CN102223840B - 光声成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明以用于使组织成像的***为特征，该***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***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。本发明还以使用该***使组织成像的方法为特征。

Description

光声成像设备
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***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***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***不可直接升级到小体积成像***。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***，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***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 UltrasonicSymposium 2：817-822，1981.6)。
目前不存在理想地适于小体积光声成像的***。因此，存在对新的小体积光声成像***的需要。
发明内容
通常，本发明以用于使组织成像的***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***为特征，该***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***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***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***(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***；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***；以及用于测量电磁辐射的能量的脉冲能量监测器。
在另一实施方式中，多个换能器的一部分能够将超声波传输到组织中，并且多个换能器的一部分能够接收从组织发射的超声波，其中***还能够产生组织的超声图像。
外壳被可选地定位在源和支撑结构之间，外壳还包括窗口，来自源的电磁辐射穿过窗口到达支撑结构。
***还可包括多个电磁辐射源，其中来自每个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，并且其中多个源被定位成照射组织的不同部分。
支撑结构可以或可以不使组织和腔中的声耦合介质分开。在某些实施方式中，***包括被布置在腔中并具有1450-1600米/秒的声速的声耦合介质。
优选的换能器具有1至30MHz的中心频率和大于50％的带宽。
外壳可包括球形内表面，例如，其中多个声换能器被定位在外壳的内表面上，以便每个换能器的最大灵敏度的轴线与球体的形心相交。这样的表面可具有80-150毫米的半径。外壳还可包括从球体赤道延伸以适应因将组织引入到支撑结构而造成的声耦合介质的移位的圆柱形部分。
示例性源以大于1赫兹的脉冲速率产生一个或多个脉冲的脉冲序列，每个脉冲具有小于500纳秒的单独的脉冲长度。每个脉冲的能量可选地大于0.03mJ。电磁辐射是例如红外线、可见光、紫外线、射频或微波。
