TWI402054B - 影像探頭 - Google Patents

Description

影像探頭

本發明是有關於一種影像探頭，且特別是有關於一種光聲影像及超音波影像的影像探頭。

粥樣硬化性血管疾病是一種常見的疾病，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。

目前血管內超音波成像技術在心臟微侵入式醫學中應用較為廣泛，但傳統超音波影像提供的斑塊軟組織、纖維組織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，因此還有必要擷取血管內光聲影像。光聲影像的影像對比主要來自組織對光的吸收，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組織資訊，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，預防急性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內光聲影像，需藉由機械掃描的方式來獲得完整的影像。所謂的機械掃描的方式是在血管內轉動影像探頭以獲取多個片段的光聲影像，接著再將這些片段的影像拼湊成整圈的血管之光聲影像。這樣擷取一個完整的光聲影像需要將影像探頭轉動一圈，所以較耗費時間，且無法達到即時成像(real-time imaging)的功能。

本發明提供一種影像探頭，其可同時感測管狀待測物內的光聲影像及超音波影像並具有快速成像的優點。

本發明另提供一種影像探頭，其採用光源激發組件即可激發待測物產生光聲訊號，並藉由光源激發組件產生超音波訊號，可藉此同時感測管狀待測物內的光聲影像及超音波影像並具有快速成像的優點。

為達上述優點，本發明提出一種影像探頭，適於伸入管狀待測物內，以感測管狀待測物內的影像，影像探頭包括光源激發組件、超音波發射器及接收器。光源激發組件包括脈衝雷射、第一光纖及錐狀反射元件。脈衝雷射適於發射脈衝光能量。第一光纖具有第一入射端與第一出射端，第一入射端接收脈衝光能量，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內壁，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內壁，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。

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元件之訊號，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，耦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。

本發明還提出一種影像探頭，適於伸入管狀待測物內，以感測管狀待測物內的影像，影像探頭包括光源激發組件及接收器。光源激發組件包括脈衝雷射、第一光纖及錐狀反射元件。脈衝雷射適於發射一脈衝光能量。第一光纖具有第一入射端與第一出射端，第一入射端接收脈衝光能量，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，並將部分脈衝光能量藉由光聲效應轉換成一超音波訊號，以使另一部分的脈衝光能量與超音波訊號環形照射於管狀待測物的內壁，超音波訊號照射於管狀待測物後產生一超音波回波訊號，脈衝雷射能量照射於管狀待測物後產生一光聲訊號。接收器具有靠近第一出射端的一接收部，以接收光聲訊號與超音波回波訊號。

在本發明的一實施例中，上述之錐狀反射元件的表面設有薄膜，薄膜的材料包括金或鉻。

本發明的影像探頭使用時，脈衝光能量與超音波訊號環形照射於管狀待測物的內壁，以分別產生光聲訊號與超音波回波訊號。如此，接收器可一次完整接收光聲訊號與超音波回波訊號，以達到快速擷取光聲影像與超音波影像的優點。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1繪示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100為微小型探頭，其適於伸入管狀待測物(例如血管)內，以感測管狀待測物內的影像。此影像探頭100包括光源激發組件110、超音波發射器120及接收器130。光源激發組件110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130接收光聲訊號與超音波回波訊號。

上述之光源激發組件110包括脈衝雷射112、第一光纖113與錐狀反射元件114。脈衝雷射112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113a與第一出射端113b。第一入射端113a接收由脈衝雷射112發射的脈衝光能量112a，且脈衝光能量112a由第一出射端113b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112a，使脈衝雷射能量112a環形照射於管狀待測物的內壁，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112a可照射於管狀待測物的整圈內壁。

上述之超音波發射器120例如呈空心圓柱狀，其套設於第一光纖113上，超音波發射器120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內壁，以產生超音波回波訊號。更詳細地說，由於超音波發射器120呈空心圓柱狀，所以其發射的超音波訊號122可傳遞至管狀待測物的整圈內壁。

上述之接收器130具有位於第一出射端113b與超音波發射器120之間的接收部132，以接收光聲訊號與超音波回波訊號。在本實施例中，接收器130例如為聚合物微環超音波接收共振器，其包括可調變雷射133、第二光纖134及多個微型環135。可調變雷射133適於提供連續光訊號。第二光纖134與第一光纖113穿插於超音波發射器120內，第二光纖134具有第二入射端134a、第二出射端134b及環形彎折段134c，第二入射端134a與第二出射端134b位於同一側，環形彎折段134c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。上述之接收部132例如包括微型環135與環形彎折段134c。此外，接收器130更包括光感測器136，其配置於第二出射端134b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，進而改變微型環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(shift)，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114可使脈衝光能量112a環形照射於管狀待測物的內壁，以產生光聲訊號，所以脈衝雷射112只需發射一次脈衝光能量112a，接收器130即可一次完整接收來自管狀待測物的整圈內壁的光聲訊號，進而得到待測物之整圈內壁的影像。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內壁，所以能使接收器130可一次完整接收來自管狀待測物的整圈內壁的超音波回波訊號。因此，本實施例之影像探頭100具有達到快速成像的優點，且可提供即時成像的功能。另外，本實施例之接收器130使用單一波導傳遞多通道訊號，僅需藉由可調變雷射配合波長多工器的技術來切換通道，換言之，不同的波長可耦合至不同的微型環135，而藉由不同的波長訊號可分辨出不同微型環135所接收到的訊號，所以具有簡化陣列式探頭的優點。

