提起脑功能研究的成像设备，人们的第一反应往往是磁共振成像、脑部CT等传统手段，但近年来，随着超快速超声成像技术的突破，超声检测低速、微弱血流的能力显著提升，催生了一项被称为“功能超声成像”（functional ultrasound imaging, fUSI）的新技术。

fUSI技术概述

超快速超声成像技术的出现，使超声对低速、微弱血流检测的灵敏度得到较大提升，衍生出功能超声成像（fUSI）。fUSI 是一种崭新的神经功能成像的方法，利用神经血管耦合可对中枢神经系统（CNS）的功能活动进行高时空分辨率、高灵敏度、动态、无创或微创的检测。其易用性和便携性高，填补了功能磁共振成像（fMRI）和光学成像之间的空白，并可与电生理记录、光遗传学兼容。

fUSI技术实践与应用

01.脑功能超声成像怎么做？

2023年7月，欧洲科学家就在《Journal of Cerebral Blood Flow&Metabolism》期刊上发表了利用脑功能超声成像技术研究缺血性脑卒中的血流动力学变化的研究性论文，详细展现了如何利用这一新技术开展研究。

缺血性中风会导致神经功能迅速丧失，因此对于中风发作后大脑内血流动力学的即时变化知之甚少。作者利用功能性超声成像技术来监测与基线相比相对脑血容量（rCBV）的变化情况。对整个大脑区域的 rCBV 水平进行了连续监测，比较了两种中风模型，一种是永久性中脑动脉闭塞（MCAo），另一种是颈总动脉和中脑动脉同时闭塞（CCAo + MCAo）。观察到了典型的血流动力学模式，即在 MCAo 之后 rCBV 迅速下降，随后靠近缺血核心的几个脑区开始自发恢复血流。

1. 全脑成像颅窗 所有大鼠均在异氟烷麻醉条件下进行颅窗手术，麻醉气体通过鼻罩持续以0.6L/min的流速输送。麻醉状态采用5%异氟烷浓度，术中浓度逐步降至2.0-2.5%，成像阶段则调整至1.5%。从手术开始到成像结束，动物头部始终固定于脑立体定位仪。通过直肠探头监测体温，使用数字温控加热毯将体温维持在36.5±0.5℃ 。

   
   

   为预防脱水，每2小时腹腔注射5%葡萄糖溶液。术前给予利多卡因皮下注射作为镇痛。剃除头皮后，使用碘伏消毒，随后完整切除颅骨背侧部分。

   
   

   颅窗的开窗范围从前囟（ß）后正中线（+4 .0）至后正中线（-7.0mm）纵向延伸，右侧外侧延伸6.0mm，直至左侧顶鳞缝处，如先前文献所述完成大脑中动脉远端分支的暴露。钻孔过程中定期补充无菌生理盐水以防止组织过热。在小心剥离颅骨时注意保护硬脑膜完整。最后，使用低熔点2%琼脂糖和超声耦合剂覆盖脑组织，确保超声探头获得良好声耦合效果;

   

2. 功能超声成像：

   使用功能性超声成像仪在大鼠头部进行平移扫描。为减少外部振动干扰，成像操作在防震台上进行。每幅冠状面多普勒图像宽12.8毫米、深9毫米，包含以500Hz频率采集的300幅复合图像。

   
   

   每个复合图像通过叠加九个平面波（4.5kHz）角度（从-12到12，步长3）计算得出。使用单值分解滤波器从300幅复合图像中提取血信号，并去除前30个奇异向量。

   
   

   多普勒图像通过计算这300帧血信号的平均强度生成，可作为脑血容量（CBV）的估算值。该序列可实现0.6秒的时间分辨率、100倍平面分辨率（110μm）以及 300μm的层厚（图像厚度）;

   

3. 成像结果分析：

   采用功能性超声成像技术，持续监测大鼠脑部相对脑血容量（rCBV）相对于基线值的变化。通过高时空分辨率对全脑范围内的rCBV水平进行连续分析，监测时间持续至中风发作后70分钟。

   
   

   对比了两种中风模型：单纯大脑中动脉闭塞（MCAo）与双侧颈总动脉及大脑中动脉串联闭塞（CCAo+MCAo）。观察到典型的血流动力学模式：MCAo组rCBV值骤降后，缺血核心区域周边多个脑区出现自发性再灌注。各组间缺血严重程度和病灶位置存在差异。

   
   

   平均而言，MCAo组的缺血严重程度与24小时后病灶体积吻合良好，而CCAo+MCAo模型的严重程度则更为显著。研究发现，两组患者的梗死区域均向缺血核心的近端延伸至原本非缺血区域。这些区域与扩散性去极化引发的短暂血流动力学事件的起源部位高度重合。

fUSI技术产品介绍

01.SonoRover fUS系统
SonoRover fUS是一款专为实验动物打造的高分辨率脑功能超声成像系统，搭配高性能处理器和先进的微血管血流成像算法，可以以高时间分辨率和高空间分辨率对大小鼠等实验动物的全脑功能进行成像。

具备多种高频换能器，可以针对不同深度、不同规格的实验动物进行准确匹配，且具有独特的诊疗一体化探头，可以同步实现神经调控和成像。在神经科学领域，如脑功能疾病研究、神经反馈调节、脑疾病药物筛选、神经精神疾病研究以及脑机接口等领域具有巨大的应用潜力。

02.技术优势
全脑深脑成像：能够同时捕捉全脑及深层脑区的详细信息，扩展了成像的覆盖范围；
高帧频脑成像：支持快速动态成像，捕捉脑功能活动的快速变化，适合实时监测；
高空间分辨率：具备精细的空间分辨率，确保脑部微小结构清晰呈现提高诊断精准度；

高时间分辨率：具备极高的时间分辨率，能够精确捕捉脑功能活动的瞬时波动，支持动态分析

03.超声诊疗一体化模块
诊疗一体：集成超声成像与神经调控功能，支持同步或独立工作模式；
高性能硬件：配备128阵元探头，5-10MHz宽频范围，兼顾成像分辨率与调控深度；
模块化扩展：灵活适配多场景需求，为科研与临床提供更多创新应用

04.应用场景
01神经疾病模型研究

用于小动物神经疾病模型的功能评估，帮助探索脑损伤、脑卒中、癫痫、帕金森病等疾病的发生机制；

02脑功能网络与行为研究

分析小动物在进行特定行为任务时的脑功能活动，探究神经网络在认知、情感及运动等行为中的作用；

03药物筛选与疗效评估

用于评估药物或治疗手段对脑功能的影响，提供实时脑功能变化的监测；

04基因编辑与神经调控研究

结合基因编辑技术，研究特定基因对小动物脑功能的影响；

05脑-机接口技术研究
在小动物实验中探索脑-机接口技术的应用，研究大脑信号与外部设备的交互，为未来脑-机接口的临床应用奠定基础