光聲探頭和具有光聲探頭的光聲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光聲探頭和具有光聲探頭的光聲裝置。光聲探頭和實(shí)現(xiàn)光聲探頭的光聲裝置可減少由光聲探頭中產(chǎn)生的超聲波造成的偽像，而無需安裝單獨(dú)的裝置。光聲探頭和實(shí)現(xiàn)光聲探頭的光聲裝置可通過改變?cè)诠饴曁筋^中設(shè)置的構(gòu)造或結(jié)構(gòu)來減少偽像。光聲探頭可接收從吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光的對(duì)象的內(nèi)部材料產(chǎn)生的光聲信號(hào)，并可包括用于將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的壓電模塊和布置在壓電模塊的前表面上的對(duì)象接觸單元，所述對(duì)象接觸單元接觸對(duì)象，并且不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光。
【專利說明】光聲探頭和具有光聲探頭的光聲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里公開的實(shí)施例涉及一種用于接收從吸收光的材料產(chǎn)生的光聲波的光聲探頭的結(jié)構(gòu)和一種包括所述光聲探頭的光聲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]包括例如超聲成像裝置、光聲成像裝置、X射線成像裝置等的醫(yī)學(xué)成像裝置針對(duì)對(duì)象使用超聲波、激光、X射線等的發(fā)送、吸收或反射特性獲取對(duì)象的圖像，并使用所述圖像診斷對(duì)象或受體的狀況。
[0003]光聲成像可指用于利用光聲效應(yīng)非侵入性地獲得對(duì)象的圖像的方法。光聲效應(yīng)可指材料吸收光或電磁波來產(chǎn)生聲波的現(xiàn)象。
[0004]為了獲得光聲圖像，使用用于向?qū)ο筝椛涔獾墓庠春陀糜诮邮諒膶?duì)象的內(nèi)部材料產(chǎn)生的光聲波的探頭。當(dāng)輻射光入射到探頭時(shí)，由于對(duì)象中存在的散射材料，在光聲圖像中不利地造成了偽像。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的一方面在于提供光聲探頭來減少由在光聲探頭中產(chǎn)生的超聲波造成的偽像，而無需安裝單獨(dú)的裝置?？赏ㄟ^在改變光聲探頭中設(shè)置的構(gòu)造或結(jié)構(gòu)來獲得偽像的減少，并且光聲裝置包括所述光聲探頭。
[0006]本發(fā)明的另外的方面的將在下面的描述中被部分闡明，并且部分從描述中是清楚的或通過本發(fā)明的實(shí)施可被獲知。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于接收從吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光的對(duì)象的內(nèi)部材料產(chǎn)生的光聲信號(hào)的光聲探頭，包括:壓電模塊，將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)象接觸單元，布置在壓電模塊的前表面上，對(duì)象接觸單元接觸對(duì)象并且不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光。
[0008]光聲信號(hào)可通過對(duì)象接觸單元被輸入到壓電模塊。
[0009]對(duì)象接觸單元可包括不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素。
[0010]色素可具有波長(zhǎng)與所述特定(預(yù)定)波長(zhǎng)不同的顏色。
[0011]對(duì)象接觸單元可以不包括色素。
[0012]對(duì)象接觸單元可包括光散射顆粒。
[0013]光散射顆粒可包括二氧化鈦(Ti02)、二氧化鋁(ALO2)和/或二氧化硅(Si02)。
[0014]光散射顆?？删哂衼單⒚状笮?。
[0015]光散射顆?？删哂邢鄬?duì)于對(duì)象接觸單元的約6%或更少的體積比，以保持穿過對(duì)象接觸單元的光聲信號(hào)的特性。
[0016]對(duì)象接觸單元可具有平坦形狀。
[0017]對(duì)象接觸單元可以是用于聚集光聲信號(hào)的聲透鏡。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種光聲裝置可包括光聲探頭和用于向?qū)ο筝椛漕A(yù)定波長(zhǎng)的光的光源。[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于接收從吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光的對(duì)象的內(nèi)部材料產(chǎn)生的光聲信號(hào)的光聲探頭，包括:壓電模塊，將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)象接觸單元，布置在壓電模塊的前表面上，對(duì)象接觸單元接觸對(duì)象并且不吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光。對(duì)象接觸單元可包括吸收部分和非吸收部分，其中，所述吸收部分對(duì)預(yù)定波長(zhǎng)的光具有較高的吸收率，非吸收部分對(duì)所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的具有較低的吸收率，并且吸收部分和非吸收部分的接觸表面可具有階梯結(jié)構(gòu)，并且非吸收部分接觸對(duì)象。
