本發(fā)明涉及光聲成像領域的技術方案，特別涉及一種光聲成像夾具及其應用的光聲成像裝置。

背景技術：

光聲成像技術，因其兼具光學成像高對比度與超聲成像高分辨率的優(yōu)勢，已經(jīng)受到廣泛的關注，發(fā)展尤為迅速。其高對比度的機理，在于不同組成成分的生物組織對光有不同程度的吸收?；诖藱C理，通過光聲成像技術可以獲得生物體化學組分和生理功能等信息，與超聲成像技術所獲取的組織結(jié)構(gòu)信息相輔相成。多種不同類型的光聲成像設備已經(jīng)被研制出來，被應用于多個醫(yī)學領域，如早期腫瘤檢測、血管內(nèi)易損斑塊的檢測、針穿刺引導的乳腺癌前哨淋巴結(jié)活檢等等。近些年來，有研究組利用現(xiàn)有的臨床醫(yī)用超聲成像設備及其手持式探頭進行光聲成像的搭建，該種技術的優(yōu)點在于能夠充分利用臨床超聲探頭便于操作的特性，進行身體不同部位和深度的光聲探測。此外，在此基礎上，系統(tǒng)原有的超聲成像也能夠進行保留，兩種模態(tài)能夠自動匹配重合，形成光聲/超聲的雙模態(tài)成像系統(tǒng)，更易于被臨床醫(yī)生所接受?，F(xiàn)已有多種方式可以實現(xiàn)將激發(fā)光傳送至目標組織位，包括明場照明與暗場照明，都需要使用不同形狀和功能的夾具來實現(xiàn)光學元器件以及超聲探頭的固定作用。明場照明指的是在探測目標物表面，激發(fā)光光斑與超聲探測重合，而暗場照明時，兩者是不重合的。機械夾具設計的難點主要在于：第一要在不顯著增加超聲探頭尺寸的情況下，高效地進行光的傳送，因此需要該機械夾具足夠的簡潔；第二，需要保留超聲探頭與組織的高阻抗匹配特性，同時在明場照明中，需要使得光路不受污染，因此需要探頭機械夾具有較好的密封性；第三，需要盡量降低制作成本，而保留其設計變化的靈活性。

當前基于手持式超聲探頭陣列的光聲成像系統(tǒng)中，其光聲/超聲雙模態(tài)探頭夾具的設計主要有二種：

第一種是激發(fā)光從光源出射，通過光纖束后被分成兩個相似圓形光斑。機械夾具將光纖束出射端及超聲探頭整合，使得照射光斑位于超聲探頭陣元兩側(cè)，光和聲的匯聚點產(chǎn)生于組織內(nèi)部。此種設計中，機械夾具需要同時固定超聲探頭及其兩側(cè)的光纖束在一定的相對的角度，其尺寸受限于光纖束以及這個相對角度的大尺寸，通常難以做的小巧簡潔，使得醫(yī)生的操作十分不便。另一方面，由于光線束的出光端面沒有受到任何防水保護，超聲膠或者水黏著后很容易造成光纖端面的污染，減少其使用壽命，并破壞原有較好的光斑形狀。

第二種設計是通過設計l型機械夾具，將光路與超聲探頭耦合。此種夾具設計采用明場照明的方式，能夠較好地耦合入射光和超聲探頭。夾具總共分為三個大部分。其左側(cè)第一部分主要是用來安裝透鏡組，右側(cè)第二部分用來固定超聲探頭，而第三部分用來進行光聲和超聲部分的耦合，需要在其內(nèi)部安裝一個透光反聲的棱鏡。此外由于超聲需要與組織進行耦合，需要在第三部分中填滿水。其中第二和第三部分為了安裝方便又分為兩個子部件，兩個部件通過螺絲釘連接。其主要缺點在于：第一，探頭夾具設計復雜，尺寸比較大，不利于臨床轉(zhuǎn)化；第二，填充在第三部分的水很容易流入光路部分，污染光路及光學元件，影響光斑質(zhì)量；第三，用該夾具進行元件安裝時，超聲探頭是側(cè)放的，這對慣于使用正置探頭的醫(yī)生來說，并不方便。

