用于物體的層析光聲成像的手持裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于物體的光聲成像的手持裝置（1）和相應的方法，該手持裝置包括用于利用電磁輻射（5）特別是光來照射物體的照射單元（2b），和用于檢測在利用電磁輻射（5）的照射之后在物體中生成的聲波特別是超聲波的聲波檢測器單元（1a，1b），其中檢測器單元（1a，1b）包括檢測器元件陣列（1a）。為了以簡單的整體設計確保來自物體內的不同深度的高質量層析成像光聲成像的獲取，手持裝置（19）設置有凹部（6），其中，在凹部（6）中提供照射單元（2b）和檢測器元件陣列（1a），其中檢測器元件被設置在凹部（6）中以使得至少一部分檢測器元件的表面法線指向物體內或上的感興趣區(qū)域。
【專利說明】用于物體的層析光聲成像的手持裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及根據獨立權利要求的、用于物體的光聲成像的手持裝置和方法。
【背景技術】
[0002]光聲成像是以光聲效應為基礎的，其中，根據光聲效應，由于物體(例如生物組織)對電磁輻射的吸收和物體隨后的熱彈性膨脹而應生成超聲波。
[0003]生物組織的光聲成像基于取決于光譜的光吸收來提供高空間分辨率和豐富對比度的唯一結合。因此諸如多光譜光聲層析成像(MSOT)的技術能夠通過在多個光波長上激發(fā)組織來同時給出解剖的、功能性的和分子對比的圖像，從而使在分子成像和診斷、藥物開發(fā)和治療監(jiān)視中的極具潛力的應用成為可能。
[0004]US2008/0071172A1公開了一種將脈沖回波超聲成像與光聲成像結合的裝置，其包括常規(guī)線性超聲探頭與到該常規(guī)線性超聲探頭的附件，其中所述附件包括用于在物體中激發(fā)光聲信號的照明組件以及可選地被配置為用于光聲感應信號的檢測的另一組超聲檢測元件。當所述裝置的一般目標為脈沖回波超聲和光聲成像的結合時，不能確保從物體內或上的感興趣區(qū)域獲取尤其具有高信噪比、量化和空間分辨率的高質量的光聲圖像。
[0005]本發(fā)明的一個目標是提供一種允許物體的改善并且可靠的光聲成像的手持裝置以及相應的方法，具體而言允許以簡單并且可靠的方法從物體上或內的感興趣區(qū)域獲取尤其具有高信噪比的高質量光聲圖像。

【發(fā)明內容】

[0006]通過根據獨立權利要求的方法和手持裝置來實現該目標。
[0007]根據本發(fā)明的用于物體的光聲成像的手持裝置包括用于利用電磁輻射特別是光對物體進行照射的照射單元和用于檢測在利用電磁輻射的照射之后在物體中生成的聲波特別是超聲波的檢測器單元，其中，檢測器單元包括檢測器元件陣列。該手持裝置進一步包括凹部，其中，在該凹部中提供該照射單元和檢測器元件陣列，其中，在該凹部中設置該檢測器元件，以使得至少一部分檢測器元件的表面法線指向物體上或內的感興趣區(qū)域。
[0008]在根據本發(fā)明的用于物體的光聲成像的方法中，通過照射單元利用電磁輻射特別是光來照射物體，并且在利用電磁輻射的照射之后在物體中生成并且通過檢測器元件陣列來檢測聲波特別是超聲波，其中，在凹部中提供該照射單元和檢測器元件陣列，其中在凹部中設置檢測器元件以使得至少一部分的檢測器元件的表面法線指向物體上或內的感興趣區(qū)域。
[0009]術語“手 持裝置”在本發(fā)明的含義中的涉及被適配為通過利用手指和/或手緊握而被抓住和握住的任何光聲成像裝置，以便將該手持裝置定位到被研究的物體上和/或相對于被研究物體用手移動手持裝置，具體而言通過將手持裝置定位在物體外部表面例如病人的皮膚上或沿著該物體外部表面移動手持裝置。術語“手持裝置”還涉及這樣一種光聲成像設備，其中，僅僅該光聲成像設備的組件特別是包括照射單元和/或檢測器單元的手持探頭被適配為通過利用手指和/或手握緊來被抓住和握住以用于相同目的。優(yōu)選地，發(fā)明的含義中的手持裝置或相應的手持探頭在寬度和/或深度和/高度上小于15cm。術語“手持裝置”進一步涉及被設計為在手持裝置或手持探頭的任何方向上分別獲取層析成像光聲圖像的任意光聲成像裝置。例如，當從物體獲取圖像時，手持裝置或探頭的方向可以從垂直向下改變成成垂直向下，其中包括垂直向上和垂直向下之間的所有方向特別是包括水平方向。
