[发明专利]微型血管内荧光超声成像导管

说明书

一种混合型NIRF/IVUS成像探头，其包含i)空间截头的光学透镜，该光学透镜的基本平坦的表面相对于轴线倾斜，以反射在探头的近端和远端之间传输的光，该光在内部进入透镜的主体；以及ii)声学换能器，其与光学透镜依次设置在探头的轴线上，同时探头的传输辐射和机械能(探头与目标身体血管交换该辐射和机械能)的光学和电学构件在探头的壳体内彼此平行。一种用于操作探头的方法，致使形成目标的空间共配准的光学和声学图像。相关成像系统和计算机程序产品。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月6日提交的美国临时专利申请第62/681,272号的权益，出于所有目的，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

血管内超声(IVUS)手术是当前血管内成像的临床标准，并用于评估心血管疾病的解剖特性。独立的IVUS成像可解析心血管疾病的结构特征。为了改进成像而不仅仅收集解剖学信息，相关技术将与IVUS手术相关的结构特征与促进近红外荧光(NIRF)分子成像的特征相结合。实现混合型NIRF-IVUS的导管能够同时可视化心血管疾病的病理生理和生物学特征。在动物的体内NIRF-IVUS成像手术期间，对这种组合进行了实验测试；然而，相关技术的当前NIRF-IVUS导管的显著局限性是NIRF-IVUS导管的尺寸大，不满足临床标准(特别是直径1.5mm，而临床标准IVUS的直径是大约1mm)，并且相关技术的基于棱镜的解决方案缺乏光学聚焦。这两个特征限制了高质量、临床上安全的冠状动脉NIRF-IVUS成像，并且迄今为止还没有报告允许克服这些限制的解决方案。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于操作具有轴线和护套的成像探头的方法。该方法至少包括以下步骤：(i)在光学构件内部传输光，该光学构件在探头的近端和光学收发器之间沿护套内部的轴线延伸并连接探头的近端和光学收发器；以及(ii)经由导电构件传输电信号，该导电构件平行于光学构件在护套内部延伸并连接探头的近端和声学换能器。在此，光学收发器直接固定到光学构件的远端，并且声学换能器和光学收发器沿轴线依次彼此设置。该方法可另外包括以下步骤：从光学收发器的基本平坦的表面(该表面相对于光学构件的光学轴线倾斜，即，既不平行也不垂直于光学构件的光学轴线)反射这种光；该反射在光学收发器内部发生并进入光学收发器的主体。在基本上任一实施方式中，该方法可另外包括以下中的至少一项：(a)将已经由基本平坦的表面内部地反射到光学收发器的主体中的光通过光学收发器的空间弯曲表面向外耦合到光学收发器周围的环境介质中，以形成第一激发光波束；以及(b)将已经由光学收发器通过光学收发器的空间弯曲表面从环境介质收集并由基本平坦的表面内部地反射到光学收发器的主体中的光耦合到光学构件中，以形成递送到近端的荧光信号。

在上述定义的实施方式中的任一个中，传输光的步骤的具体实施方式包括：(1)通过光学收发器传输光，该光学收发器在光学收发器的空间弯曲表面处直接附接到光学构件的远端；和/或(2)通过流体传输光，该流体密封在包含所述光学收发器的室中并且将所述光学收发器与护套分隔开。另选地或附加地，通过流体的光传输可包括通过气体的光传输。

另选地或附加地，该方法的实施方式可包括生成机械能并在声学换能器的表面(该表面相对于轴线倾斜)和目标之间引导这种机械能。在后一实施例的具体实施方式中，可至少满足以下条件中的至少一项：(a)其中，机械能包括由声学换能器生成的第二声波束；并且还包括将第一激发光波束(在从光学收发器的基本平坦的表面反射光并通过光学收发器的空间弯曲表面传输这种光后，从光学收发器通过护套向外耦合这种光)与通过护套递送的第二声波束空间上重叠，以定义包含用第一波束照射并用第二波束进行声波作用的区域；以及(b)其中，机械能包括响应于目标被第二波束进行声波作用而在目标处形成的第三声波束。该方法还可包括以下步骤：将如此定义的区域定位在目标处，以使目标产生荧光和声能；以及在由基本平坦的表面反射荧光后，由光学构件收集荧光，同时将声能转换成返回电信号，以通过在近端处可操作地连接到探头的电子电路来共配准(co-register)荧光和返回电信号。在任何情况下，空间上重叠的步骤包括在包含探头的轴线的平面上的位置处空间上重叠第一波束和第二波束。