TWI461723B - 超音波聲速校正方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種超音波聲速校正方法,尤指一種選定出二子孔徑位置後,再以此二子孔徑位置所成影像並藉由平均絕對誤差處理校正出超音波聲速之超音波聲速校正方法。
由於科技的發展與時代的進步,藉由超音波生成影像的技術已大量應用於人們的生活當中,舉例而言,相較於臨床常用的醫學影像系統如X光、CT、MRI或核醫影像,超音波影像具有低價格、非侵入式、無輻射性危險、即時影像、次毫米(sub mm)級的空間影像解析度、可攜性以及可進行流速偵測等優點,因此超音波影像幾乎被廣泛應用於臨床各科的診斷上。
超音波成像原理是利用聲波散射以及反射的特性來重建待測體之影像,具體來說,超音波成像主要是利用探頭發射聲波進入人體內,而與人體內的各種介質發生交互作用,而利用所回傳的信號作為重建人體內影像的依據。近年來,陣列超音波系統由於可以進一步調整探頭單元的時間差而得到更好的成像品質與應用,進而被廣
泛地應用在醫學診斷上,然而,人體內組織不均勻的特性卻因此可能對成像造成影響,聲速就是個很重要的物理參數,使用平均聲速成像在超音波成像系統中可降低因組織不均勻而造成影像品質下降的影響,影像品質包括了空間解析度與對比解析度等甚至是病理位置的判定等,而在目前的超音波陣列成像系統中,往往採用預設好的平均聲速(如:1540m/s)進行成像,而在此預設聲速與真正平均聲速之間的誤差會導致影像品質降低進而影響到診斷效果。
因此,現有技術提出聲速校正方法以校正出較接近真正平均聲速來提昇影像品質,其校正方法例如是利用影像二維自共變異函數分析與探頭中各單元間延遲後資料對齊判定。其中,以影像二維自共變異函數分析進行聲速校正而言,其主要在不同時間中進行各聲速的成像,並於最後各聲速的影像,隨機於聚焦深度的影像資訊做二維自共變異函數立體圖(2D auto-covariance function),並從中取出橫向的分布函數並找出能量半高寬(-6dB)並對於聲速範圍內各聲速做比較,進而得到最後的能量半高寬對於各聲速趨勢圖,理論上解析度如果越好,此寬度應該較小,而自共變異函數半高寬(-6dB)對聲速範圍內的趨勢可觀察出越接近正確聲速處,其寬度越小。然而,由於各聲速的成像資料量很大,且需對聲速範圍內的各聲速做比較,因此造成運算時間過久而不符合效率。
另外,以各單元間延遲後資料對齊判定而言,其將超音
波反射所接收到的超音波訊號中,已解調至基頻的訊號經過不同聲速的時間延遲之後,按照每相鄰探頭單元計算其資料相差的相位,並求取其標準差以計算對齊的情況,最後畫出其標準差對應聲速範圍的趨勢圖,理論上在接近平均正確聲速的地方,會有較小的標準差,顯示其對齊程度較好,反之越遠離的會越大,對齊程度較差。然而,其係採用聲速疊代的方式以及判斷資料是否對齊,但在實務上述資料對齊度有一小偏差時,其會同時影響後續資料的判斷準確度,因而有資料運算時間久以及不準確之問題,進而影響到臨床診斷的實用性。
有鑒於現有的超音波聲速校正技術中,普遍具有運算時間久以及聲速校正不準確,進而影響到臨床診斷的實用性之問題。緣此,本發明之主要目的在於提供一種超音波聲速校正方法,其主要是採用平行化的方式以各聲速進行成像來選定出二子孔徑位置後,再以平行化的方式以此二子孔徑位置在各聲速同時成像,並且以平均絕對誤差處理校正出超音波聲速,藉以降低運算時間以及增加準確度。
基於上述目的,本發明所採用之主要技術手段係提供一種超音波聲速校正方法,係用以校正出一超音波聲速,藉以利用該超音波聲速進行成像,包含以下步驟:(a)接收一超音波未延遲資料集;(b)利用一探頭之複數個子孔徑,以複數個聲速對超音波未延遲資料集進行一波
束形成處理,藉以產生複數個孔徑影像;(c)利用一平均絕對誤差(Mean Absolute Error;MAE)處理,在該些聲速中找出一平均絕對誤差值在一平均絕對誤差範圍中所對應之聲速與所對應該些孔徑影像中之二者;(d)選定對應該些孔徑影像中之二者之一第一子孔徑與一第二子孔徑,以所對應之聲速對超音波未延遲資料集進行波束形成處理,藉以產生對應於第一子孔徑之一第一孔徑影像與對應於第二子孔徑之一第二孔徑影像;(e)對第一孔徑影像與第二孔徑影像進行平均絕對誤差處理,藉以產生具有一誤差曲線之一影像誤差對應圖;(f)利用誤差曲線找出一趨勢曲線;以及(g)找出趨勢曲線中之一平均誤差值最低點與平均誤差值最低點所對應之該些聲速中之一者,藉以校正出超音波聲速。