[0020]吸收部分可包括吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素，并且非吸收部分可包括不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素。
[0021]非吸收部分具有波長(zhǎng)與所述(特定)預(yù)定波長(zhǎng)不同的顏色。
[0022]非吸收部分可不包括色素。
[0023]階梯的高度可以是吸收部分產(chǎn)生的光聲波的波長(zhǎng)的一半的奇數(shù)倍。
[0024]可以以不規(guī)則周期重復(fù)形成在吸收部分和非吸收部分之間的接觸表面上的階梯。
[0025]階梯的周期可以是由吸收部分產(chǎn)生的光聲波的波長(zhǎng)的倍數(shù)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種光聲裝置，包括:上述光聲探頭和用于向?qū)ο筝椛漕A(yù)定波長(zhǎng)的光的光源。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種光聲裝置，包括，探頭，用于從吸收第一波長(zhǎng)的光的對(duì)象接收光聲信號(hào)，所述探頭包括:壓電模塊，將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)象接觸單元，布置在壓電模塊和對(duì)象之 間，其中，對(duì)象接觸單元吸收第二波長(zhǎng)的光。
[0028]光聲裝置可還包括用于向?qū)ο蟀l(fā)射第一波長(zhǎng)的光的光源。
[0029]對(duì)象接觸單元可包括用于吸收第二波長(zhǎng)的光的第一顏色。對(duì)象接觸單元可包括具有相對(duì)于對(duì)象接觸單元的6%或更少的體積比的光散射顆粒。
[0030]對(duì)象接觸單元可包括吸收部分和非吸收部分，吸收部分比非吸收部分對(duì)第一波長(zhǎng)的光的具有更高吸收率。非吸收部分可被布置在對(duì)象和吸收部分之間，非吸收部分可包括與吸收部分不同的顏色?？捎枚ㄐ蜑檫m合于非吸收部分的至少一個(gè)凹槽的至少一個(gè)的凸出來形成吸收部分。吸收部分可包括第二顏色來吸收第一波長(zhǎng)的光，并且非吸收部分可包括
第一顏色。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]通過下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面將會(huì)變得清楚和更易于理解，其中:
[0032]圖1是示出當(dāng)傳統(tǒng)光聲探頭向?qū)ο筝椛涔鈺r(shí)發(fā)生的問題的示意性示圖；
[0033]圖2A和圖2B是分別示出能夠獲取光聲圖像和超聲波圖像兩者的光聲探頭的結(jié)構(gòu)的頂視圖和如視圖；
[0034]圖3A和圖3C詳細(xì)示出由從光聲探頭到對(duì)象的光的輻射所造成的問題；
[0035]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光聲探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0036]圖5是示出作為聲透鏡的色素比的函數(shù)的透鏡信號(hào)和PZT信號(hào)的強(qiáng)度的曲線圖；
[0037]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括光散射顆粒的光聲探頭的剖視圖；
[0038]圖7A和圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的光聲探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0039]圖8是示出具有階梯的聲透鏡的構(gòu)造的放大圖；[0040]圖9A至圖9D示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的制造聲透鏡的處理；
[0041]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的依據(jù)聲透鏡的構(gòu)造的光聲波的輻射方向的改變。
【具體實(shí)施方式】
[0042]現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終指相同的元件。
[0043]超聲成像被廣泛用作用于診斷對(duì)象的醫(yī)學(xué)成像方法。近年來，光聲成像已被開發(fā)并用于各種診斷領(lǐng)域，其中，在所述光聲成像中，對(duì)象的超聲特性與對(duì)象的光聲特性結(jié)合。
