TWM551477U - 一種適用於人工智慧影像分析的超音波診斷裝置 - Google Patents

Description

一種適用於人工智慧影像分析的超音波診斷裝置

本新型係為一新型超音波診斷裝置，特別地，是關係於一種藉由影像位移及旋轉角度偵測系統，來將原始接受到的二維超音波影像，透過影像比對、縮放、空間轉換演算法，產生不同於原始二維超音波影像的新二維超音波影像，並提供更多的醫學診斷資訊。

醫用超音波診斷裝置由於具有方便，無侵略性、無放射性、易於取得等諸多特性，使得目前超音波診斷廣泛應用在每一個臨床科別(除了精神科之外)，而按照各科別超音波醫學會的臨床指引建議，超音波之應用是以二維平面影像來做各個切面的檢查為主，三維影像僅能提供參考用途，無法作為醫師診斷依據，因此，如圖二所繪示之先前裝置(US 2009/0306509 A1)，將超音波診斷裝置搭配一影像位移及旋轉角度偵測系統，其目的主要是做為三維影像的成像並不能有效提升臨床診斷價值。

因此，本新型之主要範疇是將此影像位移及旋轉角度偵測系統應用在於產生新的二維超音波影像剖面，以增加臨床診斷之判斷依據。

此新型所欲解決之問題是目前常見的二維超音波掃描應用在人體臟器的檢查上，往往需要操作者(如醫生，超音波技術員)根據臨床指引建議做十個甚至數十個臟器剖面的觀察才能完成，這過程常常會隨著不同操作者的經驗，或不同病患臟器的差異，而造成檢查結果的不一致性，因此本新型係透過一個影像位移及旋轉角度偵測系統，以及影像比對、縮放、空間轉換的演算法來讓操作者能透過一次簡易的線性掃描後，即可產生各個臨床指引建議中所提及的人體臟器剖面圖，既可有效減少操作者的儀器操作時間，也可消除操作者的人工誤判。

欲解決超音波診斷裝置操作者的人工誤判，本新型係以一個影像位移及旋轉角度偵測系統，以及影像比對、縮放、空間轉換的演算法來解決此問題，影像位移及旋轉角度偵測系統能準確的得知操作者在進行簡易的線性掃描中所產生各個二維影像彼此間的相對位置，接著本新型裝置會將所搜集到的各個二維影像及其彼此間的相對位置透過聯網裝置傳遞至雲端運算伺服器，雲端運算伺服器會將這些二維影像及其彼此間的相對位置放置於一個三維空間影像儲存區，最後透過影像比對、縮放、空間轉換的演算法來產生各個臨床指引建議中所提及的人體臟器剖面圖。

先前的技術雖然也具備有影像位移及旋轉角度偵測系統，但其目的 主要是做為三維影像的成像，然而目前醫學界普遍的認知是三維影像的成像並不能有效提升臨床診斷價值，所以本新型的功效在於能有效減少操作者的儀器操作時間，也可消除操作者因不熟悉儀器操作，或是經驗不足，或是受測者特殊臟器表徵而造成沒有完整的檢查臨床指引建議中所提及的人體臟器剖面圖，所產生的人工誤判。

