本申請(qǐng)是基于申請(qǐng)人桑尼布魯克健康科學(xué)中心的申請(qǐng)日為2008年1月21日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00880009253.8(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/ca2008/000092)、發(fā)明名稱(chēng)為“用于成像探頭的掃描機(jī)構(gòu)”的專(zhuān)利申請(qǐng)及其于2013年1月15日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?01310015205.2、發(fā)明名稱(chēng)為“用于成像探頭的掃描機(jī)構(gòu)”的分案申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專(zhuān)利申請(qǐng)涉及2007年1月19日用英語(yǔ)提交的、發(fā)明名稱(chēng)為“imagingprobe(成像探頭)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)no.60/881,169并且要求其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用而被整體結(jié)合在此。

本發(fā)明基本上涉及成像探頭領(lǐng)域，該成像探頭用于利用高分辨率成像對(duì)哺乳動(dòng)物組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，所述成像包括高頻超聲和光學(xué)相干斷層成像。更具體地，本發(fā)明涉及一種結(jié)合有掃描機(jī)構(gòu)的成像組件，所述掃描機(jī)構(gòu)用于提供成像探頭的前方及側(cè)向觀察能力。

背景技術(shù)：

人體的高分辨率成像用于多種目的，包括以下任何一種：i)評(píng)定組織結(jié)構(gòu)和解剖結(jié)構(gòu)；ii)設(shè)計(jì)和/或引導(dǎo)人體局部區(qū)域上的介入；以及iii)評(píng)定改變局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)、組成或者其它特性的介入的結(jié)果。這種特定情況下的高分辨率成像指的是高頻超聲和光學(xué)成像方法。對(duì)于本發(fā)明，高頻超聲一般指的是頻率大于3mhz的成像，并且更典型地指的是9至100mhz范圍之內(nèi)。高頻超聲對(duì)于血管內(nèi)和心臟內(nèi)處置是非常有用的。對(duì)于這些應(yīng)用，超聲傳感器被結(jié)合到可被插入到人體內(nèi)的導(dǎo)管或其它裝置中。作為示例，高頻超聲的兩個(gè)尤其重要的實(shí)施方式是用于對(duì)血管進(jìn)行成像的血管內(nèi)超聲(ivus)和用于對(duì)心腔進(jìn)行成像的心臟內(nèi)超聲心動(dòng)描記法(ice)。ice和ivus都是最低程度地?fù)p害，并且包括將一個(gè)或多個(gè)超聲傳感器放置在血管或心腔內(nèi)從而獲取這些結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量圖像。

基于在醫(yī)療領(lǐng)域中使用的光纖技術(shù)的光學(xué)成像方法包括光學(xué)相干斷層成像、血管鏡法、近紅外光譜法、raman光譜法以及熒光光譜法。這些方法一般需要使用一根或多根光纖，用于沿著成像位置與成像檢測(cè)器之間的軸傳送光能。光學(xué)相干斷層成像是超聲的光學(xué)模擬，并且提供了1-30微米量級(jí)的成像分辨率，但是在大多情況下不像超聲那樣深入地穿入到組織里。光纖還可被用于向治療操作(例如組織的激光燒蝕以及光力學(xué)治療)傳送能量。與本發(fā)明有關(guān)的其它成像形式包括血管鏡、內(nèi)窺鏡以及其它類(lèi)似的成像機(jī)構(gòu)，其基于光譜中可見(jiàn)光或者紅外范圍內(nèi)的光的往回反射通過(guò)探頭并且來(lái)獲取圖像，從而對(duì)病人體內(nèi)位置進(jìn)行成像。此外，其它的高分辨率成像形式可以使用聲學(xué)能量來(lái)產(chǎn)生光學(xué)能量(聲致發(fā)光成像)或者使用光學(xué)能量來(lái)產(chǎn)生聲學(xué)能量(光聲成像)。

高分辨率成像裝置已經(jīng)以多種形式實(shí)施，用于評(píng)定哺乳動(dòng)物解剖結(jié)構(gòu)的多個(gè)不同區(qū)域，包括胃腸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)(包括冠狀、外圍以及神經(jīng)脈管系統(tǒng))、皮膚、眼睛(包括視網(wǎng)膜)、泌尿生殖系統(tǒng)、乳房組織、肝組織以及其它。作為示例，使用高頻超聲或者光學(xué)相干斷層成像的心血管系統(tǒng)成像已經(jīng)發(fā)展用于評(píng)定動(dòng)脈斑塊的結(jié)構(gòu)和組成。高分辨率成像已被用于測(cè)量脈管或斑塊形狀、流經(jīng)患病動(dòng)脈的血流以及動(dòng)脈斑塊上的介入效果(例如通過(guò)粥樣斑塊切除術(shù)、血管成形術(shù)和/或支架術(shù))。還嘗試使用高分辨率成像來(lái)識(shí)別還沒(méi)有引起臨床癥狀但是破裂或侵蝕及引起劇烈心肌梗塞的風(fēng)險(xiǎn)卻在增大的血管損壞。這些所謂的“易損斑塊”是重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，因?yàn)樘幚磉@種斑塊以提前應(yīng)對(duì)不利臨床事件的前景在構(gòu)想上是有吸引力的。然而，在這一點(diǎn)上至今還沒(méi)有特定的成像形式被證明是有效的。

慢性完全閉塞病變是血管損害的一種特定子集，其中脈管的全部?jī)?nèi)腔在大約一個(gè)月時(shí)間內(nèi)被堵塞(根據(jù)損害部的血管造影)。大多數(shù)血管內(nèi)成像形式是“側(cè)向觀察”并且需要一條用于使血管內(nèi)成像裝置穿過(guò)損害部的通道。為了對(duì)慢性完全閉塞病變進(jìn)行成像，高分辨率成像方法如果能適于“前方觀察”而不是“側(cè)向觀察”配置的話(huà)則會(huì)更加有用。

另外一個(gè)日益引起關(guān)注的領(lǐng)域是成像引導(dǎo)在組織性心臟病療法以及電生理學(xué)療法中的使用。通常需要將導(dǎo)管安置在心腔內(nèi)的特定位置上，從而實(shí)施治療操作，例如裝置(例如用于病人卵圓孔的閉合裝置，瓣膜修補(bǔ)或更換裝置，左心耳閉塞裝置)的植入或者治療性導(dǎo)管(例如局部切除或者冷療法導(dǎo)管)的放置。還需要在治療中引導(dǎo)中間步驟，例如穿過(guò)心臟的心房間隔。高分辨率成像的使用能夠便于這些步驟進(jìn)行。目前使用相控線(xiàn)陣的心臟內(nèi)回聲(ice)就是這樣一種當(dāng)前用于這種目的的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)概要

yock(us4794931)描述了一種用于血管內(nèi)超聲的、基于導(dǎo)管的系統(tǒng)，用于提供血管內(nèi)結(jié)構(gòu)的高分辨率成像。該系統(tǒng)包括外套，在該外套內(nèi)在長(zhǎng)的力矩線(xiàn)纜遠(yuǎn)端附近具有超聲傳感器。當(dāng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)力矩線(xiàn)纜和超聲傳感器組件時(shí)，可以生成解剖結(jié)構(gòu)(例如血管)的2d橫截面圖像。與超聲傳感器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的導(dǎo)管或者力矩線(xiàn)纜以及超聲傳感器的線(xiàn)性平移允許沿著導(dǎo)管長(zhǎng)度獲取一系列的2d圖像。

血管內(nèi)超聲(ivus)的使用已經(jīng)是普遍的，對(duì)于該技術(shù)有許多改進(jìn)和適應(yīng)。柔性力矩線(xiàn)纜(crowley的美國(guó)專(zhuān)利4951677)改進(jìn)了旋轉(zhuǎn)力矩沿著ivus導(dǎo)管長(zhǎng)度的傳送保真度，使被稱(chēng)為不均勻旋轉(zhuǎn)失真的人為影響降到最低。

liang等人(美國(guó)專(zhuān)利5,606,975和5,651,366)描述了一種實(shí)施前方觀察式血管內(nèi)超聲的裝置，其中超聲被引向具有固定傾斜程度的反射鏡，從而導(dǎo)致超聲束掃過(guò)探頭前方的表面。掃過(guò)的表面接近彎曲平面的形狀，并且生成的形狀源自于超聲傳感器與反射鏡之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。liang等還描述了使用微型馬達(dá)、齒輪離合機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向線(xiàn)纜或者雙壓電晶片元件例如形狀記憶合金、壓電縱列或者導(dǎo)電聚合物來(lái)改變反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度的裝置。

suorsa等人(美國(guó)專(zhuān)利6315732)描述了一種用于血管內(nèi)傳輸?shù)膶?dǎo)管，該導(dǎo)管具有超聲傳感器，該超聲傳感器可以通過(guò)線(xiàn)纜系統(tǒng)繞著非導(dǎo)管縱向軸線(xiàn)的軸線(xiàn)樞轉(zhuǎn)。

maroney等人(美國(guó)專(zhuān)利5373849)和gardineer(美國(guó)專(zhuān)利5373845)也描述了一種導(dǎo)管，用于通過(guò)樞轉(zhuǎn)/線(xiàn)纜機(jī)構(gòu)使超聲傳感器樞轉(zhuǎn)。

hossack等人(wo/2006/121851)描述了一種前方觀察超聲傳感器，該傳感器使用電容式微加工超聲傳感器(cmut)以及反射表面。

couvillon等人(美國(guó)專(zhuān)利7,077,808)描述了一種具有反射部件的血管內(nèi)超聲導(dǎo)管，該反射部件通過(guò)電活化聚合物被致動(dòng)，從而獲得相對(duì)于導(dǎo)管縱向軸線(xiàn)的可變成像角度。

超聲傳感器本身也進(jìn)行了相當(dāng)大地改進(jìn)，包括使用單晶超聲傳感器以及復(fù)合超聲傳感器。

ivus的中心頻率處于3至100mhz的范圍內(nèi)，更典型地處于20至50mhz的范圍內(nèi)。較高的頻率提供了較高的分辨率，但是導(dǎo)致了較低的信號(hào)穿透力以及由此較小的觀察區(qū)域。根據(jù)多個(gè)參數(shù)，例如傳感器的中心頻率以及形狀、傳感器的靈敏度、介質(zhì)的衰減(成像通過(guò)該介質(zhì)產(chǎn)生)以及影響系統(tǒng)信噪比的特定實(shí)施規(guī)范，穿透深度的范圍從小于1毫米到幾厘米。

存在高頻超聲的變型，其中對(duì)反向散射信號(hào)的信號(hào)獲取和/或分析進(jìn)行了修改，從而便于獲得或者推導(dǎo)出有關(guān)成像組織的更進(jìn)一步的信息。這些包括：彈性成像，其中當(dāng)組織在不同血壓下被壓縮是對(duì)組織內(nèi)的應(yīng)變進(jìn)行評(píng)定(dekorte等人于2002年4月9日在circulation上發(fā)表，105(14)：1627～30)；多普勒成像，其對(duì)運(yùn)動(dòng)(例如解剖結(jié)構(gòu)中的血液流動(dòng))作出評(píng)定；虛擬組織學(xué)，其嘗試通過(guò)反向散射信號(hào)的射頻特性結(jié)合圖案識(shí)別算法來(lái)推導(dǎo)出組織的組成(nair，美國(guó)專(zhuān)利6,200,268)；二次諧波成像(goertz等人于2006年8月在investradiol上發(fā)表；41(8)：631-8)以及其它。這些成像形式中的每個(gè)均可以通過(guò)本發(fā)明描述的裝置而獲得改進(jìn)。

眾所周知，當(dāng)利用來(lái)自不同角度的超聲進(jìn)行成像的時(shí)候，許多組織構(gòu)成都有一定程度的角度依賴(lài)性。courtney等人(ultrasoundinmedicineandbiology,2002年1月，28：81-91)指出通常的冠狀動(dòng)脈的內(nèi)層(中膜及內(nèi)膜)與外層(外膜)相比具有不同的角度依賴(lài)反向散射特性。picano等人(circulation，1985；72(3)：572-6)指出正常的、脂肪性的、纖維脂肪性的、纖維性的以及鈣化的組織的角度依賴(lài)超聲特性。以不同角度對(duì)組織(例如動(dòng)脈斑塊)進(jìn)行成像的機(jī)構(gòu)是一種通過(guò)血管內(nèi)成像裝置改進(jìn)體內(nèi)組織特征的有用工具。

tearney等人(美國(guó)專(zhuān)利6134003)描述了多個(gè)實(shí)施例，與通過(guò)高頻超聲輕易獲得的相比，所述實(shí)施例使得光學(xué)相干斷層成像能夠提供更高分辨率成像。boppart等人(美國(guó)專(zhuān)利6,485,413)描述了光學(xué)相干斷層成像的多個(gè)實(shí)施例，包括前方觀察實(shí)施工具。通過(guò)諸如馬達(dá)，壓電、可移動(dòng)線(xiàn)、膨脹裝置以及其它機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，可以設(shè)置光纖或者梯度折射率(grin)透鏡。mao等人(applopt.2007年8月10日；46(23)：5887-94)描述了一種通過(guò)單模纖維制造超小oct探頭的方法，所述單模纖維連接到用作透鏡的小段長(zhǎng)度grin纖維。在纖維和透鏡之間引入光學(xué)隔片能夠改變纖維-透鏡系統(tǒng)的工作距離。此外，在遠(yuǎn)端增加一小段長(zhǎng)度的未覆蓋纖維并且以一定角度斜切該未覆蓋纖維可以在纖維-透鏡系統(tǒng)的端部增加偏轉(zhuǎn)元件。

光學(xué)相干斷層成像通常比超聲具有高的分辨率并且具有能夠更好地識(shí)別出血管及其它組織中的某些結(jié)構(gòu)或成分的潛力。光學(xué)相干斷層成像還比超聲具有更好的對(duì)某些組織成分(例如鈣化成分)穿透性。例如，纖維帽厚度或者炎癥的出現(xiàn)或者動(dòng)脈表面附近壞死區(qū)域可以用光學(xué)相干斷層成像更好地解決。然而光學(xué)相干斷層成像由于其在大多數(shù)生物介質(zhì)中的較小穿透深度(500至3000微米的量級(jí))而受到限制。大多數(shù)這種介質(zhì)都不是光學(xué)透明的。

光學(xué)相干斷層成像(oct)的變型包括極性敏感oct(ps-oct)，其中組織成分的雙折射特性可以被利用以獲得關(guān)于結(jié)構(gòu)和組分的額外信息；分光鏡oct，其類(lèi)似地提供了關(guān)于成像結(jié)構(gòu)組分的改進(jìn)信息；多普勒oct，其提供關(guān)于流量和運(yùn)動(dòng)的信息；經(jīng)由oct的彈性成像；以及光頻區(qū)域成像(ofdi)，其允許顯著地更加快速地獲取成像數(shù)據(jù)，并且由此能夠在更短時(shí)間內(nèi)在更大關(guān)注空間上產(chǎn)生成像。同樣，這些成像形式中的每一個(gè)都能夠通過(guò)本發(fā)明而得到改進(jìn)。

與oct相比，超聲具有更好的穿過(guò)生物介質(zhì)(例如血液及軟組織)的能力并且其穿透深度通常比光學(xué)相干斷層成像的穿透深度多出數(shù)毫米。利用組合式成像裝置通過(guò)兩種成像方法中的一種或兩種來(lái)進(jìn)行成像的能力提供了在選擇所需的分辨率和穿透深度方面的優(yōu)點(diǎn)。

除了oct之外，還有多種其它的基于光纖的成像形式。amundson等人描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)紅外光來(lái)穿過(guò)血液成像(美國(guó)專(zhuān)利no.6,178,346)。用于該成像系統(tǒng)的電磁光譜范圍被選擇成能夠使對(duì)血液的穿透性最佳，從而允許與可見(jiàn)光譜中血管鏡法所提供的相類(lèi)似地穿過(guò)血液進(jìn)行光學(xué)成像，但是不需要將血液沖出成像區(qū)域。

