TWM472840U - 微小化非侵入光聲深層造影裝置 - Google Patents

Description

微小化非侵入光聲深層造影裝置

本創作係有關於一種光聲造影裝置，特別是一種使用光聲造影掃瞄技術，以組織吸收高頻光束所產生的超音波取代返回光束之微小化光聲造影裝置。

近年來，隨著生活品質的提高，現代人對於自身外貌、儀容的標準亦不斷隨之提升。其中，皮膚狀態的好壞更是對其容貌具有相當顯著的影響，因此大多數的人們皆會關心自身的皮膚，甚至會對皮膚進行保養或接受治療。由於皮膚保養受到普遍地重視，形成商機龐大的醫學美容產業。

在對皮膚的深層造影方面，現有的醫學影像技術各有其優點與限制。舉例來說，目前廣泛使用的「背向偵測模式(backward mode)」，其取得光聲造影所需之樣本訊號，由於負責入射取樣的光源光束與負責出射接收的音波探頭乃是位於待測樣本之同一側，故此二訊號容易產生互相遮擋的問題。為了避免此一問題，一習知技術使用軸稜鏡(Axicon)與有機玻璃(Plexiglass)來控制光源光束的行進方向與光線分布達到閃避音波探頭之目的。然而，此種作法造成整個取樣系統的體積過於龐大並且重量過重亦提高了系統設計的複雜度，不利於整體造影系統的微小化設計。此 外，其所使用的大型調變光源(常見如Nd-YAG雷射)亦具有體積大、重量重、成本高昂等諸多限制。

緣是，鑑於上述之缺失亟待改進，故本創作人提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本創作，其係揭露一種微小化的非侵入光聲深層造影裝置，可將肌膚的造影由上真皮區延伸至真皮底部甚至皮下組織，並以此新穎的深層造影技術與系統架構，取代習見之平面式皮膚攝影機，其具體之架構及實施方式將詳述於下。

為解決習知技術的問題，本創作之一目的係在於提供一種微小化非侵入光聲深層造影裝置，其係利用一組共焦之聚焦透鏡與超音波微型探頭對皮膚進行深度掃瞄，藉此取得具有高解析度之皮膚深層光聲影像，以助瞭解真皮底部或皮下等組織層之生理與健康狀況。

本創作之另一目的在提供一種微小化非侵入光聲深層造影裝置，其係採用超亮度二極體(Super-Luminescence Diode，SLD)或發光二極體(Light Emitting Diode，LED)作為光源，產生光聲造影時所需之高頻調變光束，使入射光束對皮膚的穿透力大為提高，更有利於本創作光聲造影系統裝置之微型化設計。

本創作之再一目的在於提供一種微小化非侵入光聲深層造影裝置，其係利用微型的超音波探頭(Micro-transducer)從樣本掃瞄點讀取高解析度的光聲訊號，藉此大幅減低習見光學造影系統之成本、體積與重量。

為達到上述之目的，本創作係揭露一種微小化非侵入光聲深 層造影裝置，適於檢測一待測組織。此種微小化非侵入光聲深層造影裝置包括有：一高頻光源，其係發射一高頻調變之第一光束；一物鏡，接收第一光束而產生一聚焦光束；一空間濾波器，接收並過濾聚焦光束後產生一濾波光束；一光束擴展器，接收該濾波光束後將其平行擴束為一高斯光束；一聚焦透鏡，接收該高斯光束，將其傳送並聚焦至待測組織中進行取樣；一與該聚焦透鏡共焦之超音波微型探頭，加上必要的液態或膠態緩衝劑幫助傳導聲波之條件下，其係與聚焦透鏡同步聚焦掃瞄該待測組織後取得一系列之光聲訊號；以及一處理器，電性耦接於該超音波微型探頭，以處理該光聲訊號，並將其轉換為影像畫面後輸出。

根據本創作之一實施例，其中該聚焦透鏡係可為一菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)，其係設置於超音波微型探頭之周圍。

根據本創作之一實施例，此種微小化非侵入光聲深層造影裝置更可包括一觀測本體，此觀測本體係可用以容設上述之高頻光源、物鏡、空間濾波器、光束擴展器、螺紋聚焦透鏡與超音波微型探頭，並可選擇利用微光機電元件技術所製成，藉此形成一可手持式之光聲(Photo-Acoustic Microscopy，PAM)肌膚檢測儀。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本創作之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1‧‧‧微小化非侵入光聲深層造影裝置

