一种血管内成像系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于血管内成像技术，特别是关于一种血管内成像系统及方法。
【背景技术】
[0002]血管内光声成像技术利用组织自身的光吸收对比和光声光谱的方法检测斑块的化学成分，且融合超声成像技术获得血管内的结构信息，有潜力成为易损斑块早期成像识别中一项重要的新技术。但是目前，文献及专利报道的血管内超声成像系统的成像速度一般为?0.05帧/秒，远不能满足临床使用要求。
[0003]血管内光声成像速度目前主要受限于脉冲光源的重复频率。可调谐脉冲光源的重复频率和其发出的激光脉冲能量成反比，传统的血管内光声成像系统入射为获得足够信噪比，常选用单脉冲能量高重复频率(1Hz?20Hz)较低的可调谐脉冲激光器，导致其成像速度非常慢。
[0004]易损斑块破裂是急性心血管事件的主要原因。易损斑块的早期诊断与预警，是降低心血管疾病死亡率的关键技术手段之一。现有临床血管内成像技术有三种，血管内超声、血管内光学相干层析、血管内红外光谱。血管内超声成像技术可以分辨血管壁各膜层结构，但由于各软组织成分声阻抗较接近，所以超声成像技术不能够准确的判断斑块成分。血管内光学断层成像技术具有10-20 μπι的高分辨率，可以较准确的检测薄纤维帽，但是其穿透深度通常仅有?1mm，在斑块上的穿透深度更小，无法对斑块的整体结构进行评估。血管内红外光谱可以获得组织成分信息，但没有深度信息，无法获得该成分物理位置。因此研发高分辨率和大成像深度，可获得形态和组分信息的血管内成像系统，已成为临床应用的迫切需求。
[0005]血管内光声成像技术是一种针对动脉粥样硬化的血管内成像技术，在获取斑块组织成分以及炎症生理功能信息方面表现出巨大的潜力。光声成像的基本原理，是通过探测生物组织吸收脉冲激光后，因瞬时热弹效应而产生的超声信号(光声信号)，来获取组织光吸收的信息。光声成像的对比度源自光吸收，而分辨率主要源自超声信号，这使得光声成像从根本上突破了 OCT、共聚焦显微镜等高分辨率纯光学成像方法由于光散射导致的低穿透深度局限。基于不同分子的选择性光吸收和光声光谱方法，可实现高灵敏度的斑块化学组分检测。光声成像技术本身可获得深度信息，结合超声成像技术，可分辨血管壁各膜层结构以及斑块的分布，为易损斑块的判断与识别提供了有力的依据。
[0006]现有的血管内光声成像系统一般由激光光源，親合光路，系统控制与信号米集，延时电路，超声信号收发仪，三维扫描系统和血管内窥装置组成。其中血管内窥装置中使用多模光纤导光，光纤末端加工恰当角度，利用全反射原理，使激光倾斜入射到组织表面。由于出射光束发散，所以入射到血管壁的能量密度大大降低。由于光声信号的强弱和入射到组织表面的能量密度成正比，在这种情况下，要获得足够的信噪比，所需的单脉冲能量在mj量级。目前单脉冲能量达到mj量级的可调谐脉冲激光器重复多为10Hz，所以现有的血管内光声成像系统常选用1Hz重复频率的可调谐脉冲激光器作为光源。当每帧由200条线组成时，其成像速度为?0.05帧/秒。
[0007]现有血管内窥装置末端出射光束发散，到达组织的能量密度较低，一般需要mj量级看脉冲能量以获得足够信噪比的光声信号。而目前能够提供mj能量的可调谐脉冲激光器，重复频率只有10-20HZ，所以目前的血管内光声系统一般采用1Hz的可调谐脉冲激光器，当每帧由200条线组成时，光声成像的速度为?0.05帧/秒，远不能满足活体介入成像的要求。可见，在目前的激光技术下，已有的血管内光声成像系统设计，是无法实现实时成像，这已成为限制血管内光声技术投入临床使用的关键因素之一。
