超聲波自動掃描系統及其掃描方法
2023-05-30 02:08:51
專利名稱：超聲波自動掃描系統及其掃描方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備技術領域，尤其涉及一種超聲波自動掃描系統及其掃描方法。
背景技術：
超聲波掃描在醫學檢測領域是一個非常重要的工具，現有的檢查項目包括有一般超聲波、婦產超聲波、心臟超聲波、血管超聲波等。而超聲波掃描的應用也從診斷(diagnosis)進入至Ij篩檢(screening)。然而，目前的臨床超聲波影像檢查需要通過醫生或專業技術人員進行手動操作，而這種手動檢查方式對於疾病篩檢來說極缺乏效率。此外，手動檢查方式非常依賴於操作者的醫學教育、掃描技術與經驗，只要在掃描的過程中稍有不慎，便會導致掃描的影像不夠 清晰，嚴重的甚至會導致醫生的誤判。
發明內容
因此，本發明提供一種超聲波自動掃描系統，其可依據三維掃描路徑而自動執行超聲波掃描，以減少人為操作上的不良因素。本發明另提供一種超聲波自動掃描系統的掃描方法。為達上述優點，本發明提出一種超聲波自動掃描系統，其包括多軸機械手臂、超聲波掃描頭、控制電路、三維影像捕捉裝置與電腦裝置。所述的超聲波掃描頭配置在多軸機械手臂上，而所述的控制電路是用以控制多軸機械手臂的操作。至於所述的電腦裝置，其電性耦接三維影像捕捉裝置、控制電路與超聲波掃描頭。該電腦裝置用以通過三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀，並依據該三維形狀而規劃三維掃描路徑。該電腦裝置還通過控制電路控制多軸機械手臂依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描，進而依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的三維影像捕捉裝置包括深度攝影機。該深度攝影機用以取得受測物的深度地圖，以便電腦裝置依據該深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得上述三維形狀。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的電腦裝置是依據深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃上述三維掃描路徑及超聲波掃描頭的旋轉角度。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的電腦裝置還將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂的一個移動參考點。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的超聲波掃描頭是由電腦裝置來驅動。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的多軸機械手臂為六軸機械手臂。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的電腦裝置還可對超聲波影像進行輔助診斷操作。在本發明的超聲波自動掃描系統的一個實施例中，上述的三維影像捕捉裝置包括至少一個攝影機。此攝影機用以取得受測物的多個二維影像，以便電腦裝置根據這些二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得上述的三維形狀。本發明另提出一種超聲波自動掃描系統的掃描方法，所述的超聲波自動掃描系統包括有多軸機械手臂、超聲波掃描頭與三維影像捕捉裝置，而所述的超聲波掃描頭配置在多軸機械手臂上。該掃描方法包括下列步驟利用三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀；依據上述三維形狀來規劃三維掃描路徑；控制多軸機械手臂依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描；以及 依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。在本發明的掃描方法的一個實施例中，上述三維影像捕捉裝置包括深度攝影機，而該深度攝影機用以取得受測物的深度地圖。該掃描方法還包括有下列步驟依據深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得上述的三維形狀。在本發明的掃描方法的一個實施例中，掃描方法還包括有下列步驟依據深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃三維掃描路徑及超聲波掃描頭的旋轉角度。在本發明的掃描方法的一個實施例中，掃描方法還包括有下列步驟將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂的一個移動參考點。在本發明的掃描方法的一個實施例中，掃描方法還包括有下列步驟對超聲波影像進行輔助診斷操作。在本發明的掃描方法的一個實施例中，上述的三維影像捕捉裝置包括至少一個攝影機，而該攝影機用以取得受測物的多個二維影像。該掃描方法還包括有下列步驟根據這些二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得上述的三維形狀。本發明超聲波自動掃描系統及其掃描方法通過採用多軸機械手臂、超聲波掃描頭、控制電路、三維影像捕捉裝置與電腦裝置來建構超聲波自動掃描系統。在這些構件中，超聲波掃描頭配置在多軸機械手臂上，而所述的控制電路是用以控制多軸機械手臂的操作。至於所述的電腦裝置，其電性耦接三維影像捕捉裝置、控制電路與超聲波掃描頭。而在本發明中，電腦裝置是用以通過三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀，並依據該三維形狀而規劃三維掃描路徑。該電腦裝置還通過控制電路控制多軸機械手臂依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描，進而依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。據此，本發明的超聲波自動掃描系統可依據三維掃描路徑而自動執行超聲波掃描，以減少人為操作上的不良因素。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖I為依照本發明一個較佳實施例的超聲波自動掃描系統的電路方塊示意圖。圖2為依照本發明一個較佳實 施例的超聲波自動掃描系統的掃描方法的流程圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的超聲波自動掃描系統及其掃描方法其具體實施方式
