光聲成像設備制造技術

本發明專利技術以用于使組織成像的系統為特征，該系統包括：（ｉ）電磁輻射源；（ｉｉ）具有多個聲換能器（例如，至少１２８個）的外殼；（ｉｉｉ）具有用于保持組織的部分的支撐結構；以及（ｉｖ）在外殼和支撐結構之間的用于容納聲耦合介質的腔。在該系統中，來自源的電磁輻射足以誘發在位于支撐結構中的組織中的熱聲響應，并且多個聲換能器被定位成接收來自組織的熱聲響應的超聲波。本發明專利技術還以使用該系統使組織成像的方法為特征。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及用于聲成像的系統和方法，并且更具體地涉及用于小體積成像的診斷光聲成像系統和方法。
技術介紹
無創小動物成像小體積成像涉及適合于小體積對象的診斷成像。小體積成像在較小身體部分—— 包括手腕、手和腳——的人體診斷成像中有應用。它在組織標本成像和臨床前(即，非人類動物)成像中有進一步的應用。疾病的臨床前模型變得更容易獲得且更復雜?，F在，它們是在新療法和治療的開發和評估中使用的普通工具。臨床前模型的使用是在人體臨床試驗之前的前導和驗證步馬聚ο無創成像是臨床前研究中的重要工具，計算機體層攝影(CT)、磁共振成像(MR)、 單光子發射體層攝影(SPECT)、正電子發射體層攝影(PET)、X射線、光和超聲波是在研究疾病和評估新療法中的標準工具。這些成像工具正被積極地用于理解和協助諸如心血管、肌肉與骨骼、瘤形成、自動免疫和炎癥的疾病的療法開發。臨床成像設備常常足以滿足大動物物種如靈長類、豬和犬的成像。然而，絕大多數臨床前研究涉及較小體積的動物如嚙齒類和兔類的使用，其中鼠科動物模型(老鼠)是最廣泛使用的臨床前模型。近年來專門的設備已被開發并商業化以特別用于基于標準無創醫療成像技術的小體積動物成像。小體積成像的目的是有臨床成像的全部功能，但有在所關注的小體積對象的規模上的靈敏度和分辨率。臨床成像系統不可直接升級到小體積成像系統。因此，在所有上面提到的成像方式中，技術和科學的障礙必須被克服以實現正確運作的系統，常常包括實現更高的分辨率、對技術的許多方面的小型化的需求和小體積對象特別是動物的適當安置和處理。如在臨床成像中的，臨床前成像方式的每一個有助于使對象的不同方面可視化并具有不同的優勢。一些期望的屬性包括靈敏度、分辨率、視場、產生圖像的最小所需的時間、 對比度、成本、三維成像以及系統是否能夠動態成像。沒有一個成像方式滿足所有應用。此外，小體積成像方式的當前陣列仍然沒有在目前臨床前及其它小體積需要所期望的可視化和量化中提供全部功能。光/熱聲成像兩種相對新的成像技術是熱聲和光聲成像(在本文統稱為光聲成像)。這種新的方式將優于由建立的成像方式所提供的那些理解的新的理解加入到組織和其他對象的特性中。具體地，它提供與組織的熱彈性特性相關的信息。更具體地，激光、射頻或其他能量脈沖被傳送到對象中。一些已傳送的能量將被吸收并轉換成熱，導致短暫的熱彈性擴張和因此導致超聲波發射。所產生的超聲波然后由超聲換能器檢測到以形成圖像(Bowen， Radiation-Induced Thermoacoustic Soft Tissue Imaging,IEEE Ultrasonic Symposium 2 :817-822,1981.6)。目前不存在理想地適于小體積光聲成像的系統。因此，存在對新的小體積光聲成像系統的需要。
技術實現思路