[0044]光聲成像(PAI) —般指具有高空間分辨率的超聲圖像與具有高對(duì)比度的光學(xué)圖像組合的方法，所述方法適用于對(duì)生物組織進(jìn)行成像。當(dāng)向生物組織輻射激光時(shí)，在生物組織中吸收激光的短電磁脈沖，并通過作為初始超聲波的產(chǎn)生源的組織部位中的熱彈性擴(kuò)張產(chǎn)生瞬時(shí)聲壓。由此形成的超聲波各種延遲地到達(dá)生物組織的表面，并且通過對(duì)超聲波進(jìn)行成像獲得光聲圖像。在以下實(shí)施例中，光聲波可指通過光吸收產(chǎn)生的聲波，并且光聲波可包括超聲波。
[0045]超聲成像是已建立的使用超聲波診斷對(duì)象(例如，診斷人體的損傷)的醫(yī)學(xué)成像方法?？赏ㄟ^使用超聲波輻射對(duì)象并接收從對(duì)象的內(nèi)部材料返回的超聲波來獲得超聲圖像。超聲圖像可包括例如，顯示對(duì)象的橫斷面圖像的B模式圖像、顯示對(duì)象的彈性信息的彈性圖像、顯示對(duì)象的 特定部位的生物信息的M模式圖像或用于實(shí)時(shí)可視化血流的彩色多普勒?qǐng)D像等。
[0046]光聲圖像可與超聲波圖像結(jié)合使用?？赏ㄟ^超聲圖像和光聲圖像之間的比較和分析來確定解剖結(jié)構(gòu)和光吸收率兩者，其中，通過向?qū)ο蟮奶囟ú课惠椛涑暡▉慝@得所述超聲圖像，通過向?qū)ο蟮乃鎏囟ú课惠椛浼す鈦慝@得所述光聲圖像。
[0047]圖1是示出當(dāng)傳統(tǒng)光聲探頭向?qū)ο筝椛涔鈺r(shí)發(fā)生的問題的示意性示圖。
[0048]光聲探頭10接收在對(duì)象中產(chǎn)生的光聲波或光聲信號(hào)，并從而將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本發(fā)明的實(shí)施例的描述中，光聲波可指光聲信號(hào)。光聲裝置包括光聲探頭10以使用由光聲探頭10轉(zhuǎn)換的電信號(hào)對(duì)對(duì)象進(jìn)行成像。
[0049]參照?qǐng)D1，光聲探頭10可在它的前表面上設(shè)置有接觸對(duì)象的對(duì)象接觸單元11。對(duì)象接觸單元11可以是聚焦超聲波的聲透鏡。對(duì)象接觸單元11可具有接觸對(duì)象的第一表面和第一表面對(duì)面的第二表面，其中，所述第二表面接觸光聲探頭10的前表面。
[0050]用于散射光的多個(gè)光散射體3存在于對(duì)象中。當(dāng)使用具有特定波長(zhǎng)的光輻射對(duì)象時(shí)，輻射光4被射入對(duì)象，并且射入的光4中的一些到達(dá)目標(biāo)材料I來產(chǎn)生聲波，同時(shí)其余的光被光散射體3散射并被入射在對(duì)象接觸單元11 (例如，對(duì)象接觸單元11的第一表面)上。當(dāng)對(duì)象接觸單元11由吸收光4的材料制成時(shí)，通過對(duì)象接觸單元11中的光吸收產(chǎn)生聲波，并且產(chǎn)生的聲波被再次輻射到對(duì)象，以形成光聲圖像中的偽像。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲探頭可用于僅獲取光聲圖像，或超聲波圖像和光聲圖像兩者。在后一種情況下，光聲探頭具有能夠接收和發(fā)送超聲波的構(gòu)造。為了這個(gè)目的，光聲探頭可被實(shí)現(xiàn)為具有用于發(fā)送和接收超聲波信號(hào)的結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)超聲波探頭，光聲探頭可與輻射光的光纖組合以使得能夠由單個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)光的輻射和超聲波的接收。[0052]以下，在下面的實(shí)施例中，將描述用于獲取超聲圖像和光聲圖像兩者的光聲探頭。作為為了方面描述的示例，通過光吸收產(chǎn)生的聲波可包括超聲波，并且光聲探頭的對(duì)象接觸單元可包括聲透鏡。另外，在下面的實(shí)施例中，“光聲波”和“超聲波”可以可交換地使用。
[0053]圖2A和圖2B是分別示出適用于、可操作于、適合于、構(gòu)造為、能夠等獲取光聲圖像和超聲波圖像兩者的光聲探頭的結(jié)構(gòu)的頂視圖和如視圖。
[0054]參照?qǐng)D2A，探頭50包括:壓電模塊51，用于發(fā)送和接收超聲波；聲透鏡53，布置在壓電模塊51的前表面來聚焦超聲波；光纖55,用于向?qū)ο蟾Ｉ漕A(yù)定波長(zhǎng)的光。用于產(chǎn)生光的光源可被設(shè)置在光聲裝置中，并且可在考慮對(duì)象中存在的目標(biāo)材料的同時(shí)適當(dāng)?shù)剡x擇由光源產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)。
[0055]光聲裝置可使用光聲效應(yīng)獲取對(duì)象的圖像。如圖2A和圖2B所示，當(dāng)光聲探頭50發(fā)送并接收超聲波時(shí)，光聲裝置產(chǎn)生對(duì)象的超聲圖像。
[0056]壓電模塊51可包括:壓電層，執(zhí)行電信號(hào)和聲信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換；匹配層，布置在壓電層的前表面；背襯層(backing layer),布置在壓電層的后表面。
