CN105536156A - 一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置，其中，该方法包括：步骤1，建立头部三维数字模型；步骤2，在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波；步骤3，基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；步骤4，根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，对阵元施加对应所述电压信号的电压，发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

Description

一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置

技术领域

本发明属于医疗领域，尤指一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置。

背景技术

功能性脑疾病(帕金森病、阿尔茨海默病、癫痫、抑郁症等)已成为全球性的重大医学问题和沉重社会负担。目前对功能性脑疾病的确切机理仍不清楚，并缺乏有效的治疗措施，仍然是全球面临的重大医学挑战。继1870年德国科学家报道了电刺激下犬的大脑皮层可引发特定的躯体反应之后的100多年里，电、磁、光等技术与神经科学相结合产生了深部脑电刺激、磁刺激、光基因调控等神经刺激与调控技术。这些神经调控技术的出现极大地促进了也开启了情感、记忆、认知等神经科学和脑科学研究的快速发展和脑疾病干预和治疗技术与仪器应用。然后，电极刺激和光遗传学等神经调控工具由于对大脑有创伤，限制了其在脑疾病研究中的应用。磁刺激只能对浅脑皮层作用，且缺乏空间精度。超声波的独特机械波物理属性及其力学效应控制神经细胞电活动的新发现，使其成为实现无创神经刺激与脑疾病研究和治疗的一种极具潜力的新手段。

神经刺激与环路调控的技术和工具是推动神经科学发展的重要动力。神经系统刺激技术的当前目标是通过递送外源性能量至完整的回路而调节神经元活动，从而调节神经性系统功能。电、磁、光等技术与神经科学相结合产生了深部脑电刺激、磁刺激、光基因调控等神经刺激与调控技术。

电极深部脑刺激(DeepBrainStimulation,DBS)是将电极植入的脑内特点神经核团靶点，通过可控的高频电流刺激抑制靶点细胞的异常神经功能，达到有效干预和治疗疾病的目的。自1987年首次被用于震颤的控制以来，全世界共有10多万名患者植入了DBS装置，为众多难治性的脑疾病如帕金森症、抑郁症、难治性癫痫、肌张力失调、顽固性疼痛、强迫症等提供了一种有效的干预方法。但是，DBS的应用也存在着重要的局限：临床通过开颅手术将1～2根电极植入深脑组织对于核团进行刺激是对脑组织和神经环路造成永久的创伤、靶点无法更换、难以实现更多部位核团的刺激，而且整个电源供给装备也要手术植入到身体中。在个体的脑部施加的刺激电极会影响机体的正常功能，DBS电极使用一段时间以后，在电极周围会形成胶质细胞鞘，不仅影响电极的效率，还会影响机体的正常功能，而且，在施加电刺激时，所施加的电刺激总是引起兴奋性反应，只有在刺激抑制性核团时，才能引起抑制性反应，这些缺点也限制了电刺激技术在调控神经环路方面的应用。

经颅磁刺激(TranscranialMagneticStimulation,TMS)技术是无创的治疗技术，它由放置于头皮上的磁性线圈产生的瞬时、高伏脉冲产生一个垂直于线圈平面的磁场域，作用与大脑组织并产生感应电流，使神经细胞去极化并产生诱发电位。该技术可以用于评价神经电生理传导通路，尝试用于抑郁症、癫痫、中风、精神分裂症、自闭症等疾病的神经康复治疗。然而，TMS技术存在刺激的深度不够、无法聚焦、刺激分辨率低和刺激区域难以确定等瓶颈。

近十多年来新兴发展起来的光遗传学技术(Optogenetics)，实现了在细胞水平选择性调控某一微环路，即通过给予不同波长的激光实现对某一环路的兴奋性或者抑制性调控，有力地推动了神经科学的发展。但是，光遗传学技术是通过给与不同波长的激光来激活光敏感通道，由于生物组织对于光的强烈吸收严重限制了光的传播距离(仅有若干毫米)，因此需要在患者或被试动物的相应脑区插入光纤和光纤导管，这在操作时不可避免的会损伤部分脑区，从而导致神经系统的某些生理功能丧失。

