BRPI0713454A2

BRPI0713454A2 - sistema de geraÇço de imagens, e, mÉtodo para gerar uma imagem combinada foto-acéstica e de ultra-som de uma amostra

Info

Publication number: BRPI0713454A2
Application number: BRPI0713454-1A
Authority: BR
Inventors: Michael Burcher
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2013-01-08
Also published as: CN101472520B; JP5432708B2; WO2007148239A3; US8298144B2; JP2009540904A; EP2034878A2; BRPI0713454A8; WO2007148239A2; TW200808272A; US20090187099A1; CN101472520A

Abstract

SISTEMA DE GERAÇçO DE IMAGENS, E, MÉTODO PARA GERAR UMA IMAGEM COMBINADA FOTO-ACéSTICA E DE ULTRA-SOM DE UMA AMOSTRA. A presente descrição é direcionada a um sistema de geração de imagens combinadas foto-acústicas (PA) e de ultra-som, capaz de gerar simultaneamente imagens PA e de ultra-som. Estas imagens podem ser combinadas e visualizadas em tempo real. As imagens PA são adquiridas disparando um sistema de iluminação em uma amostra da qual está se obtendo a imagem e formando feixe dos sinais foto-acústicos recebidos. Imagens de ultra-som são formadas transmitindo energia de ultra-som no objeto e formando feixe dos sinais refletidos. A presente descrição descreve um controlador de temporização para permitir que transmissões do sistema de iluminação e ultra-som sejam temporizadas uma em relação à outra. Isto permite que ambas modalidades operem próximo a suas taxas de quadro máximas, enquanto é evitada interferência de sinal.

Description

"SISTEMA DE GERAÇÃO DE IMAGENS, E, MÉTODO PARA GERAR UMA IMAGEM COMBINADA FOTO-ACÚSTICA E DE ULTRA-SOM DE UMA AMOSTRA"

A presente descrição relaciona-se a sistemas e métodos relacionados a geração de imagens foto-acústica e de ultra-som.

Tomografia foto-acústica (PA) é uma modalidade de geração de imagens médica emergente. ( Ver por exemplo, S. Manohar, A. Kharine, J.C.G. van Hespen, W. Steenbergen, e T.G. van Leeuwen, "The Twente Photoacoustic Mammoscope: sytem overview and performance", Physics in Medicine and Biology, vol. 50. No. 11, pp.2543-2557, Junho 2005: e M. Xu e L. Wang, "Universal back-projection algorithm for photoacoustic computer tomography", Physical Review E, vol. 71, No. 1, pp. 1607, 2005). Um pulso laser curto é disparado no objeto de interesse (por exemplo, tecido humano ou animal). A energia do laser é absorvida pelas estruturas dentro do objeto, causando um rápido aumento de temperatura e expansão térmica. Esta expansão térmica faz com que ondas de ultra-som se propaguem através do objeto, onde são recebidas por transdutores de ultra-som colocados na superfície do objeto. Estes sinais podem ser formados em feixe no sentido de produzir uma imagem da absorção do objeto no comprimento de onda do laser. Uma vez que a radiação laser é difundida dentro do objeto, a iluminação não é fortemente focalizada, e uma imagem pode ser formada a partir de um único pulso laser. No sentido de aumentar a relação sinal ruído, várias destas imagens podem ser submetidas a média.

Geração de imagens por ultra-som é uma modalidade de geração de imagens médica estabelecida. As imagens são formadas transmitindo pulsos focalizados de energia de ultra-som no corpo. Os pulsos são refletidos por contornos entre as estruturas dentro do corpo. As reflexões se propagam de volta para o transdutor de ultra-som e são então formadas em feixe para criar uma linha A. Cada transmissão é usada para formar uma linha da imagem de ultra-som. Uma imagem de ultra-som é portanto, formada por múltiplas transmissões.

Recentemente, tem havido um interesse em efetuar geração de imagens foto-acústicas combinadas com geração de imagens por ultra-som.

(Ver, por exemplo, J. Niederhauser, M. Jaeger, R. Lemor, P. Weber, e M. Frenz, "Combined Ultrasound and Optoacoustic System for Real-Time High- Contrast Vascular Imaging in Vivo ", Ieee Transactions on Medicai Imaging, vol. 24, No. 4, pp 436-440, Abril 2005). Até então, estes sistemas têm operado de dois modos: produzindo imagens foto-acústicas ou imagens de ultra-som. Embora a maior parte do hardware e processamento seja comum a ambos os tipos de geração de imagens, nenhum sistema é capaz de obter ambos simultaneamente.

Permanece uma necessidade na indústria do uso simultâneo dos sistemas de geração de imagens previamente descritos. Os sistemas existentes operam em modos separados para geração de imagens foto-acústica e de ultra-som. Usando tal sistema, é possível adquirir uma imagem no modo foto-acústico e então comutar para o modo de ultra-som para adquirir uma imagem de ultra-som do mesmo objeto.

