柔性可穿戴式阵列探头及颅内成像系统的制作方法

本发明公开了一种柔性可穿戴式阵列探头及颅内成像系统，属于颅内成像。

背景技术：

1、颅内成像技术是一种利用物理、电子、计算机等现代科学技术，对大脑的结构和功能进行观测和分析的技术。它在神经科学、医学、心理学等领域有重要的应用和价值。颅内成像技术的发展可以帮助我们深入了解大脑的工作原理，揭示认知、情感、行为等心理过程的神经基础，诊断和治疗各种神经系统疾病。颅内成像技术的发展也可以推动人工智能、脑机接口、类脑计算等新兴领域的创新和突破，为人类社会的进步和发展做出贡献。目前，颅内成像技术已经形成了多种不同的成像方法，各有其优势和局限。例如：脑电图、脑磁图、功能性近红外光谱、正电子发射断层扫描、核磁共振成像等。目前的颅内成像通常使用正电子发射断层扫描和核磁共振成像方法，这两种方法都可以应用于人体实验，能够提供全脑图像，但它们都需要昂贵、复杂且体积庞大的设备，限制了其普及和全面应用。

2、近年来，研究人员提出了一种超声颅内功能成像的方法，超声颅内功能成像是一种无损神经科学成像方法，它具有高时间/空间分辨率、高对比度、便携和无创的特性，可提供清晰和详细的大脑结构和功能成像。

3、现有技术中超声颅内功能成像的方法主要是经颅多普勒超声(transcranialdoppler，tcd)。但目前的tcd方法主要观测的是大脑的血流或血容量变化，而不是神经元的活动，因而需要通过神经血管耦合机制来推断大脑功能活动。tcd检查还受到操作者技术的影响，其主要缺陷是操作者不能看到颅内血管的走行及血管与超声束之间的角度，降低了血流速度重复测量的准确性。总体而言，经颅多普勒超声的失败率为2.7％～5％。其原因为部分检测者的颅骨增厚、动脉迂曲、动脉移位等。综上，传统的超声多普勒血流成像的主要局限性在于不够灵敏，无法检测出小血管的低速血流，而发生血液动力学反应的主要是小血管。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，提供一种柔性可穿戴式阵列探头及颅内成像系统，以解决现有技术中经颅多普勒超声存在的灵敏度低，无法检测小血管的低速血流，导致的颅内成像结果不精确的技术问题。

2、本发明的第一方面提供了一种柔性可穿戴式阵列探头，包括由多个阵列排布的传感单元组成的柔性传感阵列、半球形的支撑外壳和固定带；

3、所述柔性传感阵列固定设置于所述支撑外壳内，用于向待测生物组织发送超声波信号，并接收所述待测生物组织返回的超声波信号；

4、每个所述传感单元包括一个接收模块和围绕所述接收模块设置的m个发射模块，所述接收模块与每一个所述发射模块柔性连接；

5、相邻两个所述传感单元之间共用一个发射模块；

6、所述固定带与所述支撑外壳连接，用于将所述支撑外壳固定在所述待测生物组织上。

7、优选地，所述接收模块包括敏感层和光纤传感单元；

8、所述敏感层设置于所述光纤传感单元的端口上，用于接收所述待测生物组织返回的超声波信号，所述超声波信号通过敏感层的弹光效应对所述光纤传感单元中传输的激光进行折射率调制。

