[实用新型]一种手持式光声成像探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及光声成像技术领域，尤其涉及一种手持式光声成像探头。

背景技术

当前，光学成像技术因其在分辨率、化学特异性、灵敏度、安全性等某个或多个方面的优势已经成为当今医学影像技术中发展最为迅速的技术之一。但由于组织穿透深度的局限性限制了光学成像技术的发展，因此一种光声成像技术应运而生。光声成像同时具有光学成像高对比度和特异性以及声学成像高分辨率和穿透深度的优点，由于不同组成成分的生物组织对光有不同程度的吸收，由此为对比机制，可以获得生物体的化学组分及生理功能信息。光声成像技术已被证明适用于乳腺癌等癌症早期检测、肿瘤分级中引导前哨淋巴结活检、血管内易损斑块探测等一系列生物医学应用。现有光声成像系统大多是基于固定检测探头进行成像，同时需要配套复杂昂贵的附加组件，例如乳腺癌检测中用于让病人平卧的特制平台等。近些年有研究尝试在现有超声成像设备的手持式探头基础上直接进行激发光耦合，进行手持式实时光声断面成像，其优点在于能够充分利用手持式超声探头的易操纵性，进行身体不同部位的光声成像，另外所得光声图像能够与超声图像自动重合匹配，实现多模成像的目的。相比传统光声成像方法，这一设计思路更容易被临床医生接受，有利于光声技术的临床转化；但这一设计的主要难点在于，如何将激发光简洁高效地传递到目标组织部位，在不显著增加超声探头尺寸的情况下，得到高质量的光声图像，目前仍是一个挑战。

当前，基于手持式超声探头阵列的光声成像系统中，其光学照射部分与超声探头的耦合设计主要有如下两种：

第一种设计如图1所示，从光源出射的激发光被耦合进入光纤束1，光纤束1的另一端(末端)经过分叉后分别被绑定到超声探头2两侧，使激发光倾斜照射到样本3表面，并在超声探头2中心正下方特定深度汇聚。这种设计通常被称为暗场照明设计，它的主要缺点是光学照射区域与超声探头探测区域存在不匹配问题，这是因为照射光从超声探头2两侧进入组织，其照亮区域主要是光在组织内发生聚焦的区域，而在超声探头2的其他探测区域，激发光能量很弱，难以激发出足够强的光声信号，因此这种激发光照射方法使得光声信号主要来自于光在组织内发生聚焦的区域，而超声探头2的其他探测区域(如探头近场和远场区域)成像效果并不理想。另外，由于这一设计采用光纤束1进行照射光的传递以及样本的激发，使得其成本相对较高。

第二种设计如图2所示，通过添加与手持式超声探头2相匹配的耦合部件4，将激发光照射到样本3中，同时探测所产生的光声信号。这一设计中，光源发出的激发光同样首先被耦合进入单根高能多模光纤，从光纤末端出射的光经空间扩束以及柱面透镜聚焦后，透过对超声信号起反射作用的声学反射板照射到样本3内部，所产生的光声信号经组织内传输进入耦合部件4，通过声学反射板反射，被手持式超声探头2接收。这一设计通常被称为明场照明设计，它能够将激发光耦合到超声探头的整个检测区域，同时提高系统的图像质量和信噪比，但它的主要缺点在于其耦合部分过于复杂，使原本小巧灵活的超声探头2变得庞大，不再适用于某些人体部位如腋下或胯下区域的检测；另外，这一设计中超声探头2与样本3组织表面平行，而不再是传统的垂直方向，这对于操作者来说也可能存在适应性的问题。

第三种设计如图3所示，通过添加微小透镜组20，将激发光与超声探头40共轴耦合。激发光通过透镜组20整形后，通过聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)材料32的两次全反射，进入组织内部。产生的光声信号透过有机玻璃，被超声探头接收。此设计采用光声共轴的明场照明，使得图像质量得到一定提高。其主要缺点在于，激发光需要多次通过整形透镜组及有机玻璃，有较高的能量损失。并且微整形透镜难以加工，使得其光路精度受限。另一方面，由于光声信号需要通过有机玻璃才能被超声探头接收，一定程度上损失了信号强度。而采用单根光纤进行激发光传输，使得目标物的光能量大大受限，而无法得到信噪比很高的光声图像。

综上分析，现有技术存在如下缺点：