Os dois modos, foto-acústico e de ultra-som, operam em diferentes taxas de quadro. Para foto-acústica, a taxa de quadro é usualmente limitada pela taxa de repetição do laser. Para sistemas a laser típicos, a taxa de repetição pode ser 10 Hz, permitindo então uma taxa de quadro de 10 Hz. Para certas aplicações, a taxa de disparo de laser pode também ser limitada por condições de segurança. Para ultra-som, tipicamente, a taxa de quadro depende do tempo gasto para o pulso de ultra-som se propagar para os tecidos mais profundos de interesse e de volta ao transdutor. Ainda mais, pode existir um "tempo morto''' entre transmissões consecutivas, para evitar interferência de reflexão da transmissão prévia. As taxas de quadro de ultra-som são tipicamente de 60 Hz para uma profundidade de geração de imagens de 10 cm e 128 linhas de imagem. Atualmente, o sistema de dois modos possui várias desvantagens. O usuário do sistema pode ser solicitado a comutar entre os dois modos causando retardo e trabalho ineficiente exaustivo. Ainda mais, o movimento do objeto pode ocorrer durante o tempo gasto para comutar entre as duas imagens. Então, os objetos não estão na mesma posição em ambas imagens, causando resultados indesejáveis. Uma desvantagem adicional é que a taxa de quadro média para cada modalidade é reduzida, uma vez que não é operada enquanto o gerador de imagens está no outro modo.

A presente descrição provê sistemas e métodos para gerar imagens foto-acústicas e imagens de ultra-som em tempo real. Em uma realização preferida, é descrito um sistema de geração de imagens possuindo um sistema de iluminação, adaptado para gerar sinais foto-acústicos dentro de uma amostra, pelo menos um primeiro transdutor, adaptado para transmitir ondas de ultra-som, receber sinais de ultra-som e receber os sinais foto- acústicos, e uma unidade de controle de temporização adaptada para estar em comunicação com o sistema de iluminação e o transdutor. A unidade de controle de temporização é adaptada para controlar a temporização do sistema de iluminação e temporização do transdutor, de tal modo que as ondas de ultra-som são transmitidas entre os sinais foto-acústicos de saída. O sistema de iluminação pode ser um laser, uma fonte de radiação de freqüência de microondas pulsada, ou uma combinação destes. As ondas de ultra-som transmitidas podem ser feixes focalizados, ondas planas direcionadas, feixes de difração limitada, feixes de abertura sintética, ou combinações destas. A medida que as ondas de ultra-som se propagam através da amostra, estas serão refletidas, difundidas, absorvidas e refratadas pela amostra. Um único transdutor pode ser usado para transmitir as ondas de ultra-som e para receber os sinais de ultra-som. Neste caso, os sinais de ultra-som recebidos são denominados sinal pulso-eco. Alternativamente, transdutores de transmissão e recepção separados podem ser colocados em qualquer lado da amostra, para gerar transmissão direta de sinais de ultra-som.

Em uma realização preferida, o sistema de iluminação é um laser adaptado para gerar sinais de pulso laser. A energia laser é absorvida pela amostra, gerando sinais foto-acústicos. Tipicamente, os sinais de ultra- som e os sinais foto-acústicos são processados para gerar imagens de ultra- som e imagens foto-acústicas, respectivamente. Estas imagens podem então ser combinadas e exibidas em um sistema de exibição.

A unidade de controle de temporização é adaptada para gerar sinais de comunicação múltiplos, caracterizados por (i) sinal A adaptado para estar em comunicação com o sistema de iluminação, (ii) sinal B adaptado para estar em comunicação com um formador de feixe de transmissão; e (iii) sinal C adaptado para estar em comunicação com um formador de feixe de recepção. O sistema de iluminação é caracterizado por um feixe de energia, onde o feixe de energia é acoplado a um sistema de fornecimento óptico adaptado para iluminar uma amostra, onde o sistema de fornecimento óptico inclui um espelho e uma lente divergente adaptada para aumentar a área do feixe para iluminar mais da amostra. Se a fonte de energia é uma fonte de radiação de freqüência de microondas pulsada, então um guia de onda é usado ao invés de um sistema de fornecimento óptico. O formador de feixe de transmissão é adaptado para estar em comunicação com o transdutor. Um sistema típico tem um multiplexador (MUX) adaptado para facilitar a comunicação entre o transdutor, o formador de feixe de transmissão e o formador de feixe de recepção. O formador de feixe de recepção é adaptado para armazenar

sinais do transdutor e aplica processamento apropriado, dependendo de como os sinais foram gerados. O formador de feixe de recepção é adaptado para armazenar as imagens de ultra-som e imagens foto-acústicas em uma armazenagem temporária de quadro de ultra-som e uma armazenagem temporária de quadro foto-acústico, respectivamente, seguida de combinar as imagens de ultra-som e foto-acústicas armazenadas em um combinador de imagem, e exibir a imagem combinada no sistema de exibição.