[0057]當(dāng)機(jī)械壓力被施加于預(yù)定對(duì)象時(shí)產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象和當(dāng)電壓被施加時(shí)發(fā)生機(jī)械變形的現(xiàn)象分別被稱為壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，具有這些效應(yīng)的材料被稱為壓電材料。也就是說，壓電材料將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能，并將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。
[0058]壓電層可由壓電材料制成，并且可在接收到電信號(hào)時(shí)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能來產(chǎn)生超聲波，而在接收到超聲波信號(hào)時(shí)將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0059]構(gòu)成壓電層的壓電材料可包括鋯鈦酸鉛(PZT)的陶瓷、包含鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛的固溶體的PZMT單晶、包含鈮鋅酸鉛和鈦酸鉛的固溶體的PZNT單晶等。
[0060]匹配層可被布置在壓電層的前表面上。匹配層可減小壓電層和對(duì)象之間的聲阻抗的差，由此有效地將由壓電層產(chǎn)生的超聲波發(fā)送到對(duì)象。匹配層可包括至少一個(gè)層，并且匹配層可與壓電層一起通過切割處理被劃分為具有預(yù)定寬度的多個(gè)單元。
[0061]背襯層可被布置在壓電層的背面。背襯層可吸收由壓電層產(chǎn)生的超聲波，并阻擋超聲波向著壓電層的后表面的傳輸，從而防止圖像失真。背襯層可包括多個(gè)層，以對(duì)所述超聲波的減少或阻擋效果進(jìn)行改善。
[0062]聲透鏡53可被布置在壓電模塊51的前表面上，更具體地，被布置在匹配層的前表面上，以聚焦發(fā)送或接收的超聲波。
[0063]光纖55可將預(yù)定波長(zhǎng)的光從光源福射到對(duì)象。例如,如圖2B中所不,一束光纖55可圍繞壓電模塊51。給出這種構(gòu)造作為光聲探頭的不例，并且光纖55可分布在壓電模塊51的上下側(cè)和左右側(cè)。此外，或可選擇地，光纖可被布置在壓電模塊附近的其它位置。
[0064]可使用光發(fā)射器件(諸如，半導(dǎo)體激光器(LD)、發(fā)光二極管(LED)、固體激光器或氣體激光器)來實(shí)現(xiàn)光源，以產(chǎn)生特定波長(zhǎng)分量或包括所述分量的單色光，并且光源可包括多個(gè)光源，以產(chǎn)生具有不同波長(zhǎng)的光。
[0065] 例如，在光聲探頭測(cè)量對(duì)象的血紅蛋白濃度的情況下，雖然光吸收特性可根據(jù)血紅蛋白濃度而改變，但是近紅外波長(zhǎng)區(qū)域(約650納米至約1200納米)中的光被吸收?？墒褂糜糜诋a(chǎn)生相應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)域之內(nèi)的單個(gè)波長(zhǎng)的激光器，并且還可使用用于使用非線性光學(xué)晶體改變波長(zhǎng)的光參量振蕩(OPO)激光器。
[0066]以下，基于具有作為不例的結(jié)構(gòu)的前述光聲探頭，將詳細(xì)描述由聲透鏡的光吸收造成的問題和用于解決所述問題的本發(fā)明的實(shí)施例。
[0067]圖3A和圖3C詳細(xì)示出由從光聲探頭到對(duì)象的光的輻射所造成的問題。圖3A至圖3C是示出光聲探頭的一部分的剖視圖。
[0068]參照?qǐng)D3A,從光纖55福射的光4被射入對(duì)象,光4中的一些與光散射體3碰撞,并到達(dá)吸收光的目標(biāo)材料1，并且其余光與光散射體3碰撞，并入射在聲透鏡53上。
[0069]一般地，聲透鏡53具有特定顏色。當(dāng)包含在聲透鏡53中的色素吸收具有落在從光纖55輻射的光4的波長(zhǎng)之內(nèi)的波長(zhǎng)或與光4的波長(zhǎng)相應(yīng)的波長(zhǎng)的光時(shí)，入射光4在聲透鏡53中被吸收。如上所述，如圖3B中所示，當(dāng)目標(biāo)材料I吸收光時(shí)，它產(chǎn)生超聲波5，并且聲透鏡53還吸收入射光并從而產(chǎn)生超聲波6。
[0070]也就是說,從光纖55福射的光4中的一些在目標(biāo)材料I中被吸收以產(chǎn)生原始光聲波5，并且其余光在聲透鏡53中被吸收，產(chǎn)生非期望的光聲波6。
[0071]參照?qǐng)D3C,由目標(biāo)材料I產(chǎn)生的原始光聲波5入射在聲透鏡53上,并在壓電模塊51中被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)被用于對(duì)象的光聲圖像的形成。然而，圖3B中描述的原始光聲波5和非期望的光聲波6兩者被入射在聲透鏡53上。圖3B中描述的非期望的光聲波6被傳輸?shù)綄?duì)象，與對(duì)象中存在的超聲散射體2碰撞,并作為反射波7返回。