血管鏡法、內(nèi)窺鏡法、支氣管鏡法以及多種其它成像裝置已經(jīng)被描述，其基于照亮人體內(nèi)靠近剛性或柔性軸遠(yuǎn)端的區(qū)域的原理，允許哺乳動(dòng)物體內(nèi)的內(nèi)部管道和結(jié)構(gòu)(例如血管、胃腸腔以及肺部系統(tǒng))的可視化。圖像隨后通過(guò)在軸的端部附近設(shè)置光檢測(cè)器陣列(例如ccd陣列)或者通過(guò)使一束光纖將從軸遠(yuǎn)端接收到的光線(xiàn)傳送到遠(yuǎn)端而得以產(chǎn)生，其中光檢測(cè)器陣列或其它系統(tǒng)允許操作者產(chǎn)生或者觀察照亮區(qū)域的圖像顯示。除了其它缺點(diǎn)之外，光纖束占的體積大的并且降低了軸的靈活性。

其它基于光纖的用于解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的最低損害性評(píng)定的形式包括如motz等人所描述的raman光譜法(jbiomedopt.2006年3月至4月；11(2))，caplan等人描述的近紅外光譜法(jamcollcardiol.2006年4月18日；47(8suppl):c92-6)，以及熒光成像法，例如瘤中蛋白水解酶的標(biāo)記熒光成像法(radiology.2004年6月；231(3):659-66)。

有利地，提供高分辨率成像探頭用于聲學(xué)或光學(xué)成像，作為“前方觀察”探頭而不是“側(cè)向觀察”探頭。同樣有用地，提供能夠向后觀察的類(lèi)似探頭，或者在基本側(cè)向觀察配置中從多個(gè)角度進(jìn)行觀察。同樣有用地，提供能夠產(chǎn)生3d成像數(shù)據(jù)集合的類(lèi)似探頭。

同樣有利地，提供3d將超聲成像與一個(gè)或多個(gè)光學(xué)成像裝置相結(jié)合的高分辨率成像探頭。

同樣有利地，提供能夠用于光聲成像或聲致發(fā)光成像的最小損害成像探頭。

本發(fā)明提出多個(gè)用于新式掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)施例，所述掃描機(jī)構(gòu)能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像。

根據(jù)發(fā)明人所知，還沒(méi)有對(duì)使用本發(fā)明中所描述的掃描機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)和裝置的描述。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種成像探頭，用于利用高分辨率成像對(duì)哺乳動(dòng)物組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，所述成像包括高頻超聲成像和/或光學(xué)相干斷層成像。更具體地，本發(fā)明涉及一種結(jié)合了掃描機(jī)構(gòu)的成像組件，所述掃描組件用于提供成像探頭的前方及側(cè)向觀察能力。

由此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種成像探頭，該成像探頭用于插入到人體內(nèi)腔和空腔中，用于對(duì)所述人體內(nèi)腔和空腔的內(nèi)部或者人體的外部表面進(jìn)行成像，或者對(duì)被成像表面附近的結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，該成像探頭包括：

a)具有縱向軸線(xiàn)的細(xì)長(zhǎng)中空軸，該細(xì)長(zhǎng)中空軸具有遠(yuǎn)端部分、近端部分以及細(xì)長(zhǎng)的中間部分，成像組件在所述細(xì)長(zhǎng)中空軸中設(shè)置為遠(yuǎn)離所述近端部分，該成像組件用于發(fā)射能量束以及接收從所述人體內(nèi)腔及空腔的內(nèi)部表面或者外部表面反射回來(lái)的反射能量信號(hào)，所述成像組件連接到成像導(dǎo)管的第一端，所述成像導(dǎo)管延伸穿過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)中空軸并在其第二端通過(guò)所述近端部分連接到圖像處理系統(tǒng)，所述成像導(dǎo)管被配置成傳送能量到所述成像組件；

b)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于向所述成像導(dǎo)管和所述成像組件施加以角速度圍繞所述縱向軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括用于改變所述角速度的調(diào)節(jié)裝置；

c)所述成像組件包括掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)包括可移動(dòng)構(gòu)件，該可移動(dòng)構(gòu)件被配置成沿所述細(xì)長(zhǎng)中空軸之外的路徑以相對(duì)于所述縱向軸線(xiàn)可變的角度來(lái)傳送所述能量束，從而提供所述成像組件的前方或側(cè)向觀察能力，其中所述可移動(dòng)構(gòu)件以所述可變角度是所述角速度的函數(shù)的方式來(lái)安裝，所述掃描機(jī)構(gòu)被配置成接收所述反射能量信號(hào)并且通過(guò)所述成像導(dǎo)管將所述反射能量信號(hào)傳送到所述圖像處理系統(tǒng)；

d)連接到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述圖像處理系統(tǒng)的控制器；

e)所述圖像處理系統(tǒng)被配置成處理所述接收到的能量信號(hào)并產(chǎn)生所述人體內(nèi)腔及空腔的內(nèi)部表面或相鄰結(jié)構(gòu)的圖像或者人體外部表面或相鄰結(jié)構(gòu)的圖像；以及

f)連接到所述圖像處理系統(tǒng)的顯示裝置，用于顯示圖像。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種成像探頭，該成像探頭用于插入到人體內(nèi)腔和空腔中，用于對(duì)所述人體內(nèi)腔和空腔的內(nèi)部進(jìn)行成像或者對(duì)人體的外部表面進(jìn)行成像，所述成像探頭包括：

a)具有縱向軸線(xiàn)的細(xì)長(zhǎng)中空軸，該細(xì)長(zhǎng)中空軸具有遠(yuǎn)端部分、近端部分以及細(xì)長(zhǎng)的中間部分，成像組件在所述細(xì)長(zhǎng)中空軸中設(shè)置為遠(yuǎn)離所述近端部分，該成像組件用于發(fā)射能量束以及接收從所述人體內(nèi)腔及空腔的內(nèi)部表面或者人體的外部表面反射回來(lái)的反射能量信號(hào)，所述成像組件連接到成像導(dǎo)管的第一端，所述成像導(dǎo)管延伸穿過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)中空軸并在其第二端通過(guò)所述近端部分連接到圖像處理系統(tǒng)，所述成像導(dǎo)管被配置成傳送能量到所述成像組件；

b)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于向所述成像導(dǎo)管和所述成像組件施加以預(yù)先選定的角速度圍繞所述縱向軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括用于改變所述預(yù)先選定的角速度的調(diào)節(jié)裝置；

c)所述成像組件包括掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)包括可移動(dòng)構(gòu)件，該可移動(dòng)構(gòu)件被配置成沿所述細(xì)長(zhǎng)中空軸之外的路徑以相對(duì)于所述縱向軸線(xiàn)可變的角度來(lái)傳送所述能量束，從而提供所述成像組件的前方或側(cè)向觀察能力，所述可移動(dòng)構(gòu)件包括安裝在所述可移動(dòng)構(gòu)件的周緣上的磁體，所述掃描機(jī)構(gòu)包括與所述樞轉(zhuǎn)安裝的反射構(gòu)件足夠接近地隔開(kāi)的電磁體，用于使所述磁體與所述電磁體相互作用，所述電磁體連接到動(dòng)力源，其中所述可移動(dòng)構(gòu)件以可變角度是施加到所述電磁體的功率的函數(shù)的方式來(lái)安裝，所述掃描機(jī)構(gòu)被配置成接收所述反射能量信號(hào)并且通過(guò)所述成像導(dǎo)管將所述反射能量信號(hào)傳送到所述圖像處理系統(tǒng)；

d)連接到所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述電磁動(dòng)力源以及所述圖像處理系統(tǒng)的控制器，該控制器被配置成處理所述接收到的能量信號(hào)并且產(chǎn)生所述人體內(nèi)腔及空腔的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的圖像或者人體的外部表面的圖像；以及

e)連接到所述圖像處理系統(tǒng)的顯示裝置，用于顯示圖像。

對(duì)本發(fā)明的功能性和有利方面的進(jìn)一步理解可以通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述和附圖得以實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

參考附圖，通過(guò)僅僅示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

圖1是用于超聲成像和/或光學(xué)成像的成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2是具有連接器、導(dǎo)管以及成像組件的柔性成像探頭的透視圖；

圖2a是圖2中成像探頭的中部沿虛線(xiàn)截取的橫截面視圖；

圖2b是圖2中成像探頭的遠(yuǎn)端區(qū)域的放大透視圖；

圖2c示出了成像探頭的旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件如何能夠通過(guò)適配器連接到成像系統(tǒng)其余部分的示意圖；

圖2d是探頭的旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件連接到適配器的示例的透視圖；

圖3a至3e是現(xiàn)有技術(shù)中描述的一般成像導(dǎo)管配置的代表；

圖3a示出了用于外套的線(xiàn)上配置的一個(gè)實(shí)施例，該外套在具有引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)腔時(shí)與成像探頭相結(jié)合；

圖3b示出了沿圖3a中的豎線(xiàn)3b-3b穿過(guò)成像探頭的截面圖，用于圖示引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)腔配置；

圖3c示出了用于外套的快速訪問(wèn)配置，該外套在具有引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)腔時(shí)與成像探頭相結(jié)合；

圖3d示出了沿圖3c中的豎線(xiàn)3d-3d穿過(guò)成像探頭中不包含引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)腔的部分的截面圖；

圖3e示出了沿圖3c中的豎線(xiàn)3e-3e穿過(guò)成像探頭中包含引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)腔的部分的截面圖；

圖4a是包含可傾斜部件的成像探頭的遠(yuǎn)端部分的裝配外套的局部切除透視圖；

圖4b示出了用于包含圖4a的可傾斜部件的成像組件的相關(guān)軸線(xiàn)；

圖4c至4l示出了可傾斜部件的縱向及軸向截面的多個(gè)示例，所述可傾斜部件如果在沒(méi)有外力的情況下繞著成像探頭的縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的話(huà)可具有優(yōu)選的定向，其中傾斜軸線(xiàn)基本上垂直于縱向軸線(xiàn)；

圖5a至5g示出了能夠進(jìn)行聲學(xué)及光學(xué)成像的成像探頭的遠(yuǎn)端，其中可傾斜反射表面能夠作為成像組件旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)而改變成像角度；

圖5h和5i示出了能夠用來(lái)實(shí)施圖5e至5g中描述的實(shí)施例的成像組件的收折及分解透視圖；

圖6a至6e示出了能夠進(jìn)行聲學(xué)成像的成像探頭的遠(yuǎn)端，其中聲學(xué)傳感器被直接地安裝在可傾斜部件上；

圖6f至6j示出了能夠進(jìn)行光學(xué)成像的成像探頭的遠(yuǎn)端，其中光學(xué)發(fā)射器和/或接收器的至少一部分被直接地安裝在可傾斜部件上；

圖7a至7c示出了能夠進(jìn)行聲學(xué)成像的成像探頭的遠(yuǎn)端的示例，其中可變形部件載有成像和/或治療能量的發(fā)射器和/或接收器。成像角度作為成像組件旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)進(jìn)行改變；

圖8a和8b示出了成像探頭的示例，其中可變形部件被彈性支撐結(jié)構(gòu)所加強(qiáng)，并且成像組件和外套具有可選的沖洗端口；

圖8c和8d示出了成像探頭的示例，其中可變形部件被可膨脹氣球所環(huán)繞，該氣球提供了受保護(hù)區(qū)域，當(dāng)氣球膨脹時(shí)探頭能夠在該受保護(hù)區(qū)域中移動(dòng)；

圖9a和9b示出了用于放大所得到的成像角度的grin透鏡或折射介質(zhì)的使用；

圖10a和10b示出了成像探頭的示例，其中可變形部件載有能量偏轉(zhuǎn)部件而不是發(fā)射器和/或接收器；

圖11a至11d是可傾斜部件的示例，其中通過(guò)在可傾斜部件上加入一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)特征來(lái)用作成像組件流體介質(zhì)內(nèi)的翼部，傾斜動(dòng)作得到了調(diào)節(jié)并且優(yōu)選地得以增強(qiáng)；

圖12是可變形部件的示例，其中通過(guò)在可傾斜部件上加入一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)特征來(lái)用作成像組件流體介質(zhì)內(nèi)的翼部，變形得到了調(diào)節(jié)并且優(yōu)選地得以增大；

圖13a和13b是能夠通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一些前方觀察掃描圖案的示例；

圖13c和13d是能夠通過(guò)本發(fā)明成像的側(cè)向觀察空間的示例；

圖14a是成像探頭的示例，該探頭包括用作偏轉(zhuǎn)件的可傾斜部件，以及光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器用于確定成像組件相對(duì)于外套的角度位置；

圖14b提供了包括旋轉(zhuǎn)編碼器的探頭的橫截面視圖；

圖15是成像探頭的示例，其中可傾斜部件的傾斜在一部分上通過(guò)以機(jī)械方式連接到另外的可傾斜部件而實(shí)現(xiàn)；

圖16a至16c是成像探頭的示例，其中超聲傳感器或光學(xué)成像發(fā)射器被配置成主要用于側(cè)向觀察成像，其中掃描機(jī)構(gòu)允許成像角度的改變；

圖17a至17g示出了適于將光學(xué)成像與用于本發(fā)明的超聲傳感器相結(jié)合的實(shí)施例；

圖18a是偏轉(zhuǎn)部件的透視圖，該偏轉(zhuǎn)部件包括平坦的光學(xué)反射層以及成形的聲學(xué)反射層；

圖18b至18d示出了偏轉(zhuǎn)部件的橫截面；

圖19a和19b示出了使用具有可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)從而使前方觀察導(dǎo)管的遠(yuǎn)端區(qū)域發(fā)生偏轉(zhuǎn)的柔性成像探頭或者成像導(dǎo)管的示例；

圖19c和19d示出了成像探頭的示例，其中可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)導(dǎo)管被用來(lái)使成像探頭的遠(yuǎn)端區(qū)域偏轉(zhuǎn)；

圖19e至19h示出了與可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)共同使用的成像探頭的示例，該可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)的遠(yuǎn)端區(qū)域上方結(jié)合有可膨脹氣球，從而能夠形成足夠大的通路用于成像探頭行進(jìn)穿過(guò)堵塞區(qū)；以及

圖20a和20b示出了加重的彈性件如何能夠被連接到可傾斜部件從而幫助引起可傾斜部件的偏轉(zhuǎn)。

具體實(shí)施方式

一般而言，這里所描述的系統(tǒng)指的是使用光學(xué)或者超聲(或全部?jī)烧?成像的成像探頭。根據(jù)需要，在此公開(kāi)本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例性的，并且應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明可以以多種多樣的以及替代的形式進(jìn)行實(shí)施。附圖并非按比例繪制，并且一些特征被進(jìn)行了放大或縮小，以顯示特定元件的細(xì)節(jié)，而相關(guān)元件則可能被省去了，以防止遮擋新穎的部分。因此，這里所公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)并不被理解為限制性的，而是僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為教示本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。出于教示以及并非限制性的目的，所示實(shí)施例涉及成像探頭。

如在此使用的，當(dāng)與尺寸、溫度或者其它物理屬性或特征的范圍共同使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“大約”、“近似”指的是涵蓋了存在于尺寸范圍的上限及下限中的微小變化，從而不排除那些平均起來(lái)大部分尺寸都滿(mǎn)足但是在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的尺寸可能處于該區(qū)域之外的實(shí)施例。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，給出了成像探頭的部件尺寸，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這些都不意味著進(jìn)行限制。

如在此使用的，詞組“圖像的聯(lián)合配準(zhǔn)”指的是識(shí)別由一種成像裝置獲取的成像數(shù)據(jù)的子集與利用另一種成像裝置獲取的成像數(shù)據(jù)的子集的過(guò)程，其中所識(shí)別的來(lái)自所述兩種裝置的成像數(shù)據(jù)是通過(guò)檢測(cè)來(lái)自同一物體(或者在本發(fā)明情況下為組織)的成像能量的形式(例如光子或超聲)而獲取的。第一子集中的每個(gè)聯(lián)合配準(zhǔn)點(diǎn)然后能夠映射到第二子集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，使得來(lái)自所述兩種不同成像裝置的兩個(gè)點(diǎn)被認(rèn)為是從被成像物體(或組織)的相似病灶區(qū)域獲取的。

在使用兩個(gè)或更多個(gè)成像裝置所獲取的圖像之間，圖像或者圖像一部分的成功且精確的聯(lián)合配準(zhǔn)是有用的，因?yàn)樗軌蛱峁┒鄠€(gè)機(jī)會(huì)來(lái)通過(guò)多于一個(gè)成像裝置來(lái)評(píng)定被成像物體的關(guān)注特征。

