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专利名称：光声影像装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种传感装置，且特别是有关于一种光声影像装置(photoacoustic imaging apparatus)。
背景技术：
当利用光照射组织(例如活体组织)时，组织在吸收光能后，会将部分光能转换成声能，并以声波的方式传播出去，这样的效应称之为光声效应(photoacoustic effect)。光声效应通常用于活体内部成像或分析物的化验。光声影像探头(photoacoustic imagingprobe)是利用光声效应，来确定活体的某区域的影像特征，一般至少包括一个超音波换能·器和一个光源。光线照射活体区域后，产生光声波信号传播出去，并由所提供的超音波换能器接受信号来确定影像特征。通常，超音波换能器与侦测区域的光源愈接近愈好，一般将超音波换能器与光源耦合在同一表面区域上。在此产生光源的区域因无法放置超音波换能器，所以无法侦测到光声波信号而导致盲区(blind spot)的产生。一般盲区的产生会不利于超音波换能器的灵敏度。为降低盲区对超音波换能器灵敏度的影响，输出光源的开口愈小愈好。然而小输出光源口径对制造而言比较困难。为了解决此问题，在光声影像探头上提供适当且稳定的照射功能，并具有相当大面积且均匀强度的光源是必须的。一种公知的光声影像探头在操作时利用配置于超音波换能器两侧的反射镜来改变激光光束的行进方向。当超音波换能器欲侦测组织于不同深度的光声波信号时，则须转动反射镜来改变激光光束照射于超音波换能器的侦测区域的深度。然而，这样的操作过于费时，无法将激光的能量作有效率地运用。

发明内容
本发明的一实施例提出一种光声影像装置，用以侦测待测物的光声影像。光声影像装置包括激光探头及透光式超音波传感器。激光探头用以发出激光光束。透光式超音波传感器配置于激光探头上，且激光探头所发出的激光光束穿透透光式超音波传感器而传递至待测物。为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。


图I为本发明的一实施例的光声影像装置的立体示意图。图2为图I中的激光探头与透光式超音波传感器于使用时的示意图。图3为图2的激光探头与透光式超音波传感器的立体示意图。图4绘示图I的光声影像装置所产生的激光光束的照射范围与透光式超音波传感器的传感范围重合的情形。
图5为图I的光声影像装置于两个不同方向的剖面的不意图。图6为图I的光声影像探头的局部剖面示意图。图7与图8为本发明的另二个实施例的光声影像探头的正视图。附图标记说明50:待测物52 :光吸收体60:音波阻抗匹配物质
100:光声影像装置110:激光产生器120 :光纤束200:光声影像探头210,210a,210b :激光探头212 :激光光束214、214a、214b :出光开口220 :透光式超音波传感器221 :超音波222 :透光式超音波传感单元310 :透光基板320:第一透光电极330 :透光绝缘层340 :图案化透光支撑结构350 :透光薄膜360:第二透光电极370 :透光保护层Al :照射范围A2 :传感范围C:空腔
具体实施例方式图I为本发明的一实施例的光声影像装置的立体示意图，图2为图I中的激光探头与透光式超音波传感器于使用时的示意图，图3为图2的激光探头与透光式超音波传感器的立体示意图，图4绘示图I的光声影像装置所产生的激光光束的照射范围与透光式超音波传感器的传感范围重合的情形。请参照图I至图4，本实施例的光声影像装置100用以侦测待测物50的光声影像。在本实施例中，待测物50为活体的组织或其他生物体或非生物体的组织。举例而言，待测物50例如为人体的皮肤。光声影像装置100包括激光探头210及透光式超音波传感器220。激光探头210用以发出激光光束212。透光式超音波传感器220配置于激光探头210上,且激光探头210所发出的激光光束212穿透透光式超音波传感器220而传递至待测物50。在本实施例中，待测物50受到激光光束212照射后，会产生超音波221。透光式超音波传感器220用以侦测超音波221。在本实施例中，超音波传感器220为超音波换能器，以将超音波221的声能转换为电能。