调节神经活动的方法包括侵入和非侵入技术。然而，这些技术中的多种例如DBS和光遗传学技术需要刺激电极的外科手术移植，其是侵入、昂贵和甚至危险的过程。例如，刺激电极的外科手术移植增加了二次医疗风险例如感染。而TMS虽然是非侵入式，却存在刺激深度不够、无法聚焦、刺激分辨率低和刺激区域难以确定等瓶颈，无法应用于深脑刺激。

超声作为一种机械波，是由物体(声源)振动产生，并通过压缩和膨胀媒质导致其传播，医学超声通常是指频率在20kHz到10MHz区间内的声波。超声除了具有波的一般属性，还有一个重要特点，其在水、肌肉等人体组织内的衰减很小，可以抵达较深的人体组织。医学超声波与人体组织相互作用，主要应用了声波与物质相互作用的基本物理特性，具有波动效应、力学效应和热效应等三大声学效应，这些效应在生物医学中有着重要的应用或重大潜力。传统的超声基于波动效应和热效应，已经发展成为具有成像诊断和热消融治疗两大基本功能。波动效应可用于B超、彩超、造影等在临床具有十分广泛应用的超声成像诊断技术；热效应可用于肿瘤的热消融和神经核团毁损治疗，比如高强度聚焦超声(HIFU)。

超声神经刺激与调控的优势是其非侵入性质。超声在分子、细胞、动物和人脑水平的神经调控最新科学证据有力证明了超声可以穿过人的颅骨无创、有效调节突触可塑性、神经元调控和深部脑区神经核团。

在名称为经颅超声刺激修复脑神经功能的装置及方法(申请号CN201210576849.4)的专利申请中，其公开了一种经颅超声刺激修复脑神经功能的装置及方法，该装置包括函数信号发生器、功率放大器及超声换能器，其中，该函数信号发生器产生刺激所需的刺激信号后，通过该功率放大器放大至该超声换能器所需的高压脉冲信号，而后通过该超声换能器得到超声刺激信号，以对脑组织进行刺激，通过本发明，可以实现低功率、高分辨率、无创的神经修复治疗目的。

在名称为使用超声用于调节细胞活性的方法和装置(申请号CN201510378861.8)的专利申请中，其公开了用于调节活细胞(例如在人、动物、植物、昆虫、微生物和其他有机体中发现或衍生的细胞)的一种或多种活动的方法和装置。本发明的方法包括施用超声(例如低强度低频超声)至活细胞以影响细胞和调节细胞活性的应用。本发明的装置包括产生超声波的一种或多种组件，例如超声发射器、换能器、或压电换能器、复合换能器、CMUT、和可设置为单或多换能器或设置在阵列构造中的组件。超声波可以是任何形状的，并且可以是聚焦的或未聚焦的。

在名称为调节大脑活动的设备和方法(申请号：CN201080056295.4)的专利申请中，其提供了用于大脑调节的设备和方法。该设备包含主体和用于激活大脑的部件。这样的部件包括超声换能器。该设备用于将超声波提供给戴着该设备的对象中的大脑结构，以便执行治疗创伤性大脑损伤、影响姿势控制、影响警觉性、注意力、和警惕性、提供记忆控制、改变大脑血管血流动力学、使压力最小、以及强化行为动作的方法。

在上述三篇已公开的专利方案中，存在以下不足：

第一篇专利的方案使用了单阵元的超声换能器。虽然，在其权利要求书中提出该超声换能器上配以不同直径准直器或采用自聚焦的超声换能器。但是由于颅骨非均匀性和对超声的强散射性，无论是采用准直器，还是自聚焦超声换能器，超声波通过颅骨后的传播路径难以控制，因此很难实现精准定位。

第二篇专利存在以下缺点：1、虽然权利要求书中提出超声波组件可包括1至1000个阵元，但是对于阵元的排布并没有给出优化的排布方式；2、虽然权利要求书中提出所述超声换能器元件使用模拟或数字波形驱动，使得刺激波形含有单或多超声频率，但是没有提出对超声换能器阵列中的元件采取个性化的驱动参数(如电压、时间延迟)，以克服由于颅骨非均匀性对超声的强散射，从而穿过颅骨之后可以在深脑产生精准聚焦；3、虽然在其权利要求书中提出超声波组件可包括多至1000个阵元，但是在某些应用场合，可能需要用到更大规模的阵列排布(>1000)，以产生更精确的空间聚焦。