通常，本專利技術以用于使組織成像的系統和它們的使用方法為特征。在一個方面中，本專利技術以用于使組織成像的系統為特征，該系統包括(i)電磁輻射源；(ii)具有多個聲換能器(例如，至少1 個)的外殼；(iii)具有用于保持組織的部分的支撐結構；以及(iv)在外殼和支撐結構之間的用于容納聲耦合介質的腔。在該系統中，來自源的電磁輻射足以誘發在位于支撐結構中的組織中的熱聲響應，并且多個聲換能器被定位成接收來自組織的熱聲響應的超聲波。另外，用于保持組織的部分具有小于250 微米的厚度，并且該部分的聲阻抗匹配組織(即，在該組織的聲阻抗的50-150%內)，或該部分允許組織和聲耦合介質之間的接觸。該系統還可包括被定位成監測支撐結構中的組織的(例如，對從300到1064納米的光敏感)一個或多個光學相機；用于使外殼相對于支撐結構(例如，以1度或更小的運動)旋轉的機電運動控制系統(electro-mechanical motion control system)；用于采集和存儲由多個換能器接收的熱聲響應信號的數字采集系統；用于維持腔中聲耦合介質的規定溫度(例如，在30和39°C之間)的溫度監測和控制系統；以及用于測量電磁輻射的能量的脈沖能量監測器。在另一實施方式中，多個換能器的一部分能夠將超聲波傳輸到組織中，并且多個換能器的一部分能夠接收從組織發射的超聲波，其中系統還能夠產生組織的超聲圖像。外殼被可選地定位在源和支撐結構之間，外殼還包括窗口，來自源的電磁輻射穿過窗口到達支撐結構。系統還可包括多個電磁輻射源，其中來自每個源的電磁輻射足以誘發在位于支撐結構中的組織中的熱聲響應，并且其中多個源被定位成照射組織的不同部分。支撐結構可以或可以不使組織和腔中的聲耦合介質分開。在某些實施方式中，系統包括被布置在腔中并具有1450-1600米/秒的聲速的聲耦合介質。優選的換能器具有1至30MHz的中心頻率和大于50%的帶寬。外殼可包括球形內表面，例如，其中多個聲換能器被定位在外殼的內表面上，以便每個換能器的最大靈敏度的軸線與球體的形心相交。這樣的表面可具有80-150毫米的半徑。外殼還可包括從球體赤道延伸以適應因將組織引入到支撐結構而造成的聲耦合介質的移位的圓柱形部分。示例性源以大于1赫茲的脈沖速率產生一個或多個脈沖的脈沖序列，每個脈沖具有小于500納秒的單獨的脈沖長度。每個脈沖的能量可選地大于0.03mJ。電磁輻射是例如5紅外線、可見光、紫外線、射頻或微波。系統還可包括用于從熱聲響應生成組織的圖像或體積表示的計算機。支撐結構可包括對于熱聲成像顯示視場的標記。支撐結構的保持組織的部分可以或可以不與組織共形。支撐結構的保持組織的部分也可以或可選地成形為將組織維持在對于熱聲成像的實質上相同的方位上。本專利技術還以通過下列操作來產生組織的熱聲圖像的方法為特征(a)提供如本文所述的用于成像的系統；(b)將組織放置在支撐結構中；(C)啟動源以誘發組織中的熱聲響應；⑷在多個聲換能器處接收來自組織的熱聲響應的超聲波；以及(e)從所接收的超聲波生成熱聲圖像或體積。根據下面的描述、附圖和權利要求，其它特征或優勢將是明顯的。附圖的簡要說明附圖說明圖1是示例性外殼的等軸測視圖。圖2是貫穿沒有外部蓋的示例性系統的剖視圖。圖3示出示例性標本定位托盤。圖4示出具有E-錨鏈管理系統的系統。圖5示出使用采用激光照射的系統使單個吸收點成像的結果。圖6示出從在采用激光照射的系統中使完整的老鼠成像得到的體積圖像。專利技術詳述光聲系統已被開發以特別用于小體積成像(包括小動物成像)，其具有在疾病研究中的應用、程序的指導以及在學術研究、制藥藥物開發和臨床應用領域中的療法的監測的特殊目的。小體積成像是指所關注的單個器官或局部體積的成像，并區別于諸如磁共振 (MR)、X射線計算機體層攝影(CT)和正電子發射體層攝影(PET)的方式可以采用的更一般的‘整體’成像，其中覆蓋多個器官的大掃描量是可用的。在其最簡單的實施方式中，系統包括電磁輻射源、聲換能器、支撐結構和換能器所連接到的外殼。