[0010]本發(fā)明基于該方法為手持的光聲成像裝置提供凹部，其中，在該凹部中設置照射單元和檢測器單元，其中，檢測器單元優(yōu)選地包括超聲傳感器(即檢測器元件)的彎曲陣列，并且其中，該手持裝置的以下元件或參數中的至少一個被設計或選擇為使得能夠以簡單并且可靠的方法獲取來自物體內或上的感興趣區(qū)域的高質量光聲圖像:凹部的形狀、凹部相對于物體的位置、凹部內的照射單元的設置、檢測器元件陣列的形狀、凹部內檢測器元件陣列的設置和/或至少一部分檢測元件的表面法線方向。具體而言，檢測器元件的表面法線方向指向物體內或上的感興趣區(qū)域，其中，該表面法線方向對應于檢測器元件對于超聲波具有最高靈敏度的方向。優(yōu)選地，檢測器元件的表面法線在位于感興趣區(qū)域中的交點或相交區(qū)域中相交，其中，將要從該感興趣區(qū)域獲取圖像。而且，設計照射單元被設置在凹部中并且被設計為使得被電磁輻射照射的物體內或上的區(qū)域與感興趣區(qū)域和/或檢測元件法線的交點或相交區(qū)域重合或重疊。通過這種方法，可以確保能夠從物體內的不同深度獲取帶有改善的信噪比的圖像。
[0011]總之，本發(fā)明允許通過具有總體簡單但仍然有效設計的手持裝置來獲取物體的高質量光聲圖像。
[0012]本發(fā)明涉及用于臨床成像應用的軟組織的截面光聲成像的手持裝置。該裝置使用多光譜光聲層析成像原理，即利用優(yōu)選地在多個波長上的光來對成像物體進行照明，隨后檢測所生成的高頻率超聲(光聲)響應。應用光聲效應的優(yōu)選成像裝置基本上包括激光和檢測系統(tǒng)。將激光輻射傳遞至成像區(qū)域，同時所吸收的光被轉換成熱并且導致熱彈性膨脹即傳播的聲(超聲)波。這種聲信號的檢測允許吸收器的空間定位。如果由設置在成像物體周圍的多個檢測器來執(zhí)行檢測，那么掃描物體的層析成像重構是可能的。這種成像形式從而基于光吸收系數傳遞組織解剖的圖像。與對比度能力起源于物質的聲學特性的純超聲掃描器相反，光聲形式提供關于組織取決于光激勵的顏色的光吸收的信息。組織在波長可變的源下的順序的暴露允許被重構圖像的光譜分解。這種操作模式將應用的調色板延伸至功能性組織參數例如血氧合的空間分辨成像以及內在生物標記和外在管理造影劑的量化。
[0013]穿過組織的光受散射和吸收所影響。這些效應強烈地影響光聲信號生成，并且因此用于激勵光的傳遞的合適系統(tǒng)為任何聲色成像系統(tǒng)的基本部分。同時，成像裝置必須提供聲耦合以便有效的并且敏感的超聲檢測。
[0014]本發(fā)明涉及用于層析成像光聲成像的手持層析成像光聲探頭的新穎設計以及相應的方法。以這樣一種方式來設計優(yōu)選實施方式，其中，在該方式中照明的區(qū)域與超聲檢測視野重疊以導致圖像的更好的對比度。另外，提供液體腔體以便最佳光和聲耦合，同時抑制作為圖像偽像的主要起因的成像平面外的波。
[0015]在優(yōu)選實施方式中，手持裝置包括容器和承載架，其中，凹部與照射單元與檢測器單元一起提供在該容器中，并且容器可移動地安裝在承載架上或中以使得尤其當從物體獲取圖像時該容器能夠朝著和/或遠離該物體移動，其中，能夠改變感興趣區(qū)域，特別是檢測器元件的法線的交點或相交區(qū)域，和/或物體的照射區(qū)域的位置。通過這種方式，能夠從物體內或上的不同深度處的不同區(qū)域獲取高質量光聲層析成像圖像，而無需相對于物體移動手持裝置本身。后者在圖像捕獲過程期間極大地助于手持裝置的處理。
[0016]在另一個的優(yōu)選實施方式中，該凹部具有覆蓋物元件，具體而言利用覆蓋物元件密封該凹部，以使得凹部和覆蓋物元件一起構成腔體，并且其中，該腔體容納耦合介質特別是水。在這個實施方式中，凹部形成封閉腔體的第一部分并且覆蓋物元件形成封閉腔體的第二部分，利用耦合介質填充該封閉腔體，其中，該耦合介質的聲阻抗使得從物體發(fā)射的、傳遞經過覆蓋物元件并且在入射到檢測器元件上的聲波的反射被最小化或被消除。還優(yōu)選的是，耦合介質的折射率使得從照射單元發(fā)出到凹部中的、傳遞經過覆蓋物元件并且進入該物體的電磁輻射的反射被最小化或消除。優(yōu)選地，耦合介質的聲阻抗和/或折射率與該物體的聲阻抗和/或折射率相同或接近。在這個實施方式中，將放射單元和檢測器單元集成在其中的凹部還構成用于容納耦合介質的容器。這個實施方式表示手持裝置的非常簡潔的設計，因此該手持裝置在要獲得高質量光聲圖像的手持應用中特別有利。
[0017]優(yōu)選地，物體的感興趣區(qū)域特別是檢測器元件的法線的交點或相交區(qū)域位于覆蓋物元件周圍或在覆蓋物元件之下?？商孢x地或另外地，物體的被照射區(qū)域位于覆蓋物元件周圍或在覆蓋物元件之下。通過這個實施方式，可以以簡單并且可靠的方法獲取來自物體表面或物體內的高質量層析成像圖像。
[0018]優(yōu)選地，覆蓋物元件被設置和/或設計為使得當從物體獲取圖像的同時，覆蓋物元件的至少一部分與物體接觸。也就是說，當獲取光聲圖像，手持裝置位于被研究的物體上以使得覆蓋物元件與被研究的物體的表面接觸。