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性成像系統(tǒng)的概視圖，該系統(tǒng)總體表示為10。該系統(tǒng)包括成像探頭12，該探頭12經(jīng)由適配器14連接到圖像處理及顯示系統(tǒng)16。圖像處理及顯示系統(tǒng)16包括必要的硬件來(lái)支持下述成像形式中的一種或多種：1)超聲，2)光學(xué)相干斷層成像，3)血管鏡法，4)紅外成像，5)近紅外成像，6)raman光譜成像，以及7)熒光成像。

光學(xué)相干斷層成像、超聲、血管鏡法以及紅外成像回路的實(shí)施已在現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行了描述。

這里描述的系統(tǒng)通常進(jìn)一步包括控制器和處理單元18，以便于系統(tǒng)的多個(gè)功能性單元的協(xié)同行為，并且可進(jìn)一步包括顯示器和/或用戶(hù)界面，并且可進(jìn)一步包括電極傳感器以獲取來(lái)自被成像病人的身體的心電圖信號(hào)。所述心電圖信號(hào)可被用來(lái)在心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量可能產(chǎn)生影響的情況下設(shè)定成像數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間。心電圖還可用作觸發(fā)器，用于何時(shí)開(kāi)始獲取序列，例如何時(shí)開(kāi)始改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度以使期望的掃描圖案開(kāi)始生效。例如，成像序列的ecg觸發(fā)啟動(dòng)可使得能夠在心臟循環(huán)的特定階段(例如心臟收縮或心臟舒張)期間獲取圖像。

如果包含在本發(fā)明的特定實(shí)施例中的話(huà)，形成圖像處理及顯示系統(tǒng)的光學(xué)回路及電子元件21可包括下述部件中的任何一個(gè)或全部：干涉計(jì)部件、一個(gè)或多個(gè)光學(xué)參考臂、光學(xué)多路復(fù)用器、光學(xué)多路分配器、光源、光檢測(cè)器、分光計(jì)、壓電濾光器、計(jì)時(shí)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)在背景技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)部分中描述的任意光學(xué)成像技術(shù)所公知的其它部件。超聲回路20可包括以下部件中的任何一個(gè)或全部：脈沖發(fā)生器、電子濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、平行處理陣列、包絡(luò)檢波、包括時(shí)間增益補(bǔ)償放大器的放大器以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)在背景技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)部分中描述的任意聲學(xué)成像技術(shù)所公知的其它部件。

如果包含在本發(fā)明的特定實(shí)施例中的話(huà)，控制器和處理單元18用于多種目的，并且部件將根據(jù)特定成像系統(tǒng)的需要而顯著地進(jìn)行適應(yīng)。控制器和處理單元18可包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件(例如內(nèi)存、硬盤(pán)、可移動(dòng)存儲(chǔ)裝置、用于便攜式存儲(chǔ)介質(zhì)例如cd和dvd的讀取器和記錄器)、位置檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)電路、心臟選通功能、測(cè)定體積圖像處理器、掃描轉(zhuǎn)換器及其它裝置中的一種或其組合。可選地，還可設(shè)置顯示器和用戶(hù)界面22，用于實(shí)時(shí)顯示或者成像數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻后某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)顯示。

成像探頭12包括其遠(yuǎn)端32附近的成像組件30、沿著其長(zhǎng)度大部分的可選成像導(dǎo)管34以及其近端38的連接器36。對(duì)于本發(fā)明，成像組件30一般指的是從中收集信號(hào)(聲學(xué)或光學(xué)或者兩者)的成像探頭12的部件，用于靠近成像組件30的區(qū)域的成像。成像組件30包括一個(gè)或多個(gè)成像能量發(fā)射器以及一個(gè)或多個(gè)成像能量接收器。對(duì)于本發(fā)明，“成像能量”指的是光能或聲能或者兩者。具體地，光指的是覆蓋紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光以及紅外光譜波長(zhǎng)的電磁波。例如，對(duì)于聲學(xué)成像，成像組件30包括超聲傳感器，該超聲傳感器既是聲能的發(fā)射器又是聲能的接收器。

對(duì)于光學(xué)成像，光學(xué)組件30一般包括光纖的遠(yuǎn)端，以及光學(xué)部件例如透鏡(例如球透鏡或grin透鏡)的組合，所述部件共同地用作光學(xué)接收器并可用作光學(xué)發(fā)射器。鏡和/或棱鏡通常結(jié)合作為光學(xué)發(fā)射器和/或接收器的一部分。成像組件30、連接器36和/或成像導(dǎo)管34可以是充有液體的(例如鹽水)，并且可沖洗。

成像探頭12可以在沿著其長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上包含端口，以便于沖洗。對(duì)于光學(xué)成像，可以考慮充有氣體的成像探頭12。優(yōu)選地，所述氣體基本上包括二氧化碳或者其它容易溶解的氣體?？商娲兀上窠M件可被分區(qū)，從而存在至少一個(gè)充有氣體的分區(qū)或內(nèi)腔用于光學(xué)成像以及至少一個(gè)充有液體的分區(qū)或空腔用于聲學(xué)成像。

成像導(dǎo)管34包括至少一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)管或者至少一根導(dǎo)線(xiàn)(優(yōu)選為兩根或多根)，所述導(dǎo)線(xiàn)將發(fā)射器和/或接收器經(jīng)由連接器連接到適配器。成像導(dǎo)管34還可用作機(jī)械力傳遞機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)或者平移成像組件。例如，成像導(dǎo)管34可包括被兩層彼此絕緣的電線(xiàn)纏繞的光纖。成像導(dǎo)管34可進(jìn)一步通過(guò)其它結(jié)構(gòu)特征得到加強(qiáng)，例如螺旋纏繞線(xiàn)或者其它用于構(gòu)成成像力矩線(xiàn)纜的設(shè)計(jì)，所述線(xiàn)纜用于使掃描機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，如相關(guān)技術(shù)中所述。

適配器14便于將任何光纖和/或線(xiàn)中的信號(hào)傳送到適當(dāng)?shù)膱D像處理單元。適配器優(yōu)選包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，用于向成像探頭的旋轉(zhuǎn)部件施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。適配器14還可結(jié)合有回拉機(jī)構(gòu)49(圖2d)或者往復(fù)推拉機(jī)構(gòu)，以便于成像組件的縱向平移。成像組件30的這種縱向平移可以與環(huán)繞成像導(dǎo)管34的外軸的縱向平移共同發(fā)生，或者在相對(duì)靜止的外軸內(nèi)發(fā)生。

可結(jié)合附加的傳感器作為適配器14的一部分，例如位置感測(cè)回路，用于感測(cè)成像探頭12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)角度。成像探頭12還可包括存儲(chǔ)部件，例如eeprom或其它可編程存儲(chǔ)裝置，其包括關(guān)于成像探頭到成像系統(tǒng)其余部分的信息。例如，它可包括關(guān)于成像探頭12的規(guī)格識(shí)別的說(shuō)明，并還可包括關(guān)于探頭12的校準(zhǔn)信息。此外，適配器14可包括放大器，用于提高成像探頭與系統(tǒng)其余部分之間的電信號(hào)或動(dòng)力的傳送。

重要的是認(rèn)識(shí)到需要最優(yōu)化最低侵入性探頭的幾何形狀，從而使其能夠盡可能合理地小，從而達(dá)到其期望目的。當(dāng)前的ivus和ice探頭的直徑大約為0.9至4mm并且探頭的較小尺寸能夠在冠狀解剖體的血管樹(shù)中隨著血管尺寸逐漸變細(xì)而被遞送得更遠(yuǎn)。因此，較小的尺寸通常允許了對(duì)大部分冠狀解剖體的訪問(wèn)。由此希望使探頭實(shí)施例能夠在使探頭的某些尺寸(例如探頭直徑)最小化的配置中進(jìn)行成像，例如利用在此描述的掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行成像。

圖2是包含光纖40和同軸電線(xiàn)50的柔性導(dǎo)管的透視圖。近端連接器包含光纖40，該光纖40能夠被適配器接收從而將成像光纖40以光學(xué)方式連接到光學(xué)成像系統(tǒng)“后端”。還具有電連接器56，其允許一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)管連接到超聲回路和/或控制器和處理單元。在成像導(dǎo)管繞其縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中，可能需要將成像光纖的旋轉(zhuǎn)部件與相對(duì)靜止的光纖相連，該相對(duì)靜止的光纖連接到光學(xué)成像系統(tǒng)的后端16。旋轉(zhuǎn)光纖探頭的連接能夠通過(guò)光纖旋轉(zhuǎn)接頭而實(shí)現(xiàn)，所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)合作為成像探頭36的近端連接器的一部分或者作為適配器14的一部分。類(lèi)似地，在成像導(dǎo)管繞其縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中，可能需要將隨成像導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)線(xiàn)連接到超聲回路和/或控制器和處理單元的相對(duì)靜止的導(dǎo)體，優(yōu)選通過(guò)集電環(huán)(slipring)來(lái)連接。這些集電環(huán)能夠被結(jié)合作為成像探頭36的近端連接器的一部分或者作為適配器14的一部分。

圖2a示出了沿虛線(xiàn)截取的圖2中的成像探頭的中部的橫截面視圖，其顯示了光纖40、引導(dǎo)線(xiàn)端口44和引導(dǎo)線(xiàn)42、成像導(dǎo)管34、成像導(dǎo)管腔46、中空的外套48、柔性細(xì)長(zhǎng)軸(由生理上可相容的材料制成并且直徑適于允許中空細(xì)長(zhǎng)軸插入到人體內(nèi)腔及空腔中)、以及同軸電線(xiàn)50。圖2b中所示的成像探頭10的端部的放大詳圖顯示出引導(dǎo)線(xiàn)42的遠(yuǎn)端延伸越過(guò)外套48的端部和外套48端部的沖洗端口54。在圖2中，成像探頭10的近端包括連接器組件36和另一個(gè)引導(dǎo)線(xiàn)端口55，引導(dǎo)線(xiàn)42插入到引導(dǎo)線(xiàn)端口55中，連接器組件36包括沖洗端口58和沿著連接器主體的電接觸器56。

圖2c顯示了成像探頭的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)部件如何能夠通過(guò)適配器連接到成像系統(tǒng)其余部分的示意圖。圖2d示意性地顯示了成像探頭的旋轉(zhuǎn)部件如何能夠連接到適配器的旋轉(zhuǎn)部件。各個(gè)旋轉(zhuǎn)部件可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的連接器和其它配置以電學(xué)、光學(xué)、和/或機(jī)械的方式進(jìn)行連接。類(lèi)似地，成像探頭的非旋轉(zhuǎn)部件可以連接到適配器14的非旋轉(zhuǎn)部件。適配器14可包括集電環(huán)、光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭以及其它能夠?qū)⑿D(zhuǎn)部件通過(guò)電學(xué)或光學(xué)方式連接到非旋轉(zhuǎn)部件并能夠?qū)崿F(xiàn)與系統(tǒng)其余部分進(jìn)行必要的電信號(hào)及光信號(hào)通訊的工具。

也可使用雙光纖光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭，但是該接頭要復(fù)雜得多。固定到成像探頭12中的旋轉(zhuǎn)部件上的任何導(dǎo)體之間的電連接可以經(jīng)由金屬集電環(huán)和彈簧、金屬集電環(huán)和電刷或者其它在靜止導(dǎo)體和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體之間形成導(dǎo)電接觸的一般公知方法而連接到非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電元件。

盡管圖2d中分開(kāi)地顯示了電連接、光學(xué)連接和機(jī)械連接，但是根據(jù)特定實(shí)施例的需要，能夠利用通過(guò)將多個(gè)連接器組合成組合連接器而得到較少的連接器來(lái)減少必須單獨(dú)連接在探頭和適配器之間的多個(gè)連接器。

盡管上述實(shí)施例通過(guò)聲學(xué)和光學(xué)成像兩者進(jìn)行了示例，但是能夠?qū)嵤](méi)有聲學(xué)裝置或者沒(méi)有光學(xué)裝置的導(dǎo)管。

圖3a示出了用于外套48的線(xiàn)上配置的一個(gè)實(shí)施例，并且圖3b示出了外套48沿圖3a中的豎線(xiàn)3b-3b穿過(guò)包含成像組件30的部分的橫截面。在圖3a中，從沿著圖3a中的豎線(xiàn)3b-3b的圖3b的橫截面看，引導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)管44位于外套48的較厚部分中。

圖3c示出了另一個(gè)外套60的實(shí)施例，該外套60是用于外套的“快換”配置，如果需要引導(dǎo)線(xiàn)的話(huà)，所述外套可以與成像探頭相結(jié)合。圖3c中的套60包括圖2中所示的進(jìn)入端口55。圖3d示出了“快換”配置60沿圖3c中的線(xiàn)3d-3d穿過(guò)靠近用于引導(dǎo)線(xiàn)的進(jìn)入端口55的部分的橫截面。圖3e示出了沿圖3c中的線(xiàn)3e-3e的橫截面。

本發(fā)明公開(kāi)了用于提供前方及側(cè)向觀察超聲(ivus)及光學(xué)相干斷層(oct)成像的掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。對(duì)于超聲和光學(xué)相干斷層成像，當(dāng)與成像組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)射出的和/或接收到的成像能量的傳播角度的能力允許了對(duì)3d空間進(jìn)行掃描。對(duì)于血管鏡法和紅外成像，當(dāng)與成像組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)射出的和/或接收到的成像能量的傳播角度的能力允許使用單個(gè)光纖而不是需要一束光纖或者一排感光元件來(lái)產(chǎn)生圖像。這種改進(jìn)得到了較大的靈活性和/或允許成像裝置的進(jìn)一步小型化。

本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光學(xué)和聲學(xué)成像可以在光學(xué)與聲學(xué)成像能量行進(jìn)穿過(guò)同一總體空間的配置下進(jìn)行，從而便于光學(xué)和聲學(xué)圖像的聯(lián)合配準(zhǔn)，并使成像組件內(nèi)容納多于一種成像形式所需的容積大小減到最小。盡管如此，所述掃描機(jī)構(gòu)可以與單一成像形式(例如超聲或者單一光學(xué)成像技術(shù))相結(jié)合來(lái)應(yīng)用。類(lèi)似地，兩種或更多種光學(xué)成像技術(shù)(與超聲相結(jié)合或者沒(méi)有與超聲相結(jié)合)可以同時(shí)使用單個(gè)探頭上的掃描機(jī)構(gòu)。

圖4a示出了成像探頭12的遠(yuǎn)端區(qū)域的局部切除透視圖，其顯示出外套601的一部分605被去除。成像探頭12內(nèi)部設(shè)有可傾斜部件602，可傾斜部件602形成成像組件的一部分并且安裝在銷(xiāo)603上，該銷(xiāo)603延伸穿過(guò)可傾斜部件602的傾斜軸線(xiàn)604。

在能夠?qū)τ糜诔上衲康牡目臻g進(jìn)行掃描的本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例中，有利地使用了向心加速度原理?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了直接使傳感器傾斜或者反射器傾斜的機(jī)構(gòu)，例如馬達(dá)或者線(xiàn)纜和帶輪系統(tǒng)。在此公開(kāi)的本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例具有通過(guò)改變成像組件的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)使部件傾斜或變形的能力。

參考圖4b，部件的傾斜或變形用于改變傾斜角度α。成像角度定義為成像探頭12的縱向軸線(xiàn)606與成像能量發(fā)射和/或接收方向之間的角度。在本發(fā)明中，成像角度是可傾斜部件602的傾斜角度α的函數(shù)，或者是可變形部件的變形度的函數(shù)，該變形度通常也用傾斜角度α表示。

圖4b顯示了相對(duì)于可傾斜部件602的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的傾斜角度α的示意性圖示，其中可傾斜部件602被顯示為繞傾斜軸線(xiàn)604樞轉(zhuǎn)的盤(pán)體。改變成像系統(tǒng)的可傾斜或可變形部件602的角速度以及隨后改變成像角度的能力將會(huì)在下面對(duì)發(fā)明的描述中以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