2‧‧‧待測組織

10‧‧‧高頻光源

12‧‧‧第一光束

20‧‧‧物鏡

22‧‧‧聚焦光束

30‧‧‧空間濾波器

32‧‧‧濾波光束

40‧‧‧光束擴展器

42‧‧‧高斯光束

50‧‧‧聚焦透鏡

60‧‧‧超音波微型探頭

70‧‧‧處理器

71‧‧‧光聲訊號線

72‧‧‧光源控制線

73‧‧‧掃瞄控制線

80‧‧‧顯示器

100‧‧‧觀測本體

200‧‧‧底座

第1圖係為根據本創作實施例之微小化非侵入光聲深層造影裝置之結構示意圖。

第2圖係為利用本創作實施例之微小化非侵入光聲深層造影裝置形成一可手持之光聲肌膚檢測儀，對肌膚進行掃瞄取樣之裝置示意圖。

以上有關於本創作的內容說明，與以下的實施方式係用以示範與解釋本創作的精神與原理，並且提供本創作的專利申請範圍更進一步的解釋。有關本創作的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

請參閱第1圖所示，其係為根據本創作實施例之微小化非侵入光聲深層造影裝置之結構示意圖，此種微小化非侵入光聲深層造影裝置1係適於檢測一待測組織2，並將皮膚的造影由上真皮區延伸至真皮底部或更深層的區域。加上必要的液態或膠態緩衝劑幫助傳導聲波之條件下，本創作適於檢測之待測組織2例如可以是：體表的皮膚表面(包括：臉部、手部、胸部、身體表面其他部位之皮膚)、或耳鼻喉腔、口腔，更或者為消化道、泌尿道、或生殖道等的內側表面(可視實際需求搭配使用內視鏡)，且並不以上述為限。

第2圖係為利用本創作實施例之微小化非侵入光聲深層造影裝置1形成一可手持之光聲肌膚檢測儀，以對待測組織2進行掃瞄取樣之裝置示意圖。請參考第1至2圖所示，此種微小化非侵入光聲深層造影裝置1包括有一高頻光源10、一物鏡(Objective Lens)20、一空間濾波器(Spatial Filter)30、一光束擴展器(Beam Expander)40、一聚焦透鏡50、一超音波微型探頭(Micro-transducer)60、以及一處理器(Processor)70。其中，高頻光源10係用以發射出一高頻調變之第一光束12。物鏡20接收第一光束12後產生 一聚焦光束22。空間濾波器30接收並過濾聚焦光束22後產生一濾波光束32。光束擴展器40接收濾波光束32，並將其平行擴束為一高斯光束42。值得注意的是，本創作所揭示之高頻光源10係可為一超亮度二極體(Super-Luminescence Diode，SLD)或發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，於此，遂可利於本創作光聲造影裝置的微型化，並有助於整體造影系統的微小化設計。

之後，聚焦透鏡50接收該高斯光束42，並將其傳送至待測組織2。根據本創作之一實施例，此一聚焦透鏡50可為一菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)，其係設置於超音波微型探頭60周圍，並與超音波微型探頭60具有相同之等效焦長，以與超音波微型探頭60形成共焦。因此，本創作所使用之超音波微型探頭60係可掃瞄待測組織2，並自待測組織2之樣本掃瞄點P取得一系列之光聲訊號(Photo-acoustic Signal)。處理器70係電性耦接於此超音波微型探頭60，以藉此處理接收到的光聲訊號，並將其轉換為影像畫面後輸出。在一實施例中，本創作所使用之螺紋聚焦透鏡例如可為菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)，並利用其與超音波微型探頭60等效焦長的特徵來達成與超音波微型探頭60共焦的目的。

更進一步而言，如第2圖所示，處理器70係可設置於一底座200內，且聚焦透鏡50與超音波微型探頭60係可膠合為一光聲偵測頭。藉此，處理器70耦合於上述之超音波微型探頭60、高頻光源10及光聲偵測頭。藉此設計，處理器70可分別透過光聲訊號線71、光源控制線72、掃瞄控制線73達到偵測上述之光聲訊號、進行高頻光源10之頻率與功率控制、以及控制光聲偵測頭掃瞄取樣點P等工作。其中，處理器70係透過掃瞄控制線73 控制聚焦透鏡50與超音波微型探頭60連動。高頻光源10、物鏡20、空間濾波器30、光束擴展器40、聚焦透鏡50與超音波微型探頭60係可置於一觀測本體100內，且此觀測本體100中之元件係可選擇採用微光機電元件技術製作而成，以藉此有效地縮小觀測本體100之體積，進一步達到本創作微型化，而形成一可手持之光聲肌膚檢測儀之目的。