[0019]在特別優(yōu)選的實施方式中，覆蓋物元件為機械柔性元件，特別是隔膜或薄膜。由于其柔性，覆蓋物元件的形狀能夠容易地適合于被研究的物體的表面。通過這個方法，能夠實現手持裝置的遠端和物體之間的密切接觸，確保照射單元一方面與檢測器單元另一方面與物體之間的良好地光和聲耦合。這進一步確保高質量圖像的獲取。
[0020]優(yōu)選地，覆蓋物元件的至少一部分具有凸面形狀，特別是墊狀的形狀。具體而言，當覆蓋物元件為機械柔性的并且腔體填充有耦合介質時，覆蓋物元件展示墊狀的性能，通過該性能可以容易地以具體可靠的方法適應被研究物體的不同表面拓撲。因此適用上文提到的優(yōu)點。
[0021]根據本發(fā)明的另一個實施方式，提供至少一個用于將耦合介質輸送至凹部中和/或至凹部外的輸送單元。輸送單元優(yōu)選地包括基于泵連接至填充有耦合介質存儲罐的管道、導管。優(yōu)選地，通過連續(xù)地循環(huán)耦合介質即將介質從凹部移除并且將介質從存儲罐輸送至凹部中，從凹部中的耦合介質中有效地去除不斷釋放出的氣泡。結果能夠有效地避免氣泡對聲波的檢測的不利影響例如聲散射、衰減和反射，使得以簡單和有效的方法能夠確保高圖像質量。 [0022]在另一個優(yōu)選的實施方式中，檢測元件陣列是檢測器元件彎曲的陣列或檢測器元件的二維陣列。在彎曲陣列的情況下，沿弧形或弓形特別是圓弧來設置檢測器元件，其中該陣列的檢測器元件的表面法線分別在弧形或圓周的曲率中心相交。通過這個方法，檢測器元件有效地收集來自位于曲率中心的物體內或下的區(qū)域的聲波。如果例如沿著球體形狀的彎曲的二維表面特別是凸面表面和/或帽狀物設置檢測器元件，那么檢測器元件收集位于球體的中心周圍的物體區(qū)域的聲波。
[0023]優(yōu)選地，凹部包括和/或由至少一個彎曲表面特別是凹面構成。另外地或可替選地，在凹部的彎曲表面處提供檢測元件的彎曲陣列并且該彎曲陣列構成凹部的彎曲表面的一部分。另外地或可替選地，在凹部的彎曲表面處提供照射單元。通過這些測量中的一個或多個，在沒有負面影響利用該裝置獲取的光聲圖像的質量的前提下，實現手持裝置的非常簡潔的設計。
[0024]根據另一個的優(yōu)選實施方式，凹部的彎曲表面的至少一部分被設計為特別是被成形為減少或避免入射到凹部的彎曲表面的聲波朝著檢測器元件陣列的反射。通過這種方法，確保只有直接從物體傳出的直接聲波被檢測器元件所檢測，而有效地減少或消除在凹部表面反射的非直接聲波。
[0025]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，檢測器元件陣列的形狀特別是曲率和/或尺寸和/或角視界取決于物體的尺寸和/或物體的感興趣區(qū)域。通過這種方式中，確保對于任何種類的物體例如人體的大區(qū)域或小組織樣本來說，聲波被在圍繞物體的成像區(qū)域的最寬可能立體角范圍中的檢測器元件陣列檢測到。通過檢測器元件陣列形狀，個體檢測器元件朝著成像區(qū)域的方向能夠被優(yōu)化和/或從所述區(qū)域到檢測器元件的距離能夠被最小化，以增加檢測器元件的所檢測到的光聲響應例如聲波，并且使聲折射和表面不匹配的影響最小化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的進一步優(yōu)點、特征和示例將從下列附圖的說明中顯而易見: [0027]圖1顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第一實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0028]圖2顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第一步實施方式的前視圖；
[0029]圖3顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第二實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0030]圖4顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第三實施方式的前視圖；