【发明内容】
[0008]为了实现上述目的，本发明提供一种血管内成像系统及方法，以提高入射到组织表面的光通量密度及超声换能器的探测效率，降低对单脉冲能量的要求，并提高成像速度。
[0009]为了实现上述目的，本发明实施例提供一种血管内成像系统，所述的血管内成像系统包括:激光光源、耦合光路、信号采集与控制系统、延时电路、超声信号收发仪、三维扫描系统及光声/超声血管内窥装置；
[0010]所述激光光源发射的脉冲激光依次通过所述耦合光路、三维扫描系统导入所述光声/超声血管内窥装置，所述脉冲激光倾斜入射到血管壁上激发光声信号；
[0011]所述激光光源发射的同步触发信号经过所述延时电路后进入所述超声信号收发仪，所述超声信号收发仪根据所述同步触发信号控制所述光声/超声血管内窥装置发射并接收超声波信号；
[0012]所述信号采集与控制系统通过所述超声信号收发仪从所述光声/超声血管内窥装置接收所述光声信号及超声波信号，根据所述光声信号及超声波信号进行三维重建，生成血管内组织的三维图像以及横截面图像。
[0013]在一实施例中，所述光声/超声血管内窥装置包括:多模光纤，柔性弹簧线圈，匹配管，汇聚元件，反射元件，超声换能器，保护套及支撑元件；所述匹配管、汇聚元件、发射元件、超声换能器及支撑元件设置在所述保护套内；所述柔性弹簧线圈的一端固定在所述保护套的内壁，另一端连接所述三维扫描系统；所述多模光纤穿过所述匹配管内部并固定于所述汇聚元件的一端，所述反射元件固定于所述汇聚元件的另一端与所述超声换能器之间；所述超声换能器设置于所述支撑元件上；
[0014]其中，所述超声换能器的出射面垂直于所述血管壁或所述超声换能器的出射面与所述血管壁的夹角在预设角度范围内。
[0015]在一实施例中，所述预设角度范围为80度至100度。
[0016]在一实施例中，所述血管内成像系统的成像方式为:
[0017]所述脉冲激光经过所述多模光纤传输到所述光声/超声血管内窥装置，所述汇聚元件将所述脉冲激光聚焦后经过所述反射元件反射到所述血管壁上，激发所述光声信号，所述光声信号进入所述超声换能器；
[0018]所述超声信号收发仪接收所述激光光源发射的同步触发信号，根据所述同步触发信号控制所述超声换能器发射超声波信号，所述超声波信号经所述血管壁上反射后由所述超声换能器接收；
[0019]所述信号采集与控制系统通过所述超声信号收发仪从所述超声换能器接收所述光声信号及超声波信号；
[0020]根据所述光声信号及超声波信号进行三维重建，生成血管内组织的三维图像以及横截面图像。
[0021]在一实施例中，所述汇聚元件的数值孔径大于0.5。
[0022]在一实施例中，所述激光光源的频率大于或等于IKHz。
[0023]在一实施例中，所述脉冲激光以与所述光声/超声血管内窥装置的中心轴线10°?80°的倾斜角入射到所述血管壁上。
[0024]为了实现上述目的，本发明实施例还提供一种血管内成像方法，所述的血管内成像方法包括:
[0025]通过所述激光光源通过发射的脉冲激光及同步触发信号；
[0026]控制所述脉冲激光依次通过耦合光路、三维扫描系统导入所述光声/超声血管内窥装置，使所述脉冲激光倾斜入射到血管壁上后激发光声信号；
[0027]通过超声信号收发仪接收所述同步触发信号，并根据所述同步触发信号控制所述光声/超声血管内窥装置发射并接收超声波信号；
[0028]通过所述超声信号收发仪从所述光声/超声血管内窥装置接收所述光声信号及超声波信号；
[0029]根据所述光声信号及超声波信号