TWI725436B - Ultrasound probe check system and ultrasound probe identification method - Google Patents
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Abstract
Description
本發明關於超音波技術,特別是一種超音波探頭檢驗系統及超音波探頭檢驗方法。 The invention relates to ultrasonic technology, in particular to an ultrasonic probe inspection system and an ultrasonic probe inspection method.
超音波為超過20kHz的音波,被廣泛應用於醫學、工業等眾多領域。超音波設備例如超音波診斷儀用於掃描人體內器官、組織及胎兒。在使用時,不同超音波探頭可於相同的超音波設備上替換使用,使用者有可能因為使用到品質不佳或損壞的超音波探頭而使超音波設備無法產生清楚的掃描影像。在相關技術中透過量測超音波探頭的阻抗來判斷超音波探頭的品質,然而採用量測阻抗的方式需要在超音波設備上增加阻抗量測電路及在超音波探頭上增加用於阻抗量測的控制訊號的控制線路,不利於縮小超音波探頭尺寸及節省製造成本。 Ultrasound is a sound wave over 20kHz, which is widely used in many fields such as medicine and industry. Ultrasonic equipment such as ultrasonic diagnostic equipment is used to scan human internal organs, tissues and fetuses. In use, different ultrasound probes can be used interchangeably on the same ultrasound equipment. Users may use poor quality or damaged ultrasound probes and the ultrasound equipment may not be able to produce clear scan images. In the related technology, the quality of the ultrasonic probe is judged by measuring the impedance of the ultrasonic probe. However, the impedance measurement method requires an impedance measurement circuit on the ultrasonic equipment and an impedance measurement on the ultrasonic probe. The control circuit of the control signal is not conducive to reducing the size of the ultrasonic probe and saving the manufacturing cost.
因此,需要發展出一種超音波探頭檢驗系統及超音波探頭檢驗方法,不須量測超音波探頭的阻抗即可得知超音波探頭是否合格。 Therefore, it is necessary to develop an ultrasonic probe inspection system and an ultrasonic probe inspection method, which can know whether the ultrasonic probe is qualified without measuring the impedance of the ultrasonic probe.
本發明實施例提供一種超音波探頭檢驗系統,包含連接介面、記憶體及控制器。連接介面耦接於超音波探頭,用以從超音波探頭接收第一接收訊號。記憶體用以儲存超音波探頭資料庫。控制器耦接於連接介面及記憶體,用以依據第一接收訊號產生第一特徵圖像,將第一特徵圖像及一組內建圖像進行 比較以產生第一組相似度,及當第一組相似度與超音波探頭資料庫中的第二組相似度之間至少部分的相似度不匹配時,判定超音波探頭不合格。 The embodiment of the present invention provides an ultrasonic probe inspection system, which includes a connection interface, a memory and a controller. The connection interface is coupled to the ultrasonic probe for receiving the first received signal from the ultrasonic probe. The memory is used to store the ultrasonic probe database. The controller is coupled to the connection interface and the memory, and is used to generate a first feature image according to the first received signal, and perform the first feature image and a set of built-in images The comparison is performed to generate the first set of similarities, and when at least part of the similarities between the first set of similarities and the second set of similarities in the ultrasound probe database do not match, the ultrasound probe is determined to be unqualified.
本發明實施例提供另一種種超音波探頭檢驗方法,包含:連接介面從超音波探頭接收第一接收訊號;依據第一接收訊號產生第特徵圖像;將第一特徵圖像及一組內建圖像進行比較以產生第一組相似度;及當第一組相似度與超音波探頭資料庫中的第二組相似度之間至少部分的相似度不匹配時,判定超音波探頭不合格。 An embodiment of the present invention provides another ultrasonic probe inspection method, which includes: a connection interface receives a first received signal from the ultrasonic probe; a first characteristic image is generated according to the first received signal; and the first characteristic image and a set of built-in The images are compared to generate a first set of similarities; and when at least part of the similarities between the first set of similarities and the second set of similarities in the ultrasound probe database does not match, the ultrasound probe is determined to be unqualified.
