TW202322766A

TW202322766A - 超音波影像系統

Info

Publication number: TW202322766A
Application number: TW112106166A
Authority: TW
Inventors: 劉浩澧; 崔博翔; 李騏兆
Original assignee: 浩宇生醫股份有限公司
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2023-06-16
Also published as: TWI852356B

Abstract

一種超音波影像系統包含一超音波探頭、一第一特徵圖案、一第二特徵圖案、一儲存單元、一影像擷取單元、一顯示單元、及一處理單元。該處理單元電連接該儲存單元、該超音波探頭、該影像擷取單元、及該顯示單元。該處理單元根據該超音波探頭在多個傾斜角分別獲得的多個二維超音波影像，產生一個三維超音波影像，並再根據該影像擷取單元所擷取的一即時影像的該第一特徵圖案及該第二特徵圖案，將該三維超音波影像及一待測物的該三維影像在空間上正確疊合並顯示於該顯示單元。

Description

超音波影像系統

本發明是有關於一種影像系統，特別是指一種超音波影像系統。

最早的醫療用途超音波是在超音波探頭內僅具有一組發射晶體及接收器，以偵測反射波振幅而獲得一個一維信號。之後，藉由晶體的線性切割，組成一維陣列的排列，而能進行一個方向性的電子相位聚焦，進而建構出一個斷面的二維影像，此即為目前普遍於臨床上進行深部組織的診斷的超音波技術。

然而，由於目前的超音波影像普遍只能產生斷面的二維影像。當要進行三維影像的重建時，習知的第一種技術是藉由機械掃描帶動超音波陣列式探頭，以依序擷取不同位置的斷面影像，再利用數值運算方法進行資訊的三維重建。習知的第二種技術是藉由一個二維切割的超音波陣列探頭，依序激發不同排的超音波探頭，以取得不同位置的斷面影像。由於第一種技術在機械設計上的高度複雜性，導致探頭的價格相當昂貴，而第二種技術的二維超音波陣列探頭的價格相較於第一種更是更加地昂貴。因此，是否存有其他更具成本優勢且設計更簡單的超音波影像系統，以將二維的超音波影像重建為三維影像便成為一個待解決的問題。此外，如何將重建的超音波影像與其他更解析度結構性影像如MRI、CT等進行空間疊合顯示，供臨床醫師做更佳的診斷，也必須在技術上能夠克服。

因此，本發明的目的，即在提供一種用於重建三維影像的超音波影像系統，以及與其他多種影像在空間中精確疊合顯示。

於是，根據本發明之一觀點，提供一種超音波影像系統，包含一超音波探頭及一處理單元。

該超音波探頭受控制以在不同的多個傾斜角時產生多個對應的超音波發射信號，並接收對應的多個超音波反射信號，該等傾斜角是位於一個擺動平面上。

該處理單元電連接該超音波探頭。當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元控制該超音波探頭產生該等超音波發射信號之其中一者，並接收對應其中該者的該超音波反射信號，以根據該超音波反射信號產生對應的一個二維超音波影像。該處理單元再根據該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生一個三維超音波影像。

在一些實施態樣中，該超音波影像系統還包含一慣性感測器，設置於該超音波探頭上，並偵測三個軸向的加速度分量，且該慣性感測器具有與該超音波探頭相同的該傾斜角。該處理單元電連接該慣性感測器，當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元接收並儲存該三個軸向的該等加速度分量，並根據該慣性感測器所產生的該等三個軸向的加速度分量，計算分別對應的該等傾斜角。

在一些實施態樣中，該超音波影像系統適用於一待測表面，該待測表面包含一法向量。其中，該三個軸向的加速度分量彼此兩兩互相垂直，且分別是一AX軸加速度分量、一AY軸加速度分量、及一AZ軸加速度分量，每一該傾斜角是一重力加速度G相對於該AZ軸加速度分量的方向的夾角。每一該傾斜角φ、該AX軸加速度分量、該AY軸加速度分量、及該AZ軸加速度分量之間的關係式如下：