A unidade de controle de temporização inclui um contador 1 adaptado para (a) estar em comunicação com o relógio, (b) ser um primeiro divisor de freqüência que conta até um valor de Dl/Tc gerando um primeiro pulso de saída, onde uma primeira porção do primeiro pulso é retardada pelo termo de retardo D3, onde uma primeira porção do pulso de saída retardado é o sinal A e uma segunda porção do pulso de saída retardado é adicionalmente retardada por um mono-estável 2 de duração D5, gerando sinal C e (c) transmitir uma segunda porção do primeiro pulso de saída, que é retardado por um mono-estável 1 de duração D2. A unidade de controle de temporização inclui adicionalmente um contador 2 adaptado para (a) estar em comunicação com o relógio, (b) receber uma primeira porção do pulso de saída retardado do mono-estável 1, e (c) ser um segundo divisor de freqüência e contar até um valor de D3/Tc gerando um segundo pulso de saída. A unidade de controle de temporização inclui adicionalmente uma porta AND adaptada para receber (a) pulso de saída do contador 2 e (b) uma segunda porção do pulso de saída retardado do mono-estável 1, gerando o sinal B. O transdutor pode ser um único elemento focalizado, um

arranjo de elementos, um arranjo de micro feixe formado, um arranjo de abertura sintética ou combinações deste. Se o transdutor é o arranjo de abertura sintética, deveria ser adaptado para formar os sinais de ultra-som, movendo o arranjo de abertura sintética para diferentes posições na amostra e tomar uma medida a cada posição.

Em uma realização típica, um sistema de geração de imagens é descrito, onde transdutores múltiplos são usados onde pelo menos um é adaptado para receber uma porção dos sinais de ultra-som, pelo menos um outro é adaptado para transmitir ondas de ultra-som, e pelo menos um outro é adaptado para receber sinais foto-acústicos, gerando conjuntos múltiplos de medidas onde a unidade de controle de temporização é adaptada para ser usada para evitar interferência acústica entre os conjuntos múltiplos de medições. A unidade de controle de temporização é adaptada para ser programada para gerar múltiplos tempos de retardo de tal modo que a interferência de sinal é evitada. A unidade de controle de temporização é adaptada para ser aplicada a geração de imagens médicas de sistema vascular, tireóide, pele, seios, membros e qualquer outra parte do corpo superficial, ou combinações dos mesmos.

A presente descrição também descreve um método para gerar uma imagem combinada foto-acústica e de ultra-som de uma amostra incluindo as etapas de, programar uma unidade de controle de temporização adaptada para se comunicar com (i) um sistema de iluminação adaptado para gerar sinais foto-acústicos, (ii) um meio de geração de imagens de ultra-som adaptado para gerar ondas de ultra-som, e (iii) um formador de feixe de recepção, iluminando uma amostra com o sistema de iluminação para gerar sinais foto-acústicos, recebendo os sinais de saída foto-acústicos por um meio de recepção de sinal tal como o transdutor, transmitindo então as ondas de ultra-som à amostra, e recebendo sinais de ultra-som de saída, pelo meio de recepção de sinal, onde o meio de recepção está em comunicação com o formador de feixe de recepção, que processa os sinais gerando imagens foto- acústicas e de ultra-som, respectivamente, transmitindo as imagens a um combinador de imagem adaptado para gerar uma imagem combinada, e então transmitindo a imagem combinada a um sistema de exibição.

Características adicionais, funções e benefícios dos sistemas e métodos descritos serão aparentes da descrição que se segue, particularmente quando lidas em conjunto com as figuras anexas.

Para auxiliar os especialistas na técnica a confeccionar e utilizar os sistemas e métodos descritos, é feita referência às figuras anexas, onde: Figura 1 é um esquemático ilustrando um sistema de geração de imagens combinado;

Figura 2 é um esquemático ilustrando a temporização dos sinais gerados por uma unidade de controle de temporização;

Figura 3 é um esquemático ilustrando uma implementação de hardware de uma unidade de controle de temporização;

Figura 4 é um esquemático ilustrando tempos de retardo de uma implementação de hardware de uma unidade de controle de temporização.

A presente descrição descreve um sistema e método para uma unidade de controle de temporização, que controla o tempo no qual sinais de sistema de iluminação, adaptados para gerar sinais foto-acústicos (PA) dentro de uma amostra, e ondas de ultra-som são disparadas em um meio. A unidade de controle de temporização é adaptada para evitar interferência de sinal entre os diversos sinais acústicos. O sistema permite um modo de geração de imagens combinado, onde meio de sinal foto-acústico (tipicamente um laser) pode disparar em sua taxa de repetição máxima, 10 Hz por exemplo, e ondas de ultra-som são transmitidas entre as transmissões do sistema de iluminação.

A unidade de controle de temporização pode superar pelo menos uma das desvantagens do sistema de dois modos atual, não requerendo comutação entre os modos de geração de imagens separados, minimizando o tempo entre aquisições (e daí minimizando a interrupção do movimento de objeto), evitando interferência de sinal e permitindo que cada modalidade opere até sua taxa de quadro ótima.

