[发明专利]光声导管和使用该光声导管的成像系统

说明书

光声导管包括细长导管本体和布置在细长导管本体的远端部附近的外壳。一段多模纤维延伸通过细长导管本体并且具有远端部，该远端部相对于多模纤维的纵向轴线以大约45°成斜面并且布置在外壳中。电连接到沿细长导管本体延伸的电线的超声换能器被布置在外壳内。反射镜元件也被布置在外壳内并且包括反射镜表面，该反射镜表面相对于多模纤维的纵向轴线以大约45°成斜面。该导管可操作用于将光波输送过多模纤维并且从外壳并且离开外壳的孔口共线地输送超声波以获得哺乳动物腔器官内的光数据和超声数据。

相关申请的交叉引用

这个美国专利申请要求2016年2月13日提交的美国临时申请62/295033的优先权，该美国临时申请的公开内容被看作本申请的公开内容的一部分并且在此通过引用整体并入。

政府权利

本发明在国立卫生研究所授予的HL125385下通过政府支持被作出。该政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本申请涉及光声导管，并且更具体地涉及包括光波和声波的共线对准的光声导管。

背景技术

这个部分介绍可以帮助促进本公开的更好理解的各个方面。因此，这些陈述将从这个角度被解读并且将不被理解为承认什么是或不是现有技术。

在过去的一个世纪，在美国和许多其它发达国家，心血管疾病已经是死亡的主要原因。动脉粥样氧化(心血管疾病的主要形式)由动脉的壁内的脂质和纤维要素的慢性积聚引起。如果它显著侵占并且阻塞动脉的腔，这个斑块可能成长并且变成临床症状。斑块也可能破裂并且导致急性冠状动脉综合征或者甚至突然死亡。因此，容易破裂的斑块的早期检测在心血管疾病的诊断、治疗和预防中是必要的。诸如X射线血管造影、磁共振和计算机断层扫描血管造影的非侵入形式已经用于可视化冠状动脉中的阻塞性狭窄。然而，容易破裂的脆弱的斑块经常是非阻塞性的或中度阻塞性的，因此回避通过这些形式的检测。血管内超声(IVUS)可以提供包括腔几何结构、斑块负荷和血管结构的动脉的重要形态信息。然而，部分地由于缺乏与IVUS的化学对比，用于斑块成分的区分的敏感度和特异性是有限的。血管内光学相干断层摄影术已经被报告，但这些光成像形式未能提供必要的成像深度和化学特异性以便脆弱斑块检测。近红外光谱法提供化学选择性，但它缺乏用来限定脂质核心尺寸的空间分辨率并且其检测敏感度被散射的光子危害。

基于导管的血管内光声(IVPA)成像(基于将动脉组织中的泛音振动吸收转化成通过超声换能器可检测的热弹性波)是具有缩小前述差距的潜力的新兴形式。IVPA成像提供以下优点。首先，光吸收引起的对比提供区分动脉的化学成分的独特途径。第二，由于扩散光子吸收和组织中的与光散射相比较低的2-3量级声散射，IVPA的成像深度延伸超过弹道区。第三，通过共享相同的检测器，IVUS内在地与IVPA成像相容。这种混合形式提供该组织的补充信息。

临床可行的IVPA导管的希望特性包括具有小的直径，是柔性的，和能够通过血液成像和以可接受的帧速率获取具有高的敏感度和化学特异性的图像。这些要求集体地使得高性能IVPA探头的设计和制造是光声成像领域中最有挑战性的任务之一。一些团体已经报告直径接近大约1毫米(mm)的临床目标的IVPA导管。特别地，Emelianov团体报告两种设计的IVPA导管，一种基于侧面发光纤维并且另一种基于反射镜反射。两种设计都基于光输送元件和超声换能器的前后布置。Chen团体引入基于侧面发光纤维和换能器的平行布置的另一种设计的IVPA导管，其中换能器的两个不同频率(35MHz和80MHz)被执行以演示35微米(μm)的出色轴向分辨率。Xing团体引入具有双元件超声换能器的血管内同焦点光声探头。Song团体通过小心布置光和声元件的位置将IVPA导管探头的直径减小到1.1mm。最近，本发明人还将常规IVPA导管的探头直径减小到0.9mm。