本申請(qǐng)是申請(qǐng)人桑尼布魯克健康科學(xué)中心的申請(qǐng)日為2008年1月21日、發(fā)明名稱為“具有組合的超聲和光學(xué)成像裝置的成像探頭”、申請(qǐng)?zhí)枮?01410333307.3的中國專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，而申請(qǐng)?zhí)枮?01410333307.3的中國專利申請(qǐng)是申請(qǐng)人桑尼布魯克健康科學(xué)中心的申請(qǐng)日為2008年1月21日、國家申請(qǐng)?zhí)枮?00880009104.1(國際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/ca2008/000089)、發(fā)明名稱為“具有組合的超聲和光學(xué)成像裝置的成像探頭”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專利申請(qǐng)涉及2007年1月19日用英語提交的、發(fā)明名稱為“imagingprobe(成像探頭)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)no.60/881,169并且要求其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用而被整體結(jié)合在此。

本發(fā)明基本上涉及使用組合的高頻超聲(ivus)以及光學(xué)成像方法例如光學(xué)相干斷層(oct)、通過高分辨率成像對(duì)哺乳動(dòng)物組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像的領(lǐng)域，并且涉及對(duì)掃描關(guān)注區(qū)域期間從超聲圖像信號(hào)和光學(xué)圖像信號(hào)中獲得的圖像進(jìn)行精確的聯(lián)合配準(zhǔn)。

背景技術(shù)：

人體內(nèi)部(或者對(duì)于不局限于內(nèi)部的皮膚或者眼科應(yīng)用)的高分辨率成像用于多種目的，包括以下任何一種：i)評(píng)定組織結(jié)構(gòu)和解剖結(jié)構(gòu)及組分；ii)設(shè)計(jì)和/或引導(dǎo)人體局部區(qū)域上的介入；以及iii)評(píng)定改變局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)、組成或者其它特性的介入的結(jié)果。這種特定情況下的高分辨率成像指的是高頻超聲和光學(xué)成像方法。對(duì)于本發(fā)明，高頻超聲一般指的是頻率大于3mhz的成像，并且更典型地指的是9至100mhz范圍之內(nèi)。

高頻超聲對(duì)于血管內(nèi)和心臟內(nèi)處置是非常有用的。對(duì)于這些應(yīng)用，超聲傳感器被結(jié)合到可被插入到人體內(nèi)的導(dǎo)管或其它裝置中。作為示例，高頻超聲的兩個(gè)尤其重要的實(shí)施方式是用于對(duì)血管進(jìn)行成像的血管內(nèi)超聲(ivus)和用于對(duì)心腔進(jìn)行成像的心臟內(nèi)超聲心動(dòng)描記法(ice)。ice和ivus都是最低程度地?fù)p害，并且包括將一個(gè)或多個(gè)超聲傳感器放置在血管或心腔內(nèi)從而獲取這些結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量圖像。

基于在醫(yī)療領(lǐng)域中使用的光纖技術(shù)的光學(xué)成像方法包括光學(xué)相干斷層成像、血管鏡法、近紅外光譜法、raman光譜法以及熒光光譜法。這些方法一般需要使用一根或多根光纖，用于沿著成像位置與成像檢測(cè)器之間的軸傳送光能。光學(xué)相干斷層成像是超聲的光學(xué)模擬，并且提供了1-30微米量級(jí)的成像分辨率，但是在大多情況下不像超聲那樣深入地穿入到組織里。光纖還可被用于向治療操作(例如組織的激光燒蝕以及光力學(xué)治療)傳送能量。

與本發(fā)明有關(guān)的其它成像形式包括血管鏡、內(nèi)窺鏡以及其它類似的成像機(jī)構(gòu)，其基于光的往回反射通過探頭并且來獲取圖像，從而對(duì)病人體內(nèi)位置進(jìn)行成像。

高分辨率成像裝置已經(jīng)以多種形式實(shí)施，用于評(píng)定哺乳動(dòng)物解剖結(jié)構(gòu)的多個(gè)不同區(qū)域，包括胃腸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)(包括冠狀、外圍以及神經(jīng)脈管系統(tǒng))、皮膚、眼睛(包括視網(wǎng)膜)、泌尿生殖系統(tǒng)、乳房組織、肝組織以及其它。作為示例，使用高頻超聲或者光學(xué)相干斷層成像的心血管系統(tǒng)成像已經(jīng)發(fā)展用于評(píng)定動(dòng)脈斑塊的結(jié)構(gòu)和組成。

高分辨率成像已被用于測(cè)量脈管或斑塊形狀、流經(jīng)患病動(dòng)脈的血流以及動(dòng)脈斑塊上的介入效果(例如通過粥樣斑塊切除術(shù)、血管成形術(shù)和/或支架術(shù))。還嘗試使用高分辨率成像來識(shí)別還沒有引起臨床癥狀但是破裂或侵蝕及引起劇烈心肌梗塞的風(fēng)險(xiǎn)卻在增大的血管損壞。這些所謂的“易損斑塊”是重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，因?yàn)樘幚磉@種斑塊以提前應(yīng)對(duì)不利臨床事件的前景在構(gòu)想上是有吸引力的。

慢性完全閉塞病變是血管損害的一種特定子集，其中脈管的全部?jī)?nèi)腔在大約一個(gè)月時(shí)間內(nèi)被堵塞(根據(jù)損害部的血管造影)。大多數(shù)血管內(nèi)成像形式是“側(cè)向觀察”并且需要一條用于使血管內(nèi)成像裝置穿過損害部的通道。為了對(duì)慢性完全閉塞病變進(jìn)行成像，高分辨率成像方法如果能適于“前方觀察”而不是“側(cè)向觀察”配置的話則會(huì)更加有用。

這些高分辨率成像裝置中的一些依賴于使用旋轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)矩傳送到探頭遠(yuǎn)端附近的成像裝置。這些旋轉(zhuǎn)軸通常是長(zhǎng)的、細(xì)的以及柔性的，從而使得它們可以被運(yùn)送穿過解剖學(xué)導(dǎo)管，例如脈管系統(tǒng)、生殖泌尿道、呼吸道以及其它這類人體空腔。理想地，當(dāng)連續(xù)轉(zhuǎn)矩在特定方向上施加到線纜時(shí)，轉(zhuǎn)矩線纜逐漸形成其近端和遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)度之間具有密切關(guān)系的特性。這樣通過使轉(zhuǎn)矩線纜遠(yuǎn)端處(人體內(nèi))的旋轉(zhuǎn)角度成為轉(zhuǎn)矩線纜近端處(人體外)的旋轉(zhuǎn)角度的合理近似，從而能夠使得超聲導(dǎo)管的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化。

轉(zhuǎn)矩線纜或軸在發(fā)生成像位置處的旋轉(zhuǎn)可以不同于在轉(zhuǎn)矩線纜或軸的近端處發(fā)生的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)柔性軸至少部分地被運(yùn)送穿過彎曲通道時(shí)，由于成像軸的旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間的慣性和摩擦，尤其出現(xiàn)這種情況。如果旋轉(zhuǎn)速度隨時(shí)間改變的話，旋轉(zhuǎn)軸近端與遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)速度彼此相等的假設(shè)也不太可能是有效的。不清楚成像探頭在成像光束被導(dǎo)向組織處的點(diǎn)上的真正角速度的不利結(jié)果導(dǎo)致了不均勻旋轉(zhuǎn)失真(nurd)。nurd會(huì)導(dǎo)致圖像的顯著失真，并且伴隨著圖像幾何形狀精度的降低。通過提供更加精確的信息用于圖像重建，對(duì)遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)軸或連接到旋轉(zhuǎn)軸的成像組件的真實(shí)旋轉(zhuǎn)速度的更加精確估計(jì)的知曉能夠有助于克服這種失真。當(dāng)多于一種成像形式實(shí)施在成像探頭上時(shí)(例如組合的超聲及光學(xué)成像)，旋轉(zhuǎn)速度的更好估計(jì)還有助于提高圖像聯(lián)合配準(zhǔn)的精確性。

盡管使用多于一種形式的成像技術(shù)(例如超聲及光學(xué)技術(shù))已經(jīng)證明在用于高分辨率成像的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中是有價(jià)值的，但是它們通常不會(huì)串聯(lián)地使用。如下面相關(guān)技術(shù)概要中所述，存在多種設(shè)計(jì)用于光學(xué)和超聲技術(shù)的組合。然而，這些設(shè)計(jì)中的局限性妨礙了它們的認(rèn)可程度。

即，結(jié)合光學(xué)和超聲技術(shù)的設(shè)計(jì)使超聲和光學(xué)成像機(jī)構(gòu)出現(xiàn)偏差，例如maschke在美國專利7289842中描述的，導(dǎo)致了獲取到不配準(zhǔn)的超聲及光學(xué)信號(hào)。對(duì)來自這兩種成像裝置的數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)需要成像機(jī)構(gòu)的移動(dòng)并且容易產(chǎn)生配準(zhǔn)誤差，這是由于：(i)不均勻旋轉(zhuǎn)失真(nurd)，(ii)使用兩種成像裝置在同一位置的連續(xù)成像之間發(fā)生的物體運(yùn)動(dòng)，(iii)被成像物體的可變性，以及(iv)精確跟蹤成像裝置位置的難度。所有這些影響導(dǎo)致了不精確的聯(lián)合配準(zhǔn)，由此限制了來自這兩種成像裝置的數(shù)據(jù)獲取的有用性。

相關(guān)技術(shù)概述

yock(美國專利no.4794931)描述了一種用于血管內(nèi)超聲的、基于導(dǎo)管的系統(tǒng)，用于提供血管內(nèi)結(jié)構(gòu)的高分辨率成像。該系統(tǒng)包括外套，在該外套內(nèi)在長(zhǎng)的力矩線纜遠(yuǎn)端附近具有超聲傳感器。當(dāng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)力矩線纜和超聲傳感器組件時(shí)，可以生成解剖結(jié)構(gòu)(例如血管)的2d橫截面圖像。與超聲傳感器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的導(dǎo)管或者力矩線纜以及超聲傳感器的線性平移允許沿著導(dǎo)管長(zhǎng)度獲取一系列的2d圖像。

milo等人(美國專利no.5,429,136)和lenker等人(美國專利no.6,110,121以及6,592,526)描述了往復(fù)及振動(dòng)裝置，用于掃描導(dǎo)管端部的圓周或縱向方向上的超聲成像束。往復(fù)或振動(dòng)裝置消除了使用諸如集電環(huán)的機(jī)構(gòu)來向探頭提供電連接的需要，該探頭在特定方向上旋轉(zhuǎn)數(shù)周，例如超過一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)。類似地，光學(xué)成像的某些實(shí)施可以通過往復(fù)或振動(dòng)裝置來避免使用光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭。

liang等人(美國專利5,606,975和5,651,366)描述了一種前方觀察式血管內(nèi)超聲的實(shí)施裝置，其中超聲被導(dǎo)向反射鏡，該反射鏡導(dǎo)致超聲束與脈管系統(tǒng)內(nèi)前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩線纜的縱向軸線成一定角度進(jìn)行傳送。liang等人還描述了使用微型馬達(dá)、齒輪離合機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向線纜或者雙壓電晶片元件例如形狀記憶合金、壓電縱列或者導(dǎo)電聚合物來改變反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度的裝置。美國專利5,651,366的圖13顯示了結(jié)合有光纖的前方觀察式超聲探頭的示意圖，其經(jīng)由光纖及反射鏡沿與超聲成像束同軸的方向傳送激光燒蝕能量，但是不涉及組合式光學(xué)及聲學(xué)成像或者提供對(duì)于成像目的有利的光學(xué)聚焦元件。

血管內(nèi)超聲(ivus)的使用已經(jīng)是普遍的，對(duì)于該技術(shù)有許多改進(jìn)和修改。柔性力矩線纜(crowley，美國專利4951677)改進(jìn)了旋轉(zhuǎn)力矩沿著ivus導(dǎo)管長(zhǎng)度傳送的保真度，使被稱為不均勻旋轉(zhuǎn)失真的人為因素降到最低。

ivus的中心頻率處于3至100mhz的范圍內(nèi)，更典型地處于20至50mhz的范圍內(nèi)。較高的頻率提供了較高的分辨率，但是導(dǎo)致了較差的信號(hào)穿透力以及由此較小的觀察區(qū)域。根據(jù)多個(gè)參數(shù)，例如傳感器的中心頻率以及形狀、介質(zhì)的衰減(成像通過該介質(zhì)產(chǎn)生)以及影響系統(tǒng)信噪比的特定實(shí)施規(guī)范，穿透深度的范圍從小于1毫米到幾厘米。

存在高頻超聲的變型，其中對(duì)反向散射信號(hào)的信號(hào)獲取和/或分析進(jìn)行了修改，從而便于獲得或者推導(dǎo)出有關(guān)成像組織的更進(jìn)一步的信息。這些包括：彈性成像，其中當(dāng)組織在不同血壓下被壓縮是對(duì)組織內(nèi)的應(yīng)變進(jìn)行評(píng)定(dekorte等人于2002年4月9日在circulation上發(fā)表，105(14)：1627～30)；多普勒成像，其對(duì)運(yùn)動(dòng)(例如解剖結(jié)構(gòu)中的血液流動(dòng))作出評(píng)定；虛擬組織學(xué)，其嘗試通過反向散射信號(hào)的射頻特性結(jié)合圖案識(shí)別算法來推導(dǎo)出組織的組成(nair，美國專利6,200,268)；二次諧波成像(goertz等人于2006年8月在investradiol上發(fā)表；41(8)：631-8)以及其它。這些成像形式中的每個(gè)均可以通過本發(fā)明描述的裝置而獲得改進(jìn)。

超聲傳感器本身也進(jìn)行了相當(dāng)大地改進(jìn)，包括使用單晶超聲傳感器以及復(fù)合超聲傳感器。

hossack等人(wo/2006/121851)描述了一種前方觀察超聲傳感器，該傳感器使用電容式微加工超聲傳感器(cmut)以及反射表面。

tearney等人(美國專利6,134,003)描述了多個(gè)實(shí)施例，與通過高頻超聲或ivus容易獲得的成像相比，所述實(shí)施例使得光學(xué)相干斷層成像能夠提供更高分辨率的成像。

boppart等人(美國專利6,485,413)描述了光學(xué)相干斷層成像的多個(gè)實(shí)施例，包括前方觀察實(shí)施工具。通過諸如馬達(dá)，壓電、可移動(dòng)線、膨脹裝置以及其它機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，可以設(shè)置光纖或者梯度折射率(grin)透鏡。

mao等人(applopt.2007年8月10日；46(23)：5887-94)描述了一種通過單模纖維制造超小oct探頭的方法，所述單模纖維連接到用作透鏡的小段長(zhǎng)度grin纖維。在纖維和透鏡之間引入光學(xué)隔片能夠改變纖維-透鏡系統(tǒng)的工作距離。此外，在遠(yuǎn)端增加一小段長(zhǎng)度的未覆蓋纖維并且以一定角度斜切該未覆蓋纖維可以在纖維-透鏡系統(tǒng)的端部增加偏轉(zhuǎn)元件。這種偏轉(zhuǎn)元件能夠進(jìn)行側(cè)向觀察成像，其還可以通過小型棱鏡或反射鏡來實(shí)現(xiàn)。

