一種手持式光聲成像探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光聲成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種手持式光聲成像探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，光學(xué)成像技術(shù)因其在分辨率、化學(xué)特異性、靈敏度、安全性等某個(gè)或多個(gè)方面的優(yōu)勢已經(jīng)成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。但由于組織穿透深度的局限性限制了光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，因此一種光聲成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光聲成像同時(shí)具有光學(xué)成像高對比度和特異性以及聲學(xué)成像高分辨率和穿透深度的優(yōu)點(diǎn)，由于不同組成成分的生物組織對光有不同程度的吸收，由此為對比機(jī)制，可以獲得生物體的化學(xué)組分及生理功能信息。光聲成像技術(shù)已被證明適用于乳腺癌等癌癥早期檢測、腫瘤分級中引導(dǎo)前哨淋巴結(jié)活檢、血管內(nèi)易損斑塊探測等一系列生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用?，F(xiàn)有光聲成像系統(tǒng)大多是基于固定檢測探頭進(jìn)行成像，同時(shí)需要配套復(fù)雜昂貴的附加組件，例如乳腺癌檢測中用于讓病人平臥的特制平臺等。近些年有研究嘗試在現(xiàn)有超聲成像設(shè)備的手持式探頭基礎(chǔ)上直接進(jìn)行激發(fā)光耦合，進(jìn)行手持式實(shí)時(shí)光聲斷面成像，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分利用手持式超聲探頭的易操縱性，進(jìn)行身體不同部位的光聲成像，另外所得光聲圖像能夠與超聲圖像自動重合匹配，實(shí)現(xiàn)多模成像的目的。相比傳統(tǒng)光聲成像方法，這一設(shè)計(jì)思路更容易被臨床醫(yī)生接受，有利于光聲技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化；但這一設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在于，如何將激發(fā)光簡潔高效地傳遞到目標(biāo)組織部位，在不顯著增加超聲探頭尺寸的情況下，得到高質(zhì)量的光聲圖像，目前仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0003]當(dāng)前，基于手持式超聲探頭陣列的光聲成像系統(tǒng)中，其光學(xué)照射部分與超聲探頭的耦合設(shè)計(jì)主要有如下兩種:
[0004]第一種設(shè)計(jì)如圖1所示，從光源出射的激發(fā)光被耦合進(jìn)入光纖束1，光纖束I的另一端(末端)經(jīng)過分叉后分別被綁定到超聲探頭2兩側(cè)，使激發(fā)光傾斜照射到樣本3表面，并在超聲探頭2中心正下方特定深度匯聚。這種設(shè)計(jì)通常被稱為暗場照明設(shè)計(jì)，它的主要缺點(diǎn)是光學(xué)照射區(qū)域與超聲探頭探測區(qū)域存在不匹配問題，這是因?yàn)檎丈涔鈴某曁筋^2兩側(cè)進(jìn)入組織，其照亮區(qū)域主要是光在組織內(nèi)發(fā)生聚焦的區(qū)域，而在超聲探頭2的其他探測區(qū)域，激發(fā)光能量很弱，難以激發(fā)出足夠強(qiáng)的光聲信號，因此這種激發(fā)光照射方法使得光聲信號主要來自于光在組織內(nèi)發(fā)生聚焦的區(qū)域，而超聲探頭2的其他探測區(qū)域(如探頭近場和遠(yuǎn)場區(qū)域)成像效果并不理想。另外，由于這一設(shè)計(jì)采用光纖束I進(jìn)行照射光的傳遞以及樣本的激發(fā)，使得其成本相對較高。
[0005]第二種設(shè)計(jì)如圖2所示，通過添加與手持式超聲探頭2相匹配的耦合部件4，將激發(fā)光照射到樣本3中，同時(shí)探測所產(chǎn)生的光聲信號。這一設(shè)計(jì)中，光源發(fā)出的激發(fā)光同樣首先被耦合進(jìn)入單根高能多模光纖，從光纖末端出射的光經(jīng)空間擴(kuò)束以及柱面透鏡聚焦后，透過對超聲信號起反射作用的聲學(xué)反射板照射到樣本3內(nèi)部，所產(chǎn)生的光聲信號經(jīng)組織內(nèi)傳輸進(jìn)入耦合部件4，通過聲學(xué)反射板反射，被手持式超聲探頭2接收。這一設(shè)計(jì)通常被稱為明場照明設(shè)計(jì)，它能夠?qū)⒓ぐl(fā)光耦合到超聲探頭的整個(gè)檢測區(qū)域，同時(shí)提高系統(tǒng)的圖像質(zhì)量和信噪比，但它的主要缺點(diǎn)在于其耦合部分過于復(fù)雜，使原本小巧靈活的超聲探頭2變得龐大，不再適用于某些人體部位如腋下或胯下區(qū)域的檢測；另外，這一設(shè)計(jì)中超聲探頭2與樣本3組織表面平行，而不再是傳統(tǒng)的垂直方向，這對于操作者來說也可能存在適應(yīng)性的問題。
[0006]第三種設(shè)計(jì)如圖3所示，通過添加微小透鏡組20，將激發(fā)光與超聲探頭40共軸耦合。激發(fā)光通過透鏡組20整形后，通過聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA)材料32的兩次全反射，進(jìn)入組織內(nèi)部。產(chǎn)生的光聲信號透過有機(jī)玻璃，被超聲探頭接收。此設(shè)計(jì)采用光聲共軸的明場照明，使得圖像質(zhì)量得到一定提高。其主要缺點(diǎn)在于，激發(fā)光需要多次通過整形透鏡組及有機(jī)玻璃，有較高的能量損失。并且微整形透鏡難以加工，使得其光路精度受限。另一方面，由于光聲信號需要通過有機(jī)玻璃才能被超聲探頭接收，一定程度上損失了信號強(qiáng)度。而采用單根光纖進(jìn)行激發(fā)光傳輸，使得目標(biāo)物的光能量大大受限，而無法得到信噪比很尚的光聲圖像。