綜上可知，兩種方式均無法保證光斑質(zhì)量，嚴重影響了光聲成像的效果。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光聲成像夾具和光聲成像裝置，以解決現(xiàn)有技術無法保證光斑質(zhì)量的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種光聲成像夾具，包括外殼、光聲耦合機構(gòu)和第一防水件；所述外殼包括兩個相對拼接的殼體，每個所述殼體均設有第一凹腔和第二凹腔，兩個所述第一凹腔圍成有第一容納腔，兩個所述第二凹腔圍成有第二容納腔，所述第一容納腔與所述第二容納腔并排布置，所述第一容納腔和所述第二容納腔均與所述外殼的第一端導通；所述光聲耦合機構(gòu)與所述外殼的第一端聯(lián)接，所述光聲耦合機構(gòu)同時與所述第一容納腔、所述第二容納腔相對布置；所述第一防水件設于兩個所述殼體的抵接處，所述第一防水件用于對所述第一容納腔與所述第二容納腔之間實現(xiàn)防水隔離。

其中，所述光聲耦合機構(gòu)包括第一反射鏡和第二反射鏡；所述第一反射鏡與所述第一容納腔相對布置，所述第一反射鏡的反射面朝向所述第一容納腔外；所述第二反射鏡與所述第二容納腔相對布置，所述第二反射鏡的反射面同時與所述第一反射鏡的反射面、所述第二容納腔相對。

其中，所述第一反射鏡的反射面與所述第二反射鏡的反射面平行相對。

其中，所述第一反射鏡的反射面與所述第一容納腔中心軸向的夾角為45°，所述第二反射鏡的反射面與所述第二容納腔中心軸向的夾角為45°。

其中，所述光聲耦合機構(gòu)還包括有機玻璃，所述有機玻璃同時與所述第一容納腔、所述第二容納腔相對布置，所述第一反射鏡和所述第二反射鏡設于所述有機玻璃內(nèi)部。

其中，所述第二容納腔內(nèi)設有平凸柱透鏡和平凹柱透鏡，所述平凸柱透鏡包括相對布置的一凸面和一平面，所述平凹柱透鏡包括相對布置的一凹面和一平面，所述平凹柱透鏡置于所述平凸柱透鏡與所述第二反射鏡之間，所述平凹柱透鏡的平面與所述第二反射鏡的反射面相對布置，所述平凹柱透鏡的凹面與所述平凸柱透鏡的平面相對布置。

其中，所述光聲成像夾具還包括第二防水件，所述第二防水件設于所述外殼第一端的端面與所述光聲耦合機構(gòu)之間，所述第二防水件具備兩個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，一個所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞所述第一容納腔的端口布置，另一個所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞所述第二容納腔的端口布置。

其中，所述第一防水件的一端延伸至所述外殼的第一端，并與所述第二防水件相接，所第一防水件的另一端遠離所述外殼的第二端端面；所述光聲成像夾具還包括第三防水件，所述第三防水件設于所述第一容納腔內(nèi)，且所述第三防水件設于第一防水件的兩端之間，所述第三防水件圍繞所述第一容納腔內(nèi)壁布置為環(huán)狀，所述第三防水件用于在所述第一容納腔裝入超聲探頭后，在所述第一容納腔內(nèi)分隔形成儲液腔。

其中，至少一個所述殼體的端部開設有注水孔，所述注水孔與所述儲液腔導通，所述防水件的一部分遮擋于所述注水孔與所述儲液腔之間。

一種光聲成像裝置，包括超聲探頭、光纖和上述的光聲成像夾具，所述超聲探頭設于所述第一容納腔內(nèi)，所述光纖設于所述第二容納腔內(nèi)，所述超聲探頭和所述光纖的發(fā)射端均朝向所述光聲耦合機構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果如下：

在使用過程中，需要將超聲探頭放置于第一容納腔內(nèi)，將光纖放置于第二容納腔內(nèi)，并在第一容納腔內(nèi)注水，但由于所述第一防水件設于兩個所述殼體的抵接處，所述防水件用于對所述第一容納腔與所述第二容納腔之間實現(xiàn)防水隔離，所以第一容納腔內(nèi)的水無法滲漏至第二容納腔內(nèi)，從而避免影響光斑的質(zhì)量，為光聲成像的質(zhì)量提供了重要保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施方式提供的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施方式提供的第一防水件、第二防水件和第三防水件的組裝關系示意圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施方式提供的定位槽結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記如下：

