專利名稱：光聲換能器及成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及光聲成像和醫(yī)療診斷領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及包括具有集成光纖的超聲換能器的光聲成像系統(tǒng)，超聲換能器能夠用來為診斷和其它醫(yī)療或研究目的而獲得對象(例如人或小的實驗室動物)的光聲圖像。
背景技術(shù)：
基于超聲的成像是在多種臨床環(huán)境中由醫(yī)療專業(yè)人員所使用的常見診斷工具，以通過實時的斷層圖像而可視化患者的肌肉、筋腱和內(nèi)部器官以及可能存在的任何病理病變。超聲成像還被進(jìn)行體內(nèi)研究的科學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究人員用來評估測試對象中的疾病進(jìn)展和逆轉(zhuǎn)。超聲成像系統(tǒng)通常具有發(fā)送和接收高頻聲波的換能器。換能器經(jīng)常使用能夠?qū)⑺邮盏某暡ㄞD(zhuǎn)換成電信號的壓電部件。中央處理單元對系統(tǒng)部件進(jìn)行供電和控制，處理從換能器接收的信號來產(chǎn)生圖像，并且在監(jiān)視器上顯示圖像。與其它類型的成像方式(例如MRI)相比，超聲成像相對快速、便攜和價廉。超聲成像與使用離子輻射的方式(例如X射線和PET)相比還更不具有侵入性，同時具有更少的潛在副作用。然而，傳統(tǒng)的超聲技術(shù)具有局限性，這使得傳統(tǒng)的超聲技術(shù)不適合于一些應(yīng)用。例如，超聲波無法完全穿透某些類型的組織和解剖特征，并且與X射線圖像和MRI圖像相比，超聲圖像通常具有較低的對比 度。此外，超聲成像難以區(qū)分聲學(xué)上同質(zhì)的組織(即具有類似超聲性質(zhì)的組織)。光聲成像是超聲成像的基于光聲效應(yīng)的改進(jìn)形式，在光聲成像中，電磁能量(例如光波或射頻波)的吸收產(chǎn)生聲波。在光聲成像時，將激光脈沖輸送到生物組織內(nèi)(當(dāng)使用射頻脈沖時，該技術(shù)通常被稱為“熱聲成像”)。所輸送能量的一部分被對象的組織吸收并轉(zhuǎn)換成熱量。這導(dǎo)致瞬間的熱彈性膨脹，因此導(dǎo)致寬帶(例如MHz級)超聲輻射。然后，所產(chǎn)生的超聲波由超聲換能器檢測去形成圖像。光聲成像通過提供例如增強(qiáng)的對比度和改進(jìn)的特異性，有可能克服純超聲成像的一些問題。同時，由于使用非離子輻射來產(chǎn)生超聲信號，所以光聲成像具有較少的可能有害的副作用。不同的在超聲換能器附近照射激光的技術(shù)已經(jīng)被使用來引起光聲效應(yīng)。在光線從與換能器同一側(cè)照射到組織上的反射模式光聲學(xué)中，最常見的方法與暗場顯微法中使用的那些方法類似，并且采用光學(xué)透鏡和鏡子的形式來將光線聚焦到換能器周圍的同心圓內(nèi)。雖然這種方法十分適合于單個圓形的換能器，但是這種方法不太適合于矩形直線的換能器陣列，因為光線分布在陣列的視場內(nèi)變得不均勻。與現(xiàn)有的光聲成像方法有關(guān)的另一挑戰(zhàn)是激光脈沖間的強(qiáng)度變化。脈沖間的變化導(dǎo)致光聲圖像中以及連續(xù)圖像間的聲強(qiáng)度中出現(xiàn)不希望得到的波動。除非這樣的脈沖間變化被量化和歸一化，否則這樣的脈沖間變化可能對光聲圖像的質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生不利影響。鑒于當(dāng)前光聲成像方法的局限，仍需要可提供一種為獲得光聲圖像向?qū)ο筇峁┘す馐姆奖闱疫m宜方法的光聲系統(tǒng)和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征是用于獲得對象的光聲圖像的光聲掃描頭。該掃描頭包括容納陣列式超聲換能器的換能器外殼，陣列式超聲換能器向?qū)ο蟀l(fā)射超聲波，和/或從對象接收超聲波。掃描頭還包括用于將激光引導(dǎo)至對象的多條光纖。光纖的發(fā)光端放置在換能器的前表面附近并且用光學(xué)透明的樹脂集成于外殼的鼻頭部(nosepiece)內(nèi)。通常，外殼中的光纖結(jié)合在一起，以形成一束或線纜。該束或線纜可以進(jìn)一步包括一條或多條電線，以形成同軸線纜。同軸線纜的電線從在掃描頭的鼻頭部內(nèi)設(shè)置的換能器延伸至與超聲收發(fā)器或波束成形器接合的連接器。光纖從換能器附近的一個或多個位置延伸至與激光系統(tǒng)接合的連接器。在本發(fā)明的某些實現(xiàn)中，光纖束的發(fā)光端可以分成在外殼的鼻頭部內(nèi)與換能器相鄰放置的兩組或多組光纖。例如，光纖可以被布置成兩個分離的束，每束的發(fā)光端呈矩形光纖條的形式。每個光纖條可以沿超聲換能器的相對側(cè)對稱放置?？商娲兀渴陌l(fā)光端可以采取圓形或其它適于提供光束的形狀。掃描頭中的光纖的其它布置也是可能的。例如，光纖可以分離成兩個以上的束，和/或可以沿?fù)Q能器的前表面的每個邊緣對稱地或非對稱地布置。光纖可以沿?fù)Q能器的前表面的全部邊緣或僅沿?fù)Q能器的前表面的一部分邊緣放置。此外，光纖可以以多種形狀或構(gòu)造(例如矩形、方形、圓形等)中的任一種形狀或構(gòu)造布置在換能器附近。每束光纖的發(fā)光端可以相對于陣列式超聲換能器的前表面以任何期望的角度放置。通常放置光纖束，使得·由每個光纖束產(chǎn)生的光束與垂直于換能器的前表面延伸的平面相交。在一些實施例中，可以使用多個仰角。通常，掃描頭中的超聲換能器是陣列式換能器，陣列式換能器具有用于產(chǎn)生和接收超聲波的多個換能器元件。適合的陣列式換能器包括例如線性陣列換能器、相控陣列換能器、二維陣列換能器和曲線陣列換能器。還可以使用其它類型的固定換能器。在本發(fā)明的一些實施例中，超聲換能器是接收和/或發(fā)射大約15MHz到大約IOOMHz頻率超聲波的高頻換能器。最通常地，換能器接收和/或發(fā)射至少20MHz頻率的超聲波?？蛇x地，本發(fā)明的光聲掃描頭可以進(jìn)一步包括用于監(jiān)視脈沖間激光能量(例如從對象上反射的或反向散射的能量)的可實時的光電傳感器。光電傳感器可以使用與用來將光纖集成于外殼內(nèi)的樹脂相同的光學(xué)透明樹脂而被集成于外殼的鼻頭部內(nèi)。此外，可以在光電傳感器旁邊放置單獨(dú)的一組光纖，以便發(fā)射光束到對象的與由超聲換能器產(chǎn)生的聲場鄰近的區(qū)域上。另外，多個光電傳感器可以分布在鼻頭部內(nèi)部，以監(jiān)視陣列式超聲換能器的不同區(qū)域處的脈沖間能量變化?？