TW201143722A - Imaging probe - Google Patents

Description

201143722 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種影像探頭，且特別是有關於一種 影像及超音波影像的影像探頭。 【先前技術】 粥樣硬化性血管疾病是-種常見的疾病，其中又以冠狀動 脈粥樣硬化斑塊剝落引發的急性缺血性心臟病最為嚴重。為了 診斷及預防急性冠狀動脈病症，需要分析動脈粥樣硬化斑塊的 結構及組織成分。 ,目剛血管内超音波成像技術在心臟微侵入式醫學中廡用 較為廣泛，但傳統超音波影像提供的斑塊軟組織、纖維^及 脂肪組織的影像對比度不佳以致於較不容易將組織成分正確 的分析出來’因此還有必要娜血管内光聲影像。光聲影像的 /SV像對比主要來自組織對S的吸收，不同的組織成分的吸收係 數不同，以至於對光的吸收程度不同。當組織受到脈衝光能量 的照射後吸收能量並產生熱膨脹效應，隨即產生一寬頻的光聲 訊號。接收器接收光聲訊號，並將其轉換為電訊號，如此，可 Φ 將組織成分的空間分佈藉由光聲影像表現出來。 光聲影像同時具有光學影像的高對比度及超音波影像的 穿透深度較深等優點。除此之外，光聲影像可提供功能性的植 織資訊，超音波影像可提供結構性的組織資訊，二者的結合可 有效評估血管狹窄程度及粥狀硬化斑塊的組成成分及位置"，進 而評估斑塊剝落之危險性，並選擇適當的治療方式， 缺血性心臟病的發生。 〜 在習知技術中，使用影像探頭來擷取光聲影像時，由於脈 衝光能量透過光纖朝單一方向照射，為了獲取完整的血管内^ 201143722 聲影像’需藉由機械掃描的方 械掃描的方式是在血整的影像。所謂的機 聲影像，接著再將這料段取多個片段的光 像。這樣擷取-個完整的光聲成整圈的血管之光聲影 所以較耗㈣間，域法物將影像探頭轉動一圈， 的功能。 寺成像（real-time imaging) 【發明内容】 光：：；===__的 具^^^時的感^管狀待測物内的光聲影像及超音^像並 ，達上述優點’本發明提出一種影像探頭，適於伸入管狀 内’以感測管狀待測物内的影像，影像探頭包括光源激 發，、且件、超音波發射器及接收ϋ。錢激發組件包括脈衝雷 射、第一光纖及錐狀反射元件。脈衝雷射適於 量。第一光纖具有[人射端與[出射端，第—人射 脈衝光能量，且脈衝光能量由第一出射端出射。錐狀反射元件 具有朝向第一出射端的一漸縮端，錐狀反射元件適於反射由第 一出射端出射的脈衝光能量，使脈衝光能量環形照射於管狀待 測物的内壁，以產生光聲訊號。超音波發射器套設於第一光纖 上’超音波發射器適於發射超音波訊號’超音波訊號環形照射 於管狀待測物的内壁，以產生超音波回波訊號。接收器具有位 於第一出射端與超音波發射器之間的接收部，以接收光聲訊號 與超音波回波訊號。 [S1 5 201143722 在本發明的一實施例中，上述之錐狀反射元件為微錐狀 鏡。 在本發明的一實施例中，上述之接收器為聚合物微環超音 波接收共振器’其包括可調變雷射、第二光纖及多個微型環。 可調變雷射適於提供一連續光訊號。第二光纖具有一第二入射 端與一第二出射端，第二入射端接收連續光訊號，且連續光訊 號由第二出射端出射，第二光纖具有一環形彎折段。多個微型 環設置於環形彎折段周圍’且這些微型環的尺寸不同，不同尺 寸的微型環其共振波長不同，目的為可利用光學多工器分辨出 不同兀件之訊號’而接收部包括這些微型環與環形彎折段。 在本發明的一實施例中，上述之超音波發射器套設於第一 光纖與第二光纖上。 在本發明的一實施例中’上述之第二光纖的第二入射端與 第二出射端位於同一側。 在本發明的一實施例中，上述之接收器更包括一光感測 器，配置於第二出射端旁，以接收從第二出射端出射的連續光 訊號。 ' 在本發明的一實施例中，上述之這些微型環的材質包括聚 合物。 在本發明的一實施例中，上述之接收器的接收部包括多個 超音波接收器，這些超音波接收器呈環形排列並圍繞第一光 纖。 在本發明的一實施例中，上述之接收器更包括一多工器， 麵接至這些超音波接收器。 在本發明的一實施例中，上述之超音波發射器呈空心圓柱 狀。 201143722 —種影像探頭，適於伸人管狀制物内，以 ，測丄狀侧物_影像，影像探頭包括光源激發組件及接收 發組件包括脈衝雷射、第—光纖及錐狀反射元件。 射適於發射-脈衝錢量。第—光纖具有第—入射端盥 ，第一入射端接收脈衝光能量，且脈衝光能量由第 =2 錐狀反射元件具有朝向第-出射端的漸縮端 ::，光能量藉由光聲效應轉換成一超音波訊=使= 壁刀量與超音波訊號環顧射於管狀待測物的内 壁，超曰波訊號照射於管狀待測物後產生一超音波回波鮮， 射於管狀待測物後產生一光聲訊號。接收“ 訊ΐ 端的一接收部’以接收光聲訊號與超音波回波 键腔在ΐ發明的一實施例中，上述之錐狀反射元件的表面設有 4膜，溥臈的材料包括金或鉻。 昭射影像探頭使用時，脈衝光能量與超音波訊號環形 號i以遠㈣接收器可一次完整接收光聲訊號與超音波回波訊 就、乂達到快速擷取光聲影像與超音波影像的優點。 ，本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更 ΐ實:較佳實闕’並配合所關式，作詳細說明如下。 春聞會r為本發明一實施例之影像探頭之立體示意圖。請 參閱圖1 ’本發明一實施例的影像探頭1004微 ==待測物(例如血管)内，以感測管狀待:物内的 和像此衫像探頭100包括光源激發組件110、超音波發射器 201143722 120及接收器130 °光源激發組件u〇適於提供光訊號，超音 波發射器120適於提供超音波訊號122，接收器13〇接收光聲 訊號與超音波回波訊號。 上述之光源激發組件11〇包括脈衝雷射112、第一光纖U3 與錐狀反射元件114。脈衝雷射n2適於發射脈衝光能量 112a。第一光纖113例如是多模光纖，其具有第一入射端U3a 與第一出射端113b。第一入射端113&接收由脈衝雷射112發 射的脈衝光能量112a，且脈衝光能量U2a由第一出射端n3b φ出射。此外，錐狀反射元件114例如為微錐狀鏡，其具有朝向 第一出射端113b的漸縮端114a ,錐狀反射元件114適於反射 由第一出射端113b出射的脈衝光能量U2a，使脈衝雷射能量 112a環形照射於管狀待測物的内壁，以產生光聲訊號。換言 之，被錐狀反射元件114反射的脈衝雷射能量U2a 射二 管狀待測物的整圈内壁。 … “上述之超音波發射器12〇例如呈空心圓柱狀，其套設於第 -光纖113上’超音波發射器12〇適於發射超音波訊號122， 所述超音波訊號122可環形照射於管狀待測物的内壁，以產生 •超音波回波訊號。更詳細地說，由於超音波發射器120呈空心 $柱狀，所以其發射的超音波訊號122可傳遞至管狀待測物的 圈内壁。 射51 之接收器13G具有位於第—出射端U3b與超音波發 ，120之間的減部132，以接Μ聲訊號與超音波回波訊 ，。在本實施例中，魏器13〇例如為聚合物微環超音波接收 1振器，其包括可調變雷射133、第二光纖m及多個微型環 5。可調變雷射133適於提供連續光訊號。第二光纖1料與 第—光纖113穿插於超音波發射器12〇内，第二光纖134具^ 201143722 第一入射^ 134a、第一出射端134b及環形彎折段i34c，第二 入射端134a與第二出射端134b位於同一側，環形彎折段13牝 位於第二入射端134a與第二出射端134b之間，且繞著第一光 纖113。