技术特征：
1.一种基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在颅脑内选取m个聚焦点，对每个聚焦点预设声压，得到声压矩阵pm；
步骤二、根据超声相控阵列换能器声压传播公式分别计算超声对每个聚焦点的前向传播向量，利用所有聚焦点的前向传播向量构造超声的前向传播矩阵hm，聚焦点个数和超声相控阵列换能器的阵元个数分别为超声的前向传播矩阵hm的行数和列数；
步骤三、对超声的前向传播矩阵hm求伪逆矩阵，得到如式(6)的超声的前向算子伪逆矩阵
式(6)中，
步骤四、将超声的前向算子伪逆矩阵
步骤五、对阵列控制矩阵中的每个元素求模与相角，然后将阵列控制矩阵中每个元素的模作为超声相控阵列换能器中的相控阵列对应位置的阵元中心点的振动速度幅值，将阵列控制矩阵中每个元素的相角作为超声相控阵列换能器中的相控阵列对应位置的阵元发射波的相位。
2.根据权利要求1所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，对于由矩形阵元构成的一维线阵，超声相控阵列换能器声压传播公式为；
式(1)中，p为一维线阵在聚焦点产生的声压；i为虚数单位；ρ、c分别为矩形阵元所在介质的密度和超声在矩形阵元所在介质中的传播速度；w、h分别为矩形阵元的宽度和高度；λ为超声波长；n为阵元个数；un为垂直于声源表面的质点速度；k为波数；r为第m个聚焦点与第n个矩形阵元中心点之间的距离，m∈m,n∈n；xn,yn分别为第n个矩形阵元的中心坐标；
超声的前向传播矩阵hm中，第m行第n列的元素hmn满足式(5)：
式(1)、(5)中，r满足式(2)：
式(2)中，δx,δy,δz分别为第m个聚焦点与第n个矩形阵元中心点在x,y,z轴方向的坐标差。
3.根据权利要求2所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，式(2)中的δx满足式(3)：
式(3)中，d1为第n个矩形阵元中心点与介质交界面沿x方向的距离，d2为聚焦点f1与介质交界面沿x方向的距离，c1、c2分别为超声在水和脑组织中沿x方向的传播速度，θn为第n个矩形阵元发射波方向与声轴之间的夹角；
同理，式(2)中的δy满足式(4)：
式(4)中，d′1为第n个矩形阵元中心点与介质交界面沿y方向的距离，d'2为聚焦点f1与介质交界面沿y方向的距离，c'1、c'2分别为超声在水和脑组织中沿y方向的传播速度，θ′n为θn的余角；
由于各矩形阵元中心点与各聚焦点位于同一平面内，故δz为零。
4.根据权利要求1所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，步骤五中，若阵列控制矩阵un的第一个元素u11＝a bi，则将复数u11的模
5.根据权利要求1-4任一所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，步骤一中所有聚焦点位于超声相控阵列换能器声轴上或者位于颅脑同一深度的不同位置。
6.根据权利要求5所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，若颅脑的背腹向尺寸为9.8～10.2mm，聚焦点为两个且聚焦点位于声轴上，则两个聚焦点的最小可分辨间距为3mm，最大可分辨间距为8mm。
7.根据权利要求5所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，当所有聚焦点位于颅脑同一深度不同位置时，若聚焦点个数为偶数，则所有聚焦点关于声轴对称分布；若聚焦点个数为奇数，则声轴上分布一个，其余聚焦点关于声轴对称分布。
8.根据权利要求7所述的基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，其特征在于，若颅脑的头尾向尺寸为8.8～9.4mm，聚焦点为两个，则两个聚焦点的最小可分辨间距为1.4mm，最大可分辨间距为9mm。
技术总结
本发明为一种基于无损脑神经刺激聚焦声场的相控方法，包括步骤一、在颅脑内选取多个聚焦点，对每个聚焦点预设声压得到声压矩阵；步骤二、计算超声对每个聚焦点的前向传播向量，并构造超声的前向传播矩阵；步骤三、计算超声的前向算子伪逆矩阵；步骤四、将超声的前向算子伪逆矩阵与步骤一的声压矩阵相乘，得到阵列控制矩阵；步骤五、对阵列控制矩阵的每个元素求模与相角，将每个元素的模作为超声相控阵列换能器中的相控阵列对应位置的阵元中心点的振动速度幅值，将每个元素的相角作为超声相控阵列换能器中的相控阵列对应位置的阵元发射波的相位。该方法能够使声场在声轴不同深度以及声轴同一深度不同位置处形成有效聚焦，且聚焦点声压强度可控。
技术研发人员：张帅;李梦迪;王艺潇;焦立鹏;徐桂芝
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2021.02.20
技术公布日：2021.06.15
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