商娲?，光電傳感器可以與掃描頭分離且位于換能器外殼外部。優(yōu)選地，通過使用光學(xué)透明的樹脂將光纖集成于掃描頭的鼻頭部內(nèi)。通常，樹脂是環(huán)氧樹脂或其它聚合物樹脂。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，使用具有與光纖的折射率匹配的折射率的樹脂是適宜的。樹脂還可以用來將設(shè)備的其它部件集成于包括超聲換能器和可選的光電傳感器的鼻頭部內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，用來將光纖集成于掃描頭內(nèi)的透明樹脂還起到對由光纖發(fā)出的光束進(jìn)行聚焦的透鏡的作用。這樣的透鏡可以用來向光束提供與由陣列式超聲換能器產(chǎn)生的聲場的焦深相匹配的焦深。在另一方面，本發(fā)明的特征是光聲成像系統(tǒng)，該光聲成像系統(tǒng)包括:(i)上面描述的光聲掃描頭，包括具有集成的光纖束的陣列式超聲換能器；(ii)與光纖連接的用于產(chǎn)生非離子光脈沖的激光系統(tǒng)；(iii)與掃描頭的換能器連接的超聲收發(fā)器或波束成形器；
(iv)用于控制系統(tǒng)部件和將所接收的超聲數(shù)據(jù)處理到圖像內(nèi)的計算機(jī)；以及(V)用于顯示圖像的監(jiān)視器。本發(fā)明的超聲成像系統(tǒng)可以用來對對象的多個器官(例如心臟、腎臟、大腦、肝臟、血液等)和/或組織成像，或者對對象的腫瘤狀況或其它疾病狀況成像。對象通常是哺乳動物，例如人。本發(fā)明還特別適合于對小動物(例如實驗室鼠和/或?qū)嶒灤笫?成像。上面的發(fā)明內(nèi)容非意圖于介紹本發(fā)明的每個實施例或每種實現(xiàn)。本發(fā)明的其它實施例、特征和優(yōu)勢將從本發(fā)明的下面具體實施方式
、從附圖和從權(quán)利要求中顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，上述發(fā)明內(nèi)容和下面的具體實施方式
僅是示例性和說明性的，不是對要求保護(hù)的本發(fā)明的限制。


本發(fā)明可以結(jié)合附圖得到更全面的理解，附圖包含在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分，并且附圖連同具體實施方式
用來圖解本發(fā)明的幾個實施例:圖1是供在光聲掃描頭中使用的一端分叉的光纖束的側(cè)視圖；圖2a和圖2b是具有集成光纖線纜的光聲掃描頭的立體圖；圖3a是具有固定的換 能器和集成的光纖束的光聲掃描頭的側(cè)視圖，圖3b是具有固定的換能器和集成的光纖束的光聲掃描頭的正視圖；圖4a和圖4b是光聲掃描頭的鼻頭部的不出由掃描頭產(chǎn)生的光場和聲場的側(cè)視圖；圖5是光聲掃描頭的鼻頭部的示出由換能器產(chǎn)生的聲場和由光纖產(chǎn)生的光束的首1J面?zhèn)纫晥D；圖6a、圖6b和圖6c是掃描頭的不出由換能器產(chǎn)生的聲場和由光纖產(chǎn)生的光束的側(cè)視圖(圖6b和圖6c示出剖面圖)；圖6d、圖6e和圖6f是掃描頭的不出由換能器產(chǎn)生的聲場和由光纖產(chǎn)生的光束的頂部視圖(圖6e和圖6f示出剖面圖)；以及圖7是示出包括與超聲收發(fā)器和激光系統(tǒng)連接的掃描頭的光聲成像系統(tǒng)實施例的框圖。盡管本發(fā)明可接受多種修改和可替代形式，但是已通過附圖中的示例示出本發(fā)明的細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，目的不是為了將本發(fā)明限制于在附圖或伴隨的描述中介紹的特定實施例。相反，目的是為了包含落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價和替換。
具體實施例方式
本發(fā)明提供包括激光光纖的光聲掃描頭，激光光纖被集成于陣列式超聲換能器的外殼內(nèi)，以允許將均勻的光能量輸送至由換能器產(chǎn)生的聲成像平面。具體地，可以被布置在例如矩形束中的激光光纖與超聲元件被并排嵌入換能器的外殼內(nèi)。使用透明封裝環(huán)氧樹脂或其它樹脂將集成的光纖束封裝到外殼內(nèi)，對透明封裝環(huán)氧樹脂或其它樹脂進(jìn)行選擇，以向?qū)⒂糜谘芈暢上衿矫婢鶆虻亟o予精確照明的透鏡作用提供充分的折射。此外，藉由對用于將束綁的光纖封裝在換能器外殼中的環(huán)氧樹脂或其它樹脂的表面進(jìn)行定型，可以加入多個照明角。這允許相對于換能器的表面以特定角度輸送光。圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的可以集成于超聲換能器外殼內(nèi)的激光光纖束的示例。激光光纖束102由多條光纖構(gòu)成，多條光纖已經(jīng)被結(jié)合在一起,從而形成從掃描頭延伸至與激光系統(tǒng)接合的連接器的光纜。光纖束102的末端分叉成分離的光纖束104和106,分離的光纖束104和106形成兩個發(fā)光端108和110。光纖束104和106是隨機(jī)選取的，以獲得均勻的光分布，發(fā)光端108和110被布置到矩形條內(nèi)，矩形條可以例如用環(huán)氧樹脂或其它樹脂材料而被集成于換能器外殼內(nèi)。

在本發(fā)明的一個實施例中，發(fā)光條108和110是關(guān)于換能器的前方而被對稱地布置。具體地，將單個矩形光條放置在換能器陣列元件兩側(cè)的每一側(cè)，使得換能器陣列元件產(chǎn)生在超聲換能器前方相交的光束，從而形成與換能器的表面垂直的相交平面。可以將光纖封裝到換能器的鼻頭部內(nèi)，首先將換能器的鼻頭部設(shè)置在模具內(nèi)，模具被設(shè)計成在復(fù)合換能器的鼻頭(nose)形成較平滑的表面并形成內(nèi)凹口，內(nèi)凹口將用于對準(zhǔn)聲陣列。封裝可以使用透明環(huán)氧樹脂或其它樹脂來完成，使得透鏡可以通過使用該模具來為環(huán)氧樹脂或其它樹脂材料定型而形成在光條前方。然后，將超聲陣列對準(zhǔn)并封裝到前面在封裝光纖時形成的凹口內(nèi)。這允許將光條對稱地放置在聲換能器兩側(cè)的每一側(cè)且彼此緊鄰，使得光條的光束能夠沿著與聲換能器垂直且包含在超聲陣列的成像平面內(nèi)的平面從盡可能淺的深度穿越，從而使光聲成像能發(fā)生的空間最大化。光束穿越的區(qū)域深度以及光束匯聚的角度可以被布置成使光聲效應(yīng)最優(yōu)化。圖2至圖6示出以上面描述的方式構(gòu)造的光聲掃描頭101的實施例。掃描頭101的鼻頭部114具有用于發(fā)射和接收超聲波的陣列式超聲換能器103。