利用多功能声透镜的光声成像制造技术

为了利用由多模光纤传输以产生光声脉冲的脉冲激光光激励来成像体内的各种软组织，然后以声检测器阵列使产生的光声脉冲成像，探针包括反射镜和声透镜或可在液体环境中操作的、可变焦距和放大率的特殊声透镜，该特殊声透镜像差校正到足以获得具有横向分辨率以及深度分辨率的高分辨率成像的程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光声成像，更具体地，涉及利用多元件声透镜的这样的成像。
技术介绍
前列腺癌是最常见的新诊断的男性恶性肿瘤，在引起癌症相关死亡方面仅次于肺癌。前列腺腺癌是西方世界中最常见的恶性肿瘤。2007年在美国确诊预计218，890名前列腺癌新病例，其中，估计27，050人死亡。随着男人年龄的增大，患前列腺癌的风险增大。已经在大约30%的六十岁的男人的尸检标本中偶然地发现前列腺癌。70%至80%的具有前列腺癌的病人在65岁以上。通常基于升高的前列腺特异抗原(PSA)测试或反常的直肠指检(DRE)，或基于用于确诊的前列腺直肠超声(TRUQ活体检查，怀疑临床局部疾病。然而， TRUS不足够可靠以单独地用作用于活体检查的样板。有在TRUS上不可见的(等回声的) 癌。此外，在PSA筛查人口中，TRUS的准确性由于遇到的假阳性结果而仅为52%。与良性前列腺组织相比，增加的肿瘤血管(血管新生)已显微显示在前列腺癌中。可能由于受限制的分辨率和较小的流速，已不显示彩色和能量多普勒超声的功效。具有许多变型的弹性成像是当前正在广泛研究的新的模型。显而易见的是，考虑到本诊断医疗方案的局限性，改进前列腺癌的可视化并提高活体检查量的新成像模型的开发是有利的。此外，通过使其更加经济，我们可将其置于主治医生的手中，在此，新成像模型将作为PSA、DRE以及TRUS的附属物而满足其主要目的。对肿瘤可视化的需要在局部前列腺癌疾病的治疗中是同样重要的。现有的治疗策略，即，体外放疗、前列腺近距离治疗、冷冻手术以及观察等待，都将显著地受益于保证更好的肿瘤对比的新的模型的开发。因此，尽管最近有进展，但是前列腺癌继续是需要进步的领域。除PSA水平和DRE之外，前列腺癌的适当成像是用于诊断前列腺癌和其分期的重要组成部分。用于诊断前列腺癌的前列腺成像的当前状态包括超声波、超声引导的前列腺活检、磁共振成像(MRI)以及核显像。这些模式是有用的，但是具有缺点和局限性。MRI是昂贵的并且是不可移动的。核闪烁是昂贵的，提供低分辨率的平面成像，并且存在通过肾的示踪剂排出的问题。这些模式并非一般用途均可使用。超声波不足够可靠以单独地用作用于诊断前列腺癌的样板。其具有两个问题。首先，在许多情况下，前列腺癌看上去像是引起高缺失率的等回声病变(与周围组织的灰度值相似的灰度值)。其次，当其可见(高回声或低回声的)时，因为许多其它的非癌症状态，比如前列腺萎缩、前列腺炎症以及良性肿瘤，在超声检查时在外观上看起来也是相似的，因此，不能够确定地说其是否是癌或良性肿瘤。必须在怀疑的病变上执行活检用于确诊。活检是不舒服的，并且流血可能作为并发症。由于较差的病变检测，因此甚至当前前列腺活检技术漏掉大约30%的前列腺癌。已经探索与灰度超声结合的彩色血流和能量多普勒超声的使用，但是不成功。因此，迫切需要新成像方法，该新成像方法是可便携的，制造经济，并且将作为用于前列腺癌的主要筛查和诊断工具而具有广泛的应用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是满足该需要。为了实现以上和其它目的，本专利技术涉及声透镜/变焦声透镜或声透镜和声反射镜的组合的实施。本专利技术满足对提高医疗光声成像中的信噪比(S/N)的需要；但是，优选实施方式将针对前列腺成像。为了利用由多模光纤传输以产生光声脉冲的脉冲激光光激励来成像体内的各种软组织，然后以声检测器阵列使产生的光声脉冲成像，本专利技术的至少一些实施方式实现一种可在液体环境中操作的、可变焦距和放大率的特殊声透镜，该特殊声透镜像差校正到足以获得具有横向分辨率以及深度分辨率的高分辨率成像的程度。附图说明以下参照附图阐明本专利技术的优选实施方式，在附图中图IA是示出利用声透镜和反射镜的、用于前列腺的光声成像的探针的示意图；图IB是示出利用声透镜而没有反射镜的、用于前列腺的光声成像的探针的示意图；图2示出单个双凹声聚焦透镜；图3示出具有凸元件和凹元件的多元件声透镜；以及图4示出具有连续变化的放大率的多元件声透镜。具体实施例方式将参照附图详细地阐明本专利技术的优选实施方式，其中，相同的附图标记在全文中指的是相同的元件。第一优选实施方式通过直肠探针提供前列腺成像。图IA示出以探针100A成像前列腺的实施例，探针100A的外壳102设计成放置到直肠中。探针100A包括几个元件。多模光纤104传输500至1500nm波长的波长范围内的、十纳秒持续时间范围内的一定能量的激光脉冲。光纤将激光能量传输到声光窗口 106，激光能量通过声光窗口 106传到直肠壁 R，在此其照亮前列腺P的一部分。光纤具有一定的数值孔径并且以一定角度的光锥C照亮前列腺。通常，NA = 0.25的光纤将照亮25度圆锥的范围。