首先，對(duì)通過(guò)可傾斜部件602來(lái)改變成像角度的情況進(jìn)行描述。成像組件包括能夠繞軸線(xiàn)604(傾斜軸線(xiàn))旋轉(zhuǎn)的可傾斜部件602，該軸線(xiàn)604基本上垂直于成像探頭的縱向軸線(xiàn)606。例如，可傾斜部件602可以安裝到鉸鏈上或者以其它方式與鉸鏈相關(guān)聯(lián)，安裝到一個(gè)或多個(gè)銷(xiāo)(例如前面提到的銷(xiāo)603)上或者以其它方式與銷(xiāo)相關(guān)聯(lián)、安裝到彈簧或可變形基板上或者以其它方式與之相關(guān)聯(lián)，從而能夠繞傾斜軸線(xiàn)604旋轉(zhuǎn)。

可傾斜部件602特別地具有以下特性：當(dāng)成像組件繞除傾斜軸線(xiàn)之外的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可傾斜部件602具有不連續(xù)的多個(gè)優(yōu)選定向(通常為一個(gè)或兩個(gè))。優(yōu)選地，成像組件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)基本上與成像探頭的縱向軸線(xiàn)606相重合(即，基本上平行或者接近)。優(yōu)選地，傾斜軸線(xiàn)與縱向軸線(xiàn)正交。在除了成像組件旋轉(zhuǎn)中所涉及的向心力之外沒(méi)有重力或者任何其它力(例如下面提到的回復(fù)力)的情況下，可傾斜部件602將會(huì)繞著傾斜軸線(xiàn)將其自身定向到優(yōu)選的方位。

圖4c到4l顯示了可傾斜部件的縱向及軸向截面的多個(gè)非限制示例，所述可傾斜部件如果在沒(méi)有外力的情況下繞著成像探頭12的縱向軸線(xiàn)606旋轉(zhuǎn)，則會(huì)具有優(yōu)選的定向，其中傾斜軸線(xiàn)604基本上垂直于縱向軸線(xiàn)606。

具體地，圖4c是成像探頭的實(shí)施例的示例的縱截面視圖，其中可傾斜部件是安裝在銷(xiāo)611上的盤(pán)體610。圖4d是沿著線(xiàn)4d-4d截取的對(duì)應(yīng)橫截面視圖。

圖4e是成像探頭的實(shí)施例的縱截面視圖，其中可傾斜部件是安裝在支架613上的球體612的一部分。圖4f是沿著圖4e的線(xiàn)4f-4f截取的對(duì)應(yīng)的橫截面視圖。

圖4g是成像探頭的實(shí)施例的縱截面視圖，其中可傾斜部件614具有更加任意的形狀，并且利用隔離件615(僅在圖4h中可見(jiàn))安裝在銷(xiāo)611上，該隔離件615有助于穩(wěn)定可傾斜部件614在銷(xiāo)611上的位置。圖4h是沿著圖4g的線(xiàn)4h-4h截取的對(duì)應(yīng)橫截面視圖。

圖4i是成像探頭的實(shí)施例的縱截面視圖，其中可傾斜部件620通過(guò)銷(xiāo)622來(lái)安裝，從而使得可傾斜部件620繞著樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)626樞轉(zhuǎn)。圖4j是沿著圖4i的線(xiàn)4j-4j截取的對(duì)應(yīng)橫截面視圖，該圖4j顯示了銷(xiāo)622延伸到榫頭(divot)624中，該榫頭624位于可傾斜部件620的側(cè)部并且接收銷(xiāo)622。該實(shí)施例中的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的較小表面面積有利于將繞著樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)626的摩擦降到最小。優(yōu)選地，銷(xiāo)622僅在銷(xiāo)尖端附近與可傾斜部件620接觸，從而使表面接觸面積減至最小。

圖4k是成像探頭的實(shí)施例的縱截面視圖，其中可傾斜部件630利用樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)632來(lái)安裝，該樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)632不與成像探頭的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)606相交。圖4l是沿著圖4k的4l-4l截取的對(duì)應(yīng)橫截面視圖。從功能上看，在包含可傾斜部件的實(shí)施例中，樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與傾斜軸線(xiàn)完全相同。

可傾斜部件70的功能性目的是能夠改變與成像探頭31的的縱向軸線(xiàn)的角度(圖5a)，成像能量(例如光束或聲能)以該角度向周?chē)h(huán)境發(fā)射和/或從周?chē)h(huán)境接收。這能夠通過(guò)將發(fā)射器和/或接收器(例如超聲傳感器或光學(xué)部件)安裝在可傾斜部件70上而實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改變成像組件的旋轉(zhuǎn)速度，傾斜角度將發(fā)生改變并且由此發(fā)射和/或接收光能或聲能的角度將發(fā)生改變。

可替代地，可傾斜部件可被用于使發(fā)射出的和/或被部件88接收的成像能量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該部件88未直接連接到可傾斜部件70，如圖5a所示。例如，如上所述，超聲傳感器88或者光學(xué)發(fā)射器92能夠?qū)⒊上衲芰繉?dǎo)向可傾斜部件70。成像能量隨后被安裝在可傾斜部件70上的能量偏轉(zhuǎn)部件所偏轉(zhuǎn)。對(duì)于超聲成像，能量偏轉(zhuǎn)部件(可傾斜部件70)可包括聲學(xué)反射表面，例如實(shí)心金屬表面(例如不銹鋼)或者水晶表面，例如石英晶體或玻璃或硬質(zhì)聚合體。

對(duì)于光學(xué)成像，能量偏轉(zhuǎn)部件(可傾斜部件70)可包括光學(xué)反射表面，例如由拋光金屬、金屬化聚合體(例如金屬化雙軸定向聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(mylar))、濺射或電化學(xué)沉積金屬所制成的鏡面，金屬箔片或者其它反射部件(例如薄膜反射器)。通常用來(lái)制造鏡面的金屬包括鋁、銀、鋼、金或鉻。

圖5a示出了成像探頭31的遠(yuǎn)端29的實(shí)施例，成像探頭31含有包括可傾斜部件70的成像組件30，其中可傾斜部件是安裝在銷(xiāo)72上的盤(pán)體，該銷(xiāo)72使得盤(pán)體70能夠繞銷(xiāo)樞轉(zhuǎn)，與上面討論的圖4b類(lèi)似。銷(xiāo)72限定了可傾斜盤(pán)體70的傾斜軸線(xiàn)。當(dāng)成像組件30靜止的時(shí)候，盤(pán)體70將保持在任意開(kāi)始位置。在所示示例中，該開(kāi)始位置由擋塊80限定，該擋塊80對(duì)應(yīng)于最大成像角度，其中由扭轉(zhuǎn)彈簧76提供的回復(fù)力朝前述擋塊80推動(dòng)盤(pán)體70。圖5b示出了沿著圖5a的線(xiàn)5b-5b的橫截面。

如果可傾斜部件70在外力(例如重力、磁力、靜電學(xué)、與其他移動(dòng)部件或流體的摩擦力、壓縮力、懸臂力、法向力或者可傾斜部件70上繞著傾斜軸線(xiàn)的不完全相對(duì)的力矩的任意其它來(lái)源)作用下傾斜離開(kāi)其優(yōu)選定向，那么傾斜角度將增大。

一個(gè)或多個(gè)擋塊80和82可限制可傾斜部件70的傾斜角度范圍。例如，擋塊80可以是從成像組件30的套84延伸的柱或者緣，作為當(dāng)傾斜部件70與擋塊80接觸時(shí)防止傾斜部件70進(jìn)一步改變其傾斜角度的擋塊。由此，擋塊可被用來(lái)限制傾斜角度超過(guò)由擋塊的位置確定的最大值。一旦傾斜角度達(dá)到最大值，由擋塊80施加到可傾斜部件70上的法向力抵抗回復(fù)機(jī)構(gòu)。在多個(gè)實(shí)施例中，該最大傾斜角度是當(dāng)成像組件30處于靜止以及處于低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)獲得的傾斜角度。

附加的或替代性的擋塊82可以被包括進(jìn)來(lái)，用于產(chǎn)生最小傾斜角度，當(dāng)可傾斜部件70處于操作范圍上端的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，將獲得該最小傾斜角度。事實(shí)上，很多情況下允許傾斜角度達(dá)到零并沒(méi)有明顯的好處，這在接下來(lái)對(duì)具體實(shí)施例的描述中將變得清楚。

優(yōu)選地，成像組件30包括一個(gè)或多個(gè)趨向于使可傾斜部件70的傾斜角度增加的機(jī)構(gòu)。對(duì)于本發(fā)明，這種機(jī)構(gòu)指的是回復(fù)機(jī)構(gòu)。扭轉(zhuǎn)彈簧76(如圖5a和5c所示)或者壓縮彈簧可被用作回復(fù)機(jī)構(gòu)，其中扭轉(zhuǎn)彈簧76的一端以機(jī)械方式與可傾斜部件70接觸或者與其相連。另一端以機(jī)械方式連接到成像探頭31的另一部分，例如成像組件的主體。

隨著成像組件30旋轉(zhuǎn)，盤(pán)體70將希望使其自身對(duì)齊，使得由盤(pán)體70的表面限定的平面的法線(xiàn)基本上平行于所述縱向軸線(xiàn)。如圖5c所示，所示的另一個(gè)擋塊82(與最小成像角度相對(duì)應(yīng))將阻止盤(pán)體70在成像組件的高速旋轉(zhuǎn)速度下到達(dá)其優(yōu)選定向。通過(guò)適當(dāng)配置的成像組件，與最小成像角度相對(duì)應(yīng)的擋塊82可以對(duì)應(yīng)零角度，從而提供沿平行于成像探頭的縱向軸線(xiàn)的方向的成像。圖5d示出了沿著圖5c的線(xiàn)5d-5d的橫截面。

可替代地，可以應(yīng)用磁性的、靜電的、水力的或者其它能夠圍繞傾斜軸線(xiàn)施加力矩在可傾斜部件上的機(jī)構(gòu)。能夠用來(lái)提供回復(fù)力的機(jī)構(gòu)的其它示例包括來(lái)自彈性體(例如橡膠、聚亞安酯、硅樹(shù)脂、含氟彈性體、熱塑性彈性體以及許多其它材料)的張力或者通過(guò)使用懸臂彈簧或薄片(foil)。在成像裝置的非常少的實(shí)施例中，其中成像組件的部件之間的分子間力(例如靜電力)以及范德瓦爾斯力在即使沒(méi)有施加外部電壓的情況下也可能變得十分顯著，可傾斜部件與靠近可傾斜部件的結(jié)構(gòu)(例如下面描述的擋塊80和82)之間固有的分子間力足以提供凈回復(fù)力(netrestoringforce)。例如，包括由pvc或ldpe制成的表面的擋塊可以在可傾斜部件和擋塊之間提供足夠的吸引力。這與使用塑料膜來(lái)覆蓋家用容器從而用于食品儲(chǔ)藏(即，gladwrap保鮮膜)的方式相似。

圖5e示出了用于成像探頭600的掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)施例，其中圖5a的扭轉(zhuǎn)彈簧76由簡(jiǎn)易的懸臂線(xiàn)640替代，該懸臂線(xiàn)640與可傾斜部件70的表面接觸，并且連接到柱787以產(chǎn)生回復(fù)力。懸臂640可由鎳鈦諾、鉑、金或包括聚合體的多種其它適當(dāng)材料制成。

圖5f示出了用于成像探頭670的掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)施例，其中可傾斜部件70包括磁體680，成像組件的非傾斜部件包括磁體681，該磁體681用來(lái)產(chǎn)生回復(fù)力。磁體可被定向成使得它們根據(jù)它們?cè)诔上窠M件內(nèi)的相對(duì)位置而相互吸引或排斥。磁體681中的一個(gè)可以是電磁體，使得它的強(qiáng)度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整或改變，以改變成像角度。該電磁體可以通過(guò)從磁體向探頭近端伸展的導(dǎo)體(未示出)被提供能量。如果可傾斜部件70具有一定程度的鐵磁性，那么可傾斜部件70上可以不具有磁性部件，并且單單一個(gè)磁體就足以產(chǎn)生回復(fù)力，如圖5g所示。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在成像組件或成像導(dǎo)管沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下，電磁體可以被用來(lái)偏轉(zhuǎn)可傾斜部件70并且通過(guò)改變通過(guò)電磁體的電流來(lái)產(chǎn)生用于成像的掃描圖案。

圖5h提供了成像組件30實(shí)施例的透視圖，而圖5i提供了同一實(shí)施例的分解視圖。可傾斜部件70用作超聲傳感器88產(chǎn)生的成像能量的偏轉(zhuǎn)件。銷(xiāo)752凹入到可傾斜部件70的側(cè)面中的孔內(nèi)并且通過(guò)壓配或者粘結(jié)而固定于此。在該實(shí)施例中，銷(xiāo)指向外并且被各個(gè)銷(xiāo)保持件751中的榫頭(未示出)所接收。在裝配期間，銷(xiāo)保持件751被固定在成像組件30的套753內(nèi)。銷(xiāo)751和銷(xiāo)保持件752形成樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，可傾斜部件可以在該樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上低摩擦地樞轉(zhuǎn)。連接到套753的擋塊82限制了可傾斜部件70的最大傾斜角度。懸臂彈簧從套的后部開(kāi)始延伸并且與可傾斜部件的底表面接觸，使得當(dāng)成像組件繞縱向軸線(xiàn)具有極小旋轉(zhuǎn)或沒(méi)有旋轉(zhuǎn)時(shí)，可傾斜部件停留在其最大成像角度。

參考圖5a至5g，成像組件30可包括光學(xué)發(fā)射器/接收器以及相關(guān)的定向和聚焦光學(xué)和/或超聲傳感器。超聲傳感器88安裝在小的同軸線(xiàn)纜89的端部?？蛇x的光學(xué)隔離件(未示出)以及透鏡92安裝在靠近圖5a中成像組件30中的鏡94的光纖線(xiàn)纜96的端部，其中光學(xué)和超聲發(fā)射器被設(shè)置成將成像向可傾斜部件70傳送以及接收來(lái)自可傾斜部件70的成像能量?？蛇x的光學(xué)隔離件可以?xún)H僅是透明介質(zhì)，例如玻璃或聚合體(例如未包層纖維)，其可以被放置在光纖遠(yuǎn)端與透鏡之間，從而提高工作距離或者光學(xué)成像系統(tǒng)的容差，如mao所述。

優(yōu)選地，發(fā)射器和/或接收器安裝在成像組件中與成像組件共同旋轉(zhuǎn)的部件上。然而，還可以將發(fā)射器和/或接收器安裝在成像探頭中的當(dāng)成像組件內(nèi)的能量偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)不與成像組件共同旋轉(zhuǎn)的部件上。這可以通過(guò)將發(fā)射器和/或接收器安裝在外套上或者通過(guò)將成像組件分成兩個(gè)或更多個(gè)子組件(其中一個(gè)子組件旋轉(zhuǎn)并且包括可傾斜部件70)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如圖5a至5i所示，使用能量偏轉(zhuǎn)部件來(lái)改變成像角度而不是直接發(fā)射器和/或接收器安裝在可傾斜部件(如圖6a至6e所示)是有利的。當(dāng)傳感器直接安裝在可傾斜部件的時(shí)候，傾斜動(dòng)作可被發(fā)射器和/或接收器的機(jī)械特性以及電學(xué)和/或光學(xué)導(dǎo)管的機(jī)械特性所阻止，所述電學(xué)和/或光學(xué)導(dǎo)管將發(fā)射器和/或接收器連接到成像系統(tǒng)的其余部分。發(fā)射器和/或接收器可能太占體積而不能方便地放置在可傾斜或可彎曲部件上。

此外，反射表面的使用有效地使成像角度的變化加倍。例如，反射表面的傾斜角度的變化導(dǎo)致了成像角度的變化，該成像角度的變化通常是傾斜角度變化的兩倍。成像角度的這種加倍能夠增加可由多個(gè)實(shí)施例中掃描機(jī)構(gòu)獲得的視野的大小。