Um esquemático de uma realização preferida do sistema de geração de imagens combinado é mostrado na Figura 1. Um sistema de iluminação, tipicamente um laser adaptado para gerar sinais foto-acústicos dentro de uma amostra, pode ser um laser Nd:YAG comutado Q, tal como o Brilliant B fabricado pela Quantel. Para operação estável, lasers preferidos podem operar a uma taxa de repetição de pulso fixa, por exemplo, 10 Hz ou Hz. É possível variar a taxa por uma percentagem do valor nominal. Entretanto, uma repetição de pulso arbitrária não deveria ser ajustada. A comutação Q do laser está em comunicação com o sinal A gerado por pelo menos uma unidade de controle de temporização, controlando então o tempo de disparo do laser. Em uma realização típica, o sinal A pode estar em comunicação com uma lâmpada flash do laser. A unidade de controle de temporização pode também gerar o sinal B, em comunicação com um formador de feixe de transmissão, e o sinal C em comunicação com um formador de feixe de recepção.

Em uma realização típica, o sistema de iluminação gera um feixe de energia, que é acoplado a um sistema de fornecimento óptico de tal modo que a amostra é iluminada. Um sistema de fornecimento óptico simples é mostrado na Figura 1, consistindo de um espelho e de uma lente divergente. A lente divergente é capaz de aumentar a área do feixe, aumentando então a área de iluminação da amostra. Iluminar a amostra gera sinais foto-acústicos dentro da amostra.

A unidade de controle de temporização da Figura 1 é conectada a pelo menos um relógio, que provê um sinal de referência de temporização. O formador de feixe de transmissão gera impulsos elétricos, que são aplicados a um transdutor. Em uma realização típica, um transdutor tem um arranjo de elemento piezelétricos, tipicamente capaz de transmitir ondas de ultra-som, receber sinais de ultra-som e receber sinais PA. Quando o formador de feixe de transmissão é ativado pelo sinal B da unidade de controle de temporização, é gerado um pulso de alta tensão. Em uma realização típica, o sinal de pulso de alta tensão está em comunicação com os elementos piezelétricos do transdutor via um multiplexador, controlando então as transmissões de ultra-som do transdutor. No sentido de focalizar a onda de ultra-som, o formador de feixe de transmissão retarda o pulso de diferentes quantidades de tempo em diferentes elementos de transdutor.

O multiplexador (MUX) da Figura 1, tipicamente conecta o transdutor a um formador de feixe de transmissão ou um formador de feixe de recepção. Isto pode assegurar que altas tensões de transmissão não sejam aplicadas aos circuitos sensíveis de recepção do formador de feixe de recepção. O formador de feixe de recepção armazena sinais de cada elemento do transdutor e aplica processamento apropriado, dependendo de como os sinais foram gerados. Em uma realização típica, sinais de ultra-som podem ser sinais de ultra-som de pulso-eco. Para sinais de ultra-som de pulso-eco, retardos de tempo são aplicados a sinais por elemento e são então somados, formando uma única linha A. Os retardos sal calculados usando o tempo gasto para a onda de ultra-som se propagar no meio e de volta para fora novamente (viagem de ida e volta). Para sinais foto-acústicos, uma operação similar de retardo e soma pode ser efetuada, porém usando diferentes retardos de tempo. Uma vez que a velocidade da luz é muito maior que a velocidade do som, a iluminação laser não gasta uma quantidade significativa de tempo para penetrar na amostra, e os sinais PA são gerados através da amostra no mesmo instante de tempo. Os retardos de tempo para o sinal foto-acústico portanto, correspondem a propagação de uma via, da amostra para o transdutor. Alternativamente, uma reconstrução no domínio de Fourier pode ser efetuada (ver, por exemplo, "Depth-Focused Interior Echo Imaging", IEEE Transactions on Image Processing, vol. 8, pp.1608-1618, Novembro 1999).

O sinal C da unidade de controle de temporização está em comunicação com o formador de feixe de recepção. A operação do formador de feixe de recepção pode ser controlada usando o sinal C. Os sinais de ultra- som e foto-acústicos são armazenados em armazenagens temporárias de quadro sendo combinados com um combinador de imagem e visualizadas em um sistema de exibição. Para ilustrar adicionalmente os usos e vantagens associados aos sistemas e métodos descritos, é feita referência aos seguintes exemplos. Entretanto, deve ser entendido que tais exemplos não são limitadores com respeito ao escopo da presente descrição mas são meramente ilustrativos de implementações típicas e/ou utilidades desta: Exemplo 1

Operação da Unidade de Controle de Temporização:

No presente exemplo, uma unidade de controle de temporização é usada. A temporização dos sinais gerados por uma unidade de controle de temporização é mostrada esquematicamente abaixo na Figura 2. O sinal A é um sinal de controle de disparo de laser, o sinal B controla a transmissão de ultra-som, e o sinal C é o sinal de controle de formador de feixe de recepção. O sinal A ocorre a uma freqüência especificada (por exemplo, 10 HzrDl = 100 ms). D2 é o retardo entre o disparador do laser e a próxima transmissão de ultra-som. D2 = (Tempo entre o disparo do laser e iluminação da amostra) + (Tempo para o ultra-som se propagar da amostra para o transdutor) + (Tempo morto Foto-acústico (PA)).

