一个低复杂度可编程的超声波刺激系统:设计和安全评估

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 声学工程 声学工程

背景情况:

• 现有的跨焦超声波 (tFUS) 平台缺乏全面支持精确控制,声功率监测和灵活的波形生成,阻碍了安全和可重复的神经调节.
• 精确的控制和监测对于tFUS治疗的临床转化至关重要.

研究的目的:

• 开发和验证一个低复杂度,可编程的tFUS刺激系统.
• 为了实现灵活的波形生成,高效的传感器激发和精确的声功率监测.
• 评估开发的tFUS系统的体内安全性.

主要方法:

• 集成了一个直接数字合成模块,可编程的直流-直流供应,全桥驱动器和阻抗匹配网络.
• 采用非统一的离散福里埃变换方法来监测驾驶频率的声功率.
• 在小鼠中使用急性和慢性刺激方案评估体内安全性,分析行为和组织学结果.

主要成果:

• 通过直接振幅调节,实现高达4.85MPa的高度线性压力控制.
• 阻抗匹配将激发电压提高了2.4倍,并将总波扭曲降低了19.19dB.
• 功率监测显示输出>3W的误差为<5%;在各种刺激强度的临床前安全研究中没有观察到异常.

结论:

• 开发的tFUS系统提供灵活的波形生成和高效的传感器激发.
• 该系统提供精确的声功率监测和线性压力控制,对于神经调节至关重要.
• 临床前安全评估证实了该系统在神经调节应用中的可行性和安全性,扩大了典型的安全边际.