章 东 李成海 林 洲

(南京大学声学研究所，南京，210093)

引 言

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound，HIFU)作为一种新型无创的外科技术得到人们广泛关注，并已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤的治疗[1]。在HIFU治疗过程中，超声换能器以一定的聚焦方式将体外低能量的超声聚焦到体内形成一个高能量的靶点，使组织温度迅速上升，超过56 ℃，致使蛋白质变性，靶区组织发生不可逆凝固性坏死，但却不会损伤焦域外的正常组织[2]。随着HIFU技术的发展，人们对聚焦换能器的性能提出了更高的要求。声透镜、凹面自聚焦以及相控阵等方式常被用来实现声能量的聚焦[3]。在这些方式中，声透镜与凹面自聚焦这两种聚焦方式由于可以提供较大的聚焦增益且性能稳定，应用最为广泛。然而由于制造工艺的约束，其聚焦效率受到限制。

另一方面，声学超构材料由于具有周期结构的特性，可以通过结构的设计实现声波的定向操控，带来了诸如声异常透射(Extraordinary acoustic transmission，EAT)、负折射和异常隔声等声学效应，对聚焦换能器的研究有着重大的实用价值和现实意义[4-6]。其中EAT效应可用于增强换能器的透射效率。EAT的研究可追溯至早期光学方面的发现，Ebbesen等[7]在金属薄膜上设计亚波长孔周期阵列并让光通过，结果发现光通过薄膜后观察到特定频率上的透射增强，且增强的频率与结构周期紧密相关，并将其命名为光学异常透射(Extraordinary optical transmission，EOT)。表面等离激元被认为是其实现光学增强的主要机制[8]。声学与光学都具有波动的性质，满足传统斯涅尔定律。……