掃描頭101還包括光纖線纜105,光纖線纜105包括多條光纖102。在一端,該束光纖102分叉成兩組光纖,這兩組光纖被形成到在陣列式換能器103的相對側(cè)放置的發(fā)光條108和110內(nèi)。發(fā)光條108和110將激光引導(dǎo)到對象上，以產(chǎn)生由陣列式換能器103所檢測的超聲波。雖然附圖中將這些組光纖示出為矩形條，但是這些組光纖可形成任何其它適合的形狀，例如圓形、橢圓形、方形、三角形等，以產(chǎn)生光束。從光纖發(fā)出的激光傳播到待成像的對象的皮膚表面上的照明區(qū)，并且在對象的組織內(nèi)產(chǎn)生超聲波。掃描頭101的各個部件被裝入保護(hù)外殼112內(nèi)。外殼可以由塑料或其它適合的堅硬或半堅硬材料制成，并且可以被定型成供手持使用。如圖2中所示，在光纖束102的中央可以布置供給超聲陣列的電線107，使得形成復(fù)合線/光纖同軸線纜105。然后，將后外殼118以應(yīng)力消除的方式裝在鼻頭部114和線纜/連接器外面，使得用戶感受到換能器具有單根離開掃描頭101的線纜105。在遠(yuǎn)端，線纜以光連接器和電子連接器結(jié)束，光連接器和電子連接器分別與激光產(chǎn)生系統(tǒng)和超聲收發(fā)器/波束成形器接合。掃描頭101的鼻頭部114還可以包括光電傳感器116 (例如基于集成光電二極管的監(jiān)視設(shè)備)，以捕獲例如從皮膚表面反向散射的光。通過在掃描頭101的鼻頭部114中整合監(jiān)視系統(tǒng)，可以將光聲數(shù)據(jù)歸一化，使得實時地減輕脈沖間的激光強(qiáng)度變化。還可以通過使用光學(xué)透明的環(huán)氧樹脂或聚合物樹脂來將光電傳感器封裝到聲透鏡的一端或兩端的位置內(nèi)，并且光電傳感器可以凹陷和/或傾斜，使得光電傳感器能夠測量就在陣列端部處的組織的亮度。圖2和圖3示出在陣列式換能器103的一端被封裝，且目標(biāo)在觀察被成像的對象的單個光電傳感器116?？梢詫鈼l108和110進(jìn)行設(shè)置,使得它們稍稍延伸超出聲透鏡的端部，以向光電傳感器提供更強(qiáng)照明(如果需要)并且保證組織表面處的光照條件密切對應(yīng)于聲透鏡下面的組織的光照條件。此外，光纖線纜可以進(jìn)一步分裂成例如兩個較細(xì)的光纖束，這兩個較細(xì)的光纖束將光照射到聲換能器附近的區(qū)域上，同時將光電傳感器放置在這兩個光纖束中間，使得光電傳感器能夠測量與發(fā)生光聲效應(yīng)相同的幾何條件下的光場。在可替代實施例中，光電傳感器可以與掃描頭分離(即位于換能器外殼外部)。例如，可以將光電傳感器設(shè)置為向光纖提供激光的激光系統(tǒng)的車組件的一部分。通過使用光纖束將反向散射的光引導(dǎo)回至位于換能器外殼外部的光電傳感器，可能獲得對反向散射的光的更均勻采樣，并且可使用比能夠裝在換能器外殼內(nèi)的光電傳感器更大的光電傳感器。在另一可替代實施例中，同樣地光電傳感器可以與掃描頭分離，同時將光電傳感器設(shè)置為激光系統(tǒng)的車組件的一部分。然而，此實施例不是使用 現(xiàn)有的光纖束將反向散射的光引導(dǎo)回至位于換能器外殼外部的光電傳感器，而是可以在現(xiàn)有光條內(nèi)部或它們外部附近放置專門將光引導(dǎo)回至光電傳感器的附加光纖。圖4a、圖4b和圖5示出由陣列式超聲換能器產(chǎn)生的聲場或掃描平面和由掃描頭的光纖產(chǎn)生的光場之間的相互關(guān)系。具體地，陣列式換能器103產(chǎn)生聲場123,聲場123垂直于換能器103的前表面127。已經(jīng)封裝或以別的方式集成于鼻頭部114內(nèi)的形成光條108和110的光纖束104和106將光束120照射到對象上。光纖和產(chǎn)生的光束可以相對于被照明的組織以不同角度放置。角度可以增大到向?qū)ο筝斔偷墓馐舜似叫幸约斑€與超聲束平行的程度。通常，由光纖束104和106形成的光條108和110相對于陣列式換能器103的前表面127形成角度，使得由光纖束發(fā)出的光束120彼此相交并且與由陣列式換能器103產(chǎn)生的聲場123相交。在某些實施例中，集成的光聲換能器的光束照亮一塊組織，該塊組織與陣列式換能器的聲成像平面的矩形區(qū)一致。如圖5中所示，光束120在聲高程聚焦區(qū)域125處與聲場123相交，從而允許對該區(qū)域的光聲成像。此外，由于光在組織內(nèi)強(qiáng)烈散射，所以光聲成像還可以在相交區(qū)域125外執(zhí)行，但是分辨率和靈敏度比在相交區(qū)域125內(nèi)可能稍差。如前面介紹的，用來將光纖集成于掃描頭的鼻頭部內(nèi)的環(huán)氧樹脂或其它樹脂材料還可以被形成到對由光纖束產(chǎn)生的光束進(jìn)行聚焦的透鏡內(nèi)。具體地，如果用來對環(huán)氧樹脂或其它樹脂定型的模具包含必不可少的透鏡輪廓，那么可以調(diào)整不同模具，使得封裝的環(huán)氧樹脂或其它樹脂生成適用于每個光條的透鏡，這些透鏡用來將來自光纖的激光聚焦到最佳位置且用來控制光束的入射散度、入射強(qiáng)度和入射角度。因此，通過改變模具輪廓，能夠使用相同的光纖束和聲換能器產(chǎn)生不同的照明圖案。此外，如果在模具內(nèi)執(zhí)行封裝過程，使得光纖的最終表面與陣列式超聲換能器的聲透鏡齊平，那么生成的復(fù)合換能器將容易清潔并且能夠放置在盡可能靠近對象的位置。圖5示出掃描頭的實施例，在該實施例中，光纖束104和106的發(fā)光端108和110前方的環(huán)氧樹脂材料或其它樹脂材料被形成到透鏡128和130內(nèi)，透鏡128和130與聲透鏡133齊平并且將從掃描頭發(fā)出的激光束120折射和/或聚焦到相對于超聲成像平面最佳的結(jié)構(gòu)內(nèi)。例如，可以將透鏡128和130配置成提供光束120，光束120具有與由陣列式超聲換能器103產(chǎn)生的聲場123的焦深匹配的焦深。通過使用具有與光纖的折射率十分匹配的折射率的光學(xué)透明的樹脂，當(dāng)光束穿過光纖前方的由封裝過程形成的樹脂材料時，幾乎不發(fā)生光損失。此外，用來形成透鏡的環(huán)氧樹脂或樹脂還可以用來將光纖固定在相對于換能器的前表面不同的仰角處，從而能夠?qū)⒐馐劢沟礁鼘挼纳疃确秶?。這種材料還起到保護(hù)光纖在使用過程中避免損壞的作用。在掃描頭中使用的超聲換能器通常是陣列式換能器或另一形式的固定換能器。“固定”換能器獲取給定掃描平面內(nèi)的超聲線，而不需要換能器沿掃描平面物理移動。更具體地，術(shù)語“固定”指換能器陣列在發(fā)射或接收超聲期間不利用其方位角方向的運(yùn)動來獲得其希望的工作參數(shù)或者獲得超聲數(shù)據(jù)幀。