***还可包括用于从热声响应生成组织的图像或体积表示的计算机。支撑结构可包括对于热声成像显示视场的标记。支撑结构的保持组织的部分可以或可以不与组织共形。支撑结构的保持组织的部分也可以或可选地成形为将组织维持在对于热声成像的实质上相同的方位上。
本发明还以通过下列操作来产生组织的热声图像的方法为特征：(a)提供如本文所述的用于成像的***；(b)将组织放置在支撑结构中；(c)启动源以诱发组织中的热声响应；(d)在多个声换能器处接收来自组织的热声响应的超声波；以及(e)从所接收的超声波生成热声图像或体积。
根据下面的描述、附图和权利要求，其它特征或优势将是明显的。
附图的简要说明
图1是示例性外壳的等轴测视图。
图2是贯穿没有外部盖的示例性***的剖视图。
图3示出示例性标本定位托盘。
图4示出具有E-锚链管理***的***。
图5示出使用采用激光照射的***使单个吸收点成像的结果。
图6示出从在采用激光照射的***中使完整的老鼠成像得到的体积图像。
发明详述
光声***已被开发以特别用于小体积成像(包括小动物成像)，其具有在疾病研究中的应用、程序的指导以及在学术研究、制药药物开发和临床应用领域中的疗法的监测的特殊目的。小体积成像是指所关注的单个器官或局部体积的成像，并区别于诸如磁共振(MR)、X射线计算机体层摄影(CT)和正电子发射体层摄影(PET)的方式可以采用的更一般的‘整体’成像，其中覆盖多个器官的大扫描量是可用的。
在其最简单的实施方式中，***包括电磁辐射源、声换能器、支撑结构和换能器所连接到的外壳。图2示出贯穿没有外部盖的***的剖视图。该***包括移动和静止的部分。桌面[1]连接到结构框架构件[6]，并提供在任何时候静止的工作表面。外壳和多个声换能器[2]位于桌面下方，并经由支撑支柱[5]连接到电机计算机控制的旋转台[8]以形成旋转组件。旋转台具有穿过其旋转轴[7]的通畅通路，其允许用于照射来自外壳下方的组织的无阻通路。组织支撑结构[4]搁置在桌面上并在数据采集程序期间始终保持静止。支撑结构连接到处理装置[3]，其允许托盘的拆除和定位。
该***还可包括如本文所述的各种额外的元件。在下面讨论***的单独的部件。应理解，***被构造成提供位于其内的组织的热声成像。
电磁辐射源
可采用能够在特定组织中产生热声响应的任何电磁辐射源。辐射可以是电离或非电离的，例如红外线、可见光、紫外线、射频(美国6,633,774)或微波(如10MHz至4GHz)。示例性源是激光。辐射可例如以大于1Hz的频率或连续地产生脉动。脉冲长度可小于500ns，并且每个脉冲的能量可小于1mJ，例如小于0.03mJ。该***还可以包括测量脉冲能量的监测器。
在一个实施方式中，可采用一个或多个源。当采用多个源时，它们通常被定位成照射不同位置处的组织。源可使辐射穿过外壳中的窗口。可选地，源被定位成从外壳之内或之上照射。从底部和顶部指向的源的组合导致沿正被成像的组织的更均匀的光分布。对于所有单独的源来说，可通过公共触发信号和触发延迟来使多个源同步。以这种方式，单独的源的累积能量将增强来自组织的热声信号响应。增强的信号通常是期望的，特别是当需要增加的灵敏度来检测痕量物质或吸收剂的浓度的微小变化时。不是使用多个源，可以使用具有***成多条通路的辐射的单个源，这些通路将从多个位置照射组织。
外壳
外壳是声换能器所连接到的并且容纳声耦合介质的结构。将介质放置在外壳中以提供换能器和位于支撑结构中的组织之间的声耦合，如下面更详细描述的。
外壳可以具有适合于换能器接收从放置在其内的组织发射的超声波的任何形状，例如球形。例如，可在例如具有80-150mm的半径的半球形外壳的内表面的一部分内将换能器布置为螺旋图案。