Para várias aplicações o tempo entre o disparo do laser e a amostra ser eliminada será pequeno comparado com as outras durações de temporização, e será ignorado na descrição a seguir. Em uma realização típica, usar uma amostra de dimensão 10 cm e uma velocidade assumida do som de 1540 m/s, o tempo gasto para o pulso de ultra-som foto-acústico se propagar para o transdutor é igual a 0,1 m/1540 m/s = 65 μ8. O tempo morto PA pode ser requerido para permitir que reverberações foto-acústicas ultra- sônicas dentro da amostra se dissipem. Se o tempo morto não estiver presente, então estas reverberações podem ser recebidas pelo transdutor durante o sinal pulso-eco subseqüente e mal interpretadas como parte do sinal pulso-eco.

O sinal B controla o sinal de transmissão de ultra-som. Em uma realização típica, o sinal de transmissão de ultra-som é um sinal de transmissão de pulso-eco. Conforme ilustrado na Figura 2, pulsos de ultra- som são transmitidos entre disparos de lasers, uma vez que os sinais de PA, gerados a partir da iluminação pelo laser, foram recebidos pelo transdutor (D2 completo). O tempo entre transmissões de pulso-eco consecutivas é D3: D3 = (Tempo entre transmissões de pulso-eco) = 2d/c +

(Tempo morto de pulso-eco), onde d é a profundidade de geração de imagens máxima, e c é a velocidade do som na amostra; por exemplo: quando d = 10 cm e c = 1540 m/s, então 2d/c = 130 μ8. O tempo morto de pulso-eco assegura que reverberações ou reflexões de partes mais profundas da amostra que a região especificada para geração de imagem não sejam representadas de forma ambígua dentro da saída do sinal pulso-eco.

O número de transmissões de sinal pulso-eco entre pulsos laser é determinado pela expressão, N PEJransmits = floor((Dl-D2)/D3). {Por exemplo, N_PE_transmits = floor((100ms - 65μς)/130μ$) = 768). Uma imagem de ultra-som, gerada pelos sinais de ultra-som recebidos, é composta de um número de transmissões de sinal pulso-eco, tipicamente entre 100 e 200. Portanto, vários quadros de pulso-eco podem ser adquiridos entre pulsos laser. Alguns casos de pulso-eco podem ser interrompidos pelo pulso laser, conforme mostrado para o quadro de pulso-eco 16 na Figura 2. Figura 2 ilustra um esquemático típico somente de poucas transmissões de ultra-som por quadro.

O sinal C é o sinal de controle de formador de feixe de recepção. Quando o sinal C é baixo, o formador de feixe executará processamento PA nos sinais de ultra-som recebidos. Quando o sinal C é alto, o formador de feixe efetuará processamento de pulso-eco nos sinais recebidos. O sinal C, gerado pela unidade de controle de temporização, é gerado de tal modo que o tipo correto de processamento é aplicado aos sinais recebidos, dependendo de serem sinais PA ou de pulso-eco. Por exemplo, controla se são usados retardos de formação de feixe de ida e volta ou de via única. A duração do sinal baixo é determinada pela expressão, D5 = (Tempo para ultra-som se propagar da amostra para o transdutor) + (Tempo morto PA). (Por exemplo, D5 = 65 μΞ). a duração do sinal alto é determinada pela expressão, D4 = D1-D5.

Exemplo 2

Uma construção de Unidade de Controle de Temporização é mostrada na Figura 3. Figura 4 ilustra os tempos de retardo da implementação de hardware da unidade de controle de temporização. Em uma realização típica, o relógio tem um período de cerca de 40 MHz: Tempo de Relógio (Tc) — 25 ns. O contador 1 atua como um divisor de freqüência e conta até um valor de Dl/Tc e então gera um pulso em sua saída. A saída, portanto, tem um período de Dl. O sinal de saída é retardado pelo elemento de retardo, que possui um valor de D3. Este sinal retardado é o Sinal A, o sinal de disparo do laser.

O contador 2 também atua como um divisor de freqüência.

Este conta até um valor de D3/ Tc e então gera um pulso em sua saída, tendo portanto, um período de D3. Para a maior parte do tempo durante a operação, a saída do Mono-estável 1 é alta. Na presente realização típica, a saída do Contador 2 passará através de uma porta AND e formará o Sinal D, disparando então as transmissões de pulso-eco tendo um período de D3.