，

，

，其中，G是該重力加速度，A1是該AX軸加速度分量，A2是該AY軸加速度分量，A3是該AZ軸加速度分量。

在一些實施態樣中，其中，分別對應該等二維超音波影像的多個實際物體平面是分別與該擺動平面呈垂直，每一該實際物體平面的延伸平面相交成一直線。

在一些實施態樣中，其中，該等傾斜角之其中最大者大於其中最小者，且其中最大者的絕對值與其中最小者的絕對值相等。

在另一些實施態樣中，其中，每一該二維超音波影像包含一最大寬度W及一最大高度h，該三維超音波影像包含一最大長度L、該最大寬度W、及一最大高度H，該最大高度H、該最大長度L、及該最大高度h之間的關係式如下：

，

， R是每一該實際物體平面的延伸平面所相交成的該直線與每一該實際物體平面的距離，φ _cri是該等傾斜角之其中最大者的絕對值，R大於等於0。

在一些實施態樣中，其中，每一該二維超音波影像包含一個二維座標系(x,y)，在該二維座標的x方向上的影像最大寬度等於該最大寬度W，在該二維座標的y方向上的影像最大高度等於該最大高度h，該三維超音波影像包含一個三維座標系(X,Y,Z)，該三維座標系(X,Y,Z)及該二維座標系(x,y)之間的關係式如下，

，

，

。

在另一些實施態樣中，該超音波影像系統還包含一顯示單元，電連接該處理單元，以顯示該三維超音波影像。該處理單元還能夠根據該三維超音波影像作任意方向的剖面，以產生一斷面影像，且再根據該斷面影像作影像處理，產生至少一功能性影像，以藉由該顯示單元同時顯示該斷面影像、該至少一功能性影像、該三維超音波影像、該等二維超音波影像之其中至少一者。

在另一些實施態樣中，其中，每一該二維超音波影像是一種B-Mode(Brightness Mode)影像。

於是，根據本發明之另一觀點，提供一種超音波影像系統，適用於一待測物，並包含一超音波探頭、一第一特徵圖案、一第二特徵圖案、一儲存單元、一影像擷取單元、一顯示單元、及一處理單元。

該超音波探頭受控制以在不同的多個傾斜角時產生多個對應的超音波發射信號，並接收對應的多個超音波反射信號，該等傾斜角是位於一個擺動平面上。該第一特徵圖案設置於該超音波探頭上，且用於作影像辨識分析而產生對應該第一特徵圖案的一第一空間方位。該第二特徵圖案設置於該待測物上，並與該待測物之間保持固定的相對位置，且用於作影像辨識分析而產生對應該第二特徵圖案的一第二空間方位。

該儲存單元儲存相關於該待測物的一個三維影像、該待測物與該第二特徵圖案在空間上的一第二相對位置關係、及藉由該超音波探頭偵測所產生的一個二維超音波影像與該第一特徵圖案在空間上的一第一相對位置關係。該影像擷取單元擷取包含該待測物、該第一特徵圖案、及該第二特徵圖案的一即時影像。

該處理單元電連接該儲存單元、該超音波探頭、該影像擷取單元、及該顯示單元。當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元控制該超音波探頭產生該等超音波發射信號之其中一者，並接收對應其中該者的該超音波反射信號，以根據該超音波反射信號產生對應的該二維超音波影像，該處理單元再根據該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生一個三維超音波影像。

該處理單元根據該即時影像的該第一特徵圖案獲得該第一空間方位，再根據該第一相對位置關係，獲得該三維超音波影像在空間中的一超音波影像位置，並根據該即時影像的該第二特徵圖案獲得該第二空間方位，再根據該第二相對位置關係，獲得該待測物在空間中的一待測物位置，且根據該超音波影像位置及該待測物位置，將該三維超音波影像及該待測物的該三維影像在空間上正確疊合並顯示於該顯示單元。

