CN117462076A - 光声成像装置及其透光超音波换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光声成像装置适用于针对待测物进行光声成像且包含发光装置及透光超音波换能器。发光装置沿光轴发射光束。透光超音波换能器设置于发光装置对应光轴的位置上且包含透光基板及多个超音波换能单元。多个超音波换能单元设置于透光基板上且允许光束通过以沿着光轴入射至待测物，用来同轴接收待测物经光束入射后沿着光轴所回传的超音波。
Description
技术领域
本发明涉及一种光声成像装置及其透光超音波换能器，尤其涉及一种将配置有可允许光束通过的超音波换能单元的透光基板直接设置在发光装置发射光束的光轴上以使超音波换能单元可同轴接收到待测物所回传的超音波的光声成像装置及其透光超音波换能器。
背景技术
随着医学检测技术的不断进步，利用光声效应建立影像的光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)技术已成为目前常见应用在非侵入式医学检测上的成像方法，其光声成像原理在于当使用光源(如激光光源)发射光束入射至待测物(如红血球中的血色素等)时，待测物会将部分光能转换成超音波传播出去，此时可利用超音波换能器接收待测物所回传的超音波并解析产生对应待测物的二维或三维影像，以作为后续进行医学检测与诊断的参考依据。然而，由于超音波换能器不透光，因此在实际应用中只能采用光源与超音波换能器非同轴配置的错位设计(例如在检测探头上形成出光孔以允许光线通过，再利用配置在出光孔周围的超音波换能器以非同轴方式接收回传的超音波)，故往往会产生光声讯号收集不佳且检测影像失真的问题。
因此，有必要设计一种新型的光声成像装置及其透光超音波换能器，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光声成像装置及其透光超音波换能器，其能够将配置有可允许光束通过的超音波换能单元的透光基板直接设置在发光装置发射光束额光轴上以使超音波换能单元可同轴接收到待测物所回传的超音波。
为达到上述目的，本发明提供了一种透光超音波换能器，配置于发光装置上以针对待测物进行光声成像，该发光装置沿光轴发射光束，该透光超音波换能器包含：透光基板，其位于该光轴上；以及多个超音波换能单元，其设置于该透光基板上且允许该光束通过以沿着该光轴入射至该待测物，用来同轴接收该待测物经该光束入射后沿着该光轴所回传的超音波。
较佳的，该发光装置具有出光口，使得该光束沿该光轴自该出光口射出；该透光超音波换能器与该出光口具有相同面积。
较佳的，该多个超音波换能单元在该透光基板上呈直线式排列以针对该待测物进行一维量测，或是在该透光基板上呈矩阵式排列以针对该待测物进行二维量测。
较佳的，任意两个相邻的该超音波换能单元彼此之间相隔间隙，使得该光束可从该间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
较佳的，每一个该超音波换能单元为电容式微加工超音波换能器(CapacitiveMicromachined Ultrasonic Transducer,CMUT)、压电式微加工超音波换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,PMUT)，或压电换能器(PZTtransducer)。
较佳的，每一个该超音波换能单元包含：透光薄膜；绝缘支撑层，其连接于该透光薄膜以及该透光基板之间，以与该透光薄膜以及该透光基板共同形成空腔，使得该透光薄膜于接收到该超音波时可相对于该空腔上下振动；以及透光电极层，其电连接于该透光薄膜，用来根据该透光薄膜的振动产生对应该超音波的电性讯号。
较佳的，该透光电极层形成于该透光薄膜上且由氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)材质所组成。
较佳的，该电极层包含：第一电极线路层，其形成于该透光薄膜上且具有至少一个第一电极线路间隙；以及第二电极线路层，其形成于该透光基板上且具有至少一个第二电极线路间隙，使得该光束可从该至少一个第二电极线路间隙以及该至少一个第一电极线路间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
较佳的，还包含：透光保护膜，其覆盖该多个超音波换能单元。