、方法、步驟、結構、特徵及功效，詳細說明如後。有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例詳細說明中將可清楚的呈現。通過具體實施方式
的說明，可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效有一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制。圖I為依照本發明一個較佳實施例的超聲波自動掃描系統的電路方塊示意圖。請參考圖1，該超聲波自動掃描系統包括有控制電路102、多軸機械手臂104(例如是六軸機械手臂)、電腦裝置106、超聲波掃描頭108與三維影像捕捉裝置110。在這些構件中，超聲波掃描頭108配置在多軸機械手臂104上，以隨著多軸機械手臂104的移動來進行超聲波掃描。而所述的控制電路102是用以控制多軸機械手臂104的操作，例如是控制多軸機械手臂104進行移動、旋轉，甚至是伸縮等動作。至於所述的電腦裝置106，其電性耦接三維影像捕捉裝置110、控制電路102與超聲波掃描頭108，以對此三者進行控制。電腦裝置106是用以通過三維影像捕捉裝置110感測受測物120 (例如是女性的乳房)，以進一步取得受測物120的三維形狀，並依據該三維形狀而規劃三維掃描路徑。該電腦裝置106還通過控制電路102控制多軸機械手臂104依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭108對受測物120進行三維掃描，進而依據超聲波掃描頭108所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。三維影像捕捉裝置110可以是採用深度攝影機(depth camera)來實現。這樣,便可利用該深度攝影機去取得受測物120的深度地圖(depth map),以便電腦裝置106依據該深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得受測物120的三維形狀。然後，電腦裝置106便可依據該深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃上述的三維掃描路徑及超聲波掃描頭108的旋轉角度。當然，超聲波掃描頭108的旋轉角度是由多軸機械手臂104的旋轉角度來控制。進一步地，電腦裝置106還可將該深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂104的一個移動參考點，以作為多軸機械手臂104的定位依據。較佳地，電腦裝置106還可設計成可對取得的超聲波影像進行輔助診斷操作，以進一步提升疾病篩檢的效率，並進一步減少人為操作上的不良因素。此外，儘管在圖I所示的例子中，超聲波掃描頭108是由電腦裝置106來進行驅動，然而本發明不限於此。值得一提的是，三維影像捕捉裝置110除了可以是採用深度攝影機來實現之外，也可以是採用至少一個攝影機來實現。所述的攝影機是用以取得受測物120的多個二維影像，以便電腦裝置106根據這些二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得上述的三維形狀。
根據上述的說明，本領域普通技術人員可歸納出上述超聲波自動掃描系統的一些基本操作步驟，如圖2所示。圖2為依照本發明一個較佳實施例的超聲波自動掃描系統的掃描方法的流程圖。如上所述，所述的超聲波自動掃描系統包括多軸機械手臂、超聲波掃描頭與三維影像捕捉裝置，而所述的超聲波掃描頭配置在多軸機械手臂上。請參考圖2，該掃描方法包括有下列步驟利用三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀(如步驟S202所示);依據上述三維形狀來規劃三維掃描路徑(如步驟S204所示);控制多軸機械手臂依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描(如步驟S206所示);以及依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像(如步驟S208所示)。在該掃描方法中，若三維影像捕捉裝置是以深度 攝影機來實現，那麼該掃描方法的步驟還可進一步包括依據深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得上述的三維形狀；以及依據深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃上述的三維掃描路徑及超聲波掃描頭的旋轉角度。甚至，此掃描方法的步驟還可進一步包括將深度地圖中對應深度最深的點視為多軸機械手臂的一個移動參考點。而在該掃描方法中，如果三維影像捕捉裝置是以至少一個攝影機來實現，那麼該掃描方法的步驟還可進一步包括根據攝影機所取得的多個二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得上述的三維形狀。此外，在該掃描方法中，還可包括有下列步驟對超聲波影像進行輔助診斷操作。綜上所述，本發明採用多軸機械手臂、超聲波掃描頭、控制電路、三維影像捕捉裝置與電腦裝置來建構超聲波自動掃描系統。在這些構件中，超聲波掃描頭配置在多軸機械手臂上，而所述的控制電路是用以控制多軸機械手臂的操作。至於所述的電腦裝置，其電性耦接三維影像捕捉裝置、控制電路與超聲波掃描頭。而在本發明中，電腦裝置是用以通過三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀，並依據該三維形狀而規劃三維掃描路徑。