在一些實施態樣中，該超音波影像系統還包含一慣性感測器，設置於該超音波探頭上，並偵測三個軸向的加速度分量，且該慣性感測器具有與該超音波探頭相同的該傾斜角，該處理單元電連接該慣性感測器，當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元接收並儲存該三個軸向的該等加速度分量，並根據該慣性感測器所產生的該等三個軸向的加速度分量，計算分別對應的該等傾斜角。

在一些實施態樣中，其中，該待測物的該三維影像是一種解剖式醫學影像，並包含電腦斷層掃描(Computerized tomography，CT)影像及磁振造影(Magnetic resonance imaging，MRI)影像之其中一者。

在另一些實施態樣中，其中，該第一特徵圖案及該第二特徵圖案之其中每一者包含多個一維條碼、多個二維條碼、或可供影像辨識分析以獲得方位與角度的一圖案。

在另一些實施態樣中，其中，該影像擷取單元設置於該超音波探頭上。

該超音波探頭受控制以產生多個超音波發射信號，並接收對應的多個超音波反射信號。該第一特徵圖案設置於該超音波探頭上，且用於作影像辨識分析而產生對應該第一特徵圖案的一第一空間方位。該第二特徵圖案設置於該待測物上，並與該待測物之間保持固定的相對位置，且用於作影像辨識分析而產生對應該第二特徵圖案的一第二空間方位。

該處理單元電連接該儲存單元、該超音波探頭、該影像擷取單元、及該顯示單元，並控制該超音波探頭產生該等超音波發射信號之其中一者，且接收對應其中該者的該超音波反射信號，以根據該超音波反射信號產生對應的該二維超音波影像。

該處理單元根據該即時影像的該第一特徵圖案獲得該第一空間方位，再根據該第一相對位置關係，獲得該二維超音波影像在空間中的一超音波影像位置，並根據該即時影像的該第二特徵圖案獲得該第二空間方位，再根據該第二相對位置關係，獲得該待測物在空間中的一待測物位置，且根據該超音波影像位置及該待測物位置，將該二維超音波影像及該待測物的該三維影像在空間上正確疊合並顯示於該顯示單元。

本發明的功效在於：藉由該超音波探頭在不同的該等傾斜角時，使得該處理單元獲得對應的該等二維超音波影像，且該等不同的傾斜角都位於該擺動平面上。該處理單元再藉由該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生該三維超音波影像。再者，藉由該影像擷取單元所擷取的該即時影像，使得該處理單元據以獲得該待測物的該三維影像與該三維超音波影像(或與該二維超音波影像)在空間中的正確相對位置，而能夠將其正確疊合以顯示於該顯示單元，進而實現一種兼顧高解度 (即該三維影像)與即時性(即超音波影像)的疊合影像，以方便在臨床上進行治療程序的導引。

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，本發明超音波影像系統100之一第一實施例，適用於一待測表面9，並包含一超音波探頭1、一慣性感測器(Inertial measurement unit，IMU)2、一處理單元3、及一顯示單元4。該待測表面9包含一法向量91，且例如是人體或動物的皮膚表面，但不以此為限。

該慣性感測器2設置於該超音波探頭1上，並偵測三個軸向的加速度分量，且該慣性感測器2具有與該超音波探頭1相同的一傾斜角。更詳細地說，該三個軸向的加速度分量彼此兩兩互相垂直，且分別是一A _X軸加速度分量、一A _Y軸加速度分量、及一A _Z軸加速度分量。該傾斜角是一重力加速度G相對於該A _Z軸加速度分量的方向的夾角。該傾斜角φ、該A _X軸加速度分量、該A _Y軸加速度分量、及該A _Z軸加速度分量之間的關係式如下列公式(1)~(3)，也就是說，藉由公式(1)與(2)，或公式(1)與(3)即能計算出該傾斜角。

…(1)

…(2)