光學(xué)相干斷層成像(oct)的變型包括極性敏感oct(ps-oct)，其中組織成分的雙折射特性可以被利用以獲得關(guān)于結(jié)構(gòu)和組分的額外信息；分光鏡oct，其類似地提供了關(guān)于成像結(jié)構(gòu)組分的改進(jìn)信息；多普勒oct，其提供關(guān)于流量和運(yùn)動(dòng)的信息；經(jīng)由oct的彈性成像；以及光頻區(qū)域成像(ofdi)，其允許顯著地更加快速地獲取成像數(shù)據(jù)，并且由此能夠在更短時(shí)間內(nèi)在更大關(guān)注空間上產(chǎn)生成像。同樣，這些成像形式中的每一個(gè)都能夠通過本發(fā)明而得到改進(jìn)。

除了oct之外，還有多種其它的基于光纖的成像形式。amundson等人描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過紅外光來穿過血液成像(美國專利no.6,178,346)。用于該成像系統(tǒng)的電磁光譜范圍被選擇成能夠使對(duì)血液的穿透性最佳，從而允許與可見光譜中血管鏡法所提供的相類似地穿過血液進(jìn)行光學(xué)成像，但是不需要將血液沖出成像區(qū)域。

dewhurst(美國專利5,718,231)描述了一種用于血管內(nèi)成像的向前觀察探頭，其中光纖行進(jìn)穿過超聲傳感器從而將光照到探頭端部徑直前方的目標(biāo)組織。光隨后與目標(biāo)組織相互作用并且產(chǎn)生被超聲傳感器接收的超聲波，并且圖像僅僅在系統(tǒng)未設(shè)置成接收并處理光學(xué)圖像時(shí)是光聲圖像。dewhurst裝置中使用的超聲傳感器局限于聚合體壓電薄膜，例如pvdf薄膜，并且僅用于接收超聲能量，而不將電能轉(zhuǎn)換到超聲。

血管鏡法、內(nèi)窺鏡法、支氣管鏡法以及多種其它成像裝置已經(jīng)被描述，其基于照亮人體內(nèi)靠近剛性或柔性軸遠(yuǎn)端的區(qū)域的原理，允許哺乳動(dòng)物體內(nèi)的內(nèi)部管道和結(jié)構(gòu)(例如血管、胃腸腔以及肺部系統(tǒng))的可視化。圖像隨后通過在軸的端部附近設(shè)置光檢測(cè)器陣列(例如ccd陣列)或者通過使一束光纖將從軸遠(yuǎn)端接收到的光線傳送到遠(yuǎn)端而得以產(chǎn)生，其中光檢測(cè)器陣列或其它系統(tǒng)允許操作者產(chǎn)生或者觀察照亮區(qū)域的圖像顯示。除了其它缺點(diǎn)之外，光纖束占的體積大的并且降低了軸的靈活性。

其它基于光纖的用于解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的最低損害性評(píng)定的形式包括如motz等人所描述的raman光譜法(jbiomedopt.2006年3月至4月；11(2))，caplan等人描述的近紅外光譜法(jamcollcardiol.2006年4月18日；47(8suppl):c92-6)，以及熒光成像法，例如瘤中蛋白水解酶的標(biāo)記熒光成像法(radiology.2004年6月；231(3):659-66)。

將超聲及光學(xué)相干斷層成像結(jié)合到單個(gè)導(dǎo)管之上的能力是極為有利的。kubo等人關(guān)注于使用oct、ivus以及血管鏡法對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行活體研究，從而對(duì)導(dǎo)致劇烈心肌梗塞的損害形態(tài)進(jìn)行估定(journalofamericancollegeofcardiology,sept4,2007,10(50):933-39)。他們指出使用這些形式中的每一種來進(jìn)行成像都是有益處的。然而，由于結(jié)合這些功能的導(dǎo)管當(dāng)前還沒有投入商用，因此為了執(zhí)行他們的研究，他們必須使用分開的導(dǎo)管用于ivus、oct以及血管鏡法成像形式中的每一種。kawasaki等人早先在冠心病尸體樣本上、使用單個(gè)探頭作為oct及ivus部件，對(duì)oct、傳統(tǒng)ivus以及被稱為集成式反向散射ivus變體進(jìn)行了比較。brezinski等(heart，1997may；77(5):397-403)先前已經(jīng)解釋了在解剖的大動(dòng)脈樣本上進(jìn)行離體研究，其中再次使用分開的探頭對(duì)ivus和oct圖像進(jìn)行對(duì)比。后一種研究中的oct探頭不適于活體使用。

光學(xué)相干斷層成像通常比超聲具有高的分辨率并且具有能夠比超聲更好地識(shí)別出血管及其它組織中的某些結(jié)構(gòu)或成分的潛力。例如，纖維帽厚度或者炎癥的出現(xiàn)或者動(dòng)脈表面附近壞死區(qū)域可以用光學(xué)相干斷層成像更好地解決。然而光學(xué)相干斷層成像由于其在大多數(shù)生物介質(zhì)中的較小穿透深度(500至3000微米的量級(jí))而受到限制。大多數(shù)這種介質(zhì)都不是光學(xué)透明的。

同時(shí)，超聲具有更好地穿透生物介質(zhì)例如血液和軟組織的能力并且其穿透深度通常地延伸超過光學(xué)相干斷層成像的穿透深度幾毫米或者厘米。通過使用組合成像裝置的成像方法來進(jìn)行成像的能力提供了關(guān)于選擇所需分辨率和穿透深度的優(yōu)點(diǎn)。此外，由光學(xué)相干斷層成像采集到的大部分信息與由超聲采集到的大部分信息是互補(bǔ)的，并且由兩種方法采集的信息的分析或顯示會(huì)提高更好理解需要測(cè)定的組織(例如關(guān)于其成分)的能力。

ivus與oct的這些不同在本領(lǐng)域是公知的。maschke(美國專利公開號(hào)2006/0116571對(duì)應(yīng)美國專利申請(qǐng)?zhí)?1/291,593)描述了導(dǎo)引線的實(shí)施例，oct和ivus成像傳感器都固定到所述引導(dǎo)線上面。所述發(fā)明具有多個(gè)缺點(diǎn)。引導(dǎo)線的直徑一般是0.014”到0.035”(大約350微米到875微米)，而超聲傳感器一般是至少400微米*400微米并且對(duì)于頻率在20到100mhz范圍內(nèi)的話尺寸會(huì)更大。如果傳感器太小，那么束會(huì)不充分地聚焦以及具有差的信號(hào)特性。在maschke中，ivus和oct成像機(jī)構(gòu)被設(shè)置在沿著引導(dǎo)線長(zhǎng)度的不同位置并且這種類型配置(ivus和oct成像裝置設(shè)置在沿著成像軸長(zhǎng)度的不同位置上)的缺點(diǎn)在于不能允許圖像的最優(yōu)聯(lián)合配準(zhǔn)。

maschke(美國專利7,289,842)描述了一種將ivus和oct結(jié)合到導(dǎo)管上的成像系統(tǒng)，其中ivus和oct成像元件沿著導(dǎo)管的長(zhǎng)度彼此縱向地移動(dòng)，該導(dǎo)管繞著其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。maschke還描述了生成圖像，其中圖像的中心部分基本上從系統(tǒng)的較高分辨率oct成像部分的輸出中導(dǎo)出，而圖像的外部部分基本上從系統(tǒng)的超聲成像部分的輸出中導(dǎo)出，從而利用超聲的較大穿透深度以及oct更高的分辨率以用于靠近導(dǎo)管的組織。

park等(美國專利申請(qǐng)11/415,848)也主要涉及一種將ivus和oct成像結(jié)合到單個(gè)導(dǎo)管上的想法。

然而，用于單個(gè)裝置上組合式聲學(xué)及光學(xué)成像(例如組合式ivus和oct成像)的集成方法并非不重要的。使光學(xué)成像元件和聲學(xué)成像元件在主要旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)管上縱向地彼此分開不能夠提供理想的配置用于組合成像。更理想的配置是能夠采集到高質(zhì)量的聲學(xué)及光學(xué)信號(hào)，基于超聲及光學(xué)的圖像由所述信號(hào)形成，同時(shí)使聲學(xué)及光學(xué)圖像能夠以更精確的方式彼此配準(zhǔn)。

例如，通過簡(jiǎn)單地將ivus成像元件設(shè)置成與oct成像元件沿著導(dǎo)管長(zhǎng)度相一致，ivus和oct圖像的成像平面中心將會(huì)彼此分開至少大約是超聲傳感器長(zhǎng)度一半以及光學(xué)成像元件長(zhǎng)度一半的距離。

用于血管成像的機(jī)械式ivus傳感器的長(zhǎng)度一般超過400微米。ivus和oct成像平面之間的分開距離(例如maschke提出的配置中)將會(huì)需要在光學(xué)和聲學(xué)成像平面之間至少250微米的分開距離。一般地，機(jī)械式ivus以每秒30幀的速度旋轉(zhuǎn)以及拉回速率為0.5mm/s，這意味著對(duì)于給定的時(shí)間點(diǎn)t0，在較遠(yuǎn)設(shè)置的成像裝置移動(dòng)到較近設(shè)置的成像裝置最初在時(shí)刻t0所處的同一位置的時(shí)間之內(nèi)，至少走過15幀圖像或者500毫秒。這種幾百毫秒或者成像探頭幾個(gè)旋轉(zhuǎn)的分開使得很難將一種成像方法的成像數(shù)據(jù)與另一種進(jìn)行精確地配準(zhǔn)。

假定導(dǎo)管在這個(gè)時(shí)間段在人體內(nèi)腔內(nèi)發(fā)生無意的橫向及縱向位移，例如由于心臟收縮以及搏動(dòng)血流導(dǎo)致的位移，那么上面所述是尤其相關(guān)的。非均勻旋轉(zhuǎn)失真(nurd)還會(huì)影響對(duì)通過彼此遠(yuǎn)離的多個(gè)旋轉(zhuǎn)而采集的圖像進(jìn)行精確配準(zhǔn)的能力。當(dāng)考慮到能夠發(fā)現(xiàn)重要病理例如受影響斑塊的大小的時(shí)候，兩套數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的任何不精確都會(huì)非常要緊。動(dòng)脈斑塊組分的外觀(例如纖維帽的厚度、鈣化結(jié)節(jié)的存在或者動(dòng)脈粥樣化沉積的程度)的引人注意的差別可以沿著血管長(zhǎng)度小到幾百微米而進(jìn)行觀察。類似地，解剖學(xué)導(dǎo)管(例如血管)的小型但是潛在相關(guān)的分支可以具有小于100微米數(shù)量級(jí)的尺寸。

先前的ivus及oct的試驗(yàn)和實(shí)施或者聲學(xué)及光學(xué)成像的其它組合都沒有能夠以適用于最低侵入性成像(例如血管內(nèi)成像)的方式、對(duì)來自于兩種或多種成像裝置的成像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)良好的精度。

據(jù)發(fā)明人所知，先前的ivus及oct的試驗(yàn)和實(shí)施或者聲學(xué)及光學(xué)成像的其它組合都沒有能夠以適用于最低侵入性成像(例如血管內(nèi)成像)的方式、對(duì)來自于兩種或多種成像裝置的成像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)良好的精度。

非常有利地，提供高分辨率成像探頭，該探頭將聲學(xué)及光學(xué)成像結(jié)合到“前方觀察”探頭而不是“側(cè)向觀察”探頭上。同樣有用地，提供能夠向后觀察的類似探頭，或者在一般側(cè)向觀察配置中從多個(gè)角度進(jìn)行觀察。

同樣有利地，提供高分辨率成像探頭，該探頭將超聲成像與一種或多種光學(xué)成像裝置相結(jié)合。

同樣有利地，提供最低侵入性成像探頭，該探頭能夠用于光聲成像或聲致發(fā)光成像。

同樣有利地，提供最低侵入性成像裝置，其中成像裝置中的一種提供了有關(guān)其它成像裝置獲取成像數(shù)據(jù)的方向的有用信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種成像探頭的實(shí)施例，該探頭以能夠通過兩種或多種成像方法同時(shí)進(jìn)行成像的方式將聲學(xué)及光學(xué)成像裝置組合在一起。該實(shí)施例使得所述方法能夠?qū)Ω鞣N形式獲得的圖像進(jìn)行精確的聯(lián)合配準(zhǔn)。在部分實(shí)施例中，本發(fā)明提供了將聲學(xué)成像裝置與治療能量(例如用于光力學(xué)治療的紫外光或者用于燒蝕方法的激光能量)的傳送相結(jié)合的實(shí)施例。

本發(fā)明還提供使用一種成像形式幫助第二種成像形式的重建的實(shí)施例。這更具體地涉及監(jiān)測(cè)成像探頭內(nèi)部件的位置或定向，所述位置或定向隨后確定成像區(qū)域的位置或定向。

本發(fā)明提供將高頻超聲和光學(xué)相干斷層成像結(jié)合到組合成像系統(tǒng)中的方法。

本發(fā)明提供一種新穎的裝置，用于實(shí)施組合式超聲及光學(xué)成像系統(tǒng)，其中掃描的空間包括成像傳感器所在位置前方或后方的區(qū)域。

本發(fā)明提供通過單個(gè)光纖或少量光纖連同獲取超聲圖像的裝置來獲取與由血管鏡法、內(nèi)窺鏡法以及類似成像技術(shù)所產(chǎn)生的圖像相類似的圖像的能力。這些光學(xué)圖像還能夠利用紅外和/或可見光波長(zhǎng)來獲得

本發(fā)明提供用于將高頻超聲與光學(xué)相干斷層成像相結(jié)合的裝置，其中掃描的空間包括成像傳感器所在位置前方或后方的區(qū)域。

本發(fā)明的實(shí)施例還能夠掃描用于成像目的的區(qū)域或者將治療能量傳送到軸所達(dá)到的區(qū)域，其中軸旋轉(zhuǎn)速度的變化引起聲學(xué)和/或光學(xué)能量的發(fā)射器和/或接收器方向的變化。