本发明还提供一种光声成像装置，其适用于针对待测物进行光声成像，该光声成像装置包含：发光装置，其沿光轴发射光束；以及透光超音波换能器，其设置于该发光装置对应该光轴的位置上，该透光超音波换能器包含：透光基板；以及多个超音波换能单元，其设置于该透光基板上且允许该光束通过以沿着该光轴入射至该待测物，用来同轴接收该待测物经该光束入射后沿着该光轴所回传的超音波。
较佳的，该发光装置具有出光口，使得该光束沿该光轴自该出光口射出；该透光超音波换能器与该出光口具有相同面积。
较佳的，该发光装置包含：光源，其发射该光束；以及光纤探头，其连接于该光源以引导该光束沿该光轴射出。
较佳的，该光源为激光光源或发光二极管光源。
较佳的，该发光装置为激光发光装置或发光二极管发光装置。
较佳的，该多个超音波换能单元在该透光基板上呈直线式排列以针对该待测物进行一维量测，或是在该透光基板上呈矩阵式排列以针对该待测物进行二维量测。
较佳的，任意两个相邻的该超音波换能单元彼此之间相隔间隙，使得该光束可从该间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
较佳的，每一个该超音波换能单元为电容式微加工超音波换能器、压电式微加工超音波换能器，或压电换能器。
较佳的，每一个该超音波换能单元包含：透光薄膜；绝缘支撑层，其连接于该透光薄膜以及该透光基板之间，以与该透光薄膜以及该透光基板共同形成空腔，使得该透光薄膜于接收到该超音波时可相对于该空腔上下振动；以及透光电极层，其电连接于该透光薄膜，用来根据该透光薄膜的振动产生对应该超音波的电性讯号。
较佳的，该透光电极层形成于该透光薄膜上且由氧化铟锡材质所组成。
较佳的，该电极层包含：第一电极线路层，其形成于该透光薄膜上且具有至少一个第一电极线路间隙；以及第二电极线路层，其形成于该透光基板上且具有至少一个第二电极线路间隙，使得该光束可从该至少一个第二电极线路间隙以及该至少一个第一电极线路间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
较佳的，还包含：透光保护膜，其覆盖该多个超音波换能单元较佳的，。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种光声成像装置及其透光超音波换能器，相较于先前技术采用光源与超音波换能器非同轴配置的错位设计，本发明采用将配置有可允许光束通过的超音波换能单元的透光基板直接设置在发光装置发射光束的光轴上的同轴对位设计，以产生超音波换能单元可同轴接收到待测物所回传的超音波的功效，因此，本发明可有效地解决在先前技术中所提到的光声讯号收集不佳且检测影像失真的问题，从而大幅地提升光声成像装置的成像影像品质以及量测结果的准确性。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例所提出的光声成像装置的立体示意图。
图2为图1的透光超音波换能器的剖面示意图。
图3为图2的超音波换能单元在透光基板上的排列方式的放大示意图。
图4为图3的超音波换能单元的剖面示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参阅图1，其为根据本发明额一实施例所提出的光声成像装置10的立体示意图。光声成像装置10可较佳地适用于针对待测物O(可为常见适用光声成像检测的待测活体组织，如红血球中的血色素等，于图1中以不规则图块示意)进行光声成像，如图1所示，光声成像装置10包含发光装置12以及透光超音波换能器14。发光装置12可沿光轴A发射光束B，更详细地说，发光装置12可具有出光口13，使得光束B沿光轴A自出光口13射出，透光超音波换能器14可较佳地与出光口13具有相同面积(但不受此限，光声成像装置10亦可采用透光超音波换能器14的设置面积大于或小于出光口13的面积的设计，其视光声成像装置10的实际应用而定)。在此实施例中，由图1可知，发光装置12可包含光源16(于图1中以功能方块示意)以及光纤探头18，光源16可较佳地为激光光源(但不受此限，其亦可为其他常见应用在光声成像上的光源装置，如发光二极管光源)以发射光束B，光纤探头18连接于光源16以利用光纤管内全反射特性引导光束B沿光轴A而从出光口13射出，藉以降低光损且提升光线使用效率。需注意的是，光声成像装置10所采用的光源设计可不限于上述实施例所提及的光纤探头设计，举例来说，在另一实施例中，光声成像装置10可采用发光装置为激光发光装置或发光二极管发光装置，激光发光装置或发光二极管发光装置且以背投影方式直接发射光束B至透光超音波换能器14的光源直照设计。
