TW201732315A - 超音波探頭的參數設定方法 - Google Patents

Abstract

一種超音波探頭的參數設定方法，包括下列步驟。由一超音波探頭發射多組超音波，並接收各組超音波的回波訊號，其中各組超音波分別具有不同發射頻率。將多組超音波的回波訊號轉換為多個數位化超音波影像。針對此些數位化超音波影像中兩兩影像預合成為多個超音波複合影像，上述兩兩影像的非相關性匹配值大於一預定值。由此些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像，並以最適化影像所對應的一發射頻率做為超音波探頭的一最適化參數設定值。

Description

超音波探頭的參數設定方法

本發明是有關於一種超音波探頭，且特別是有關於一種超音波探頭的參數設定方法。

在超音波聲學影像(acoustical images)中，常使用空間複合(spatial compounding)方法或頻率複合(frequency compounding)方法進行預掃描。其中，空間複合方法係藉由從不同角度擷取相同目標物體之多個影像而達成，而頻率複合方法係藉由在不同頻率範圍內擷取相同目標物體之多個影像而達成。

然而，以空間複合方法而言，空間解析度將因從不同角度測量目標物體所增加之光束尺寸而被降低。同樣地，在頻率複合方法中，空間解析度將因脈波變長所產生之頻寬而被降低。因此，單純以空間複合方法或頻率複合方法所得到的複合影像，由於斑點(speckle)的出現而嚴重地降低對比解析能力，也無法針對當下超音波探頭所使用的頻率或角度進行改變或調整，以至於無法調整到最佳的成像品質。

本發明係有關於一種超音波探頭的參數設定方法，可先針對不同頻率範圍內或不同角度範圍內非相關性大的超音波影像進行匹配，再進行預先合圖，並針對複合影像中的光斑尺寸進行判斷，以找出超音波探頭的一最適化參數設定值。

根據本發明之一方面，提出一種超音波探頭的參數設定方法，包括下列步驟。由一超音波探頭發射多組超音波，並接收各組超音波的回波訊號，其中各組超音波分別具有不同發射頻率。將多組超音波的回波訊號轉換為多個數位化超音波影像。針對此些數位化超音波影像中兩兩影像預合成為多個超音波複合影像，上述兩兩影像的非相關性匹配值大於一預定值。由此些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像，並以最適化影像所對應的一發射頻率做為超音波探頭的一最適化參數設定值。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

M1、M2‧‧‧超音波影像

C1、C2‧‧‧曲線

AP‧‧‧交叉點

SE‧‧‧最適化參數設定值

S10~S15‧‧‧各個步驟

第1圖繪示繪示依照本發明一實施例之超音波探頭的參數設定方法的流程圖。

第2圖繪示相關性係數與對應之深度的曲線圖。

第3圖繪示最適化影像的判斷參考圖。

在本實施例之一範例中，提出一種超音波探頭的參數設定方法。超音波探頭例如是線性陣列的探頭、相位陣列的探 頭或其他型態的探頭。超音波探頭包含多個超音波陣元，每一個超音波陣元為一個轉能器，用以將高頻脈衝產生器輸出的脈衝電壓訊號，轉換成機械震盪的超音波，而傳送入組織內部。接著，各個超音波陣元再接收組織內部散射子反射的回波訊號，並轉換成脈衝電壓訊號，以得到一組掃描訊號。當超音波入射波長遠大於組織內部散射子的直徑時，會發生超音波的散射現象，而逆散射訊號會在B-mode影像中出現隨機明暗斑狀的亮點，這就是所謂的光斑(speckle)。光斑的存在模糊了細微構造的影像，降低了超音波影像的對比度與解析度。

