曹伟，仓臣，张浩强，郑政

上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093

前言

超声脑刺激因其独特的优点受到了广泛的重视，众多实验室相继开展相关研究，期望进一步揭示其作用机理［1‐2］，阐明其神经调制的规律［3‐5］，从而推动其临床应用。和医学转化研究相同的是，这一过程也必须首先进行动物实验。但由于实验动物的颅骨和脑结构通常和人类具有非常大的差别，因此需要专门设计的超声刺激设备以满足动物实验之需［6‐8］。

目前几乎所有的动物实验均使用单晶片聚焦换能器，这种换能器有两个明显的缺点：（1）无法校正颅骨对声场造成的畸变，增加对实验结果进行分析的困难；（2）无法对焦点位置进行电控，实验中变换刺激部位只能依靠机械调节，不仅费时，而且容易引起超声耦合剂脱离，导致实验失败［9‐13］。

本研究针对上述问题设计了一种基于阵列式换能器的刺激器，其换能器由16个阵元组成，每个阵元都由单独的脉冲源驱动。根据相位补偿原理［14］，调整脉冲源之间的延时不仅可以校正声场畸变带来的散焦问题，而且可以在一定范围内实现焦点位置的电控［15‐19］。

1 系统设计

1.1 换能器阵列

为兼顾颅骨穿透能力和聚焦能力，本研究选取500 kHz 的超声频率。探头尺寸、阵元个数和阵元大小是另一个需要考虑的问题。通常阵元数越大，合成声场越理想，但是探头尺寸必须和动物颅骨的尺寸相配合，而用于超声脑刺激研究的动物以大鼠为多，颅骨尺寸有限（成年大鼠颅骨约为49 mm×22 mm），所以不宜安排太多阵元；……