此外，如果換能器位于掃描頭或其它成像探針內(nèi)，那么術(shù)語“固定”還可以指換能器在工作期間不相對于掃描頭、探針、掃描頭的一部分或探針的一部分朝方位角方向或縱向方向運(yùn)動?！肮潭ā睋Q能器可以在超聲幀的獲取之間運(yùn)動，例如換能器可以在獲取超聲數(shù)據(jù)幀以后在掃描平面之間運(yùn)動，但是這樣的運(yùn)動對于換能器的工作而言是不需要的。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，“固定”換能器可以相對于被成像的對象運(yùn)動，同時仍關(guān)于工作參數(shù)保持固定。例如，換能器可以在工作期間相對于對象運(yùn)動，以改變掃描平面的位置或獲得對象或?qū)ο笙旅娴慕馄式Y(jié)構(gòu)的不同視圖。陣列式換能器的示例包括但不限于線性陣列換能器、相控陣列換能器、二維(2-D)陣列換能器或曲線陣列換能器。線性陣列通常是平的，即所有元件位于相同的(平)面內(nèi)。通常對曲線線性陣列進(jìn)行配置，使得元件位于彎曲的平面內(nèi)。換能器通常包括一個或多個壓電元件或者一排壓電元件，一個或多個壓電元件或一排壓電元件可以使用可變脈沖和延遲機(jī)制以電子方式導(dǎo)引。能夠與本發(fā)明的光聲系統(tǒng)一起使用的適合的超聲系統(tǒng)和換能器包括但不限于在下列專利/專利申請中描述的那些系統(tǒng):2007年6月12日頒發(fā)的美國專利N0.7，230，368 (Lukacs等人)，2005年12月8日公布的公開號為US2005/ 0272183的美國專利申請(Lukacs等人)，2004年6月24日公布的公開號為2004/0122319的美國專利申請(Mehi等人)，2007年9月6日公布的公開號為2007/0205698的美國專利申請(Chaggares等人)，2007年9月6日公布的公開號為2007/0205697的美國專利申請(Chaggares等人)，2007年10月11日公布的公開號為2007/0239001的美國專利申請(Mehi等人)，以及2004年11月25日公布的公開號為2004/0236219的美國專利申請(Liu等人)，它們中的每個通過引用全部并入本發(fā)明。本發(fā)明的掃描頭可以包括手柄或者可以以別的方式適合于手持使用，或者可以安裝到導(dǎo)軌系統(tǒng)、馬達(dá)或類似的位置調(diào)整設(shè)備上。掃描頭線纜通常是柔性的，以允許換能器容易運(yùn)動和位置調(diào)整。本發(fā)明的掃描頭可以并入光聲成像系統(tǒng)(例如圖7中示出的光聲成像系統(tǒng))內(nèi)，以產(chǎn)生對象的光聲圖像。例如，掃描頭101的光纖可以與產(chǎn)生非離子激光脈沖的激光系統(tǒng)142 (例如來自O(shè)POTEK (美國加利福尼亞)的彩虹NIR集成可調(diào)激光系統(tǒng)(Rainbow NIRIntegrated Tunable Laser System))連接。產(chǎn)生激光的系統(tǒng)與掃描頭101中的光纖一起將激光脈沖引導(dǎo)到對象140上，這導(dǎo)致電磁輻射的吸收，從而在對象140的組織和/或器官中產(chǎn)生超聲能量。激光產(chǎn)生系統(tǒng)還可以包含用于對激光輸出源處的激光能量和/或來自從光聲掃描頭返回的通過光纖的光的激光能量進(jìn)行監(jiān)視的模塊。掃描頭101中的換能器經(jīng)由導(dǎo)線與超聲收發(fā)器或波束成形器144連接，檢測由激光產(chǎn)生的超聲波，并且將該數(shù)據(jù)發(fā)射至中央處理單元(例如計算機(jī))146，中央處理單元146使用軟件來建立對象中感興趣區(qū)域的二維圖像和三維圖像，這些二維圖像和三維圖像被顯示在監(jiān)視器148上。激光光纖集成于超聲換能器內(nèi)允許使用同一設(shè)備進(jìn)行超聲成像和光聲成像。當(dāng)獲得光聲圖像時，超聲換能器主要作為檢測器使用，但是如果用戶想要在純超聲模式下操作設(shè)備，那么換能器可以用來發(fā)送和接收超聲。因此，在一些實現(xiàn)中，該系統(tǒng)能夠起到光聲成像系統(tǒng)以及超聲成像系統(tǒng)的作用。光聲圖像可以由多個脈沖獲取事件形成。使用一系列單獨(dú)的脈沖獲取事件(被稱為“A掃描”或超聲“線”)掃描所期望的成像區(qū)內(nèi)的區(qū)域。每個脈沖獲取事件需要最少量的時間來使從光纖中傳輸?shù)碾姶拍芰棵}沖在對象中產(chǎn)生超聲波，然后該超聲波傳播至換能器。通過用足夠多的A掃描線覆蓋所期望的圖像區(qū)來提供能夠顯示的對象解剖結(jié)構(gòu)的足夠細(xì)節(jié)，產(chǎn)生圖像。獲取的線的數(shù)量和順序可以由超聲系統(tǒng)控制，超聲系統(tǒng)還將所獲取的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像。通過在被稱為“波束成形(beamforming)”的過程中使用硬件電子器件和軟件指令的結(jié)合，可以將單獨(dú)的A掃描組合在一起來形成圖像數(shù)據(jù)。通過“掃描轉(zhuǎn)換”或圖像構(gòu)造的過程，顯示所獲得的經(jīng)波束成形的光聲圖像數(shù)據(jù)，使得觀看顯示屏的用戶能夠觀看被成像的對象。在本發(fā)明的一個實現(xiàn)中，使用接收波束成形的方法獲得超聲信號，使得所接收的信號沿超聲線動態(tài)聚焦。對光纖進(jìn)行布置，使得掃描平面內(nèi)的每條超聲線接收同樣水平的激光脈沖強(qiáng)度。獲取一系列連續(xù)的超聲線來形成幀。例如，可以獲取256條超聲線，每條線的事件順序是在發(fā)射激光脈沖以后獲取超聲信號?；诰€的圖像重構(gòu)方法記載在2006年5月30日頒布的標(biāo)題為“SystemforProducing an Ultrasound Imag`e Using Line Based Image Reconstruction (用于使用基于線的圖像重構(gòu)產(chǎn)生超聲圖像的系統(tǒng))”的美國專利N0.7，052, 460以及2004年11月25日公布的公開號為2004/0236219的美國專利申請(Liu等人)中，它們中的每個通過引用全部并入本發(fā)明并且構(gòu)成本發(fā)明的一部分。當(dāng)希望得到高的幀獲取率時，例如當(dāng)對快速跳動的老鼠心臟進(jìn)行成像時，可以采用這種基于線的成像方法來產(chǎn)生圖像。在本發(fā)明的另一實現(xiàn)中，通過在單獨(dú)的陣列式換能器的元件上同時獲取A掃描以及然后追溯性地執(zhí)行波束成形(通常在軟件中)，用較少的激光脈沖以更快的方式獲取超聲信號。