其中,上述超音波聲速校正方法之附屬技術手段之較佳實施例中,步驟(b)中,探頭係為一陣列探頭與二維陣列探頭中之一者,而第一子孔徑係位於探頭中央之孔徑,第二子孔徑係位於探頭周圍之孔徑。另外,平均絕對誤差範圍係1.5%至3%,且第一子孔徑具有一第一孔徑大小,第二子孔徑具有一第二孔徑大小,且第二子孔徑係與第一子孔徑具有一距離,步驟(d)係進一步選定出第一孔徑大小、第二孔徑大小與距離。
此外,上述超音波聲速校正方法之附屬技術手段之較佳實施例中,在該步驟(e)中,該第一孔徑影像具有複數個第一像素值,該第二孔徑影像具有複數個第二像素值,該些第一像素值與該些第二像素值係分別對應有一
第一波束值與一第二波束值,該些第一像素值係定義為Mij
,該些第二像素值係定義為Sij
,該第一波束值係定義為Nx
,該第二波束值係定義為Ny
,而該平均絕對誤差值係定義為d,而。
藉由本發明所採用之超音波聲速校正方法後,由於此方法可平行化地在多種聲速中校正出較佳的聲速,因此可大幅降低聲速校正所需的時間,進而解決習知技術運算時間久之問題,且本發明所校正出之聲速的準確度也較習知技術準確,使得在實際應用中,以本發明所校正出的聲速進行超音波成像可得到較佳的影像,進而讓診斷更為準確並更有效率。
本發明所採用的具體實施例,將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
1‧‧‧探頭
11‧‧‧第一子孔徑
12‧‧‧第二子孔徑
A‧‧‧波束形成範圍
B‧‧‧第一取樣點
C‧‧‧第二取樣點
D‧‧‧平均誤差值最低點
S‧‧‧孔徑大小
S1‧‧‧第一孔徑大小
S2‧‧‧第二孔徑大小
L‧‧‧距離
100、100a、100b‧‧‧誤差曲線
200、200a、200b‧‧‧趨勢曲線
第一及第一A圖係顯示本發明較佳實施例之超音波聲速校正方法之方法流程圖;第二圖係顯示本發明較佳實施例之探頭之示意圖;第三圖係顯示本發明較佳實施例之平均絕對誤差與第二子孔徑與第一子孔徑間距離以及平均絕對誤差與第二子孔徑孔徑大小之示意圖;第四圖係顯示本發明較佳實施例之影像誤差對應圖之示意圖;
第四A圖係顯示本發明其他實施例之影像誤差對應圖之示意圖;以及第四B圖係顯示本發明其他實施例之影像誤差對應圖之示意圖。
由於本發明所提供之超音波聲速校正方法中,其組合實施方式不勝枚舉,故在此不再一一贅述,僅列舉一較佳實施例來加以具體說明。
請一併參閱第一圖至第四圖,第一及第一A圖係顯示本發明較佳實施例之超音波聲速校正方法之方法流程圖,第二圖係顯示本發明較佳實施例之探頭之示意圖,第三圖係顯示本發明較佳實施例之平均絕對誤差與第二子孔徑與第一子孔徑間距離以及平均絕對誤差與第二子孔徑孔徑大小之示意圖,第四圖係顯示本發明較佳實施例之影像誤差對應圖之示意圖。
如圖所示,本發明較佳實施例所提供之超音波聲速校正方法中,係用以校正出一超音波聲速(圖未示),藉以利用此校正出的超音波聲速進行成像,而超音波聲速校正方法之步驟如下:步驟S101:接收一超音波未延遲資料集;步驟S102:利用一探頭之複數個子孔徑,以複數個聲速對超音波未延遲資料集進行一波束形成處理,藉以產生複數個孔徑影像;步驟S103:利用一平均絕對誤差處理,在該些聲速中找
出一平均絕對誤差值在一平均絕對誤差範圍中所對應之聲速與所對應該些孔徑影像中之二者;步驟S104:選定一第一子孔徑與一第二子孔徑,以所對應之聲速對超音波未延遲資料集進行波束形成處理,藉以產生一第一孔徑影像與一第二孔徑影像;步驟S105:對第一孔徑影像與第二孔徑影像進行平均絕對誤差處理,藉以產生具有一誤差曲線之一影像誤差對應圖;步驟S106:利用誤差曲線找出一趨勢曲線;以及步驟S107:找出趨勢曲線中之一平均誤差值最低點與平均誤差值最低點所對應之該些聲速中之一者,藉以校正出超音波聲速。
在步驟開始後,隨即執行步驟S101接收一超音波未延遲資料集。其中,在此步驟中,其係接收超音波回波所形成的資料集,此資料集為未經過延遲處理或影像處理之超音波未延遲資料集。
在執行完步驟S101後,隨即執行步驟S102利用一探頭之複數個子孔徑,以複數個聲速對超音波未延遲資料集進行一波束形成處理,藉以產生複數個孔徑影像。進一步而言,在此步驟中,如第二圖所示,本發明較佳實施例所使用的探頭1係為一維陣列探頭,且其包含有五個子孔徑(圖未標示),而其他實施例中,探頭1可為二維陣列探頭,且其所包含的子孔徑數量不限於五個,此
外,在本發明較佳實施例中,五個子孔徑中,以第一子孔徑11與第二子孔徑12為例,其中,第一子孔徑11為位於探頭1中央之子孔徑,而第二子孔徑12為位於探頭1周圍最右側與最左側之子孔徑(在其他實施例中可僅為最左側或最右側)。
