本发明有关一种超音波装置以及方法，尤指一种可产生全景影像的超音波装置以及方法。
背景技术：
目前在临床上利用超音波观察大范围的病兆，多半仰赖超音波操作者的专业知识背景与丰富的经验，通过反复、重复撷取感兴趣范围的影像以进行确认与判断。由于大多数超音波仪器并不包含全景功能，在使用上相对耗时与缺乏客观性，也因此采用了影像中的特征点比对与影像的拼接技术，使得超音波全景扫描具有其应用上的独特性。具体来说，撷取影像中的特征点技术从早期典型的灰阶梯度分布进行边缘比对，或是利用影像中的信息转化为特殊参数来作为特征点，均可增加比对的正确性。
影像拼接技术也相当程度地影响了全景影像的质量表现。先前技术多半采用模糊化使影像接缝处平滑形成无接缝的全景效果，但也因此损害了全景影像的分辨率与部分细节。虽然先前技术中有许多有特色的特征点比对方法，但其适用范围仅局限在静态的组织，例如肌肉组织或肌腱韧带组织。例如黑白超音波扫描常常用来扫描产生大面积的全景影像，只要扫描部位是静态的组织且受测者保持静止的状态，影像结果都可顺利呈现。然而针对动态组织，例如颈动脉或四肢的大血管，血管持续的收缩舒张导致影像撷取之后在拼接过程中容易产生锯齿，所产生的全景影像质量差强人意。然而超音波检测对于颈动脉硬化的筛检，却是临床上最简易且最迅速能提供真实信息的方式。因此如何改善超音波建立全景影像的作法使得所产生的全景影像具有更佳的质量，减少操作者必须仰赖经验与知识所进行的猜测与判断的成份，是一个值得研究与改进的课题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的实施例中提供了一种超音波装置以及方法，可产生全景影像。
为达上述目的，本发明提供一种产生超音波全景影像的方法，包含步骤：
使用超音波探头于受测物上连续取得多个黑白影像以及分别与该多个黑白影像相对应的多个彩色影像；
于该多个黑白影像以及该多个彩色影像中决定多个黑白特征影像以及对应的多个彩色特征影像；
将该多个黑白特征影像拼接成为黑白全景影像，并将该多个彩色特征影像拼接成为彩色全景影像；以及
将该彩色全景影像叠加于该黑白全景影像以产生输出全景影像。
较佳的，于该多个黑白影像以及该多个彩色影像中决定该多个黑白特征影像以及对应的该多个彩色特征影像包含：
于该多个黑白影像中比对第一黑白影像与第二黑白影像的重叠指标是否满足黑白预设值；
于该第一黑白影像与该第二黑白影像的重叠指标满足该黑白预设值时，比对分别对应该第一黑白影像与该第二黑白影像的第一彩色影像与第二彩色影像的重叠指标是否满足彩色预设值；以及
于该第一彩色影像与该第二彩色影像的重叠指标满足该彩色预设值时，分别设定该第一黑白影像与该第二黑白影像以及对应的该第一彩色影像与该第二彩色影像为第一黑白特征影像与第二黑白特征影像以及第一彩色特征影像与第二彩色特征影像。
较佳的，于该多个黑白影像中比对第一黑白影像与第二黑白影像的重叠指标是依据第一特征算法比对产生该第一黑白影像与该第二黑白影像的重叠指标。
较佳的，于该多个彩色影像中比对该第一彩色影像与该第二彩色影像的重叠指标是依据第二特征算法比对产生该第一彩色影像与该第二彩色影像的重叠指标。
较佳的，于该多个黑白影像中决定多个黑白特征影像，以及分别对应该多个黑白特征影像的多个彩色特征影像还包含：
于该多个黑白影像中比对该第二黑白影像与第三黑白影像的重叠指标是否满足该黑白预设值；
于该第二黑白影像与该第三黑白影像的重叠指标满足该黑白预设值时，比对分别对应该第二黑白影像与该第三黑白影像的该第二彩色影像与第三彩色影像的重叠指标是否满足该彩色预设值；以及
于该第二彩色影像与该第三彩色影像的重叠指标满足该彩色预设值时，分别设定该第三黑白影像为第三黑白特征影像、该第三彩色影像为第三彩色特征影像。
较佳的，将该多个黑白特征影像拼接成为黑白全景影像，并将该多个彩色特征影像拼接成为彩色全景影像是利用拼接算法分别将该多个黑白特征影像拼接成为该黑白全景影像，并将该多个彩色特征影像拼接成为该彩色全景影像，该拼接算法包含下列其中之一：alpha混合法、泊松混合法以及多频带混合法。