1、超聲探頭；

2、光纖；

3、光聲耦合機構(gòu)；31、第一反射鏡；32、第二反射鏡；33、有機玻璃；

41、第一防水件；42、第二防水件；43、第三防水件；

5、平凸柱透鏡；

6、平凹柱透鏡；

7、殼體；

8、儲液腔；

9、注水孔；

10、定位槽；101、凸條。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述。

從圖1至3可知，本發(fā)明實施方式所述的光聲成像夾具，包括外殼、光聲耦合機構(gòu)3和第一防水件41；所述外殼包括兩個相對拼接的殼體7，每個所述殼體7均設有第一凹腔和第二凹腔，兩個所述第一凹腔圍成有第一容納腔，兩個所述第二凹腔圍成有第二容納腔，所述第一容納腔與所述第二容納腔并排布置，所述第一容納腔和所述第二容納腔均與所述外殼的第一端導通；所述光聲耦合機構(gòu)3與所述外殼的第一端聯(lián)接，所述光聲耦合機構(gòu)3同時與所述第一容納腔、所述第二容納腔相對布置；所述第一防水件41設于兩個所述殼體7的抵接處，所述第一防水件41用于對所述第一容納腔與所述第二容納腔之間實現(xiàn)防水隔離。

以圖1所示為參考，殼體7包括左側(cè)邊緣、中部邊緣(圖中未示出)和右側(cè)邊緣，殼體7的左側(cè)邊緣與中部邊緣之間為第一凹腔，殼體7中部邊緣與右側(cè)邊緣之間為第二凹腔，而第一防水件41將同時設于殼體7的左側(cè)邊緣、中部邊緣和右側(cè)邊緣的表面，當兩個殼體7拼接為一體后，便能對第一防水件41進行夾持固定，并在外殼的左側(cè)形成第一容納腔，在外殼的右側(cè)形成第二容納腔，其中，使用過程大致如下：

1、將超聲探頭1放置于第一容納腔內(nèi)，將光纖2放置于第二容納腔內(nèi)，且保持超聲探頭1和光纖2的發(fā)射端均朝向光聲耦合機構(gòu)3；

2、在第一容納腔內(nèi)注水，使得水位能夠淹蓋超聲探頭1的發(fā)射端；

3、超聲探頭1發(fā)出聲波，光源經(jīng)光纖2的發(fā)射端射出，兩者在光聲耦合機構(gòu)3內(nèi)匯聚、耦合，并射至需要進行光聲成像的組織內(nèi)。

由于第一防水件41對第一容納腔與第二容納腔之間實現(xiàn)了防水隔離，所以第一容納腔內(nèi)的水無法滲漏至第二容納腔內(nèi)，從而避免影響光斑的質(zhì)量，為光聲成像的質(zhì)量提供了重要保障；另外，從圖1可知，在使用過程中，第一容納腔內(nèi)的水僅需淹沒超聲探頭1的發(fā)射端便可，所以第一防水件41的長度可以適當減短，無需同時延伸至外殼的兩端。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，所述光聲耦合機構(gòu)3包括第一反射鏡31和第二反射鏡32；所述第一反射鏡31與所述第一容納腔相對布置，所述第一反射鏡31的反射面朝向所述第一容納腔外；所述第二反射鏡32與所述第二容納腔相對布置，所述第二反射鏡32的反射面同時與所述第一反射鏡31的反射面、所述第二容納腔相對。

其工作過程大致如下：

1、超聲探頭1發(fā)出聲波，光源的光線經(jīng)光纖2的發(fā)射端射出；

2、聲波沿超聲探頭1的輸出路徑發(fā)出；

3、光源的光線射至第二反射鏡32的反射面上，并反射至第一反射鏡31的反射面上，然后沿超聲探頭1輸出路徑的延伸方向射出，并與聲波產(chǎn)生耦合。

經(jīng)過第一反射鏡31與第二反射鏡32的共同作用，使得光源最終的射出路徑與超聲探頭1的輸出路徑一致，所以聲波將與光源產(chǎn)生相遇、重疊，以此實現(xiàn)聲波與光源的耦合。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，所述第一反射鏡31的反射面與所述第二反射鏡32的反射面平行相對。