…(3) 其中，G是該重力加速度，A ₁是該A _X軸加速度分量，A ₂是該A _Y軸加速度分量，A ₃是該A _Z軸加速度分量。

該處理單元3例如是一電腦主機的處理器、一數位信號處理器(DSP)、或其他具備電腦運算能力的處理晶片等等，但都不以此為限。該處理單元3電連接該慣性感測器2及該超音波探頭1。當該超音波探頭1在每一不同的該傾斜角時，該處理單元3接收並儲存該三個軸向的加速度分量，且控制該超音波探頭1產生一超音波發射信號，並接收對應的一超音波反射信號。該處理單元3再根據該超音波反射信號產生對應的一個二維超音波影像，該二維超音波影像即是現有的超音波探頭1所產生的一種B-Mode(Brightness Mode)影像。該處理單元3再根據所產生的該等三個軸向的加速度分量，計算分別對應的該等傾斜角，且根據該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生一個三維超音波影像。

參閱圖1、圖2、與圖3，圖2是一立體圖，圖3是圖2的一側視圖，都是示例性地說明該超音波探頭1在三個不同的該傾斜角時，即三個傾斜角分別等於φ _min、0、φ _max時，該處理單元3所產生的該三個二維超音波影像分別對應的三個實際物體平面P1、P2、P3的位置關係。另外要特別強調的是：為方便說明起見，圖2與圖3僅繪出三個實際物體平面P1、P2、P3，實際上，該超音波探頭1能夠偵測其他數量的多個實際物體平面。另外，再參閱圖4，圖4示例性地說明該二維超音波影像B1在該實際物體平面P1的示意圖，同樣地，圖4也能夠說明其他的二個二維超音波影像分別在該等實際物體平面P2、P3的示意圖。

更詳細地說，該等傾斜角(即φ _min、0、φ _max)是位於同一個擺動平面上(如圖3的圖面的平面)，且當該傾斜角等於0度時，該慣性感測器2所偵測的該A _Z軸加速度分量的方向與該法向量91平行。該等傾斜角分別對應該等二維超音波影像的該等實際物體平面是分別與該擺動平面呈垂直，且每一該實際物體平面的延伸平面相交成一直線L1。更精確地說，每一該實際物體平面的延伸平面所相交成的該直線L1與每一該實際物體平面的距離都是距離R。該直線L1位於空間中的實際位置，即是該超音波探頭1在不同的該等傾斜角作偵測時，該超音波探頭1的晶體的所在位置，該晶體即是發射該等超音波發射信號的發射器。

該等傾斜角之其中最大者大於其中最小者，且其中最大者的絕對值與其中最小者的絕對值相等。舉例來說，在本實施例中，該等傾斜角之其中最大者(即φ _max)等於60度，該等傾斜角之其中最小者(即φ _min)等於-60度，但不以此範圍為限。

每一該二維超音波影像包含一最大寬度W及一最大高度h。該三維超音波影像包含一最大長度L、該最大寬度W、及一最大高度H。該最大高度H、該最大長度L、及該最大高度h之間的關係式如下列的公式(4)、(5)。

…(4)

…(5) 其中，φ _cri是該等傾斜角之其中最大者的絕對值，在本實施例中為60度，R大於等於0。舉例來說，當該超音波探頭1的該晶體與該待測表面9的距離等於零時，則R等於0。

每一該二維超音波影像包含一個二維座標系(x,y)，在該二維座標的x方向上的影像最大寬度等於該最大寬度W，在該二維座標的y方向上的影像最大高度等於該最大高度h。該三維超音波影像包含一個三維座標系(X,Y,Z)，以圖2的該實際物體平面P2為例，該二維座標的x方向即為X2，該二維座標的y方向即為Y2，該三維座標系的三個方向分別為X1、Y1、Z1。該三維座標系(X,Y,Z)及該二維座標系(x,y)之間的關係式如下列的公式(6)~(8)。

…(6)

…(7)

…(8)