本發(fā)明還有助于某些高分辨率成像形式，其使用聲學(xué)能量來產(chǎn)生光學(xué)能量(聲致發(fā)光成像)或者使用光學(xué)能量來產(chǎn)生聲學(xué)能量(光聲成像)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種成像探頭，用于插入到人體內(nèi)腔及空腔中，該成像探頭用于對(duì)所述人體內(nèi)腔及空腔的內(nèi)部進(jìn)行成像或者對(duì)人體的外部表面進(jìn)行成像，該成像探頭包括：

a)具有縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)中空軸，該細(xì)長(zhǎng)中空軸具有遠(yuǎn)端部分、近端部分以及細(xì)長(zhǎng)的中間部分，成像組件在所述細(xì)長(zhǎng)中空軸中設(shè)置為遠(yuǎn)離所述近端部分，所述成像組件連接到成像導(dǎo)管的第一端，所述成像導(dǎo)管延伸穿過所述細(xì)長(zhǎng)中空軸并在其第二端通過所述近端部分連接到圖像處理和顯示系統(tǒng)，所述成像導(dǎo)管包括具有遠(yuǎn)端的光纖并且所述成像組件包括光學(xué)發(fā)射器/收集器，該光學(xué)發(fā)射器/收集器包括與光纖的所述遠(yuǎn)端相關(guān)聯(lián)的光引導(dǎo)和接收裝置，該光引導(dǎo)和接收裝置用于將光成像能量導(dǎo)出所述光纖的遠(yuǎn)端并且接收反射的光成像能量信號(hào)以及將所述接收到的反射光成像能量信號(hào)引導(dǎo)返回至所述圖像處理和顯示系統(tǒng)，所述成像組件包括超聲傳感器，所述超聲傳感器發(fā)射并接收超聲成像能量，并且所述成像導(dǎo)管包括電導(dǎo)體，該電導(dǎo)體用于將所述超聲傳感器電連接到超聲信號(hào)發(fā)生器以及所述圖像處理和顯示系統(tǒng)；

b)所述成像組件包括掃描機(jī)構(gòu)，該掃描機(jī)構(gòu)被配置成將來自所述光學(xué)發(fā)射器/收集器的光以及來自所述超聲傳感器的超聲沿著所述細(xì)長(zhǎng)中空軸之外的路徑傳送，所述超聲傳感器和光學(xué)發(fā)射器/收集器彼此相對(duì)定位并取向，使得能夠在掃描關(guān)注區(qū)域期間對(duì)超聲圖像和光學(xué)圖像進(jìn)行精確的聯(lián)合配準(zhǔn)；

c)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于向所述成像導(dǎo)管和所述成像組件施加運(yùn)動(dòng)；

d)控制器，該控制器連接于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及所述圖像處理和顯示系統(tǒng)，并且被配置成對(duì)在掃描關(guān)注區(qū)域期間從超聲成像和光學(xué)成像獲得的圖像進(jìn)行處理以及對(duì)超聲圖像和光學(xué)圖像進(jìn)行聯(lián)合配準(zhǔn)；以及

e)用于顯示聯(lián)合配準(zhǔn)圖像的顯示裝置。

對(duì)本發(fā)明的功能性和有利方面的進(jìn)一步理解可以通過參考下面的詳細(xì)描述和附圖得以實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

參考附圖，通過僅僅示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

圖1是包括超聲成像部件和光學(xué)成像部件的成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2是具有適配器、導(dǎo)管以及成像組件的柔性成像探頭的透視圖；

圖2a是圖2中成像探頭的中部沿著虛線截取的橫截面視圖；

圖2b是圖2中成像探頭的遠(yuǎn)端區(qū)域的放大透視圖；

圖2c顯示了成像探頭的旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件如何能夠通過適配器連接到成像系統(tǒng)其余部分的示意圖；

圖2d是探頭的旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件連接到適配器的示例的透視圖；

圖3a至3e是現(xiàn)有技術(shù)中描述的一般成像導(dǎo)管配置的代表；

圖3a示出了用于外套的線上配置的一個(gè)實(shí)施例，該外套在具有引導(dǎo)線內(nèi)腔時(shí)與成像探頭相結(jié)合；

圖3b示出了穿過成像探頭的截面圖，用于圖示引導(dǎo)線內(nèi)腔配置；

圖3c示出了用于外套的快速訪問配置，該外套在具有引導(dǎo)線內(nèi)腔時(shí)與成像探頭相結(jié)合；

圖3d示出了穿過成像探頭中不包含引導(dǎo)線內(nèi)腔的部分的截面圖；

圖3e示出了穿過成像探頭中包含引導(dǎo)線內(nèi)腔的部分的截面圖；

圖4a至4l是超聲傳感器以及使成像光線路徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)的裝置的示例，該傳感器包含孔，用于允許光學(xué)能量穿過傳感器而傳送，從而使光學(xué)及聲學(xué)成像區(qū)域彼此精確地對(duì)齊；

圖5a至5f是超聲傳感器的示例，不包括使成像光線路徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)的裝置，該傳感器包含孔，用于允許光學(xué)能量穿過傳感器而傳送，從而使光學(xué)及聲學(xué)成像區(qū)域彼此精確地對(duì)齊；

圖6a至6c顯示了代表性的聲學(xué)傳感器配置，其中圖6a的傳感器中沒有孔。圖6d至6f顯示了穿過超聲傳感器設(shè)置孔對(duì)由超聲傳感器產(chǎn)生的聲束圖案的影響的代表性模擬結(jié)果，其中圖6d沒有孔；

圖7a至7e顯示了超聲傳感器的示例，該傳感器的頂部上或者凹入到該聲學(xué)傳感器內(nèi)設(shè)有光學(xué)設(shè)備，用于傳送和/或接收光學(xué)成像能量；

圖8a是適于通過聲學(xué)及光學(xué)成像來進(jìn)行側(cè)向觀察的成像組件的透視圖；

圖8b是圖8a中成像組件的側(cè)視圖；

圖8c至8e是圖8a中的成像組件處于不同旋轉(zhuǎn)位置的端視圖；

圖9a至9c顯示了光學(xué)成像發(fā)射器/接收器被嵌入到聲學(xué)傳感器的背襯材料435中的配置；

圖10a至10e類似于圖8b至8e，顯示了成像組件以往復(fù)方式而不是在單一旋轉(zhuǎn)方向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；

圖11顯示了成像探頭的透視圖，其中主要運(yùn)動(dòng)是縱向運(yùn)動(dòng)，其中被光束和聲束掃過的表面是兩個(gè)共面矩形；

圖12顯示了成像探頭的實(shí)施例的透視圖，其中光學(xué)成像系統(tǒng)被配置成使得光學(xué)成像束傾斜從而使得這些成像束基本上會(huì)聚或重疊；

圖13是適于利用聲學(xué)及光學(xué)成像來進(jìn)行側(cè)向觀察的成像組件的橫截面圖；

圖14a是適于利用聲學(xué)及光學(xué)成像來進(jìn)行前方觀察的成像組件的橫截面圖；

圖14b是適于利用聲學(xué)及光學(xué)成像來進(jìn)行前方觀察的成像組件的橫截面圖，其中人造肌肉聚合體可被用于使成像探頭的遠(yuǎn)端區(qū)域發(fā)生變形；

圖15a是適于利用聲學(xué)及光學(xué)成像來進(jìn)行側(cè)向觀察的成像組件的橫截面圖，該組件使用反射部件將光學(xué)及聲學(xué)束引導(dǎo)到側(cè)向方向；

圖15b至15c類似于圖15a，但是其中反射部件繞著樞轉(zhuǎn)點(diǎn)安裝，從而使得光學(xué)及聲學(xué)束能夠以可變的角度在側(cè)向方向上被掃描；

圖16a是使用可傾斜部件的成像探頭的實(shí)施例的橫截面，其中傾斜動(dòng)作是由于成像組件繞著縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而由向心加速度調(diào)節(jié)；

圖16b是沿著圖16a中的線16b-16b的視圖；

圖16c是圖16a中成像探頭的橫截面，但是可傾斜部件處于使用期間中的不同角度；

圖16d是沿著圖16c中的線16d-16d的視圖；

圖17a是可偏轉(zhuǎn)部件的透視圖，該部件包括平坦的光學(xué)反射層和成形的聲學(xué)反射層；

圖17b至17d顯示了圖17a的偏轉(zhuǎn)部件的橫截面；

圖18a是超聲成像傳感器的透視圖，其具有穿過聲學(xué)傳感器中兩個(gè)分開的光學(xué)傳送通道的兩個(gè)光學(xué)成像發(fā)射器/接收器；

圖18b是具有超聲成像傳感器的成像探頭的實(shí)施例的透視圖，該傳感器具有兩個(gè)光學(xué)成像發(fā)射器/接收器，所述發(fā)射器/接收器設(shè)置成與成像組件的主要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相對(duì)齊；

圖18c是沿著圖18b中箭頭c的視圖；

圖19是系統(tǒng)的示意圖，其中兩個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)通過光學(xué)路由回路而連接到同一光學(xué)成像波導(dǎo)管；

圖20a和20b顯示了扇段形圖案，用于同時(shí)地顯示彼此聯(lián)合配準(zhǔn)的兩個(gè)或多個(gè)圖像的若干部分；

圖21a和21b顯示了任意圖案，用于同時(shí)地顯示彼此聯(lián)合配準(zhǔn)的兩個(gè)或多個(gè)圖像的若干部分；

圖22是顯示的示意圖，其隨著時(shí)間從一個(gè)聯(lián)合配準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換到另一個(gè)聯(lián)合配準(zhǔn)圖像；

圖23a和23b顯示了第一圖像中的特征如何能夠映射到與第一圖像聯(lián)合配準(zhǔn)的另一圖像中的特征；

圖24a和24b顯示了第一圖像中的輪廓特征如何能夠映射到與第一圖像聯(lián)合配準(zhǔn)的另一圖像中，以及相反的情形；

圖25a和25b提供了示意圖，顯示如何能夠從兩個(gè)或更多個(gè)聯(lián)合配準(zhǔn)的成像數(shù)據(jù)集合構(gòu)建復(fù)合圖像；以及

圖26a至26c示出了具有旋轉(zhuǎn)編碼器的成像探頭的截面圖。

具體實(shí)施方式

非限制性地，這里所描述的系統(tǒng)的大部分指的是能夠通過光學(xué)和聲學(xué)裝置兩者進(jìn)行成像的成像探頭。根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所公開的實(shí)施例僅僅是示例性的，并且應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明可以以多種多樣的以及替代的形式進(jìn)行實(shí)施。

附圖并非按比例繪制，并且一些特征被進(jìn)行了放大或縮小，以顯示特定元件的細(xì)節(jié)，而相關(guān)元件則可能被省去了，以防止遮擋新穎的部分。因此，這里所公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)并不被理解為限制性的，而是僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為教示本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。出于教示以及并非限制性的目的，所示實(shí)施例涉及能夠通過光學(xué)和聲學(xué)裝置進(jìn)行成像的成像探頭。

如在此使用的，當(dāng)與尺寸、溫度或者其它物理屬性或特征的范圍共同使用時(shí)，術(shù)語“大約”指的是涵蓋了存在于尺寸范圍的上限及下限中的微小變化，從而不排除那些平均起來大部分尺寸都滿足但是在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的尺寸可能處于該區(qū)域之外的實(shí)施例。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，給出了成像探頭的部件尺寸，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這些都不意味著進(jìn)行限制。

如在此使用的，詞組“圖像的聯(lián)合配準(zhǔn)”指的是識(shí)別由一種成像裝置獲取的成像數(shù)據(jù)的子集與利用另一種成像裝置獲取的成像數(shù)據(jù)的子集的過程，其中所識(shí)別的來自所述兩種裝置的成像數(shù)據(jù)是通過檢測(cè)來自同一物體(或者在本發(fā)明情況下為組織)的成像能量的形式(例如光子或超聲)而獲取的。第一子集中的每個(gè)聯(lián)合配準(zhǔn)點(diǎn)然后能夠映射到第二子集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，使得來自所述兩種不同成像裝置的兩個(gè)點(diǎn)被認(rèn)為是從被成像物體(或組織)的相似病灶區(qū)域獲取的。

在使用兩個(gè)或更多個(gè)成像裝置所獲取的圖像之間，圖像或者圖像一部分的成功且精確的聯(lián)合配準(zhǔn)是有用的，因?yàn)樗軌蛱峁┒鄠€(gè)機(jī)會(huì)來通過多于一個(gè)成像裝置來評(píng)定被成像物體的關(guān)注特征。

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性成像系統(tǒng)的概視圖，該系統(tǒng)總體表示為10。該系統(tǒng)包括成像探頭12，該探頭12經(jīng)由適配器14連接到圖像處理及顯示系統(tǒng)16。圖像處理及顯示系統(tǒng)16包括必要的硬件來支持下述成像形式中的一種或多種：1)超聲，2)光學(xué)相干斷層成像，3)血管鏡法，4)紅外成像，5)近紅外成像，6)raman光譜成像，以及7)熒光成像。

光學(xué)相干斷層成像、超聲、血管鏡法以及紅外成像回路的實(shí)施已在現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行了描述。

這里描述的系統(tǒng)通常進(jìn)一步包括控制器和處理單元18，以便于系統(tǒng)的多個(gè)功能性單元的協(xié)同行為，并且可進(jìn)一步包括顯示器和/或用戶界面，并且可進(jìn)一步包括電極傳感器以獲取來自被成像病人的身體的心電圖信號(hào)。所述心電圖信號(hào)可被用來在心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量可能產(chǎn)生影響的情況下設(shè)定成像數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間。如果包含在本發(fā)明的特定實(shí)施例中的話，形成圖像處理及顯示系統(tǒng)的光學(xué)回路及電子元件21可包括下述部件中的任何一個(gè)或全部：干涉計(jì)部件、一個(gè)或多個(gè)光學(xué)參考臂、光學(xué)多路復(fù)用器、光學(xué)多路分配器、光源、光檢測(cè)器、分光計(jì)、壓電濾光器、計(jì)時(shí)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)在背景技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)部分中描述的任意光學(xué)成像技術(shù)所公知的其它部件。超聲回路20可包括以下部件中的任何一個(gè)或全部：脈沖發(fā)生器、電子濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、平行處理陣列、包絡(luò)檢波、包括時(shí)間增益補(bǔ)償放大器的放大器以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)在背景技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)部分中描述的任意聲學(xué)成像技術(shù)所公知的其它部件。

如果包含在本發(fā)明的特定實(shí)施例中的話，控制器和處理單元18用于多種目的，并且部件將根據(jù)特定成像系統(tǒng)的需要而顯著地進(jìn)行適應(yīng)?？刂破骱吞幚韱卧?8可包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件(例如內(nèi)存、硬盤、可移動(dòng)存儲(chǔ)裝置、用于便攜式存儲(chǔ)介質(zhì)例如cd和dvd的讀取器和記錄器)、位置檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)電路、心臟選通功能、測(cè)定體積圖像處理器、掃描轉(zhuǎn)換器及其它裝置中的一種或其組合。可選地，還可設(shè)置顯示器和用戶界面22，用于實(shí)時(shí)顯示或者成像數(shù)據(jù)獲取時(shí)刻后某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)顯示。

成像探頭12包括其遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端32附近的成像組件30、沿著其長(zhǎng)度大部分的可選導(dǎo)管34以及其近端38的連接器36。對(duì)于本發(fā)明，成像組件30一般指的是從中收集信號(hào)(聲學(xué)或光學(xué)或者兩者)的成像探頭12的部件，用于靠近成像組件30的區(qū)域的成像。成像組件30包括至少一個(gè)或多個(gè)成像能量發(fā)射器以及至少一個(gè)或多個(gè)成像能量接收器。對(duì)于本發(fā)明，“成像能量”指的是光能和聲能兩者。具體地，光指的是覆蓋紫外線、可見光以及紅外光譜波長(zhǎng)的電磁波。例如，對(duì)于聲學(xué)成像，成像組件30包括超聲傳感器，該超聲傳感器既是聲能的發(fā)射器又是聲能的接收器。

對(duì)于光學(xué)成像，光學(xué)組件30一般包括光纖的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端，以及光學(xué)部件例如透鏡(例如球透鏡或grin透鏡)的組合，所述部件共同地用作光學(xué)接收器并可用作光學(xué)發(fā)射器。鏡和/或棱鏡通常結(jié)合作為光學(xué)發(fā)射器和/或接收器的一部分。成像組件30、連接器36和/或成像導(dǎo)管34可以是充有液體的(例如鹽水)，并且可沖洗。

成像探頭12可以在沿著其長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上包含端口，以便于沖洗。對(duì)于光學(xué)成像，可以考慮充有氣體的成像探頭12。優(yōu)選地，所述氣體基本上包括二氧化碳或者其它容易溶解的氣體。可替代地，成像組件可被分區(qū)，從而存在至少一個(gè)充有氣體的分區(qū)或內(nèi)腔用于光學(xué)成像以及至少一個(gè)充有液體的分區(qū)或空腔用于聲學(xué)成像。