以圖1所示方向為參考，假定此時光源經(jīng)光纖2的發(fā)射端射出，其射出方向垂直于水平方向，根據(jù)入射角等于反射角的原理可知，在第一反射鏡31的反射面與第二反射鏡32的反射面平行相對的情況下，光源能夠保持以垂直于水平方向的角度射出，即在進行光聲成像時，光聲成像裝置能夠保持正放角度進行探測，為醫(yī)生的操作帶來極大的便利。

需要指出，第一反射鏡31和第二反射鏡32的傾斜角度會影響光源的反射方向，為保證第一反射鏡31能夠從第二反射鏡32處接收光源，需調(diào)節(jié)兩者在垂直方向上的距離，即第一反射鏡31和第二反射鏡32的傾斜角度將影響光聲耦合機構(gòu)3的厚度。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，所述第一反射鏡31的反射面與所述第一容納腔中心軸向的夾角為45°，所述第二反射鏡32的反射面與所述第二容納腔中心軸向的夾角為45°。

以圖1所示方向為參考，假定此時光源經(jīng)光纖2的發(fā)射端射出，其射出方向垂直于水平方向，根據(jù)入射角等于反射角的原理可知，在第一反射鏡31的反射面與第二反射鏡32的反射面保持45°傾斜布置的情況下，光源將以水平方向從第二反射鏡32反射至第一反射鏡31，使得第一反射鏡31和第二反射鏡32布置在同一水平面內(nèi)，減少光聲耦合機構(gòu)3的占用空間，為縮小設備體積提供了重要幫助。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，所述光聲耦合機構(gòu)3還包括有機玻璃33，所述有機玻璃33同時與所述第一容納腔、所述第二容納腔相對布置，所述第一反射鏡31和所述第二反射鏡32設于所述有機玻璃33內(nèi)部。

有機玻璃33的面積可以設置為與外殼端口的面積相一致，并與外殼的端口相對布置，以保證超聲探頭1發(fā)出的聲波、以及從光纖2射出的光源均能經(jīng)過有機玻璃33射出；另外，由于有機玻璃33是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達到92％，比玻璃的透光度高，能夠減少光源射出時的損耗；再者，有機玻璃33具有良好的綜合力學性能，能對其內(nèi)部的第一反射鏡31和第二反射鏡32進行保護，為提高光聲成像裝置的使用壽命提供了重要幫助。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，所述第二容納腔內(nèi)設有平凸柱透鏡5和平凹柱透鏡6，所述平凸柱透鏡5包括相對布置的一凸面和一平面，所述平凹柱透鏡6包括相對布置的一凹面和一平面，所述平凹柱透鏡6置于所述平凸柱透鏡5與所述第二反射鏡32之間，所述平凹柱透鏡6的平面與所述第二反射鏡32的反射面相對布置，所述平凹柱透鏡6的凹面與所述平凸柱透鏡5的平面相對布置。

當光源從光纖2的發(fā)射端射出時，光源會依次穿過平凸柱透鏡5的凸面和平面、平凹柱透鏡6的凹面和平面，以此將光纖2發(fā)射出的圓形光展寬成和超聲探頭1探測區(qū)域匹配的矩形細長光斑，提高光聲成像的質(zhì)量。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1和2，所述光聲成像夾具還包括第二防水件42，所述第二防水件42設于所述外殼第一端的端面與所述光聲耦合機構(gòu)3之間，所述第二防水件42具備兩個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，一個所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞所述第一容納腔的端口布置，另一個所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞所述第二容納腔的端口布置。

參考附圖1和2可知，在使用過程中，第二防水件42的左右兩側(cè)均具有一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，置于左側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)將圍繞第一容納腔的端口周邊布置，置于右側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)將圍繞第二容納腔的端口周邊布置，即通過第二防水件42進一步加強第一容納腔與第二容納腔的防水隔離，所以第一容納腔內(nèi)的水無法經(jīng)外殼與光聲耦合機構(gòu)3的連接處滲漏至第二容納腔，，從而避免影響光斑的質(zhì)量，為光聲成像的質(zhì)量提供了重要保障。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1和2，所述第一防水件41的一端延伸至所述外殼的第一端，并與所述第二防水件42相接，所第一防水件41的另一端遠離所述外殼的第二端端面；所述光聲成像夾具還包括第三防水件43，所述第三防水件43設于所述第一容納腔內(nèi)，且所述第三防水件43設于第一防水件41的兩端之間，所述第三防水件43圍繞所述第一容納腔內(nèi)壁布置為環(huán)狀，所述第三防水件43用于在所述第一容納腔裝入超聲探頭1后，在所述第一容納腔內(nèi)分隔形成儲液腔8。

