Page 216 - 《应用声学》2023年第2期

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以下的频率进行无创神经刺激 [35] ，本研究选用 致谢 感谢天津医科大学肿瘤医院提供志愿者头骨
0.5∼1.2 MHz的频率范围进行了研究。 CT扫描数据。
电容模型仿真发现超声刺激会使海马神经元
放电的幅值降低，这与 Juan等 [36] 的研究结果一致。
参 考 文 献
放电低占空比时海马神经元放电时间较短，对海马
神经元放电抑制的效果更好，这与 Plaksin 等 [37] 的 [1] Del Brutto O H, Engel J, Eliashiv D S, et al. Update on
研究结果一致。 cysticercosis epileptogenesis: the role of the hippocam-
pus[J]. Current Neurology Neuroscience Report, 2016,
表 6 不同曲率半径下纯水中形成的焦域大小 16(1): 1.
[2] Scher A I, Xu Y, Korf E S, et al. Hippocampal shape anal-
Table 6 The size of focal area formed in
ysis in Alzheimer’s disease: a population-based study[J].
the skull under different aperture radius Neuroimage, 2007, 36(1): 8–18.
[3] Fry F J, Ades H W, Fry W J. Production of reversible
曲率半径 焦域长 焦域短 焦域面积 焦点
changes in the central nervous system by ultrasound[J].
R z /mm 轴长/mm 轴长/mm S/mm 2 声压/MPa
Science, 1958, 127(3289): 83–84.
90 12.3 2 19.32 0.465 [4] Gavrilov L R, Tsirulnikov E M, Davies I A. Application
of focused ultrasound for the stimulation of neural struc-
91 12.5 2 19.63 0.467
tures[J]. Ultrasound in Medicine and Biology, 1996, 22(2):
92 12.8 2.3 23.12 0.465 179–192.
93 13 2.3 23.48 0.465 [5] Beisteiner R, Lozano A M. Transcranial ultrasound inno-
vations ready for broad clinical application[J]. Advanced
94 13.3 2.5 25.92 0.471
Science (Weinh), 2020, 7(23): 2002026.
95 13.8 2.5 27.10 0.468 [6] Wintermark M, Druzgal J, Huss D S, et al. Imaging find-
ings in MR imagingguided focused ultrasound treatment
for patients with essential tremor[J]. American Journal of
本研究仅以单神经元模型为例，在I spta 具有刺 Neuroradiology, 2014, 35(5): 891–896.
激作用范围内对超声波频率、声强和占空比对神经 [7] Na Y C, Chang W S, Jung H H, et al. Unilateral mag-
元的放电进行了研究；经颅聚焦超声在颅内形成声 netic resonance-guided focused ultrasound pallidotomy for
Parkinson disease[J]. Neurology, 2015, 85(6): 549–551.
场可同时刺激多个神经元，且对每一个神经元的刺 [8] Tyler W J, Tufail Y, Finsterwald M, et al. Remote excita-
激作用也不同 [28] ，声场分布对神经元网络的影响研 tion of neuronal circuits using low-intensity, low-frequency
究正在进行之中。 ultrasound[J]. PLoS One, 2008, 3(10): e3511.
[9] Min B K, Bystritsky A, Jung K I, et al. Focused
ultrasound-mediated suppression of chemically-induced
5 结论 acute epileptic EEG activity[J]. BMC Neuroscience, 2011,
12(1): 23.
本文通过数值仿真优选出满足海马刺激位置 [10] Legon W, Sato T F, Opitz A, et al. Transcranial fo-
及靶区大小的 128 阵元相控换能器结构参数，利用 cused ultrasound modulates the activity of primary so-
matosensory cortex in humans[J]. Nature Neuroscience,
优选出的换能器结构参数建立经颅刺激海马数值
2014, 17(2): 322–329.
仿真模型，并与神经元电容模型相结合数值仿真研 [11] Chen S G, Tsai C H, Lin C J, et al. Transcranial focused
究了不同声学参数条件下对神经元放电的影响。研 ultrasound pulsation suppresses pentylenetetrazol induced
epilepsy in vivo[J]. Brain Stimulation, 2020, 13(1): 35–46.
究发现，曲率半径90 mm、开口半径 56 mm、阵元半
[12] Brinker S T, Preiswerk F, White P J, et al. Focused ultra-
径2.0 mm、频率 0.9 MHz 的 128阵元相控超声换能 sound platform for investigating therapeutic neuromodu-
器可形成适应于刺激人脑海马大小的焦域；在有效 lation across the human hippocampus[J]. Ultrasound in
抑制海马放电的声强范围内，I spta 越小对海马神经 Medicine and Biology, 2020, 46(5): 1270–1274.
[13] 秦小芳, 王震寰, 隋东莉. 海马 -穹窿投射的 MRI 形态学研
元放电的抑制效果越好；频率 0.9 MHz 和较小占空 究 [J]. 蚌埠医学院学报, 2013, 38(3): 253–257.
比的超声刺激海马神经元放电抑制效果较好；在总 Qin Xiaofang, Wang Zhenhuan, Sui Dongli. Morpholog-
输入功率小于等于 3.5 W 的条件下，经颅脉冲超声 ical study of hippocampus-fornix projection on MRI[J].
Journal of Bengbu Medical College, 2013, 38(3): 253–257.
刺激治疗不会造成组织机械损伤及热损伤。
[14] 刘智华, 钱学华, 周庭永, 等. 基于 MRI 的人脑海马结构的形
态测量 [J]. 第三军医大学学报, 2012, 34(16): 1636–1641.