一种超声探头(100)，包括：连接器(101)和探头头部(103)，探头头部包括：位于探头头部(103)的尖端部分(104)中的底座(105)；多个换能器(180)线性矩阵(110，120，130，140)，其被配置为发射具有给定中心波长的声波并检测反向散射声波，线性矩阵电连接到连接器(101)，其中多个换能器线性矩阵中的每个线性矩阵包括沿第一方向(x)的第一边和沿第二方向(y)的第二边，第二边小于第一边；线性矩阵固定在底座上并以第一边相邻的方式并置在底座(105)上；来自多个换能器线性矩阵的每个线性矩阵覆盖有单个柱面声透镜，该柱面声透镜被配置为聚焦由线性矩阵发射的声波，每个柱面声透镜包括基本上平行于第一方向(x)的柱轴。上平行于第一方向(x)的柱轴。上平行于第一方向(x)的柱轴。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声探头和包括该超声探头的用于超声成像的设备
[0001]本公开涉及超声探头和包括这种超声探头的用于超声成像的设备。本公开还涉及使用这种设备的超声成像方法，更具体地，涉及用于脑功能性超声成像(fUS)的方法。
技术介绍
[0002]功能性超声成像(fUS)是一种用于检测或测量神经活动或代谢的变化(例如，脑活动的位点)的医学超声技术，通常通过测量血流或血液动力学变化来进行。
[0003]更具体地说，fUS技术提供了一种通过神经
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血管耦合测量神经活动的间接方法。当一个神经元被激活时，它对营养物质的消耗就变得更加重要，灌注神经元及其周围环境的血流量也会增加。血流的局部增加和神经元的活动之间的这种关系被定义为神经
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血管耦合，并且提供了一种从脑的一个区域中的血液动力学变化(脑血管中的血流和血容量的变化)来推断该区域中的神经活动的方式。在实践中，fUS技术提供了脑区域的图像，可以从该图像中提取关于血流的信息，该血流进而导致神经活动。
[0004]fUS成像技术使用超快多普勒超声成像，该超快多普勒超声成像可以通过用经由超声探头发射的声波探测(声穿透)样品并检测由样品反向散射的声波来提供对象(例如生物样品)的时间分辨图像。
[0005]与常规的多普勒超声成像不同，常规的多普勒超声成像通过逐行处理探测样本，其中声波声穿透样本的一部分，超快多普勒超声成像利用连续的倾斜平面波发射，这些倾斜平面波发射被相干地复合以形成高帧率的图像，也被称为
″
相干复合波束形成
″
。更具体地，相干复合波束形成包括来自在具有各种角度(与非相干情况的声强度相反)的声压场上实现的不同照明的反向散射回波的重组。所有图像相干地相加以获得最终的复合图像。这种相加是在不采用波束形成信号的包络或任何其它非线性过程的情况下产生的，以确保相干相加。结果，几个回波的相干相加导致异相波形的抵消，使点扩展函数(PSF)变窄，并因此增加空间分辨率。超快多普勒超声成像适合于非常高的获取速率，例如高达每秒20000幅图像，并且比常规多普勒成像更灵敏。因此，可以测量不同类型的血管中的血流，包括小的脑血管，即，其中血流小于约1mm/sec的血管。
[0006]用fUS技术监测脑活动可具有不同的应用。
[0007]在一些应用中，fUS可用于检测由刺激引起的血流量的增加，并因此识别由这种刺激激活的脑区域。由于给定的刺激在脑中导致相同的确定性响应信号(或
″
功能性充血信号
″
)，因此可以依序地探测脑的不同区域，并且可以在整个脑中归纳地重建对刺激的响应信号。
[0008]在其它应用中，在没有刺激的情况下测量脑活动，即，脑处于静止状态，但仍由称为
″
功能连接
″
的内在活动激活。这种功能连接的测量可以提供关于可以使用的脑的不同区域之间的神经连接的信息，并且允许检测例如影响这些连接的可能的病理状况。通常通过检测脑的不同区域之间的血流变化的相关性来测量功能连接。脑的不同区域中的血流变化的空间依赖性是确定性的，然而，不同区域中的这些变化的时间依赖性是非确定性的(随机
的)。因此，如果脑的两个区域没有同时或在等于大约几秒(典型地为3秒)的预定相干时间内成像，则两个区域之间的随机时间波动使得不可能测量这两个区域之间的功能连接。
[0009]在OSMANSKI，Bruno
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F
é
lix，PEZET，Sophie，RICOBARAZA，Ana，et al.Functional ultrasound imaging of intrinsic connectivity in the living rat brain with high spatiotemporal resolution.Nature communications，2014，vol.5，no 1，p.1
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14.中，实施了fUS技术来对大鼠脑部的功能连接进行成像。在所描述的fUS技术中使用的超声探头包括线性(1D)探头，其具有以线性矩阵布置的一组128个压电换能器元件。这种线性探头固有地局限于获取样品的2D平面的2D图像，其视场与换能器的数量成比例。
[0010]然而，对于适合于增加fUS的视场以便监测脑的更大区域中的活动和连接的方法，人们的兴趣日益增长。
[0011]例如在GESNIK，Marc，BLAIZE，Kevin，DEFFIEUX，Thomas，et al.3D functional ultrasound imaging of thecerebral visual system in rodents.NeuroImage，2017，vol.149，p.267