另外要特別補充說明的是：在本實施例中，該超音波探頭1是藉由一使用者手持操作而在該等傾斜角的不同位置，而在其他的實施例中，該超音波探頭1也可以是藉由某些特定設計的製具或載具來更穩定地移動於該等不同的傾斜角的位置之間。此外，在本實施例中，每一該傾斜角是藉由該處理單元3根據對應的該三個軸向的加速度分量作計算而獲得，而在其他的實施例中，每一該傾斜角也可以是藉由該慣性感測器2根據對應的該三個軸向的加速度分量作計算而獲得。

再者，在其他的實施例中，該超音波影像系統也可以省略該慣性感測器，而改用其他的方式偵測該超音波探頭的該傾斜角。舉例來說，該超音波系統可以還包含單一個攝影機，該超音波探頭上設置有一條碼或其他特定圖案，該攝影機利用影像辨識的技術辨識該條碼或該特定圖案，以獲得該超音波探頭的一姿態角(Euler angles，或稱歐拉角)，進而獲得該傾斜角；或者，該超音波系統可以還包含二個攝影機，利用兩個攝影機之間的角度差距重建該超音波探頭在三維空間之中的位置，進而獲得該姿態角與該傾斜角；或者，該超音波影像系統還包含一電磁定位儀(Electromagnetic tracker，EM tracker)，利用磁場感應的方式辨識三軸方位，進而獲得該姿態角與該傾斜角。

該顯示單元4例如是一螢幕，並電連接該處理單元3，以顯示該三維超音波影像，或同時顯示該三維超音波影像與該等二維超音波影像。該處理單元3還能夠根據該三維超音波影像作任意方向的剖面，以產生至少一斷面影像，且再根據該至少一斷面影像作影像處理，以藉由該顯示單元4同時顯示該斷面影像及影像處理的結果。

此外，該處理單元3根據所接收的該等超音波反射信號，還能夠據以計算而產生其他的功能性影像，如熵(Entropy)參數影像、都普勒(Doppler)變數影像、應變(Strain)變數影像、Nakagami變數影像等等。舉例來說，都普勒變數影像可顯示血流資訊，應變變數影像可提供組織進行楊氏係數(Young’s modulus)量化以進行組織彈性(Elasticity)鑑別，Nakagami變數以及熵參數像影像可提供組織排列結構上的規則性分析。該顯示單元4還能夠將該等功能性影像之其中至少一者，與該三維超音波影像、該等二維超音波影像、及該至少一斷面影像之其中少一種作同時顯示，以提供更豐富且有效的超音波影像資訊。

參閱圖5，本發明超音波影像系統200之一第二實施例，適用於一待測物，並包含一超音波探頭、一第一特徵圖案81、一第二特徵圖案82、一儲存單元6、一影像擷取單元7、一顯示單元、及一處理單元5。該待測物例如是一人體的腹部。該超音波探頭受控制以產生多個超音波發射信號，並接收對應的多個超音波反射信號。

該第一特徵圖案81設置於該超音波探頭上，且用於作影像辨識分析而產生對應該第一特徵圖案81的一第一空間方位V1。該第二特徵圖案82，設置於該待測物上，並與該待測物之間保持固定的相對位置，且用於作影像辨識分析而產生對應該第二特徵圖案82的一第二空間方位V2。在圖5中，該第一空間方位V1及該第二空間方位V2都是以一個法向量的形式作示意表示，並不是指該第一空間方位V1及該第二空間方位V2僅包括法向量的訊息。

該第一特徵圖案81及該第二特徵圖案82之其中每一者包含多個一維條碼、多個二維條碼、或可供影像辨識分析以獲得方位與角度的一圖案。參閱圖2，在本實施例中，該第一特徵圖案81是以四個正方形的二維條碼為例，該第二特徵圖案82是分別設置在兩邊且位於同一平面的八個二維條碼為例。另外，為方便說明起見，圖2中的該第一特徵圖案81及該第二特徵圖案82僅簡單分別以四個正方形及八個正方形示意表示，實際上，在每一個正方形中都具有預先設計的二維條碼。

