经颅聚焦超声仿真方法的研究和应用

经颅聚焦超声技术通过引导超声波束穿透人体颅骨形成颅内焦点，实现对头部感兴趣区域的精确刺激或治疗。但在实际应用中，超声波因颅骨的强声衰减性和非均质结构发生强烈的相位畸变和能量衰减。为克服颅骨的影响，声学仿真常用于校正超声阵列的相位，预测各声束的传播路径，确保颅内超声的精准聚焦。根据声学波动方程求解方法的不同，经颅聚焦超声中常用的声学仿真方法可分为数值方法和半解析方法。其中数值方法包括k空间伪谱法、时域有限差分法和有限元法等，半解析法包括射线追踪法、混合角谱法等。基于数值方法的仿真工具综合考虑了波在介质中的各种传播形式，如非线性效应、散射和衍射等，在学术研究中被广泛应用。相较于数值方法，半解析方法精度较低但展现出更快的计算速度，更适合应用于对仿真时间有高度要求的临床场景。此外，不同仿真方法的混合应用可显著提升仿真效率和准确性，但相关研究尚显不足。本文对近年来经颅聚焦超声领域中常用的基于数值方法、半解析方法和混合方法的仿真技术研究进行了回顾和梳理，并对各种仿真方法的研究和应用进行了总结和展望。