第三篇专利提出的设备包含主体和用于激活大脑的部件，将超声波提供给戴着该设备的对象中的大脑结构，以便调节大脑活动。在调节大脑活动的时候，需要对大脑中多个不同的位置进行刺激，而该方案没有说明通过超声阵列以及对超声阵列的精确控制，实现在深脑的三维精确多点刺激方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于大规模面阵元的超声脑刺激与调控装置与方法。该装置包括大规模面阵列超声波换能器、超声波控制器、超声耦合装置等。该方法是通过超声波控制器控制超声波换能器阵列发射超声波，经过声耦合装置和颅骨，在深部脑区的一个或多个位置进行精准聚焦，进行声刺激或调控。

为达到上述目的，本发明提出了一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法，该方法包括：步骤1，建立头部三维数字模型；步骤2，在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波；步骤3，基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；步骤4，根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，对阵元施加对应所述电压信号的电压，发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

进一步的，在步骤1中，该方法包括：获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。

进一步的，在步骤1中，该方法包括：利用计算机断层扫描或磁共振成像对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

进一步的，所述头部的物理信息包括：密度、声衰减。

进一步的，所述声学参数包括：声强、声压、超声波到达所需时间。

为达到上述目的，本发明还提出了一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控装置，该装置包括：超声波发生装置、超声控制装置、超声波耦合装置；其中，超声波发生装置，包括换能器阵元，用于发射和接收超声波；超声波耦合装置，用于将所述超声波发生装置发射的超声波导入头部；超声控制装置，包括：模型建立模块，用于建立头部三维数字模型；仿真模块，用于在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波，以及基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达换能器阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；控制模块，用于根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，控制对所述换能器阵元施加对应所述电压信号的电压，使所述超声波发生装置发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

进一步的，该装置包括：散热水冷装置，用于对所述超声波发生装置进行散热。

进一步的，所述模型建立模块，还用于获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。

进一步的，所述模型建立模块，还用于利用计算机断层扫描或磁共振成像对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

进一步的，所述头部的物理信息包括：密度、声衰减。

进一步的，所述声学参数包括：声强、声压、超声波到达所需时间。

本发明提出的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置可以在脑内多点实现精准聚焦，实现单点或多点动态超声刺激或调控。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法流程图。

图2为本发明一实施例的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控装置结构示意图。

图3为本发明一实施例的超声控制装置的结构示意图。

图4A为本发明一具体实施例的1024阵元二维面阵列排布情况示意图。

图4B为本发明一具体实施例的二维面阵列在不同深度的声场聚焦情况示意图。

图5A为本发明一具体实施例的四面阵列超声换能器的声辐射力场的单焦点压力场的仿真结果。

图5B为本发明一具体实施例的四面阵列超声换能器的声辐射力场的四焦点压力场的仿真结果。

图6A为本发明一具体实施例的弧形阵列超声换能器跨颅直接聚焦结果示意图。

图6B为本发明一具体实施例的弧形阵列超声换能器时间反演跨颅聚焦结果示意图。

图7A为本发明一具体实施例的四面阵跨颅多点聚焦的相控聚焦结果示意图。

图7B为本发明一具体实施例的四面阵跨颅多点聚焦的时间反演聚焦结果示意图。

具体实施方式

以下配合图示及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤1，建立头部三维数字模型。

步骤2，在大脑需要刺激或调控的一个或多个位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波；此步骤为假设此一个或多个位置的虚拟声源向四周发射超声波。

步骤3，基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；其中，头部的声学参数可以包括：声强、声压、超声波到达所需时间。

步骤4，根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，对阵元施加对应所述电压信号的电压，发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的一个或多个虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

进一步的，在步骤1中，该方法包括：获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。其中，头部的物理信息可以包括：密度、声衰减等。

进一步的，在步骤1中，可以利用计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)或其它三维成像方法对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

进一步的，在步骤3中，声场仿真是指基于头部三维数字模型，利用数值仿真软件模拟虚拟声源所发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达阵元位置是的声学参数，并进而仿真出超声换能器经过压电转换后得到的电压信号。数值仿真软件包括诸如时域有限差分软件(FDTD)、COMSOL、PZFlex或其它软件。