該電腦裝置還通過控制電路控制多軸機械手臂依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描，進而依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。據此，本發明的超聲波自動掃描系統可依據三維掃描路徑而自動執行超聲波掃描，以減少人為操作上的不良因素。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種超聲波自動掃描系統，其特徵是所述超聲波自動掃描系統包括多軸機械手臂，配置在所述多軸機械手臂上的超聲波掃描頭，控制所述多軸機械手臂的操作的控制電路，三維影像捕捉裝置，以及電性耦接所述三維影像捕捉裝置、所述控制電路與所述超聲波掃描頭的電腦裝置，所述電腦裝置可通過所述三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得所述受測物的三維形狀，並依據所述三維形狀而規劃三維掃描路徑，所述電腦裝置還通過所述控制電路控制所述多軸機械手臂依據所述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用所述超聲波掃描頭對所述受測物進行三維掃描，進而依據所述超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。
2.根據權利要求I所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述三維影像捕捉裝置包括深度攝影機，所述深度攝影機可取得所述受測物的深度地圖，以便所述電腦裝置依據所述深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得所述三維形狀。
3.根據權利要求2所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述電腦裝置依據所述深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃所述三維掃描路徑及所述超聲波掃描頭的旋轉角度。
4.根據權利要求2所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述電腦裝置還將所述深度地圖中對應深度最深的點視為所述多軸機械手臂的一個移動參考點。
5.根據權利要求I所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述超聲波掃描頭由所述電腦裝置驅動。
6.根據權利要求I所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述多軸機械手臂為六軸機械手臂。
7.根據權利要求I所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述電腦裝置還可對所述超聲波影像進行輔助診斷操作。
8.根據權利要求I所述的超聲波自動掃描系統，其特徵是所述三維影像捕捉裝置包括至少一個攝影機，所述攝影機可取得所述受測物的多個二維影像，以便所述電腦裝置根據這些二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得所述三維形狀。
9.一種超聲波自動掃描系統的掃描方法,其特徵是所述超聲波自動掃描系統包括多軸機械手臂、超聲波掃描頭與三維影像捕捉裝置，所述超聲波掃描頭配置在所述多軸機械手臂上，所述掃描方法包括下列步驟 利用所述三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得所述受測物的三維形狀； 依據所述三維形狀來規劃三維掃描路徑； 控制所述多軸機械手臂依據所述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用所述超聲波掃描頭對所述受測物進行三維掃描；以及 依據所述超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。
10.根據權利要求9所述的掃描方法，其特徵是所述三維影像捕捉裝置包括深度攝影機，所述深度攝影機用以取得所述受測物的深度地圖，所述掃描方法還包括 依據所述深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來取得所述三維形狀。
11.根據權利要求10所述的掃描方法，其特徵是所述掃描方法還包括 依據所述深度地圖中的各點的位置及各點的對應深度來計算每三點所形成的平面的法向量，以進一步依據各平面的法向量及各點的對應深度來規劃所述三維掃描路徑及所述超聲波掃描頭的旋轉角度。
12.根據權利要求10所述的掃描方法，其特徵是所述掃描方法還包括 將所述深度地圖中對應深度最深的點視為所述多軸機械手臂的一個移動參考點。
13.根據權利要求9所述的掃描方法，其特徵是所述掃描方法還包括 對所述超聲波影像進行輔助診斷操作。
14.根據權利要求9所述的掃描方法，其特徵是所述三維影像捕捉裝置包括至少一個攝影機，所述攝影機用以取得所述受測物的多個二維影像，所述掃描方法還包括 根據這些二維影像執行三維空間重建操作而進一步取得所述三維形狀。
全文摘要
本發明涉及一種超聲波自動掃描系統及其掃描方法。該超聲波自動掃描系統包括多軸機械手臂、配置在該多軸機械手臂上的超聲波掃描頭、用以控制該多軸機械手臂的操作的控制電路、三維影像捕捉裝置與電腦裝置。電腦裝置用以通過三維影像捕捉裝置感測受測物，以進一步取得受測物的三維形狀，並依據該三維形狀而規劃三維掃描路徑。電腦裝置還通過控制電路控制多軸機械手臂來依據上述三維掃描路徑而進行多軸移動，以便利用超聲波掃描頭對受測物進行三維掃描，進而依據超聲波掃描頭所接收到的超聲波反射信號來重建超聲波影像。本發明超聲波自動掃描系統及其掃描方法可依據三維掃描路徑而自動執行超聲波掃描。
文檔編號A61B8/00GK102743188SQ20111011950
公開日2012年10月24日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年4月22日
發明者李百祺 申請人:李百祺