当超声波与介质或生物体相互作用时,除了能够形成空化和温升等效应外,还会产生可用于远程操控的声辐射力。利用这一物理现象,可望实现从无创神经调控到功能微粒的精准操控。然而,要将相关基础研究切实应用于临床复杂场景,目前仍面临巨大的挑战。例如,在血流、颅骨及运动器官等多变且高衰减的生理环境中,如何实现高精度的声场时空分布控制,需要研制针对不同应用需求的专用发射器件,并开发优化的空间声学计算算法来精确模拟与调控声能量分布。
在神经调控方面,若要通过超声穿过颅骨并将安全、有效剂量及特定形状的声场聚焦到大脑深部区域,实现精准的深部脑刺激,就必须设计专门的声辐射力换能器并研发特殊的超声穿颅发射算法,以在有限空间内实现最大化的聚焦效率与安全性。而在声操控领域,相较于获得诺贝尔物理学奖的光镊,声镊具有更强的作用力、更大的组织穿透深度以及不需要荧光标记等优势,因而在细胞治疗和组织工程中拥有广阔的应用前景。然而,由于生物体内部环境极其复杂,声镊在真实生物系统中的应用研究仍处于起步阶段,尚需在器件设计、声场计算与全息成像等方面开展深入攻关,才能最终实现对细胞、微粒乃至完整组织的稳定操控与精确调控。
空间全息计算与声镊