[0072]因此，入射在光聲探頭50上的波可包括由目標(biāo)材料I產(chǎn)生的光聲波和從非目標(biāo)材料(例如，超聲散射體2)反射的光聲波7。也就是說，光聲波7在最終生成的光聲圖像中產(chǎn)生偽像。 [0073]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光聲探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0074]參照?qǐng)D4，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲探頭100包括:壓電模塊110，執(zhí)行電信號(hào)和聲信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換；平坦聲透鏡130,布置在壓電模塊110的前表面；光纖155,向?qū)ο筝椛涔?。如上所述，壓電模塊110可包括匹配層、壓電層和背襯層。同時(shí)，可單獨(dú)地提供光纖155，而不是將其包括在光聲探頭100中。
[0075]如上所述，可能由包含在聲透鏡中的色素的光吸收造成由非目標(biāo)材料2的光聲圖像的偽像。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲探頭100包括不吸收從光纖155輻射的光的聲透鏡130。也就是說，圖4中示出的聲透鏡130可具有與圖3A至圖3C中示出的聲透鏡53的顏色不同的顏色。
[0076]也就是說，為了防止聲透鏡130吸收從光纖155輻射的光4，包含在聲透鏡130中的色素吸收具有與從光纖155輻射的光的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光，或者在聲透鏡130中不包含色素。在前一種情況下，聲透鏡130的顏色被改變?yōu)椴煌念伾⑶以诤笠环N情況下，從聲透鏡130去除顏色。例如，聲透鏡130可以是第一顏色并吸收第一波長(zhǎng)之內(nèi)的光，并且聲透鏡130不對(duì)應(yīng)于(即，不同于)光纖155發(fā)射的光的第二波長(zhǎng)。
[0077]例如，在從光纖155輻射的光4落在具有短于綠色的波長(zhǎng)的可見光區(qū)域之內(nèi)的情況下，聲透鏡130包含吸收具有比綠色的波長(zhǎng)(約532納米)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光的色素，在從光纖155輻射的光4落在紅色和紅外區(qū)域(例如，約620納米至約I毫米)之內(nèi)的情況下，聲透鏡130包含吸收具有比約600納米更短的波長(zhǎng)的光的色素。光纖155可輻射具有其他波長(zhǎng)的光，并且本公開不限于可見光或紅外光。聲透鏡130可包含吸收與由光纖155發(fā)出的光的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光的色素，或者聲透鏡130可不包含任何色素(例如，聲透鏡可以是無色的)。[0078]如上所述，當(dāng)聲透鏡130被設(shè)計(jì)或構(gòu)造為不吸收從光纖155輻射的光4時(shí)，可防止由聲透鏡130的光吸收產(chǎn)生光聲波，并且從而減少光聲圖像中的偽像。
[0079]圖5是示出作為聲透鏡的色素比的函數(shù)的透鏡信號(hào)和PZT信號(hào)的強(qiáng)度的曲線圖。例如，色素比可隨著聲透鏡吸收更多光而增加。這里，聲透鏡的色素可以是吸收從光纖155輻射的光4的色素。
[0080]再次參照?qǐng)D4,當(dāng)聲透鏡130不吸收從光纖155福射的光4時(shí),光4的入射在聲透鏡130上的一部分穿過聲透鏡130并到達(dá)壓電模塊110。在這種情況下，壓電模塊110也吸收光4,并產(chǎn)生光聲波。
[0081]在圖5的曲線圖中，通過聲透鏡130的光吸收再次入射的光聲波信號(hào)被稱為透鏡信號(hào)，并且通過壓電模塊110的光吸收再次入射的光聲波信號(hào)被稱為PZT信號(hào)。也就是說，通過聲透鏡130的光吸收產(chǎn)生，隨后從超聲波散射體反射并返回的光聲波被稱為透鏡信號(hào)。通過壓電模塊Iio的光吸收產(chǎn)生,從超聲波散射體反射并返回的光聲波被稱為PZT信號(hào)。
[0082]參照?qǐng)D5，隨著聲透鏡130的色素比下降(即，由聲透鏡吸收的光的量減少)，透鏡信號(hào)的強(qiáng)度降低，但PZT信號(hào)的強(qiáng)度增加(即，由壓電模塊吸收的光的量增加)。然而，如圖5的曲線圖中所示，隨著色素比的減少的透鏡信號(hào)的強(qiáng)度的減少大于隨著色素比的減少的PZT信號(hào)的強(qiáng)度的增加。也就是說，由聲透鏡和壓電模塊整體吸收的光的量可減少。
[0083]因此，為了減少光聲圖像中的偽像，如本發(fā)明的實(shí)施例中，聲透鏡130不包含色素或包含不吸收從光纖155輻射的光4的色素。
[0084]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括光散射顆粒的光聲探頭的剖視圖。
[0085]參照?qǐng)D6，聲透鏡130可包括光散射顆粒132以減小壓電模塊110的光吸收效應(yīng)。光散射顆粒132可具有亞微米大小，并可包括二氧化鈦(Ti02)、二氧化鋁(AL02)、二氧化硅(SiO2)等。光散射顆粒132的類型不限于這些材料，并且各種其他類型的光散射顆粒132可被包括在聲透鏡130中。
[0086]同時(shí),為了在光散射顆粒132的插入之前和之后保持聲透鏡130的聲學(xué)特性,光散射顆粒132的體積比可基于聲透鏡130被調(diào)整到約6%或更少。