由于來自發(fā)光條的光在光聲掃描頭的有效區(qū)上的均勻分布，所以僅需要單個激光脈沖來照亮圖像平面的區(qū)域。因此，不是為每條圖像線發(fā)射激光脈沖，而是可以使用單個激光脈沖來激發(fā)組織，并且可以在陣列式換能器的單獨(dú)的元件上獲取被返回的超聲波。根據(jù)超聲系統(tǒng)上可用的通道數(shù)量，可能需要不止一個激光脈沖來覆蓋陣列式換能器的全部有效區(qū)。例如，在本發(fā)明的一個實施例中，超聲系統(tǒng)包含64個通道，這64個通道被復(fù)用給256個超聲陣列元件。在這種情況下，使用四個激光脈沖來采集全部256個有效元件上的A掃描。然而，通過追溯性的波束成形，可以通過采用超過系統(tǒng)上的64個通道限制的多組A掃描(也稱為“孔徑”)來形成圖像線?？梢允褂枚噙_(dá)256個元件來形成孔徑，孔徑會被波束成形為單條線，然而重復(fù)該過程以獲得下一圖像線。實際上，大多數(shù)激光具有十分低的脈沖重復(fù)率(10-20Hz)，因此使用這種追溯性的波束成形過程十分有利于提高光聲成像幀率。對于3D圖像獲取而言，可以使用馬達(dá)來直線移動具有集成光纖束的超聲換能器，以采集被隔離預(yù)限定步長的一系列幀。馬達(dá)的運(yùn)動范圍和步長可以由用戶設(shè)置和/或調(diào)整。通常，步長是從大約10 μ m到大約250 μ m。馬達(dá)通常沿垂直于掃描平面延伸的平面移動超聲換能器。然后，使用標(biāo)準(zhǔn)3D可視化工具將這些2D圖像堆疊和可視化為體積。用于3D光聲圖像獲取的方法更詳細(xì)地記載在2009年5月I日提交的U.S.S.N.61/174, 571中，通過該引用并入本發(fā)明。除了具有超聲換能器和集成激光光纖的掃描頭以外，根據(jù)本發(fā)明的光聲系統(tǒng)通常包括下列部件中的一個或多個部件:可以由一種或多種信號和圖像處理能力組成的可操作與其它部件連接的處理系統(tǒng)，數(shù)字波束成形器(接收和/或發(fā)射)子系統(tǒng)，模擬前端電子器件，數(shù)字波束成形器控制器子系統(tǒng)，高電壓子系統(tǒng)，計算機(jī)模塊，供電模塊，用戶界面，管理波束成形器和/或激光器的軟件，將所接收的數(shù)據(jù)處理成二維圖像和/或三維圖像的軟件，掃描轉(zhuǎn)換器，監(jiān)視器或顯示設(shè)備，以及本發(fā)明中描述的其它系統(tǒng)特征。圖7中的框圖示出根據(jù)本發(fā)明的光聲成像系統(tǒng)的部件的典型設(shè)置。該系統(tǒng)包括掃描頭101，掃描頭101包含陣列式換能器和用于將由激光系統(tǒng)142產(chǎn)生的激光引導(dǎo)到待成像的對象140上的集成光纖。超聲收發(fā)器/波束成形器144與掃描頭101中的陣列式換能器的有效孔徑的元件連接，并且用來確定陣列式換能器的孔徑。在發(fā)射期間，從掃描頭101的光纖發(fā)出的激光穿透對象140并且產(chǎn)生來自于對象140的組織內(nèi)的超聲信號。超聲信號由掃描頭101中的陣列式換能器的有效孔徑的元件接收，并且被轉(zhuǎn)換成從有效孔徑的每個元件發(fā)出的模擬電信號。電信號在超聲收發(fā)器/波束成形器144中被采樣，以將其從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在一些實施例中，掃描頭中的陣列式換能器還具有接收孔徑，接收孔徑由波束成形器控制確定，波束成形器控制告訴接收波束成形器在有效孔徑中包括陣列的哪些元件以及使用什么延遲分布。接收波束成形器可以使用至少一種現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)備實現(xiàn)。光聲成像系統(tǒng)還可以包括發(fā)射波束成形器，發(fā)射波束成形器也 可以使用至少一種FPGA設(shè)備實現(xiàn)。在另一實施例中，在陣列的元件上接收的光聲信號可以用較少的激光脈沖通過在軟件中追溯性地對該信號進(jìn)行波束成形來產(chǎn)生。中央處理單元(例如計算機(jī)146)具有控制軟件，控制軟件管理包括激光系統(tǒng)142在內(nèi)的系統(tǒng)部件。計算機(jī)146還具有用于處理所接收的數(shù)據(jù)(例如使用三維可視化軟件108)來根據(jù)所接收的超聲信號產(chǎn)生圖像的軟件。然后在監(jiān)視器148上顯示圖像，以供用戶觀看。計算機(jī)146的部件可以包括但不限于:一個或多個處理器或處理單元，系統(tǒng)存儲器，以及將包括波束成形器144在內(nèi)的多個系統(tǒng)部件連接至系統(tǒng)存儲器的系統(tǒng)總線?？梢允褂枚喾N可能類型的總線結(jié)構(gòu)，包括存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線、加速圖形端口以及使用多種總線體系結(jié)構(gòu)中任一種總線體系結(jié)構(gòu)的處理器或局部總線。作為示例，這樣的體系結(jié)構(gòu)可以包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)(ISA)總線、微通道體系結(jié)構(gòu)(MCA)總線、擴(kuò)展ISA(EISA)總線、視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(VESA)局部總線以及外圍部件互連(PCI)總線(也稱為夾層(Mezzanine)總線)。這種總線以及在本說明書中列舉的所有總線也可以經(jīng)由有線網(wǎng)絡(luò)連接或無線網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)。該系統(tǒng)也可以經(jīng)由有線網(wǎng)絡(luò)連接或無線網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)，包括處理器、大容量存儲設(shè)備、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)適配器、系統(tǒng)存儲器、輸入/輸出接口、顯示適配器、顯示設(shè)備和人機(jī)接口在內(nèi)的子系統(tǒng)中的每個子系統(tǒng)可以包含在位于物理分離位置的、經(jīng)由這種形式的總線連接的、實際上實現(xiàn)完全分布式系統(tǒng)的一個或多個遠(yuǎn)程計算設(shè)備內(nèi)。