Page 76 - 《应用声学》2021年第3期

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repetition frequency, PRF) 为 1000 Hz，脉冲重复 0.5 T。将磁通密度降至最大值 95% 的区域近似看
数 (Pulse repetition number, PRB) 为 200 [23] 。空 成磁场均匀分布区域，则分布区域为−12 ∼ 12 mm，
间网格步长 dx = dy = dz = 0.4 mm，步进时间为 超声聚焦区域的大小为毫米级别的，所以在聚焦点
0.5 µs，以满足精度和稳定性的要求。 处的磁场可近似看成 0.5 T 的均匀磁场，满足磁声
电刺激的基本要求。
2.2 点源发射以及颅内磁场分布
利用图 3(a) 仿真模型进行仿真，声波向四周发 1.0 17
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射，图 3(b) 为脑组织内虚拟点声源发射单正弦脉冲 20
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传播过程中的二维截面图。超声经大脑、颅骨和水 0.5 22
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域到达换能器各个阵元。由图 3(b) 可见，颅骨对超 ॆʷӑܦԍ 24
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声的能量衰减、传播路径有较大的影响。由于颅骨 0 26
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声阻抗较高，只有小部分的超声能量穿过颅骨，并因 28
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折射使传播路径发生变化，部分超声能量通过反射 -0.5 31
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回到颅内。 2.5 3.0 3.5 4.0
௑ᫎ/10 -5 s
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40 mm 图 4 部分阵元接收信号
.
Fig. 4 Some elements receive signal
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(a) ͌ᄾവی (b) གູԧ࠱ܦฉ
图 3 仿真模型与点源发射声波
Fig. 3 The simulation model and point source 图 5 TMAES 系统模型
emits sound waves
Fig. 5 TMAES system model
记录超声波到达换能器各阵元时的声压幅值 1.5
以及时间并绘制归一化声压图，图4为17号 ∼ 32号
阵元接收到的归一化声压信号图 (将图 2 中换能器
阵列右边第一个定义为1 号阵元)。图4中左边出现 1.0
第一个峰值的曲线为17号阵元的归一化声压图，最 ᇓᤰࠛएവ/T
后一条为32号阵元，因为在非均匀介质中传播路径
的不同，距离虚拟点源近的阵元相比于较远的阵元 0.5
接收到的声压幅值较高，声波到达时间较短。记录 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
z/mm
每个阵元的归一化声压峰值所对应的时间，并将 32
号阵元作为参考阵元，计算其余阵元与参考阵元的 图 6 磁通密度模
时间差，即为各个阵元的延迟发射时间。 Fig. 6 Norm of magnetic flux density
永磁体提供经颅磁声电刺激所需的静磁场， 2.3 仿真结果分析
图 5 为基于颅脑结构的 TMAES 系统模型，颅骨两 超声换能器发射的声波经水域、颅骨和大脑在
边各放置一块直径 80 mm、厚 20 mm 的柱形永磁 预设点上聚焦，图7(a) 为传统相控聚焦声场切面图，
体。图 6 为预设点源处沿永磁体中轴线上磁通密度 图中红色部分为聚焦区域，蓝色为非聚焦区域，单位
分布曲线，曲线对称分布，z 轴 0 mm 处为极小值 为声压 Pa。焦点形状狭长不规则，选用焦点横向和