[发明专利]光声成像设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年9月10日提交的第61/095,881号美国临时申请的利益，其由此通过引用被并入。

发明领域

本发明一般涉及用于声成像的系统和方法，并且更具体地涉及用于小体积成像的诊断光声成像系统和方法。

发明背景

无创小动物成像

小体积成像涉及适合于小体积对象的诊断成像。小体积成像在较小身体部分——包括手腕、手和脚——的人体诊断成像中有应用。它在组织标本成像和临床前(即，非人类动物)成像中有进一步的应用。

疾病的临床前模型变得更容易获得且更复杂。现在，它们是在新疗法和治疗的开发和评估中使用的普通工具。临床前模型的使用是在人体临床试验之前的前导和验证步骤。

无创成像是临床前研究中的重要工具，计算机体层摄影(CT)、磁共振成像(MR)、单光子发射体层摄影(SPECT)、正电子发射体层摄影(PET)、X射线、光和超声波是在研究疾病和评估新疗法中的标准工具。这些成像工具正被积极地用于理解和协助诸如心血管、肌肉与骨骼、瘤形成、自动免疫和炎症的疾病的疗法开发。

临床成像设备常常足以满足大动物物种如灵长类、猪和犬的成像。然而，绝大多数临床前研究涉及较小体积的动物如啮齿类和兔类的使用，其中鼠科动物模型(老鼠)是最广泛使用的临床前模型。

近年来专门的设备已被开发并商业化以特别用于基于标准无创医疗成像技术的小体积动物成像。

小体积成像的目的是有临床成像的全部功能，但有在所关注的小体积对象的规模上的灵敏度和分辨率。临床成像系统不可直接升级到小体积成像系统。因此，在所有上面提到的成像方式中，技术和科学的障碍必须被克服以实现正确运作的系统，常常包括实现更高的分辨率、对技术的许多方面的小型化的需求和小体积对象特别是动物的适当安置和处理。

如在临床成像中的，临床前成像方式的每一个有助于使对象的不同方面可视化并具有不同的优势。一些期望的属性包括灵敏度、分辨率、视场、产生图像的最小所需的时间、对比度、成本、三维成像以及系统是否能够动态成像。没有一个成像方式满足所有应用。此外，小体积成像方式的当前阵列仍然没有在目前临床前及其它小体积需要所期望的可视化和量化中提供全部功能。

光/热声成像

两种相对新的成像技术是热声和光声成像(在本文统称为光声成像)。这种新的方式将优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组织和其他对象的特性中。具体地，它提供与组织的热弹性特性相关的信息。更具体地，激光、射频或其他能量脉冲被传送到对象中。一些已传送的能量将被吸收并转换成热，导致短暂的热弹性扩张和因此导致超声波发射。所产生的超声波然后由超声换能器检测到以形成图像(Bowen，Radiation-Induced Thermoacoustic Soft Tissue Imaging，IEEE Ultrasonic Symposium 2：817-822，1981.6)。

目前不存在理想地适于小体积光声成像的系统。因此，存在对新的小体积光声成像系统的需要。

发明内容

通常，本发明以用于使组织成像的系统和它们的使用方法为特征。

在一个方面中，本发明以用于使组织成像的系统为特征，该系统包括：(i)电磁辐射源；(ii)具有多个声换能器(例如，至少128个)的外壳；(iii)具有用于保持组织的部分的支撑结构；以及(iv)在外壳和支撑结构之间的用于容纳声耦合介质的腔。在该系统中，来自源的电磁辐射足以诱发在位于支撑结构中的组织中的热声响应，并且多个声换能器被定位成接收来自组织的热声响应的超声波。另外，用于保持组织的部分具有小于250微米的厚度，并且该部分的声阻抗匹配组织(即，在该组织的声阻抗的50-150％内)，或该部分允许组织和声耦合介质之间的接触。

该系统还可包括被定位成监测支撑结构中的组织的(例如，对从300到1064纳米的光敏感)一个或多个光学相机；用于使外壳相对于支撑结构(例如，以1度或更小的运动)旋转的机电运动控制系统(electro-mechanical motion control system)；用于采集和存储由多个换能器接收的热声响应信号的数字采集系统；用于维持腔中声耦合介质的规定温度(例如，在30和39℃之间)的温度监测和控制系统；以及用于测量电磁辐射的能量的脉冲能量监测器。