需注意的是，雖然本實施例之影像探頭100是用於對血管內光聲影像與超音波影像的探測，但本發明並不限定影像探頭100的應用領域。

圖2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2，本發明另一實施例的影像探頭200與上述影像探頭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233，這些超音波接收器233呈環形排列並圍繞第一光纖213。接收器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100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300與上述影像探頭100相似，但省略了影像探頭100的超音波發射器120。此影像探頭300包括光源激發組件310及接收器330。光源激發組件310適於激發產生光訊號與超音波訊號，接收器330接收光聲訊號與超音波回波訊號。本實施例之接收器330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的薄膜，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內壁，超音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120，所以本實施例之影像探頭300除了具有上述影像探頭100的優點外，還具有架構簡單且成本更低的優點。需注意的是，在另一實施例中，接收器330換成上述之影像探頭200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內光聲影像與超音波影像，超音波影像可提供血管內結構性特徵，光聲影像可分析血管內動脈粥樣硬化斑塊的組成成分，進而評估此斑塊剝落之危險性，並選擇適當的治療方式，預防急性缺血性心臟病的發生。

2.因為本發明之影像探頭產生的脈衝光能量與超音波訊號能環形照射於管狀待測物的內壁，以分別產生光聲訊號與超音波回波訊號，所以接收器可一次完整接收光聲訊號與超音波回波訊號，從而達到快速成像的優點。

3.本發明之一實施例的影像探頭的錐狀反射元件可將部分脈衝光能量轉換成超音波訊號，所以能省略超音波發射器，進而使影像探頭的結構更加簡單且成本更低。

4.在一實施例中，採用聚合物微環超音波接收共振器作為接收器，可使影像探頭的結構簡單化，並可降低成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

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

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

圖1繪示為本發明一實施例之影像探頭之立體示意圖。

圖2繪示為本發明另一實施例之影像探頭之立體示意圖。

圖3繪示為本發明另一實施例之影像探頭之立體示意圖。

100．．．影像探頭

110．．．光源激發組件

112．．．脈衝雷射

112a．．．脈衝光能量

113．．．第一光纖

113a．．．第一入射端

113b．．．第一出射端

114．．．錐狀反射元件

114a．．．漸縮端

120．．．超音波發射器

122．．．超音波訊號

130．．．接收器

132．．．接收部

133．．．可調變雷射

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

Claims (18)

1. 一種影像探頭，適於伸入一管狀待測物內，以感測該管狀待測物內的影像，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；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內壁，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內壁，以產生一超音波回波訊號；一接收器，具有位於該第一出射端與該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1項所述之影像探頭，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；一第二光纖，具有一第二入射端與一第二出射端，該第二入射端接收該連續光訊號，且該連續光訊號由該第二出射端出射，該第二光纖具有一環形彎折段；以及多個微型環，設置於該環形彎折段周圍，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一側。
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一光感測器，配置於該第二出射端旁，以接收從該第二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，其中該些微型環的材質包括聚合物。
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，該些超音波接收器呈環形排列並圍繞該第一光纖。
9. 如申請專利範圍第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。
10. 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。
11. 一種影像探頭，適於伸入一管狀待測物內，以感測該管狀待測物內的影像，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；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，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內壁，該超音波訊號照射於該管狀待測物後產生一超音波回波訊號，該脈衝光能量照射於該管狀待測物後產生一光聲訊號；一接收器，具有靠近該第一出射端的一接收部，以接收該光聲訊號與該超音波回波訊號，該接收器為聚合物微環超音波接收共振器，且包括：一可調變雷射，適於提供一連續光訊號；一第二光纖，具有一第二入射端與一第二出射端，該第二入射端接收該連續光訊號，且該連續光訊號由該第二出射端出射，該第二光纖具有一環形彎折段；多個微型環，設置於該環形彎折段周圍，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。
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。
13. 如申請專利範圍第12項所述之影像探頭，其中該錐狀反射元件為微錐狀鏡。
14. 如申請專利範圍第11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一側。
15. 如申請專利範圍第11項所述之影像探頭，其中該接收器更包括一光感測器，配置於該第二出射端旁，以接收從該第二出射端出射的該連續光訊號。
16. 如申請專利範圍第11項所述之影像探頭，其中該些微型環的材質包括聚合物。
17. 如申請專利範圍第11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，該些超音波接收器呈環形排列並圍繞該第一光纖。
18. 如申請專利範圍第17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。