該影像擷取單元7擷取包含該待測物、該第一特徵圖案81、及該第二特徵圖案82的一即時影像，也就是說，該影像擷取單元7所擷取的一視野96，包含該待測物、該第一特徵圖案81、及該第二特徵圖案82。在本實施例中，該影像擷取單元7設是置於該超音波探頭上，而在其他實施例中，該影像擷取單元7也可以不設置在該超音波探頭上，只要該即時影像能夠包含該待測物、該第一特徵圖案81、及該第二特徵圖案82。此外，該影像擷取單元7所包括的攝影鏡頭的數量，是根據所對應提供的該即時影像藉由已知的影像辨識與分析技術能夠判斷該第一空間方位V1及該第二空間方位V2來決定，該第一空間方位V1及該第二空間方位V2包含該第一特徵圖案81及該第二特徵圖案82在空間中的角度及方位，即相對於該影像擷取單元7的位置與角度，或在空間中以一個預設參考點的絕對位置與角度。

再舉例來說，該即時影像包含該第一特徵圖案81及該第二特徵圖案82所包含的每一個完整的該二維條碼，每一該二維條碼包括已知的至少三個辨識點，且同樣地被包含於該即時影像中，每一該辨識點例如是在對應的該二維條碼的邊緣或邊點。當在該即時影像中每一該二維條碼的該至少三個辨識點被該處理單元5辨識成功之後，該處理單元5利用該影像擷取單元7及已知或預設的空間物理關係辨識每一該辨識點的三維空間的遠近關係，並給予對應的座標，則每一該辨識點將被賦予一特定的空間座標。

該處理單元5再根據任二個該辨識點的該空間座標，計算對應的一空間向量，且每一該二維條碼的該至少三個辨識點將對應產生只少兩個相異的該空間向量，且每一該空間向量都位在同一個該二維條碼的平面上。該處理單元5針對每一該二維條碼，計算其中的兩個該空間向量的外積，或者，計算任二個該空間向量的外積且再求取多組外積的平均值，進而獲得對應該二維條碼的一空間方位。這裡要特別補充說明的是：每一該二維條碼的其中一個該辨識點可以設置在該二維條碼的中心點，則根據對應其中該辨識點的二個該空間向量所產生的該空間方位將直接對應該二維條碼所在位置的中心點。或者，每一該二維條碼的實際面積尺寸足夠小，且該等辨識點的數量夠多(即該等空間向量的該等外積的數量夠多)，使得該等外積的平均值所對應的該空間方位夠趨近於該二維條碼的中心點。該處理單元5再針對該第一特徵圖案81(或該第二特徵圖案82)的所有該二維條碼的所有該空間方位，計算其平均值，則能獲得該第一空間方位V1(或該第二空間方位V2)。

該儲存單元6儲存相關於該待測物的一個三維影像、該待測物與該第二特徵圖案82在空間上的一第二相對位置關係、及藉由該超音波探頭偵測所產生的一個二維超音波影像83與該第一特徵圖案81在空間上的一第一相對位置關係。該待測物的該三維影像是一種解剖式醫學影像，並具備高解析度的特性，例如是一種電腦斷層掃描(Computerized tomography，CT)影像、一種磁振造影(Magnetic resonance imaging，MRI)影像、或其他類似影像所組成。

由於該第一特徵圖案81是設置於該超音波探頭上，當醫療人員手持該超音波探頭移動時，該第一特徵圖案81與藉由該超音波探頭所偵測的該二維超音波影像83的相對位置都是保持不變，即該第一相對位置關係是保持固定。類似地，該第二特徵圖案82是設置於該待測物上，且與該待測物的相對位置也是保持不變，及該第二相對位置關係也是保持固定。因此，該第一相對位置關係及該第二相對位置關係能夠利用已知技術預先設計或計算而獲得。

該處理單元5電連接該儲存單元6、該超音波探頭、該影像擷取單元7、及該顯示單元，並控制該超音波探頭產生該等超音波發射信號之其中一者，且接收對應其中該者的該超音波反射信號，以根據該超音波反射信號產生對應的該二維超音波影像83。