10:超音波探頭檢驗系統 10: Ultrasonic probe inspection system
100:連接介面 100: connection interface
102:控制器 102: Controller
104:記憶體 104: memory
1040:超音波探頭資料庫 1040: Ultrasonic Probe Database
12:超音波探頭 12: Ultrasonic probe
120:纜線 120: Cable
122:轉換器 122: converter
124:匹配層 124: matching layer
126:聲透鏡 126: Acoustic lens
4:超音波探頭檢驗方法 4: Ultrasonic probe inspection method
S400至S416:步驟 S400 to S416: steps
第1圖係為本發明實施例中超音波探頭檢驗系統的示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of an ultrasonic probe inspection system in an embodiment of the present invention.
第2圖和第3圖分別顯示同個超音波探頭於不同時間產生的第二特徵圖像及第一特徵圖像。 Figures 2 and 3 respectively show the second characteristic image and the first characteristic image produced by the same ultrasound probe at different times.
第4圖係為本發明實施例中超音波探頭檢驗方法的流程圖。 Figure 4 is a flowchart of the ultrasonic probe inspection method in the embodiment of the present invention.
第1圖係為本發明實施例中超音波探頭檢驗系統10的示意圖,超音波探頭檢驗系統10可包含連接介面100、控制器102及記憶體104。控制器102可耦接於連接介面100及記憶體104。連接介面100可透過纜線120耦接於超音波探頭12。超音波探頭檢驗系統10可以是獨立的超音波設備,可耦接各種不同的超音波探頭12。超音波探頭12的種類可以是線型(linear)、扇形(sector)、弧形(convex)或其他種類。超音波探頭12可能因為未適當地與連接介面100連接,或是因為長期使用
而導致元件功能衰退或超音波探頭12與異物碰觸致使元件故障,而無法正確輸出訊號。此時可以使用超音波探頭檢驗系統10來檢驗超音波探頭12是否合格,以防止使用者使用不合格的超音波探頭12造成錯誤的診斷。
FIG. 1 is a schematic diagram of the ultrasonic
超音波探頭12可發射超音波,如20kHz到10MHz之間的頻率的超音波,及接收超音波通過不同介質介面時產生的反射波,並將接收到的反射波轉換為接收訊號。超音波探頭12包含纜線120、複數個轉換器122、匹配層124及聲透鏡126。超音波探頭辨識系統10可透過纜線120傳送交流電壓以控制複數個轉換器122,及透過纜線120從複數個轉換器122接收接收訊號。纜線120可包含複數條電線分別耦接複數個轉換器122,超音波探頭辨識系統10可透過複數條電線傳送專門的交流電壓以分別控制複數個轉換器122,及分別從複數個轉換器122接收接收訊號。匹配層124可具有合適的音阻(acoustic impedance)以提供轉換器122及接觸物體之間較佳的匹配,幫助大部分的超音波進入接觸物體。聲透鏡126可為超音波可穿透的塑膠鏡片,用於隔絕及保護超音波探頭12。複數個轉換器122可以陣列形式設置,並可為壓電(piezoelectric)轉換器或電容式(capacitive)轉換器,例如複數個轉換器122可包含128或256個通道的壓電轉換器。每個轉換器122皆可獨立運作,可獨立依據施加的交流電壓的振幅和/或頻率產生超音波,及可獨立將收到的反射訊號轉換為接收訊號。複數個轉換器122可依序或同時依據相同或不同的施加電壓產生對應的超音波,或依序或同時將相同或不同的反射訊號轉換為對應的接收訊號。例如,複數個轉換器122可依序依據100V的交流電壓產生具有20kHz的超音波,及依序依據120V的交流電壓產生具有30kHz的超音波,或依序將接收到之20kHz的反射訊號轉換為100V的交流電壓,及依序將接收到之30kHz的反射訊號轉換為120V的交流電壓。超音波探頭12發射的超音波可輕易穿透水或人體,但在空氣中會快速衰減且幾乎不傳導。由於轉換器122的材料均勻度或
