基于K空间伪谱法的经颅磁声电刺激感应电场聚焦特性仿真研究

经颅磁声电刺激利用超声与静磁场耦合作用产生的感应电场调节相应脑区神经元放电活动,感应电场的聚焦特性直接影响其调控效果的优劣。现有的有限差分法或有限元法在高频波时域模型求解时计算效率有待提升。本文利用基于快速傅里叶变换的K空间伪谱法,将傅里叶级数拟合到网格每一行的数据中,求解经颅磁声电刺激下的感应电场分布,讨论换能器结构参数以及超声频率的改变对感应电场聚焦特性的影响,并依据已有聚焦度评价指标对感应电场聚焦效果进行衡量。仿真结果表明,选用曲率半径25mm、超声频率1.0MHz的自聚焦型换能器时,感应电场具有更加良好的聚焦特性,其中焦域长度、焦域宽度分别为8.50mm、1.44mm。研究结果为经颅磁声电刺激换能器参数设计提供重要的理论依据和参考,有助于推动经颅磁声电刺激在精准神经调控方面的进一步发展。

基于有限元和k空间伪谱法的光声成像仿真平台

计算机仿真技术对于光声成像的理论研究和实际应用具有重要意义。该文利用开源工具箱k-Wave搭建了基于Matlab的光声成像仿真平台。该平台以有限元方法和k空间伪谱法为数值计算基础,实现了对光声成像前向和后向过程的仿真计算,并设计实现了图形用户界面。给出了整个平台的结构设计、工作流程以及其他设计细节。通过和光声信号理论波形的对比,验证了该平台的可靠性;通过和COMSOL软件进行重建结果的对比,验证了该平台的有效性,从而为光声成像技术的研究提供了一种可靠的仿真技术。