[发明专利]超声换能器组件、探头、系统和制造方法

说明书

本申请提供了用于内窥镜的超声/光声双模成像的超声换能器组件，包括超声换能器和整合在超声换能器中的微胶透镜，该微胶透镜用于对光束进行准直或聚焦，其中，微胶透镜以容纳在所述超声换能器的孔口中的方式整合在超声换能器中。还提供了包括该超声换能器组件的探头/导管、包括该探头/导管的系统以及制造超声换能器组件的方法。本申请特别地通过使用光固化胶和模具的方式制造位于超声换能器中的微胶透镜并采用器件的同轴布置而解决了光提供和器件尺寸(刚性长度、直径)的问题，并且简化了血管内光声探头/导管的制造工艺。

本申请是2020年10月29日递交的申请号为202011176786.4、发明名称为“超声换能器组件、探头、系统和制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及血管内成像技术，特别地涉及用于血管内光声(IVPA)内窥镜检查和/或血管内光声/超声双模成像，更特别地涉及用于内窥镜的超声/光声双模成像的超声换能器组件、包括该组件的超声-光声探头、包括该超声-光声探头的内窥镜检查系统以及制造超声换能器组件的方法。

背景技术

易损斑块破裂是急性心血管事件的主要原因。易损斑块的早期诊断与预警，是降低心血管疾病死亡率的关键技术手段之一。现有临床血管内成像技术有三种，血管内超声、血管内光学相干层析、血管内红外光谱。血管内超声成像技术可以分辨血管壁各膜层结构，但由于各软组织成分声阻抗较接近，所以超声成像技术不能够准确的判断斑块成分。血管内光学断层成像技术具有10-20μm的高分辨率，可以较准确的检测斑块上的薄纤维帽，但是其成像深度通常仅有～1mm，在斑块上的成像深度更小，无法对斑块的整体结构进行评估。血管内红外光谱可以获得组织成分信息，但没有深度信息，无法获得该成分物理位置。因此研发高分辨率和大成像深度，可获得形态和组分信息的血管内成像系统，已成为临床应用的迫切需求。

血管内光声成像技术是一种针对动脉粥样硬化的血管内成像技术，在获取斑块组织成分以及炎症生理功能信息方面表现出巨大的潜力。光声成像的基本原理，是通过探测生物组织吸收脉冲激光后，因瞬时热弹效应而产生的超声信号(光声信号)，来获取组织光吸收的信息。光声成像的对比度源自光吸收，而分辨率主要源自超声信号，这使得光声成像从根本上突破了OCT、共聚焦显微镜等高分辨率纯光学成像方法由于光散射导致的低穿透深度局限。基于不同分子的选择性光吸收和光光声谱方法，可实现高灵敏度的斑块化学组分检测。光声成像技术本身可获得深度信息，结合超声成像技术，可分辨血管壁各膜层结构以及斑块的分布，为易损斑块的判断与识别提供了有力的依据。

血管内光声(IVPA)内窥镜导管/探头是对斑块和血管滋养管进行光声成像的关键工具，其主要设计有如下两种类型：

1.光学元件放置在超声换能器(UT)旁边。例如，中国专利：201410829245.5、201710846057.7、201810121955.0中所采用的方法。光学元件，如光纤、梯度折射率(GRIN)透镜和反射镜，都在一条直线上定位，而UT则设置在光学元件的侧面或顶部。

在内窥镜检查中，较高的光注量会导致更高的光声信号。为了提供更好的成像效果，大多数导管使用GRIN透镜来聚焦光线，该GRIN透镜通常直径为0.5mm。通过这种方式，GRIN透镜可以将(激光)光纤中的光聚焦成光斑，从而增加了光通量，即单位面积内的光能量或光能量密度，但这导致了只能在其中检测到光声信号的光和声的重叠区域受限。同时，多个光学元件导致导管的刚性长度较长(10mm)，使导管难以穿过微小动脉以应用于血管内内窥镜检查。

2.光学元件位于环形UT的中心，参见中国专利201710364571.7以及美国专利：US10182791B2。

在这种方法中，扩大了检测区域，但是使用GRIN透镜导致了较大的超声换能器，从而导致了较大的导管(直径1mm)。IVPA导管的直径应限制在1mm以内，以减少通过动脉的困难。最重要的是，这种设计不能应用于血管内内窥镜，因为大的中心孔口(与GRIN透镜对应)会降低UT的性能。