Page 73 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 Vol. 40, No. 3
2021 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2021

⋄ 研究报告 ⋄

时间反演聚焦经颅磁声电刺激仿真与实验研究 ∗

张 帅 1,2† 黄明辉 1,2 焦立鹏 1,2 郭 梁 1,2 周振宇 1,2 徐桂芝 1,2

(1 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室 天津 300130)
(2 河北工业大学 天津市生物电工与智能健康重点实验室 天津 300130)

摘要：无创脑神经调控技术是生物医学领域的研究热点，经颅磁声电刺激是利用静磁场和声场的耦合而产生
的感应电场作用于神经组织，对大脑的目标位置进行刺激和调控的一项技术。颅骨的存在使超声在传播过程
中发生相位畸变和幅值衰减，聚焦区域偏离，难以实现精准聚焦。该文基于时间反演法，模拟颅内点声源发射
脉冲以及超声传播过程，计算各个阵元接收到的时间差，按照后到先发的原则发射脉冲进行聚焦刺激。与传统
相控阵聚焦相比，焦点偏移现象基本得到解决，焦域横向、纵向分辨率均有所提高，提高了声束聚焦精度和感
应电场峰值。通过搭建实验平台，将两种聚焦方法所测得的声场归一化处理，验证了时间反演法能补偿焦点偏
移，并通过实验证实了超声换能器声场和产生感应电场分布存在较高的一致性。基于真实颅脑结构的虚拟点
源时间反演聚焦可以实现无创、精准、灵活的经颅磁声电刺激，有助于推动精准神经调控技术的发展。
关键词：经颅磁声电刺激；时间反演；精准聚焦；超声换能器
中图法分类号: Q62 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2021)03-0391-09
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2021.03.010

Time-reversal focused transcranial magnetic acoustic electrical stimulation

simulation and experimental research

ZHANG Shuai 1,2 HUANG Minghui 1,2 JIAO Lipeng 1,2 GUO Liang 1,2

ZHOU Zhenyu 1,2 XU Guizhi 1,2

(1 State Key Laboratory of Reliability and Intelligence of Electrical Equipment (Province and Ministry Jointly Set Up),
Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China)
(2 Key Laboratory of Bioelectric Engineering and Smart Health, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China)

Abstract: Non-invasive brain nerve regulation technology has become a research hotspot in the field of
biomedicine. Transcranial magnetic acoustic electrical stimulation uses the induction electric field generated
by the coupling of static magnetic field and sound field to act on the nerve tissue to stimulate and control
the target area of the brain. The presence of the skull causes phase distortion and amplitude attenuation
of ultrasound in the propagation process, and the focus area deviates, making it difficult to achieve precise
focusing. Based on the time reversal method, this paper simulates the intracranial point sound source emission
pulse and the ultrasonic propagation process, calculates the time difference received by each array element, and
emits pulses for focus stimulation according to the principle of last come first. Compared with the traditional

2020-08-26 收稿; 2021-01-24 定稿
国家自然科学基金项目 (51877069)
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作者简介: 张帅 (1978– ), 男, 河北顺平人, 博士, 研究方向: 经颅磁声电刺激。
通信作者 E-mail: zs@hebut.edu.cn
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