Page 77 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 张帅等： 时间反演聚焦经颅磁声电刺激仿真与实验研究 395

纵向声压峰值分别衰减到 0.707倍时的区域为焦域， 间反演法刺激靶点处的感应电场峰值为 0.48 V/m，
所得焦点纵向分辨率28.4 mm，横向分辨率5.7 mm， 大于传统相控聚焦的感应电场峰值0.44 V/m，聚焦
实际焦点位置相比于预设焦点径向偏移 4 mm，轴 强度略有增加。传统相控聚焦的聚焦区域与所设虚
向偏移2.5 mm。因为颅骨的厚度不均匀，使得在聚 拟点源位置有一定的偏差，难以实现精准聚焦，而运
焦区域左边有长约 8 mm、宽约 2 mm 的焦域，可对 用时间反演法的聚焦区域与虚拟点源的位置基本
非聚焦区域形成刺激。图7(b)为运用时间反演法的 吻合，这是由于颅骨折射声波使传播路径改变，进而
聚焦声场示意图，焦点形状规则分布，呈梭形，焦点 导致焦点偏移，同时提高声束聚焦精度和提高焦点
纵向分辨率 23.2 mm，横向分辨率 4.6 mm，相比于 处感应电场峰值。
传统相控聚焦，聚焦区域减小，实际焦点位置相比于
预设焦点径向偏移1 mm，轴向偏移0.5 mm，实际焦 0.5
ᄱ଍ᐑཥ
点与预设焦点吻合度较高，说明时间反演法在分层 0.4 Ԧ໦ᐑཥ
的非均匀介质中具有良好的聚焦效果。
E⊳(VSm -1 )
MPa 0.3
30 1.5 0.2
0 1.2
0.1
y/mm -30 0.9

0.6 0 -15 -10 -5 0 5 10 15
-60
z/mm
0.3
-90
图 8 电场径向分布曲线
0
-50 0 50
Fig. 8 Radial electric field distribution curve
x/mm
(a) ͜ፒᄱ଍ᐑཥ
MPa 时间反演法同样适用于多点聚焦，通过控制两
30 1.5
组或者多组阵元可以实现两个或者多个焦点。多数
0 1.2 神经类疾病的产生并不是孤立的大脑区域异常的
y/mm -30 0.9 结果，因此研究不同区域的多焦点刺激同样具有重

0.6 要应用价值 [24] 。图9为运用时间反演生成的两点聚
-60
焦声场分布图，将 32 个阵元分成两组，预设的两个
0.3
-90 虚拟点源先后发射声波，分别记录两组阵元对应预
0
-50 0 50 设点源接收到的信号，各阵元接收到的信号幅值不
x/mm
同，通过调节各个阵元发射声压的幅值，可以改变各
(b) ௑ᫎԦ໦ᐑཥ
图 7 传统相控聚焦和时间反演聚焦 MPa
30 1.5
Fig. 7 The traditional phased array focusing and
time reversal focusing 0 1.2
由公式(4)可得，当磁感应强度恒定为0.5 T时， y/mm - 30 0.9
神经组织密度和超声传播速度为定值，感应电场 0.6
- 60
强度数值变化规律与声压大小呈线性关系，声场分 0.3
- 90
布可近似为电场分布。图 8 中，实线为运用时间反
0
演法焦点径向声压最大处轴向截线电场分布，虚线 -50 0 50
x/mm
为传统相控聚焦焦点径向声压最大处轴向截线电
场分布，两种聚焦方式下测得的声压最大值分别为 图 9 两点聚焦
1.44 MPa 和 1.32 MPa，经公式 (4) 计算得，运用时 Fig. 9 Two-point focus