圖2示出貫穿沒有外部蓋的系統的剖視圖。該系統包括移動和靜止的部分。 桌面[1]連接到結構框架構件W]，并提供在任何時候靜止的工作表面。外殼和多個聲換能器[2]位于桌面下方，并經由支撐支柱[5]連接到電機計算機控制的旋轉臺[8]以形成旋轉組件。旋轉臺具有穿過其旋轉軸[7]的通暢通路，其允許用于照射來自外殼下方的組織本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種用于使組織成像的系統，包括：（ｉ）電磁輻射源；（ｉｉ）外殼，其包括多個聲換能器；（ｉｉｉ）支撐結構，其包括用于保持組織的部分；以及（ｉｖ）腔，其在所述外殼和所述支撐結構之間，用于容納聲耦合介質；其中，來自所述源的電磁輻射足以誘發在位于所述支撐結構中的所述組織中的熱聲響應，并且所述多個聲換能器被定位成接收來自所述組織的所述熱聲響應的超聲波，以及其中，（ａ）用于保持所述組織的所述部分具有小于２５０微米的厚度，并且所述部分的聲阻抗匹配所述組織，或（ｂ）所述部分允許所述組織和所述聲耦合介質之間的接觸。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US61/095,8812008年9月10日1.一種用于使組織成像的系統，包括(i)電磁輻射源；( )外殼，其包括多個聲換能器；(iii)支撐結構，其包括用于保持組織的部分；以及(iv)腔，其在所述外殼和所述支撐結構之間，用于容納聲耦合介質；其中，來自所述源的電磁輻射足以誘發在位于所述支撐結構中的所述組織中的熱聲響應，并且所述多個聲換能器被定位成接收來自所述組織的所述熱聲響應的超聲波，以及其中，(a)用于保持所述組織的所述部分具有小于250微米的厚度，并且所述部分的聲阻抗匹配所述組織，或(b)所述部分允許所述組織和所述聲耦合介質之間的接觸。2.如權利要求1所述的系統，還包括被定位成監測所述支撐結構中的所述組織的光學相機。3.如權利要求2所述的系統，其中，所述相機對從300到1064納米的光敏感。4.如權利要求1所述的系統，還包括用于使所述外殼相對于所述支撐結構旋轉的機電運動控制系統。5.如權利要求4所述的系統，其中，所述運動控制系統能夠以1度或更少的離散運動旋轉。6.如權利要求1所述的系統，還包括用于采集和存儲由所述多個換能器接收的熱聲響應信號的數字采集系統。7.如權利要求1所述的系統，還包括用于維持所述腔中的聲耦合介質的規定溫度的溫度監測和控制系統。8.如權利要求7所述的系統，其中，所述規定溫度在30和39°C之間。9.如權利要求1所述的系統，還包括用于測量所述電磁輻射的能量的脈沖能量監測器。10.如權利要求1所述的系統，其中，所述多個換能器的一部分能夠將超聲波傳輸到所述組織中，并且所述多個換能器的一部分能夠接收從所述組織發射的超聲波，其中，所述系統還能夠產生所述組織的超聲圖像。11.如權利要求1所述的系統，其中，所述外殼被定位在所述源和所述支撐結構之間， 并且所述外殼還包括窗口，來自所述源的電磁輻射穿過所述窗口到達所述支撐結構。12.如權利要求1所述的系統，還包括多個電磁輻射源，其中，來自每個源的電磁輻射足以誘發在位于所述支撐結構中的所述組織中的熱聲響應，并且其中，所述多個源被定位成照射所述組織的不同部分。13.如權利要求1所述的系統，其中，所述支撐結構使所述組織和所述腔中的聲耦合介質分開。14.如權利要求1所述的系統，還包括被布置在所述腔...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾·M·桑頓，
申請(專利權)人：安德拉有限公司，
類型：發明
國別省市：US