成像導(dǎo)管34包括至少一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)管或者至少一根導(dǎo)線(優(yōu)選為兩根或多根)，所述導(dǎo)線將發(fā)射器和/或接收器經(jīng)由連接器連接到適配器。成像導(dǎo)管34還可用作機(jī)械力傳遞機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)或者平移成像組件。例如，成像導(dǎo)管34可包括被兩層彼此絕緣的電線纏繞的光纖。成像導(dǎo)管34可進(jìn)一步通過其它結(jié)構(gòu)特征得到加強(qiáng)，例如螺旋纏繞線或者其它用于構(gòu)成成像力矩線纜的設(shè)計(jì)，所述線纜用于使掃描機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，如相關(guān)技術(shù)中所述。

適配器14便于將任何光纖和/或線中的信號(hào)傳送到適當(dāng)?shù)膱D像處理單元。適配器14還可結(jié)合有回拉機(jī)構(gòu)49(圖2d)或者往復(fù)推拉機(jī)構(gòu)，以便于成像組件的縱向平移。成像組件30的這種縱向平移可以與環(huán)繞成像導(dǎo)管34的外軸的縱向平移共同發(fā)生，或者在相對(duì)靜止的外軸內(nèi)發(fā)生。

可結(jié)合附加的傳感器作為適配器14的一部分，例如位置感測(cè)回路，用于感測(cè)成像探頭12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)角度。成像探頭12還可包括存儲(chǔ)部件，例如eeprom或其它可編程存儲(chǔ)裝置，其包括關(guān)于成像探頭到成像系統(tǒng)其余部分的信息。例如，它可包括關(guān)于成像探頭12的規(guī)格識(shí)別的說明，并還可包括關(guān)于探頭12的校準(zhǔn)信息。

盡管聲學(xué)和光學(xué)成像數(shù)據(jù)的精確校準(zhǔn)是高度期望的，但重要的是認(rèn)識(shí)到需要最優(yōu)化最低侵入性探頭的幾何形狀，從而使其能夠盡可能合理地小，從而達(dá)到其期望目的。當(dāng)前的ivus和ice探頭的直徑大約為0.9至2mm并且探頭的較小尺寸能夠在冠狀解剖體的血管樹中隨著血管尺寸逐漸變細(xì)而被遞送得更遠(yuǎn)。因此，較小的尺寸通常允許了對(duì)大部分冠狀解剖體的訪問。由此希望使結(jié)合了光學(xué)成像和聲學(xué)成像的探頭實(shí)施例能夠在使探頭的某些尺寸(例如探頭直徑)最小化的配置中進(jìn)行成像。

圖2是包含光纖40和同軸電線50的柔性導(dǎo)管的透視圖。近端連接器包含光纖40，該光纖40能夠被適配器接收從而將成像光纖40以光學(xué)方式連接到光學(xué)成像系統(tǒng)“后端”。還具有電連接器56，其允許一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)管連接到超聲回路和/或控制器和處理單元。在成像導(dǎo)管繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中，可能需要將成像光纖的旋轉(zhuǎn)部件與相對(duì)靜止的光纖相連，該相對(duì)靜止的光纖連接到光學(xué)成像系統(tǒng)的后端21。旋轉(zhuǎn)光纖探頭的連接能夠通過光纖旋轉(zhuǎn)接頭而實(shí)現(xiàn)，所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)合作為成像探頭10的近端連接器的一部分或者作為適配器14的一部分。類似地，在成像導(dǎo)管繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中，可能需要將隨成像導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)線連接到超聲回路20和/或控制器和處理單元18的相對(duì)靜止的導(dǎo)體，優(yōu)選通過集電環(huán)(slipring)來連接。這些集電環(huán)能夠被結(jié)合作為成像探頭36的近端連接器的一部分或者作為適配器14的一部分。

圖2a示出了沿虛線截取的圖2中的成像探頭的中部的橫截面視圖，其顯示了光纖40、引導(dǎo)線端口44和引導(dǎo)線42、成像導(dǎo)管34、成像導(dǎo)管腔46、中空的外套48、柔性細(xì)長(zhǎng)軸(由生理上可相容的材料制成并且直徑適于允許中空細(xì)長(zhǎng)軸插入到人體內(nèi)腔及空腔中)、以及同軸電線50。圖2b中所示的成像探頭10的端部的放大詳圖顯示出引導(dǎo)線42的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端延伸越過外套48的端部和外套48端部的沖洗端口54。在圖2中，成像探頭10的近端包括連接器組件36和另一個(gè)引導(dǎo)線端口55，引導(dǎo)線42插入到引導(dǎo)線端口55中，連接器組件36包括沖洗端口58和沿著連接器主體的電接觸器56。

圖2c顯示了成像探頭的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)部件如何能夠通過適配器連接到成像系統(tǒng)其余部分的示意圖。圖2d示意性地顯示了成像探頭的旋轉(zhuǎn)部件如何能夠連接到適配器的旋轉(zhuǎn)部件。各個(gè)旋轉(zhuǎn)部件可以通過本領(lǐng)域公知的連接器和其它配置以電學(xué)、光學(xué)、和/或機(jī)械的方式進(jìn)行連接。類似地，成像探頭的非旋轉(zhuǎn)部件可以連接到適配器14的非旋轉(zhuǎn)部件。適配器14可包括集電環(huán)、光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭以及其它能夠?qū)⑿D(zhuǎn)部件通過電學(xué)或光學(xué)方式連接到非旋轉(zhuǎn)部件并能夠?qū)崿F(xiàn)與系統(tǒng)其余部分進(jìn)行必要的電信號(hào)及光信號(hào)通訊的工具。

也可使用雙光纖光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭，但是該接頭要復(fù)雜得多。固定到成像探頭12中的旋轉(zhuǎn)部件上的任何導(dǎo)體之間的電連接可以經(jīng)由金屬集電環(huán)和彈簧、金屬集電環(huán)和電刷或者其它在靜止導(dǎo)體和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體之間形成導(dǎo)電接觸的一般公知方法而連接到非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電元件。

盡管圖2d中分開地顯示了電連接、光學(xué)連接和機(jī)械連接，但是根據(jù)特定實(shí)施例的需要，能夠利用通過將多個(gè)連接器組合成組合連接器而得到較少的連接器來減少必須單獨(dú)連接在探頭和適配器之間的多個(gè)連接器。

圖3a示出了用于外套47的線上配置的一個(gè)實(shí)施例，并且圖3b示出了外套47沿圖3a中的豎線3b-3b穿過包含成像組件30的部分的橫截面。

圖3c示出了另一個(gè)外套60的實(shí)施例，該外套60是用于外套的“快換”配置，如果需要引導(dǎo)線的話，所述外套可以與成像探頭相結(jié)合。圖3c中的套60包括圖2中所示的進(jìn)入端口55。圖3d示出了“快換”配置60沿圖3c中的線3d-3d穿過靠近用于引導(dǎo)線的進(jìn)入端口55的部分的橫截面。圖3e示出了沿圖3c中的線3e-3e的橫截面。

本發(fā)明描述了多個(gè)實(shí)施例，通過這些實(shí)施例可以形成精確配準(zhǔn)的超聲和光學(xué)圖像。最簡(jiǎn)單的概念化方案是使超聲和光學(xué)成像束的路徑彼此共線地對(duì)齊。

參考圖4a，設(shè)有成像子組件399，該子組件399被設(shè)置成允許通過聲學(xué)和光學(xué)裝置在同一方向上成像，從而利用允許光能行進(jìn)穿過傳感器中通道的聲學(xué)傳感器。重要地，探頭399使用聲學(xué)傳感器402，該傳感器402經(jīng)過改變從而具有穿過其基板的光學(xué)傳送通道。聲學(xué)傳感器402可以是本領(lǐng)域公知的任何種類的超聲傳感器，例如壓電成分(例如pzt或者pvdf)，復(fù)合材料傳感器或單晶傳感器。

電接觸器400被引導(dǎo)到傳感器的聲學(xué)基板402的任一側(cè)上的導(dǎo)電層401。光纖403提供用于能夠進(jìn)行光學(xué)成像的光學(xué)導(dǎo)管。一個(gè)或多個(gè)匹配層可以增加到傳感器的發(fā)射表面，例如環(huán)氧樹脂層(例如銀或銅導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層，其還可以功能性地用作驅(qū)動(dòng)傳感器的一個(gè)或兩個(gè)電極)，或者聚合物(例如聚對(duì)二甲苯或者pvdf)。

光學(xué)傳送通道407由多種技術(shù)中的任何一種制成，例如精密鉆孔、激光燒蝕、光刻，包括模具中用于產(chǎn)生開口的結(jié)構(gòu)和其它方式。精密鉆孔包括鉆頭的使用，例如明確地設(shè)計(jì)用于切削穿過硬質(zhì)材料的金剛石或碳化物鉆頭。高精度主軸，例如空氣主軸，可有助于精確且高效地執(zhí)行鉆孔技術(shù)。激光源可用于燒蝕出穿過基板的通道。示例性激光源包括yag或者準(zhǔn)分子激光器。

可替代地，如果聲學(xué)傳感器402由最初粘性的基板形成，那么保護(hù)性部件可以在壓電傳感器402的形成過程中嵌入到壓電材料中。保護(hù)性部件隨后能夠通過機(jī)械方式或者暴露于溶劑而被去除。例如，聚苯乙烯圓柱體可被用于保護(hù)性部件，其隨后可以通過在丙酮中溶解而失去?？商娲兀绻麎弘姴牧?02由最初粘性的基板形成，那么可去除心軸可以在壓電傳感器的形成過程中引入到材料中并且在壓電材料部分地或基本上硬化之后去除。

根據(jù)需要結(jié)合有壓電材料402的任一側(cè)上的導(dǎo)電層401，用于向壓電施加電壓。開口407直接連接到光學(xué)波導(dǎo)管403，或者通過一個(gè)或多個(gè)反射鏡404或者棱鏡397以及一個(gè)或多個(gè)透鏡405連接到光學(xué)波導(dǎo)管403。如果開口中包含任何光學(xué)部件的話，那么柔性材料406的阻尼、絕緣層(參見圖4l)例如硅或者聚合物，可以將光學(xué)部件與聲學(xué)基板402分開，從而用作電絕緣器或者使聲學(xué)基板402產(chǎn)生的應(yīng)力到光學(xué)部件的傳遞降到最低。

如圖4b所示，來自光纖的光可以向著反射鏡(或棱鏡)404被引導(dǎo)，該反射鏡404使來自光纖的光線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且穿過光學(xué)傳送通道407。可替代地，如圖17c所示，可使用棱鏡397來使光線發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且穿過光學(xué)傳送通道。作為整個(gè)內(nèi)部反射的結(jié)果或者在其偏轉(zhuǎn)表面419上的反射涂層的幫助下，棱鏡397可以使光線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。棱鏡397可以是固定到沿著光通路的適當(dāng)位置的單獨(dú)光學(xué)部件。例如，它可以通過粘結(jié)方法(例如uv固化膠)而在光纖端部上、透鏡上或者隔離件上膠結(jié)到適當(dāng)位置?？商娲?，沿著光通路連接未包層光纖并且在期望長(zhǎng)度處切掉未包層光纖的節(jié)段能夠被用于制成棱鏡。包層光纖的節(jié)段可被切除和/或拋光以獲得期望的角度。mao在前面引用的參考文獻(xiàn)中描述了該方法。

同樣參考圖4c，光學(xué)透明窗口409可選地設(shè)置在光學(xué)傳送通道407的端部,并且該通道內(nèi)的任何未占用空間都充有氣體、流體或者光學(xué)透明材料，例如玻璃或者本領(lǐng)域公知的多種透明聚合物中的任何一種。窗口409的用途是防止在通道407中產(chǎn)生或保留不希望的氣泡并且保護(hù)光學(xué)傳送通道407中的部件。

如圖4d所示，理想的是使通道407內(nèi)是氣體而不是流體或固體材料，從而提高某些光學(xué)部件例如曲面透鏡424(可以是球透鏡)的折射能力。

如圖4e至4g所示，grin透鏡405或者其它光學(xué)部件可以鄰近光纖403的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端，位于光纖403與沿著光學(xué)通路的偏轉(zhuǎn)平面鏡或棱鏡404之間。在這種情況下，聲學(xué)基板402中的開口可以不具有任何光學(xué)部件并且僅僅容納光學(xué)透明材料或者被窗口409所覆蓋?？商娲兀琯rin透鏡405或者其它光學(xué)部件可以處于聲學(xué)基板402的光學(xué)傳送通道407中，如圖4g至4l所示。上面提到的絕緣材料406的套筒可以環(huán)繞grin透鏡405或者開口407內(nèi)的其它光學(xué)部件，如圖4l所示，從而提供與聲學(xué)基板402的機(jī)械隔離或電絕緣。

參考圖4f，光學(xué)隔離件433位于光纖403的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端與grin透鏡405之間。光學(xué)隔離件元件433可包括光學(xué)透明介質(zhì)，例如未包層光纖、玻璃、塑料、充有氣體的間隙或者充有流體的間隙。光學(xué)隔離件元件433的使用有助于減小光學(xué)部件的對(duì)準(zhǔn)和尺寸所需的精度，從而獲得期望的焦距。

可替代地，參見圖4g，棱鏡397或反射鏡的路徑長(zhǎng)度可以作為光纖遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端與透鏡405之間的光學(xué)隔離件的全部或者一部分。利用光線必須行進(jìn)穿過反射鏡或棱鏡397的距離來替代功能性光學(xué)隔離件的一部分的優(yōu)點(diǎn)在于，聚焦元件(例如grin透鏡405或其它透鏡)更加靠近被成像的區(qū)域，由此提高了光學(xué)成像系統(tǒng)的有效工作距離。在一些情況下，透鏡405可以偏離光學(xué)傳送通道的任一邊緣，從而獲得期望的聚焦深度，如圖4h所示。

在其它實(shí)施例中，使光學(xué)路徑的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(例如圖4i中的元件434)延伸越過聲學(xué)傳感器的外部表面以便獲得期望的光學(xué)成像技術(shù)的性能是有好處的。這在聲學(xué)基板402非常薄(例如對(duì)于非常高的超聲頻率)或者當(dāng)光學(xué)成像技術(shù)的有效工作距離大于將所有光學(xué)部件放在聲學(xué)傳感器發(fā)射表面之下時(shí)所提供的工作距離是尤其重要的。

同樣重要的是認(rèn)識(shí)到，光學(xué)回路可以遠(yuǎn)離聲學(xué)傳感器402的表面。通過示例，如圖4j所示的實(shí)施例中所示，理想的是將一些背襯材料435插入到光纖403或者其它靠近偏轉(zhuǎn)反射鏡或棱鏡397的光學(xué)部件與聲學(xué)傳感器402之間，從而使得來自于光學(xué)部件的往回反射降到最低。

聲學(xué)和光學(xué)成像能量的傳播方向可以是除了垂直于成像探頭縱向軸線之外的方向。事實(shí)上，期望有少許度數(shù)的輕微角度偏移，從而使來自于環(huán)繞探頭的外套的往回反射降到最低。圖4k顯示了結(jié)合光學(xué)和聲學(xué)成像裝置的探頭的實(shí)施例，所述裝置以非法向于探頭縱向軸線的角度對(duì)齊。