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274中描述了一种3D fUS成像技术。所描述的技术使用线性探头和平移台来移动探头并扫描样品的多个2D平面。更准确地说，线性探头在不同的位置移动，并在每个位置对样品进行声穿透。然后，通过组合在探头的不同位置处获取的2D图像来计算3D图像。
[0012]虽然该方法可以应用于包括确定性信号的功能性充血的成像，但该方法与功能连接的成像不兼容。实际上，当扫描时，由于在两个不同平面中的2D图像的获取之间的时间延迟，样本的一个平面中的信号(血流)和第二平面中的信号之间的关系丢失。
[0013]可替代地，已经提出使用2D超声探头来实现fUS技术并且直接获得样本的3D图像。例如，在RABUT，Claire，CORREIA，Mafalda，FINEL，Victor,et al.4D functional ultrasound imaging of whole
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brain activity in rodents.Nature methods，2019，vol.16，no 10，p.994
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997中，通过二维全寻址传感器阵列(FA探头)实现了fUS。然而，这种FA探头包括非常多的换能器，这增加了所需的驱动电子电路的复杂性。例如，一个在每个方向上有32个换能器的FA探头包含322＝1024个需要独立控制的换能器，这意味着探头中需要连接1024条单独的导线。作为比较，沿一个维度具有相同视场的线性探头将仅具有32个换能器。
[0014]此外，在这种FA探头中，换能器的表面通常小于线性探头中的换能器的表面。因此，与线性探头相比，声阻抗更高，样本中的声信号更弱，这导致了更低的灵敏度。
[0015]在SAUVAGE，Jack，POREE，Jonathan，RABUT，Claire，et al.4D Functional imaging of the rat brain using a large aperture row
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column array.IEEE Transactions on Medical Imaging，2019中，已经提出使用行列寻址2D超声探头(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声探头(100)，包括：连接器(101)；探头头部(103)，所述探头头部包括：位于所述探头头部(103)的尖端部分(104)中的底座(105)；多个换能器(180)线性矩阵(110，120，130，140)，所述多个换能器线性矩阵被配置为发射具有给定中心波长的声波并检测反向散射声波，所述线性矩阵电连接到所述连接器(101)，其中：所述多个换能器线性矩阵中的每个线性矩阵包括沿第一方向(x)的第一边和沿第二方向(y)的第二边，所述第二边小于所述第一边；所述线性矩阵被固定到所述底座(105)上，并且在所述底座上以所述第一边相邻的方式并置；所述多个换能器线性矩阵中的每个线性矩阵覆盖有单个柱面声透镜，所述单个柱面声透镜被配置为聚焦由所述线性矩阵发射的所述声波，每个柱面声透镜包括基本上平行于所述第一方向(x)的柱轴。2.根据权利要求1所述的超声探头，其中，两个线性矩阵之间的间距(D)小于所述中心波长的值的约30倍。3.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中，两个并置的线性矩阵(110，120)的柱面声透镜(112，122)被设计成使得在分别位于所述柱面声透镜的焦平面(170)中的所述两个并置的线性矩阵(110，120)发射的声波之间基本上没有重叠。4.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中，所述柱面声透镜的焦距等于所述中心波长的值的约10倍至约200倍之间的值。5.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中：所述线性矩阵(110，120，130，140)中的每一个线性矩阵的换能器(180)具有形状因子在约5和约50之间的矩形形状并且被布置成沿着所述第一方向(x)延伸的不连续条带，其中所述形状因子是换能器(180)沿所述第二方向(y)的长度与换能器(180)沿所述第一方向(x)的长度的比率。6.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中，每个单个柱面声透镜包括基本上与所述第二方向(y)正交的对称平面。7.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中，所述线性矩阵(110，120，130，140)中的每一个线性矩阵包括约20个至约300个换能器(180)。8.根据前述权利要求中任一项所述的超声探头，其中，所述多个线性矩阵包括2个至12个线性矩阵。9.一种用于样本的超声成像的设备(200)，包括：根据前述权利要求中任一项所述的超声探头(100)；电子舱(210)，所述电子舱被配置为接...
【专利技术属性】
技术研发人员：BF，
申请(专利权)人：法国国家健康与医学研究院国家科学研究中心巴黎城市物理化工高等学院，
类型：发明
国别省市：
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