通常外壳填充有声耦合介质，例如液体(如水)或凝胶。声耦合介质在本领域中是已知的。声音在介质中的速度(SOS)可紧密匹配正被成像的组织的SOS。具有1450至1600米/秒的声速的介质是优选的。在一个实施方式中，水与甘油结合以产生具有所期望的SOS的介质。在一些实施方式中，外壳包括排水孔，以允许从外壳去除液体并便于清洗和消毒。排水孔被定位，以便它不会干扰检测器。外壳通常还包括体积(例如，半球的圆柱形扩展)，当支撑结构被******中时，耦合介质可以被转移到该体积中，如下面讨论的。
外壳可以由传导或非传导材料(其对于与无线电和微波频率一起使用是优选的)构造。诸如迭尔林和Ultem的工程热塑性塑料是合适的外壳材料，因为它们在化学上是惰性的和可加工的，并具有低吸水率。如上所述，外壳可包括对从源发射的辐射的窗口(或以其他方式是透明的)。
也可在外壳上(或邻近它)安装温度探针，以监测和/或调节声耦合介质的温度。维持一致的温度将导致穿过耦合介质的声音的一致的速度，并且也可以减少正被成像的组织的运动。这对于动物的成像特别恰当。可通过位于外壳上或内的加热器维持温度。可选地，介质例如水可以在具有恒温的外箱和外壳之间交换。优选地，只在连续扫描之间在外箱和外壳之间交换介质，以防止在扫描期间的泡沫形成。优选地，介质的温度匹配正被成像的组织的正常生理温度。在一些实施方式中，低于生理的温度是有利的。例如，在一些小动物成像应用(如老鼠)中，较低的心率可能是优选的，并可通过将液体的温度降低1-5摄氏度来实现。也可以降低温度以维持被隔离的组织的完整性。对介质的体内成像的正常温度范围将是30-39摄氏度。
图1是示例性外壳的等轴测视图。外壳[1]被加工、形成或模制以提供所需的几何形状。此图示出所加工的孔的图案，声接收器被放置到孔中并形成如在美国5,713,356和美国6,102,857中所描述的螺旋图案。在外壳的底部的窗口[2]提供入口，电磁辐射可穿过入口被传送到组织。排水孔[3]也位于外壳的最低点附近。具有阀的柔韧软管经由配件连接到排水孔，以允许声耦合介质从外壳去除。外壳中的额外孔提供温度传感器监测声耦合介质的温度的通道。
支撑结构
支撑结构容纳正被成像的组织。该结构被放置成与保持在外壳中的声耦合介质接触。优选地，支撑结构包括能够例如通过近似于正被成像的组织的形状(图3)来符合正被成像的组织的形状或被模制成对于热声成像将组织保持在实质上相同方位上的部分。支撑结构还将组织适当地定位在***的视场中，即，可以被热声成像的体积中。支撑结构的高度可以是可调节的，例如以允许组织在***的视场中垂直和/或水平地位于中心。标记可被包括在支撑结构上，以协助将组织定位在视场中。支撑结构可从***的其余部分移除或可沿***的一个侧面被铰接(或以其他方式连接)。这两种方法都将便于外壳的清洗。保持组织的该部分优选地防止组织和声耦合介质之间的接触。支撑结构也可包括模制部分以适应组织的非成像部分，例如臂、腿、动物尾巴等。结构可进一步允许用于传送或移除流体的导管(例如，动脉或静脉)连接到组织或其他元件连接到组织，例如心率、呼吸频率或温度。
支撑结构的保持组织的该部分(其可在本文称为支架)可以是可移除的和可任意处理的。可选地，这部分可在每次使用后被消毒。保持组织的该部分可以是刚性的或可变形的、预先形成的或平的。在容纳组织的部分中采用的材料的声阻抗匹配组织。另外，容纳组织的该部分可具有对正被采用的辐射的高透射率。保持组织的该部分的厚度例如在10到250微米之间。保持组织的该部分的合适材料的实例是：聚碳酸酯(例如Lexan)、聚乙烯、全氟弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯和塑料包装(例如，Saran)。
在另一个实施方式中，支撑结构允许组织在照射路径中的一部分与耦合介质直接接触。在此实施方式中，支撑结构不需要是照射能量可透过的，并且支撑结构的声阻抗不需要接近组织的声阻抗。
图3示出示例性的支撑结构。支架[1]被形成为接近所关注的组织的几何形状。支撑结构具有水平边缘[2]和螺丝孔[3]，螺丝孔[3]允许它连接到处理装置。对于扫描程序，支撑结构与处理装置一起被***到桌面中。支撑结构和支架的几何形状都具有适当的尺寸，以便所关注的组织位于外壳中的每个声换能器的有效视场处。