圖5a中所示的探頭500的實(shí)施例在結(jié)構(gòu)上設(shè)置成使得聲學(xué)和光學(xué)成像傳感器可以進(jìn)行組合，用于觀察，而不需要諸如圖4b中的反射鏡404或者圖4c中的棱鏡497部件。容納用于聲學(xué)傳感器的壓電材料402以及壓電材料402任一側(cè)上的導(dǎo)電層401的探頭500的頭部部分沿著光纖403的縱向軸線對(duì)齊，并且探頭被設(shè)置成使得聲學(xué)和光學(xué)信號(hào)相對(duì)于光纖軸線以軸向方式發(fā)射，而不是如圖4a所示垂直地發(fā)射。

圖5b所示的實(shí)施例類似于圖4b和4c所示的實(shí)施例。圖5c類似于圖4d所示的實(shí)施例。圖5d所示的實(shí)施例類似于圖4e所示的實(shí)施例。圖5e所示的實(shí)施例類似于圖4f和4g所示的實(shí)施例。圖5f所示的實(shí)施例類似于圖4i所示的實(shí)施例。

圖6a顯示了方形傳感器402的發(fā)射表面的幾何形狀。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)的是，聲學(xué)傳感器402的發(fā)射表面的幾何形狀不局限于方形形狀并且可以是多種形狀中的任何一種，例如矩形、圓形、橢圓形、以及任何其它理想的形狀。圖6b顯示了中心有孔407的方形傳感器，而圖6c顯示了方形傳感器的孔407中有玻璃桿501。

使用聲束模擬軟件的模擬束剖面圖結(jié)果如圖6d至6f所示，分別對(duì)應(yīng)于圖6a至6c中的傳感器形狀。如圖所示，在各種配置的束剖面圖中具有相當(dāng)多的類似性，從而提供了證明：適合于允許用于光學(xué)傳送的通道的超聲傳感器能夠產(chǎn)生出適合于成像目的的可接受超聲束剖面圖，。

一種使光學(xué)和聲學(xué)成像裝置對(duì)齊的更簡(jiǎn)單的方法是將光纖放置在聲學(xué)傳感器402的表面附近，而不穿過傳感器402本身。圖7a示出了包括聲學(xué)傳感器402的探頭510，其中光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端放置在聲學(xué)傳感器402的上方。光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端部分包括光纖403的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端以及任何光學(xué)部件，例如光學(xué)隔離件433、透鏡，例如grin透鏡405、反射鏡404或者棱鏡397，所述光學(xué)部件能夠發(fā)射或聚集光學(xué)成像能量。光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端可以直接固定到聲學(xué)傳感器402或者由靠近聲學(xué)傳感器402的支撐件支撐。光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端會(huì)影響由聲學(xué)傳感器402產(chǎn)生和/或接收的聲學(xué)信號(hào)，因?yàn)樵撨h(yuǎn)端直接地處于傳感器402發(fā)射的一部分聲束的路徑中。然而，聲束的大部分能量不會(huì)行進(jìn)穿過光學(xué)成像裝置403并且由此保持相對(duì)不受影響。

此外，信號(hào)處理裝置最好包括信號(hào)減法，用于去除代表回聲信號(hào)中早期時(shí)間部分的信號(hào)部分，從而刪除來自于靠近聲學(xué)傳感器表面的界面的反射。

圖7b顯示了成像探頭512的透視圖，該探頭是圖7a中系統(tǒng)的變型，其中光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端凹進(jìn)到傳感器402的表面中，從而表現(xiàn)出傳感器非功能性的凹進(jìn)部，使得由聲學(xué)傳感器402傳送或感測(cè)的聲束基本上不會(huì)傳播通過覆在上面的成像光線403。該實(shí)施例的頂視圖如圖7c所示。傳感器402表現(xiàn)出非功能性的部分可以通過去除傳感器402中位于光學(xué)成像回路428遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端下方的部分(如圖7b所示)而表現(xiàn)出非功能性，或者通過電絕緣光學(xué)成像裝置下方的電極部分而表現(xiàn)出非功能性?？梢酝ㄟ^多種方法實(shí)現(xiàn)去除，包括使用切割鋸來切割出穿過傳感器402的通道。此外，通道的去除使得能夠考慮將光學(xué)成像裝置的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端部分凹進(jìn)到通道內(nèi)。

圖7c顯示了圖7b中所示的探頭510的發(fā)射/接收表面的頂視圖，該發(fā)射/接收表面圍繞光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端。

圖7d顯示了成像探頭516，其使用復(fù)合傳感器用于聲學(xué)成像裝置。在這種情況下，復(fù)合傳感器是包括多于一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生元件或支柱520的傳感器。圖7d中的復(fù)合傳感器包括四個(gè)支柱520。支柱520之間的通道522留下了通道522，用于使光學(xué)成像回路428的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端被設(shè)置在復(fù)合聲學(xué)傳感器的范圍之內(nèi)。光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端不是必須凹進(jìn)到通道522中，可替代地，可以靠在聲學(xué)傳感器402的表面上或者上方。支柱520的上部導(dǎo)電表面之間的導(dǎo)電連接400允許了支柱被同時(shí)啟動(dòng)。通道522可以填有填充材料，例如聚合物或環(huán)氧樹脂，從而增加復(fù)合傳感器的機(jī)械穩(wěn)定性，或者幫助將光學(xué)成像裝置固定到適當(dāng)位置。

圖7e顯示了成像探頭516的頂視圖，其中光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端設(shè)置在支柱520的中心之內(nèi)。用于光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端部分的任何實(shí)施(例如光纖、隔離件、grin透鏡、球透鏡、空氣間隙、透明窗口的任何組合)，例如圖4中所示的那些實(shí)施，都可以用于圖7a至7e中描述的實(shí)施中。

作為大多數(shù)用于成像的機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)的一部分，存在與掃描機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)限定了被成像束掃過的幾何路徑。例如，在使用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)掃描區(qū)域的成像系統(tǒng)中，通常有被成像束掃過的圓形或錐形表面，其中圓形或錐形表面的中心大約處在旋轉(zhuǎn)軸線上，如當(dāng)前機(jī)械掃描血管內(nèi)超聲的實(shí)施中所出現(xiàn)的一樣。這種情況下的主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

可替代地，如果成像發(fā)射器/接收器沿著縱向軸線平移，那么成像束會(huì)掃過平坦表面并且由該表面限定的平面將包括平移軸線。這種情況下的主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)是縱向平移。

如果成像發(fā)射器/接收器同時(shí)繞探頭縱向軸線旋轉(zhuǎn)并且沿著基本上平行于探頭縱向軸線的路徑移動(dòng)，那么成像束將掃過由螺旋形狀確定的表面。

能夠通過多個(gè)聲學(xué)和/或光學(xué)成像裝置產(chǎn)生具有良好精度的聯(lián)合配準(zhǔn)圖像，而不需要一定使兩個(gè)或多個(gè)成像束同時(shí)地共線。這可以通過使一個(gè)或多個(gè)成像束沿著在前束的路徑而得以實(shí)現(xiàn)。軟件或電路可使用掃描機(jī)構(gòu)隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)速度及方向的信息，隨后將一個(gè)成像裝置產(chǎn)生的圖像與另一個(gè)相配準(zhǔn)。

例如，如果在短時(shí)間內(nèi)一個(gè)成像束的路徑緊密地跟隨著另一個(gè)成像束(在前束)的路徑，那么可以假定被兩個(gè)裝置掃描的區(qū)域足夠相似，從而使兩個(gè)圖像精確地彼此聯(lián)合配準(zhǔn)。兩個(gè)圖像之間的配準(zhǔn)精度能夠被第二束跟隨第一束的延時(shí)所影響。如果延時(shí)相對(duì)較小，那么可能在該時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的兩個(gè)圖像聯(lián)合配準(zhǔn)的不精確度有可能降到最低。這種不精確可包括由組織運(yùn)動(dòng)(例如由心臟或呼吸運(yùn)動(dòng)所引起的)、無意的探頭運(yùn)動(dòng)、生理學(xué)變化(例如血液流動(dòng))以及掃描機(jī)構(gòu)保真度不精確所導(dǎo)致的不精確。延時(shí)(本身能夠隨時(shí)間發(fā)生變化)可被用于不同圖像的配準(zhǔn)過程。

圖8a顯示了成像組件530的示例，該組件包括聲學(xué)成像裝置以及光學(xué)成像裝置。主導(dǎo)掃描運(yùn)動(dòng)是圍繞縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該縱向軸線沿著成像探頭長(zhǎng)度。如圖所示，聲學(xué)成像束532和光學(xué)成像束534掃過實(shí)際上為圓形的路徑。如果成像束不垂直于縱向軸線對(duì)齊，而是與縱向軸線成非90度的角度，那么成像束掃過的路徑實(shí)際上將為圓錐形。如果縱向平移與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，那么兩個(gè)束將遵從大致螺旋形路徑。

圖8b顯示組合式成像探頭530的側(cè)視圖，其中聲束532沿一個(gè)方向(圖中向上)行進(jìn)，而光學(xué)成像束534行進(jìn)穿出紙面(向著讀者)。在這種情況下，光束534和聲束532在任何時(shí)刻都彼此相對(duì)90度定向。

圖8c至8e顯示了可在成像探頭遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端出現(xiàn)的成像探頭530旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列。在該示例中，光學(xué)成像束534比聲學(xué)成像束532領(lǐng)先90度旋轉(zhuǎn)。在每秒30幀的恒定幀速下，跟隨束變成與領(lǐng)先束的先前位置共線所需要的延時(shí)可小于9毫秒，與由于血管內(nèi)導(dǎo)管所經(jīng)受的心臟運(yùn)動(dòng)而可能出現(xiàn)的人為因素相比，所述延時(shí)是較短時(shí)間段。

考慮到使得最低侵入性成像裝置中的部件和組件所占的空間最小化的重要性，理想的是使某些部件凹進(jìn)去。例如，參見圖9a，成像探頭540已被設(shè)置成使得光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端凹進(jìn)到聲學(xué)傳感器402的背襯435中。凹進(jìn)不僅獲得了空間使用的高效，而且還可提供將光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端固定到聲學(xué)傳感器402中的方法。

聲學(xué)傳感器402上的背襯材料435的用途是衰減從壓電材料402的背部表面產(chǎn)生的信號(hào)，從而使得圖像不是通過設(shè)置有光學(xué)發(fā)射器/接收器403的聲學(xué)傳感器402的背部表面發(fā)射出的能量而形成，而是僅僅通過從主要發(fā)射表面(頂表面)發(fā)射出的能量而形成，所述主要發(fā)射表面用于傳感器402的聲學(xué)信號(hào)。將光學(xué)或其它部件凹進(jìn)到背襯材料435中可能導(dǎo)致光學(xué)或其它部件將信號(hào)反射回可能產(chǎn)生成像人為因素的聲學(xué)傳感器402。

圖9b顯示了偏轉(zhuǎn)表面544，光學(xué)發(fā)射器/接收器403放置在偏轉(zhuǎn)表面544內(nèi)，該偏轉(zhuǎn)表面用于使可能以其它方式到達(dá)光學(xué)發(fā)射器/接收器403的聲學(xué)能量發(fā)生偏轉(zhuǎn)并且使該能量側(cè)向地(基本平行于聲學(xué)傳感器402的表面)偏轉(zhuǎn)，從而使得朝著傳感器402反射回的能量的數(shù)量降到最低。該偏轉(zhuǎn)表面544可由硬質(zhì)物質(zhì)(例如玻璃或鋼)制成。

圖9c顯示了光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端本身具有基本側(cè)向地偏轉(zhuǎn)聲學(xué)能量的表面545的實(shí)施，而不需要如圖9b中所示的額外的偏轉(zhuǎn)材料。

對(duì)于成像束由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行掃描的成像探頭實(shí)施例中，使旋轉(zhuǎn)速度保持恒定或者甚至保持在同一方向并不是必須的。可以有回復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中成像組件沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，隨后停止并沿相反方向上旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，在前束和跟隨束可以彼此互換角色。

例如，在圖10a中，隨著成像組件沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，聲束532最初跟隨著光束534。聲束532繼續(xù)跟隨著光束534的掃過路徑，如圖10b中所示，直到成像探頭的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到零(如圖10c所示)。一旦旋轉(zhuǎn)方向改變到相反方向，聲束532便變成領(lǐng)先束而光束則跟隨(如圖10d和10e所示)。該運(yùn)動(dòng)可以根據(jù)需要多次改變方向，伴隨著在前傳感器束和跟隨傳感器束的定義發(fā)生變化。

圖11顯示了成像探頭540，其中主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)是沿著箭頭541的前后縱向運(yùn)動(dòng)，其中光束534和聲束532掃過的表面是兩個(gè)共面矩形。隨著成像組件在近端移動(dòng)(圖11中的左側(cè))，光學(xué)成像數(shù)534領(lǐng)先于聲學(xué)成像束532。相反情況對(duì)于在遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端平移(圖11中的右側(cè))也是成立的?？v向運(yùn)動(dòng)還可以是往復(fù)地進(jìn)行。

對(duì)于縱向主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)當(dāng)理解的是，附加運(yùn)動(dòng)可以與主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。例如，緩慢平移(例如10mm/s或者更低，一般為1mm/s或更低)可以被加入到快速旋轉(zhuǎn)掃描運(yùn)動(dòng)(例如每秒360度或者更快，一般為每秒3600度或者更快)中，從而獲取不同縱向位置下的2d橫截面圖像。

類似地，緩慢旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如小于每秒360度，一般為小于每秒30度)可被加入到快速往復(fù)縱向運(yùn)動(dòng)序列中(平均超過0.1mm/s，更一般地超過1mm/s)，從而產(chǎn)生出在繞著成像探頭縱向軸線的不同定向處獲取的一系列縱向圖像。各種成像元件在遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端的對(duì)齊被設(shè)置成使得在主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)期間，一個(gè)成像束會(huì)跟隨著另一個(gè)成像束，而一個(gè)在另一個(gè)之上精確配準(zhǔn)圖像的能力不會(huì)明顯地受到加入相對(duì)較慢的次要運(yùn)動(dòng)的影響。盡管上面提出了對(duì)于旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)中緩慢及快速運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)數(shù)量，但是這些運(yùn)動(dòng)的相對(duì)大小才是更重要的。

光束和聲束的共線對(duì)齊(如圖4a至5f所示的實(shí)施例中所示)提供了光學(xué)和聲學(xué)圖像的非常精確的配準(zhǔn)。探頭的替代性實(shí)施例被配置成通過使光學(xué)成像發(fā)射器/接收器朝聲束的路徑傾斜或者通過使聲學(xué)成像發(fā)射器朝光學(xué)成像束的路徑傾斜，而使光學(xué)和聲束基本上彼此重疊。圖12顯示了成像探頭546的這種實(shí)施例，其中光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端被設(shè)置成使得光學(xué)成像束534朝聲學(xué)成像束532傾斜，并且反之亦然。這提供了比圖4a至5f中所示的使光束與聲束對(duì)齊更為簡(jiǎn)單的構(gòu)造方法，但是允許兩個(gè)成像裝置提供怎樣才是在兩個(gè)成像束的一部分上相當(dāng)精確的重疊。特別地，束被對(duì)齊從而使得它們?cè)诮裹c(diǎn)范圍的大部分上重疊的實(shí)施例是有用的。