基于上述发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与上述基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法相似，因此该装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2为本发明一实施例的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控装置结构示意图。如图2所示，该装置包括：超声波发生装置1、超声波耦合装置2、超声控制装置3；另外，该装置还可以包括散热水冷装置4。

其中，超声波发生装置1，包括换能器阵元，用于发射和接收超声波。

超声波耦合装置2，用于将所述超声波发生装置发射的超声波导入头部。

图3为本发明一实施例的超声控制装置的结构示意图。如图3所示，超声控制装置3包括：

模型建立模块31，用于建立头部三维数字模型；

仿真模块32，用于在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波，以及基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达换能器阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；

控制模块33，用于根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，控制对所述换能器阵元施加对应所述电压信号的电压，使所述超声波发生装置发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

进一步的，散热水冷装置4，用于对所述超声波发生装置进行散热。

在本实施例中，用户可以通过电脑将控制指令传输到超声控制装置3，超声控制装置3接收指令，控制超声波发生装置1。因为超声波发生装置1(超声探头)和头部之间有空隙，就会有空气，而超声波在空气中的衰减很大，所以需要设置超声波耦合装置3，减少衰减，将超声波发生装置1所发出的超声波能量耦合至头部。由于超声波发生装置1工作的时候会产生大量的热，因此需要散热水冷装置4来散热。

在本实施例中，模型建立模块31，还用于获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。

在本实施例中，模型建立模块31，还用于利用计算机断层扫描或磁共振成像对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

在本实施例中，超声波发生装置1可以包含用于生成超声波的一个或多个部件，可以是诸如超声发射器、换能器、压电换能器、压电聚合物换能器、复合换能器、气体基质压电换能器、CMUT(电容式微加工超声换能器)、PMUT(压电式微加工超声换能器)。

超声波发生装置1中的换能器阵元以阵列的形式排布，可以是平面阵、球面、弧面或其他适用于头部的其他结构或形式进行排布。

超声控制装置3中还可以包含用于控制超声波阵元发送和接收数据的部件，超声波阵元发送部件，控制一个或多个阵元发出的波形、功率和延时，控制多个阵元协同工作发射超声波，所述的超声波阵元接收部件，控制阵元接收回波。

本发明提出的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置，与背景技术中第一篇专利方案相比。第一篇专利方案使用单阵元的超声换能器，由于颅骨非均匀性和对超声的强散射性，超声波通过颅骨后的传播路径难以控制，因此很难实现精准定位。本发明是基于时间反演方法，利用超声控制器控制大规模面阵列超声换能器，可以在脑内多点实现精准聚焦，实现单点或多点、动态超声刺激与调控。

与背景技术中第二篇专利方案相比，第二篇专利方案提出采用1至1000个阵元的超声波换能器，没有提出具体的阵元排列方式，没有提出具体的换能器阵元驱动方式，1000个阵元也不一定足够产生跨颅脑内的精准聚焦。本发明采用大规模面阵列超声换能器(一至一万个)，基于时间反演方法，利用超声控制器对大规模面阵列超声换能器的各阵元采用个性化的驱动参数(如电压、时间延迟)，克服由于颅骨非均匀性对超声的强散射，实施在脑内单点或多点的精准聚焦，实现多点、动态超声刺激与调控。

与背景技术中第三篇专利方案相比，第三篇专利方案没有说明通过超声阵列以及对超声阵列的精确控制，实现在深脑的三维精确多点刺激方法。本发明通过超声控制装置控制超声波换能器阵列发射超声波，经过声耦合装置和颅骨，在深部脑区的一个或多个位置进行精准聚焦，进行声刺激或调控。

为了对上述基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置进行更为清楚的解释，下面结合几个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

实施例1：仿真二维面阵探头在空间的单点聚焦，如图4A所示的二维面阵共有1024个阵元组成的一个32×32的方阵。压电阵元的中心频率为1.5MHz，阵元直径为5.0mm，阵元间距为0.15mm。图4B所示为二维面阵列在不同深度的声场聚焦情况。