具體來說,本發明較佳實施例係先在上述複數個子孔徑中,選定出以哪二個子孔徑進行超音波聲速的校正,而其選定的方法即是先以複數個聲速(例如聲速是介於1475m/s至1550m/s之間的每個聲速),對步驟S101所接收的超音波未延遲資料集進行波束形成(beam forming)處理(本發明較佳實施例中,係以波數範圍A利用300條波束進行處理,並且取中間的20條為影像判斷依據),而此處理係為習知技術,因此不再贅述,而由於每個子孔徑都會進行波束形成處理,因此每個子孔徑都會形成有對應於該些聲速的孔徑影像數(圖未示),舉例來說,如果以十種聲速對超音波未延遲資料進行波束形成處理,此時本發明較佳實施例中的五個子孔徑都分別會有十張孔徑影像。
在產生完複數個孔徑影像後,隨即執行步驟S103利用一平均絕對誤差處理,在該些聲速中找出一平均絕對誤差值在一平均絕對誤差範圍中所對應之聲速與所對應該些孔徑影像中之二者。具體而言,若聲速的設定係為上述所述介於1475m/s至1550m/s之間,在此步驟S103中,係利用平均絕對誤差(Mean Absolute Error;MAE)處理(此MAE處理係為現有之演算法,因此不再贅述
其如何實施)對兩兩子孔徑所成之孔徑影像進行演算,藉以在上述聲速範圍中找出平均絕對誤差範圍中所對應之聲速(例如是1500m/s)與所對應孔徑影像中之二者。
舉例來說,如第三圖所示,本發明較佳實施例中,平均絕對誤差範圍係1.5%至3%,而二張影像所運算出的平均絕對誤差值落在平均絕對誤差範圍的孔徑影像中,因此,在此步驟S103中,係找出第一孔徑影像與第二孔徑影像。
在執行完步驟S103後,隨即執行步驟S104選定一第一子孔徑與一第二子孔徑,以所對應之聲速對超音波未延遲資料集進行波束形成處理,藉以產生一第一孔徑影像與一第二孔徑影像。具體而言,在此步驟中,由於步驟S103已經找出第一孔徑影像與第二孔徑影像,此時可進一步確定出此二影像所對應之子孔徑,其中,第一子孔徑11係對應第一孔徑影像與第二子孔徑12係對應第二孔徑影像。此外,第一子孔徑11具有一第一孔徑大小S1,第二子孔徑12具有一第二孔徑大小S2,而第一子孔徑11與其二側的子孔徑所形成之孔徑大小係為S,第二子孔徑12最側邊(第二圖中係最左側)與第一子孔徑11具有一距離L,在此步驟中,係進一步選定出上述之參數。
進一步而言,如第三圖所示,其係找出第一子孔徑大小S1係為50個通道數,而取樣點B係找出距離L為6個通道數,取樣點C係找出第二子孔徑大小S2係為50
個通道數,因此,在此步驟中可決定出上述之參數。
而在選定出上述之參數後,在本發明較佳實施例中,係以所對應之聲速1500m/s對超音波未延遲資料集再進行一次波束形成處理,藉以產生第一孔徑影像與第二孔徑影像。
在執行完步驟S104後,隨即執行步驟S105對第一孔徑影像與第二孔徑影像進行平均絕對誤差處理,藉以產生具有一誤差曲線之一影像誤差對應圖。具體而言,在此步驟中,係對上述之第一孔徑影像與第二孔徑影像進行MAE處理,進而產生如第四圖所示之影像誤差對應圖,且此影像誤差對應圖具有誤差曲線100。
具體而言,第一孔徑影像具有複數個第一像素值,第二孔徑影像具有複數個第二像素值,該些第一像素值與該些第二像素值係分別對應有一第一波束值與一第二波束值,該些第一像素值係定義為Mij
,該些第二像素值係定義為Sij
,第一波束值係定義為Nx
,第二波束值係定義為Ny
,而平均絕對誤差值係定義為d,而此誤差曲線100每一點的值是由所計算出來。
在執行完步驟S105後,隨即執行步驟S106利用誤差曲線找出一趨勢曲線。在此步驟中,係依據誤差曲線100找出一平滑的趨勢曲線200,而在找出趨勢曲線200
後,隨即執行步驟S107找出趨勢曲線中之一平均誤差值最低點與平均誤差值最低點所對應之該些聲速中之一者,藉以校正出超音波聲速。在此步驟S107中,係找出趨勢曲線200中的平均誤差值最低點D以及其所對應上述聲速範圍中所對應之聲速,具體而言,在本發明較佳實施例中,係找出聲速為1500m/s為平均誤差值最低點D所對應之聲速,因此,1500m/s為所校正出之聲速。另外,在此值得一提的是,上述步驟S101至步驟S107可由現有如中央處理器(Central Processing Unit;CPU)或圖形處理器(Graphics Processing Unit;GPU)等具有處理能力之處理器執行。