Quando a saída do Contador 1 gera um pulso, a saída do Mono-estável 1 é baixa por uma duração D2, gerando uma entrada para a porta AND. Como resultado, o sinal B será baixo e pulsos de ultra-som não serão disparados. Após um retardo de D3 (o que é tempo suficiente para o ciclo de pulso-eco completar) o sinal A será ativo e o laser será disparado. Após um tempo D2, a saída do Mono-estável 1 se tornará alta novamente. Esta transição reinicia o Contador 2. Em seguida a um tempo D3 após a transição, o sinal B disparará novamente e a seqüência de pulso-eco continuará. O Mono-estável 2 é usado para gerar o sinal C, gerando saída que é alta, exceto por um tempo D5 após cada disparo de laser.

Realizações típicas são descritas abaixo para ilustrar mais precisamente a presente descrição. Deve ser entendido que tais exemplos não são limitadores com respeito ao escopo da presente descrição, mas são meramente ilustrativos de implementações típicas e/ou utilidades desta. Estes não são destinados a limitar o escopo da presente descrição.

O hardware descrito acima pode ser implementado usando circuitos integrados padrão, hardware dedicado (um ASIC) ou arranjo de portas programáveis no campo. Os sinais de temporização acima podem também ser gerados por software, por exemplo, um sistema de operação em tempo real tal como VxWorks. Os valores dos retardos (D1-D5) podem ser tornados programáveis. Isto permite que estes sejam trocados, dependendo da profundidade da geração de imagens, velocidade do som no meio, parâmetros laser, etc. Em adição, estes podem ser adaptados dinamicamente por exemplo, variando dependendo de medições de velocidade do som no meio. Uma fonte radiação de freqüência de microondas pulsada pode ser usada ao invés do laser ou uma combinação de ambos. A imagem de ultra-som pode ser formada usando um tipo alternativo de transmissão de pulso ou uma combinação dos seguintes, por exemplo, ondas planas direcionadas, feixes de difração limitada ou feixes de abertura sintética. A imagem somente de ultra- som pode também ser formada por transmissão direta. Na presente descrição, transdutores múltiplos podem ser usados. Em uma realização típica, um primeiro transdutor pode ser usado para transmitir as ondas de ultra-som, e um segundo transdutor pode ser usado para receber os sinais de ultra-som.

O transdutor de ultra-som pode ser um único elemento focalizado, um arranjo formado de micro feixe, ou um arranjo de elementos. Pode também ser um arranjo de abertura sintética, formado movendo o transdutor para diferentes posições e medindo em cada posição. Um transdutor típico pode ter um arranjo de elementos piezelétricos, ou ser um transdutor de ultra-som micro trabalhado Capacitivo (CMUT). O sinal C pode ser usado para controlar outros estágios de processamento em adição ao formador de feixe de recepção. Então, processamento diferente pode ser aplicado a sinais recebidos da excitação do sistema de iluminação e pulso de ultra-som. Por exemplo, os sinais de fontes diferentes podem ser filtrados com diferentes filtros de largura de faixa.

As medições de PA e pulso-eco podem ser feitas por transdutores múltiplos. Em uma realização típica, um primeiro transdutor é usado para receber os sinais foto-acústicos e um segundo transdutor é usado para receber os sinais de ultra-som. Em uma realização típica usando transdutores múltiplos, a unidade de controle de temporização é adicionalmente usada para evitar interferência foto-acústica entre conjuntos múltiplos de medições. Sinais de ultra-som e sinais foto-acústicos não precisam ser gerados dentro da amostra ao mesmo tempo ou tempos próximos.

A presente descrição pode ser aplicada em geração de imagens médicas. Pode ser incorporada em um dispositivo de geração de imagens combinadas de ultra-som e foto-acústicas. Isto pode ser similar em forma a dispositivos de geração de imagens somente de ultra-som existentes, tais como o Philips iU22 ou iE33. pode ser usado, por exemplo, para imagens de sistema vascular, tireóide, pele, seios, outras partes superficiais do corpo, ou combinações dos mesmos. Pode ser também usado durante procedimentos de intervenções. O sinal foto-acústico pode ser usado para gerar imagens de sangue, ou agentes de contraste (tais como nano hastes de ouro). Em suma, os sistemas e métodos da presente descrição

oferecem técnicas significativamente melhoradas para um sistema e método de geração de imagens combinadas de ultra-som e foto-acústicas.

Embora a presente descrição tenha sido apresentada com referência a realizações típicas e implementações desta, os sistemas e métodos descritos não estão limitados a tais realizações/implementações típicas. Ao invés disso, como será prontamente aparente a pessoas especialistas na técnica, a partir da descrição aqui provida, os sistemas e métodos são susceptíveis a modificações, alterações e melhoramentos, sem se afastar do espírito e escopo da presente descrição. Conseqüentemente, a presente descrição abrange expressamente tais modificações, alterações e melhoramentos dentro do escopo a este respeito.