声换能器
***包括用于接收热声地产生的超声波的多个声换能器，例如至少128个声换能器。可如本领域已知的在外壳上将换能器布置为例如在美国6,102,857中公开的螺旋图案。当外壳具有球形表面时，换能器可被布置成使得每个换能器的最大灵敏度的轴线与球体形心相交。示例性换能器具有1到30MHz的中心频率和至少50％的带宽。
一个或多个换能器可被用作超声波的发射器，而一个或多个其它换能器被用作用于产生超声图像的接收器。
E-链或其他电缆管理***可与换能器一起使用来将它们连接到数据存储和/或分析部件。
额外的部件
***还可包括与外壳一道密封组织的盖。这样的盖也可以提供用于将电磁辐射源或直接辐射的光学器件安装到组织的结构。***还可以包括从电磁辐射屏蔽组织的部分的保护屏。
另外，可以包括并使用例如具有从300到1064nm的灵敏度的光学相机以在热声成像期间监测组织或在成像程序期间基于反射、透射或发射例如荧光来形成光学图像。相机可被集成到在正被扫描的组织之上的盖中、在组织的侧面或在具有使用中继光学器件得到的组织的光学图像的成像***的外部。
***还可包括相对于组织和/或辐射源移动外壳的旋转台。该台旋转以从多个视角提供热声波形。旋转台可具有穿过其垂直轴线的孔，以提供到外壳的底部处的窗口的无阻光路。可手工驱动或由允许例如1度或更少的离散增量或连续旋转的计算机控制的驱动***驱动旋转台。旋转台还可包括允许在任何给定时间记录角位置的编码器。
***可进一步包括数据存储和/或数据分析部件。在一个实施方式中，***包括数字采集***，其采集并存储由换能器接收的热声响应信号。***还可包括计算机，其基于所接收的热声响应生成组织的二维图像或三维体积表示。当换能器被用来发送和接收超声波时，数据存储和采集部件和/或计算机也可以被用来存储和生成超声图像或体积。
***可进一步包括：桌面，其(在支柱上铰接)倾斜使得外壳表面可易于清洗和消毒；光学上不透明的盖，其放置在成像区域之上以在成像期间提供对杂散激光的屏蔽；或者在盖上的互锁开关，其当盖打开时连接到激光器以确保没有对成像区域的曝光。
使用的方法
可采用本发明的***来产生组织的热声图像和体积表示，如本领域已知的。成像的组织可以是整个生物体，例如植物、老鼠、鼠或兔；动物的部分，例如手、脚或胸；或者从动物切除或在培养基中生长的物质，例如活检标本或组织移植物。
实施例
如下描述示例性***。下面具体描述的任何部件可与***的其它部件一起被采用并且通常适用于本发明。图4示出从上观看的没有外部盖的***。外壳[1]中的声换能器旋转过360度，以在其被照射时提供从组织发射的热声波形的多个视图。每个声换能器具有(信号和地面)电线对。来自外壳中的所有声换能器的电线对聚集在一起以形成电缆。电缆被引导而穿过在扫描器[3]的旋转部分上的配件和静止扫描框架[4]上的配件之间的电子锚链管理***[2]，允许电缆在光声扫描器内的无阻运动。流入管[5]将温度控制的声耦合介质传送到外壳中，而流出管从外壳去除声耦合介质并将它输送到外部温度控制单元。流入/流出管的组合、外部泵和温度控制单元允许声耦合介质在成像程序期间处于恒定和控制的温度。
能量源是能够在300-1064nm的波长处产生每脉冲40mJ的可调谐OPO激光源，脉冲持续时间＜10ns。激光诱发正被成像的组织中的加热。包括透镜、扩散器、滤波器、棱镜、反射镜和光纤电缆的光链用来将从激光器发射的光转射到组织。分光器被用来提供用于照射视场中的组织的两个单独的光源。可选地，将额外的光束通路与具有光电二极管的积分球合并以监测每个激光脉冲的能量。一个光束通路落在动物上，而其它光束通路(＜总数的5％)被转射到积分球(或备用的光束监测设备)，以量化每脉冲的光输出。在扫描序列期间由光束监测器测量的每个脉冲的能量被记录在计算机上作为采集序列的一部分。