該處理單元5根據該即時影像的該第一特徵圖案81獲得該第一空間方位V1，再根據該第一相對位置關係，獲得該二維超音波影像83在空間中的一超音波影像位置，並根據該即時影像的該第二特徵圖案82獲得該第二空間方位V2，再根據該第二相對位置關係，獲得該待測物在空間中的一待測物位置，且根據該超音波影像位置及該待測物位置，將該二維超音波影像83及該待測物的該三維影像在空間上正確疊合並顯示於該顯示單元。

再舉例來說，該處理單元5不但能夠辨識該第一空間方位V1及該第二空間方位V2，且還能夠辨識出該第一空間方位V1及該第二空間方位V2的一起始位置的座標。由於該第二空間方位V2是由八個二維條碼(即本實施例)所獲得，且每一該二維條碼的該空間座標(即實際距離和位置)為已知，因此，該處理單元5即能夠利用該第二空間方位V2的該等二維條碼的該等空間座標與該等空間向量的對應關係，例如是一個空間轉換矩陣或一個比例因子，而能夠獲得有關該第一空間方位V1及該第二空間方位V2的所有空間座標(即實際距離和位置)。同樣地，該處理單元5也能夠再藉由固定的該第一相對位置關係(或該第二相對位置關係)，而獲得該待測物位置(或該待測物位置)。

再參閱圖6，圖6是一個示意圖，表示該顯示單元所顯示的在空間上正確疊合的該二維超音波影像83及該三維影像。其中，該三維影像包含該待測物(即腹部92)的肋骨93、肝臟94、及皮膚95。另外要特別說明的是：該三維影像是將所包含的多張電腦斷層掃描(CT)影像或多張磁振造影(MRI)影像，先經過影像分析及特徵擷取後，進行三維的影像呈現效果。在本實施例中，特徵擷取即是指影像中的肋骨93、肝臟94、及皮膚95的位置與三維輪廓。

另外，在其他實施例中，該超音波影像系統200還能夠包含一第三特徵圖案及一手術器械，如穿刺針、電燒針等，該第三特徵圖案與該第一特徵圖案81相似，但設置於該手術器械上，則該處理單元5能夠藉由該即時影像所包含的該第三特徵圖案，獲得一第三空間方位，進而將對應該手術器械在空間上正確疊合地顯示於該顯示單元。

再者，在該第二實施例中，該處理單元5藉由該超音波探頭產生該二維超音波影像83，而在其他的實施例中，該超音波探頭及該處理單元5也可以具有與該第一實施例運作方式相同的部分，或者，該超音波影像系統200還包含與該第一實施例相同的該慣性感測器，使得該處理單元5根據該第一實施例的該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生一個三維超音波影像，並將該三維超音波影像取代該二維超音波影像，以正確疊合地顯示於該顯示單元。

綜上所述，藉由該慣性感測器設置於該超音波探頭以偵測該超音波探頭的該傾斜角，使得該超音波探頭在不同的該等傾斜角作偵測，且該等傾斜角符合簡單地限制條件下，該處理單元能夠根據該等二維超音波影像及該等傾斜角，計算而產生該三維超音波影像。如此一來，不但能夠輕易地使用在已普及的中低階超音波影像系統上，更是實現一種設計簡單又計算快速的超音波影像系統。再者，藉由該影像擷取單元所擷取的該即時影像，使得該處理單元據以獲得該待測物的該三維影像與該三維超音波影像(或與該二維超音波影像)在空間中的正確相對位置，而能夠將其正確疊合以顯示於該顯示單元，進而實現一種兼顧高解度 (即該三維影像)與即時性(即超音波影像)的疊合影像，以方便在臨床上進行治療程序的導引，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

100、200:超音波影像系統 1:超音波探頭 2:慣性感測器 3:處理單元 4:顯示單元 5:處理單元 6:儲存單元 7:影像擷取單元 81:第一特徵圖案 82:第二特徵圖案 83:二維超音波影像 9:待測表面 91:法向量 92:腹部 93:肋骨 94:肝臟 95:皮膚 96:視野 H:最大高度 L:最大長度 L1:直線 B1:二維超音波影像 R:距離 P1、P2、P3:實際物體平面 X1、X2:方向 Y1、Y2:方向 Z1:方向 φ _max、φ _min:傾斜角 V1:第一空間方位 V2:第二空間方位