[0087]當(dāng)光散射顆粒132被包括在聲透鏡130中時(shí)，可由光散射顆粒132散射入射在聲透鏡130上的光4，并且從而到達(dá)壓電模塊110的光的量被減小。根據(jù)圖6中描述的實(shí)施例的光聲探頭100減少聲透鏡130的光吸收效應(yīng)和壓電模塊110的光吸收效應(yīng)兩者，從而最小化關(guān)于對(duì)象的光聲圖像的偽像。
[0088]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲裝置包括根據(jù)前述實(shí)施例的光聲探頭100，其中，所述光聲裝置在從光聲探頭100接收信號(hào)并產(chǎn)生光聲圖像時(shí)，通過減少聲透鏡130的光吸收效應(yīng)來減少偽像并提高圖像質(zhì)量。
[0089]圖7A和圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0090]參照?qǐng)D7A和圖7B，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲探頭200包括:壓電模塊210，執(zhí)行電信號(hào)與聲信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換；聲透鏡230,布置在壓電模塊210的前表面上；光纖255,向?qū)ο蟾Ｉ涔?。壓電模塊210可包括匹配層、壓電層和背襯層。同時(shí),光纖255可被單獨(dú)設(shè)置，而不是被包括在光聲探頭100中。
[0091]聲透鏡230可包括不吸收從光纖255輻射的光4的非吸收部分231和吸收從光纖255輻射的光4的吸收部分232。非吸收部分231可被布置在接觸對(duì)象的側(cè)面，而吸收部分232可被布置在非吸收部分231的后表面上。聲透鏡230可具有平坦的形狀。
[0092]非吸收部分231和吸收部分232可具有相同的聲學(xué)特性，但具有不同的光學(xué)特性。為了這個(gè)目的，非吸收部分231和吸收部分232可由相同的材料制成，但具有不同的顏色。
[0093]具體地，如圖4中所示，非吸收部分231可包含不吸收從光纖255輻射的光的色素，或不包含色素。也就是說，非吸收部分231可具有與從光纖255輻射的光4不同波長(zhǎng)的顏色，或可不具有顏色。
[0094]吸收部分232可包含具有聲透鏡230的期望顏色的色素。存在聲透鏡230呈現(xiàn)特定顏色(例如，使用顏色以呈現(xiàn)產(chǎn)品的公司標(biāo)識(shí)(Cl))的情況。在這種情況下，吸收部分232可包含具有特定顏色的色素，從而使聲透鏡230能夠在外部部分呈現(xiàn)特定顏色。
[0095]非吸收部分231和吸收部分232之間的接觸表面可具有階梯(例如，類似于階梯函數(shù)的形狀)。也就是說，非吸收部分231和吸收部分232之間的接觸表面可不具有平坦的表面，而是可具有凸起/凹槽或不規(guī)則的形狀。階梯可周期性地重復(fù)，并且周期可以不規(guī)則。例如，非吸收部分231和吸收部分232之間的接觸表面可具有鋸齒形、正弦曲線形、透鏡(凹/凸)形狀等。每個(gè)階梯、齒等的寬度可一致或可變化。每個(gè)階梯、齒等的高度可一致或可變化。每個(gè)階梯、齒等的周期可一致或可變化。將參照?qǐng)D8給出對(duì)其的詳細(xì)說明。
[0096]如圖7A中所不，當(dāng)從光纖255福射的光的一部分在目標(biāo)材料I中被吸收并且光的另一部分通過光散射體被入射在聲透鏡230上時(shí),原始光聲波5可在目標(biāo)材料I中產(chǎn)生并且非期望的光聲波6可在聲透鏡230中產(chǎn)生。產(chǎn)生的光聲波6可由聲透鏡230的階梯結(jié)構(gòu)衍射，并可以以衍射波 的形式而不是平行于聲透鏡230的表面被傳輸進(jìn)對(duì)象。
[0097]如圖7B中所75,雖然光聲波6與散射超聲波的非目標(biāo)材料2碰撞,但是以衍射波的形式傳輸?shù)墓饴暡?的反射波7可沿著多個(gè)方向被反射,并且光聲波6因此變?nèi)?。因此，在?duì)象的光聲圖像中的偽像的產(chǎn)生減少。也就是說，如圖7B中所示，從非目標(biāo)材料反射的反射波可不朝向或到達(dá)聲透鏡230，或可被減弱到使得反射波具有較小的影響的程度。以下，將參照?qǐng)D8詳細(xì)描述聲透鏡230的構(gòu)造。
[0098]圖8是示出具有階梯的聲透鏡的構(gòu)造的放大圖。
[0099]參照?qǐng)D8，聲透鏡230的階梯的高度可以是光聲波的波長(zhǎng)(λ )的一半的m倍，并且m可以是奇數(shù)，其中，所述光聲波通過吸收部分232吸收入射在聲透鏡230上的光來產(chǎn)生。階梯可以以不規(guī)則的周期重復(fù)，并且階梯的周期(T)可以是光聲波的波長(zhǎng)(λ )的整數(shù)(N)倍，并且整數(shù)(N)可以是隨機(jī)的。階梯的高度和周期(T)與光聲波的波長(zhǎng)(λ )之間的關(guān)系可基于波場(chǎng)的衍射現(xiàn)象。
[0100]當(dāng)從光纖255輻射的光入射在聲透鏡230上時(shí)，可沿著吸收部分232的表面形成由吸收部分232的光吸收產(chǎn)生的光聲波，并且這種情況的光聲波的強(qiáng)度與不具有階梯結(jié)構(gòu)的情況相同，所述光聲波被分配到隨機(jī)具有約O至約180度的相位差，并且可以以衍射波的形式而不是平行于聲透鏡230的表面被傳輸?shù)綄?duì)象。
[0101]圖9Α至9D示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的制造聲透鏡的方法。