第二入射端134a接收可調變雷射133發出的連續光 訊號，且連續光訊號由第二出射端134b出射。微型環135的 材質包括聚合物，其設置於環形彎折段134c周圍，且這些微 型環135的尺寸不同，以分別耦合不同波長的光。上述之^收 部132例如包括微型環135與環形彎折段13化。此外，接收 器130更包括光感測器136，其配置於第二出射端13仆旁， 以接收從第二出射端134b出射的連續光訊號。 使用影像探頭100進行影像探測時，光聲訊號與超音波回 波訊號作用於微型環135而導致微型環135發生形變，進而改 變微型ί哀135對光的折射率。如此，微型環135能耦合的光波 長會改變’進而使連續光訊號的共振波長發生偏移（趟）， 而光感測器136可感測到此變化，進而根據此變化而得到光聲 影像與超音波影像。 在本實施例之影像探頭100中，由於錐狀反射元件U4可 •使脈衝光能量1123環形照射於管狀待測物的内壁，以產生光 聲訊，’所以脈衝雷射112只需發射—次脈衝光能量u2a， 接收器130即可-次完整接收來自管狀待測物的整圈内壁的 光聲=號，進而得到待測物之整圈内壁的影像。此外，超音波 發射器120提供的超音波訊號122能環形照射於管狀待測物的 =壁’所以能使接收器13〇可一次完整接收來自管狀待測物的 圈内壁的超日波回波訊號。因此’本實施例之影像探頭剛 f有達到快速成像的優點，且可提供即時成像的功能。另外， 本實施例之接收n 13G使用單—波導傳遞多通道訊號，僅需藉 201143722 由可調變雷射配合波長多工器的技術來切換通道，換言之，不 同的波長可輕合至不同的微型環135，而藉由不同的波長訊號

可分辨出不同微型環135戶斤接收到的訊號，所以具有簡化 式探頭的優點。 J 需注意的是，雖然本實施例之影像探頭1〇〇是用於對血管 内光聲影像與超音波f彡像的制，但本發麵不限 100的應用領域。 ^ ，2繪示為本發明另一實施例之影像探頭之立體示意 圖。I凊參閱圖2，本發明另一實施例的影像探頭2〇〇與上述麥 像探頭100相似，不同之處在於接收器。具體而言，影像探頭/ 200的接收器230的接收部232包括多個超音波接收器， 這些超s波接收器233呈環形排列並圍繞第一光纖213。接收 ，230更包括多工器234，耦接至這些超音波接收器233。光 聲訊號與超音波回波訊號由這些超音波接收器233接收，然後 傳輸至多工器234中，以得到光聲影像與超音波影像。 本實施例之影像探頭200與上述之影像探頭1〇〇同樣具有 成像快速的優點。 圖3繪示為本發明另一實施例之影像探頭之立體示意 圖。請參閱圖3，本發明另一實施例的影像探頭3〇〇與上述影 像探頭1〇〇相似，但省略了影像探頭丨⑻的超音波發射器12〇。 此衫像探頭300包括光源激發組件31〇及接收器。光诉激 發組,310適於激發產生光訊號與超音波訊號，接收器33〇'接 收光聲訊號與超音波回波訊號。本實施例之接收器33〇與上述 之接收器130相同，在此將不再詳細說明。 光源激發組件310包括脈衝雷射312、第一光纖313、錐 狀反射元件314，其中脈衝雷射312及第一光纖313與圖1之 201143722 脈衝雷射112及第一光纖113相同，在此不再詳細說明。此外， 錐狀反射元件314例如為微錐狀鏡，其表面可設有能將部分脈 衝光能量312a轉換成超音波訊號312b的薄臈，此薄膜的材料 可為金、鉻或其他合適的材料。在另一實施例中，錐狀反射元 件314可直接由能將部分脈衝光能量312a轉換成超音波訊號 312b的材料製成。錐狀反射元件314具有朝向第一光纖313 之第一出射端313b的漸縮端314a。