Claims

1. Sistema de geração de imagens combinado, caracterizado pelo fato de compreender: um sistema de geração de imagens foto-acústicas; um sistema de geração de imagens de ultra-som; e pelo menos uma unidade de controle de temporização em comunicação com citado sistema de geração de imagens foto-acústicas e citado sistema de geração de imagens de ultra-som, adaptada para controlar a temporização dos citados sistemas de geração de imagens, de tal modo que a interferência de sinal é evitada.

2. Sistema de geração de imagens combinado, caracterizado pelo fato de compreender: meio para geras sinais foto-acústicos; pelo menos um primeiro transdutor adaptado para: (i) transmitir ondas de ultra-som; (ii) receber sinais de ultra-som gerados a partir das citadas ondas de ultra-som; e (iii) receber sinais foto-acústicos gerados a partir do citado meio de sinal foto-acústico; unidade de controle de temporização adaptada para estar em comunicação com citado meio de sinal foto-acústico e citado transdutor; onde citada unidade de controle de temporização é adaptada para controlar a temporização do citado meio de sinal foto-acústico e transdutor, de tal modo que interferência de sinal é evitada.

3. Sistema de geração de imagens, caracterizado pelo fato de compreender: meio para gerar sinais foto-acústicos; pelo menos um primeiro transdutor adaptado para: (i) transmitir ondas de ultra-som; (ii) receber sinais de ultra- som gerados a partir das citadas ondas de ultra-som; e (iii) receber sinais foto- acústicos gerados a partir do citado meio de sinal foto-acústico; unidade de controle de temporização adaptada para estar em comunicação com: (i) pelo menos um primeiro relógio adaptado para gerar um sinal de referência de tempo, (ii) citado meio de sinal foto-acústico, e (iii) citado transdutor, onde citada unidade de controle de temporização é adaptada para (i) controlar a temporização dos citados sinais foto-acústicos e temporização das citadas ondas de ultra-som, de tal modo que citadas ondas de ultra-som são transmitidas entre citados sinais foto-acústicos, e (iii) evitar interferência de sinal entre citados sinais de ultra-som e citados sinais foto- acústicos.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que citado meio de sinal foto-acústico é obtido por um sistema de iluminação adaptado para gerar um sinal foto-acústico dentro de uma amostra.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que citado sistema de iluminação é caracterizado por um feixe de energia.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que citado feixe de energia é um laser acoplado a um sistema de fornecimento óptico adaptado para iluminar uma amostra, onde citado sistema de fornecimento óptico, tendo um espelho e uma lente divergente é adaptado para aumentar a área do citado feixe para iluminar mais da citada amostra.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que citado feixe de energia é uma fonte de radiação de freqüência de pulso de microondas acoplada a um sistema de fornecimento de guia de onda.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 3 caracterizado pelo fato de que citadas ondas de ultra-som podem tomar a forma de um elemento selecionado do grupo consistindo de: feixes focalizados, ondas planas direcionadas, feixes de difração limitada, feixes de abertura sintética e combinações dos mesmos.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 5 caracterizado pelo fato de que citados sinais de ultra-som e citados sinais foto-acústicos são adaptados para gerar imagens de ultra-som e imagens foto-acústicas, respectivamente.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que citadas imagens de ultra-som e citadas imagens foto- acústicas são combinadas e visualizadas em um sistema de exibição.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que citada unidade de controle de temporização é adaptada para gerar sinais de comunicação múltiplos caracterizados por (i) sinal A adaptado para estar em comunicação com o sistema de iluminação, (ii) sinal B adaptado para estar em comunicação com um formador de feixe de transmissão; e (iii) sinal C adaptado para estar em comunicação com um formador de feixe de recepção.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que citado transdutor possui um arranjo de elementos piezelétricos e citado formador de feixe de transmissão é adaptado para estar em comunicação com citado arranjo de elementos piezelétricos.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de possuir um multiplexador (MUX) adaptado para facilitar a comunicação entre citado transdutor, citado formador de feixe de transmissão e citado formador de feixe de recepção.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que citado formador de feixe de recepção é adaptado para armazenar sinais de cada um dentre o citado arranjo de elementos piezelétricos do citado transdutor e aplica processamento apropriado dependendo de como citados sinais foram gerados.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que citado formador de feixe de recepção é adaptado para transmitir citados sinais a uma armazenagem temporária de quadro de ultra- som e uma armazenagem temporária de quadro foto-acústico adaptados para armazenar citadas imagens de ultra-som e imagens foto-acústicas respectivamente, onde citadas armazenagens temporárias de quadro são adaptadas para transmitir citadas imagens a um combinador de imagens adaptado para gerar uma imagem combinada, citado combinador de imagens é adaptado para transmitir citada imagem combinada a um sistema de exibição adaptado para exibir citada imagem combinada.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que citada unidade de controle de temporização inclui: (i) contador 1 adaptado para (a) estar em comunicação com o relógio, (b) ser um primeiro divisor de freqüência que conta até um valor de Dl /Tc gerando um primeiro pulso de saída, onde uma primeira porção do citado primeiro pulso é retardada pelo termo de retardo D3, onde uma primeira porção do citado pulso de saída retardado é o sinal A e uma segunda porção do pulso de saída retardado é adicionalmente retardada por um mono- estável 2 de duração D5, gerando sinal C e (c) ter uma segunda porção do citado primeiro pulso de saída retardada por um mono-estável 1 de duração D2; (ii) contador 2 adaptado para (a) estar em comunicação com o citado relógio, (b) receber uma primeira porção do pulso de saída retardado do mono-estável 1, e (c) ser um segundo divisor de freqüência e contar até um valor de D3/Tc gerando um segundo pulso de saída; (iii) uma porta AND adaptada para receber (a) pulso de saída do contador 2 e (b) uma segunda porção do pulso de saída retardado do mono- estável 1, gerando o sinal B.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que citado transdutor pode ser selecionado do grupo consistindo de um único elemento focalizado, um arranjo de elementos, um arranjo de abertura sintética, um arranjo formado de micro feixe, e combinações dos mesmos.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o arranjo de abertura sintética é adaptado para formar citados sinais de ultra-som, movendo citado arranjo de abertura sintética para diferentes posições na citada amostra e tomando uma medida a cada posição.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que transdutores múltiplos são usados, adaptados para gerar citados sinais de ultra-som tendo conjuntos múltiplos de medições, onde citada unidade de controle de temporização é adaptada para ser usada para evitar interferência acústica entre citados conjuntos múltiplos de medições.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que citada unidade de controle de temporização é adaptada para ser programada para gerar tempos de retardo múltiplos de tal modo que é evitada interferência de sinal.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que citada unidade de controle de temporização é adaptada para ser aplicada a geração de imagens médicas de um elemento do grupo consistindo de sistema vascular, tireóide, pele, seio, membros e combinações dos mesmos.