此外，在本实施例中，激光光束212为脉冲式激光光束，当激光光束212照射于待测物50时，待测物50的结构会随着吸收脉冲式激光光束所产生的热能的变化而造成热胀冷缩，进而产生超音波。在本实施例中，由于透光式超音波传感器220相对于激光光束212而言是透明的，因此激光光束212穿透透光式超音波传感器220而传递至待测物50，且激光探头210沿着透光式超音波传感器220的传感范围A2发出激光光束212。换言之，如图4所绘示，激光光束212照射于待测物50的照射范围Al与透光式超音波传感器220的传感范围A2大致上是重合的。如此一来，透光式超音波传感器220的传感范围A2绝大部分都受到激光光束212的照射，因此透光式超音波传感器220可获得完整、无盲点的光声波影像信号(即超音波221所产生的超音波影像)。此外，由于绝大部分的传感范围A2都受到激光光束212的照射，因此本实施例的光声影像装置100可以不用像公知光声影像探头那样须移动反射镜来改变激光光束照射于超音波传感器的传感范围的深度。换言之，本实施例的光声影像装 置100充分利用激光光束212的能量来产生光声波，因此可使光声影像装置100在使用时较有效率。另外，由于透光式超音波传感器220是配置于激光探头210上，因此本实施例的光声影像装置100的结构较为简易，体积较小。在本实施例中，光声影像装置100更包括激光产生器110及光纤束120。激光产生器110用以提供激光光束212。光纤束120连接激光产生器110与激光探头210，以将来自激光产生器110的激光光束212传递至激光探头210。具体而言，激光产生器110所产生的激光光束212会进入光纤束120中，并在光纤束120中传递至激光探头210。在本实施例中，激光探头210与透光式超音波传感器220可构成光声影像探头200。在本实施例中，激光探头210包括出光开口 214，且激光探头210中的激光光束212经由出光开口 214传递至透光式超音波传感器220。透光式超音波传感器220配置于出光开口 214上，且透光式超音波传感器220的形状与出光开口 214的形状相符合。具体而言，在本实施例中，出光开口 214为线形开口。此外，在本实施例中，透光式超音波传感器220包括多个透光式超音波传感单元222，且这些透光式超音波传感单元222排列成线状。如此一来，透光式超音波传感器220的传感范围A2便为纵向深入待测物50的传感面，而激光光束212的照射范围Al亦为纵向深入待测物50的照射面。图5为图I的光声影像装置于两个不同方向的剖面的示意图。请参照图I、图2及图5，图5的左图为与出光开口 214(即线形开口)垂直的剖面图，而右图为与出光开口 214平行的剖面图。由图5可看出，光纤束120贯穿激光探头120而延伸至出光开口 214。此夕卜，光纤束120中的光纤在出光开口 214(即线形开口)的延伸方向上展开。此外，为了使待测物50的光吸收体52在吸收激光光束212后所发出的超音波221能够顺利地传递至透光式超音波传感器220，可在透光式超音波传感器220与待测物50之间涂布一层音波阻抗匹配物质60，以帮助超音波221的传递。图6为图I的光声影像探头的局部剖面示意图。请参照图I、图4与图6，在本实施例中，激光光束212的波长落在10纳米至2400纳米的范围内。此外，在本实施例中，透光式超音波传感器220对于激光光束212的透光率大于60 %。换言之，在本实施例中，透光式超音波传感器220对于波长落在10纳米至2400纳米的光的透光率大于60%。此外，在本实施例中，每一透光式超音波传感单元222包括透光基板310、第一透光电极320、透光绝缘层330、图案化透光支撑结构340、透光薄膜350及第二透光电极360。第一透光电极320配置于透光基板310上，透光绝缘层330配置于第一透光电极320上，图案化透光支撑结构340配置于透光绝缘层330上，且透光薄膜350配置于图案化透光支撑结构340上。透光绝缘层330、图案化透光支撑结构340及透光薄膜350之间形成至少一空腔C (在本实施例中是以多个空腔C为例)。空腔C中可填有空气或其他适当的气体。此外，第二透光电极360配置于透光薄膜350上。当超音波221传递至透光式超音波传感单元222时，会使透光式超音波传感单元222中的透光薄膜350振动。第一透光电极320及第二透光电极360则可感应到透光薄膜350的振动而产生电信号。