至于在透光超音波换能器14的设计方面，请参阅图1以及图2，图2为图1的透光超音波换能器14的剖面示意图。如图1以及图2所示，透光超音波换能器14设置于发光装置12对应光轴A的位置上且包含透光基板20以及多个超音波换能单元22。透光基板20可由透明材质(如玻璃)或半透明材质(如塑胶)所组成，进而产生允许光线通过的效果。多个超音波换能单元22设置于透光基板20上且允许光束B通过以沿着光轴A入射至待测物O，藉以用来同轴接收待测物O经光束B入射后沿着光轴A所回传的超音波，其中多个超音波换能单元22的排列方式可较佳地采用在透光基板20上呈矩阵式排列(如图3所示，其中超音波换能单元22的排列数量仅为示意且不以此为限)以针对待测物O进行二维量测，但不受此限，举例来说，在另一实施例中，透光超音波换能器14可采用多个超音波换能单元22在透光基板20上呈直线式排列以针对待测物O进行一维量测，至于采用何种排列设计，其视光声成像装置10的实际医学检测应用而定。另外，由图2可知，透光超音波换能器14还包含透光保护膜24，透光保护膜24可由透明或半透明薄膜材质(如二氧化硅)所组成且覆盖多个超音波换能单元22，藉以同时提供表面保护与薄膜透光功能。
以下针对超音波换能单元22进行详细的描述，请参阅图4，其为图3的超音波换能单元22的剖面简示图。如图4所示，每一个超音波换能单元22包含透光薄膜26(如二氧化硅薄膜，但不受此限)、绝缘支撑层28，以及透光电极层30，且可较佳地为电容式微加工超音波换能器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer,CMUT)，但不受此限，其亦可为其他类型的微加工超音波换能器，如压电式微加工超音波换能器(PiezoelectricMicromachined Ultrasonic Transducer,PMUT)。绝缘支撑层28连接于透光薄膜26以及透光基板20之间，以与透光薄膜26以及透光基板20共同形成空腔29，且透光电极层30电连接于透光薄膜26。更详细地说，在此实施例中，透光电极层30可采用电路间隙透光设计(但不受此限，在另一实施例中，其亦可采用电极透光设计，例如透光电极层30形成于透光薄膜26上且由氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)材质所组成)，举例来说，由图4可知，透光电极层30可包含第一电极线路层32以及第二电极线路层34，第一电极线路层32可形成于透光薄膜26上且具有至少一个第一电极线路间隙33，第二电极线路层34可形成于透光基板20上且具有至少一个第二电极线路间隙35，藉此，当光束B入射至超音波换能单元22时，光束B可依序通过透光基板20、第二电极线路间隙35、空腔29、透光薄膜26以及第一电极线路间隙33而沿着光轴A入射至待测物O。
透过上述设计，当光源16发射光束B时，光束B可经由光纤探头18的光学引导穿过超音波换能单元22而从出光口13射出，且沿着光轴A入射至待测物O，此时，由前述光声成像原理可知，待测物O会将光束B的光能转换成超音波，使得每一个超音波换能单元22的透光薄膜26可在同轴接收到待测物O沿着光轴A所回传的超音波时相对于空腔29上下振动，如此一来，透光电极层30可根据透光薄膜26的振动产生对应超音波的电性讯号，且光声成像装置10即可据以解析并产生对应待测物O的二维或三维影像，以作为后续进行医学检测与诊断的参考依据。
值得一提的是，本发明的光声成像装置所采用透光设计可不限于上述实施例所提及的超音波换能单元透光设计，其亦可改采用超音波换能单元间隙透光设计，举例来说，在另一实施例中，每一超音波换能单元可为电容式微加工超音波换能器、压电式微加工超音波换能器，或压电换能器(PZT transducer)等常见超音波换能器装置，且任意两个相邻的超音波换能单元以彼此之间具有足以允许光线通过的间隙的排列方式(例如将如图3所示的任意两个相邻超音波换能单元22额排列间隙扩大至允许光线通过的宽度)设置在透光基板上，使得发光装置所发射的光束可从上述间隙通过，从而产生超音波换能器可透光的功效。至于针对此实施例的其他相关描述，其可参照上述实施例类推，于此不再赘述。