圖13顯示成像探頭550的實(shí)施例，該探頭被配置成同時(shí)利用聲學(xué)裝置和光學(xué)裝置在同一基本定向上從同一起點(diǎn)成像。至少一個(gè)光纖410和一個(gè)電回路411(例如一對(duì)同軸導(dǎo)線)位于成像導(dǎo)管560內(nèi)并且行進(jìn)到成像組件562。成像組件562包括聲學(xué)傳感器412，該傳感器412配置用于在基本側(cè)向觀察方向上(由箭頭420所指示)進(jìn)行成像。成像組件562還包括光學(xué)成像回路564的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端，該遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端被設(shè)置成在基本側(cè)向觀察方向上(由箭頭421所指示)進(jìn)行成像。

聲學(xué)傳感器412和光學(xué)成像回路564的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端被配置成使得它們能夠在任何時(shí)刻、在同一橫截面內(nèi)沿兩個(gè)或更多個(gè)分開的方向進(jìn)行成像，所述橫截面基本上垂直于成像組件562旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線423。由此，假定成像組件562的最小平移，同時(shí)成像組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，那么由光學(xué)發(fā)射器/接收器564所收集的成像數(shù)據(jù)可以與由聲學(xué)傳感器412收集的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合配準(zhǔn)。例如，如果聲學(xué)和光學(xué)裝置被配置成在繞著縱向軸線彼此相對(duì)180度的方向上成像，如圖13所示，那么由聲學(xué)傳感器412在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上成像的區(qū)域?qū)⑴c成像組件562旋轉(zhuǎn)半周之后由光學(xué)成像回路564的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端所成像的區(qū)域基本相同。類似地，如果成像束420和421與縱向軸線形成非180度的相似角度，它們都將掃過基本上一致的圓錐路徑，并且由此能夠聯(lián)合配準(zhǔn)。

圖14a和14b中所示探頭570的實(shí)施例被配置成使得ivus和oct可以進(jìn)行組合，并且通過可變形部件進(jìn)行前方觀察。至少一個(gè)光纖410和一個(gè)電回路411(例如一對(duì)同軸導(dǎo)線)位于成像導(dǎo)管578內(nèi)并且行進(jìn)到成像組件572。聲學(xué)傳感器412配置用于在基本側(cè)向觀察方向上(由箭頭413所指示)進(jìn)行成像。光學(xué)成像回路574的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端被設(shè)置用于在基本前方觀察方向上(由箭頭414所指示)進(jìn)行成像。

光學(xué)成像回路574的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端一般包括結(jié)合有透鏡415(例如grin透鏡及可選隔離件(未示出))的光纖410的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端。成像回路578包括人造肌肉致動(dòng)器，其具有能夠在施加電壓后發(fā)生變形的特性。圖14b顯示了如果人造肌肉致動(dòng)器獲得變形的話成像角度如何發(fā)生改變，而圖14a顯示了沒有向致動(dòng)器施加電壓時(shí)探頭的形狀。

本成像探頭的實(shí)施例可被配置成利用偏轉(zhuǎn)件來實(shí)現(xiàn)更大的傳感器在探頭中使用?？商娲?，偏轉(zhuǎn)件可以樞轉(zhuǎn)并且連接到樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，從而在掃描機(jī)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)附加的自由度。例如，掃描機(jī)構(gòu)可以有助于2d成像或者可以將2d成像系統(tǒng)增強(qiáng)為3d成像系統(tǒng)?？商娲?，偏轉(zhuǎn)件可以沿著縱向軸線平移，從而改變成像系統(tǒng)的焦深。

圖15a顯示了成像組件590的實(shí)施例，該組件包括用于將光學(xué)和/或聲學(xué)成像能量偏轉(zhuǎn)到基本徑向方向上的偏轉(zhuǎn)件592。偏轉(zhuǎn)件592由一種或多種反射材料制成。光學(xué)反射材料包括拋光或?yàn)R射金屬，例如不銹鋼、金、銀和鉑。

聲學(xué)反射材料包括不銹鋼和其它金屬，石英和其它水晶、玻璃和硬質(zhì)聚合物。圖15b顯示了成像組件600的另一個(gè)實(shí)施例，該組件包括繞著樞轉(zhuǎn)點(diǎn)604樞轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)件602，并且由此允許成像束與成像探頭縱向軸線之間的角度發(fā)生改變。成像組件600可被配置成使得偏轉(zhuǎn)件602能夠通過連接到多種機(jī)構(gòu)(包括利用向心運(yùn)動(dòng)、磁力、線纜機(jī)構(gòu)、流變力、壓電驅(qū)動(dòng)器、小型馬達(dá)的機(jī)構(gòu)以及其它機(jī)構(gòu))而改變位置。

圖15c顯示了圖15b中的配置的實(shí)施例，其中懸臂901安裝在懸臂座902上并且偏轉(zhuǎn)件的運(yùn)動(dòng)范圍被最小擋塊82和最大擋塊80所限定。該實(shí)施例具有以下性能：成像角度由于成像組件繞探頭縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的改變而改變。在靜止或低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，懸臂線繞著偏轉(zhuǎn)件602的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)推動(dòng)偏轉(zhuǎn)件602，從而使得偏轉(zhuǎn)件602與擋塊80接觸。在較高旋轉(zhuǎn)速度下，向心加速度導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)件604樞轉(zhuǎn)離開擋塊80。隨著向心加速度繼續(xù)克服由懸臂901施加到偏轉(zhuǎn)件602上的回復(fù)力，偏轉(zhuǎn)件最終與擋塊82接觸。在該實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了具有3d掃描機(jī)構(gòu)的成像組件600。

圖16a顯示了能夠在基本向前觀察方向上進(jìn)行聲學(xué)和光學(xué)成像的成像探頭100的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端部分的實(shí)施例。圖16a顯示了包含成像組件30的成像探頭的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端29的實(shí)施例，成像組件30包括可傾斜部件70，其中可傾斜部件是安裝在樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(例如銷72)上的盤體，所述樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)延伸穿過盤體70。樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)72限定了可傾斜盤體70的傾斜軸線。當(dāng)成像組件30處于靜止的時(shí)候，盤體70將保持在任意的起始位置。然而，隨著成像組件30旋轉(zhuǎn)，盤體70會(huì)使其自身對(duì)準(zhǔn)，從而使得由盤體70表面限定的平面的法向基本上平行于縱向軸線75。當(dāng)成像組件30旋轉(zhuǎn)時(shí)，盤體70具有兩個(gè)優(yōu)選定向，所述兩個(gè)優(yōu)選定向被繞著傾斜軸線的180度轉(zhuǎn)動(dòng)分開。

對(duì)于本說明書，傾斜角度指的是縱向軸線75與穿過可傾斜部件70的假想軸線之間的角度，當(dāng)可傾斜部件70處于其優(yōu)選定向中的一個(gè)時(shí)，該假想軸線平行于縱向軸線75。通過示例，當(dāng)可傾斜部件70處于優(yōu)選定向時(shí)，傾斜角度約為零。如果可傾斜部件70由于外力(例如重力、磁力、靜電力、與其它移動(dòng)元件或流體之間的摩擦、壓縮力、法向力或者可傾斜部件70上繞著傾斜軸線的不完全相對(duì)的力矩的任何其它來源)而傾斜離開其優(yōu)選定向，那么傾斜角度將增加。

成像組件30中可包括一個(gè)或多個(gè)用于引起可傾斜部件70的傾斜角度增加的機(jī)構(gòu)。對(duì)于本發(fā)明，這種機(jī)構(gòu)指的是回復(fù)機(jī)構(gòu)。扭簧76(在圖16a和16c中顯示)、懸臂桿或者壓縮彈簧可被用作該回復(fù)機(jī)構(gòu)，其中扭簧76的一端以機(jī)械方式與可傾斜部件70接觸，并且另一端以機(jī)械方式與成像探頭100的另一部分接觸，例如成像組件30的主體。

可替代地，可以應(yīng)用磁性的、靜電的、水力的或者其它能夠圍繞傾斜軸線施加力矩在可傾斜部件上的機(jī)構(gòu)。能夠用來提供回復(fù)力的機(jī)構(gòu)的其它示例包括來自彈性體(例如橡膠、聚亞安酯、硅樹脂、含氟彈性體、熱塑性彈性體以及許多其它材料)的張力或者通過使用懸臂彈簧或薄片(例如由鉑、鎳鈦諾、鋼或其他適當(dāng)材料制成的彈簧或薄片)。在成像裝置的非常少的實(shí)施例中，其中成像組件的部件之間的分子間力(例如靜電力)以及范德瓦爾斯力在即使沒有施加外部電壓的情況下也可能變得十分顯著。因此，可傾斜部件與靠近可傾斜部件的結(jié)構(gòu)(例如下面描述的擋塊80和82)之間固有的分子間力足以提供凈回復(fù)力(netrestoringforce)。例如，包括由pvc或ldpe制成的表面的擋塊可以在可傾斜部件和擋塊之間提供足夠的吸引力。

一個(gè)或多個(gè)擋塊80和82可限制可傾斜部件70的傾斜角度范圍。例如，柱或者唇緣80可以是從成像組件30的套84延伸的柱或者緣，作為當(dāng)傾斜部件70與擋塊80接觸時(shí)防止傾斜部件70進(jìn)一步改變其傾斜角度的擋塊。由此，擋塊可被用來限制傾斜角度超過由擋塊的位置確定的最大值。在多個(gè)實(shí)施例中，該最大傾斜角度是當(dāng)成像組件30處于靜止以及處于低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)獲得的傾斜角度。

附加的或替代性的擋塊82可以被包括進(jìn)來，用于產(chǎn)生最小傾斜角度，當(dāng)可傾斜部件70處于操作范圍上端的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，將獲得該最小傾斜角度。事實(shí)上，很多情況下允許傾斜角度達(dá)到零并沒有明顯的好處，這在接下來對(duì)具體實(shí)施例的描述中將變得清楚。圖16c顯示了可傾斜部件在成像組件較高旋轉(zhuǎn)速度下撞擊第二擋塊以限制其運(yùn)動(dòng)范圍。

成像組件可包括光學(xué)發(fā)射器和相關(guān)的光學(xué)器件以及超聲傳感器。超聲傳感器88安裝在小型同軸線纜89的端部，并且透鏡92和反射鏡94安裝在圖16a至16d中成像組件30中的光纖線纜96的端部，并且光學(xué)及超聲發(fā)射器被設(shè)置成將成像能量聚焦到可傾斜部件70上。超聲傳感器88和光學(xué)發(fā)射器可將成像能量直接導(dǎo)向可傾斜部件70?？商娲?，能夠完成共線光學(xué)及聲學(xué)成像的實(shí)施例中的一個(gè)(如圖4a至4k或者圖5a至5f所示)可以將成像能量直接導(dǎo)向可傾斜部件70。

成像能量隨后被安裝在可傾斜部件70上的能量偏轉(zhuǎn)部件所偏轉(zhuǎn)。對(duì)于超聲成像，能量偏轉(zhuǎn)部件(可傾斜部件70)可包括聲學(xué)反射表面，例如實(shí)心金屬表面(例如不銹鋼)或者水晶表面，例如石英晶體或玻璃。對(duì)于光學(xué)成像，能量偏轉(zhuǎn)部件(可傾斜部件70)可包括光學(xué)反射表面，例如由拋光金屬、金屬化聚合體(例如金屬化雙軸定向聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(mylar))、濺射或電化學(xué)沉積金屬或金屬薄片所制成的鏡面。通常用來制造鏡面的金屬包括鋁、銀、鋼、金或鉻。

可替代地，能量偏轉(zhuǎn)部件由透明的折射材料(例如玻璃、純聚合物以及其它材料)制成，并且以類似于棱鏡的方式使成像能量偏轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，發(fā)射器和/或接收器安裝在成像組件中與成像組件共同旋轉(zhuǎn)的部件上。然而，還可以將發(fā)射器和/或接收器安裝在成像探頭中的當(dāng)成像組件內(nèi)的能量偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)不與成像組件共同旋轉(zhuǎn)的部件上。這可以通過將發(fā)射器和/或接收器安裝在外套上或者通過將成像組件分成兩個(gè)或更多個(gè)子組件(其中一個(gè)子組件旋轉(zhuǎn)并且包括可傾斜部件70)來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于超聲和光學(xué)相干斷層成像，當(dāng)與成像組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)射出的和/或接收到的成像能量的傳播角度的能力允許了對(duì)3d空間進(jìn)行掃描。對(duì)于血管鏡法和紅外成像，當(dāng)與成像組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)射出的和/或接收到的成像能量的傳播角度的能力允許使用單個(gè)光纖而不是需要一束光纖或者一排感光元件來產(chǎn)生圖像。這種改進(jìn)得到了較大的靈活性和/或允許成像裝置的進(jìn)一步小型化。

可以在此處公開的成像探頭中使用的各種掃描機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在與本申請(qǐng)同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)no.11/……中公開，名稱是“scanningmechanismsforimagingprobe(用于成像探頭的掃描機(jī)構(gòu))”，該申請(qǐng)通過引用而整體結(jié)合于此。

在能量偏轉(zhuǎn)部件包括反射表面的情況下，反射表面不必是平坦的。例如，在聲學(xué)成像情況下，使聲學(xué)反射表面具有輪廓是有利的，例如拋物線或球形輪廓，從而使得聲束能夠被反射表面聚焦并且由此提高聲學(xué)成像系統(tǒng)的側(cè)向分辨率。此外，在傾斜部件通過反射來偏轉(zhuǎn)聲學(xué)和光學(xué)能量的情況下，聲學(xué)反射器的表面不必是反射光學(xué)能量的表面。

例如，盡管使聲學(xué)反射表面具有輪廓(例如拋物線輪廓)是有利得，但是優(yōu)選使其具有平坦表面以用于光學(xué)成像能量的重新定向。這可以通過以下來實(shí)現(xiàn)，使聲學(xué)反射表面(例如不銹鋼盤體)的一個(gè)表面形成輪廓從而具有拋物線形狀，如圖17a至17d所示，所述附圖示出了具有與聲學(xué)反射表面不同的光學(xué)反射表面的可傾斜偏轉(zhuǎn)部件。

圖17a是偏轉(zhuǎn)件的透視圖，該偏轉(zhuǎn)件的側(cè)面具有用于容納銷的孔，偏轉(zhuǎn)件可以在成像組件內(nèi)繞所述銷樞轉(zhuǎn)。圖17b示出了在偏轉(zhuǎn)件中心附近穿過偏轉(zhuǎn)件的橫截面?？梢钥吹接糜谌菁{銷465的所述孔。頂層是平坦的光學(xué)反射層461。在該光學(xué)反射層下方是基本聲學(xué)透明層462，該透明層462位于光學(xué)反射層和聲學(xué)反射基板463之間。圖17c和17d示出了這種偏轉(zhuǎn)件在距離盤體中心的不同點(diǎn)處的橫截面視圖。

這種偏轉(zhuǎn)件可以通過使用聲學(xué)反射材料(例如不銹鋼)的盤體并且鉆出必要的孔或者凹口從而使得偏轉(zhuǎn)件能夠最終安裝到成像組件中而構(gòu)造成?？梢栽诒P體的一個(gè)面上制出拋物線或球狀凹口。鋸齒狀表面可以隨后被填充聲學(xué)透明介質(zhì)，例如tpx。金、銀或者鉻的薄層可被濺射沉積到暴露的平坦聚合物表面上，用作光學(xué)反射表面。這種膜處于300埃到20,000埃的量級(jí)，從而使得它足夠薄，由此其機(jī)械特性允許聲學(xué)能量穿過膜而傳送，同時(shí)提供了光學(xué)反射表面。