如此一来，透光式超音波传感单元222便可以将超音波221转换为电信号。在本实施例中，透光基板310配置于激光探头210与第一透光电极320之间。换言之，透光式超音波传感单元222是以透光基板310的一侧面向激光探头210，如此可增进透光薄膜350传感超音波221的灵敏度。此外，在本实施例中，透光薄膜350与图案化透光支撑结构340适于让波长从10纳米至2400纳米的光穿透。具体而言，透光薄膜350与图案化 透光支撑结构340的材质可包括高分子材料、硅(Si)、石英(Si02)、氮化硅(Si3N4)、三氧化二铝(A1203)、单晶材料及其他可让波长从10纳米至2400纳米的光通过的材料的至少其中之一。上述高分子材料包括苯基环丁烯(benzocyclobutene, BCB)、聚酰亚胺(polyimide,PI)、环氧光阻SU8、聚二甲基娃氧烧(polydimethylsiloxane, PDMS)及其他高分子材料的至少其中之一。另外，在本实施例中，第一透光电极320与第二透光电极360的材料包括氧化铟锡及氧化铟锌的至少其中之一。此外，在本实施例中，透光基板310为玻璃基板或高分子基软性基板。在本实施例中，每一透光式超音波传感单元222更包括透光保护层370，配置于第二透光电极360上，以保护第二透光电极360。以下利用光学模拟数据来验证透光式超音波传感单元222的透光性，但并非用以限制本发明。所属领域中具有通常知识者在参照本发明的实施例后可对这些膜层的参数作适当的设定，但其仍属本发明的保护范畴。在本光学模拟中，透光基板310是采用厚度为500微米的BK7光学玻璃来模拟，第一透光电极320与第二透光电极360各是采用厚度为O. I微米的氧化铟锡层来模拟，空腔C中的气体是以I微米厚的空气来模拟，透光薄膜350是以I微米厚的介电层(如二氧化硅膜)来模拟，透光保护层370是以O. I微米厚的介电层(如聚酰亚胺膜)来模拟。本光学模拟所采用的BK7光学玻璃的折射率为I. 51184，消光系数(extinction coefficient)为O。氧化铟锡膜的折射率为I. 88，消光系数的绝对值为0.0056。空气的折射率为1，消光系数为O。二氧化硅的折射率为I. 454，消光系数为O。聚酰亚胺的折射率为I. 65，消光系数的绝对值为0. 0056。以上述参数作光学模拟后，可得到透光式超音波传感单元222的光穿透率为76. 399%，由此可验证本实施例的透光式超音波传感单元222具有高透光率。图7与图8为本发明的另二个实施例的光声影像探头的正视图。请先参照图7，本实施例的光声影像探头类似于图I的光声影像探头200，而两者的差异在于本实施例的激光探头210a的出光开口 214a为环状开口，且这些透光式超音波传感单元222排列成环状。如此一来，这些超音波传感单元222的传感区域可呈圆柱状，而激光探头210a所发出的照射区域亦同样呈圆柱状。请再参照图8，本实施例的光声影像探头类似于图I的光声影像探头200，而两者的差异在于本实施例的激光探头210b的出光开口 214b为阵列状开口，且这些透光式超音波传感单元222排列成阵列状。如此一来，这些超音波传感单元222的传感区域可呈三维空间状，而激光探头210b所发出的照射区域亦同样呈三维空间状，这样便能传感到三维空间的光声波影像。本发明并不限定出光开口的形状，亦不限定超音波传感单元222的排列形状，在其他实施例中，两者可呈其他适当的对应关系，且使这些超音波传感单元222的传感区·域与激光光束的照射区域大致上重合。综上所述，在本发明的实施例的光声影像装置中，由于透光式超音波传感器相对于激光光束而言是透明的，因此激光光束穿透透光式超音波传感器而传递至待测物。如此一来，激光光束照射于待测物的照射范围与透光式超音波传感器的传感范围便可以大致上重合。这样的话，透光式超音波传感器的传感范围绝大部分都受到激光光束的照射，因此透光式超音波传感器可获得完整、无盲点的光声波影像信号。此外，由于绝大部分的传感范围都受到激光光束的照射，因此本发明的实施例的光声影像装置可以不用像公知光声影像探头那样须移动反射镜来改变激光光束照射于超音波传感器的传感范围的深度。换言之，本发明的实施例的光声影像装置充分利用激光光束的能量来产生光声波，因此可使光声影像装置在使用时较有效率。另外，由于透光式超音波传感器是配置于激光探头上，因此本发明的实施例的光声影像装置的结构较为简易，体积较小。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种光声影像装置，其特征在于，用以侦测待测物的光声影像，所述光声影像装置包括 激光探头，用以发出激光光束；以及 透光式超音波传感器，配置于所述激光探头上，其中所述激光探头所发出的所述激光光束穿透所述透光式超音波传感器而传递至所述待测物。