128个声换能器被布置在具有在底部处的光学窗口(来自底部的光照射的入口)的半球形外壳(4”半径)内。换能器(未聚焦的平坦前表面)被布置为螺旋图案。每个换能器具有一对电线(信号和地面，大批地导线聚集在一起成为一个导线)。信号电线和地电线聚集在一起成为组成电缆的具有***的束。电缆约2米长并终止于156管脚连接器(标准超声ITT/佳能DL-1连接器)。
DL-1连接器与具有128个通道的数字采集***(DAS)配对，数字采集***使来自128个换能器的每个的输入信号数字化。DAS具有带有两个放大器级的模拟电子器件，其提供30dB增益并以5、10、20、40MHz的采样率数字化。采用汉宁或汉明窗口的具有用户可选择的截止频率的抗混叠滤波器在可用在增益-A/D电子器件中以消除由欠采样产生的伪像。信号被数字化并存储到现场可编程门阵列(FPGA)(24比特/样本)中，每个换能器存储多达2048个样本。由多个激光脉冲生成的单独信号可在FPGA中平均以提供增加的信噪比。可采用例如具有256或512个检测器的多个DAS。
可以通过通用串行总线(USB)连接从来自采集计算机的DAS的命令设置来自辐射源的脉冲的数量、抗混叠滤波器的选择、数字化率和放大器增益。
DAS具有触发输入。来自激光器的脉冲触发数字化。波形被放大、数字化、与来自其它激光脉冲的波形平均以及存储在FPGA中。一旦换能器的几何形状的给定位置的所有激光脉冲都被采集并平均，因而产生的数字化波形就被传送到采集计算机。
通过使用阵列中的单个换能器元件作为发射器，通过将RF脉冲放在它的信号线上形成超声图像。对外壳中的所有换能器记录从组织返回的因而产生的信号。可对阵列中的所有单独的换能器和对外壳的多个旋转位置重复超声发送过程。所记录的信号被用来形成正被成像的组织的超声图像。
外壳搁置在旋转台上。该台旋转以提供从多个视角收集的热声波形。旋转台具有穿过其垂直轴线的孔，以提供从光纤到外壳的底部处的玻璃入口窗的无阻光通路。旋转台由允许离散增量或连续旋转的计算机控制的驱动***驱动。旋转台具有允许在任何给定时间记录角位置的编码器。
成像区域(FOV)在外壳的等中心处被置于中心。给定换能器的布置，这个等中心也可以被理解为成像的最佳点。换能器位于外壳中以便中心轴(垂直于换能器的前端面)在等中心点处相交。
外壳是具有从赤道边缘上升(1.5”)的垂直壁(圆柱形)的半球。这为将填充外壳的耦合介质提供用于成像的组织和每个换能器之间的声耦合的能力。
保持组织的支撑结构位于外壳之上并具有孔(～5”半径)。可变形塑料的模制支架(即，支撑结构的保持组织的部分)被放入支撑结构中的孔中。可变形的支架由具有接近于或匹配耦合介质例如水的声阻抗的声阻抗的材料制成。支架的形状和几何形状允许组织位于有用的成像FOV内。
光传送是来自外壳的底部、穿过具有光束大小的窗口，使得照射动物的激光脉冲的面积是1平方厘米。可选地，可使光从下面和从上面传送，其中来自标本上面的光可照射(相对于来自下面的光)相对的表面。上面的光由可被手工定位的光纤传送。
可垂直地调整支架的高度。水平地来自侧面的激光的平面可用于确定标本的最佳高度。最佳高度可由指向组织的等中心(或所关注的其它区域)的激光确定。支撑结构和支架上的标记促进标本在水平面中的定位，标记示出FOV的中心和FOV的外边界。支撑结构和/或支架部分具有符合正被成像的啮齿动物的尾巴的成形特点，以便于用于对比材料的注射或连续注入的导管***。外壳被流体例如水填充，以提供从换能器到支架的声耦合。组织使用声耦合凝胶耦合到支架。
