声人工结构构建方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及超声，特别涉及一种声人工结构构建方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、在脑疾病动物模型中，超声神经调控可以用于研究疾病的发生机制、评估治疗效果以及探索潜在的治疗方法。超声神经调控主要是利用超声波刺激特定的脑区域，以观察神经元活动的变化，进而进一步研究与疾病相关的神经回路和信号传导机制。

2、声人工结构可以实现超声波调控，是因为声波遇到物体发生一系列波动效应，并通过反射、折射、衍射、干涉等多种相互作用，产生不同的声波效果。声人工结构通过对声波的负折射、衍射或相位进行调控，能够产生各种各样的声场，进而产生不同的声波效果，最终使经过人工结构后的超声波在特定的脑区域汇聚。

3、对于脑疾病动物进行超声神经调控时，超声波的传播路径和能量分布对于治疗效果至关重要。而由于动物的颅骨在形态结构上会存在凹凸不平和孔洞等特征，在质地上存在硬度和密度分布不均匀的情况，如此将会导致超声波在传播到颅骨时其传播速度和方向发生变化，进而使得超声波在动物的脑内发生散射，散射会影响超声波在头部内部的传播路径和能量分布，使得超声波在特定区域的能量无法集中，从而影响声人工结构对目标脑区域的神经调控效果。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种声人工结构构建方法、装置、设备及存储介质，旨在减弱由颅骨不平整、质地不均匀导致的声波散射，进而对脑疾病动物进行更加有效的超声神经调控。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种声人工结构构建方法，其特征在于，所述声人工结构包括多个设于同一平面的圆环，多个所述圆环自所述平面的中心由内向外呈嵌套布置；所述声人工结构构建方法包括以下步骤：

3、获取声人工结构的当前位置，并根据所述当前位置确定对应的airy函数；

4、基于所述airy函数和所述当前位置确定所述声人工结构的相位分布曲线；

5、获取所述相位分布曲线与第一目标横轴之间的各相交点位，并依次确定相邻所述相位交点之间的横向距离差值；

6、从各所述横向距离差值中交替选取第一目标横向距离差值以及第二目标横向距离差值；

7、将所述第一目标横向距离差值作为所述声人工结构中由内向外对应圆环的宽度，并将所述第二目标横向距离差值作为相邻所述圆环的间隔。

8、优选地，所述声人工结构构建方法还包括以下步骤：

9、获取输入所述声人工结构的声波的工作频率，并根据所述工作频率确定输入所述声人工结构的声波的波长；

10、基于所述波长和所述工作频率确定所述声人工结构的厚度相位方程；

11、获取所述厚度相位方程与第二目标横轴的交点，并确定所述交点的纵轴坐标值；

12、将所述纵轴坐标值作为所述声人工结构中各圆环的厚度。

13、优选地，所述基于所述波长和所述工作频率确定所述声人工结构的厚度相位方程的步骤包括：

14、按以下公式获取所述声人工结构的厚度相位方程：

15、φ(l)＝kl[1-(c0-c1)/c0]

16、其中，φ(l)为关于声人工结构的厚度l变化的厚度相位方程，c0为输入所述声人工结构的声波在水中的传播速度，c1为输入所述声人工结构的声波在所述声人工结构中的传播速度，为输入所述声人工结构的声波的波矢，为输入所述声人工结构的声波在水中传播的波长，f为输入所述声人工结构的声波的工作频率。

17、优选地，所述获取所述厚度相位方程与第二目标横轴的交点，并确定所述交点的纵轴坐标值的步骤包括：

18、按以下公式获取第二目标横轴的方程：

19、φ(l)＝c

20、其中，c为常数；

21、按以下公式确定所述交点的纵轴坐标值：

22、kl[1-(c0-c1)/c0]＝c。

23、优选地，其特征在于，所述基于所述airy函数和所述当前位置确定所述声人工结构的相位分布曲线的步骤包括：

24、按以下公式获取所述声人工结构的相位分布曲线：

25、

26、φ(x,θ)＝ai(bx)exp(ax+ikbxsin(θ))

27、其中，ai(bx)为关于声人工结构的当前位置x变化的airy函数，φ(x,θ)为关于声人工结构的当前位置x变化的相位分布曲线方程，a、b、k为常数，θ为艾里束弯曲角度，t为时间常数。

28、优选地，所述获取所述相位分布曲线与第一目标横轴之间的各相交点位，并依次确定相邻所述相位交点之间的横向距离差值的步骤包括：

29、按以下公式获取第一目标横轴的方程：

30、φ(x,θ)＝d

31、其中，d为常数；

32、按以下公式获取各所述相交点位：

33、ai(bx)exp(ax+ikbxsin(θ))＝d。

34、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种声人工结构构建装置，所述装置包括：

35、数据获取模块，所述数据获取模块用于获取声人工结构的当前位置，所述数据获取模块还用于根据所述当前位置确定对应的airy函数和所述声人工结构的相位分布曲线；

36、数据分析模块，用于获取所述相位分布曲线与第一目标横轴之间的各相交点位，并依次确定相邻所述相位交点之间的横向距离差值；

37、数据处理模块，用于从各所述横向距离差值中交替选取第一目标横向距离差值以及第二目标横向距离差值，并将所述第一目标横向距离差值作为所述声人工结构中由内向外对应圆环的宽度，将所述第二目标横向距离差值作为相邻所述圆环的间隔

38、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种声人工结构构建设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的声人工结构构建程序，所述声人工结构构建程序配置为如上文所述的声人工结构构建方法的步骤。

39、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有声人工结构构建程序，所述声人工结构构建程序被处理器执行时实现如上文所述的声人工结构构建方法的步骤。

40、本发明所提供的声人工结构构建方法公开了获取声人工结构的当前位置，并根据所述当前位置确定对应的airy函数；基于所述airy函数和所述当前位置确定所述声人工结构的相位分布曲线；获取所述相位分布曲线与第一目标横轴之间的各相交点位，并依次确定相邻所述相位交点之间的横向距离差值；从各所述横向距离差值中交替选取第一目标横向距离差值以及第二目标横向距离差值；将所述第一目标横向距离差值作为所述声人工结构中由内向外对应圆环的宽度，并将所述第二目标横向距离差值作为相邻所述圆环的间隔。相较于现有的声人工结构，本发明的声人工结构可以利用airy光束自修复的特性，通过控制声波的传播路径和相位分布，使声波在遇到障碍物时在一定距离后重新聚焦，从而实现自修复效果，能够最大限度地降低颅骨质地不均和颅骨不平整对声波的散射，显著提高声波的聚焦能力和显著增强透过颅骨的声场强度，便于声人工结构对目标脑区域实现精准的神经调控效果。