[0031]圖5顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第四實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0032]圖6顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第五實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0033]圖7顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第六實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0034]圖8顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第六實施方式的前視圖；
[0035]圖9顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第六實施方式在第一操作狀態(tài)中的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0036]圖10顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第六實施方式在第二操作狀態(tài)中的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0037]圖11顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第一原型的示例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0038]圖12顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第一原型的示例的透視圖；
[0039]圖13顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第二原型的示例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0040]圖14顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第二原型的示例的透視圖。
【具體實施方式】[0041]圖1顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第一實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D。手持裝置10包括容器11，其中，在容器11中提供具有表面17的凹部12。容器11優(yōu)選地由金屬制成。容器11中的凹部12的形狀為球體的一部分，特別是帽狀物或橢圓體的一部分。
[0042]在凹部12中提供超聲檢測器元件陣列14。在給出的示例中，在凹部12的表面17上或沿著凹部12的表面17設置檢測器元件陣列14。如從圖明顯看出的，在凹部12的底部區(qū)域中提供該陣列。檢測器元件陣列14優(yōu)選地為線性陣列。
[0043]凹部12具有孔,其中，在該空中提供光纖束16的端面。光纖束16的端面包括光纖束的多個個體光纖17的多個端面，其中，在圖1中僅僅指示了幾個光纖17。光纖17與光源(未示出)特別是激光連接。
[0044]在凹部12中提供兩個開口 13和13’，可以通過這兩個開口將液體特別是聲和/或光耦合介質的填充到凹部12中和/或從凹部12吸走。分別通過輸送裝置15和15’(例如管道或溝槽)向并且從開口 13和13’輸送該液體。優(yōu)選地，經由第一輸送裝置15 (見向右的箭頭)和第一開口 13將耦合介質從存儲罐(未示出)輸送至凹部12，而同時經由第二開口13’和第二輸送裝置15’(見向左箭頭)將容納在凹部12中的耦合介質從凹部12中吸出，并且優(yōu)選地輸送回存儲罐。這樣，實現耦合介質的連續(xù)循環(huán)，其中，通過該連續(xù)循環(huán)有效地移除容納在凹部12中的耦合介質中生成的氣泡。
[0045]在容器11的凹部12的開口端設置有柔性隔膜18以使得以氣密或液密方式來密封凹部12并且獲得容納耦合介質的封閉腔體。
[0046]由于腔體的耦合介質填充以及隔膜18的柔性，隔膜18表現出圖1中所指出的輕微的彎曲形狀，特別是凸面形狀。
[0047]圖2顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第一實施方式的前視圖。為了清楚起見，隔膜18 (見圖1)未在圖2中顯示。
[0048]正如從這個視圖中的 凹部12的橢圓形形狀以及圖1的側視圖中的圓形形狀所明顯看出的，第一實施方式的凹部12具有橢圓形或類橢圓體的一部分的外形。正如從圖2所明顯看出的，檢測器元件陣列14為沿線排列的例如128或256個個體檢測器元件的線性陣列。