切割形狀的差異,複數個轉換器122之間會有些微差異,其壓電轉換特性也不會完全相同,再加上各個超音波探頭12的轉換器122、匹配層124及聲透鏡126在製程中可能因程序、溫度或元件密度的些微差距對超音波的產生或傳導效果在對應每一個轉換器122單元的位置不會一模一樣,因此相同的超音波通過每一隻不同的超音波探頭前端時所接收到的產生的接收訊號不會相同,因此每個超音波探頭12在相同條件下產生的反射訊號可為獨特的,反映出其轉換器122、匹配層124及聲透鏡126的特性。對於同一個超音波探頭12來說,由於複數個轉換器122中之某些轉換器122可因為長期使用或撞擊而產生碎裂、變質或損壞,或是與連接介面100的連接不穩固而減低超音波強度或無法產生超音波,在不同時間產生的反射訊號也可有所差異。
The
在某些實施例中,當超音波探頭12於剛出廠時,超音波探頭12可在空氣介質內未接觸其他物件的狀況下發送預設訊號,該些預設訊號為超音波信號不易在空氣中傳遞,因此會由匹配層124及聲透鏡126反射而由轉換器122接收其相應的反射訊號,及將反射訊號轉換為第二接收訊號。在其他實施例中,超音波探頭12可也可放置於其他介質內如水等,接著發送預設訊號,接收其相應的反射訊號,及將反射訊號轉換為第二接收訊號。在本發明也可以使超音波探頭12面對一個超音波訊號源,直接接收超音波訊號源發射的預設訊號。連接介面100可從超音波探頭12接收第二接收訊號,控制器102可依據第二接收訊號產生第二特徵圖像以及將第二特徵圖像及一組內建圖像進行比較以產生第二組相似度,並將第二組相似度以及其產生時間儲存於記憶體104內之超音波探頭資料庫1040。在某些實施例中,第二組相似度可為控制器102前次針對超音波探頭12產生的一組相似度。之後在超音波探頭檢驗系統10上再次使用超音波探頭12時,超音波探頭12可依照產生第二接收訊號相同的方式在空氣介質或其他介質內發送
預設訊號,接收其相應的反射訊號,及將反射訊號轉換為第一接收訊號。連接介面100可從超音波探頭12接收第一接收訊號。控制器102可依據接收訊號產生第一特徵圖像,接著比較第一特徵圖像及該組內建圖像以產生第一組相似度。第2圖和第3圖分別顯示同個超音波探頭12於不同時間產生的第二特徵圖像及第一特徵圖像,其中粗細亮度不一的複數條平行線顯示匹配層124及聲透鏡126的超音波反射。第3圖區域A及B的缺口顯示對應轉換器122因為碎裂、變質或損壞或與連接介面100的連接不穩固而無法產生超音波或產生較弱的超音波。超音波探頭12的特徵圖像不但可在水平方向上顯示匹配層124及聲透鏡126的特徵,也可在垂直方向上顯示複數個轉換器122的特徵。
In some embodiments, when the
由於反射訊號可反映出超音波探頭12在不同時間的差異,依據反射訊號產生的特徵圖像及第一組相似度、第二組相似度也可反映出超音波探頭12在不同時間的差異。控制器102可比較第一組相似度及超音波探頭資料庫1040中的第二組相似度以判定超音波探頭12是否合格。當第一組相似度與超音波探頭資料庫1040中的第二組相似度之間所有的相似度都匹配時,第一組相似度及第二組相似度可分別對應同一個超音波探頭12在不同時間的量測且超音波探頭12的訊號品質穩定,控制器102可判定超音波探頭12為合格;當第一組相似度與超音波探頭資料庫1040中的第二組相似度之間至少部分的相似度不匹配且剩餘部分的相似度都匹配時,第一組相似度及第二組相似度可分別對應同一個超音波探頭12在不同時間的量測且超音波探頭12的訊號品質可能因為使用狀況或連接狀況不佳而降低,控制器102可判定超音波探頭12為不合格。第一組相似度包含複數個相似度,第二組相似度也包含複數個相似度。當第一組相似度中之一相似度超出第二組相似度中之一對應相似度的容忍值時,控制器102可判定第一組相似度中之該相似度與第二組相似度中之該對應相似度不匹配;當第一組相似度