計算機(jī)146通常包括多種計算機(jī)可讀介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可以是可由計算機(jī)146訪問的任何可用介質(zhì)并且包括易失性介質(zhì)和非易失性介質(zhì)、可移動介質(zhì)和不可移動介質(zhì)。系統(tǒng)存儲器包括呈易失性存儲器(例如隨機(jī)存取存儲器(RAM))和/或非易失性存儲器(例如只讀存儲器(ROM))形式的計算機(jī)可讀介質(zhì)。系統(tǒng)存儲器通常包含數(shù)據(jù)，例如可立即由處理單元存取的和/或當(dāng)前被處理單元操作的數(shù)據(jù)和/或程序模塊，例如操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。計算機(jī)146還可以包括其它可移動計算機(jī)存儲介質(zhì)/不可移動計算機(jī)存儲介質(zhì)、易失性計算機(jī)存儲介質(zhì)/非易失性計算機(jī)存儲介質(zhì)。作為示例，大容量存儲設(shè)備可以為計算機(jī)146提供計算機(jī)代碼、計算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和其它數(shù)據(jù)的非易失性存儲。例如，大容量存儲設(shè)備可以是硬盤、可移動磁盤、可移動光盤、磁帶或其它磁性存儲設(shè)備、閃存卡、CD-ROM、數(shù)字多功能光盤(DVD)或其它光存儲、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)等等。在大容量存儲設(shè)備上可以存儲任何數(shù)量的程序模塊，程序模塊作為示例包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。在大容量存儲設(shè)備上還可以存儲包括2D圖像和/或3D圖像在內(nèi)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以存儲在本領(lǐng)域已知的一種或多種數(shù)據(jù)庫中的任一種數(shù)據(jù)庫內(nèi)。這樣的數(shù)據(jù)庫的示例包括 DB2 、Microsoft Access、Microsoft SQL Server、Oracle 、mySQL、PostgreSQL等等。數(shù)據(jù)庫可以是集中式的或者可以分布在多個系統(tǒng)間。用戶可以經(jīng)由輸入設(shè)備將命令和信息輸入計算機(jī)146內(nèi)。這樣的輸入設(shè)備的示例包括但不限于鍵盤、指點(diǎn)設(shè)備(例如鼠標(biāo))、麥克風(fēng)、游戲手柄、串行端口、掃描儀等等。這些和其它輸入設(shè)備可以 經(jīng)由與系統(tǒng)總線連接的人機(jī)接口連接至處理單元上，然而可以通過其它接口和總線結(jié)構(gòu)(例如并行端口、游戲端口或通用串行總線(USB))連接。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性系統(tǒng)中，用戶接口可以選自上面列出的輸入設(shè)備中的一種或多種輸入設(shè)備。可選地，用戶接口還可以包括多種控制設(shè)備，例如撥動開關(guān)、滑塊、可變電阻器和本領(lǐng)域已知的其它用戶接口設(shè)備。用戶接口可以與處理單元連接。用戶接口還可以與本發(fā)明中描述的處理單元連接一起或者在未與本發(fā)明中描述的處理單元連接相連的情況下連接到本發(fā)明中描述的示例性系統(tǒng)的其它功能塊上。顯示設(shè)備或監(jiān)視器148也可以經(jīng)由接口(例如顯示適配器)連接到系統(tǒng)總線上。例如，顯示設(shè)備可以是監(jiān)視器或LCD(液晶顯示器)。除顯示設(shè)備148以外，其它輸出外圍設(shè)備可以包括能夠經(jīng)由輸入/輸出接口與計算機(jī)146連接的部件，例如揚(yáng)聲器和打印機(jī)。計算機(jī)146可以通過使用與一個或多個遠(yuǎn)程計算設(shè)備的邏輯連接在聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下工作。作為示例，遠(yuǎn)程計算設(shè)備可以是個人計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)、對等設(shè)備或其它公共網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等等。計算機(jī)146和遠(yuǎn)程計算設(shè)備之間的邏輯連接可以通過局域網(wǎng)(LAN)和一般的廣域網(wǎng)(WAN)完成。這樣的網(wǎng)絡(luò)連接可以通過網(wǎng)絡(luò)適配器。網(wǎng)絡(luò)適配器可以在有線的環(huán)境下和無線的環(huán)境下實現(xiàn)。這樣的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境在辦公室、企業(yè)范圍計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中是常見的。遠(yuǎn)程計算機(jī)可以是服務(wù)器、路由器、對等設(shè)備或其它公共網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并且通常包括已經(jīng)關(guān)于計算機(jī)146描述的元件中的全部或許多元件。在聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中，程序模塊和數(shù)據(jù)可以存儲在遠(yuǎn)程計算機(jī)上。邏輯連接包括LAN和WAN?？梢允褂闷渌B接方法，并且網(wǎng)絡(luò)可以包括像“萬維網(wǎng)(world wide web)”或互聯(lián)網(wǎng)這樣的事物。在附圖示出和本發(fā)明中描述的示例性系統(tǒng)的方面可以以包括硬件、軟件和硬件與軟件的結(jié)合在內(nèi)的多種形式實現(xiàn)。硬件實現(xiàn)可以包括下面技術(shù)(其全部是本領(lǐng)域眾所周知的)中的任一種或下面技術(shù)的結(jié)合:分立電子部件，具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門的分立邏輯電路，具有適當(dāng)?shù)倪壿嬮T的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。