较佳的，使用该超音波探头于第一时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像以产生第一输出全景影像，于第二时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像以产生第二输出全景影像。
较佳的，另包含：由多个相异的时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像以分别产生多个输出全景影像，显示该多个输出全景影像以形成连续动态的全景影像。
为达上述目的，本发明还提供一种可产生全景影像的超音波装置，包含：
超音波探头，该超音波探头于受测物上连续取得多个黑白影像以及分别对应该多个黑白影像的多个彩色影像；
处理单元，该处理单元用来于该多个黑白影像以及该多个彩色影像中决定多个黑白特征影像以及对应的多个彩色特征影像，将该多个黑白特征影像拼接成为黑白全景影像并将该多个彩色特征影像拼接成为彩色全景影像，并将该彩色全景影像叠加于该黑白全景影像以产生输出全景影像；以及
显示单元，显示该输出全景影像。
较佳的，该处理单元用来：
于该多个黑白影像中比对第一黑白影像与第二黑白影像的重叠指标是否满足黑白预设值；
于该第一黑白影像与该第二黑白影像的重叠指标满足该黑白预设值时，比对分别对应该第一黑白影像与该第二黑白影像的第一彩色影像与第二彩色影像的重叠指标是否满足彩色预设值；以及
于该第一彩色影像与该第二彩色影像的重叠指标满足该彩色预设值时，分别设定该第一黑白影像与该第二黑白影像以及对应的该第一彩色影像与该第二彩色影像为第一黑白特征影像与第二黑白特征影像以及第一彩色特征影像与第二彩色特征影像。
较佳的，该处理单元是依据第一特征算法比对产生该第一黑白影像与该第二黑白影像的重叠指标。
较佳的，该处理单元是依据第二特征算法比对产生该第一彩色影像与该第二彩色影像的重叠指标。
较佳的，该处理单元还用来：
于该多个黑白影像中比对该第二黑白影像与第三黑白影像的重叠指标是否满足该黑白预设值；
于该第二黑白影像与该第三黑白影像的重叠指标满足该黑白预设值时，比对分别对应的该第二彩色影像与第三彩色影像的重叠指标是否满足该彩色预设值；以及
于该第二彩色影像与该第三彩色影像的重叠指标满足该彩色预设值时，分别设定该第三黑白影像与该第三彩色影像为第三黑白特征影像与第三彩色特征影像。
较佳的，该处理单元是利用拼接算法分别将该多个黑白特征影像拼接成为该黑白全景影像，并将该多个彩色特征影像拼接成为该彩色全景影像，该拼接算法包含下列其中之一：alpha混合法、泊松混合法以及多频带混合法。
较佳的，该超音波探头用来于第一时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像，该处理单元据以产生第一输出全景影像，该超音波探头并于第二时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像，该处理单元据以产生第二输出全景影像。
较佳的，该超音波探头还用来由多个相异的时间点开始连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像，该处理单元据以分别产生多个输出全景影像，该显示单元显示该多个输出全景影像以形成连续动态的全景影像。
综上所述，本发明所提供的产生超音波全景影像的方法以及使用此方法的以产生超音波全景影像的超音波装置，通过分析比较所撷取的黑白影像之间的影像重叠区域的程度，于确保两黑白影像之间具有足够的重叠区域后，接着进一步比对两黑白影像所对应的彩色影像的多普勒讯号误差，从而于所撷取的多个黑白影像与多个彩色影像中，分别决定多个黑白特征影像与多个彩色特征影像，并使用拼接算法分别将多个黑白特征影像与多个彩色特征影像拼接为黑白全景影像与彩色全景影像，最后将彩色全景影像叠加于黑白全景影像以产生输出全景影像。不同的时间起始点所产生的多个输出全景影像另可依序输出而形成连续动态的全景影像，使超音波全景扫描具有更准确与动态可用的影像结果。