9、优选地，还包括连接器，所述连接器内包括导线对接头和光纤接口；

10、所述导线对接头与所述发射模块连接；

11、所述光纤接口与所述光纤传感单元连接。

12、优选地，还包括缓冲层；

13、所述缓冲层设置于所述支撑外壳与所述柔性传感阵列之间。

14、优选地，还包括喉箍；

15、所述喉箍的箍体与所述缓冲层相接，喉箍的螺丝扣设置于所述支撑外壳的外部。

16、本发明的第二方面提供了一种颅内成像系统，包括信号发生器、光源发生器、光信号解调器成像单元和上述柔性可穿戴式阵列探头；

17、所述信号发生器与发射模块连接，用于产生激励电信号，使所述发射模块产生超声波信号；

18、所述光源发生器与所述接收模块连接，用于向所述接收模块提供激光，所述激光被所述待测头部返回的超声波信号调制；

19、所述光信号解调器与所述接收模块连接，用于从所述激光上解调折射率变化，从而得到所述待测头部返回的超声波信号对应的电信号；

20、所述成像单元与所述光信号解调器连接，用于根据所述电信号生成颅内图像。

21、优选地，所述成像单元包括控制设备和显示器；

22、所述控制设备与所述光信号解调器连接，用于根据所述电信号生成颅内图像；

23、所述显示器与所述控制设备连接，用于显示所述颅内图像。

24、优选地，还包括功率放大器；

25、所述功率放大器设置于所述信号发生器和所述发射模块之间，用于对所述激励电信号进行功率放大，并传输至所述发射模块。

26、优选地，所述光源发生器与所述接收模块通过多模光纤连接。

27、优选地，所述光源发生器为半导体激光器，所述半导体激光器发射的激光的波长为1550nm。

28、本发明的柔性可穿戴式阵列探头及颅内成像系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：

29、本发明的柔性传感阵列可与待测生物组织曲面紧密贴合，有效降低了超声在空气和骨头中的衰减和反射，提高了超声能量的利用率和信噪比，实现超声的高效激发、传输与高灵敏度接收，提高成像质量和分辨率，可以对生物颅脑等待测生物组织进行高效、安全、无创的超声成像，以颅脑成像为例，可实现大脑结构和功能的可视化，如脑血流、脑氧饱和度、神经元活动等，为研究大脑认知机制、诊断神经退行性疾病、评估脑损伤程度等提供了新的手段。

技术特征：

1.一种柔性可穿戴式阵列探头，其特征在于，包括由多个阵列排布的传感单元组成的柔性传感阵列、半球形的支撑外壳和固定带；

2.根据权利要求1所述的柔性可穿戴式阵列探头，其特征在于，所述接收模块包括敏感层和光纤传感单元；

3.根据权利要求2所述的柔性可穿戴式阵列探头，其特征在于，还包括连接器，所述连接器内包括导线对接头和光纤接口；

4.根据权利要求1所述的柔性可穿戴式阵列探头，其特征在于，还包括缓冲层；

5.根据权利要求4所述的柔性可穿戴式阵列探头，其特征在于，还包括喉箍；

6.一种颅内成像系统，其特征在于，包括信号发生器、光源发生器、光信号解调器、成像单元和权利要求1-5任一项所述的柔性可穿戴式阵列探头；

7.根据权利要求6所述的颅内成像系统，其特征在于，所述成像单元包括控制设备和显示器；

8.根据权利要求6所述的颅内成像系统，其特征在于，还包括功率放大器；

9.根据权利要求6所述的颅内成像系统，其特征在于，所述光源发生器与所述接收模块通过多模光纤连接。

10.根据权利要求6所述的颅内成像系统，其特征在于，所述光源发生器为半导体激光器。

技术总结
本发明属于颅内成像技术领域，具体公开了一种柔性可穿戴式阵列探头及颅内成像系统，其中探头包括由多个阵列排布的传感单元组成的柔性传感阵列、半球形的支撑外壳和固定带；柔性传感阵列固定设置于支撑外壳内，用于向待测生物组织发送超声波信号，并接收待测生物组织返回的超声波信号；每个传感单元包括一个接收模块和围绕接收模块设置的M个发射模块，接收模块与每一个发射模块柔性连接；相邻两个传感单元之间共用一个发射模块；固定带与支撑外壳连接，用于将支撑外壳固定在待测生物组织上。本发明的探头可与待测生物组织曲面紧密贴合，有效降低了超声在空气和骨头中的衰减和反射，可对生物颅脑等待测生物组织进行高效、安全、无创的超声成像。

技术研发人员：范东明,掌蕴东,陈发强,郝阳,靳婷,李佳欣,马首道,宋佳奇,王斌
受保护的技术使用者：光子集成（温州）创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16