本實施例可對任何形式的超音波探頭進行最適化參數設定，根據超音波的回波訊號評估超音波影像的相關性，找出非相關性大的超音波影像，接著，根據空間複合(spatial compounding)方法或頻率複合(frequency compounding)方法進行預先合圖，再根據超音波複合影像進行比對分析，以判斷非相關性大於第一設定值所對應的超音波複合影像的光斑尺寸大小或直方圖的面積。如此，可從此些超音波複合影像中比對出最適化影像，並以最適化影像的發射頻率或發射角度做為超音波探頭的一最適化參數設定值。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之超音波探頭的參數設定方法的流程圖。首先，在步驟S10中，由一超音波探頭發射多組超音波，並接收各組超音波的回波訊號，其中各組超音波分別具有不同發射頻率或具有不同的發射角度。在一 實施例中，當組織內部的散射子位在深度6公分以內的區間時，超音波探頭以可用掃描頻段的40%至90%內的多組超音波進行預掃描，以找出適合上述深度區間在6公分以內的中心頻率。在另一實施例中，當組織內部的散射子所在的深度區間超過6公分時，超音波探頭以可用掃描頻段的10%至60%內的多組超音波進行預掃描，以找出適合上述深度區間超過6公分的中心頻率。在另一實施例中，超音波探頭例如以介於超音波探頭之零度發射角的-20度至20度區間內的多組超音波進行預掃描，以找出適合的發射角度。

一般而言，探頭的性能例如脈衝訊號的發射角度及中心頻率等參數，在進行掃描時，會設定固定的發射頻率或固定的發射角度，無法針對當下超音波探頭所使用的頻率或角度進行改變或調整。本發明提出一種自適應性複合影像超音波，可針對超音波探頭所使用的頻率或角度進行改變或調整，請參照步驟S11~S15。

在步驟S11中，將多組超音波的回波訊號轉換為多個數位化超音波影像，以利於比對分析。接著，在步驟S12中，針對此些數位化超音波影像中兩兩影像之間的非相關性進行匹配，以評估非相關性匹配值是否大於一預定值。也就是說，針對兩個不同發射頻率或兩個不同發射角度所產生的超音波影像進行非相關性分析。當非相關性越大時，表示兩個影像之間差異性越大，但是為了避免取到非相關性極大值的兩個影像，還需進一步考量光斑尺寸大小，才能決定最適化參數設定值。

在步驟S12中，非相關性匹配步驟例如自此些數位 化超音波影像中選取一張數位化超音波影像做為匹配基準的一參考影像，或是以此些數位化超音波影像兩兩相互比較。在一實施例中，當以超音波探頭的中心頻率為匹配基準時，上述做為匹配基準的參考影像可為對應超音波探頭之中心頻率所產生的數位化超音波影像。

在另一實施例中，當以超音波探頭之零度發射角為匹配基準時，上述做為匹配基準的參考影像可為對應超音波探頭之零度發射角所產生的數位化超音波影像。

請參照第2圖，其繪示相關性係數與對應之深度的曲線圖。在第2圖中，兩個超音波影像M1、M2在深度區間小於4公分，相關性係數大於0.8時，表示兩個超音波影像M1、M2之間的差異性在預定值內；當深度區間界於6-10公分，相關性係數小於0.5時，表示兩個超音波影像M1、M2之間差異性已超出預定值。因此，在第2圖中，當第一設定值為0.5時，可選取深度區間界於6-10公分做為非相關性大於第一設定值所對應的深度區間。

接著，步驟S13，將此些數位化超音波影像中兩兩影像預合成為多個超音波複合影像，上述兩兩影像的非相關性匹配值大於一預定值(例如大於0.5或更小)，並針此些超音波複合影像進行比對分析。也就是說，將兩兩不同發射頻率或兩兩不同發射角度所產生的影像預先複合(pre-compounding)而形成多個超音波複合影像，並對此些超音波複合影像進行比對，以判斷各個超音波複合影像的光斑尺寸大小。

在一實施例中，超音波影像的發射頻率例如為 6.5MHz、7.5MHz以及8.5MHz，將此三個不同發射頻率所產生的超音波影像兩兩進行匹配，以形成三組超音波影像並預合成為三組超音波複合影像，再將此些超音波複合影像進行比對，以判斷各個超音波複合影像的光斑尺寸大小。

在一實施例中，上述比對分析步驟例如以各個超音波複合影像的像素灰度差的絕對值和(Sum of absolute differences,SAD)，來計算光斑尺寸大小。當像素灰度差的絕對值和的數值越大，表示光斑尺寸越大，反之，則越小。上述的光斑尺寸大小例如以直方圖表示，當直方圖的面積越大，表示像素灰度差的平方和的數值越大，反之，則越小。