[0049]光纖束16的端面被配置為在凹部12中與檢測器元件陣列14相距一定橫向偏移。這同樣適用于開口 13和13’，其中，開口 13和13’向并且從凹部12引導耦合介質。
[0050]圖3顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第二實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D。與圖1和圖2中所顯示的第一實施方式不同，陣列14的檢測器元件沒有設置在凹部12的表面17上，而是檢測器元件陣列14形成凹部12的表面17的一部分。這通過對凹部12的表面17設置另一個凹部來實現，其中，陣列14在該另一個凹部中。優(yōu)選地，如圖3中所指示的，陣列14的多個檢測器元件的表面與凹部12的表面17對齊。在這個實施方式中，陣列14構成凹部12的表面17的一部分。
[0051]關于圖1和圖2所給出的說明相應地適用關于光纖束16的端面、開口 13和13’、輸送裝置(未示出)以及隔膜18和填充腔體的耦合介質。
[0052]圖4顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第三實施方式的前視圖。在這個實施方式中，檢測元件的陣列14為檢測元件的彎曲二維陣列，其中沿著彎曲表面設置多個檢測器元件，彎曲表面的輪廓線優(yōu)選地具 有例如橢圓形的外形。[0053]如在圖1至圖3中顯示的第一實施方式和第二實施方式中的那樣，圖4中顯示的第三實施方式中的二維陣列的檢測器元件能夠設置在凹部12的表面17上或沿著凹部12的表面17設置，或者被集成到凹部12的表面17的一部分中或構成凹部12的表面17的一部分。除了此之外，關于圖1至圖3所給出的說明相應地適用。
[0054]圖5顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第四實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0055]在實施方式中，檢測元件的陣列14也設置在容器11中的凹部12的表面17的底部的區(qū)域中或集成在表面17中，其中陣列14的檢測元件與表面17的走向對齊。在這個實施方式中，凹部12的深度小于在圖1和圖3中所顯示的凹部的深度。除了此之外，關于圖1至圖4所給出的說明相應地適用。
[0056]手持裝置10的末端與被研究的物體的彎曲表面9接觸。由于用于對容器11的填充有耦合介質的凹部進行密封的隔膜18的機械柔性，所以隔膜18容易地使自身適應物體的表面9的形狀。
[0057]這樣，確保手持裝置10能夠非常穩(wěn)定的位于被研究的物體上。
[0058]優(yōu)選地，用于超聲波的陣列14的檢測器元件的靈敏度集中在用于限定獲取物體圖像的感興趣區(qū)域的集中點或集中區(qū)域。在給定的實施方式中，陣列14的每個檢測元件的表面法線21在交點P處相交。為了清楚起見，本圖中只顯示三個表面法線。無需所有表面法線21在交點P處相交以限定物體內的感興趣區(qū)域。唯一的必要條件是陣列的檢測器元件的表面法線21指向感興趣區(qū)域。
[0059]在所顯示的實施方式 中，從光纖束16的端面發(fā)出的光具有平頂椎體20的外形，椎體20的邊界由虛線指示。優(yōu)選地，檢測元件陣列14的表面法線21的交點P在從光束16發(fā)出的光椎體20內并且入射到物體的表面9上。
[0060]如上文已經提到的那樣，可以通過柔性隔膜18將手持裝置10非常穩(wěn)定的放置在被研究的物體上。而且，隔膜18允許相對于物體即沿著物體的表面9和/或朝著或遠離物體的表面9容易地移動手持裝置10。因此，通過沿著物體的表面9和/或朝著或遠離物體的表面9來移動手持裝置10，可以容易地并且可靠地限定在物體內或上由檢測元件的表面法線21的方向和/或從光束16發(fā)出的光的椎體20所限定的感興趣區(qū)域。
[0061]另外地或可替選地，通過改變檢測器元件陣列14的距離和/或被研究物體的表面9與光纖束16的端面的距離可以限定物體內或上的感興趣區(qū)域，其中，將從該感興趣區(qū)域獲取對象的圖像。
[0062]圖6顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第五實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，通過該實施方式，可以通過改變檢測器元件陣列14與物體的距離而改變物體內或上的感興趣區(qū)域。為了這個目的，陣列14可移動地安裝在凹部12中。優(yōu)選地，提供移動機構19，通過該機構，陣列14能夠前后即遠離或朝向物體(見雙箭頭)移動。在圖6的表示中，移動機構19由可移動地安裝在容器11中所設置的導上的單個桿來示意性地表示。當然，可以設置其他甚至更復雜的移動機構19以用于實現陣列14的前后移動。