在聲學(xué)成像的情況下，可能的是，強(qiáng)烈的聲學(xué)脈沖施加到聲學(xué)反射表面上將會(huì)分配一些機(jī)械能量到可傾斜部件中。這會(huì)發(fā)生在聲學(xué)反射表面不用作理論上完美的反射器的情況下，并且會(huì)導(dǎo)致可傾斜部件或可傾斜部件的某些子部件產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)可能會(huì)促成任何所得圖像中的人為因素，特別是當(dāng)這種振動(dòng)的能量被向回導(dǎo)向聲學(xué)接收器時(shí)。由此，必須在可傾斜部件中加入阻尼機(jī)構(gòu)。適于作襯靠聲學(xué)超聲傳感器的材料可用于該目的，例如混合有鎢粉的環(huán)氧樹(shù)脂。阻尼機(jī)構(gòu)可以是可傾斜部件內(nèi)的附加層，或者可以結(jié)合到其上安裝有可傾斜部件的鉸鏈或銷(xiāo)的設(shè)計(jì)中，例如通過(guò)在銷(xiāo)上、或者在可傾斜機(jī)構(gòu)中接收銷(xiāo)的任何孔中添加阻尼材料層。

圖6a到6e示出了成像探頭的遠(yuǎn)端，該成像探頭包括能夠進(jìn)行聲學(xué)成像的成像探頭，其中掃描機(jī)構(gòu)包括直接安裝在可傾斜部件上的聲學(xué)傳感器。更具體地，圖6a示出了包括可傾斜部件302的成像組件300的實(shí)施例，該可傾斜部件302以樞轉(zhuǎn)方式安裝在銷(xiāo)312上，并且聲學(xué)傳感器304安裝在該可傾斜部件302上。擋塊306限定了能夠獲得的最大成像角度。一對(duì)導(dǎo)電元件308從成像導(dǎo)管34延伸到聲學(xué)傳感器304。導(dǎo)電元件308優(yōu)選具有非常柔性的構(gòu)成(例如細(xì)的同軸線(xiàn))或者薄膜構(gòu)成，該薄膜構(gòu)成允許薄膜內(nèi)具有一條或多條導(dǎo)電通路。由于導(dǎo)電元件308的機(jī)械特性，導(dǎo)電元件308可以提供回復(fù)機(jī)構(gòu)，由此導(dǎo)電元件308趨向于促使可傾斜部件302達(dá)到具有最大傾斜角度的設(shè)置。

例如，如圖6a所示，導(dǎo)電元件308的剛度提供了足夠的力促使可傾斜部件302靠著擋塊306，并且由此獲得了對(duì)于特定實(shí)施例的最大成像角度。該角度可以在成像組件300不旋轉(zhuǎn)或者繞著成像探頭的縱向軸線(xiàn)以低角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得。圖6b中所示的成像組件300顯示了當(dāng)角速度增加時(shí)，可傾斜部件302如何將其自身對(duì)齊到優(yōu)選的配置并由此改變成像角度。

可以注意到，盡管圖6a和6b中所示的成像角度和傾斜角度基本上相等，但是聲學(xué)傳感器304可以安裝到可傾斜部件302上，以使成像角度和傾斜角度發(fā)生偏移。例如，可傾斜部件302的幾何構(gòu)造可包括安裝傳感器304的斜表面，或者可以在傳感器304和可傾斜部件302之間加入薄墊片以使成像角度和傾斜角度發(fā)生偏移。還可以注意到，圖6a和6b中所示的實(shí)施例中還可以包括其它回復(fù)機(jī)構(gòu)。聲學(xué)傳感器304還可以凹進(jìn)到可傾斜部件302內(nèi)，如圖6c所示。

對(duì)于某些實(shí)施例，導(dǎo)體與可傾斜部件上的聲學(xué)傳感器的連接可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體過(guò)于剛性以致于不能允許可傾斜部件以充分的保真度傾斜以用于期望的應(yīng)用。在這種情況下，可使用導(dǎo)電連接器，如maroney等人在美國(guó)專(zhuān)利5373849中所描述的。可替代地，樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)部分(例如用于可傾斜機(jī)構(gòu)的樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)銷(xiāo))可以起到與可傾斜部件上電絕緣導(dǎo)體的電接觸的第二用途。

圖6d和6e示出了銷(xiāo)310的使用，該銷(xiāo)310電連接到同軸線(xiàn)纜，以提供與可傾斜部件302內(nèi)的導(dǎo)電通路的電接觸，從而提供與可傾斜部件302上的傳感器304的連接。除了在銷(xiāo)310與可傾斜部件302接觸的尖端外，導(dǎo)電通路在銷(xiāo)310的芯內(nèi)是絕緣的。類(lèi)似地，除了在與銷(xiāo)310尖端的接觸點(diǎn)外，可傾斜部件用于接收銷(xiāo)310的凹口可以是電絕緣的。在這種情況下，可傾斜部件302附近的流體可選地包括導(dǎo)電率低于鹽水的流體，例如蒸餾水或礦物油?？商娲?，可使用o形環(huán)來(lái)提高電接觸點(diǎn)處的電絕緣。

可替代地，導(dǎo)電元件308可被光纖替換，并且聲學(xué)傳感器304可被一個(gè)或多個(gè)光學(xué)接收器和/或發(fā)射器替換。

圖6f至6j示出了能夠進(jìn)行光學(xué)成像的成像探頭的遠(yuǎn)端，其中光學(xué)發(fā)射器和/或接收器的至少一部分直接安裝在可傾斜部件上。在圖6f和6g中，能量偏轉(zhuǎn)部件由透射性的折射元件392(例如玻璃、純聚合物以及很多其它材料)制成，并且以類(lèi)似于棱鏡或透鏡的方式使成像能量偏轉(zhuǎn)。來(lái)自安裝在成像組件30內(nèi)的光纖391的光(light)朝安裝在可傾斜部件70上的折射元件392發(fā)光。光纖的遠(yuǎn)端可由光學(xué)隔離件或grin透鏡來(lái)終止，如本發(fā)明中其它附圖所示。在圖6f和6g的實(shí)施例中，光學(xué)發(fā)射器和/或接收器僅有一部分直接安裝在可傾斜部件上。透射性折射元件392不直接連接到光纖391的遠(yuǎn)端，從而使得可傾斜部件70更容易傾斜，而不會(huì)受到來(lái)自光纖391的任何機(jī)械影響的妨礙。

在圖6h至6j中，光學(xué)發(fā)射器和/或接收器的整個(gè)遠(yuǎn)端(包括光纖391的遠(yuǎn)端)以機(jī)械方式與可傾斜部件70相連。光纖391還可以用作機(jī)械部件，用于提供使可傾斜部件70以最大傾斜角度傾斜的回復(fù)力，如圖6h所示。在更高旋轉(zhuǎn)速度下，可傾斜部件70將趨向于如圖6i所示地對(duì)齊。圖6提供了成像組件30的前視圖。

可替代地，圖6a至6j中的導(dǎo)電元件308和光纖391可以被導(dǎo)電元件308和一個(gè)或多個(gè)光纖391的組合替代，同時(shí)聲學(xué)傳感器302被導(dǎo)電元件308和一個(gè)或多個(gè)光纖391的組合替代。應(yīng)當(dāng)注意到，在某些實(shí)施例中增加導(dǎo)電元件308和/或光纖的數(shù)目會(huì)對(duì)可傾斜部件能夠獲得的成像角度的范圍產(chǎn)生影響，這是導(dǎo)電元件308和/或光纖的剛度增強(qiáng)的結(jié)果。

對(duì)于某些實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)光學(xué)接頭可以包含在樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，例如通過(guò)銷(xiāo)以及銷(xiāo)接收元件而引入光纖。盡管這種用于單模光纖傳輸?shù)男D(zhuǎn)接頭將會(huì)需要相當(dāng)高的精度(用于直徑4-12微米量級(jí)的光纖的對(duì)齊)，但是一種適于連接具有與多模光纖中的尺寸(直徑50到250微米數(shù)量級(jí))相類(lèi)似的尺寸的光學(xué)光通路的旋轉(zhuǎn)接頭可以較容易地實(shí)施。平面光波回路(例如可從德國(guó)的grintech獲得)、自由空間信道、棱鏡以及透鏡可被用來(lái)將光線(xiàn)引導(dǎo)穿過(guò)與可傾斜部件結(jié)合在一起的部件，從而以適于光學(xué)成像的方式引導(dǎo)光線(xiàn)，例如對(duì)于oct、血管鏡法、紅外成像、近紅外光譜以及熒光成像。

還具有其它替代性實(shí)施例，在這些實(shí)施例中可以利用改變成像組件的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)改變成像角度。與引起可傾斜部件繞樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)傾斜不同，可使用可彎曲部件來(lái)攜載發(fā)射器和/或接收器或者攜載能量偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?？蓮澢考ńY(jié)構(gòu)組件，該結(jié)構(gòu)組件在沿著其長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上在其與成像組件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的徑向距離方面受到約束，但是在其大部分長(zhǎng)度上不受到約束。

對(duì)于本說(shuō)明書(shū)，可彎曲部件的“徑向受約束”部指的是可彎曲部件中與成像組件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)具有相對(duì)固定距離的部分。類(lèi)似地，可彎曲部件的“徑向不受約束”部指的是可彎曲部件中與成像組件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的徑向距離能夠在向心力、重力、靜電力、磁力及其它力的作用下發(fā)生改變的部分。該結(jié)構(gòu)組件可包括可彎曲塑料的細(xì)長(zhǎng)部，由光纖制成的線(xiàn)、薄片或者甚至桿。它可以包括改變強(qiáng)度、彈性、對(duì)于變形的機(jī)械滯后性以及其它等方面的機(jī)械特性的子部件的集合。

使用可彎曲部件來(lái)改變成像角度的操作原理是：隨著成像組件旋轉(zhuǎn)，可彎曲部件將會(huì)由于向心加速度而發(fā)生彎曲。對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)，取決于許多因素，可彎曲部件的不同部分可以在不同方向上彎曲或者彎曲不同程度，所述因素包括可彎曲部件及子部件的機(jī)械特性，以及可彎曲部件的幾何形狀。出于解釋的目的，可彎曲部件可以模制成無(wú)限小的小體積(指的是體單元)的集合。可彎曲部件的徑向受約束部中的體單元將保持它們距離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的近似距離，而徑向不受約束部中的體單元將會(huì)由于慣性而趨向于沿與它們大體圓形路徑相切的方向行進(jìn)。

可彎曲部件內(nèi)的內(nèi)力(張力、壓縮力等)通常將阻止體單元沿著完全相切的路徑行進(jìn)。可彎曲部件所呈現(xiàn)的形狀主要取決于可彎曲部件的材料特性和形狀，但是它會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)速度改變而改變其形狀。下面描述不同形狀以及形狀上的預(yù)期變化的示例。沿著可彎曲部件的長(zhǎng)度可增加可選部件，所述可選部件在旋轉(zhuǎn)時(shí)將由于其質(zhì)量而調(diào)節(jié)可彎曲部件的彎曲特性。加重的部件可以?xún)H僅用來(lái)調(diào)節(jié)可彎曲部件的彎曲特性，或者它們也可具有功能性目的，例如用作使成像能量偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)部件。

下面提供成像組件的示例，其中成像軸線(xiàn)由于可彎曲部件而發(fā)生改變。設(shè)定一個(gè)可彎曲桿，該可彎曲桿在其近端固定到成像組件，但是其它部分沒(méi)有連接或者錨接到成像組件。在靜止時(shí)，可彎曲桿的縱向軸線(xiàn)大致平行于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，并且可以稍稍偏離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)。隨著成像組件轉(zhuǎn)動(dòng)，可彎曲桿的未受約束部中的每個(gè)體單元逐漸地增加與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)間的距離。在桿的徑向未受約束部中，桿在曲率上將呈現(xiàn)出彎曲。如果可彎曲桿是光纖(光通過(guò)該光纖發(fā)射和/或接收)，那么這對(duì)于成像目的來(lái)說(shuō)是有用的。隨著桿彎曲，成像角度將改變。

光纖的遠(yuǎn)端可具有透鏡，該透鏡可以是能夠在給定旋轉(zhuǎn)速度下增加可彎曲桿的曲率度的加重部件。可選地，可以增加額外的重量(例如不銹鋼圓筒或者環(huán))從而進(jìn)一步增加曲率度。類(lèi)似地，如果可彎曲桿是容納導(dǎo)線(xiàn)的柔性導(dǎo)管的話(huà)，那么桿對(duì)于成像目的來(lái)說(shuō)是有用的，所述導(dǎo)線(xiàn)用于將電信號(hào)發(fā)送到超聲傳感器或者傳送來(lái)自超聲傳感器的電信號(hào)。超聲傳感器可以是能夠在給定旋轉(zhuǎn)速度下增加可彎曲桿的曲率度的加重部件?？蓮澢考梢酝ㄟ^(guò)其它材料來(lái)改變其機(jī)械特性從而被加強(qiáng)。例如，可使用細(xì)的鎳鈦諾桿來(lái)加強(qiáng)光纖或電導(dǎo)管，從而減少在給定旋轉(zhuǎn)速度下引起的曲率度，并且提高可彎曲部件在靜止時(shí)返回到直線(xiàn)配置的可預(yù)測(cè)性。在該示例中，成像能量的發(fā)射器和/或接收器直接安裝在可彎曲部件上。

可彎曲部件可包括多種不同的幾何形狀，包括圓形、方形或矩形桿以及薄膜或薄片?？蓮澢考商娲鼗蚋郊拥匕菥€(xiàn)或螺旋形幾何形狀，例如壓縮彈簧中看到的。使用的材料理想地具有一定程度的彈性，從而允許它們以可預(yù)期并且可重復(fù)的方式返回到它們的初始位置。示例可包括聚合體，例如聚酰亞胺和聚亞安酯，以及硅橡膠、橡膠和多種其它材料。具有良好彈性的金屬包括鎳鈦諾、黃銅、金、銀、鉑、鋼以及多種其它金屬。作為材料的固有屬性所需的彈性程度將會(huì)根據(jù)材料在可彎曲部件中的形狀而顯著地發(fā)生改變。例如，給定材料在方形桿的形式下可能不具有足夠的柔性或彈性，但是如果結(jié)合到彈簧形的部件中，就可能具有足夠的柔性和彈性。

圖7a至7c示出了成像導(dǎo)管322遠(yuǎn)端附近的成像組件320的實(shí)施例?？勺冃尾考?24包括從成像導(dǎo)管322內(nèi)延伸的光纖326并且具有基本上受約束的近端部326和光纖326遠(yuǎn)端附近的基本上不受約束部328。在圖7a至7c中，受約束部326位于成像導(dǎo)管322的體積內(nèi)，而不受約束部328位于成像導(dǎo)管322的遠(yuǎn)端。當(dāng)成像探頭不旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖7a中所示，光纖324趨向于使內(nèi)應(yīng)力降到最低，這在該示例中示為使得光纖324呈現(xiàn)出基本上直線(xiàn)配置。然而，隨著成像導(dǎo)管322以及其中的光纖324繞著縱向軸線(xiàn)330旋轉(zhuǎn)，如圖7b中所示，光纖324所經(jīng)受的向心加速度將導(dǎo)致可變形部件的未受約束部326從靜止位置開(kāi)始變形并改變成像角度。旋轉(zhuǎn)速度的進(jìn)一步增加能夠?qū)е鲁上窠嵌圈恋倪M(jìn)一步改變，如圖7c所示。一個(gè)或多個(gè)可選加重部件322的使用可增加在給定旋轉(zhuǎn)速度下獲得的變形量。聲學(xué)傳感器可以替代或者伴隨光學(xué)成像發(fā)射器/接收器。

圖8a示出了靠近成像導(dǎo)管342遠(yuǎn)端的成像組件340的實(shí)施例，其中可變形部件344與彈性支撐件346相關(guān)聯(lián)。可變形部件(例如在成像傳感器為基于光學(xué)的系統(tǒng)時(shí)的光纖348)的機(jī)械特性使得它們不易于充分地使光纖348恢復(fù)到靜止配置，例如直線(xiàn)配置。由此，彈性支撐件346的使用(例如鎳鈦諾線(xiàn)的長(zhǎng)度)可以與可變形部件的遠(yuǎn)端區(qū)域相關(guān)聯(lián)，從而提高包含可變形部件346的實(shí)施例的性能。圖8b示出了包含彈性支撐件346的實(shí)施例340的軸向橫截面?？勺冃尾考?44可被用來(lái)便于進(jìn)行光學(xué)成像和/或聲學(xué)成像。

