【摘 要】
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在经颅高强度超声聚焦和经颅超声刺激中，由于颅骨不同位置具有不同的结构、厚度、密度、声速、吸收系数，并且颅骨与其他组织声阻抗差异较大，超声能量难以穿透颅骨并在靶区精确聚焦。基于虚拟源的时间反转方法具有较高的聚焦精度，能够在聚焦点处获得较高能量并抑制颅骨升温，具有良好的应用前景。然而要实现时间反转需要对多个发射阵元进行单独激励，每个通道需独立的DA转换和放大电路，为了简化系统，降低设计难度和硬件成本，
【机 构】
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中国科学院声学研究所 北京100190 中国科学院声学研究所 北京100190;中国科学院大学 北
【出 处】
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2016年度全国检测声学与物理声学会议
论文部分内容阅读
在经颅高强度超声聚焦和经颅超声刺激中，由于颅骨不同位置具有不同的结构、厚度、密度、声速、吸收系数，并且颅骨与其他组织声阻抗差异较大，超声能量难以穿透颅骨并在靶区精确聚焦。基于虚拟源的时间反转方法具有较高的聚焦精度，能够在聚焦点处获得较高能量并抑制颅骨升温，具有良好的应用前景。然而要实现时间反转需要对多个发射阵元进行单独激励，每个通道需独立的DA转换和放大电路，为了简化系统，降低设计难度和硬件成本，有必要通过数值仿真等方法研究经颅超声聚焦中的声场分布规律，优化聚焦方法。为此，基于猴颅骨CT数据，建立了颅骨三维声参数模型，在聚焦靶区设置虚拟源，利用三维有限差分法模拟发射声场，并在换能器阵元位置接收波形，波形经处理再数值模拟聚焦过程。分别模拟了三种聚焦方法：直接相控聚焦、获取时间反转相位进行相控聚焦、以及利用时间反转全信号进行聚焦，比较三种聚焦方法得到的声场分布。在数值仿真结果中，重点考察焦点声场强度、聚焦的空间精度和旁瓣大小，并分别进行了量化比较。结果 表明，当采用连续的 正弦波信号进行聚焦时，时间反转的两种方法聚焦效果均远好于直接相控聚焦，其中利用时间反转全波形进行聚焦的效果略好于时间反转相控聚焦。综合考虑硬件设计成本等问题，采用时间反转调制相位的方法是较好的选择。实际颅骨的声衰减较大，可能导致超声能量在颅骨中聚集，目前模拟中尚未考虑颅骨的吸收作用，下一步将结合粘弹性介质中的声波方程进行更符合实际的数值模拟。这些模拟计算结果可为经颅治疗和神经调控设备的研发提供支持和参考。
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