附图说明
图1为本发明一种可产生全景影像的超音波装置的实施例的示意图。
图2为使用图1的超音波装置以产生超音波全景影像的方法的流程图。
图3为超音波探头所取得的多个黑白影像与对应的多个彩色影像的示意图。
图4为图2中的步骤204以迭代的方式决定黑白以及彩色特征影像的方法的流程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
关于本文中所使用的第一、第二、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。
请参考图1，图1为本发明一种可产生全景影像的超音波装置的实施例的示意图。超音波装置1包含有超音波探头10、处理单元20以及显示单元30。超音波探头10可于受测物100的表面连续取得多个黑白影像以及分别对应的多个彩色影像，其中受测物100可以是人体的动态或静态的组织，例如心脏、血管等部位的组织结构。处理单元20则根据超音波探头20所取得的黑白影像以及彩色影像产生输出全景影像，并由显示单元30显示该输出全景影像。
本发明的超音波装置1利用超音波探头10在受测物100表面的移动，随着时间与位置的变化得到一系列的黑白影像与一系列相对应的彩色影像，藉由这两系列的影像信息以产生超音波扫描的可靠的全景影像。在决定特征影像时，通过相异次序的黑白超音波影像的特征点比对与相对应的彩色超音波影像色彩比对，于所得到的黑白影像与相对应的彩色影像中筛选出一系列的黑白特征影像与相对应的彩色特征影像。其中于实施例中，超音波探头10于受测物100上取得多个彩色影像c是以彩色多普勒超音波模式进行扫描，其可测量动态组织如血流的流速、强度等动态变化的数值，并且以彩色的颜色来区别所测得的血流强度或流速。
请参考图2，图2为使用图1的超音波装置以产生超音波全景影像的方法200的流程图，其步骤如下：
步骤202：于受测物上取得连续的多个黑白影像以及与该多个黑白影像相对应的多个彩色影像；
步骤204：于该多个黑白影像以及该多个彩色影像中决定多个黑白特征影像以及对应的多个彩色特征影像；
步骤206：将该多个黑白特征影像拼接为黑白全景影像，将该多个彩色特征影像拼接成为彩色全景影像；
步骤208：将该彩色全景影像叠加于该黑白全景影像以产生一个输出全景影像；
步骤210：将多个相异的起始时间点所分别产生的多个输出全景影像显示为连续动态的全景影像。
请一并参考图3，图3为超音波探头所取得的多个黑白影像与对应的多个彩色影像的示意图。如步骤202所述，在使用超音波探头10于受测物100上连续取得多个黑白影像b以及分别对应的多个彩色影像c后，接着处理单元20执行步骤204～208的工作。在步骤204中，处理单元20于该多个黑白影像b中依据彼此的有效重叠区域决定多个黑白特征影像，这些黑白特征影像的决定过程也由其所对应的彩色影像彼此的有效重叠区域来认定，并且所决定的每一个黑白特征影像所对应的彩色影像c也都确认为一个彩色特征影像。步骤204由一系列的黑白影像b与一系列相对应的彩色影像c中决定了多个黑白特征影像与彩色特征影像后，以选出最适合进行接合的影像，进行步骤206的拼接工作。接着处理单元20在步骤206中，分别将多个黑白特征影像拼接成为黑白全景影像，以及将多个彩色特征影像拼接成为彩色全景影像。在将各特征影像彼此拼接成全景影像的过程中，于特征影像的接缝处使用一种拼接算法使接缝模糊，同时保留整体的组织线条信息，于实施例中，可以使用alpha混合法、poisson混合法或多频带(multi-band)混合法作为拼接算法。接着在步骤208中，将相对应的彩色全景影像与黑白全景影像相互叠合之后，产生输出全景影像，并交由显示单元30输出，例如呈现于屏幕上。
