[发明专利]一种穿颅多点超声聚焦声全息透镜

说明书

本发明公开了一种穿颅多点超声聚焦声全息透镜，其通过以下方法形成：选择位于颅骨中的刺激靶点的位置做为虚拟声源点；对超声神经调控器件选择预定超声波频率；以刺激靶点的位置作为虚拟声源反向计算声波穿过颅骨模型之后在超声神经调控器件位置的相位信息；结合声全息透镜材料对声波相位的调控特性设计声全息透镜表面；根据获得的声全息透镜表面制备出穿颅多点超声聚焦声全息透镜。本发明的声全息透镜具有聚焦位置精确的优点。

技术领域

本发明涉及透镜领域，特别涉及一种穿颅多点超声聚焦声全息透镜。

背景技术

随着社会老龄化和日渐加深的心理压力等因素的影响，世界范围内包括帕金森病、肌张力失常、强迫症、抑郁症、癫痫等神经精神疾病患者的数量急剧增加，目前全球患者已逾五亿六千万。德国的科学家报道了电刺激下犬的大脑皮层可引发特定的躯体反应。这一重大发现，在此后的一个世纪催生了大脑电刺激、磁刺激、神经植入等系列干预技术，极大促进了人们对脑皮层功能定位的认识和脑疾病研究仪器的研发，并开启了情感、记忆、认知等脑功能调控和心理、精神疾病干预治疗的新篇章。利用超声实现非侵入式的深脑神经刺激，不仅安全有效，还可以实现定点特异性神经网络调控、多点网络神经调控等其他方法难以实现的功能,有助于开发中枢神经疾病的潜在疗法，也为探索正常人脑功能，理解认知、决策与思维、精确掌握神经环路活动带来了强有力的新工具。

超声作为一种机械波，是由物体(声源)振动产生，并通过压缩和膨胀媒质导致其传播。超声除了具有波的一般属性，还有一个重要特点，其在水、肌肉等人体组织内的衰减很小，可以抵达较深的人体组织。医学超声波与人体组织相互作用，主要应用了声波与物质相互作用的基本物理特性，具有波动效应、力学效应和热效应等三大声学效应，这些效应在生物医学中有着重要的应用或重大潜力。传统的超声基于波动效应和热效应，已经发展成为具有成像诊断和热消融治疗两大基本功能。波动效应可用于B超、彩超、造影等在临床具有十分广泛应用的超声成像诊断技术；热效应可用于肿瘤的热消融和神经核团毁损治疗，比如高强度聚焦超声(HIFU)。

超声神经刺激与调控的优势是其非侵入性质。超声在分子、细胞、动物和人脑水平的神经调控最新科学证据有力证明了超声可以穿过人的颅骨无创、有效调节突触可塑性、神经元调控和深部脑区神经核团。

利用经颅聚焦超声进行非侵入式深脑神经调节需要解决的关键问题之一，就是如何克服颅骨对超声的影响。颅骨的密度和声速都大约是其他人体软组织的两倍，声衰减系数则至少高出一个数量级，再加上颅骨具有多层、充液和多孔的非均匀性复杂结构，造成超声穿过颅骨后发生显著的相位畸变和能量衰减，超声焦域出现形状扭曲和位置偏移，以至无法进行精确有效的神经刺激(如图3所示)。此外，颅骨还有可能引起驻波等次生效应，特别是当使用低频和长脉冲超声时，可能在“头骨-组织”及“空气-组织”界面形成能量累积现象。

由于颅骨是非均匀介质，对穿颅声场散射较大，导致穿颅声场失真，声场聚焦位置不精确。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：本发明提供了一种穿颅多点超声聚焦声全息透镜。所述穿颅多点超声聚焦声全息透镜通过以下方法形成：

提供颅骨模型；

选择位于颅骨中的刺激靶点的位置做为虚拟声源点；

对超声神经调控器件选择预定超声波频率；

以刺激靶点的位置作为虚拟声源反向计算声波穿过颅骨模型之后在超声神经调控器件位置的相位信息；

结合声全息透镜材料对声波相位的调控特性设计声全息透镜表面；根据获得的声全息透镜表面制备出穿颅多点超声聚焦声全息透镜。

在一些实施例中，所述相位信息是利用时间反演计算方法获得。