從圖1可知，在使用過程中，第一容納腔內(nèi)的水僅需淹沒超聲探頭1的發(fā)射端便可，所以第一防水件41的長度可以適當減短，無需同時延伸至外殼的兩端；另外，當在第一容納腔內(nèi)裝入超聲探頭1后，布置為環(huán)狀的第三防水件43將與超聲探頭1的外壁貼合，以此在第一容納腔內(nèi)分隔形成儲液腔8，從圖1可知，由于儲液腔8的體積遠小于第一容納腔的體積，只需注入較少的水量便可保證淹蓋超聲探頭1的發(fā)射端，而且儲液腔8與第一容納腔防水隔離，也避免儲液腔8會滲水至第一容納腔內(nèi)，保持超聲探頭1時刻處于被淹蓋的狀態(tài)，為光聲成像的質(zhì)量提供了保證。

另外，圖1所示的第一防水件41為弧形，圖2所示的第一防水件41為條形，具體是因為第一防水件41可由橡膠等軟性材質(zhì)制成，在安裝過程中能夠?qū)Φ谝环浪?1進行彎曲，以此匹配需要進行安裝為位置，同理，第二防水件42和第三防水件43亦是如此。

更進一步的，為了加強對第一防水件41、第二防水件42和第三防水件43的固定，可以在殼體7相應的位置設置定位槽10，將對應的防水件嵌入定位槽10內(nèi)便可，如圖3所示，還可在定位槽10的槽底設置設置凸條101，凸條101沿定位槽10的延伸方向布置，假定需要對第一防水件41進行固定，當兩個殼體7和光聲耦合機構(gòu)3組裝為一體后，凸條101將嵌入第一防水件41內(nèi)，通過擠壓力能夠固定防水條的位置，并增加第一防水件41與殼體7間的貼合程度，避免穿過第一防水件41產(chǎn)生滲漏，同理，第二防水件42和第三防水件43亦是如此。

本發(fā)明實施方式所述光聲成像夾具的一種改進可如圖1所示，至少一個所述殼體7的端部開設有注水孔9，所述注水孔9與所述儲液腔8導通，所述防水件4的一部分遮擋于所述注水孔9與所述儲液腔8之間。

在使用過程中，通過注水孔9可以對儲液腔8進行注水，譬如使用針管穿過注水孔9、防水件4，使得針管插入至儲液腔8內(nèi)，然后在儲液腔8內(nèi)注水，注水完畢后，取出針管，防水件4便因彈性形變自動對注水孔9進行堵塞，從而避免注水孔9出現(xiàn)滲水現(xiàn)象；其中，可以根據(jù)需要，選擇不同的軟膠、軟墊作為防水件4，只要能通過彈性抵接填塞各種縫隙，避免出現(xiàn)滲水現(xiàn)象便可。

從圖1可知，本發(fā)明實施方式所述的光聲成像裝置，包括超聲探頭1、光纖2和上述的光聲成像夾具，所述超聲探頭1設于所述第一容納腔內(nèi)，所述光纖2設于所述第二容納腔內(nèi)，所述超聲探頭1和所述光纖2的發(fā)射端均朝向所述光聲耦合機構(gòu)3。

具體的，還可以使得超聲探頭1的輸出路徑與光纖2的輸出路徑相互平行，此時第一容納腔的兩側(cè)可以設置為貼近超聲探頭1的側(cè)壁，第二容納腔的兩側(cè)可以設置為貼近光纖2的側(cè)壁，即第一容納腔的橫向占用空間與超聲探頭1的寬度一致，第二容納腔的橫向占用空間與光纖2的寬度一致，使得外殼的體積能夠趨于最小化，為縮小設備體積提供了重要幫助。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。