這種制造工藝的結(jié)果是生產(chǎn)出分層的反射器，該反射器從輪廓表面反射聲學(xué)能量，從而獲得期望的聚焦效果，同時(shí)光學(xué)能量被平坦表面反射。這種結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：光學(xué)及聲學(xué)成像能夠在光學(xué)及聲學(xué)成像能量行進(jìn)通過同一基本空間的配置下產(chǎn)生，從而便于光學(xué)及聲學(xué)圖像的聯(lián)合配準(zhǔn)并且使得成像組件內(nèi)容納多于一種成像形式所需的空間量降到最低。

在一些實(shí)施例中，例如圖16a和16c中所示的組件，緊緊使用所述成像形式中的一種來測(cè)量對(duì)于重建2d和3d圖像有用的參數(shù)是有用處的。例如，在使用可偏轉(zhuǎn)部件的測(cè)定體積的成像探頭的情況下，理想的是使用oct來精確地測(cè)量可偏轉(zhuǎn)部件的傾斜角度。由此，超聲圖像可以通過從oct數(shù)據(jù)中得出的傾斜角度信息(例如圖16a中可傾斜部件70的傾斜角度)而產(chǎn)生，而不必使用oct數(shù)據(jù)來產(chǎn)生成像探頭外部區(qū)域的對(duì)應(yīng)oct圖像。

在一些實(shí)施例中，理想的是在血管內(nèi)成像系統(tǒng)中使用多于一種方法來進(jìn)行光學(xué)成像。例如，oct和血管鏡法可以是有用的組合。圖18a顯示了超聲成像傳感器402，其中光學(xué)成像回路428的兩個(gè)遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端穿過聲學(xué)傳感器中的兩個(gè)分開的光學(xué)傳送通道。圖18b和18c顯示了聲學(xué)成像傳感器，其中光學(xué)成像回路428的兩個(gè)遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端設(shè)置成它們沿著成像組件的主要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)齊。這些是在成像探頭的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端使用多于一個(gè)光學(xué)成像發(fā)射器/接收器的示例。如果成像探頭使用繞其縱向軸線的大范圍旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為掃描機(jī)構(gòu)的一部分，那么這種實(shí)施例可能需要使用多通道光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭。

可替代地，用于部分成像系統(tǒng)的光學(xué)成像光源和/或檢測(cè)器可以安裝到成像探頭的旋轉(zhuǎn)部上并且通過集電環(huán)或者無線通訊而連接到成像系統(tǒng)。電池可以選擇性地用作探頭的旋轉(zhuǎn)部或適配器上的電能來源，以使所需的集電環(huán)數(shù)量減至最小。照明源以及光檢測(cè)器可被設(shè)置在成像探頭的近端并且可被設(shè)置成它們與成像導(dǎo)管34的其余部分共同繞著探頭的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得成像探頭與適配器之間不需要其它的光學(xué)連接器。這是因?yàn)椋喝绻ǘ嘤谝桓饫w來將探頭連接到系統(tǒng)的其余部分，那么旋轉(zhuǎn)光學(xué)接頭的復(fù)雜度會(huì)大大地增加。

如果成像探頭僅僅在小角度范圍內(nèi)使用往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如小于兩個(gè)完整的回轉(zhuǎn))，或者完全沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則不需要使用光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭，由此簡(jiǎn)化了將光學(xué)探頭的光學(xué)元件連接到圖像處理及顯示硬件的任務(wù)。

在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用成像探頭遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端的同一成像發(fā)射器/接收器并且使用光學(xué)路由回路，例如開關(guān)、多路轉(zhuǎn)接器、多路分配器、棱鏡、衍射光柵、聯(lián)接器和/或循環(huán)器，從而使用同一光纖和遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端光學(xué)部件用于多于一種成像形式。圖19顯示了系統(tǒng)的示意圖，其中兩個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)211經(jīng)由光學(xué)路由回路(包括上面列出的部件中的一個(gè)或多個(gè))連接到同一光學(xué)成像波導(dǎo)管212。如果成像探頭12需要大范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為其掃描機(jī)構(gòu)的一部分，波導(dǎo)管則可以經(jīng)由光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭213連接到成像探頭。光學(xué)成像回路428的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端可包括光纖、隔離件、反射鏡、棱鏡、球透鏡、grin透鏡以及本發(fā)明中其它地方提到的空氣間隙和透明窗口的任何組合，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像。盡管許多光學(xué)成像元件(例如波導(dǎo)管和透鏡)被設(shè)計(jì)成操作最優(yōu)地用于特定波長(zhǎng)范圍(例如紅外線vs可見光譜)，但是設(shè)計(jì)用于一種范圍的光纖或其它光學(xué)部件的性能通常仍足以提供使用其它光譜中的光的信息。

由此，使用多于一種波長(zhǎng)范圍的成像可以同時(shí)地發(fā)生?？商娲?，成像波導(dǎo)管可以通過光學(xué)路由回路210中的光學(xué)開關(guān)、多路轉(zhuǎn)接器、多路分配器而以不同的時(shí)間間隔來使用，以用于不同的成像形式，或者通過以不同的時(shí)間間隔簡(jiǎn)單地對(duì)光學(xué)波導(dǎo)管的使用設(shè)定時(shí)間來使用，以用于不同的成像形式。

盡管對(duì)于大多數(shù)實(shí)施例，光纖是優(yōu)選的光學(xué)波導(dǎo)管212，但是理想的是使用光學(xué)波導(dǎo)管的替代形式，其與光纖相比可能在空間上更加高效。例如，最大直徑在3至500微米數(shù)量級(jí)并且優(yōu)選在4至125微米數(shù)量級(jí)的細(xì)光學(xué)通道可以在擠壓成形時(shí)在導(dǎo)管內(nèi)形成。具有高折射率的流體介質(zhì)可以引入到光學(xué)通道中，例如通過注射引入。這種流體介質(zhì)可包括特別設(shè)計(jì)用于光學(xué)部件的粘結(jié)劑或環(huán)氧樹脂。

流體介質(zhì)還可以是可固化的，例如uv可固化粘結(jié)劑的情況。由高折射率材料填充的光學(xué)透明通道被低折射率的擠壓導(dǎo)管材料所圍繞，該光學(xué)透明通道的產(chǎn)生基本上復(fù)制了包括光纖的功能性，但是能夠稍稍更加高效地使用導(dǎo)管內(nèi)的空間，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)的覆蓋層?？紤]到導(dǎo)管的最低侵入性特征以及導(dǎo)管展開區(qū)域內(nèi)的有限可用空間，導(dǎo)管內(nèi)空間的最優(yōu)化使用通常是重要的。

用于本發(fā)明的另一種操作模式是使用結(jié)合聲學(xué)轉(zhuǎn)換與光學(xué)傳感器的傳感器，其中傳送的能量是一種形式而接收到的能量是另一種形式。例如，光聲成像包括將基于光的能量傳送到被成像區(qū)域。光子與被成像區(qū)域相互作用并且產(chǎn)生聲學(xué)能量作為它們與傳播介質(zhì)之間的相互作用的一部分。該聲學(xué)能量通常是超聲波的形式，并且可以被超聲傳感器檢測(cè)。顯然，使光學(xué)發(fā)射器與聲學(xué)接收器對(duì)齊并且與之結(jié)合地使用是一種能夠進(jìn)行光聲成像的良好配置。具有用于光學(xué)成像的開口或者允許聲學(xué)和光學(xué)成像區(qū)域基本重疊的超聲傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)光聲成像，如圖4a至4k以及5a至5f或者圖12所示的那些。

類似地，聲致發(fā)光成像包括將基于超聲的能量傳送到被成像區(qū)域(daniels和price,ultrasoundinmedicineandbiology1991:17(3):297～308)。聲學(xué)能量與被成像區(qū)域相互作用并且產(chǎn)生光子作為它們與傳播介質(zhì)之間的相互作用的一部分。一些光子向后朝著聲學(xué)能量源被引導(dǎo)。顯然，使超聲傳感器與聲學(xué)接收器對(duì)齊并且與之結(jié)合地使用是一種能夠進(jìn)行聲致發(fā)光成像的良好配置。

成像束是共線的或基本重疊情況下的聲學(xué)和光學(xué)成像元件的實(shí)施能夠?qū)崿F(xiàn)聲致發(fā)光成像，如圖4a至4k以及5a至5f或者圖12所示的那些。

再次參考圖1，成像探頭12(可包括這里討論的聲學(xué)和光學(xué)傳感器的實(shí)施例中的任何一個(gè))及其部件可以根據(jù)解剖位置和用于供成像探頭12能夠?qū)崿F(xiàn)的成像使用的目的而具有多種尺寸和特性。例如，為了在心臟血管系統(tǒng)(包括心腔)中使用，成像探頭12優(yōu)選是細(xì)長(zhǎng)且柔性的，長(zhǎng)度范圍為5至3000mm，優(yōu)選為300mm至1600mm的長(zhǎng)度范圍。成像導(dǎo)管34和成像組件30可具有范圍為200微米至10mm的最大橫截面尺寸，優(yōu)選地范圍為500微米至5mm。外套48可以環(huán)繞成像導(dǎo)管34和成像組件30兩者。這將會(huì)使得成像導(dǎo)管34和成像組件30在外套內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)以機(jī)械方式使這兩個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與周圍組織隔離。

在又一實(shí)施例中，成像探頭10在胃腸系統(tǒng)中的使用通常具有細(xì)長(zhǎng)及柔性的成像探頭10，長(zhǎng)度范圍為100mm至2000mm，優(yōu)選為300mm至1500mm。最大橫截面尺寸的范圍一般為3mm至20mm。

在又一實(shí)施例中，成像探頭12通過經(jīng)皮裝置而對(duì)軟組織進(jìn)行成像的使用會(huì)使成像探頭具有剛性軸。外套可由剛性中空軸替代，例如不銹鋼管，然而多種其它聚合物、金屬以及甚至陶瓷在功能上都是適合的。

在又一個(gè)實(shí)施例中，成像探頭10在術(shù)中神經(jīng)外科設(shè)定中的使用通常地具有短且半柔性的成像探頭10，長(zhǎng)度范圍為50mm至200mm。優(yōu)選地，外科醫(yī)生在處置期間能夠使探頭彎曲并定形，從而提供從顱外空間向被成像顱內(nèi)目標(biāo)的最優(yōu)通道。最大橫截面尺寸為200微米至5mm，優(yōu)選為500微米至3mm。

在又一個(gè)實(shí)施例中，成像探頭10在介入性神經(jīng)血管設(shè)定中的使用通常地具有長(zhǎng)且超柔性的成像探頭10，長(zhǎng)度范圍為200mm至4000mm，優(yōu)選為1300mm至2000mm。最大橫截面尺寸為200微米至5mm，優(yōu)選為500微米至3mm。探頭的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端優(yōu)選具有形狀記憶功能，以提高穿過神經(jīng)脈管系統(tǒng)的導(dǎo)航。

本發(fā)明的實(shí)施例可以與用于介入的裝置共同使用或者結(jié)合到該裝置中，所述裝置例如為用于心臟血管介入的裝置，如血管成形術(shù)球囊、粥樣斑塊切除裝置、支架輸送系統(tǒng)或者局部給藥系統(tǒng)。該實(shí)施例還可以與便于進(jìn)行活組織檢查、射頻燒蝕、切除、燒灼、局部短程治療、冷凍療法、激光燒蝕或者聲波燒蝕的裝置共同使用或者結(jié)合到該裝置中。

特別地，使用當(dāng)前裝置來實(shí)現(xiàn)組織的激光或聲學(xué)燒蝕可以通過使用圖像掃描機(jī)構(gòu)將較高功率的光學(xué)或聲學(xué)能量引導(dǎo)到目標(biāo)區(qū)域而便容易。例如，在使用oct或者本發(fā)明描述的成像探頭的超聲實(shí)施例對(duì)血管區(qū)域進(jìn)行成像的同時(shí)，可以通過用戶界面對(duì)傳送治療的區(qū)域進(jìn)行選擇。隨后，當(dāng)掃描機(jī)構(gòu)被定向用于沿期望方向運(yùn)送能量時(shí)，可以不時(shí)地傳送強(qiáng)大的能量脈沖。例如，激光能量脈沖可以沿著用于光學(xué)成像的同一光纖進(jìn)行傳送，被那些包括偏轉(zhuǎn)部件的實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)部件所偏轉(zhuǎn)，并且朝著目標(biāo)組織前進(jìn)以達(dá)到期望的效果。激光能量的脈沖正時(shí)與成像探頭實(shí)現(xiàn)的掃描圖案相協(xié)調(diào)合，從而將能量導(dǎo)向目標(biāo)區(qū)域。

獲取兩種或更多種高分辨率成像形式的精確配準(zhǔn)的圖像的機(jī)會(huì)提供了重要的信息，該信息可能比單個(gè)成像形式能夠獲得的信息更加有用。maschke等人描述了一種復(fù)合成像形式，其中血管內(nèi)圖像的內(nèi)部由oct成像信息組成，而血管內(nèi)圖像的外部由ivus成像信息組成。這利用了由oct獲得的較高分辨率圖像以及ivus的較高穿透性的優(yōu)點(diǎn)。然而，ivus和oct圖像中重疊的可靠性受限于ivus和oct成像配準(zhǔn)的不精確性，所述配準(zhǔn)的不精確性在使用maschke所述的ivus及oct成像元件的配置時(shí)發(fā)生并且基本上被本發(fā)明中的多個(gè)實(shí)施例所克服。

組合式ivus和oct圖像的替代形式包括將圖像分成扇段，其中利用交替的成像裝置顯示交替的扇段，如圖20a所示。第一圖像231和第二圖像232可被用于形成組合圖像234，其中第一和第二圖像是彼此聯(lián)合配準(zhǔn)的圖像并且通過不同裝置獲取，第一圖像的扇段233替換第二圖像的扇段。可選地，限定扇段233的邊界235可以繞著圖像中心隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)，從而提供動(dòng)態(tài)圖像，用于識(shí)別第一和第二聯(lián)合配準(zhǔn)圖像中的特征。圖20b顯示出邊界235繞組合圖像234中心的旋轉(zhuǎn)的時(shí)間進(jìn)程。

可替代地，用戶可以通過識(shí)別如圖21a所示的第二圖像中的閉合輪廓或者通過識(shí)別如圖21b所示第二圖像中的兩個(gè)閉合輪廓之間的空間237來指定哪部分他們希望作為一個(gè)圖像以及哪部分他們希望作為另一個(gè)圖像。

可替代地，在屏幕上同一位置顯示第一圖像231和第二圖像232作為單獨(dú)的層并且改變處在前面的層的透明度可以有效地提供一種組合圖像的方法?？商娲?，層的次序可以隨時(shí)間改變，例如在一個(gè)時(shí)間間隔使ivus圖像處在前面以及在隨后的時(shí)間間隔進(jìn)行轉(zhuǎn)變使oct圖像處在前面，如圖22所示。