錐狀反射元件314適於反 射由第一出射端313b出射的脈衝光能量312a，並將部分脈衝 光能量312a轉換成超音波訊號312b，以使另一部分的脈衝光 能量312a與超音波訊號312b環形照射於管狀待測物的内壁， 超曰波訊號照射於管狀待測物後產生超音波回波訊號，脈衝光 能量照射於管狀待測物後產生光聲訊號。 由於本實施例之影像探頭300省略了超音波發射器12〇， 所以本實施例之影像探頭3〇〇除了具有上述影像探頭1〇〇的優 點外，還具有架構簡單且成本更低的優點^需注意的是，在另 實施例中接收器330換成上述之影像探頭2〇〇的接收器 230相同。 綜上所述，本發明之影像探頭至少具有下列優點： ,1.本發明之影像探頭可同時感測血管内光聲影像與超音 波^象’超音波$像可提供血管内結構性特徵，光聲影像可分 析e内動脈粥樣硬化斑塊的組成成分，進*評估此斑塊剝落 =險性，並選_當的治療方式，預防急性缺血性心臟病的 .因：、、，本發明之影像探頭產生的脈衝光能 能環形照射於管料㈣Μ 號 音波回波訊號，所以接收器可—次完整接收光聲^== 201143722 回波路從而達到快速成像的優點。 分脈衝光能量轉換影像探頭_狀反射元件可將部 接收器，可減魏器作為 本發明，任何dm施，露如上’财並非用以限定

【圖式簡單說明】 圖1 02^示ίίϊ明—實施例之影像探頭之立體示意圖。 圖、會不為本發明另一實施例之 圖3繪示為本發明另一膏_二：，之立體不思圖 【主要元件符魏明】實關之4探頭之立體示意圖 100、200、300 :影像探頭 110、310 :光源激發組件 112、312 :脈衝雷射 112a、312a :脈衝光能量 113、213、313 :第一光纖 113a :第一入射端 113b、313b:第一出射端 114、314 :錐狀反射元件 114a :漸縮端 120 :超音波發射器 122、312b :超音波訊號 f S] 12 201143722 130、230、330:接收器 132 :接收部 133 :可調變雷射 233 :超音波接收器 234 :多工器 134 :第二光纖 134a:第二入射端 134b :第二出射端 134c:環形彎折段 135 :微型環 136:光感測器 七、申請專利範圍： 1. -種影像探頭，適於伸入一管狀待測物内，以感測該 s狀待測物内的影像，該影像探頭包括： 一光源激發組件，包括： 一脈衝雷射，適於發射一脈衝光能量； 第一光纖，具有一第一入射端與一第一出射端，該 第一入射端接收該脈衝光能量，且該脈衝光能量由該第一 出射端出射； 一錐狀反射元件，具有朝向該第一出射端的一漸縮 端’該錐狀反射元件適於反射由該第一出射端出射的該脈 衝光能量，使該脈衝光能量環形照射於該管狀待測物的内 壁，以產生一光聲訊號； 一超音波發射器，套設於該第一光纖上’該超音波發射器 適於發射一超音波訊號，該超音波訊號環形照射於該管狀待測 物的内壁，以產生一超音波回波訊號； is] 13

Claims (1)

1. 201143722 130、230、330:接收器 132 :接收部 133 :可調變雷射 233 :超音波接收器 234 :多工器 134 :第二光纖 134a:第二入射端 134b :第二出射端 134c:環形彎折段 135 :微型環 136:光感測器 七、申請專利範圍： 1. -種影像探頭，適於伸入一管狀待測物内，以感測該 s狀待測物内的影像，該影像探頭包括： 一光源激發組件，包括： 一脈衝雷射，適於發射一脈衝光能量； 第一光纖，具有一第一入射端與一第一出射端，該 第一入射端接收該脈衝光能量，且該脈衝光能量由該第一 出射端出射； 一錐狀反射元件，具有朝向該第一出射端的一漸縮 端’該錐狀反射元件適於反射由該第一出射端出射的該脈 衝光能量，使該脈衝光能量環形照射於該管狀待測物的内 壁，以產生一光聲訊號； 一超音波發射器，套設於該第一光纖上’該超音波發射器 適於發射一超音波訊號，該超音波訊號環形照射於該管狀待測 物的内壁，以產生一超音波回波訊號； is] 13 201143722 -接收ϋ ’具有位於該第—出賴無超音波發射器之間 的一接收部，以陣列接收該光聲訊號與該超音波回波訊號。 