[發明專利]一種血管內成像系統及方法

在審

• 申請號: 201410829245.5
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104545811A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 宋亮;李巖;龔小競;林日強
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

技術領域

本發明是關于血管內成像技術，特別是關于一種血管內成像系統及方法。

背景技術

血管內光聲成像技術利用組織自身的光吸收對比和光聲光譜的方法檢測斑塊的化學成分，且融合超聲成像技術獲得血管內的結構信息，有潛力成為易損斑塊早期成像識別中一項重要的新技術。但是目前，文獻及專利報道的血管內超聲成像系統的成像速度一般為～0.05幀/秒，遠不能滿足臨床使用要求。

血管內光聲成像速度目前主要受限于脈沖光源的重復頻率。可調諧脈沖光源的重復頻率和其發出的激光脈沖能量成反比，傳統的血管內光聲成像系統入射為獲得足夠信噪比，常選用單脈沖能量高重復頻率(10Hz～20Hz)較低的可調諧脈沖激光器，導致其成像速度非常慢。

易損斑塊破裂是急性心血管事件的主要原因。易損斑塊的早期診斷與預警，是降低心血管疾病死亡率的關鍵技術手段之一。現有臨床血管內成像技術有三種，血管內超聲、血管內光學相干層析、血管內紅外光譜。血管內超聲成像技術可以分辨血管壁各膜層結構，但由于各軟組織成分聲阻抗較接近，所以超聲成像技術不能夠準確的判斷斑塊成分。血管內光學斷層成像技術具有10-20μm的高分辨率，可以較準確的檢測薄纖維帽，但是其穿透深度通常僅有～1mm，在斑塊上的穿透深度更小，無法對斑塊的整體結構進行評估。血管內紅外光譜可以獲得組織成分信息，但沒有深度信息，無法獲得該成分物理位置。因此研發高分辨率和大成像深度，可獲得形態和組分信息的血管內成像系統，已成為臨床應用的迫切需求。

血管內光聲成像技術是一種針對動脈粥樣硬化的血管內成像技術，在獲取斑塊組織成分以及炎癥生理功能信息方面表現出巨大的潛力。光聲成像的基本原理，是通過探測生物組織吸收脈沖激光后，因瞬時熱彈效應而產生的超聲信號(光聲信號)，來獲取組織光吸收的信息。光聲成像的對比度源自光吸收，而分辨率主要源自超聲信號，這使得光聲成像從根本上突破了OCT、共聚焦顯微鏡等高分辨率純光學成像方法由于光散射導致的低穿透深度局限。基于不同分子的選擇性光吸收和光聲光譜方法，可實現高靈敏度的斑塊化學組分檢測。光聲成像技術本身可獲得深度信息，結合超聲成像技術，可分辨血管壁各膜層結構以及斑塊的分布，為易損斑塊的判斷與識別提供了有力的依據。

現有的血管內光聲成像系統一般由激光光源，耦合光路，系統控制與信號采集，延時電路，超聲信號收發儀，三維掃描系統和血管內窺裝置組成。其中血管內窺裝置中使用多模光纖導光，光纖末端加工恰當角度，利用全反射原理，使激光傾斜入射到組織表面。由于出射光束發散，所以入射到血管壁的能量密度大大降低。由于光聲信號的強弱和入射到組織表面的能量密度成正比，在這種情況下，要獲得足夠的信噪比，所需的單脈沖能量在mJ量級。目前單脈沖能量達到mJ量級的可調諧脈沖激光器重復多為10Hz，所以現有的血管內光聲成像系統常選用10Hz重復頻率的可調諧脈沖激光器作為光源。當每幀由200條線組成時，其成像速度為～0.05幀/秒。

現有血管內窺裝置末端出射光束發散，到達組織的能量密度較低，一般需要mJ量級看脈沖能量以獲得足夠信噪比的光聲信號。而目前能夠提供mJ能量的可調諧脈沖激光器，重復頻率只有10-20Hz，所以目前的血管內光聲系統一般采用10Hz的可調諧脈沖激光器，當每幀由200條線組成時，光聲成像的速度為～0.05幀/秒，遠不能滿足活體介入成像的要求。可見，在目前的激光技術下，已有的血管內光聲成像系統設計，是無法實現實時成像，這已成為限制血管內光聲技術投入臨床使用的關鍵因素之一。

發明內容

為了實現上述目的，本發明提供一種血管內成像系統及方法，以提高入射到組織表面的光通量密度及超聲換能器的探測效率，降低對單脈沖能量的要求，并提高成像速度。

為了實現上述目的，本發明實施例提供一種血管內成像系統，所述的血管內成像系統包括：激光光源、耦合光路、信號采集與控制系統、延時電路、超聲信號收發儀、三維掃描系統及光聲/超聲血管內窺裝置；

所述激光光源發射的脈沖激光依次通過所述耦合光路、三維掃描系統導入所述光聲/超聲血管內窺裝置，所述脈沖激光傾斜入射到血管壁上激發光聲信號；

所述激光光源發射的同步觸發信號經過所述延時電路后進入所述超聲信號收發儀，所述超聲信號收發儀根據所述同步觸發信號控制所述光聲/超聲血管內窺裝置發射并接收超聲波信號；

所述信號采集與控制系統通過所述超聲信號收發儀從所述光聲/超聲血管內窺裝置接收所述光聲信號及超聲波信號，根據所述光聲信號及超聲波信號進行三維重建，生成血管內組織的三維圖像以及橫截面圖像。