中之一相似度未超出第二組相似度中之一對應相似度的容忍值時,控制器102可判定第一組相似度中之該相似度與第二組相似度中之該對應相似度互相匹配。容忍值可例如為0.2%。當判定超音波探頭12不合格後,控制器102可藉由顯示輸出或其他輸出方式通知使用者檢查連接介面100和超音波探頭12的連接狀況。
Since the reflected signal can reflect the difference of the
控制器102可載入人工類神經網路,例如卷積類神經網路或其他相似度演算法以依據特徵圖像及該組內建圖像產生超音波探頭12的第一組相似度或第二組相似度。卷積類神經網路或其他相似度演算法可於出廠時訓練完成並安裝於超音波探頭檢驗系統10之內。每個超音波探頭檢驗系統10內可安裝相同或不同的卷積類神經網路或其他相似度演算法。該組內建圖像可包含1或更多個不同的內建圖像,內建圖像的數目越多,第一組相似度及第二組相似度的辨識度越精確。該組內建圖像可儲存於記憶體104內,並可做為相似度比較的基準。在某些實施例中,該組內建圖像可包含複數個超音波探頭在空氣介質內未接觸其他物件的狀況下發送預設訊號,以及依據所接收到的訊號產生的複數個特徵圖像。例如,該組內建圖像可包含100個超音波探頭在空氣介質內未接觸其他物件的狀況下所產生的100個特徵圖像。在其他實施例中,該組內建圖像可包含複數個任意圖像,例如球的圖像、門的圖像、杯子的圖像、或其他圖像。控制器102可另將第一組相似度以及其產生時間儲存於記憶體104內之超音波探頭資料庫1040。因此超音波探頭資料庫1040可包含在超音波探頭檢驗系統10上在不同時間使用之相同超音波探頭12的對應組相似度。在某些實施例中,超音波探頭資料庫1040中超音波探頭的對應組相似度為經過編碼後的對應組相似度,例如對應組相似度的雜湊碼(hash code),或對應組相似度中所有相似度的乘積。表格1顯示超音波探頭資料庫1040的實施例,其中X2a、X2b分別表示同個超音波探頭X2的在2個不同時間t1、t2所產生的對應組相似度的辨識值,時間t1比時間t2早,N1到N100
表示100組內建圖像的辨識值。在本實施例中,超音波探頭X2在時間t1的產生的對應組相似度X2a為[0.25 0.002 0.3…0.02],表示超音波探頭X2在時間t1的產生的特徵圖像和內建圖像N1為0.25%相似,和內建圖像N2為0.002%相似,和內建圖像N3為0.3%相似,和內建圖像N100為0.02%相似;超音波探頭X2在時間t2的產生的對應組相似度X2b為[0.0002 0.002 0.3…0.02],表示超音波探頭X2在時間t2的產生的特徵圖像和內建圖像N1為0.0002%相似,和內建圖像N2為0.002%相似,和內建圖像N3為0.3%相似,和內建圖像N100為0.02%相似。對應組相似度X2a、X2b的第一個相似度不匹配,其餘相似度皆匹配,因此控制器102可判定對應組相似度X2a、X2b對應相同的超音波探頭12,且超音波探頭12不合格。
The
由於超音波探頭的元件隨使用時間老化為難以避免的缺陷,因此當超音波探頭12於剛出廠時,連接介面100可從超音波探頭12接收第二接收訊號,控制器102可依據第二接收訊號產生第二特徵圖像,並將第二特徵圖像儲存於記憶體104。當使用超音波探頭12一段預設時間後,控制器102可將第二特徵圖像加權對應預設時間的衰減值以產生第三特徵圖像及將第三特徵圖像及該組內建圖像進行比較以產生第二組相似度,並將第二組相似度儲存於記憶體104。由於複數個轉換器122的壓電轉換效率會隨時間衰退,所以控制器102可利用其使用時間估計衰減的特徵圖像,並依據衰減的特徵圖像重新產生第二組相似度。控制器102可依據前述方式比較第一組相似度及第二組相似度以判定超音波探頭12是否合格。
Since the components of the ultrasonic probe age over time and become an inevitable defect, when the