22. Sistema de geração de imagens, caracterizado pelo fato de compreender: meio para gerar sinais foto-acústicos; meio para gerar sinais de ultra-som; meio de recepção adaptado para receber citados sinais foto- acústicos e de ultra-som, uma unidade de controle de temporização adaptada para estar em comunicação com: (i) pelo menos um primeiro relógio adaptado para gerar um sinal de referência de tempo, (ii) citado meio de sinal foto-acústico, (iii) citado meio de sinal de ultra-som e (iv) citado meio de recepção, onde citada unidade de controle de temporização é adaptada para controlar a temporização do citado meio de geração de sinal foto-acústico e temporização do citado meio de geração de sinal foto-acústico para evitar interferência de sinal entre citados sinais de ultra-som e citados sinais foto-acústicos.

23. Sistema de geração de imagens de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que: citado meio para gerar sinal foto-acústico é um sistema de iluminação para iluminar uma amostra, citado meio para gerar sinais de ultra-som é pelo menos um primeiro transdutor adaptado para transmitir ondas de ultra-som na citada amostra, citado meio de recepção inclui: (i) pelo menos um segundo transdutor adaptado para receber pelo menos uma porção dos citados sinais de ultra-som; e (ii) pelo menos um terceiro transdutor adaptado para receber pelo menos uma porção dos citados sinais foto-acústicos.

24. Sistema de geração de imagens, caracterizado pelo fato de compreender: sistema de geração de imagens combinado feito pela combinação de pelo menos um sistema de geração de imagens foto-acústico com pelo menos um sistema de geração de imagens de ultra-som, onde citado sistema de geração de imagens foto-acústico é adaptado para gerar sinais foto- acústicos e citado sistema de geração de imagens de ultra-som é adaptado para gerar sinais de ultra-som, pelo menos uma primeira unidade de controle de temporização adaptada para: controlar a temporização do citado sistema de geração de imagens foto-acústico e sistema de geração de imagens de ultra-som, citados sinais de ultra-som sendo recebidos entre citados sinais foto-acústicos pelo citado transdutor, onde citados sinais de ultra-som e sinais foto-acústicos são adaptados para gerar imagens de ultra-som e imagens foto-acústicas.

25. Método para gerar uma imagem combinada foto-acústica e de ultra-som de uma amostra, caracterizado pelo fato de compreender: programar uma unidade de controle de temporização adaptada para se comunicar com (i) sistema de iluminação adaptado para gerar sinais foto-acústicos, (ii) meio de geração de imagens de ultra-som adaptado para gerar ondas de Oultra-som, e (iii) um formador de feixe de recepção; iluminar uma amostra com citado sistema de iluminação e receber citados sinais foto-acústicos por pelo menos um meio de recepção de sinal, transmitir citadas ondas de ultra-som para citada amostra e receber sinais de ultra-som resultantes das citadas ondas de ultra-som, por pelo menos um meio de recepção de sinal; onde citado meio de recepção está em comunicação com o citado formador de feixe de recepção, citado formador de feixe de recepção processa citados sinais de ultra-som e sinais foto-acústicos, onde citado processamento é adaptado para gerar imagens foto-acústicas e imagens de ultra-som, transmitir citadas imagens foto-acústicas e imagens de ultra- som a um sistema de visor.