综上所述，本发明提供一种光声成像装置及其透光超音波换能器，光声成像装置适用于针对待测物进行光声成像，光声成像装置包括发光装置及透光超音波换能器，发光装置沿光轴发射光束，透光超音波换能器设置于发光装置对应光轴的位置上，透光超音波换能器包含透光基板及多个超音波换能器，多个超音波换能器设置于透光基板上且允许光束通过以沿着光轴入射至待测物，用来同轴接收待测物经光束入射后沿着光轴所回传的超音波。相较于先前技术采用光源与超音波换能器非同轴配置的错位设计，本发明采用将配置有可允许光束通过的超音波换能单元的透光基板直接设置在发光装置发射光束的光轴上的同轴对位设计，以产生超音波换能单元可同轴接收到待测物所回传的超音波的功效，因此，本发明可有效地解决在先前技术中所提到的光声讯号收集不佳且检测影像失真的问题，从而大幅地提升光声成像装置的成像影像品质以及量测结果的准确性。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施方式旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚描述所需的部件，示意性附图中的比例并不表示实际部件的比例关系。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (13)
1.一种透光超音波换能器，配置于发光装置上以针对待测物进行光声成像，该发光装置沿光轴发射光束，其特征在于，该透光超音波换能器包含：
透光基板，其位于该光轴上；以及
多个超音波换能单元，其设置于该透光基板上且允许该光束通过以沿着该光轴入射至该待测物，用来同轴接收该待测物经该光束入射后沿着该光轴所回传的超音波。
2.如权利要求1所述的透光超音波换能器，其特征在于，该发光装置具有出光口，使得该光束沿该光轴自该出光口射出；该透光超音波换能器与该出光口具有相同面积。
3.如权利要求1所述的透光超音波换能器，其特征在于，该多个超音波换能单元在该透光基板上呈直线式排列以针对该待测物进行一维量测，或是在该透光基板上呈矩阵式排列以针对该待测物进行二维量测。
4.如权利要求1所述的透光超音波换能器，其特征在于，任意两个相邻的该超音波换能单元彼此之间相隔间隙，使得该光束可从该间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
5.如权利要求4所述的透光超音波换能器，其特征在于，每一个该超音波换能单元为电容式微加工超音波换能器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer,CMUT)、压电式微加工超音波换能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer,PMUT)，或压电换能器(PZT transducer)。
6.如权利要求1所述的透光超音波换能器，其特征在于，每一个该超音波换能单元包含：
透光薄膜；
绝缘支撑层，其连接于该透光薄膜以及该透光基板之间，以与该透光薄膜以及该透光基板共同形成空腔，使得该透光薄膜于接收到该超音波时可相对于该空腔上下振动；以及
透光电极层，其电连接于该透光薄膜，用来根据该透光薄膜的振动产生对应该超音波的电性讯号。
7.如权利要求6所述的透光超音波换能器，其特征在于，该透光电极层形成于该透光薄膜上且由氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)材质所组成。
8.如权利要求6所述的透光超音波换能器，其特征在于，该电极层包含：
第一电极线路层，其形成于该透光薄膜上且具有至少一个第一电极线路间隙；以及
第二电极线路层，其形成于该透光基板上且具有至少一个第二电极线路间隙，使得该光束可从该至少一个第二电极线路间隙以及该至少一个第一电极线路间隙通过而沿着该光轴入射至该待测物。
9.如权利要求1所述的透光超音波换能器，其特征在于，还包含：
透光保护膜，其覆盖该多个超音波换能单元。
10.一种光声成像装置，其适用于针对待测物进行光声成像，其特征在于，该光声成像装置包含：
发光装置，其沿光轴发射光束；以及
如权利要求1～9任意一项所述的透光超音波换能器。
11.如权利要求10所述的光声成像装置，其特征在于，该发光装置包含：
光源，其发射该光束；以及
光纤探头，其连接于该光源以引导该光束沿该光轴射出。
12.如权利要求11所述的光声成像装置，其特征在于，该光源为激光光源或发光二极管光源。
13.如权利要求10所述的光声成像装置，其特征在于，该发光装置为激光发光装置或发光二极管发光装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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