***还包括数字控制单元，其具有若干功能：监测每个激光脉冲的能量；控制机械快门例如电机致动器来阻挡激光束(光束停止)，并允许激光被调整而没有暴露成像区域；旋转台编码以记录台的角位置；以及填充外壳的液体的温度监测。
***还包括控制数据采集的采集计算机。典型的应用序列包括通过将命令发送到运动控制设备以确定外壳的角位置的对运动的控制；通过设置脉冲速率和波长借助于串行通信的激光；确定数字化率、滤波功能、增益和穿过USB组的每换能器位置平均的脉冲数的DAS控制；以及控制光束停止监测液体温度并读出脉冲能量的微控制器。
对每个传感器的脉冲响应被记录。特征函数存储在计算机上。数字化的每个信号与该换能器的相应滤波函数去卷积。计算时间导数(美国5,713,356)。对于换能器几何形状的每个位置，每个换能器的数据被向后投射(Kruger等人，Photoacoustic ultrasound(PAUS)-reconstructiontomography，Med.Phys.22(10)，Oct.1995，pp.1605-1609)。使用128个换能器和小于180度的旋转的图像重建是可能的。使用256个换能器允许用于最佳采样的180度旋转的使用。
图5示出使200微米吸收测试对象成像的结果。将由高吸收打印机墨水组成的200微米的圆圈打印到薄的、透明的Mylar纸上。圆圈大致被放置在外壳的球心处，并使用光声***成像。打印机墨点被在波长800nm处的、具有每脉冲能量6mJ的7纳秒脉冲的光照射。从光吸收圆圈发射的热声波形被外壳中的128个声波接收器检测，由对20兆赫兹处的波形采样的128个通道数字采集***数字化，并被存储在计算机中。对多个视角在360度内的64个相等分布的旋转位置处采集热声数据。来自所有声接收器、来自所有视角的数字化数据使用如在Kruger等人的Photoacousticultrasound(PAUS)-reconstruction tomography，Med.Phys.22(10)，Oct.1995，pp.1605-1609中描述的方法被重建。表示相对吸收的因而产生的强度图在图5(a)中示出。穿过吸收打印机油墨圆圈的中心的重建的数据的强度分布在图5(b)中示出。在分布曲线的半高处的全宽为280微米。
图6示出从使用800nm处的7ns激光脉冲使完整的老鼠成像得到的重建的光声体积。在360度的跨度上外壳的64个相等地间隔开的旋转位置处采集热声波形。该图像表示穿过老鼠腹部的3毫米冠状切面的最大强度投影。很多腹部器官连同腰椎是清晰可见的。
其它实施方式
本文提到的所有出版物、专利和专利申请出版物由此通过引用被并入。本发明的所述化合物的各种修改和变化对于本领域的技术人员来说将是明显的，而不偏离本发明的范围和精神。虽然已结合某些实施方式描述了本发明，但是应当理解，所主张的发明不应不适当地限于这样的实施方式。事实上，对于相关领域的技术人员来说明显的用于实现本发明的所描述的模式的各种修改被规定为在本发明的范围内。

Claims (29)

1.一种用于使组织成像的***，包括：
(i)电磁辐射源；
(ii)外壳，其包括多个声换能器；
(iii)支撑结构，其包括用于保持组织的部分，并***在所述外壳中；以及
(iv)腔，其在所述外壳和所述支撑结构之间，用于容纳声耦合介质；
其中，来自所述源的电磁辐射足以诱发在位于所述支撑结构中的所述组织中的热声响应，并且所述多个声换能器被定位成接收来自所述组织的所述热声响应的超声波，以及
其中，(a)用于保持所述组织的所述部分具有小于250微米的厚度，并且所述部分的声阻抗匹配所述组织，或(b)所述部分允许所述组织和所述声耦合介质之间的接触。
2.如权利要求1所述的***，还包括被定位成监测所述支撑结构中的所述组织的光学相机。
3.如权利要求2所述的***，其中，所述相机对从300到1064纳米的光敏感。
4.如权利要求1所述的***，还包括用于使所述外壳相对于所述支撑结构旋转的机电运动控制***。
5.如权利要求4所述的***，其中，所述运动控制***能够以1度或更少的离散运动旋转。
6.如权利要求1所述的***，还包括用于采集和存储由所述多个声换能器接收的热声响应信号的数字采集***。