請參閱第四A圖以及第四B圖,第四A圖係顯示本發明其他實施例之影像誤差對應圖之示意圖,第四B圖係顯示本發明其他實施例之影像誤差對應圖之示意圖。如圖所示,第四A圖係當第一子孔徑大小為80通道數,而距離為24通道數,其誤差曲線100a所找出的趨勢曲線200a中,其所校正出的聲速約為1540m/s,而第四B圖係當第一子孔徑大小為100通道數,而距離為14通道數,其誤差曲線100b所找出的趨勢曲線200b中,其所校正出的聲速也約為1540m/s。
綜合以上所述,在採用了本發明所採用之超音波聲速校正方法後,由於此方法可平行化地在多種聲速中校正出較佳的聲速,因此可大幅降低聲速校正所需的時間,進而解決習知技術運算時間久之問題,且本發明所校正出之聲速的準確度也較習知技術準確,使得在實際應用
中,以本發明所校正出的聲速進行超音波成像可得到較佳的影像,進而讓診斷更為準確並更有效率。
藉由以上較佳具體實施例之詳述,係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神,而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地,其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
Claims (6)
- 一種超音波聲速校正方法,係用以校正出一超音波聲速,藉以利用該超音波聲速進行成像,包含以下步驟:(a)接收一超音波未延遲資料集;(b)利用一探頭之複數個子孔徑,以複數個聲速對該超音波未延遲資料集進行一波束形成處理,藉以產生複數個孔徑影像;(c)利用一平均絕對誤差(Mean Absolute Error;MAE)處理,在該些聲速中找出一平均絕對誤差值在一平均絕對誤差範圍中所對應之聲速與所對應該些孔徑影像中之二者;(d)選定對應該些孔徑影像中之二者之一第一子孔徑與一第二子孔徑,以所對應之該聲速對該超音波未延遲資料集進行該波束形成處理,藉以產生對應於該第一子孔徑之一第一孔徑影像與對應於該第二子孔徑之一第二孔徑影像;(e)對該第一孔徑影像與該第二孔徑影像進行該平均絕對誤差處理,藉以產生具有一誤差曲線之一影像誤差對應圖;(f)利用該誤差曲線找出一趨勢曲線;以及(g)找出該趨勢曲線中之一平均誤差值最低點與該平均誤差值最低點所對應之該些聲速中之一者,藉以校正出該超音波聲速。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波聲速校正方法,其中,該步驟(b)中,該探頭係為一陣列探頭與二維陣列探頭中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波聲速校正方法,其中,該第一子孔徑係位於該探頭中央之孔徑,該第二子孔徑係位於該探頭周圍之孔徑。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波聲速校正方法,其中,該步驟(c)中,該平均絕對誤差範圍係1.5%至3%。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波聲速校正方法,其中,該第一子孔徑具有一第一孔徑大小,該第二子孔徑具有依第二孔徑大小,該第二子孔徑與該第一子孔徑具有一距離,該步驟(d)係進一步選定出該第一孔徑大小、該第二孔徑大小與該距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之超音波聲速校正方法,其中,在該步驟(e)中,該第一孔徑影像具有複數個第一像素值,該第二孔徑影像具有複數個第二像素值,該些第一像素值與該些第二像素值係分別對應有一第一波束值與一第二波束值,該些第一像素值係定義為Mij ,該些第二像素值係定義為Sij ,該第一波束值係定義為Nx ,該第二波束值係定義為Ny ,而該平均絕對誤差值係定義為d,而
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2014
- 2014-01-27 US US14/164,566 patent/US9470663B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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| US20150101390A1 (en) | 2015-04-16 |
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