[0063]另外地或可替選地，光纖束16的端面也可以可移動的安裝在凹部12中，以使得從光纖束16的端面發(fā)出的光的椎體20能夠朝著和/或遠離物體移動。
[0064]關于圖1至圖5中給出的實施方式的以上給出的說明相應地適用關于手持裝置10的其余組件和特征特別是隔膜18、輸送裝置、交點P和光椎體20。[0065]圖7顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第六實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，通過該實施方式，可以通過改變檢測器元件陣列14和光纖束16的端面與物體的距離來改變物體內或上的感興趣區(qū)域。為了這個目的，提供承載架22，容器11可移動地(優(yōu)選地為可滑動地)安裝在該承載架中以使得可以通過相應的移動機構(未示出)來回(雙箭頭)移動該容器。圖8顯示本發(fā)明的第六實施方式的對應前視圖。正如從圖中明顯看出的是，容器22圍繞容器11以使得手持裝置10可以被人的手容易地握住，而不會限制容器11的來回移動。以上關于圖1至圖6中給出的實施方式給出的說明相應地適用于手持裝置10的其余組件和特征特別是隔膜18、輸送裝置、交點P和光椎體20。
[0066]圖9顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第六實施方式中第一操作狀態(tài)中的橫截面?zhèn)纫晥D，在第一操作狀態(tài)中，可移動地安裝的容器11處于關于承載架22和物體8的第一位置。根據圖5中所顯示的實施方式，陣列14的二維線性檢測器元件的表面法線21在位于隔膜18遠處的交點P處相交，該交點P在物體8內的第一深度dl處。交點P位于檢測器元件陣列14的曲率中心。如果例如陣列14形成球體，那么交點P位于球體中心。
[0067]而且，交點P位于物體8的照明區(qū)域內，即在從光纖束16的端面發(fā)出的光束的椎體20內。在所顯示的示例中，椎體20是輕微地會聚光束?？商孢x地，任何其它種類的光束是可能的，例如像鉛筆的平行光束20’或輕微發(fā)散的椎體如圖5中所示的椎體。
[0068]通過移動容器11遠離物體8(見箭頭)，在物體8內分別將交點P和椎體20或20’移動至物體8內的第二深度d2，其中第二深度d2比第一深度dl小。這通過用于顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第六實施方式在第二操作狀態(tài)中的橫截面?zhèn)纫晥D來說明。以上關于圖1至圖9中給出的實施方式的給出的說明相應地適用于手持裝置10的其余組件和特征。
[0069]在圖9和圖10中顯不的實施方式中，隔I旲18設直在承載架22上并且和四部12一起形成填充有耦合介質的腔體?？商孢x地，如同在圖1、圖3和圖5中顯示的實施方式中，隔膜18能夠附接在容器11上，以便與容器11 一起朝著和/或遠離物體8移動。
[0070]圖11顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第一原型的示例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖12顯示根據本發(fā)明的手持裝置10的第一原型的示例的透視圖。
[0071]裝置10包括高頻率圓柱狀聚焦層析成像超聲傳感器陣列Ia至lc、光纖束2a和2b、液體填充機構3a至3c、耦合隔膜4、包裝物7和設置在包裝物7中的凹部6。
[0072]傳感器陣列包括壓電復合感測表面la，用于傳感器陣列的殼體Ib以及與傳感器陣列的個體傳感器連接的電纜lc。傳感器陣列的感測表面Ia設置在包裝物7的凹部6中。每個光纖束包括金屬圈2a和包括多個多模光纖的電纜2b。液體填充機構包括腔體的通道輸出3a，其中提供第一輸出用于將液體輸送到腔體并且提供第二輸出用于移動剩余氣體，兩個通道3b通過腔體外殼、兩個導管接頭以及閥3c。
[0073]電磁輻射特別是光從每個與金屬環(huán)2a同軸地走向的、外形為略微平頂的椎體5的光纖電纜2b的末端發(fā)出。椎體5表不用于照明組織表面(未不出)的光。
[0074]裝置10特別地被設計為便于進入人體的不同部分例如特別是手臂、軀干和脖子，其中人體的不同部分中的大部分具有凸面。
