一个低复杂度可编程的超声波刺激系统:设计和安全评估
IEEE transactions on bio-medical engineering
|March 12, 2026
概括
这项研究引入了一种新的可编程的跨骨聚焦超声波 (tFUS) 系统,用于精确的神经调节. 开发的tFUS设备确保了安全和可重现的大脑刺激,具有验证的电路性能和临床前安全性.
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.


