Page 211 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 张默涵等： 经颅超声刺激人脑海马的数值仿真研究 399

表 5 不同阵元半径下颅内形成的焦域参数 3.2 声功率的影响
Table 5 Focal field parameters of intracra- 在 超 声 频 率 为 0.5 MHz 和 曲 率 半 径 R z =
nial formation under different array radius 90 mm、开口半径 R = 56 mm、阵元半径为 2 mm
的条件下，不同输入声功率时形成的声压场如图 7
阵元半径 焦域长 焦域短 焦域面积 焦点 焦点
r/mm 轴长/mm 轴长/mm S/mm 2 位置/mm 声压/MPa 所示，图中虚线部分为颅骨位置。由图7 可知，随着
1.0 10.0 1.8 14.14 90.0 0.208 输入声功率的增大，焦点处的最大声压逐渐增大。
图 8 为与图 7 所对应的焦点声压计算所得空间峰值
1.5 10.4 1.8 14.70 90.0 0.301
时间平均 I spta 随输入声功率的变化曲线图。由图 8
2.0 11.0 1.8 15.55 90.0 0.352
可知，随着声功率的增加，I spta 逐渐增加。输入声
2.5 11.5 2.0 18.06 89.8 0.492
功率在1∼3.5 W范围内时I spta 在0.5∼2.25 W/cm 2
3.0 11.8 2.0 18.54 89.8 0.499
之间，因此下文将使用1∼3.5 W 之间的功率范围进
3.5 11.8 2.0 18.54 89.8 0.593
行研究。

MPa
96 96 96 96 0.6
0.5
72 72 72 72 0.4
0.3
48 48 48 48 0.2
0.1
24 24 24 24 0
25 75 125 25 75 125 25 75 125 25 75 125
(a) 1 W (b) 2 W (c) 3 W (d) 4 W
MPa
96 96 96 96 0.6
0.5
72 72 72 72 0.4
0.3
48 48 48 48 0.2
0.1
y/mm 24 25 (e) 5 W 125 24 25 (f) 6 W 125 24 25 (g) 7 W 125 24 25 (h) 8 W 125 0
75
75
75
75
z/mm
图 7 不同输入声功率下的声压场对比图 (0.5 MHz)
Fig. 7 Sound pressure field under different input sound powers at 0.5 MHz

6 对频率为 0.5 MHz、输入声功率 1∼3.5 W 条件
下的 MI 进行计算，MI 值在 0.291∼0.579 之间，均小
5
于安全阈值 1.9；焦点处温升最大不大于 0.20 C，不
◦
4
I spta /(WScm -2 ) 3 2 2.25 W/cm 2 3.3 频率的影响
会对刺激靶区及周围组织造成热损伤。

在输入声功率为 3 W、阵元半径为 2 mm 的

1 0.50 W/cm 2 条件下，使用 0.5∼1.2 MHz 的超声频率形成的声
压场分布图如图 9 所示，图中虚线部分为颅骨位
0
1 2 3 4 5 6 7 8 置。不同频率下的焦点声压、I spta 、焦域面积随频
ܦҪဋ P/W
率变化图如图 10 所示。其中图 10(a) 为不同输入声
功率下 I spta 及其对应焦点声压随频率变化曲线图，
图 8 焦点声强 I spta 随输入声功率的变化曲线图
图10(b)为不同频率下I spta 分别达到0.5 W/cm 和
2
(0.5 MHz)
2
Fig. 8 The change curve of focal point sound in- 2.25 W/cm 所需要的输入声功率，图 10(c) 为不同
2
2
tensity I spta with input sound power at 0.5 MHz 频率下I spta 分别达到0.5 W/cm 和2.25 W/cm 时