另外，圖8a中示出了成像探頭340的套352中的可選沖洗端口356。端口356便于與成像探頭近端附近的一個(gè)或多個(gè)沖洗端口相聯(lián)合(如圖2所示)，用期望的流體介質(zhì)例如水或鹽水來(lái)沖洗成像探頭340。沖洗端口可選地包含在本發(fā)明的所有實(shí)施例中。

圖8c和8d顯示了一個(gè)實(shí)施例，其中成像探頭30的遠(yuǎn)端包括可膨脹部件395?？膳蛎洸考?95起到提供更大的安全區(qū)域396的用途，在該安全區(qū)域內(nèi)，可變形部件能夠在更高旋轉(zhuǎn)速度下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而不會(huì)與解剖結(jié)構(gòu)相接觸。可膨脹部件395可以經(jīng)由單獨(dú)的膨脹腔(未示出)或者經(jīng)由成像導(dǎo)管腔而膨脹。如圖8d中所示，可包括另外的外套396，用于在成像探頭的運(yùn)送或移除期間在可膨脹部件395上滑動(dòng)。

圖9a顯示了成像探頭370的實(shí)施例，該探頭370使用grin透鏡372(梯度折射率透鏡)來(lái)增加通過(guò)光學(xué)成像獲得的成像角度。grin透鏡372設(shè)置在探頭遠(yuǎn)端附近，并且位于包含光纖376的成像導(dǎo)管374之后。grin透鏡372布置成鄰近光纖376的遠(yuǎn)端。可以選擇具有以下特性的grin透鏡：向透鏡372的一端發(fā)射光的光纖376的遠(yuǎn)端的位移引起從透鏡另一端發(fā)射光的角度發(fā)生改變。透鏡372接收的來(lái)自被成像組織的光沿著與發(fā)射光相同的路徑以相反(reciprocal)的方式往回朝光纖376聚焦。初始成像角度398如圖9a所示，而grin透鏡372的存在導(dǎo)致了更大的有效成像角度397，同樣示出在該圖中。這是有用的，因?yàn)楹芏嗫勺冃尾考赡苡捎谌舾煽勺冃尾考膶傩?例如柔性和幾何形狀)而在獲得的成像角度范圍上具有限制。例如，光纖376具有能夠在光纖破裂或失效之前獲得的最小曲率半徑。同時(shí)，對(duì)于許多用于血管內(nèi)使用的成像探頭，使成像組件小型化的希望導(dǎo)致了可變形部件的幾何形狀約束。使用grin透鏡372能夠有助于放大在這些環(huán)境下獲得的有效成像角度的范圍。

可增加其它透射性的光學(xué)元件以放大有效成像角度。例如，半球382由折射率小于圖9b中所示的成像組件380內(nèi)的折射率的介質(zhì)制成。這種元件382可包括充氣腔，例如充有二氧化碳的腔，或者它可以是充有空氣的腔。如果低折射率介質(zhì)的折射率并不強(qiáng)烈地取決于波長(zhǎng)，那么散射效果將被降到最低。類(lèi)似地，如果用于成像的光跨越窄波長(zhǎng)光譜，那么散射效果將被降到最低。

可彎曲部件可與成像能量偏轉(zhuǎn)部件一起使用以改變成像角度。至少一個(gè)發(fā)射器和/或接收器被定向?yàn)閷⒊上衲芰恳蚰芰科D(zhuǎn)部件和/或從能量偏轉(zhuǎn)部件接收成像能量。

圖10a和10b提供了包括能量偏轉(zhuǎn)部件的成像組件的一個(gè)示例，該能量偏轉(zhuǎn)部件安裝到旋轉(zhuǎn)成像組件內(nèi)的可彎曲部件上。

圖10a用120示出了探頭的實(shí)施例，其中能量偏轉(zhuǎn)部件122安裝到可變形部件124上，從而能夠根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度以不同角度成像。在上方視圖10a中，可變形部件124將偏轉(zhuǎn)部件122保持在引起較大成像角度的角度。如前面對(duì)可變形部件的描述，可變形部件124可以是薄片、彈簧、金屬或聚合物元件，例如鎳鈦諾桿以及多種其它形式。為了加強(qiáng)給定旋轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生的變形，可選的偏轉(zhuǎn)件配重128可被增加到可變形部件或者增加到安裝在可變形部件124自由端的其他元件，例如偏轉(zhuǎn)部件122。盡管在該特定實(shí)施例中成像角度可能源于oct成像回路，但是也顯示了應(yīng)變儀130和用于應(yīng)變儀的連接132。應(yīng)變儀130是能夠估測(cè)成像角度的替代性機(jī)構(gòu)。在高旋轉(zhuǎn)速度下，可變形部件124將趨于如圖10b所示地彎曲。

圖11a用100示出了成像探頭的另一個(gè)實(shí)施例，該探頭100被用來(lái)通過(guò)可偏轉(zhuǎn)或可傾斜部件上的一個(gè)或多個(gè)水翼元件(例如翼部)使旋轉(zhuǎn)速度影響成像角度。與圖5a中的探頭31極為相似的機(jī)構(gòu)100具有固定到盤(pán)形可偏轉(zhuǎn)部件遠(yuǎn)端邊緣的三個(gè)翼部102。隨著旋轉(zhuǎn)速度在所示方向981上增加，翼部將會(huì)產(chǎn)生發(fā)生作用的壓力梯度，在本示例中，壓力梯度引起成像角度增加。同時(shí)在該附圖中，注意到成像組件是如何不必具有完全環(huán)繞成像組件的部件的套。除掉套或者套的一部分使成像組件30的體積降到最小。另外，在設(shè)計(jì)中結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)水翼元件的情況下，使水翼在其中行進(jìn)的流體與非旋轉(zhuǎn)表面(例如外套)直接流體相通是有利的。通過(guò)使這種流體與外套直接流體相通，流體通常會(huì)形成一種流動(dòng)圖案，其中該區(qū)域內(nèi)的流體速度由于外套相對(duì)靜態(tài)表面的阻力而降低。這將增加“翼部”行進(jìn)穿過(guò)流體的相對(duì)速度并且由此增加翼部產(chǎn)生的升力。

類(lèi)似地，圖12用110示出了與圖10a中的探頭120相似的探頭的實(shí)施例，其中偏轉(zhuǎn)部件122包括翼部112，該翼部112帶來(lái)了與可傾斜元件70上具有翼部的探頭100相同的效果。

在某些使用中，旋轉(zhuǎn)速度將以步進(jìn)的方式改變，而在其它情況下，旋轉(zhuǎn)速度將掃過(guò)速度范圍。所期望的掃描圖案以及獲得這些掃描圖案所需的旋轉(zhuǎn)速度的相關(guān)功能將會(huì)強(qiáng)烈地取決于應(yīng)用。例如，如果期望的掃描圖案是掃描接近圓錐表面的空間，那么特定的旋轉(zhuǎn)速度可通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)而被啟動(dòng)。圓錐的坡度可以通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)速度而改變。如果希望掃描整個(gè)空間，那么可以通過(guò)逐步地改變旋轉(zhuǎn)速度而對(duì)多個(gè)圓錐進(jìn)行成像，或者掃描空間可通過(guò)掃過(guò)旋轉(zhuǎn)速度的范圍而包括螺旋路徑?？梢酝ㄟ^(guò)隨著時(shí)間而改變旋轉(zhuǎn)速度來(lái)得到多個(gè)其它掃描圖案。

圖13a示出了可以通過(guò)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例獲得的多種掃描圖案中一種的示例。成像組件12顯示為沿著笛卡爾坐標(biāo)軸。有關(guān)體積能夠通過(guò)旋轉(zhuǎn)成像導(dǎo)管和成像組件而成像。通過(guò)以步進(jìn)方式改變成像角度以及以不同成像角度在一個(gè)或多個(gè)回轉(zhuǎn)中獲取成像數(shù)據(jù)，成像數(shù)據(jù)被沿著一系列同心圓錐991的表面收集。這種掃描圖案對(duì)于圖像重建更為簡(jiǎn)單，但是在成像數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間方面不是最理想的。圖13b顯示了掃描圖案的示例，其中通過(guò)使成像角度在成像探頭旋轉(zhuǎn)時(shí)連續(xù)地改變，成像光束沿著更加螺旋形的路徑992。這種掃描圖案可以增加重建3d成像數(shù)據(jù)的算法的復(fù)雜度，但是在數(shù)據(jù)獲取方面比圖13a中的圖案更加省時(shí)。

當(dāng)前的血管內(nèi)成像方法一般通過(guò)假定成像導(dǎo)管近端的旋轉(zhuǎn)速度是成像導(dǎo)管遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)速度的適當(dāng)近似值來(lái)評(píng)定旋轉(zhuǎn)角度。由于成像導(dǎo)管變得更小以接近更小的血管并且被結(jié)合到引導(dǎo)線(xiàn)中，它們也更容易變形，并且不均勻旋轉(zhuǎn)失真的問(wèn)題會(huì)更加惡化。

同時(shí)，許多血管內(nèi)成像系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使用恒定旋轉(zhuǎn)速度，由此系統(tǒng)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，其中成像導(dǎo)管遠(yuǎn)端的平均旋轉(zhuǎn)速度接近于成像導(dǎo)管近端的平均旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的情況下，許多實(shí)施例涉及頻繁地或連續(xù)地改變旋轉(zhuǎn)速度，并且在成像導(dǎo)管的近端和遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)速度之間獲得的穩(wěn)定狀態(tài)的呈現(xiàn)可能并不可靠。為此，成像導(dǎo)管遠(yuǎn)端附近或者結(jié)合到成像組件中的旋轉(zhuǎn)編碼器可以是有益的。光學(xué)式、阻抗式或者其它旋轉(zhuǎn)編碼器可以在此使用。

旋轉(zhuǎn)部件附近的非旋轉(zhuǎn)部件上的光學(xué)圖案可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)部件上的光學(xué)接收器而進(jìn)行觀察。該光學(xué)圖案可以與圍繞非旋轉(zhuǎn)部件的周邊延伸的線(xiàn)條圖案一樣簡(jiǎn)單，并且每次經(jīng)過(guò)線(xiàn)條，光學(xué)接收器便產(chǎn)生光學(xué)或電信號(hào)從而指示出該線(xiàn)條已被經(jīng)過(guò)。線(xiàn)條之間的間隔代表已知的旋轉(zhuǎn)度?？商娲兀墒褂脙蓚€(gè)接收器來(lái)實(shí)現(xiàn)正交編碼，除了關(guān)于旋轉(zhuǎn)位移的增量的信息之外，還提供方向信息。

可替代地，編碼器能夠通過(guò)使用多個(gè)接收器以及光學(xué)圖案(例如通常用在較大規(guī)模旋轉(zhuǎn)編碼器中的格雷編碼)來(lái)對(duì)位置進(jìn)行編碼。可替代地，所吸收的、反射的、或者以其它方式從光學(xué)圖案發(fā)射出的光的波長(zhǎng)光譜可以表示絕對(duì)位置。薄膜、衍射光柵以及其它光學(xué)表面或部件可以被用于該目的?？商娲兀鈱W(xué)圖案可以在旋轉(zhuǎn)部件上并且光學(xué)接收器可以在非旋轉(zhuǎn)部件上。

旋轉(zhuǎn)編碼器的其它實(shí)施可包括阻抗式旋轉(zhuǎn)編碼器，成像導(dǎo)管遠(yuǎn)端附近的一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)，導(dǎo)管內(nèi)的受信界標(biāo)(fiduciarylandmarks)或特征的識(shí)別。例如，成像套的厚度可以作為圍繞縱向軸線(xiàn)的角度的函數(shù)而發(fā)生改變。

圖14a用150示出了包括編碼圖案156的成像探頭的實(shí)施例，該編碼圖案156包括在套152內(nèi)，用于對(duì)成像組件160的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行編碼，該套152設(shè)置在成像組件160后面。在成像組件160附近或者之內(nèi)放置有非旋轉(zhuǎn)編碼圖案156，非旋轉(zhuǎn)編碼圖案156沿著成像探頭的一部分長(zhǎng)度自由地行進(jìn)。這樣，盡管成像導(dǎo)管34和成像組件160可以旋轉(zhuǎn)，但是光學(xué)編碼圖案156不會(huì)旋轉(zhuǎn)。在該示例中，編碼圖案具有突出結(jié)構(gòu)158，該突出結(jié)構(gòu)158被沿著外套長(zhǎng)度的類(lèi)似成形的通道容納。一個(gè)或多個(gè)突出結(jié)構(gòu)在相鄰的成像組件160和成像導(dǎo)管34旋轉(zhuǎn)的時(shí)候阻止光學(xué)編碼器旋轉(zhuǎn)。

成像探頭的旋轉(zhuǎn)部?jī)?nèi)的信號(hào)線(xiàn)被引向編碼器，便于讀取旋轉(zhuǎn)位置。在該示例中，非成像光纖164被引入用于將光線(xiàn)照射到光學(xué)編碼器元件156上。照射光線(xiàn)以取決于旋轉(zhuǎn)角度的方式與光學(xué)編碼器相互作用。光線(xiàn)隨后從光學(xué)編碼器元件156行進(jìn)返回穿過(guò)非成像光纖164。光纖164的近端可以連接到成像探頭近端的光檢測(cè)器或者其它光學(xué)傳感器，并且將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以隨后通過(guò)適配器傳送到成像系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于成像組件可以在外套內(nèi)平移而不會(huì)影響檢測(cè)旋轉(zhuǎn)位置的能力。

編碼圖案156的實(shí)施例的進(jìn)一步細(xì)節(jié)以及用于在成像探頭上編碼的其它實(shí)施例在與本申請(qǐng)同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)11/……中公開(kāi)，名稱(chēng)為“medicalimagingprobewithrotaryencoder(具有旋轉(zhuǎn)編碼器的醫(yī)療成像探頭)”，在此通過(guò)引用將該申請(qǐng)全部并入。

可變形或可傾斜部件獲得期望成像角度的性能可以通過(guò)將可變形或可傾斜部件以機(jī)械方式連接到另一個(gè)可變形或可傾斜部件而得以提高。圖15顯示了包括能量偏轉(zhuǎn)部件的遠(yuǎn)端可傾斜部件650的示例。遠(yuǎn)端能量偏轉(zhuǎn)部件經(jīng)由每端都具有連接點(diǎn)653的連接器652以機(jī)械方式連接到更加近端的第二可傾斜部件651，其中所述連接器連接到兩個(gè)可傾斜部件中的每一個(gè)。相比于設(shè)計(jì)到第一可傾斜部件中(例如由更密集的材料制成)，第二可傾斜部件對(duì)獲得期望的成像角度可具有更好的特性。可替代地，通過(guò)設(shè)置應(yīng)變儀或者其它用于測(cè)量成像角度的部件，第二可傾斜部件可提供優(yōu)點(diǎn)。

參考圖16a，為了允許通過(guò)超聲和光學(xué)裝置在同一方向上成像，提供了超聲傳感器，其允許光能行進(jìn)穿過(guò)傳感器中的導(dǎo)管?；旧?，壓電材料被改變從而具有穿過(guò)其基板的開(kāi)口，例如孔。電接觸器400被引導(dǎo)到傳感器的聲學(xué)基板402的任一側(cè)上的導(dǎo)電層401。光纖403提供光學(xué)導(dǎo)管用于進(jìn)行光學(xué)成像?？蛇x光學(xué)隔離件780和grin透鏡405或者其它光學(xué)部件可以處于聲學(xué)基板402的開(kāi)口407中，如圖16a中所示。來(lái)自光纖的光學(xué)成像能量被導(dǎo)向能夠繞樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)626傾斜的可傾斜部件70?？蓛A斜部件包括反射表面。根據(jù)需要結(jié)合有壓電材料任一側(cè)上的導(dǎo)電層401，用于向壓電施加電壓。