[0102]參照?qǐng)D9Α，用于形成吸收部分232的材料可被插入到與吸收部分232的形狀相應(yīng)的模具20。用于形成吸收部分232的材料可以是，例如，包含色素的硅橡膠。與吸收部分232的形狀相應(yīng)的形狀可與吸收部分232的形狀相反。例如，吸收部分232的凹槽與模具20的凸起相應(yīng)，并且吸收部分232的凸起與模具20的凹槽相應(yīng)。例如，吸收部分232的頂點(diǎn)或階梯可與模具20的槽相應(yīng)。
[0103]如圖9B中所示，當(dāng)吸收部分232被完全固化時(shí)，模具20被移除。此外，如圖9C中所示，用于形成非吸收部分231的材料可被插入到吸收部分232中。也就是說，用于形成非吸收部分231的材料填充吸收部分232的凹槽，并且平坦模具22被放置在所述材料上。作為結(jié)果，不吸收光的材料構(gòu)成聲透鏡130的表面。作為構(gòu)成非吸收部分231的材料的示例，可使用不包含色素的硅橡膠。
[0104]如圖9D中所示，當(dāng)非吸收部分231被完全固化后，模具22被移除。如圖9A至9D中所示，可通過雙注入(例如，通過使用用于吸收部分的一個(gè)模具和用于非吸收部分的另一個(gè)模具)制備聲透鏡230，但給出這種方法作為用于制造聲透鏡230的方法的示例，而本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。[0105]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的依據(jù)聲透鏡的構(gòu)造或配置的光聲波的輻射方向的改變。在圖10的右側(cè)示出極區(qū)圖。
[0106]如從圖10可看出的，從一般聲透鏡53輻射的光聲波可以以特定方向或以特定角度輻射，但是從具有階梯結(jié)構(gòu)的聲透鏡230輻射的光聲波以很大的角度傳播，并且其效果減少。
[0107]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光聲裝置包括根據(jù)前述示例實(shí)施例的光聲探頭200，并且所述光聲裝置在從光聲探頭200接收信號(hào)并產(chǎn)生光聲圖像時(shí)，減少由聲透鏡130的光吸收效應(yīng)引起的偽像并提高圖像質(zhì)量。
[0108]在上述示例性實(shí)施例中，對(duì)象接觸單元可指聲透鏡，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。也就是說，當(dāng)附加層被設(shè)置在聲透鏡的前表面上時(shí)，所述層可作為對(duì)象接觸單元，并且可應(yīng)用圖4的結(jié)構(gòu)以及圖7A至圖7C的結(jié)構(gòu)。更具體地，對(duì)象接觸單元可包含不吸收從光纖輻射的光的色素或不包含色素。在另一實(shí)施例中，對(duì)象接觸單元包括吸收從光纖輻射的光的吸收部分和不吸收從光纖輻射的光的非吸收部分，并且吸收部分和非吸收部分的接觸表面可具有階梯形狀。
[0109]如從上面的描述明顯的是，根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的光聲探頭和包括所述光聲探頭的光聲裝置減少由光聲探頭中產(chǎn)生的光聲波造成的光聲圖像中的偽像。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的光聲探頭和包括所述光聲探頭的光聲裝置可實(shí)現(xiàn)減少偽像并提高圖像質(zhì)量，而無需安裝單獨(dú)的裝置，取而代之的是改變?cè)O(shè)置在光聲探頭中的對(duì)象接觸單元的構(gòu)造或結(jié)構(gòu)。朝向?qū)ο蟀l(fā)射光的光源可發(fā)射各種波長(zhǎng)的光。光聲探頭可包括對(duì)象接觸單元(例如，聲透鏡)，其中，所述對(duì)象接觸單元吸收與光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)和/或由對(duì)象吸收的光的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光。在另外的或可選擇的實(shí)施例中，在光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)改變的情況下和/或由對(duì)象吸收的光的波長(zhǎng)改變的情況下，根據(jù)光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)和/或根據(jù)對(duì)象吸收的光的波長(zhǎng)，光聲探頭可適合于、可操作于、適用于、構(gòu)造為、能夠等改變或修改或替換對(duì)象接觸單元(例如,聲透鏡)。
[0110]本公開在此已描述了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例,在所述實(shí)施例中，光聲探頭和光聲裝置可用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，以獲取受體的圖像和/或受體的診斷生物組織的圖像，用于治療與診斷受體(例如，人類、動(dòng)物和其他生命形式)。然而，這里公開的光聲探頭和光聲裝置不限于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并可用在其它領(lǐng)域中，并且可用在包括工業(yè)應(yīng)用的任意對(duì)象，以檢查對(duì)象的內(nèi)部特性和結(jié)構(gòu)。
