介面105中的螢幕以影像形式輸出及/或藉由輸入/輸出介面105中的揚聲器以聲音形式輸出。或者，此引導訊息亦可以是以其他形式(例如震動或蜂鳴器)輸出，本發明不加以限制。此外，目標器官可以是心臟、肝臟及/或子宮等各式人體器官，本發明不加以限制。操作人員可根據此引導訊息移動超音波掃描器101，以持續掃描目標器官及/或在掃描過程中持續擴大目標器官在超音波影像中的圖案面積。
在一實施例中，此引導訊息可包含方向訊息。操作人員可根據此方向訊息而朝特定方向移動超音波掃描器101。在一實施例中，此引導訊息可包含當前超音波掃描器101之移動方向是否正確之訊息。操作人員可根據此引導訊息決定是否要改變超音波掃描器101之移動方向。藉此，即便未受到專業的超音波掃描及/或分析超音波影像之訓練，一般使用者也可以根據此引導訊息而執行對於目標器官的超音波掃描及/或獲得呈現目標器官之完整圖案(或最大圖案)的超音波影像。此外，此引導訊息也可用以引導醫生或檢驗師等專業人士，以協助其完成對於目標器官的超音波掃描。
在一實施例中，處理器104可記錄對應於某一超音波影像的座標資訊。此座標資訊可反映在擷取此超音波影像時超音波掃描器101的位置。例如，超音波掃描器101中可設置有感測器模組。例如，此感測器模組可包括光學感測器、陀螺儀及重力感測器(例如G-sensor)等，以感測當前超音波掃描器101的位置、移動方向及/或移動距離等。處理器104可根據感測器模組所提供的資訊獲得對應於某一超音波影像的座標資訊。
圖3是根據本發明的一實施例所繪示的超音波影像與相應的座標資訊的示意圖。請參照圖3，座標表格31紀錄有多個編號為1~5的超音波影像所對應的座標(x1,y1)~(x5,y5)。以編號為1與2的超音波影像為例，在擷取編號為1的超音波影像時，超音波掃描器101的位置是處於座標(x1,y1)；在擷取編號為2的超音波影像時，超音波掃描器101的位置是處於座標(x2,y2)，以此類推。在對某一超音波影像執行器官圖案的影像辨識後，處理器104可根據器官圖案的辨識結果與座標表格31中對應於此超音波影像的座標資訊產生所述引導訊息。換言之，在產生引導訊息的操作中，超音波掃描器101的當前位置、過去位置及/或移動軌跡可被考慮。須注意的是，座標表格31中的5個超音波影像僅為範例。在另一實施例中，更多或更少的超音波影像以及相應的座標資訊可被記錄於座標表格31中。或者，座標表格31亦可以其他形式記載超音波影像及相應的座標資訊。此外，更多可用於產生所述引導訊息的資訊亦可記載於座標表格31中，視實務上需求而定。
在一實施例中，影像辨識模組103可在一個超音波影像中決定一個預測框。此預測框反映影像辨識模組103所辨識的器官圖案在超音波影像中的範圍。以包含肝臟圖案的超音波影像為例，在對此超音波影像執行影像辨識後，影像辨識模組103可在此超音波影像中決定一個預測框。此預測框反映此超音波影像中的肝臟圖案的概略範圍。
在一實施例中，所述預測框所涵蓋的是目標器官之器官圖案的範圍。例如，假設某一超音波影像中包含多個器官圖案，則影像辨識模組103可根據這些器官圖案中屬於目標器官的器官圖案(亦稱為目標器官圖案)來決定預測框，使得此預測框(僅)涵蓋此目標器官圖案的範圍。從另一角度來看，在決定目標器官後，影像辨識模組103可開始追蹤目標器官的器官圖案，而忽略其餘不屬於目標器官的器官圖案。例如，假設所決定的目標器官是肝臟，則影像辨識模組103可開始追蹤超音波影像中可能出現的肝臟圖案且忽略超音波影像中其餘器官(例如腎臟或心臟)的器官圖案。
在一實施例中，處理器104可獲得某一超音波影像中的預測框的面積。此面積的尺寸可反映此預測框在此超音波影像中佔有的面積比例。處理器104可根據此面積產生所述引導訊息。例如，在連續獲得多個超音波影像後，處理器104可根據此些超音波影像中的預測框的面積之間的數值關係來產生所述引導訊息。例如，此數值關係可反映此些預測框之間的面積變化。
圖4與圖5是根據本發明的一實施例所繪示的根據預測框的面積之間的數值關係產生引導訊息的示意圖。請參照圖4，假設在獲得超音波影像41後，藉由移動超音波掃描器101，超音波影像42接續被獲得。超音波影像41中的預測框410被決定，且超音波影像42中的預測框420被決定。預測框410與420可分別涵蓋至少一部份的目標器官的器官圖案(在圖4中以斜線標記)。
處理器104可比較預測框410的面積與預測框420的面積，以獲得預測框410的面積與預測框420的面積之間的數值關係。在本實施例中，預測框410的面積與預測框420的面積之間的數值關係反映預測框410的面積小於預測框420的面積。因此，處理器104可產生引導訊息(亦稱為第一引導訊息)401，以提醒超音波掃描器101的操作人員當前的掃描方向正確並可繼續掃描。
在一實施例中，預測框410的面積小於預測框420的面積可視為預測框410與420之間的第一數值關係。此第一數值關係表示隨著超音波掃描器101的移動，超音波影像中的預測框的面積逐漸增加(等同於超音波影像中的目標器官的圖案之面積逐漸增加)，如圖4所示。因此，引導訊息401可告知操作人員維持超音波掃描器101當前的移動方向繼續掃描，而可不需調整超音波掃描器101的移動方向。藉此，可使超音波掃描器101的掃描位置逐漸靠近目標器官的位置。
請參照圖5，假設在獲得超音波影像51後，藉由移動超音波掃描器101，超音波影像52接續被獲得。超音波影像51中的預測框510被決定，且超音波影像52中的預測框520被決定。預測框510與520可分別涵蓋至少一部份的目標器官的器官圖案(在圖5中以斜線標記)。