軟件包括用于實現(xiàn)邏輯功能的一系列有序的可運(yùn)行指令，并且可以包含在由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(例如基于計算機(jī)的系統(tǒng)、含處理器的系統(tǒng)或其它能夠從指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備中取得指令并運(yùn)行指令的系統(tǒng))使用或與指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備關(guān)聯(lián)的任何計算機(jī)可讀介質(zhì)內(nèi)。本發(fā)明的光聲成像系統(tǒng)和方法能夠在很多種臨床應(yīng)用和研究應(yīng)用中用來為對象的各種組織狀況、器官(例如心臟、腎臟、大腦、肝臟、血液等)狀況和/或疾病狀況成像。例如，所描述的實施例能夠在小動物的縱向成像研究中實現(xiàn)對解剖結(jié)構(gòu)和血液動力功能的體內(nèi)可視化、評估和測量。該系統(tǒng)可以為多種應(yīng)用提供具有非常高的分辨率、圖像均勻度、場深、可調(diào)節(jié)的發(fā)射焦深、多個發(fā)射聚焦區(qū)的圖像。例如，光聲圖像可以具有對象或?qū)ο蟮慕馄什糠?，例如心臟或心臟瓣膜。圖像還可以具有血液且可以用于包括瘤的血管化的評估在內(nèi)的應(yīng)用。系統(tǒng)可以用來引導(dǎo)針注射。對于小動物的成像·而言，可能希望換能器在成像期間附接到固定裝置上。這允許操作者獲取不受通常由“徒手”成像導(dǎo)致的震動和搖晃影響的圖像。固定裝置可以具有多種特征，例如三維空間的運(yùn)動自由度、旋轉(zhuǎn)自由度、快速釋放機(jī)構(gòu)等等。固定裝置可以是“導(dǎo)軌系統(tǒng)”裝置的一部分，并且可以與加熱鼠平臺(heatedmouse platform)集成在一起。小動物對象還可以被放置在可接入麻醉設(shè)備以及可接入以柔性方式相對于對象放置換能器的裝置的加熱平臺上。系統(tǒng)可以與用于對小動物成像的包括具有可操作的探針架裝置的“導(dǎo)軌引導(dǎo)”型平臺的平臺和裝置一起使用。例如，所描述的系統(tǒng)可以與多軌成像系統(tǒng)一起使用，并且可以與在標(biāo)題為“Integrated Mult1-Rail Imaging System(集成多軌成像系統(tǒng))”的美國專利申請 N0.10/683，168、標(biāo)題為 “Integrated Mult1-Rail Imaging System(集成多軌成像系統(tǒng))”的美國專利申請N0.10/053，748、標(biāo)題為“Small AnimalMount Assembly (小動物安裝組件)”的美國專利申請N0.10/683，870 (現(xiàn)在是2005年2月8日頒布的美國專利N0.6, 851, 392)以及標(biāo)題為“Small Animal MountAssembly (小動物安裝組件)”的美國專利申請N0.11/053，653中描述的小動物安裝組件一起使用，上面專利申請中的每個專利申請通過引用全部并入本發(fā)明。小動物可以在成像期間被麻醉，可以監(jiān)視重要的生理參數(shù)，例如心率和體溫。因此，系統(tǒng)的實施例可以包括用于獲取ECG信號和體溫信號以供處理和顯示的裝置。系統(tǒng)的實施例還可以顯示生理波形，例如ECG、呼吸或血壓波形。所描述的實施例還可以用于希望產(chǎn)生三維光聲圖像的人類臨床、醫(yī)療、制造(例如超聲檢查等等)或其它應(yīng)用。
本說明書中和下面的權(quán)利要求中使用的“一”或“一個”指“至少一個”或“一個或多個”，除非另外指出。此外，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括多個所指示對象，除非內(nèi)容明確表示別的含義。因此，例如提到的包含“化合物”的成分包括兩種或多種化合物的混合物。在本說明書和所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語“或”通常在其包含“和/或”的意義上使用，除非內(nèi)容明確表示別的含義。本發(fā)明中由端點(diǎn)記載的數(shù)值范圍包括在該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)(例如I到5包括
1,1.5、2、2.75,3,3.80、4 和 5)。除非另外指出，否則本說明書中和權(quán)利要求中使用的所有表示組分?jǐn)?shù)量、性質(zhì)測量等等的數(shù)值應(yīng)當(dāng)被理解成在所有情況下由術(shù)語“大約”修飾。因此，除非相反地指出，否貝U在前面的說明書中和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可以根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在應(yīng)用本發(fā)明的教導(dǎo)時試圖獲得的期望特性變化。至少且不是試圖限制權(quán)利要求的范圍，每個數(shù)值參數(shù)應(yīng)當(dāng)至少按照具有所記錄的有效數(shù)字的個數(shù)并且通過應(yīng)用常規(guī)的舍入法去解釋。然而，任何數(shù)值固有地包含某些誤差，誤差不可避免地來自于在它們各自的測量結(jié)果中存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對本發(fā)明的多種修改和替換將是顯而易見的，而不背離本發(fā)明的精神和范圍 。應(yīng)當(dāng)理解，不希望本發(fā)明被本文中闡述的特定實施例和示例過度限制，且應(yīng)當(dāng)理解，提供這樣的實施例和示例僅是為了說明本發(fā)明，本發(fā)明的范圍旨在僅有所附權(quán)利要求限制。本發(fā)明中引用的專利、專利文獻(xiàn)和公開出版物的全部公開內(nèi)容通過引用在此全部并入，猶如每篇文獻(xiàn)是單獨(dú)引用一樣。
權(quán)利要求
1.一種光聲掃描頭，包括: (i)陣列式的超聲換能器，具有用于檢測來自對象的超聲波的前表面； (ii)外殼，包括用于容納陣列式的超聲換能器的鼻頭部；以及 (iii)多條光纖，用于將激光引導(dǎo)至所述對象，其中所述光纖的發(fā)光部分被放置在陣列式的超聲換能器的所述前表面附近，并且用光學(xué)透明的樹脂被集成于所述外殼的所述鼻頭部內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述超聲換能器是線性陣列換能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述光纖中的至少一部分光纖結(jié)合在一起以形成束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光聲掃描頭,其中所述光纖中的至少一部分光纖與延伸至陣列式的光聲換能器的一條或多條電線束扎在一起。