[0007]綜上分析，現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺點(diǎn):
[0008]現(xiàn)有的其他基于光纖束的設(shè)計(jì)中，光照從探頭兩側(cè)入射進(jìn)入組織(如圖1所示)，使得探頭探測區(qū)域與光照區(qū)域不重合，難以獲得高信噪比的圖像，并且淺表組織難以探測到信號。現(xiàn)有的光聲同軸且光聲信號經(jīng)聲反射鏡被探頭接收的設(shè)計(jì)(如圖2所示)，缺點(diǎn)在于超聲探頭陣列變得龐大，且超聲探頭與組織平行，這一設(shè)計(jì)對于操作者來說可能存在適應(yīng)性的問題。另外，由于要經(jīng)過多個(gè)透鏡，光照與光聲信號損失嚴(yán)重，且夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜，并對精度要求很高?，F(xiàn)有的采用基于微小透鏡組整形及有機(jī)玻璃反射將入射光與超聲探頭共軸耦合的設(shè)計(jì)(如圖3所示)，其缺點(diǎn)主要在于從單根光纖出射的光，在多個(gè)微型整形透鏡和PMMA耦合模塊之后，光能量會大大損失，使其難以得到高信噪比的光聲圖像。
[0009]可見，如何克服這些現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷是本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種手持式光聲成像探頭，以解決當(dāng)前的手持式光聲成像探頭尺寸龐大，不便于操作者使用，且由于探頭探測區(qū)域與光照區(qū)域不重合或者光能量損失原因造成的難以獲得高信噪比的圖像的問題。
[0011]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種手持式光聲成像探頭，包括一超聲探頭和一用于發(fā)射激發(fā)光的光源，所述激發(fā)光耦合于一第一光纖束；所述第一光纖束的末端分叉為第一光纖子束和第二光纖子束，所述第一光纖子束的末端和所述第二光纖子束的末端分別設(shè)置有第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)；所述第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)位于所述超聲探頭兩側(cè)，且所述第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)的出光方向與所述超聲探頭的探測方向平行；在所述超聲探頭的下端設(shè)置有一耦合模塊；在所述耦合模塊兩側(cè)分別設(shè)置有與所述第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的光反射結(jié)構(gòu)；從所述第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)射出的光經(jīng)所述光反射結(jié)構(gòu)反射匯聚于所述耦合模塊底部，形成矩形光斑。
[0013]具體的，所述耦合模塊為有機(jī)玻璃耦合模塊、水耦合模塊、超聲耦合劑耦合模塊、或者瓊脂糖耦合模塊。
[0014]此外，所述光反射結(jié)構(gòu)包括全反射棱鏡。
[0015]所述光反射結(jié)構(gòu)還包括與所述全反射棱鏡連接的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動所述全反射棱鏡，使得所述全反射棱鏡的反射面的角度發(fā)生變化。
[0016]或者，所述光反射結(jié)構(gòu)包括鍍銀膜反射鏡。
[0017]所述光反射結(jié)構(gòu)還包括與所述鍍銀膜反射鏡連接的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動所述鍍銀膜反射鏡，使得所述鍍銀膜反射鏡的反射面的角度發(fā)生變化。
[0018]另外，所述耦合模塊與所述光反射結(jié)構(gòu)一體成型于一梯形PMMA材料塊上，在所述梯形PMMA材料塊的兩個(gè)斜面上鍍有光反射膜；從所述第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)射出的光經(jīng)所述光反射膜反射匯聚于所述PMMA材料塊的底部，形成矩形光斑。
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種手持式光聲成像探頭，第一光纖束的末端分叉為第一光纖子束和第二光纖子束，形成Y字型，且第一光纖子束的末端和所述第二光纖子束的末端設(shè)置的第一長方體結(jié)構(gòu)和第二長方體結(jié)構(gòu)固定于超聲探頭兩側(cè)，且在超聲探頭的下端設(shè)置有一耦合模塊；使得光纖束出射的光經(jīng)過光反射結(jié)構(gòu)僅進(jìn)行一次全反射后進(jìn)入耦合模塊照射在探頭下方的待測對象上，在不顯著增加手持式超聲探頭陣列尺寸，且因?yàn)閮H有一次全反射而光能量損失較小的前提下，使得光照明與聲探測同軸，使得通過該手持式光聲成像探頭，能夠獲得高信噪比的圖像，且避免了操作者對操作不適應(yīng)的情況。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述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實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