處理器104可比較預測框510的面積與預測框520的面積，以獲得預測框510的面積與預測框520的面積之間的數值關係。在本實施例中，預測框510的面積與預測框520的面積之間的數值關係反映預測框510的面積大於預測框520的面積。因此，處理器104可產生引導訊息(亦稱為第二引導訊息)501，以提醒超音波掃描器101的操作人員當前的掃描方向錯誤並可往相反方向(或其他方向)移動超音波掃描器101。
在一實施例中，預測框的510面積大於預測框520的面積可視為預測框510與520之間的第二數值關係。此第二數值關係表示隨著超音波掃描器101的移動，超音波影像中的預測框的面積逐漸減少(等同於超音波影像中的目標器官的圖案之面積逐漸減少)，如圖5所示。因此，引導訊息501可建議操作人員改變超音波掃描器101的移動方向。藉此，可避免超音波掃描器101的掃描位置持續遠離目標器官的位置。在一實施例中，引導訊息401及/或501可參考圖3的座標表格31而產生，以獲得超音波掃描器101先前的移動方向並提供建議的移動方向。
在一實施例中，處理器104可持續記錄多個超音波影像中預測框的面積。根據多個預測框之面積的比較結果，處理器104可獲得一個特定的座標資訊(亦稱為目標座標資訊)。此目標座標資訊對應於此些超音波影像中的某一個超音波影像(亦稱為目標影像)。相對於其餘超音波影像中的預測框，目標影像中的預測框具有最大的涵蓋範圍。例如，假設目標影像為圖3中編號為3的超音波影像，則目標座標資訊為(x3,y3)，且編號為3的超音波影像中的預測框的面積大於編號為1、2、4及5的超音波影像中任一者中的預測框的面積。
在一實施例中，處理器104可根據此目標座標資訊產生引導訊息(亦稱為第三引導訊息)。例如，處理器104可根據此目標座標資訊與超音波掃描器101的當前位置產生第三引導訊息。此第三引導訊息可用以協助操作人員將超音波掃描器101移動至此目標座標資訊所對應的掃描位置。在將超音波掃描器101移動至此目標座標資訊所對應的掃描位置後，可再次獲得具有最大的預測框(等同於最大的目標器官之器官圖案)的超音波影像(例如圖4的超音波影像42或圖5的超音波影像51)。換言之，在一實施例中，第三引導訊息可用以將超音波掃描器101引導至可獲得目標器官之最大器官圖案的掃描位置。
圖6是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描方法的流程圖。請參照圖6，在步驟S601中，經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像。在步驟S602中，經由影像辨識模組分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案。在步驟S603中，根據所述器官圖案的辨識結果自動產生引導訊息。所述引導訊息用以引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官。
圖7與圖8是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描方法的流程圖。請參照圖7，在步驟S701中，經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像。在步驟S702中，經由影像辨識模組分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案。在步驟S703中，判斷超音波影像中是否出現器官圖案。若超音波影像中未出現器官圖案，可回到步驟S701。若超音波影像中有出現器官圖案，在步驟S704中，判斷是否追蹤此器官圖案。例如，在步驟S704中，可根據用戶操作決定是否追蹤此器官圖案。若決定追蹤此器官圖案，表示此器官圖案為目標器官的器官圖案並可進入圖8的步驟S801以開始追蹤。反之，若不追蹤此器官圖案，表示操作人員可能尚未將超音波掃描器移動到涵蓋目標器官之器官圖案的掃描位置，故可重複步驟S701。
請參照圖8，在步驟S801中，紀錄超音波影像中的預測框的面積與超音波影像的座標資訊。在步驟S802中，比較所記錄的多個預測框之面積。在步驟S803中，判斷此些超音波影像中的預測框之面積是否逐漸增加。若此些超音波影像中的預測框之面積逐漸增加，在步驟S804中，產生指示維持掃描路徑(或掃描方向正確)的第一引導訊息。或者，若此些超音波影像中的預測框之面積未逐漸增加(例如逐漸減少)，則在步驟S805中，產生指示改變掃描路徑(或掃描方向錯誤)的第二引導訊息。在步驟S804與S805之後，步驟S806可被執行。此外，在另一實施例中，步驟S806亦可於任意時間點執行，本發明不加以限制。
在步驟S806中，根據用戶操作判斷操作人員是否欲回到所測得的最大器官圖案的掃描位置。若未接收到反映欲回到所測得的最大器官圖案的掃描位置的用戶操作，可回到圖7的步驟S701以持續進行掃描。此外，若接收到的用戶操作反映操作人員欲回到所測得的最大器官圖案的掃描位置，在步驟S807中，查詢先前記錄的預測框之面積的比對結果以獲得對應於目標影像的目標座標資訊。在步驟S808中，根據目標座標資訊與超音波掃描器的當前座標位置產生第三引導訊息。
然而，圖6至圖8中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖6至圖8中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明不加以限制。此外，圖6至圖8的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用，本發明不加以限制。