擋塊781以及磁體782被示為成像組件的一部分?？蓛A斜部件70上還具有第二磁體784。磁體用作回復(fù)力的多個(gè)可能來(lái)源中的一個(gè)，該回復(fù)力趨向于使可傾斜部件與擋塊781接觸。在較高旋轉(zhuǎn)速度下，可傾斜部件70將繞著其樞轉(zhuǎn)軸線(xiàn)626傾斜離開(kāi)擋塊781，導(dǎo)致成像角度的改變。由此，圖16a顯示了與能夠以多個(gè)成像角度進(jìn)行側(cè)向觀察的掃描機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的成像探頭10的實(shí)施例。

圖16b描繪了類(lèi)似的實(shí)施例，不同之處在于磁體782是電磁體785，其中導(dǎo)電回路786從成像探頭的近端延伸到電磁體785，從而向電磁體提供電流。通過(guò)改變電磁體785產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，能夠調(diào)節(jié)可傾斜部件70的回復(fù)力，這可能是使用中所期望的。該特定實(shí)施例中的傾斜機(jī)構(gòu)并不取決于向心加速度。因此，通過(guò)使用電磁體和被電磁體影響的可傾斜部件，例如通過(guò)在可傾斜部件上具有第二磁體，還可以獨(dú)立于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生掃描圖案。磁力的使用能夠應(yīng)用到用于前方觀察成像(如圖5a至5i所示)的實(shí)施例以及使用可變形部件(如圖10a和10b所示)來(lái)改變成像角度的實(shí)施例。類(lèi)似地，如果可傾斜部件或可變形部件不包括磁體，那么使可傾斜或可變形部件在第一方向上扭轉(zhuǎn)的力可以由其它裝置來(lái)提供，例如彈簧、懸臂以及上面所述用于回復(fù)力的其它裝置。然后可使用電可控電磁力使可傾斜或可變形部件在相反方向上扭轉(zhuǎn)。

在圖16c中示出了用于側(cè)向觀察的替代性實(shí)施例，其使用非磁性回復(fù)力與向心力相結(jié)合，用于能夠進(jìn)行側(cè)向觀察成像。擋塊80和82限制可傾斜部件70的運(yùn)動(dòng)范圍。懸臂線(xiàn)640安裝在柱787上并且與可傾斜部件70的表面接觸。

在較高旋轉(zhuǎn)速度下，可傾斜部件將進(jìn)行樞轉(zhuǎn)(沿圖16c中的逆時(shí)針?lè)较?并且引起成像角度的改變。

如本發(fā)明一些實(shí)施例中所示，可以期望超聲與一個(gè)或多個(gè)與本發(fā)明得掃描機(jī)構(gòu)共同使用的光學(xué)成像裝置的組合。圖16a至16c描繪了超聲傳感器如何能夠與光學(xué)成像發(fā)射器和/或接收器相結(jié)合的示例。

圖17a至17g同樣描繪了用于將超聲傳感器與光學(xué)成像發(fā)射器和/或接收器相結(jié)合的多個(gè)實(shí)施例。這些實(shí)施例包括有用于光學(xué)成像發(fā)射器和/或接收器的偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，例如平面鏡或棱鏡。

參考圖17a，設(shè)有成像子組件399，該子組件399被設(shè)置成允許通過(guò)聲學(xué)和光學(xué)裝置在同一方向上成像，從而利用允許光能行進(jìn)穿過(guò)傳感器中導(dǎo)管的聲學(xué)傳感器。重要地，探頭399使用聲學(xué)傳感器402，該傳感器402經(jīng)過(guò)改變從而具有穿過(guò)其基板的光學(xué)傳送通道。聲學(xué)傳感器402可以是本領(lǐng)域公知的任何種類(lèi)的超聲傳感器，例如壓電成分(例如pzt或者pvdf)，復(fù)合材料傳感器或單晶傳感器。

電接觸器400被引導(dǎo)到傳感器的聲學(xué)基板402的任一側(cè)上的導(dǎo)電層401。光纖403提供用于能夠進(jìn)行光學(xué)成像的光學(xué)導(dǎo)管。一個(gè)或多個(gè)匹配層可以增加到傳感器的發(fā)射表面，例如環(huán)氧樹(shù)脂層(例如銀或銅導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂層，其還可以功能性地用作驅(qū)動(dòng)傳感器的一個(gè)或兩個(gè)電極)，或者聚合物(例如聚對(duì)二甲苯或者pvdf)。

光學(xué)傳送通道407由多種技術(shù)中的任何一種制成，例如精密鉆孔、激光燒蝕、光刻，包括模具中用于產(chǎn)生開(kāi)口的結(jié)構(gòu)和其它方式。

根據(jù)需要結(jié)合有壓電材料402的任一側(cè)上的導(dǎo)電層401，用于向壓電施加電壓。開(kāi)口407直接連接到光學(xué)波導(dǎo)管403，或者通過(guò)一個(gè)或多個(gè)反射鏡404或者棱鏡以及一個(gè)或多個(gè)透鏡405連接到光學(xué)波導(dǎo)管403。

如圖17b所示，來(lái)自光纖的光可以向著反射鏡(或棱鏡)404被引導(dǎo)，該反射鏡404使來(lái)自光纖的光線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且穿過(guò)光學(xué)傳送通道407?？商娲兀鐖D17c所示，可使用棱鏡397來(lái)使光線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且穿過(guò)光學(xué)傳送通道。作為整個(gè)內(nèi)部反射的結(jié)果或者在其偏轉(zhuǎn)表面上的反射涂層的幫助下，棱鏡397可以使光線(xiàn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。棱鏡397可以是固定到沿著光通路的適當(dāng)位置的單獨(dú)光學(xué)部件。例如，它可以通過(guò)粘結(jié)方法(例如uv固化膠)而在光纖端部上、透鏡上或者隔離件上膠結(jié)到適當(dāng)位置?？商娲?，沿著光通路連接未包層光纖并且在期望長(zhǎng)度處切掉未包層光纖的節(jié)段能夠被用于制成棱鏡。包層光纖的節(jié)段可被切除和/或拋光以獲得期望的角度。mao在前面引用的參考文獻(xiàn)中描述了該方法。

同樣參考圖17c，光學(xué)透明窗口409可選地設(shè)置在光學(xué)傳送通道407的端部,并且該通道內(nèi)的任何未占用空間都充有氣體、流體或者光學(xué)透明材料，例如玻璃或者本領(lǐng)域公知的多種透明聚合物中的任何一種。窗口409的用途是防止在通道407中產(chǎn)生或保留不希望的氣泡并且保護(hù)光學(xué)傳送通道407中的部件。

如圖17d所示，理想的是使通道407內(nèi)是氣體而不是流體或固體材料，從而提高某些光學(xué)部件例如曲面透鏡424(可以是球透鏡)的折射能力。

如圖4e至4g所示，grin透鏡405或者其它光學(xué)部件可以鄰近光纖403的遠(yuǎn)端，位于光纖403與沿著光學(xué)通路的偏轉(zhuǎn)平面鏡或棱鏡404之間。在這種情況下，聲學(xué)基板402中的開(kāi)口可以不具有任何光學(xué)部件并且僅僅容納光學(xué)透明材料或者被窗口409所覆蓋。

參考圖17f，光學(xué)隔離件433位于光纖403的遠(yuǎn)端與grin透鏡405之間。光學(xué)隔離件元件433可包括光學(xué)透明介質(zhì)，例如未包層光纖、玻璃、塑料、充有氣體的間隙或者充有流體的間隙。光學(xué)隔離件元件433的使用有助于減小光學(xué)部件的對(duì)準(zhǔn)和尺寸所需的精度，從而獲得期望的焦距。

可替代地，參見(jiàn)圖17g，棱鏡或反射鏡404的路徑長(zhǎng)度可以作為光纖遠(yuǎn)端與透鏡之間的光學(xué)隔離件的全部或者一部分。利用光線(xiàn)必須行進(jìn)穿過(guò)反射鏡或棱鏡404的距離來(lái)替代功能性光學(xué)隔離件的一部分的優(yōu)點(diǎn)在于，聚焦元件(例如grin透鏡405或其它透鏡)更加靠近被成像的區(qū)域，由此提高了光學(xué)成像系統(tǒng)的有效工作距離。在一些情況下，透鏡405可以偏離光學(xué)傳送通道的任一邊緣，從而獲得期望的聚焦深度，如圖17g所示。

可與這里公開(kāi)的掃描機(jī)構(gòu)共同使用的各種組合式ivus/oct裝置的其它細(xì)節(jié)公開(kāi)在與本申請(qǐng)同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)no.11/……中，名稱(chēng)為“imagingprobewithcombinedultrasoundandopticalmeansofimaging(具有組合式超聲和光學(xué)成像裝置的成像探頭)”，在此通過(guò)引用將該申請(qǐng)全部并入。

圖18a至18d描繪了可傾斜偏轉(zhuǎn)部件，其具有與聲學(xué)反射表面截然不同的光學(xué)反射表面。圖18a是偏轉(zhuǎn)件的透視圖，該偏轉(zhuǎn)件的側(cè)面具有用于容納銷(xiāo)的孔，偏轉(zhuǎn)件可以在成像組件內(nèi)繞所述銷(xiāo)樞轉(zhuǎn)。圖18b示出了在偏轉(zhuǎn)件中心附近穿過(guò)偏轉(zhuǎn)件的橫截面。可以看到用于容納銷(xiāo)465的所述孔。頂層是平坦的光學(xué)反射層461。在該光學(xué)反射層下方是基本聲學(xué)透明層462，該透明層462位于光學(xué)反射層和聲學(xué)反射基板463之間。這種裝置可以通過(guò)使用聲學(xué)反射材料(例如不銹鋼)的盤(pán)體并且鉆出必要的孔或者凹口從而使得偏轉(zhuǎn)件能夠最終安裝到成像組件中而構(gòu)造成。可以在盤(pán)體的一個(gè)面上制出拋物線(xiàn)或球狀凹口。鋸齒狀表面可以隨后被填充聲學(xué)透明介質(zhì)，例如tpx。光學(xué)反射膜，例如薄的金膜，可以隨后被添加到聲學(xué)透明介質(zhì)的頂表面上。圖18c和18d示出了這種偏轉(zhuǎn)件在距離盤(pán)體中心的不同點(diǎn)處的橫截面視圖。

圖19a至19h顯示了本發(fā)明的成像探頭結(jié)合一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向部件的使用。可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)，例如來(lái)自cordis的steer-it引導(dǎo)線(xiàn)是可獲得的，其中線(xiàn)的遠(yuǎn)端部分可以由操作者可控制地偏轉(zhuǎn)。類(lèi)似地，可轉(zhuǎn)向?qū)Ч?，例如那些使用由badger(美國(guó)專(zhuān)利no.4,898,577)描述的機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管是可以獲得的，其中操作者可控地偏轉(zhuǎn)導(dǎo)管的遠(yuǎn)端尖端。圖19a顯示了具有引導(dǎo)線(xiàn)腔的成像探頭440的柔性實(shí)施例的遠(yuǎn)端部分，其中可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)441基本上處于成像探頭的外套的引導(dǎo)線(xiàn)腔內(nèi)。圖19b顯示了可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)如何引起成像探頭遠(yuǎn)端區(qū)域的偏轉(zhuǎn)。

圖19c顯示了成像探頭440的基本上位于可轉(zhuǎn)向?qū)Ч?42內(nèi)的的遠(yuǎn)端部分。引導(dǎo)線(xiàn)443還可以延伸穿過(guò)成像探頭。引導(dǎo)線(xiàn)是可轉(zhuǎn)向的或者可以是傳統(tǒng)的非可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)。圖19d顯示了可轉(zhuǎn)向?qū)Ч艿钠D(zhuǎn)如何引起成像探頭遠(yuǎn)端區(qū)域的偏轉(zhuǎn)。

可替代地，允許在可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)或可轉(zhuǎn)向?qū)Ч苤修D(zhuǎn)向的相同機(jī)構(gòu)可被直接結(jié)合到成像探頭中。

圖19e至19h更加具體地顯示出可轉(zhuǎn)向部件如何能夠與成像探頭結(jié)合使用從而便于穿過(guò)血管的堵塞腔。在圖19e中，可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)441基本上位于成像探頭440內(nèi)。當(dāng)成像探頭前進(jìn)到血管445的堵塞段附近時(shí)，成像裝置具有由能夠由成像探頭獲得的成像角度446的范圍極限所確定的視場(chǎng)。可轉(zhuǎn)向引導(dǎo)線(xiàn)可以被控制從而使成像探頭和引導(dǎo)線(xiàn)偏轉(zhuǎn)到期望的定向，如圖19f所示。引導(dǎo)線(xiàn)能夠隨后在圖像引導(dǎo)下前進(jìn)到堵塞段中。如果希望的話(huà)，線(xiàn)的前進(jìn)的圖像引導(dǎo)可以有助于確保線(xiàn)在前進(jìn)時(shí)保持在血管壁邊界447之內(nèi)。引導(dǎo)線(xiàn)可具有諸如親水涂層的屬性，或者具有足夠的硬度從而便于堵塞段的最初刺穿。成像探頭440能夠隨后前進(jìn)到線(xiàn)441上方的堵塞段445中。成像、使線(xiàn)轉(zhuǎn)向、使線(xiàn)前進(jìn)和/或使成像探頭前進(jìn)的反復(fù)過(guò)程能夠用來(lái)幫助刺穿堵塞段。

可選地，如圖19g所示，引導(dǎo)線(xiàn)可包括可膨脹部件，例如膨脹氣球448和膨脹腔(不可見(jiàn))，從而便于在堵塞中產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域，體積較大的成像探頭能夠更容易地前進(jìn)到該區(qū)域中。成像、使線(xiàn)轉(zhuǎn)向、使線(xiàn)前進(jìn)和/或使成像探頭前進(jìn)的反復(fù)過(guò)程能夠用來(lái)幫助刺穿堵塞段。圖19h顯示了成像探頭已經(jīng)前進(jìn)到堵塞段中，下一個(gè)反復(fù)點(diǎn)可從此處開(kāi)始。

圖20a描繪了另一個(gè)實(shí)施例，用于使可傾斜部件能夠作為成像組件旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)而影響成像角度的變化。可傾斜偏轉(zhuǎn)部件501安裝在銷(xiāo)502上。聲學(xué)傳感器503和光學(xué)發(fā)射器/接收器504被包括在內(nèi)，同樣包括有用于最大成像角度的第一擋塊505以及用于最小成像角度的第二擋塊506。加重彈性部件被連接到可傾斜部件并且連接到成像組件或者成像導(dǎo)管。加重彈性部件可包括鎳鈦諾桿507，該桿507連接有不銹鋼配重508或者由其它適當(dāng)材料制成。在低旋轉(zhuǎn)速度下，彈性部件呈現(xiàn)出如圖20a所示的相對(duì)直線(xiàn)輪廓。隨著旋轉(zhuǎn)速度增加，加重彈性部件的向心力將使配重向成像組件的壁移動(dòng)。隨后，彈性部件將會(huì)變形并且引起偏轉(zhuǎn)部件改變其傾斜角度，如圖20b所示。這種配置增加了本發(fā)明可靠地獲得期望成像角度的能力。

圖像重建

盡管上面描述了用于改變成像角度的多個(gè)實(shí)施例，但是假定、估計(jì)、測(cè)量(直接地或間接地)或者以其它方式得出與獲得的成像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的成像角度及旋轉(zhuǎn)角度將是有幫助的。成像數(shù)據(jù)的每個(gè)像素或者樣本可以與以下相關(guān)聯(lián)：1)繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的角度，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)角度，2)距離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的角度，稱(chēng)為成像角度，以及可選地，3)距離成像組件內(nèi)或者附近的參考點(diǎn)的距離，例如距離成像接收器或者距離成像偏轉(zhuǎn)部件的距離。這兩個(gè)角度和可選的距離測(cè)定值可被用來(lái)幫助重建成像物體/組織的3d幾何形狀。