5.根 據(jù)權(quán)利要求3所述的光聲掃描頭,其中所述外殼的所述鼻頭部內(nèi)的光纖被布置成至少兩束，且每束光纖具有被設(shè)置成將光束輸送至所述對象的發(fā)光端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭,其中所述兩束光纖的所述發(fā)光端被放置在陣列式的超聲換能器的兩側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭,其中每束光纖的所述發(fā)光端呈矩形光纖條的形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭，其中每束光纖的所述發(fā)光端呈圓形形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光聲掃描頭,其中每束光纖的所述發(fā)光端相對于陣列式的超聲換能器的所述前表面成一角度地被放置，使得由每束光纖產(chǎn)生的光束與垂直于換能器的所述前表面延伸的平面相交。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中任一項所述的光聲掃描頭，進(jìn)一步包括: 可實時的光電傳感器，用于監(jiān)視脈沖間激光能量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光聲掃描頭,其中所述光電傳感器監(jiān)視脈沖間反向散射強(qiáng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光聲掃描頭，其中所述光電傳感器通過使用與用來將所述光纖集成于所述外殼內(nèi)的樹脂相同的光學(xué)透明的樹脂，而被集成于所述外殼的所述鼻頭部內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光聲掃描頭，進(jìn)一步包括: 在換能器附近分布的多個光電傳感器，用于監(jiān)視陣列式的超聲換能器的不同區(qū)域處的脈沖間能量變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光聲掃描頭,進(jìn)一步包括: 單獨(dú)的一組光纖，放置在所述光電傳感器旁邊，且發(fā)出光束到所述對象的與由所述超聲換能器產(chǎn)生的聲場鄰近的區(qū)域上。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭,其中所述兩束光纖的所述發(fā)光端被放置在陣列式的超聲換能器的兩側(cè)，并且能夠?qū)⒎聪蛏⑸涞墓庖龑?dǎo)回至在掃描頭的所述外殼外部設(shè)置的用于監(jiān)視脈沖間能量的光電傳感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭,進(jìn)一步包括: 專門將光引導(dǎo)回至所述光電傳感器的附加光纖，其中所述附加光纖選擇性地放置在現(xiàn)有光纖束內(nèi)或者放置在現(xiàn)有光纖束的外部附近，并且能夠?qū)⒎聪蛏⑸涞墓庖龑?dǎo)回至在掃描頭的所述外殼外部設(shè)置的用于監(jiān)視脈沖間能量的光電傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述光學(xué)透明的樹脂是聚合物樹脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光聲掃描頭，其中所述透明樹脂是環(huán)氧樹脂。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中樹脂的折射率與所述光纖的折射率匹配。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述超聲換能器通過使用與用來將所述光纖集成于所述外殼內(nèi)的樹脂相同的透明的樹脂，而被集成于所述外殼內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光聲掃描頭，其中所述透明樹脂作為對由所述光纖發(fā)出的光束進(jìn)行聚焦的透鏡。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光聲掃描頭，其中所述光束具有與由陣列式的超聲換能器產(chǎn)生的所述聲場的焦深相匹配的焦深。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述超聲換能器接收和發(fā)射從大約15MHz到大約IOOMHz頻率的超聲波。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲掃描頭，其中所述超聲換能器接收和發(fā)射至少20MHz頻率的超聲波。
25.—種光聲成像系統(tǒng),包括: (i)如權(quán)利要求1所述的掃描頭； ( )產(chǎn)生非離子光脈 沖的激光系統(tǒng)，其中所述激光系統(tǒng)與所述掃描頭的光纖連接； (iii)超聲收發(fā)器，與所述掃描頭的換能器連接； (iv)計算機(jī)，用于控制系統(tǒng)部件和將所接收的超聲數(shù)據(jù)處理到圖像內(nèi)；以及 (v)監(jiān)視器，用于顯示所述圖像。
全文摘要
本文中公開發(fā)明的特征是光聲掃描頭，該光聲掃描頭包括集成于使用光學(xué)透明的環(huán)氧樹脂或其它樹脂的陣列式超聲換能器的外殼內(nèi)的光纖。光纖的發(fā)光端放置在換能器前表面附近，并且將激光引導(dǎo)到由換能器掃描的對象上。由光纖產(chǎn)生的光束可以有角度地傾斜來與由換能器產(chǎn)生的聲場相交，以便在由換能器掃描的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生光聲效應(yīng)。
文檔編號A61B6/00GK103209643SQ201180031854
公開日2013年7月17日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者德西蒙·希爾森, 安德魯·尼德雷斯, 平哈斯·艾弗拉特, 尼古拉斯·C·查格雷斯 申請人:視聲公司