除此之外，本創作所揭示之微小化非侵入光聲深層造影裝置1更可電性耦接至一顯示器80，如第2圖所示，此顯示器80電性耦合於處理器70，以接收處理器70轉換輸出後的影像畫面，並顯示出待測組織2之一深層影像。根據本創作之實施例，由於聚焦透鏡50係與超音波微型探頭60共焦於待測組織底下2至5毫米深的光學擴散區中，是以，本創作所輸出之深層影像係為皮下至少2至5毫米深之光聲影像，且其解析度可高達50至100μm。由此觀之，本創作所揭示之微小化非侵入光聲深層造影裝置，係可將皮膚造影由傳統的光學同調斷層攝影術(Optical Coherence Tomography,OCT)穿透深度延伸至光聲造影的穿透深度，不僅彌補了純光學造影與超音波造影間的造影區域，更將肌膚的造影由上真皮區延伸至真皮底部甚至更深層的區域，進而可觀測到肌膚內深層組織之結構，並進一步偵測皺紋的分佈情形、深層斑點的形成徵兆、毛髮的增生概況與評估皮膚的老化程度等等，以提供醫護人員早期皮膚診斷或醫學美容的重要依據，藉此對龐大的醫美產業及市場具有相當大之衝擊及影響力。

是以，綜上所述，根據本創作所揭露之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其主要係利用待測組織吸收高頻光束產生的超音波來取代習見的返回光束，藉此將皮膚的造影由上真皮區延伸至真皮底部或更深層的 區域，並可將光波偵測的點掃瞄成像程序轉換為音波偵測的線掃瞄成像程序，藉此提高一個維度的深層造影成像速度。

再者，本創作使用SLD或LED提供光聲造影系統所需之高頻調變光束，更進一步俾利於此光聲系統裝置的微小化。此外，搭配共焦之Fresnel透鏡與超音波微型探頭，本創作所揭露之光聲造影裝置更可大幅地減低系統成本與縮小裝置之體積和重量，藉此建構出一種微小化、可手持式的PAM(Photo-Acoustic Microscopy)光聲造影皮膚檢測裝置。

鑑於以上種種，足以可見，本創作係改良傳統使用於光聲造影的大型光源與超音波探頭，而係以微光學元件改善光源與探頭間的架構安排，不僅成功地將光聲造影裝置微小化，更進而使得光聲造影成為未來可實現之小型化醫療照護產品，兼具學術發展與商業之潛力與競爭優勢。

以上所述之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，即大凡依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。

2‧‧‧待測組織

10‧‧‧高頻光源

20‧‧‧物鏡

30‧‧‧空間濾波器

40‧‧‧光束擴展器

50‧‧‧聚焦透鏡

60‧‧‧超音波微型探頭

70‧‧‧處理器

71‧‧‧光聲訊號線

72‧‧‧光源控制線

73‧‧‧掃瞄控制線

80‧‧‧顯示器

100‧‧‧觀測本體

200‧‧‧底座

Claims (10)

1. 一種微小化非侵入光聲深層造影裝置，適於檢測一待測組織，該微小化非侵入光聲深層造影裝置包括：一高頻光源，其係發射一第一光束；一物鏡，接收該第一光束而產生一聚焦光束；一空間濾波器，接收並過濾該聚焦光束而產生一濾波光束；一光束擴展器，接收該濾波光束並將其平行擴束為一高斯光束；一聚焦透鏡，接收該高斯光束，並將其聚焦後傳送至該待測組織；一超音波微型探頭，其係與該聚焦透鏡共焦，該超音波微型探頭係掃瞄該待測組織後取得一系列之光聲訊號；以及一處理器，電性耦接於該超音波微型探頭，以處理該光聲訊號，並將其轉換為影像畫面後輸出。
2. 如請求項1所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該聚焦透鏡係設置於該超音波微型探頭周圍。
3. 如請求項1所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該聚焦透鏡係為一菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)。
4. 如請求項1所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該處理器更電性耦接於一顯示器，以接收該影像畫面，並顯示該待測組織之一深層影像。
5. 如請求項4所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該深層影像係為該待測組織下2至5毫米深度之深層影像。
6. 如請求項1所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，更包括一觀測本體，該觀測本體係容設該高頻光源、該物鏡、該空間濾波器、該光束擴展器、 該聚焦透鏡與該超音波微型探頭。
7. 如請求項6所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該觀測本體係為一可手持之光聲肌膚檢測裝置。
8. 如請求項6所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該觀測本體係為一利用微光機電元件技術所製作之本體。
9. 如請求項1所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該高頻光源係為一超亮度二極體(Super-Luminescence Diode，SLD)或一發光二極體(Light Emitting Diode，LED)。
10. 如請求項9所述之微小化非侵入光聲深層造影裝置，其中該高頻光源所發射之該第一光束係為一高頻調變光束。