7.如权利要求1所述的***，还包括用于维持所述腔中的声耦合介质的规定温度的温度监测和控制***。
8.如权利要求7所述的***，其中，所述规定温度在30和39℃之间。
9.如权利要求1所述的***，还包括用于测量所述电磁辐射的能量的脉冲能量监测器。
10.如权利要求1所述的***，其中，所述多个声换能器能够将超声波传输到所述组织中，并且所述多个声换能器能够接收从所述组织发射的超声波，其中，所述***还能够产生所述组织的超声图像，通过使用阵列中的单个换能器元件作为发射器并对所述外壳中的所有换能器记录返回的信号来形成所述超声图像，其中，所述超声波传输的过程可选择地对阵列中的所有单独的换能器和对所述外壳的多个旋转位置重复。
11.如权利要求1所述的***，其中，所述外壳被定位在所述源和所述支撑结构之间，并且所述外壳还包括窗口，来自所述源的电磁辐射穿过所述窗口到达所述支撑结构。
12.如权利要求1所述的***，还包括多个电磁辐射源，其中，来自每个源的电磁辐射足以诱发在位于所述支撑结构中的所述组织中的热声响应，并且其中，所述多个电磁辐射源被定位成照射所述组织的不同部分。
13.如权利要求1所述的***，其中，所述支撑结构使所述组织和所述腔中的声耦合介质分开。
14.如权利要求1所述的***，还包括被布置在所述腔中并具有1450-1600米/秒的声速的声耦合介质。
15.如权利要求1所述的***，其中，所述多个声换能器包括至少128个。
16.如权利要求1所述的***，其中，所述多个声换能器的每个具有1至30MHz的中心频率和大于50％的带宽。
17.如权利要求1所述的***，其中，所述外壳包括球形内表面。
18.如权利要求17所述的***，其中，所述多个声换能器被定位在所述外壳的所述内表面上，以便每个换能器的最大灵敏度的轴线与球体的形心相交。
19.如权利要求17所述的***，其中，所述内表面具有80-150毫米的半径。
20.如权利要求17所述的***，其中，所述外壳是具有圆柱形部分的半球，该圆柱形部分从所述球体赤道延伸以适应因将所述组织引入到所述支撑结构而造成的声耦合介质的移位。
21.如权利要求1所述的***，其中，所述源以大于1赫兹的脉冲速率产生一个或多个脉冲的脉冲序列，每个脉冲具有小于500纳秒的单独的脉冲长度。
22.如权利要求21所述的***，其中，每个脉冲的能量大于0.03mJ。
23.如权利要求1所述的***，其中，所述电磁辐射是红外线、可见光、紫外线、射频或微波。
24.如权利要求1所述的***，还包括用于从所述热声响应生成所述组织的图像的计算机。
25.如权利要求1所述的***，还包括用于从所述热声响应生成所述组织的体积表示的计算机。
26.如权利要求1所述的***，其中，所述支撑结构还包括显示热声成像的视场的标记。
27.如权利要求1所述的***，其中，所述支撑结构的所述部分与所述组织共形。
28.如权利要求1所述的***，其中，所述支撑结构的所述部分被成形为将所述组织维持在用于热声成像的实质上相同的方位上。
29.一种产生组织的热声图像的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于使组织成像的***，所述***包括：
(i)电磁辐射源；
(ii)外壳，其包括多个声换能器；
(iii)支撑结构，其包括用于保持组织的部分，并***在所述外壳中，其中，所述部分具有小于250微米的厚度，并且所述部分的声阻抗匹配所述组织；以及
(iv)腔，其在所述外壳和所述支撑结构之间，用于容纳声耦合介质；
(b)将所述组织放置在所述支撑结构中；
(c)启动所述源以诱发所述组织中的热声响应；
(d)在所述多个声换能器处接收来自所述组织的所述热声响应的超声波；以及
(e)从所接收的超声波生成热声图像或体积。
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