外壳102通常被密封并填充适当的流体。激光波长选择为以便优选地吸收在病变L中，病变L可包含增强密度的血管。在这种情况下，光吸收主要通过血红蛋白/还原血红蛋白，并且优选SOOnm范围内的波长。关心的病变还可通过利用目标探针分子而具有增强的红外吸收，上述目标探针分子仅附着在5关心的病变或区域上并提供增强的红外辐射吸收。病变中的增强的吸收产生增强生成的光声脉冲I，光声脉冲I向四面八方辐射出前列腺。该声辐射的一定部分穿透直肠壁R，穿过声光窗口 106，在反射镜108上反射，并被引导到特别设计的声透镜110中。接着，声透镜 110使光声信号直接成像到包含声检测器阵列112的图像平面上。声检测器阵列112包含 NXM个元件(其中，在设计探针期间选择N和M以给出需要的成像分辨率)，NXM个元件还提供时间分辨输出，以使时域信息可用于深度相关图像处理。图IA中示出的声反射镜108可由某些金属制成，比如铜或鹤，或者可由薄膜制成， 比如安装成以便包括膜后面的较薄空隙的聚酯薄膜。原则上，该反射镜还可是曲面的，使其成为反折射成像系统的部分。图IB示出了可选择的构造100B，其中，不使用声反射镜。在这种情况下，透镜114 和检测器成像系统112的光轴垂直于探针的轴线，需要更加紧凑地实现透镜114。两种构造都包括窗口 106，窗口 106对于激光以及声信号需要是透射的。这在机械上也应当是坚固的。薄的蓝宝石板是这种窗口材料的实施例。现在将描述透镜110或114的设计。声透镜的功能在有些方面与光学透镜是相似的。在光学系统中，当透镜、光源以及图像分辨率元件的尺寸远大于光波长时，几何光学出于透镜和光学系统设计的目的而提供较好的近似。就声学而言，考虑范围内的对于突起的关心的波长在0.2至5mm范围内。可在射线模型中描述声能，与折射的斯涅尔定律相似的规则适用于在不相似材料之间的交界面处弯曲的射线。就声学而言，这种射线弯曲由对于各种材料可完全不同的材料特性的差异控制，比如声速、阻抗等等。图2示出了单个元件200的简单例子。当透镜材料具有比周围介质的声速更高的声速时，双凹透镜提供聚焦作用以将来自声源S的声波聚焦到检测器202上。就通过直肠通道的前列腺病变成像的本实施例而言，严重限制了成像条件。探针的外径必须不大于30mm，从前列腺壁到检测器阵列的总距离将在4-7cm范围内。本专利技术的优选实施方式将包括可变放大率“变焦透镜”功能，以便能够首先执行广角扫描，如果看到关心的更小的区域，可调节到更高的放大率，以便提供这些区域中的增强水平的细节。另外，就声透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使目标成像的方法，所述方法包括：（ａ）用激光激励所述目标，以通过光声效应产生超声波；（ｂ）通过包括多元件声透镜的声学系统聚焦所述超声波；以及（ｃ）使聚焦的所述超声波成像为二维的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/105,5902008年10月15日1.一种用于使目标成像的方法，所述方法包括(a)用激光激励所述目标，以通过光声效应产生超声波；(b)通过包括多元件声透镜的声学系统聚焦所述超声波；以及(c)使聚焦的所述超声波成像为二维的。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多元件声透镜包括可动元件或元件组，所述可动元件或元件组提供具有可变焦距和放大率的所述多元件声透镜。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述焦距和放大率变化以便提供深度分辨率。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多元件声透镜构造为校正像差，以便提供近衍射极限声学成像。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多元件声透镜包括由水凝胶材料制成的元件。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标是软组织。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述软组织在前列腺中。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述声学系统还包括声反射镜。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述声反射镜是曲面的。10.一种用于使目标成像的探针，所述探针包括 夕卜壳；在所述外壳中的声光窗口；光纤，所述光纤用于将激光施加到所述目标上，以通过光声效应产生超声波； 用于聚焦所述超声波的声学系统，所述声学系统包括多元件声透镜；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克拉姆·S·多格拉，
申请(专利权)人：罗切斯特大学，
类型：发明
国别省市：US