Design and Optimization of Ultrasound Phased Arrays for Large-Scale Ultrasound Neuromodulation

相控阵 波束赋形 神经调节 传感器 超声波 计算机科学 光束转向 相控阵超声 微气泡 栅栏 声学 材料科学 生物医学工程 物理 梁(结构) 光学 刺激 工程类 电信 光电子学 医学 内科学 天线(收音机)
作者
Sheikh Jawad Ilham,Zeinab Kashani,Mehdi Kiani
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:15 (6): 1454-1466 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tbcas.2021.3133133
摘要

Low-intensity transcranial focused ultrasound stimulation (tFUS), as a noninvasive neuromodulation modality, has shown to be effective in animals and even humans with improved millimeter-scale spatial resolution compared to its noninvasive counterparts. But conventional tFUS systems are built with bulky single-element ultrasound (US) transducers that must be mechanically moved to change the stimulation target. To achieve large-scale ultrasound neuromodulation (USN) within a given tissue volume, a US transducer array should electronically be driven in a beamforming fashion (known as US phased array) to steer focused ultrasound beams towards different neural targets. This paper presents the theory and design methodology of US phased arrays for USN at a large scale. For a given tissue volume and sonication frequency (f), the optimal geometry of a US phased array is found with an iterative design procedure that maximizes a figure of merit (FoM) and minimizes side/grating lobes (avoiding off-target stimulation). The proposed FoM provides a balance between the power efficiency and spatial resolution of a US array in USN. A design example of a US phased array has been presented for USN in a rat's brain with an optimized linear US array. In measurements, the fabricated US phased array with 16 elements (16.7×7.7×2 mm3), driven by 150 V (peak-peak) pulses at f = 833.3 kHz, could generate a focused US beam with a lateral resolution of 1.6 mm and pressure output of 1.15 MPa at a focal distance of 12 mm. The capability of the US phased array in beam steering and focusing from -60o to 60o angles was also verified in measurements.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
2秒前
2秒前
英俊的铭应助司马雨泽采纳,获得10
3秒前
Yqx发布了新的文献求助10
3秒前
wusuowei完成签到,获得积分10
4秒前
葛根发布了新的文献求助10
4秒前
赫鲁晓楠发布了新的文献求助10
4秒前
领导范儿应助漂亮雅山采纳,获得10
4秒前
5秒前
gggg发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
pipi发布了新的文献求助10
5秒前
李佳杭完成签到,获得积分10
5秒前
共享精神应助于金正采纳,获得10
5秒前
上官若男应助乐观的雨采纳,获得10
6秒前
7秒前
MgZn发布了新的文献求助10
7秒前
FashionBoy应助根深者叶茂采纳,获得10
7秒前
vitamin发布了新的文献求助10
8秒前
俏皮的从梦完成签到,获得积分20
8秒前
苏西发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
快点毕业发布了新的文献求助10
10秒前
yfy发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
无奈傲菡发布了新的文献求助30
10秒前
Michael发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
Since_2026完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
asaso完成签到,获得积分10
12秒前
飘逸的梦竹完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
芦苇完成签到,获得积分10
12秒前
o泡果奶完成签到,获得积分20
13秒前
ZW完成签到 ,获得积分20
13秒前
现代的代丝应助光亮豆芽采纳,获得10
13秒前
gggg完成签到,获得积分20
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
HYDROLYSE ACIDE DE QUELQUES DIOXASPIROCYCLANES 1000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7741454
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9290040
关于积分的说明 20199037
捐赠科研通 7319859
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3306737
关于科研通互助平台的介绍 2458937
邀请新用户注册赠送积分活动 2317142