另外要说明的是，在不同时间点开始进行步骤202，最后在步骤208所得到的输出全景影像的结果也会不相同。因此，利用此特性即可得到不同起始时间点的输出全景影像结果，多个相异的起始时间点所分别产生的输出全景影像代表不同时刻相对应的人体组织结构。例如超音波探头10于第一时间点开始连续取得的多个黑白影像b以及分别对应的多个彩色影像c(步骤202)可用以产生第一输出全景影像(步骤204～208)，于第二时间点开始连续取得的多个黑白影像b以及分别对应的多个彩色影像c(步骤202)可用以产生第二输出全景影像(步骤204～208)，后面依此类推。接着如步骤210所示，将这些输出全景影像依序播放即可于显示单元30上显示为连续动态的全景影像，并且也可以暂停播放而观察某一个特定时刻的全景影像结果。
以下说明步骤204中决定多个黑白特征影像以及对应的多个彩色特征影像的过程。请参考图3以及图4，其中图4为图2中的步骤204以迭代(iteration)的方式决定黑白以及彩色特征影像的方法的流程图，其步骤如下：
步骤302：设定该多个黑白影像中的第一张黑白影像为黑白基准影像以及黑白特征影像，设定其所对应的第一张彩色影像为彩色基准影像以及彩色特征影像；
步骤304：该多个黑白影像以及该多个彩色影像的最后影像是否已经进行比对？若是，则执行该步骤206，若否，则执行步骤306；
步骤306：依序比对该黑白基准影像与后续的黑白影像的重叠区域的程度；若该黑白基准影像与后续的黑白影像的重叠指标满足黑白预设值，则执行步骤308，若该黑白基准影像与后续的黑白影像的重叠指标不满足黑白预设值，则执行该步骤s306；
步骤308：比对该彩色基准影像与对应该黑白影像的彩色影像之间的影像误差；若该彩色基准影像与该彩色影像的重叠指标满足彩色预设值，则执行步骤310，若该彩色基准影像与该彩色影像的重叠指标不满足彩色预设值，则执行该步骤306；
步骤310：分别设定该黑白基准影像与该黑白影像以及对应的该彩色基准影像与该彩色影像为黑白特征影像以及彩色特征影像；
步骤312：将步骤310的该黑白影像设定为该黑白基准影像，以及将该彩色影像设定为该彩色基准影像，并执行步骤304。
于步骤202取得如图3中的多个黑白影像b以及对应的多个彩色影像c之后，接着依序输入两张黑白影像，并利用第一特征算法比较两张黑白影像是否有足够的重叠区域。例如于步骤302中，首先将多个黑白影像b中的第一张黑白影像b0作为比较的基准，也就是将黑白影像b0设为黑白基准影像并且也直接设定为黑白特征影像，而其所对应的彩色影像c0则设为彩色基准影像并且也直接设定为彩色特征影像。
作为黑白基准影像的黑白影像b0(第一黑白影像)则接着被用来依序与接下来的每一张黑白影像b逐个比对二者之间重叠区域的程度，也就是使用迭代的方式将输入的两张黑白影像作比对(依序比对黑白影像b0与黑白影像b1、黑白影像b0与黑白影像b2…)。例如，于实施例中，可以利用ecc(enhancedcorrelationcoefficient)影像对位算法作为第一特征算法以计算转移矩阵的方式取得两个黑白影像的重叠区域，于其他实施例中，也可以使用快速特征侦测法(fast,fastfeaturedetector)、尺度不变特征转移法(sift,scaleinvariantfeaturetransfer)或加速稳健特征法(surf,speededuprobustfeatures)作为第一特征算法。当一次次迭代后，直到黑白影像b0与后续的另一个黑白影像bm(第二黑白影像)的重叠指标(重叠区域的程度)满足黑白预设值时(步骤306)，也就是黑白影像b0与黑白影像bm之间具有足够的重叠区域，有足够的信息数量来比对彩色影像的多普勒效应。