在超聲中，與傳感器或偏轉(zhuǎn)部件之間的距離是基于超聲信號(hào)的傳送時(shí)間結(jié)合聲音速度而估算出來(lái)的。在光學(xué)相干斷層成像中，與光學(xué)回路的接收端或者偏轉(zhuǎn)表面之間的距離是利用干涉測(cè)量法或者稱(chēng)為光頻區(qū)域成像(ofdi)的技術(shù)來(lái)測(cè)量的。對(duì)于光學(xué)相干斷層成像，被成像的深度范圍或者“窗口”通常選擇成使系統(tǒng)的性能最優(yōu)化。窗口尺寸可以從小到4微米到大到數(shù)毫米，并且基于系統(tǒng)的性能需要而選擇，例如每個(gè)時(shí)間間隔獲取的像素或矢量的數(shù)目以及穿過(guò)其發(fā)生成像的介質(zhì)(例如血液、組織、空氣和/或清液)的光學(xué)特性。對(duì)于血管鏡法以及由amundson所描述的紅外成像法，盡管能夠通過(guò)兩套本發(fā)明中的光學(xué)發(fā)射器和/或接收器實(shí)現(xiàn)立體視覺(jué)將有助于一些深度感知，但是卻沒(méi)有距離信息。

在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，成像角度或旋轉(zhuǎn)角度可以不受關(guān)注并且改變成像角度而不需要真實(shí)知曉成像角度的能力將會(huì)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的充分改進(jìn)。

然而，在多種情況下，成像角度受到關(guān)注，用于產(chǎn)生成像區(qū)域的足夠的2d或3d表示和/或用于在成像區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。多種方法可被用于得到成像角度。在最簡(jiǎn)單的情況下，成像角度可以是旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。由此，成像組件的旋轉(zhuǎn)速度的估測(cè)或測(cè)量可以基于從試驗(yàn)或第一原理中導(dǎo)出的函數(shù)或查表而被映射到成像角度的估測(cè)。在許多情況下，旋轉(zhuǎn)速度是隨時(shí)間改變的函數(shù)，并且用于將旋轉(zhuǎn)速度映射到成像角度的機(jī)構(gòu)可以不僅僅使用瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度作為映射方案的輸入，而是還可結(jié)合已經(jīng)發(fā)生或計(jì)劃在該時(shí)刻附近發(fā)生的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)可傾斜部件或可彎曲部件不顯著地受到施加給成像組件的外力的影響時(shí)，這種簡(jiǎn)單地將旋轉(zhuǎn)速度映射到成像角度的處理是最適合的。例如，除非可傾斜部件的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)穿過(guò)可傾斜部件的近似質(zhì)心，否則重力在可傾斜部件上的作用將會(huì)大大地影響實(shí)際成像角度，從而使基于成像角度假定而得到的成像或者任何測(cè)量值失真。

傾斜角度隨時(shí)間的變化可以適當(dāng)?shù)丶俣榻咏A(yù)先選定的參數(shù)式函數(shù)或者隨機(jī)函數(shù)，其可被用作成像重建過(guò)程的輸入。預(yù)先選定的成像角度函數(shù)可取決于探頭類(lèi)型以及施加到電機(jī)控制器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制序列。用戶(hù)能夠通過(guò)改變參數(shù)式函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或者通過(guò)調(diào)節(jié)隨機(jī)函數(shù)的隨機(jī)點(diǎn)而調(diào)整成像函數(shù)并且由此調(diào)整重建的圖像。

成像角度更直接的評(píng)定也是可能的?？商砑討?yīng)變儀來(lái)評(píng)定可彎曲或可傾斜部件的旋轉(zhuǎn)或變形。可替代地，光學(xué)傾斜編碼界面可被結(jié)合到可傾斜或可彎曲部件中，并且通過(guò)單獨(dú)的光纖通道或者利用局部led和光檢測(cè)器而被監(jiān)測(cè)。例如，光纖可以將光引向可傾斜或可彎曲部件的表面，并且往回反射到光纖中光的強(qiáng)度可以作為傾斜角度的函數(shù)而發(fā)生改變。該強(qiáng)度可以利用編碼器的光纖近端的光檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)。

可以使用阻抗式、電容式、磁性以及感應(yīng)式編碼器?？商娲?，由成像能量獲取的信息可以用來(lái)提供成像角度的評(píng)定。例如，在成像組件包括用于超聲或光學(xué)相干斷層成像的能量偏轉(zhuǎn)表面的情況下，大部分成像能量將沿成像角度的方向被反射。然而，還有少量的成像能量朝成像能量接收器被反射。通過(guò)在反射表面的平滑度或紋理上進(jìn)行小的改變從而使其成為不完全的光學(xué)反射器，能夠增加往回反射的成像能量的量。

使用傳統(tǒng)的在超聲或oct成像中使用的用于測(cè)量距離的技術(shù)，能夠確定距離接收器和偏轉(zhuǎn)部件之間的距離。由此，如果由于傾斜或者彎曲使得成像能量在其上發(fā)生偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)表面區(qū)域改變了與成像接收器之間的距離，那么可使用該距離通過(guò)三角定律來(lái)確定成像角度。

oct成像比超聲成像具有高得多的分辨率，因此在很多情況下優(yōu)選使用oct接收器來(lái)測(cè)量距離的改變，作為成像角度改變的替代標(biāo)記?？商娲?，成像組件的殼或者成像組件的其它結(jié)構(gòu)可以用作產(chǎn)生可由聲學(xué)或光學(xué)裝置檢測(cè)到的反射的界面。這種界面由此提供了可以使用的內(nèi)在界標(biāo)(intrinsiclandmark)。由此，能夠檢測(cè)接收器和該界面之間或者偏轉(zhuǎn)件和該界面之間的路徑長(zhǎng)度的距離。如果該路徑長(zhǎng)度作為成像角度的函數(shù)(由于殼的形態(tài))而改變，那么隨后可以推導(dǎo)出成像角度。

結(jié)合到成像系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)可被用來(lái)自動(dòng)地檢測(cè)由偏轉(zhuǎn)表面或者由內(nèi)在界標(biāo)界面產(chǎn)生的反射，并且將關(guān)于成像角度的信息提供給成像系統(tǒng)的其它部件。這種信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)硬件或軟件檢測(cè)系統(tǒng)或者兩者的組合而實(shí)現(xiàn)。

在傳統(tǒng)2d顯示屏上顯示3d數(shù)據(jù)可以以多種方式實(shí)施，包括連續(xù)的2d圖像以及醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域公知的其它方法。例如，2d圖像可以表示切過(guò)3d空間的任意平面、最大強(qiáng)度投影圖像、多平面重新格式化圖像以及多種其它形式。還可以以極坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)，例如使用坐標(biāo)(旋轉(zhuǎn)角度、成像角度、距離)。3d空間中基于極坐標(biāo)的任意表面可以被選擇出來(lái)用于顯示。例如，可以顯示在旋轉(zhuǎn)角度范圍和距離范圍內(nèi)與單個(gè)成像角度對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的實(shí)施例可以與用于介入的裝置共同使用或者結(jié)合到該裝置中，所述裝置例如為用于心臟血管介入的裝置，如血管成形術(shù)球囊、粥樣斑塊切除裝置、支架輸送系統(tǒng)或者局部給藥系統(tǒng)。該實(shí)施例還可以與便于進(jìn)行活組織檢查、射頻燒蝕、切除、燒灼、局部短程治療、冷凍療法、激光燒蝕或者聲波燒蝕的裝置共同使用或者結(jié)合到該裝置中。

特別地，使用當(dāng)前裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)組織的激光或聲學(xué)燒蝕可以通過(guò)使用圖像掃描機(jī)構(gòu)將較高功率的光學(xué)或聲學(xué)能量引導(dǎo)到目標(biāo)區(qū)域而便容易。例如，在使用oct或者本發(fā)明描述的成像探頭的超聲實(shí)施例對(duì)血管區(qū)域進(jìn)行成像的同時(shí)，可以通過(guò)用戶(hù)界面對(duì)傳送治療的區(qū)域進(jìn)行選擇。隨后，當(dāng)掃描機(jī)構(gòu)被定向用于沿期望方向運(yùn)送能量時(shí)，可以不時(shí)地傳送強(qiáng)大的能量脈沖。例如，激光能量脈沖可以沿著用于光學(xué)成像的同一光纖進(jìn)行傳送，被那些包括偏轉(zhuǎn)部件的實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)部件所偏轉(zhuǎn)，并且朝著目標(biāo)組織前進(jìn)以達(dá)到期望的效果。激光能量的脈沖正時(shí)與成像探頭實(shí)現(xiàn)的掃描圖案相協(xié)調(diào)合，從而將能量導(dǎo)向目標(biāo)區(qū)域。

如前所述，oct與ivus的組合對(duì)于成像探頭是有用的，這是由于這兩種形式中的一種(優(yōu)選為oct，由于它的分辨率較高)可以用于評(píng)定成像角度。另外，oct與ivus的組合是非常有用的，因?yàn)檫@兩種形式通常向彼此提供互補(bǔ)信息，例如在評(píng)定血斑結(jié)構(gòu)和功能時(shí)。當(dāng)來(lái)自?xún)煞N形式的圖像正確地彼此映射時(shí)，可以有助于提供合成圖像，其提供了關(guān)于被評(píng)定組織的重要信息。實(shí)際上，由本發(fā)明中描述的各種聲學(xué)和光學(xué)成像方式產(chǎn)生的任何成像數(shù)據(jù)都能夠可能地進(jìn)行組合，以提高受訪組織的評(píng)定。

此外，制造具有調(diào)整其成像角度的前方觀察成像探頭的能力提高了使用前方觀察成像來(lái)替代熒光成像的可能性，以用于顯現(xiàn)血管樹(shù)或者解剖空間的其它集合。隨著探頭前進(jìn)到人體中，便獲得成像數(shù)據(jù)的3d空間獲得。如果成像數(shù)據(jù)的連續(xù)3d空間充分地交迭，那么將一系列3d圖像組合在一起以形成3d成像數(shù)據(jù)的擴(kuò)展集的可能性便變得具有吸引力。例如，如果獲得空間(i)并且隨后獲得空間(i+1)，那么來(lái)自這兩個(gè)空間的成像數(shù)據(jù)都能夠進(jìn)行一系列變換，例如平移、旋轉(zhuǎn)以及拉伸，其中兩個(gè)空間的交迭區(qū)域內(nèi)的特征相互匹配。這可以通過(guò)使用自相關(guān)技術(shù)以及其它公知的用于將2d或3d成像數(shù)據(jù)縫合在一起的技術(shù)而便容易。

血管鏡法和紅外成像同樣能夠基于本發(fā)明而獲得特定的優(yōu)點(diǎn)。通常地，血管鏡法和紅外成像依賴(lài)于光纖束的使用來(lái)產(chǎn)生圖像。被成像的空間或表面被跨越期望波長(zhǎng)范圍的光照亮，并且往回反射的光提供了處于視場(chǎng)中的界面的圖像。對(duì)于血管鏡法，波長(zhǎng)范圍基本上跨越了可見(jiàn)光譜，同時(shí)對(duì)于紅外成像，使用amundson描述的更為精選的較長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍來(lái)提高對(duì)血液的穿透性。對(duì)于傳統(tǒng)的血管鏡法和紅外成像，光纖束中光纖的數(shù)目對(duì)系統(tǒng)分辨率以及視場(chǎng)的尺寸產(chǎn)生影響。然而，向光纖束中增加更多的光纖增加了光纖束的尺寸并且減小了光纖束的柔性。

本發(fā)明能夠通過(guò)需要較少的光纖來(lái)進(jìn)行期望的成像而克服這些限制。在最簡(jiǎn)單的情況下，使用單根光纖。通過(guò)使用可傾斜或可彎曲部件來(lái)用單個(gè)光學(xué)接收器掃描區(qū)域的能力提供了減少用來(lái)掃描相同關(guān)注區(qū)域的光纖數(shù)目的能力。在這種情況下，期望波長(zhǎng)范圍內(nèi)的照明光被傳送到要成像的區(qū)域，例如通過(guò)連接到光源的單獨(dú)光纖，位于成像組件附近的led照明器，或者通過(guò)接收往回反射光線(xiàn)的同一光纖。不需要光纖束來(lái)進(jìn)行這種成像的優(yōu)點(diǎn)可能地包括更加柔性的成像探頭、較小的成像探頭、所需光檢測(cè)器數(shù)目減少(其中用于紅外成像的光檢測(cè)器陣列是昂貴的)以及使用少量(例如一個(gè)到十個(gè))高度專(zhuān)用化光檢測(cè)器而不是專(zhuān)用度較低的光檢測(cè)器的大型陣列(例如超過(guò)64*64個(gè)元件的陣列)。

光檢測(cè)器可以針對(duì)它們波長(zhǎng)特征以及它們的靈敏度而進(jìn)行改變。與光纖束系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括需要從掃描數(shù)據(jù)重建圖像，可能的較低信噪比，以及由于掃描機(jī)構(gòu)中用于獲得期望掃描圖案的可能的保真度缺陷而導(dǎo)致的圖像失真。

通過(guò)使照明光在成像發(fā)生的方向上聚焦成狹窄光束，血管鏡法或紅外成像中單個(gè)光纖實(shí)施例的信噪比能夠得到提高。這可以通過(guò)使照明光沿著同一光纖傳送并且穿過(guò)成像組件中接收成像光的相同透鏡來(lái)完成。由于被透鏡和光纖接收的光中基本上略去了那些在使用更加散射的照明器時(shí)將會(huì)從相鄰空間散射的光，因此這在成像是穿過(guò)散射介質(zhì)(例如血液)時(shí)具有特別的優(yōu)點(diǎn)。

胃腸內(nèi)窺鏡法、陰道鏡法、支氣管鏡法、腹腔鏡法、喉鏡法、膀胱鏡法、耳鏡法以及眼底鏡法都是本發(fā)明中描述的掃描機(jī)構(gòu)可以適用的應(yīng)用示例，用于以類(lèi)似于血管鏡法或紅外成像的方式使用。柔性和/或小型化成像探頭的非醫(yī)學(xué)使用有多種，其中本發(fā)明中描述的掃描機(jī)構(gòu)被用于產(chǎn)生圖像，例如在可見(jiàn)或紅外光譜中得到的圖片。

成像探頭12及其部件可以根據(jù)解剖學(xué)位置和用于由成像探頭12實(shí)現(xiàn)的成像的目的而具有多種尺寸和特性。例如，為了在心臟血管系統(tǒng)(包括心腔)中使用，成像探頭12優(yōu)選是細(xì)長(zhǎng)且柔性的，長(zhǎng)度范圍為5至3000mm，優(yōu)選為300mm至1600mm的長(zhǎng)度范圍。成像導(dǎo)管34和成像組件30可具有范圍為200微米至10mm的最大橫截面尺寸，優(yōu)選地范圍為500微米至8mm。成像導(dǎo)管34和成像組件30都可以被外套48所環(huán)繞。這將會(huì)使得成像導(dǎo)管34和成像組件30在外套內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)以機(jī)械方式使這兩個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與周?chē)M織隔離。

在一些情況下，本發(fā)明的實(shí)施例可被使用在成像導(dǎo)管非常短或者并非十分需要的情況下。例如，成像組件可以直接地連接到微型馬達(dá)、渦輪機(jī)或者具有快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軸。使用向心加速度致使聲學(xué)或光學(xué)成像裝置中成像角度的改變可以被結(jié)合到這樣實(shí)施例中。

在又一實(shí)施例中，成像探頭12在胃腸系統(tǒng)中的使用通常具有細(xì)長(zhǎng)及柔性的成像探頭12，長(zhǎng)度范圍為50mm至6000mm，優(yōu)選為300mm至2000mm。最大橫截面尺寸的范圍一般為3mm至20mm。

在又一實(shí)施例中，成像探頭12通過(guò)經(jīng)皮裝置而對(duì)軟組織進(jìn)行成像的使用會(huì)使成像探頭具有剛性軸。外套可由剛性中空軸替代，例如不銹鋼管，然而多種其它聚合物、金屬以及甚至陶瓷在功能上都是適合的。

這里使用的術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”被解釋成包含性的以及開(kāi)放性的，而不是排它的。具體地，當(dāng)使用在本說(shuō)明書(shū)包括權(quán)利要求中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”及其變體意味著包含指定的特征、步驟或部件。這些術(shù)語(yǔ)不被解釋成排除其它特征、步驟或部件。

對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前述描述被用來(lái)解釋本發(fā)明的原理，并不是將本發(fā)明限制到所示的特定實(shí)施例。旨在使本發(fā)明的范圍由包括在權(quán)利要求及其等同設(shè)置范圍內(nèi)的所有實(shí)施例限定。