在一實施例中，上述比對分析步驟例如以各個超音波複合影像的像素灰度差的平方和(Sum of squared differences,SSD)，來計算光斑尺寸大小。當像素灰度差的平方和的數值越大，表示光斑尺寸越大，反之，則越小。上述的光斑尺寸大小例如以直方圖表示，當直方圖的面積越大，表示像素灰度差的平方和的數值越大，反之，則越小。

接著，在步驟S14中，由此些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像。在步驟S15中，以最適化影像所對應的一發射頻率做為超音波探頭的一最適化參數設定值。

請參照第3圖，其繪示最適化影像的判斷參考圖。根據上述兩個判斷方法可決定兩條曲線C1、C2，即步驟S11中判斷非相關性所產生的第一曲線C1與步驟S13中判斷光斑尺寸大小所產生的第二曲線C2，其中兩條曲線C1、C2的交叉點AP 用以決定最適化影像所對應的一發射頻率或一發射角度，以做為超音波探頭的一最適化參數設定值SE。

本發明上述實施例所揭露之超音波探頭的參數設定方法，係針對數位化超音波影像中兩兩影像之間的非相關性進行匹配。將此些數位化超音波影像預合成為多個超音波複合影像，並針此些超音波複合影像進行比對分析，以判斷非相關性數值大於第一設定值的超音波影像的光斑尺寸大小。由此些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像，並以最適化影像所對應的一發射頻率做為超音波探頭的一最適化參數設定值。因此，本發明具有自適應性複合影像超音波調整功能，可針對超音波探頭當下所使用的頻率或角度進行改變或調整，讓每次掃描的時候都可以校正至最佳狀態，以提高超音波成像的品質。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S10~S15‧‧‧各個步驟

Claims (10)

1. 一種超音波探頭的參數設定方法，包括：由一超音波探頭發射多組超音波，並接收各組超音波的回波訊號，其中各組超音波分別具有不同發射頻率；將該多組超音波的回波訊號轉換為多個數位化超音波影像；針對該些數位化超音波影像中兩兩影像預合成為多個超音波複合影像，上述兩兩影像的非相關性匹配值大於一預定值；以及由該些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像，並以該最適化影像所對應的一發射頻率做為該超音波探頭的一最適化參數設定值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之參數設定方法，其中在非相關性匹配步驟中，自該些數位化超音波影像中選取一張數位化超音波影像做為匹配基準的一參考影像，或是以該些數位化超音波影像兩兩相互比較。
3. 如申請專利範圍第2項所述之參數設定方法，其中做為匹配基準的該參考影像為對應該超音波探頭之中心頻率的數位化超音波影像。
4. 如申請專利範圍第1項所述之參數設定方法，其中在比對分析步驟中，以該些超音波複合影像的像素灰度差的絕對值和(Sum of absolute differences,SAD)，來計算光斑尺寸大小。
5. 如申請專利範圍第1項所述之參數設定方法，其中在比對分析步驟中，以該些超音波複合影像的像素灰度差的平方和(Sum of squared differences,SSD)，來計算光斑尺寸大小。
6. 如申請專利範圍第1項所述之參數設定方法，其中該深度區間在6公分以內時，該超音波探頭以可用掃描頻段的40%至90%內的該多組超音波進行預掃描。
7. 如申請專利範圍第1項所述之參數設定方法，其中該深度區間超過6公分時，該超音波探頭以可用掃描頻段的10%至60%內的該多組超音波進行預掃描。
8. 一種超音波探頭的參數設定方法，包括：由一超音波探頭發射多組超音波，並接收各組超音波的回波訊號，其中各組超音波分別具有不同發射角度；將該多組超音波的回波訊號轉換為多個數位化超音波影像；針對該些數位化超音波影像中兩兩影像預合成為多個超音波複合影像，上述兩兩影像的非相關性匹配值大於一預定值；以及由該些超音波複合影像中比對出光斑尺寸最小且非相關性數值大於第一設定值的一最適化影像，並以該最適化影像所對應的一發射角度做為該超音波探頭的一最適化參數設定值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之參數設定方法，其中在非相關性匹配步驟中，自該些數位化超音波影像中選取一張數位化超音波影像做為匹配基準的一參考影像，或是以該些數位化超音波影像兩兩相互比較。
10. 如申請專利範圍第9項所述之參數設定方法，其中做為匹配基準的該參考影像為對應該超音波探頭之零度發射角的數位化超音波影像。