接着，由黑白影像b0与黑白影像bm所得的影像重叠范围，利用第二特征算法比较彩色影像c0(第一彩色影像)与对应黑白影像bm的彩色影像cm(第二彩色影像)之间的影像误差(步骤308)，实际上是计算彩色影像c0与彩色影像cm之间的误差(重叠指标)是否够低，即其重叠指标是否也满足彩色预设值。若是，表示彩色影像c0与彩色影像cm的多普勒响应值相当接近，其血流流速或是强度相当相似，则到此可确认黑白影像bm与对应的彩色影像cm可被设定为黑白特征影像以及彩色特征影像(步骤310)。例如，于实施例中，可以利用平方误差法(leastsquareerrormethod)作为第二特征算法以计算两个彩色影像之间的误差，并判断计算出来的误差是否低于该彩色预设值。于其他实施例中，也可以使用随机抽样一致法(ransac,randomsampleconsensus)以及梯度下降法(gradientdescent)作为第二特征算法。
特别说明的是，若在步骤308中以第二特征算法所得出的彩色影像c0与彩色影像cm之间的误差并未低于该彩色预设值时，则表示此彩色影像cm并不适合用来作为拼接的影像(其所对应的黑白影像bm也将不被采用)，因此回到步骤306，继续进行下一个迭代比对，例如比对黑白影像b0与黑白影像bm+1…如此重复步骤306、步骤308，直到如上所述得出足以作为特征影像的黑白影像与彩色影像。
在确认黑白影像bm(第二黑白影像)与彩色影像cm(第二彩色影像)分别为黑白特征影像与彩色特征影像之后，接着在下一个循环中，以黑白影像bm与彩色影像cm分别作为新的黑白基准影像以及彩色基准影像，并重复由步骤304开始的流程与后续的影像进行比对，直到最后一张黑白影像以及彩色影像。举例而言，在第二个循环中，作为黑白基准影像的黑白影像bm(第二黑白影像)依序与接下来的每一张黑白影像b比对二者之间的重叠指标，直到黑白影像bm与后续的另一黑白影像bn(第三黑白影像)的重叠指标满足黑白预设值时(步骤306)，接着比较彩色影像cm(第二彩色影像)与对应黑白影像bn的彩色影像cn(第三彩色影像)之间的重叠指标(步骤308)是否也满足彩色预设值，若是，则确认黑白影像bn与对应的彩色影像cn可被设定为黑白特征影像以及彩色特征影像(步骤310)。接着再以黑白影像bn(第三黑白影像)与彩色影像cn(第三彩色影像)作为新的黑白基准影像以及彩色基准影像进行第三个循环的比对，直到最后一张黑白影像与彩色影像为止(步骤304)，如此即可由所撷取的多个黑白影像b以及多个彩色影像c中决定多个黑白特征影像以及对应的多个彩色特征影像(步骤204)。
经过上述的方法之后，处理单元20即可由超音波探头10所取得的多个黑白影像b与相对应多个彩色影像c决定多个黑白特征影像以及多个彩色特征影像，并分别拼接成黑白全景影像与彩色全景影像，并将黑白全景影像与彩色全景影像相互迭合即可得到彩色多普勒全景影像，最后再将此彩色的输出全景影像呈现于显示单元30上。
本发明所提供的方法与超音波装置，至少具有以下的优点：
1.不限超音波探头的种类与尺寸大小，均可产生彩色多普勒超音波全景影像，不需要反复扫描观测以节省时间，并提供更全面的影像讯息。
2.根据多普勒的讯号信息进行筛选与分类，减少组织收缩扩张的移动误差，使超音波全景影像更接近真实的人体结构，无须另外使用其他传感器以获取额外的参考信号。
3.可以同时观察动态与静态的彩色多普勒全景影像，有利于观察血管内的血液流动状况，也可观察特定时刻的全景结果。
综上，本发明所提供的产生超音波全景影像的方法以及使用此方法的以产生超音波全景影像的超音波装置，通过分析比较所撷取的黑白影像之间的影像重叠区域的程度，于确保两黑白影像之间具有足够的重叠区域后，接着进一步比对两黑白影像所对应的彩色影像的多普勒讯号误差，从而于所撷取的多个黑白影像与多个彩色影像中，分别决定多个黑白特征影像与多个彩色特征影像，并使用拼接算法分别将多个黑白特征影像与多个彩色特征影像拼接为黑白全景影像与彩色全景影像，最后将彩色全景影像叠加于黑白全景影像以产生输出全景影像。不同的时间起始点所产生的多个输出全景影像另可依序输出而形成连续动态的全景影像，使超音波全景扫描具有更准确与动态可用的影像结果。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。