[发明专利]可穿戴式阵列换能器探头及小动物脑功能光声成像系统

说明书

技术领域

本发明属于脑功能成像装置领域，特别涉及了可穿戴式阵列换能器探头及小动物脑功能光声成像系统。

背景技术

脑是人类精神和智力活动的器官，是人类一切活动的中枢，它的健康与否决定着人们的生命及其生存质量。人脑又是迄今所知最复杂的系统，揭示人脑奥秘，提高脑功能认识是当今科学研究及治疗的迫切任务，也是对自然科学的一大挑战。近 20 年来，随着现代物理、电子与计算机技术的迅速发展，脑功能成像技术取得了长足的进步，如：功能性核磁共振成像技术(FMRI)、正电子发射断层扫描技术(PET)、单一正电子发射计算机断层扫描技术(SPECT)、脑磁图(MEG) 和近红外线光谱分析技术(FNIRI)、事件相关电位(ERP)、脑电图(EEG)等。目前脑功能成像多采用PET 和FMRI，这两种技术的主要优势是：可以应用于人体实验；空间分辨率与时间分辨率较好；可用来绘制全脑图像。但其高昂的设备费用及庞大的体积限制了其进一步普及和全面应用。而许多前沿的脑功能成像技术由于受伦理及道德的约束也无法直接在人体实验。

所谓光声成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了光学成像的多光谱功能成像和超声成像的高穿透深度特性，可提供高分辨率和高对比的组织及功能成像。目前，国际上采用光声成像技术进行小动物实验的设备主要有加拿大Visual Sonics公司生产研制的Vevo LAZR小动物光声成像系统和美国Enlight Biosciences子公司生产的Nexus-128光声成像系统。但目前的光声成像设备主要观测的是小动物的体成像，而无特定针对脑成像的功能，而且Vevo LAZR和Nexus-128均采用的是可调谐脉冲激光器作为激励光源，因而设备体积大，造价昂贵，目前市场售价前者约为300万元/台，后者约250万元/台，这也限制了光声成像设备的普及和应用范围。另外，Vevo LAZR和Nexus-128系统在进行小动物光声成像时，和绝大多数脑功能成像设备一样，均需对小动物进行麻醉和固定处理，以防止成像时小动物肢体运动所导致的偏差。虽然这有利于提高成像质量的稳定性，但也遏制了光声成像尤其是其在脑功能成像时，观测小动物在自由活动状态下脑功能的可能。

发明内容

为了解决背景技术存在的问题，本发明旨在提供可穿戴式阵列换能器探头及基于该探头的光声成像系统，克服现有小动物光声成像装置体积大、成本高、无专门针对大脑功能成像且需麻醉固定小动物观测等不利因素。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

可穿戴式阵列换能器探头，穿戴在小动物的脑部，包含碗状外壳、顶部连接器、换能器阵列、底部密封圈和橡胶扣带，所述顶部连接器设置在碗状外壳的顶端，换能器阵列均匀分布在碗状外壳的内部，底部密封圈安装在碗状外壳的底部，橡胶扣带安装在底部密封圈上，所述顶部连接器包含光束扩大器和对接头，对接头连接换能器阵列，光束扩大器引导激光均匀照射在小动物的脑部；所述换能器阵列能发射超声波。

其中，上述橡胶扣带通过螺口固定在底部密封圈上。

其中，上述碗状外壳和底部密封圈能同比例缩放。

本发明还包含基于上述可穿戴式阵列换能器探头的光声成像系统，包括前述的可穿戴式阵列换能器探头、复合电缆、集成光源发生器、显示器以及主机，所述复合电缆包含光信号线和数据线，可穿戴式阵列换能器探头的光束扩大器经光信号线与集成光源发生器相连，可穿戴式阵列换能器探头的对接头经数据线与主机相连；所述主机选择集成光源发生器的工作波长和脉冲强度，通过光信号线将激光入射到可穿戴式阵列换能器探头，使激光均匀地照射到小动物脑部，可穿戴式阵列换能器探头的换能器阵列也能自主向小动物脑部发射超声波，并利用换能器阵列探测小动物脑部产生的光声信号，并经数据线将光声信号传送到主机，由主机上装载的光声成像软件完成小动物大脑的光声成像，并最终显示在显示器上。

其中，上述显示器、主机和集成光源发生器装载在可移动的平台上。

其中，上述光信号线为光纤束，或者光信号线包含单根多模光纤和光纤合路器，集成光源发生器经光纤合路器与单根多模光纤链连接。

其中，上述集成光源发生器包含若干不同波长的半导体激光器，或者包含若干不同波长的激光二极管，或者包含若干不同波长的调制脉冲式LED，其波长范围在650nm~1250nm之间。

采用上述技术方案带来的有益效果是：