[发明专利]用于光声成像的紧凑激光器和有效脉冲递送

说明书

技术领域

本发明涉及光声(PA)探头并且更具体地涉及用于指引来自波长转换组件的输出的PA探头。

背景技术

前哨淋巴结活检是通过其对癌症进行分期以及判断癌症将经由淋巴系统转移的风险的手段。前哨淋巴结是从肿瘤接收淋巴排出物的第一结。如果癌症己经扩散到前哨淋巴结，则其可能己经扩散更远。放射示踪剂和/或非电离蓝色染料被应用于方便活检。借助于外科手术和临床医师到身体组织上的直视来在视觉上区分远离肿瘤的蓝色排出路径。

光声成像是将超声分辨率与光学对比度相组合的无创、非电离成像模态。光声成像依靠光声效应来生成能够由超声阵列换能器检测的压力波。典型地，短的激光脉冲照射组织从而导致光学吸收，随后快速加热和热弹性膨胀而产生压力波。由于光声图像能够在利用常规阵列换能器的超声检测之后被重建，所以光声图像可与超声成像高度兼容。相同的检测机制大大简化了光声图像与超声图像之间的空间配准。

尽管光声成像能够基于诸如来自血液中的血红蛋白的自然组织对比，但是对造影剂的利用能够解决用于医学光声成像的更宽范围的应用。例如，亚甲基蓝染料，在临床实践中被日常用于前哨淋巴结活检并且能够由合适光学波长的光声成像检测。

光声波的有效生成取决于满足针对热限制和应力限制的条件的快速能量沉积，在实践中，高能量输出的具有约10ns的脉冲持续时间的Q开关脉冲激光被用于照射用于光声成像的组织。

为了对高能量激光脉冲的递送，能够在关节臂内部定位一组镜。针对美容激光应用(即，纹身去除等)，并入了用于光学波长转换的染料浸渍的聚合物棒的关节臂是在商业上可获得的(http://www.conbio.com/cynosure/aesthetic-lasers-sub/revlite)(下文中称为“Cynosure激光器”)，但是该激光器不是针对成像而被设计的。

发明内容

本发明的各方面目的在于解决以上关于现有技术指出的不足中的一个或多个。

在医学光声成像中使用的造影剂通常对光学波长敏感。该属性在将造影剂信号与背景组织信号区分开时是有用的，但是该属性也要求用于成像的激光源与造影剂的光学吸收谱特性相匹配。通常，需要将光从标准激光输出波长(例如由激光增益介质限定的对于Nd:YAG为1064纳米(nm)，或者对于红宝石为约694nm等)转换到期望的波长。OPO(光学参量震荡器)系统和染料激光器正是用于进行此的两种解决方案。

在传统超声扫描器上执行光声成像的能力需要可与临床环境兼容的紧凑且坚固的激光源。当前用于光声成像的研究激光器太庞大、太重并且不够鲁棒以至于不能在实际的占用空间内被并入到商业级超声扫描器或成像工作站中。

超声成像是实时成像模态，并且现代扫描器能够从床边被移动到流程室并且在医院科室之间共享。具有光声设备的超声系统的发展需要能够容许合理程度的便携性而无需对光学部件的重新校准的适当的激光器。

当前可用的激光器提供对光学波长的有限选择，这限制了可以被光声成像的光学吸收体(即，成像造影剂)的范围。通常使用的激光器包括Nd:YAG(1064nm)、红宝石(694.3nm)以及翠绿宝石(755nm)激光器。谐波发生器能够被用于实现更短的波长，(例如，谐波发生器与Nd:YAG激光器一起能够达到532nm、355nm、266nm以及213nm)，以脉冲能量和脉冲到脉冲的稳定性为代价。功能光声成像，或者基于吸收的谱差异来区分光学吸收体的能力需要多个激光波长。

一般地，可调谐激光器是庞大的、复杂的、不可靠的(需要复杂的用户维护)并且昂贵的，这使其难以与传统超声换能器集成。

在光学波长之间进行切换对于谱光声成像或者区分光声吸收体将是特别有用的。然而，可用的高能量可调谐激光器通常需要数秒来在不同波长之间切换。据下文中提出的，切换能够实时地被进行，例如以100Hz被进行，因此利用实时成像来辅助进行中的活检流程。

光学参量震荡器(OPO)激光器能够被泵浦用于波长调谐但是其具有有限的输出功率。此外，射束形状并且特别是脉冲稳定性差。

染料激光器也能够被泵浦用于波长调谐，但是商业上可获得的系统的尺寸不适合于用于光声成像的紧凑激光递送。

以上提到的Cynosure美容激光器是染料激光器，但是其约为2赫兹(Hz)的脉冲重复频率(PRF)对于成像而言太低。典型地，对于成像，期望大于20Hz的PRF。此外，Cynosure美容激光器的染料浸渍的聚合物具有仅约10000次激光发射的相对短的生命周期。