实施例2：仿真四面阵列超声换能器的声辐射力场分布，中心频率为0.5MHz，聚焦深度为100-150mm。图5A所示单焦点压力场的仿真结果，图5B为四焦点压力场的仿真结果。

实施例3：仿真弧形阵列超声换能器穿过人颅骨在深脑进行聚焦的结果。利用颅骨图像，经处理得到了二维颅骨形态模型，颅骨的外径约300mm，暂时不考虑颅骨本身的分层和非均匀性，也不考虑颅骨中横波效应，仅将颅骨看作均匀声波介质，声学参数为密度1658kg/m³，声速3360m/s；暂时不考虑颅内的脑组织非均匀性，将除颅骨以外的部分都设为水，声学参数为密度1000kg/m³，声速1500m/s。

图6A所示为弧形阵列超声换能器跨颅直接聚焦结果示意图，图6B所示为弧形阵列超声换能器时间反演跨颅聚焦结果示意图，两图仿真结果显示了512阵元的弧面阵的穿颅聚焦。压电阵元的频率为1MHz，图6A为半圆形换能器阵直接聚焦至几何中心的结果，图6B为时间反演跨颅聚焦结果。声压峰值分布，均以颅内最大声压值为标准作了归一化处理。对比可见时间反演聚焦的焦点更小，能量更集中。

实施例4：仿真四面阵列超声换能器跨颅聚焦的结果。从4个方向投放能量，较从单一方向投放能量时，焦点形状更规则，焦点尺寸更小，能量汇聚程度更高(强梯度场)。图7A所示为本发明一具体实施例的四面阵跨颅多点聚焦的相控聚焦结果示意图，图7B所示为本发明一具体实施例的四面阵跨颅多点聚焦的时间反演聚焦结果示意图，并进行了定量对比。由于时间反演各阵元发射波形的幅度不同，取时间反演的最大发射能量与相控聚焦的发射能量相同时，对各个焦点处的声压幅度作归一化，并进行对比。时间反演方法4个焦点的声压幅值分别为：1.00，1.00，0.95，0.83；相控聚焦方法4个焦点的声压幅值分别为：0.70，0.18，0.41，0.43。由结果可见，四面阵跨颅时间反演可以实现多点的精准聚焦。

本发明提出的基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法及装置可以在脑内多点实现精准聚焦，实现单点或多点动态超声刺激或调控。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，建立头部三维数字模型；

步骤2，在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波；

步骤3，基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；

步骤4，根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，对阵元施加对应所述电压信号的电压，发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，该方法包括：

获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1中，该方法包括：

利用计算机断层扫描或磁共振成像对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述头部的物理信息包括：密度、声衰减。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声学参数包括：声强、声压、超声波到达所需时间。

6.一种基于大规模面阵元的超声脑刺激或调控装置，其特征在于，该装置包括：超声波发生装置、超声控制装置、超声波耦合装置；其中，

超声波发生装置，包括换能器阵元，用于发射和接收超声波；

超声波耦合装置，用于将所述超声波发生装置发射的超声波导入头部；

超声控制装置，包括：

模型建立模块，用于建立头部三维数字模型；

仿真模块，用于在大脑需要刺激或调控的位置设置虚拟声源，并利用该虚拟声源向四周发射超声波，以及基于所述头部三维数字模型进行声场仿真，模拟所述虚拟声源发射的超声波经脑部组织、颅骨、超声波耦合装置后，到达换能器阵元位置时的声学参数，并仿真获得超声换能器经过压电转换后得到的电压信号；

控制模块，用于根据获得的所述声学参数及电压信号，将时间反演，控制对所述换能器阵元施加对应所述电压信号的电压，使所述超声波发生装置发射超声波，实现超声波穿过颅骨在脑内的虚拟声源处聚焦，进行超声脑刺激或调控。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置包括：散热水冷装置，用于对所述超声波发生装置进行散热。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型建立模块，还用于获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息，根据头部结构信息及物理信息建立头部三维数字模型。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型建立模块，还用于利用计算机断层扫描或磁共振成像对头部进行三维扫描，获取包括颅骨和脑部组织在内的头部结构信息及物理信息。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述头部的物理信息包括：密度、声衰减。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述声学参数包括：声强、声压、超声波到达所需时间。