[0075]使用優(yōu)選地以金屬或塑料制成的包裝物7將包括多個圓柱狀聚焦的檢測器的超聲陣列Ia至Ic與四個光波導組裝在一起。包裝物7的前面即手持裝置10的遠端設置有凹部6以形成腔體，其中，利用液體特別是聲和/或光耦合介質并且由(為了清楚起見在圖12中未示出的)隔膜4來密封填充該腔體。凹部6和密封隔膜4 一起形成填充有耦合介質的封閉腔體。
[0076]隔膜4優(yōu)選地為對于一部分從光纖電纜2b發(fā)出的電磁輻射特別是光是透明的。優(yōu)選地，隔膜5聲學上與組織的聲學特性匹配。
[0077]手持裝置10的前孔即被隔膜4密封的凹部6的開口端被設計為與組織接觸。隔膜4被設計為柔性的或可替選地硬質的，以使得它能夠采用對于檢測器的給定設置的徑向超聲波傳播最佳的對于凹面形狀。通過包裝物7的前框架，隔膜4的不同的外形可用于該組件中。
[0078]在所顯示的實施方式中，包裝物7具有用柔性隔膜4密封的凹槽4a，以使得隔膜4在凹槽4a的區(qū)域中的部分使凹槽露出。由于隔膜4的機械柔性，隔膜4的凹部的外形允許物體表面的彎曲。通過這種方法，能夠安全地并且可靠地將物體定位在隔膜的凹槽中，并且該物體能夠以照射光椎體5來照射。[0079]光傳輸系統(tǒng)包括由裝入在4個金屬套圈2a中的640個多模光纖構成的光纖束中。光纖將照明輸送到與隔膜附接的組織表面上。光纖芯和的兩個包層所使用的直徑分別為189微米、I微米和200微米。
[0080]用包裝物固定光導2a和2b的組件、超聲傳感器Ia的陣列和隔膜4，該包裝物中形成用于折射率匹配液體的腔體。所提到的液體優(yōu)選地具有與研究中的組織相似的聲學特性。而且，優(yōu)選地是其不吸收激勵輻射。
[0081]優(yōu)選地，在包裝物7中設置的凹部6具有半球形形狀。優(yōu)選地，其表面被拋光以實現良好的光反射。在這個方法中，從組織表面或隔膜反射的電磁輻射會被引導至成像的感興趣區(qū)域，以便實現更高的照明效率、更好的信噪比和因此更好的成像質量。
[0082]圖13顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第二原型的示例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖14顯示根據本發(fā)明的手持裝置的第二原型的示例的透視圖。
[0083]優(yōu)選地彎曲或二維的傳感器陣列Ia和光光纖束2b堆疊并且包含在兩片式金屬殼體7中。陣列Ia包括沿著優(yōu)選地為圓弧的弧形而排列并且圓柱狀聚焦至設置陣列它們所沿著的弧形的中心的128個傳感器，即每個傳感器元件的表面法線(未示出)在弧形的中心處或在圍繞弧形或曲率中心的區(qū)域內相交。
[0084]光纖束28包括256個芯直徑為283 μ m并且包層直徑為300 μ m的獨立的多模光纖。光纖尖頭關于金屬圈(未不出)和傳感器的表面表面法線而彎曲33度，以將光束5直接打在物體內或上的感興趣成像區(qū)域中。
[0085]液體填充的凹部6和成像物體之間的耦合隔膜4優(yōu)選地由半硬質塑料制成。其表面優(yōu)選地以壓敏膠粘劑黏著到殼體7的凸面上。
[0086]圖14中所顯示的手持裝置10還可以包括用于將液體從凹部6移除并且將液體重引回凹部6的液體循環(huán)器。根據圖1至圖12中所顯示的實施方式，必須設置凹部6中相應的開口以及用于將液體特別是耦合介質輸送到凹部6中并且輸送到凹部6外的合適輸送裝置。
[0087]而且，參考圖1至圖14所描述的實施方式可以進一步裝配有用于分別控制凹部6或12中容納的液體的溫度的液體溫度控制單元，將氣體從液體中移除的脫氣裝置和/或用于測量每個單個輻射脈沖的光檢測器。通過聚焦或校準透鏡或棱鏡，可以分別模仿所述光纖束2b或光纖束16。
[0088] 盡管沒有明確描述，但是可以將圖11至圖14中所顯示的實施方式的殼體Ib和傳感器陣列14 一 起可移動地安裝在包裝物7中，以使得陣列Ia可以朝著研究中的物體或遠離被研究的物體移動，從而能夠改變傳感器元件和物體之間的距離以及因此物體內或上的感興趣區(qū)域。為了這個目的，提供移動機構以用于與圖6、圖9和圖10中所顯示的移動機構19類似地分別來回移動傳感器陣列Ia和/或的照明單元2b即光纖束2b的末端。關于圖5、圖6、圖9和圖10中給出的說明，特別是關于表面法線21的相交的P和光錐體20的說明，相應地適用。
【權利要求】
1.一種用于物體(8)的光聲成像的手持裝置(10)包括: 用于利用電磁輻射(5，20)特別是光來照射所述物體(8)的照射單元(2b，16)，以及 用于檢測在利用電磁輻射(5，20)的照射之后在所述物體(8)中生成的聲波特別是超聲波的檢測器單元(la，14)，其中，所述檢測器單元(la，14)包括檢測器元件陣列， 其特征在于， 凹部(6，12)，其中，在所述凹部(6，12)中提供所述照射單元(2b，16)和所述檢測器元件陣列，其中，所述檢測器元件設置在所述凹部(6，12)中以使得至少一部分所述檢測器元件的表面法線(21)指向所述物體(8)上或內的感興趣區(qū)域。