1‧‧‧本新型之具體實施例裝置

11,21‧‧‧超音波換能器

12,22‧‧‧超音波訊號收發器

13,23‧‧‧二維超音波影像產生器

14,24‧‧‧影像位移及旋轉角度偵測系統

15‧‧‧聯網系統

16‧‧‧雲端運算伺服器

17‧‧‧二維超音波影像剖面圖產生模組

25‧‧‧三維超音波影像產生器

X‧‧‧前、後張二維影像在影像平面內的水平位移

Z‧‧‧前、後張二維影像在影像平面內的垂直位移

Y‧‧‧前、後張二維影像彼此間的位移

α‧‧‧前、後張二維影像在X+Z軸的旋轉角度

β‧‧‧前、後張二維影像在Y+Z軸的旋轉角度

r‧‧‧前、後張二維影像在X+Y軸的旋轉角度

51‧‧‧在線性掃描的模式下所取得在Y方向上的二維影像

52‧‧‧三度空間影像儲存區

53‧‧‧由二維超音波影像剖面圖產生模組所計算出在X和Y平面上的影像

54‧‧‧傳統欲取得X和Y平面上的影像需將超音波換能器擺放的位置

55‧‧‧由二維超音波影像剖面圖產生模組所計算出以β角度旋轉的影像

56‧‧‧傳統欲取得β角度旋轉的影像需將超音波換能器擺放的位置

圖一：係繪示根據本新型之具體實施超音波診斷裝置的示意圖

圖二：係繪示傳統具有影像位移及旋轉角度偵測系統之超音波診斷裝置的示意圖

圖三：係繪示所有可能之影像位移及旋轉角度

圖四：係繪示常見手持超音波診斷裝置之掃描方式

圖五：係繪示本新型產生之新二維超音波影像剖面示意圖

根據本新型之具體實施例1為一具有聯網功能的超音波診斷裝置以及雲端運算伺服器，如圖一所示，本新型之具體實施例裝置1包含超音波換能器11、超音波訊號收發器12、二維超音波影像產生器13、影像位移及旋轉角度偵測系統14、聯網系統15、雲端運算伺服器16以及二維超音波影像剖面圖產生模組17。

於此實施例中，超音波換能器11結合超音波訊號收發器12以及二維超音波影像產生器13即構成現存常見之超音波診斷裝置，於此不再贅 述，影像位移及旋轉角度偵測系統14可為目前常用於手機裝置內部的陀螺傳感器，可為複數個形式，以提供更準確的位移及旋轉角度偵測，當本新型之具體實施例裝置1的操作者以手持的方式進行掃描人體臟器時，會產生的影像間位移或旋轉角度如圖三所示：前、後張二維影像在影像平面內的水平位移X、前、後張二維影像在影像平面內的垂直位移Z、前、後張二維影像彼此間的位移Y、前、後張二維影像在X+Z軸的旋轉角度α、前、後張二維影像在Y+Z軸的旋轉角度β、前、後張二維影像在X+Y軸的旋轉角度r。至於常見的掃描方式如圖四所示，線性掃描為常用於腹部超音波掃描的方式，其掃描方向為垂直於超音波換能器11的方向，即為圖四所示之前、後張二維影像彼此間的位移Y方向，而前、後張二維影像彼此間的位移即為前、後張二維影像彼此間的位移Y方向上的位移量，扇形掃描不同於線性掃描的地方在於能以較小的擺動幅度觀察到較大範圍的區域，其擺動的幅度可以圖三的前、後張二維影像在Y+Z軸的旋轉角度β表示，代表前、後張二維影像在Y+Z軸的旋轉角度，箭型掃描常用於婦科的超音波診斷，其掃描方式為沿著圖三的前、後張二維影像在X+Y軸的旋轉角度r角度轉動探頭，也代表前、後張二維影像在X+Y軸的旋轉角度。

在實際應用中，以最常見在圖四中的線性掃描為例，當操作者沿著前、後張二維影像彼此間的位移Y方向移動時，有可能因為受測者的呼吸震動，或是操作者本身手持裝置造成的抖動，而有可能產生如圖三所示除了前、後張二維影像彼此間的位移Y方向外的前、後張二維影像在影像平面內的水平位移X、前、後張二維影像在影像平面內的垂直位移Z、前、後張二維影像在X+Z軸的旋轉角度α、前、後張二維影像在Y+Z軸的旋轉角度β以及前、 後張二維影像在X+Y軸的旋轉角度r等不預期的影像平面內的位移或是影像平面間的旋轉角度，因此前、後張二維影像的相對位置關係需要一影像位移及旋轉角度偵測系統來加以呈現這些位移或角度，有了這些位移和角度資訊後，每一張所擷取到的二維超音波影像即能正確地一張接著一張放置於三度空間影像儲存區52。