綜上所述，在經由超音波掃描器對人體執行超音波掃描操作以獲得超音波影像後，影像辨識模組可分析所述超音波影像以辨識所述超音波影像中的器官圖案。接著，引導訊息可根據所述器官圖案的辨識結果自動產生。特別是，此引導訊息可用以引導所述超音波掃描器之移動以掃描所述人體的目標器官，從而可減少專業人士執行超音波掃描的負擔及/或未經過專業訓練的人員也可以輕易操作超音波掃描裝置完成簡易掃描。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:超音波掃描裝置 101:超音波掃描器 102:儲存裝置 103:影像辨識模組 104:處理器 105:輸入/輸出介面 21:人體 201:器官 31:座標表格 41、42、51、52:超音波影像 410、420、510、520:預測框 401、501:引導訊息 S601~S603、S701~S704、S801~S808:步驟
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描裝置的示意圖。 圖2是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描操作的示意圖。 圖3是根據本發明的一實施例所繪示的超音波影像與相應的座標資訊的示意圖。 圖4與圖5是根據本發明的一實施例所繪示的根據預測框的面積之間的數值關係產生引導訊息的示意圖。 圖6是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描方法的流程圖。 圖7與圖8是根據本發明的一實施例所繪示的超音波掃描方法的流程圖。
S601~S603:步驟

Claims (6)

  1. 一種超音波掃描方法，用於一超音波掃描裝置，包括：經由一超音波掃描器對一人體執行一超音波掃描操作以獲得一超音波影像，其中該超音波影像包括一第一影像與一第二影像；經由一影像辨識模組分析該超音波影像以辨識該超音波影像中的一器官圖案並分別在該第一影像與該第二影像中決定一第一預測框與一第二預測框，其中該第一預測框反映該第一影像中的一第一器官圖案的範圍，且該第二預測框反映該第二影像中的一第二器官圖案的範圍；以及根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的一數值關係自動產生一引導訊息，其中該引導訊息用以引導該超音波掃描器之移動以掃描該人體的一目標器官。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的超音波掃描方法，其中根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係自動產生該引導訊息的步驟包括：根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係與座標資訊產生該引導訊息，其中該座標資訊反映在擷取該超音波影像時該超音波掃描器的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的超音波掃描方法，其中根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係產生該引導訊息的步驟包括： 根據該數值關係獲得一目標座標資訊，其中該目標座標資訊對應該超音波影像中的一目標影像；以及根據該目標座標資訊產生該引導訊息。
  4. 一種超音波掃描裝置，包括：一超音波掃描器，用以對一人體執行一超音波掃描操作以獲得一超音波影像，其中該超音波影像包括一第一影像與一第二影像；一處理器，耦接至該超音波掃描器並且用以經由一影像辨識模組分析該超音波影像以辨識該超音波影像中的一器官圖案並分別在該第一影像與該第二影像中決定一第一預測框與一第二預測框，其中該第一預測框反映該第一影像中的一第一器官圖案的範圍，且該第二預測框反映該第二影像中的一第二器官圖案的範圍，其中該處理器更用以根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的一數值關係自動產生一引導訊息，且該引導訊息用以引導該超音波掃描器之移動以掃描該人體的一目標器官。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的超音波掃描裝置，其中該處理器根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係自動產生該引導訊息的操作包括：根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係與座標資訊產生該引導訊息，其中該座標資訊反映在擷取該超音波影像時該超音波掃描器的位置。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的超音波掃描裝置，其中該處理器根據該第一預測框的面積與該第二預測框的面積之間的該數值關係產生該引導訊息的操作包括：根據該數值關係獲得一目標座標資訊，其中該目標座標資訊對應該超音波影像中的一目標影像；以及根據該目標座標資訊產生該引導訊息。
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