2.根據權利要求1所述的手持裝置(10)包括: 容器(11)，其中，所述凹部(12)與所述照射單元(16)和所述檢測器單元(14)一起設置在所述容器(11)中，和 承載架(22)，其中，所述容器(11)可移動地安裝在所述承載架(22)上或內，以使得特別是當從所述物體(8)獲取圖像時，能夠朝著所述物體(6)和/或遠離所述物體(8)移動所述容器(11)，其中，能夠改變所述感興趣區(qū)域的位置和/或所述物體(8)的被照射區(qū)域的位置。
3.根據前述權利要求中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述凹部(6，12)設置有覆蓋元件(4，18)特別是被覆蓋元件(4，18)密封，以使得所述凹部(6，12)和所述覆蓋元件(4，18) —起構成腔體，并且其中，所述腔體容納耦合介質特別是水。
4.根據權利要求3所述的手持裝置，其中，所述物體(8)的所述感興趣區(qū)域位于所述覆蓋元件(4,18)的周圍或所述`覆蓋元件(4,18)的遠處。
5.根據權利要求3或4所述的手持裝置(10)，其中，所述覆蓋元件(4，18)為機械柔性元件，特別是隔膜或薄膜。
6.根據權利要求3至5中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述覆蓋元件(18)的至少一部分具有凸面形狀，特別是墊狀的形狀。
7.根據權利要求3至6中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述覆蓋元件(4，18)被設置和/或設計為使得當從物體(8)獲取圖像時，所述覆蓋元件(4，18)的至少一部分與物體(8，9)接觸。
8.根據權利要求3至7中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，提供至少一個輸送單元(3b，15，15’)，以用于將所述耦合介質輸送到所述凹部(6，12)中和/或從所述凹部(6，12)輸送出去。
9.根據以上權利要求中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，檢測元件陣列(la，14)為彎曲的檢測元件陣列。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述凹部(12)包括至少一個彎曲的特別是凹面的表面(17)和/或由至少一個彎曲的特別是凹面的表面(17)構成。
11.根據權利要求9和10所述的手持裝置(10)，其中，所述彎曲的檢測元件陣列(14)設置在所述凹部(12)的彎曲表面(17)處和/或構成所述凹部(12)的彎曲表面(17)的一部分。
12.根據權利要求10或11所述的手持裝置(10)，其中，所述照射單元(16)設置在所述凹部(12)的所述彎曲表面(17)上。
13.根據權利要求10至12中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述凹部(12)的所述彎曲表面(17)的至少一部分被設計為特別是被成形為使得減小或避免入射到所述凹部(12)的所述彎曲表面(17)上的聲波朝著所述檢測器元件陣列(14)的反射。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的手持裝置(10)，其中，所述檢測器元件陣列(14)的形狀特別是曲率和/或尺寸和/或角視界取決于所述物體(8)的尺寸和/或所述物體(8)的所述感興趣區(qū)域的尺寸。
15.一種通過借助照射單元(2b，16)利用電磁輻射(5，20)特別是光對物體(8)進行照射，并且借助檢測元件陣列(Ia, 14)檢測在利用電磁輻射(5，20)的照射之后在所述物體(8)中生成的聲波特別是超聲波，以進行所述物體(8)的光聲成像的方法， 其特征在于，在所述凹部(6，12)中提供所述照射單元(2b，16)和所述檢測器元件陣列(la，14)，所述檢測器元件設置在所述凹部(6，12)中以使得至少一部分所述檢測器元件的表面法線(21)指向所述物體(8)上 或內的感興趣區(qū)域。
【文檔編號】A61B5/00GK103860140SQ201310675016
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2012年12月11日
【發(fā)明者】馬爾欽·卡茨普羅維茲 申請人:埃索拉醫(yī)療有限公司