在其他實施例中,當超音波探頭12於在超音波探頭檢驗系統10上首次使用時,連接介面100可從超音波探頭12接收初始接收訊號,控制器102可依據初始接收訊號產生初始特徵圖像,並將初始特徵圖像及該組內建圖像進行比較以產生初始組相似度。當在超音波探頭檢驗系統10上再次使用超音波探頭12時,控制器102可將第一組相似度及超音波探頭12的初始組相似度相比以判定超音波探頭12的品質是否穩定。當第一組相似度超過超音波探頭12的初始組相似度的容忍值時,控制器102可判定超音波探頭12的品質已惡化,及通知使用者。由於超音波探頭12的品質已惡化,可能無法正常運作,使用者可移除正在使用的超音波探頭12並替換其他的超音波探頭12。
In other embodiments, when the
第4圖係為本發明實施例中超音波探頭檢驗方法4的流程圖。超音波探頭檢驗方法4適用於超音波探頭檢驗系統10,且包含步驟S400至S416,其中步驟S400至S404用於在超音波探頭12於剛出廠時產生超音波探頭12的第二組相似度,步驟S406至S410用於在超音波探頭12使用一段時間後產生超音波探頭12的第一組相似度,步驟S410至S416用於檢驗超音波探頭12是否合格。任何合理的技術變更或是步驟調整都屬於本發明所揭露的範疇。以下詳細說明步驟S400至S416:
步驟S400:當超音波探頭12於剛出廠時,連接介面100從超音波探頭12接收第二接收訊號;步驟S402:利用第二接收訊號產生第二特徵圖像;步驟S404:使用第二特徵圖像及一組內建圖像進行比較以產生第二組相似度;步驟S406:連接介面100從超音波探頭12接收第一接收訊號;
步驟S408:依據第一接收訊號產生第一特徵圖像;步驟S410:將第一特徵圖像及組內建圖像進行比較以產生第一組相似度;步驟S412:第一組相似度與第二組相似度之間至少部分的相似度不匹配?若是,執行步驟S414,若否,執行步驟S416;步驟S414:判定超音波探頭12不合格。
Figure 4 is a flowchart of the ultrasonic
步驟S416:判定超音波探頭12合格。
Step S416: It is determined that the
步驟S400至S416的說明已於前文中詳述,因此其細節於此將不再贅述。藉由步驟S400至S416可檢驗超音波探頭12是否合格,因此可通知使用者並讓使用者判斷是否要繼續使用目前的超音波探頭12,或是替換其他超音波探頭12。
The description of steps S400 to S416 has been described in detail above, so the details will not be repeated here. Through steps S400 to S416, it is possible to check whether the
綜上所述,本發明之超音波探頭檢驗系統10及超音波探頭檢驗方法4藉由超音波探頭之特徵圖像的相似度的變化來判斷超音波探頭的品質,不須額外的阻抗量測電路及控制線路即可得知超音波探頭是否合格,可縮小超音波探頭尺寸及節省製造成本。
In summary, the ultrasonic
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。 The foregoing descriptions are only preferred embodiments of the present invention, and all equivalent changes and modifications made in accordance with the scope of the patent application of the present invention should fall within the scope of the present invention.
4:超音波探頭檢驗方法 4: Ultrasonic probe inspection method
S400至S416:步驟 S400 to S416: steps
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