2·如申請專利範圍第1項所述之影像探頭，其中該錐狀 反射元件為微錐狀鏡。 ^ 3.如申請專利範圍第丨項所述之影像探碩其中該接收 器為聚合物微環超音波接收共振器，其包括： 一可調變雷射，適於提供一連續光訊號； 第一光纖，具有一第二入射端與一第二出射端，該第二 入射端接㈣連續光減，域連續光職由 ^ 射，該第二光纖具有一環形彎折段；以及 鳊出 多個微型環，設置於該環形·料段周圍，且該些微型環的 尺寸不同，而該接收部包括該些微型環與該環形彎折段。 4. 如申請專利範圍第3項所述之影像探頭，其中該超音 波發射器套設於該第一光纖與該第二光纖上。 5. 如申請專利範圍第3項所述之影像探頭，其中該第二 光纖的該第二入射端與該第二出射端位於同_側。 6. 如申請專利範圍第3項所述之影像探頭，其中該接收 器更包括-光感測器’配置於該第二出射端旁，以接·該第 一出射端出射的該連續光訊號。 7. 如申請專利範圍第3項所述之影像探頭，其中該此 型環的材質包括聚合物。 一 8. 如申請專利範圍第1項所述之影像探頭，其中該接收 器的該接收部包括多個超音波接收器，該些超音波^收^呈 形排列並圍繞該第一光纖。 ° ^ 口。9.如申請專利範圍帛8項所述之影像探頭，其中該接收 器更包括一多工器，耦接至該些超音波接收器。 201143722 1〇.如申請專利範圍第1項所述之影像探頭，其中該超音 波發射器呈空心圓柱狀。 Μ 11·-種影像探頭’適於伸人—管狀待測物内，以感測該 官狀待測物内的影像，該影像探頭包括： 一光源激發組件，包括： 一脈衝雷射，適於發射一脈衝光能量； 一第一光纖，具有一第一入射端與一第一出射端，該

   第一入射端接收該脈衝光能量，且該脈衝光能量由該第一 出射端出射； -錐狀反射元件’具有朝向該第—出射端的一漸縮 端’該錐反射元件適於反射由該第—出射端出射的該脈 衝光能量，並將部分該脈衝光能量轉換成一超音波訊號， 以使另一部分的該脈衝光能量與該超音波訊號環形照射 於該管狀待測物的㈣，該超音波訊號照射於該管狀待測 物後產生-超音波回波訊號’該脈衝光能量照射於該管狀 待測物後產生一光聲訊號； ，以接收該 一接收器，具有靠近該第一出射端的一接收部 光聲訊號與該超音波回波訊號。 12·如申請專利範圍第11項所述之影像探頭，其中該錐 狀反射元件的表面設有一薄膜，該薄膜的材料包括金或鉻二 13.如申請專利範圍第12項所述之影像探頭，其中該 狀反射元件為微錐狀鏡。 八 14.如申請專利範圍第U項所述之影像探頭，其中該 收器為聚合物微環超音波接收共振器，其包括： 一可調變雷射’適於提供一連續光訊號； 一第二光纖’具有-第二人射端與-第二出射端，該第二 [S] 15 201143722 入射端接收該連續光訊號，且該 射，該第二光纖具有—環形彎折段；以及由该第二出射端出 夕個微型環，設置於該環形彎 尺寸=:該接收部包括該些微型環與該環的 二光纖的該第二入射端與該第二出射端位於;Γ_ΐ 收^包圍第14項所述之影像探頭，其中該接 第二出射端出射該㈣射齡，以接收從該 微^的14項所述之影像探頭，其㈣些 18.如中請專利範圍第u項所述之影像， ，器的該接收部包括多個超音波接收器，該麵音波接收器呈 %形排列並圍繞該第一光纖。 。19.如申請專利範圍第18項所述之影像探頭，其中該接 收器更包括一多工器，耦接至該些超音波接收器。 八 圖式：