[0111]根據(jù)上述示例實(shí)施例的光聲探頭和光聲裝置可使用一個(gè)或更多個(gè)處理器。例如，可使用一個(gè)或更多個(gè)通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)(例如，處理器、控制器和算術(shù)邏輯單元、中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP)、微型計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列、可編程邏輯單元、專用集成電路(ASIC)、微處理器或能夠以限定的方式響應(yīng)并執(zhí)行指令的任何其他裝置)實(shí)現(xiàn)處理裝置。
[0112] 雖然已經(jīng)示出并描述了這里公開的示例實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書及其等同物中限定。
【權(quán)利要求】
1.一種接收從吸收預(yù)定波長(zhǎng)的光的對(duì)象的內(nèi)部材料產(chǎn)生的光聲信號(hào)的光聲探頭，包括: 壓電模塊，將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 對(duì)象接觸單元，布置在壓電模塊的前表面上，所述對(duì)象接觸單元接觸對(duì)象并且不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲探頭，其中，光聲信號(hào)通過對(duì)象接觸單元被輸入到壓電模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光聲探頭，其中，對(duì)象接觸單元包括不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光聲探頭，其中，所述色素具有波長(zhǎng)與所述預(yù)定波長(zhǎng)不同的顏色。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲探頭，其中，對(duì)象接觸單元不包括色素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲探頭，其中，對(duì)象接觸單元包括光散射顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光聲探頭，其中，光散射顆粒具有亞微米大小，并包括從由二氧化鈦(Ti02)、二氧化鋁(ALO2)和二氧化硅(SiO2)組成的組中選擇至少一種光散射顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的光聲探頭，其中，對(duì)象接觸單元是聚焦光聲信號(hào)的聲透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲探頭， 其中，對(duì)象接觸單元包括吸收部分和非吸收部分，吸收部分比非吸收部分對(duì)所述預(yù)定波長(zhǎng)的光具有更高的吸收率，吸收部分和非吸收部分的接觸表面具有階梯，并且非吸收部分接觸對(duì)象。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光聲探頭，其中，吸收部分包括吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素，并且非吸收部分包括不吸收所述預(yù)定波長(zhǎng)的光的色素。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光聲探頭，其中，非吸收部分具有波長(zhǎng)與所述預(yù)定波長(zhǎng)不同的顏色。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光聲探頭，其中，非吸收部分不包括色素。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光聲探頭，其中，階梯的高度是吸收部分產(chǎn)生的光聲波的波長(zhǎng)的一半的奇數(shù)倍。
14.一種光聲裝置,包括: 探頭，用于從吸收第一波長(zhǎng)的光的對(duì)象接收光聲信號(hào)，所述探頭包括: 壓電模塊，將光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 對(duì)象接觸單元,布置在壓電模塊和對(duì)象之間， 其中，對(duì)象接觸單元吸收第二波長(zhǎng)的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光聲裝置，還包括: 光源，向?qū)ο蟀l(fā)射第一波長(zhǎng)的光。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103892800SQ201310740998
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】吳政澤, 金正浩, 鄭鍾圭 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社, 三星麥迪森株式會(huì)社