本發(fā)明的目的是能夠識(shí)別第一圖像231中的某些關(guān)注特征以及將這些特征的信息(例如其位置、形狀、信號(hào)特性或組成)發(fā)送到與第一圖像231精確地聯(lián)合配準(zhǔn)的第二圖像232。幾何形狀特征包括圖像中的特定點(diǎn)、輪廓或2d區(qū)域。如圖23a所示，用戶能夠通過成像系統(tǒng)的用戶界面(例如用鼠標(biāo)或鍵盤)手動(dòng)地識(shí)別第一圖像中的點(diǎn)238、輪廓或區(qū)域，并且使該幾何點(diǎn)238出現(xiàn)在與第一圖像231聯(lián)合配準(zhǔn)的第二圖像232中，如圖23b所示。與第一圖像精確聯(lián)合配準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)其它圖像的可用性使得能夠?qū)⒌谝粓D像中的任意或全部幾何特征添加到其它圖像中。

通過示例，用戶可識(shí)別oct圖像中血管的內(nèi)部邊界或者纖維帽的后緣。圖24a顯示了在oct圖像(第一圖像)的示意性圖示中識(shí)別出的表示內(nèi)部邊界241的輪廓。類似地，血管壁的外部邊界242(通常由外部彈性薄層限定)可以在ivus圖像(第二圖像)中識(shí)別出來。表示血管內(nèi)部邊界241或纖維帽后緣的輪廓可以隨后被添加到對(duì)應(yīng)的ivus圖像中。類似地，血管壁的外部邊界242(通常由外部彈性薄層限定)可以在ivus圖像中識(shí)別出來。表示ivus圖像中估定的外部邊界的輪廓可被添加到oct圖像中。圖24b顯示了第一和第二圖像上的內(nèi)部及外部邊界。

盡管血管的內(nèi)部邊界容易在大多數(shù)ivus圖像上識(shí)別出來，但oct生成的輪廓在大多情況下將會(huì)更加精確。此外，oct被認(rèn)為是更利于識(shí)別斑塊的纖維帽，部分原因是由于它的較高分辨率。然而，ivus可以更深地看到大多數(shù)脈管組織中并且能夠提供外部血管壁的更好評(píng)定。

幾何特征包括在3d數(shù)據(jù)集合中觀察到的特征，例如表面或空間。如果兩個(gè)成像數(shù)據(jù)集合精確配準(zhǔn)的話，在3d圖像數(shù)據(jù)集合中觀察到的表面和空間可以添加到其它3d成像數(shù)據(jù)集合中。

關(guān)注的幾何特征不需要手動(dòng)地識(shí)別。圖像數(shù)據(jù)集合中的特征能夠通過自動(dòng)或半自動(dòng)方式識(shí)別，從而使用戶介入降到最低。例如，在ivus的文獻(xiàn)中引用了多種邊界檢測(cè)方法(例如，klingensmith，ieeetransactionsonmedicalimaging,2000；19:652-662)。自動(dòng)邊界檢測(cè)方法對(duì)圖像進(jìn)行分析，從而識(shí)別出具有某種預(yù)先確定意義的輪廓。半自動(dòng)方法與此類似，但是需要一些用戶介入，以提供用于邊界檢測(cè)算法的起始點(diǎn)或者改善由該算法產(chǎn)生的結(jié)果。

其它特征檢測(cè)算法可以構(gòu)想為識(shí)別除了邊界之外的特征。例如，超聲圖像中的高強(qiáng)度/明亮區(qū)域在與成像束相同方向上被黑暗區(qū)域跟隨，該高強(qiáng)度/明亮區(qū)域通常被稱為“陰影”，并且大多數(shù)時(shí)候出現(xiàn)在被成像區(qū)域包括鈣(例如來自于年老的動(dòng)脈硬化或者惡性作用)或者金屬(例如來自于血管內(nèi)支架或者其它植入物)時(shí)。類似地，血管oct成像中高強(qiáng)度區(qū)域被沿同一成像路徑獲取的快速但連續(xù)的信號(hào)衰減跟隨，該高強(qiáng)度區(qū)域是血管壁中壞死材料的提示?？梢酝ㄟ^算法檢測(cè)出這些區(qū)域并且在它們各自的圖像中識(shí)別出它們。一旦這種特征在它們各自圖像中被識(shí)別出來，它們的位置和形狀便可以添加到其它精確聯(lián)合配準(zhǔn)的圖像中。

在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，理想的是對(duì)所述圖像中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行一些調(diào)整從而進(jìn)一步提高聯(lián)合配準(zhǔn)。盡管本發(fā)明中許多實(shí)施例都提高了通過一種或多種成像方法獲取成像數(shù)據(jù)的精度，但是進(jìn)一步調(diào)整圖像從而提高聯(lián)合配準(zhǔn)過程的精度是有利的。例如，超聲圖像是假定穿過所有組織的聲音速度恒定而產(chǎn)生的，而oct假定穿過所有組織的光速恒定。

然而在現(xiàn)實(shí)中，這些速度會(huì)根據(jù)各種成像能量傳播的組織的組成而有微小改變。由此，在完成一個(gè)或多個(gè)圖像的聯(lián)合配準(zhǔn)過程之前，理想的是通過識(shí)別要被聯(lián)合配準(zhǔn)的兩個(gè)或多個(gè)圖像中的某些特征并且使用這些特征來引導(dǎo)變形過程從而使所述一個(gè)或多個(gè)圖像變形或彎曲。在所有待聯(lián)合配準(zhǔn)的圖像中識(shí)別好出的任何點(diǎn)、輪廓或其它特征都可被用于驅(qū)動(dòng)變形過程。超聲圖像通常通過顯示超聲信號(hào)強(qiáng)度的灰度表示而形成，所述超聲信號(hào)是從與圖像中各個(gè)體單元相對(duì)應(yīng)的近似解剖位置反射回來。類似地，oct圖像通常通過顯示光強(qiáng)度的灰度表示而形成，所述光是從與圖像中各個(gè)體單元相對(duì)應(yīng)的近似解剖位置反射回來。

除了超聲或oct圖像中各個(gè)位置的強(qiáng)度信息之外，超聲或oct圖像中還有多個(gè)其它特征，這些特征對(duì)于從組合成像導(dǎo)出的分析是有非常幫助的。

基于除了圖像中樣本強(qiáng)度之外的特征而從超聲信號(hào)中導(dǎo)出的圖像顯示在本領(lǐng)域是非常公知的。nair等人(circulation2002；106(17)：2200-2206以及美國專利no.6,200,268)公布了測(cè)量血管的ivus圖像的離散區(qū)域中超聲信號(hào)的多個(gè)參數(shù)的算法。根據(jù)血管的組織學(xué)分析，每個(gè)區(qū)域都分配有組織種類。超聲導(dǎo)出參數(shù)以及各個(gè)區(qū)域的組織學(xué)分類被輸入到模式識(shí)別機(jī)用于生成算法，該算法隨后用于根據(jù)其多個(gè)超聲信號(hào)特性而對(duì)活體內(nèi)組織進(jìn)行分類。某些用于進(jìn)行分析的特性包括限定頻率范圍內(nèi)的頻域參數(shù)，例如最大功率、最大功率的頻率、最小功率、最小功率的頻率、斜度、y截距、中段適配以及集成式反向散射。生成的圖像包括血管橫截面的地形圖以及離散數(shù)目的顏色，其中每種顏色代表單個(gè)組織種類。wilson等人說明了測(cè)量ivus圖像中超聲信號(hào)的頻域衰減并且將衰減斜度的顏色圖覆蓋到傳統(tǒng)的ivus圖像上，以識(shí)別被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于特定病理類型的區(qū)域。

類似地，關(guān)注特征可以在光學(xué)圖像中測(cè)量或識(shí)別，從而產(chǎn)生除了基于強(qiáng)度圖像之外的圖像。參數(shù)或其它可被用于產(chǎn)生這種圖像的特征包括衰減、偏振靈敏度、檢測(cè)邊緣、分光鏡信息以及其它。

由于本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確的聯(lián)合配準(zhǔn)，因此能夠基于由多于一種成像形式測(cè)量的特征或信號(hào)特性來產(chǎn)生圖像。例如，可以通過由oct識(shí)別的內(nèi)部邊界245、由ivus識(shí)別的外部邊界246以及使用模式識(shí)別系統(tǒng)獲得血管壁內(nèi)最可能組織成分的顏色圖來產(chǎn)生復(fù)合圖像，所述模式識(shí)別系統(tǒng)將圖像數(shù)據(jù)集合的焦點(diǎn)區(qū)域的聲學(xué)信號(hào)特性與光學(xué)信號(hào)特性相結(jié)合從而生成復(fù)合圖像，從而提高識(shí)別血管壁內(nèi)重要組分的能力，例如石灰狀區(qū)域、纖維狀區(qū)域、動(dòng)脈粥樣化區(qū)域、血栓形成區(qū)域、金屬性區(qū)域以及未患病區(qū)域。

圖25顯示了由oct識(shí)別的內(nèi)部邊界245、由ivus在第二圖像中識(shí)別的外部邊界246以及關(guān)注區(qū)域247的示意性表示，所述關(guān)注區(qū)域247用于oct和超聲信號(hào)特性的分析。如圖25b所示，來自于聯(lián)合配準(zhǔn)關(guān)注區(qū)域的所述多余于一種成像形式的信號(hào)特性248被用于產(chǎn)生對(duì)與被分析的關(guān)注區(qū)域相對(duì)應(yīng)的復(fù)合圖像中的一個(gè)或多個(gè)像素的組分的估定。該估定可通過模式識(shí)別系統(tǒng)249來形成，該系統(tǒng)利用本領(lǐng)域公知的方法進(jìn)行訓(xùn)練。聯(lián)合配準(zhǔn)圖像中識(shí)別的幾何特征249還可以選擇性地包括在復(fù)合圖像中。評(píng)定關(guān)注區(qū)域組分的過程可以在不同關(guān)注區(qū)域上重復(fù)多次，以產(chǎn)生復(fù)合圖像。

此外，能夠?qū)M合成像裝置進(jìn)行分析的軟件和圖像處理算法不需要在獲取站上。一旦獲取成像數(shù)據(jù)，那么成像數(shù)據(jù)可被傳送，從而允許在一個(gè)或多個(gè)處理單元的單獨(dú)組上以脫機(jī)方式進(jìn)行分析。

這里公開的組合式ivus/oct掃描裝置可包括旋轉(zhuǎn)編碼器?？膳c組合式ivus/oct掃描裝置一起使用的光學(xué)編碼器的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)no.11/……中公開，名稱是“medicalimagingprobewithrotaryencoder(具有旋轉(zhuǎn)編碼器的醫(yī)療成像探頭)”，該申請(qǐng)通過引用而整體結(jié)合于此。

簡(jiǎn)要地描述，參考圖26a至26c，成像探頭可以結(jié)合編碼器，該編碼器設(shè)計(jì)成與使用旋轉(zhuǎn)軸(例如成像導(dǎo)管34)作為其掃描機(jī)構(gòu)一部分的細(xì)長(zhǎng)成像探頭共同使用，它的使用可以普遍化為與使用長(zhǎng)、柔性線纜的任何裝置共同使用，所述線纜用于在可能出現(xiàn)不均勻旋轉(zhuǎn)失真并且需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的精確估計(jì)的情況下扭矩傳遞。特別地，它最適合與轉(zhuǎn)矩線纜的外部直徑相對(duì)較小(例如小于4mm)并且長(zhǎng)(例如長(zhǎng)于5cm)的柔性轉(zhuǎn)矩傳遞系統(tǒng)共同使用，從而使得傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼系統(tǒng)將不會(huì)提供期望的角度分辨率或者對(duì)于期望的應(yīng)用不足夠緊湊。

圖26a顯示了具有轉(zhuǎn)矩傳遞軸451的細(xì)長(zhǎng)成像裝置450的近端及遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端的縱向橫截面，該轉(zhuǎn)矩傳遞軸451以機(jī)械方式連接到轉(zhuǎn)矩源452。轉(zhuǎn)矩源452可以是馬達(dá)，由操作人員手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的把手或者任何其它這種裝置。轉(zhuǎn)矩傳遞軸452將轉(zhuǎn)矩傳遞到裝置的功能端454，該功能端454可以是能量運(yùn)送裝置、針、斑塊切除頭或者多種其它工具中的任何一種。在圖26c中，外套453的壁被顯示為圍繞傳遞軸并且被顯示為封閉裝置的功能端，但是外套是打開的或者在功能端附近具有開口的實(shí)施例也是可行的。光纖455被顯示為包括在內(nèi)，作為外套453的一部分，用于使發(fā)射光、檢測(cè)光或兩者能夠向編碼界面104行進(jìn)或者從編碼界面104行進(jìn)，所述編碼界面104遠(yuǎn)離界面?zhèn)魉吞椎慕恕Ｔ趫D26a中，這種情況下的圓柱形編碼界面主體180連接到裝置的旋轉(zhuǎn)部分，同時(shí)光纖相對(duì)靜止。光纖455可被包括在內(nèi)作為外套453擠壓成形的一部分、如圖所示，或者被加入到套的內(nèi)部或外部表面并且通過本領(lǐng)域公知的方法錨固到套453，例如粘結(jié)或者使光纖和外套圍繞著附加的可熱收縮材料層。光纖455使用任何必要的遠(yuǎn)端遠(yuǎn)端光學(xué)器件115而終止，例如光學(xué)隔離件、透鏡和/或?qū)⒐鈱?dǎo)向編碼界面104的偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)172(例如棱鏡或反射鏡)。圖26a中的編碼界面104可類似于上面提到的同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)no.11/……中公開的圓柱編碼界面主體上的編碼界面，該共同未決申請(qǐng)的名稱是“medicalimagingprobewithrotaryencoder”。

圖26b中的編碼界面104類似于上面提到的未決申請(qǐng)中的圓柱編碼界面主體上的編碼界面。由于圖14a和14b的實(shí)施例中使用的編碼光學(xué)回路未安裝到轉(zhuǎn)矩傳遞軸或者直接地與轉(zhuǎn)矩傳遞軸相連，因此不需要使光學(xué)旋轉(zhuǎn)接頭沿著光學(xué)編碼回路。

圖26c顯示了圖26b中的裝置450穿過線14c-14c的示意性橫截面的橫截面圖。一個(gè)或多個(gè)用于編碼系統(tǒng)的光纖455可以與外套453相結(jié)合。

由此，通過用圖26a至26c中任一實(shí)施例的功能端替換成像組件30以及用轉(zhuǎn)矩傳遞軸451替換適于攜載電信號(hào)或光信號(hào)的成像導(dǎo)管34，上面提到的同時(shí)提交的共同未決申請(qǐng)no.11/……，名稱是“medicalimagingprobewithrotaryencoder”中公開的旋轉(zhuǎn)編碼器的實(shí)施例可以結(jié)合到成像探頭12中。

這里使用的術(shù)語“包括”、“包含”被解釋成包含性的以及開放性的，而不是排它的。具體地，當(dāng)使用在本說明書包括權(quán)利要求中時(shí)，術(shù)語“包括”、“包含”及其變體意味著包含指定的特征、步驟或部件。這些術(shù)語不被解釋成排除其它特征、步驟或部件。

對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前述描述被用來解釋本發(fā)明的原理，并不是將本發(fā)明限制到所示的特定實(shí)施例。旨在使本發(fā)明的范圍由包括在權(quán)利要求及其等同設(shè)置范圍內(nèi)的所有實(shí)施例限定。