2.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述待测物受到所述激光光束照射后，会产生超音波，所述透光式超音波传 感器用以侦测所述超音波，且所述激光探头沿着所述透光式超音波传感器的传感范围发出所述激光光束。
3.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述激光光束的波长落在10纳米至2400纳米的范围内。
4.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述激光探头包括出光开口，所述激光光束经由所述出光开口传递至所述透光式超音波传感器，所述透光式超音波传感器配置于所述出光开口上，且所述透光式超音波传感器的形状与所述出光开口的形状相符合。
5.如权利要求4所述的光声影像装置，其特征在于，所述出光开口为线形开口、环状开口或阵列状开口。
6.如权利要求4所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光式超音波传感器包括多个透光式超音波传感单元，且所述多个透光式超音波传感单元排列成线状、环状或阵列状。
7.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光式超音波传感器对于所述激光光束的透光率大于60%。
8.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，更包括 激光产生器，用以提供所述激光光束；以及 光纤束，连接所述激光产生器与所述激光探头，以将来自激光产生器的所述激光光束传递至所述激光探头。
9.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光式超音波传感器包括多个透光式超音波传感单元，每一所述透光式超音波传感单元包括 透光基板； 第一透光电极，配置于所述透光基板上； 透光绝缘层，配置于所述第一透光电极上； 图案化透光支撑结构，配置于所述透光绝缘层上； 透光薄膜，配置于所述图案化透光支撑结构上，其中所述透光绝缘层、所述图案化透光支撑结构及所述透光薄膜之间形成至少一空腔；以及 第二透光电极，配置于所述透光薄膜上。
10.如权利要求9所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光基板配置于所述激光探头与所述第一透光电极之间。
11.如权利要求9所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光薄膜与所述图案化透光支撑结构适于让波长从10纳米至2400纳米的光穿透。
12.如权利要求9所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光薄膜与所述图案化透光支撑结构的材质包括高分子材料、硅、石英、氮化硅、三氧化二铝及单晶材料的至少其中之
13.如权利要求9所述的光声影像装置，其特征在于，所述第一透光电极与所述第二透光电极的材料包括氧化铟锡及氧化铟锌的至少其中之一。
14.如权利要求9所述的光声影像装置，其特征在于，所述透光基板为玻璃基板或高分子基软性基板。
15.如权利要求I所述的光声影像装置，其特征在于，所述激光光束为脉冲式激光光束。
全文摘要
一种光声影像装置，用以侦测待测物的光声影像。光声影像装置包括激光探头及透光式超音波传感器。激光探头用以发出激光光束。透光式超音波传感器配置于激光探头上，且激光探头所发出的激光光束穿透透光式超音波传感器而传递至待测物。
文档编号G01N21/17GK102949177SQ20121008321
公开日2013年3月6日 申请日期2012年3月21日 优先权日2011年8月19日
发明者罗时斌, 陈秀香, 邱德义, 田万顶 申请人:财团法人工业技术研究院