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明超音波影像系統的一第一實施例；圖2是一立體圖，說明該第一實施例的多個二維超音波影像所分別對應的多個實際物體平面；圖3是一側視圖，輔助圖2說明該等實際物體平面之間的關係；圖4是一示意圖，輔助圖3說明其中一個二維超音波影像；圖5是一示意圖，說明本發明超音波影像系統的一第二實施例；及圖6是一示意圖，說明該第二實施例的一個二維超音波影像及一個三維影像的疊合結果。

200:超音波影像系統

1:超音波探頭

4:顯示單元

5:處理單元

6:儲存單元

7:影像擷取單元

81:第一特徵圖案

82:第二特徵圖案

92:腹部

96:視野

V1:第一空間方位

V2:第二空間方位

Claims

一種超音波影像系統，適用於一待測物，並包含：一超音波探頭，受控制以在不同的多個傾斜角時產生多個對應的超音波發射信號，並接收對應的多個超音波反射信號，該等傾斜角是位於一個擺動平面上；一第一特徵圖案，設置於該超音波探頭上，且用於作影像辨識分析而產生對應該第一特徵圖案的一第一空間方位；一第二特徵圖案，設置於該待測物上，並與該待測物之間保持固定的相對位置，且用於作影像辨識分析而產生對應該第二特徵圖案的一第二空間方位；一儲存單元，儲存相關於該待測物的一個三維影像、該待測物與該第二特徵圖案在空間上的一第二相對位置關係、及藉由該超音波探頭偵測所產生的一個二維超音波影像與該第一特徵圖案在空間上的一第一相對位置關係；一影像擷取單元，擷取包含該待測物、該第一特徵圖案、及該第二特徵圖案的一即時影像；一顯示單元；及一處理單元，電連接該儲存單元、該超音波探頭、該影像擷取單元、及該顯示單元，當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元控制該超音波探頭產生該等超音波發射信號之其中一者，並接收對應其中該者的該超音波反射信號，以根據該超音波反射信號產生對應的該二維超音波影像，該處理單元再根據該等二維超音波影像及對應的該等傾斜角，產生一個三維超音波影像，該處理單元根據該即時影像的該第一特徵圖案獲得該第一空間方位，再根據該第一相對位置關係，獲得該三維超音波影像在空間中的一超音波影像位置，並根據該即時影像的該第二特徵圖案獲得該第二空間方位，再根據該第二相對位置關係，獲得該待測物在空間中的一待測物位置，且根據該超音波影像位置及該待測物位置，將該三維超音波影像及該待測物的該三維影像在空間上正確疊合並顯示於該顯示單元。
如請求項1所述的超音波影像系統，還包含一慣性感測器，設置於該超音波探頭上，並偵測三個軸向的加速度分量，且該慣性感測器具有與該超音波探頭相同的該傾斜角，該處理單元電連接該慣性感測器，當該超音波探頭在每一該傾斜角時，該處理單元接收並儲存該三個軸向的該等加速度分量，並根據該慣性感測器所產生的該等三個軸向的加速度分量，計算分別對應的該等傾斜角。
如請求項2所述的超音波影像系統，其中，該待測物的該三維影像是一種解剖式醫學影像，並包含電腦斷層掃描(Computerized tomography，CT)影像及磁振造影(Magnetic resonance imaging，MRI)影像之其中一者。
如請求項2所述的超音波影像系統，其中，該第一特徵圖案及該第二特徵圖案之其中每一者包含多個一維條碼、多個二維條碼、或可供影像辨識分析以獲得方位與角度的一圖案。
如請求項2所述的超音波影像系統，其中，該影像擷取單元設置於該超音波探頭上。