舉例來說，在三度空間影像儲存區52中，如圖五所示，存放在線性掃描的模式下所取得在Y方向上的二維影像51，但假設在超音波醫學會的臨床指引上還需要觀察在X和Y平面上的影像，傳統上需將超音波換能器11放置於傳統欲取得X和Y平面上的影像需將超音波換能器擺放的位置54才能得到所想觀察的影像，然本新型可以透過在三度空間影像儲存區52裡的影像資料，將屬於X和Y平面上的影像擷取出來，並透過適當的影像縮放、內插等演算法呈現等同於將超音波換能器11放置於傳統欲取得X和Y平面上的影像需將超音波換能器擺放的位置54才能得到的影像，此影像即為圖五由二維超音波影像剖面圖產生模組所計算出在X和Y平面上的影像53，同樣的如果操作者想觀察的是經過β角度旋轉後的影像，傳統上需將超音波換能器11放置於傳統欲取得β角度旋轉的影像需將超音波換能器擺放的位置56才能得到所想觀察的影像，然本新型可以透過在三度空間影像儲存區52裡的影像資料，將屬於β角度旋轉後的影像擷取出來，此影像即為圖五由二維超音波影像剖面圖產生模組所計算出以β角度旋轉的影像55，因此，經過本新型所開發的影像處理演算法能在一次線性掃描後，即能產生所有臨床指引建議中所提及的人體臟器剖面圖，相較於傳統的方式，能大幅減少操作者的裝置操作時間，讓操作者能夠服務更多的病患， 並可減少受測者的超音波曝露量，同時也能減少因不同操作者而漏看的某些人體臟器剖面圖，此外，本新型所提及的雲端運算伺服器，可隨著所搜集的影像資料量愈多，更能做影像的交叉比對，也就是透過人工智慧機器學習的方式，將醫師如何判定『有問題的影像剖面圖』或是『正常影像剖面圖』的方法輸入機器，讓機器透過這樣的學習方式能慢慢具有如醫師的判斷能力，藉此提供如健康警訊或是輔助醫師判斷等功能。

最後關於聯網裝置的部份，傳統的超音波診斷裝置由於軟硬體的能力有所限制，所以並無法長時間的做運算處理，而且儲存影像的容量也有限制，所以本新型採用一聯網裝置來解決上述問題，但假以時日如果超音波診斷裝置的軟硬體能力有所突破，以及儲存影像的容量有大幅提高，則有機會在超音波診斷裝置即可完成本新型所提及原本在雲端運算伺服器上所具有的功能，則此聯網裝置可被省略。

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新型之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本新型之範疇加以限制。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新型所欲申請之專利範圍的範疇內。

11‧‧‧超音波換能器

12‧‧‧超音波訊號收發器

13‧‧‧二維超音波影像產生器

14‧‧‧影像位移及旋轉角度偵測系統

15‧‧‧聯網系統

16‧‧‧雲端運算伺服器

17‧‧‧二維超音波影像剖面圖產生模組

Claims (3)

1. 一種適用於人工智慧影像分析的超音波診斷裝置，包含超音波換能器、超音波訊號收發器、二維超音波影像產生器、影像位移及旋轉角度偵測系統、聯網系統、雲端運算伺服器以及二維超音波影像剖面圖產生模組，二維超音波影像產生器能將超音波訊號經由超音波換能器以及超音波訊號收發器產生出二維超音波影像，之後，影像位移及旋轉角度偵測系統能將每一張二維超音波影像賦予其相對應的影像位移及旋轉角度資訊，最後，透過聯網系統將影像資料和位移及旋轉角度的資料傳遞至雲端運算伺服器；該雲端運算伺服器具有二維超音波影像剖面圖產生模組，能透過影像比對、縮放、空間轉換的演算法來產生各個臨床指引建議中所提及的人體臟器剖面圖。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波診斷裝置，其中聯網系統可為有線或無線的可聯結網路系統。
3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波診斷裝置，其中雲端運算伺服器為一具有運算能力的系統，能負責影像處理相關之演算法。