[发明专利]用于经颅超声刺激的超声换能器的实时导航方法及系统

权利要求书

1.一种用于经颅超声刺激的超声换能器的实时导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)建立超声穿过颅骨的声场计算模型，基于颅骨形态和刺激需求预先标注颅内预定刺激靶点，并预先确定超声换能器的初始位置和角度；

(b)基于超声换能器的初始位置和角度放置代表聚焦型的超声换能器的凹面声源，进行正向经颅超声声场仿真计算，进而得到所述超声换能器产生的经颅超声声场的仿真声学焦点的位置；

(c)计算此时所述超声换能器与所述颅内预定刺激靶点的距离以及所述超声换能器与经颅超声声场的仿真声学焦点的位置之间的距离，然后利用梯度下降法，计算得到中间轮次的超声换能器的位置和角度；

(d)基于步骤(c)中计算得到的中间轮次的超声换能器的位置和角度放置代表聚焦型的超声换能器的凹面声源，进行正向经颅超声声场仿真计算，从而得到此轮次中的超声换能器产生的经颅超声声场的仿真声学焦点；

(e)重复迭代步骤(c)和(d)，当达到迭代停止条件时，停止迭代，进而得到用于导航的最佳超声换能器的位置和角度；其中，每一轮迭代计算使用的超声换能器的位置和角度是基于梯度下降法由上一轮迭代计算的结果得到的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中还包括：在利用梯度下降法计算得到中间轮次的超声换能器的位置和角度之前，包括对超声声场仿真计算得到的此时的经颅超声声场进行平滑的步骤，从而使得平滑后的经颅超声声场的半峰全宽区域内不存在局部极小值点，在最大声压值点外也不存在局部极大值点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过使用平滑滤波器算法对仿真计算得到经颅超声声场进行平滑，从而在使用梯度下降法进行下一中间轮次的超声换能器的位置和角度计算时，需要确定平滑后的经颅超声声场在预定刺激靶点P₀处的梯度

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，在凹面声源各位置设置大量的点声源，通过进行经颅声场仿真计算可以得到经颅超声声场的半峰全宽区域，并将该区域的几何中心点或峰值点作为所述超声换能器产生的经颅超声声场的仿真声学焦点。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，在第一轮迭代计算中，通过以下公式计算所述超声换能器与所述颅内预定刺激靶点的距离d_1,0，以及所述超声换能器与超声换能器仿真声学焦点的位置之间的距离d_1,b：

d_1,0＝|P₀-P_1,a|；

d_1,b＝|P_1,b-P_1,a|；

其中，P₀为颅内预定刺激靶点的位置，P_1,a为超声换能器的初始位置，P_1,b为步骤(b)中超声声场仿真计算得出的超声换能器的经颅仿真声学焦点的位置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中利用梯度下降法，计算中间轮次的超声换能器的位置和角度包括：在第一轮迭代计算中，通过来计算第一中间轮次的超声换能器的角度和位置，其中，

第一中间轮次的超声换能器的角度按照以下计算公式确定：

其中l为设定的迭代步长；

第一中间轮次的超声换能器的位置P_2,a按照以下计算公式确定：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前还包括步骤(a0)：对受试者头颅的影像数据进行预处理，从而获得受试者头颅结构模型以及声场仿真介质数据，其中所述声场仿真介质数据用于建立超声经过颅骨的声场计算模型。