可视化超声传播的人体兼容梯度线圈：磁共振水听器在经颅超声神经调控中的应用

为突破经颅超声神经调控(TUSN)中患者颅骨声学特性差异导致的治疗瓶颈，研究团队开发了一种新型"煎饼式"梯度线圈磁共振水听器(MRH)，该装置通过0.4 T m-1 梯度场将500 kHz超声振动编码至MR图像相位，实现在20 mm深度处12±21 kPa的测量精度，为个体化神经调控提供了新型MRI引导方案。

　　

在探索非侵入性神经调控技术的道路上，经颅超声神经调控(Transcranial Ultrasound Neuromodulation, TUSN)展现出独特优势——它能将低强度超声波精准送达大脑深部核团，且具有可调节的焦点控制能力。然而这项技术面临一个关键瓶颈：人类颅骨声学特性存在高达4倍的个体差异，导致超声波穿透效率差异显著。传统磁共振引导技术如磁共振声辐射力成像(MR-ARFI)虽能定位焦点，但无法量化颅骨衰减效应，且其能量沉积与治疗剂量相当。

为解决这一难题，来自国外研究机构的研究团队在《Magnetic Resonance Imaging》发表创新成果，开发出人体兼容的"煎饼式"梯度线圈磁共振水听器(Magnetic Resonance Hydrophone, MRH)。该装置突破传统Maxwell线圈组仅能检测线圈间区域的局限，通过60 mm直径单层线圈设计，使敏感区域延伸至相当于大脑皮层的20 mm深度。研究证实该MRH在琼脂凝胶中测量误差为-12±21 kPa，梯度强度达0.4 T m^-1
，为TUSN个体化治疗提供了新型可视化工具。

关键技术方法包括：1）设计满足瞬时功耗<500 W的煎饼式线圈；2）采用500 kHz定制超声换能器与MRI同步；3）通过相位编码公式p=2ρcω?/(γG(r→)Tsin(k→?r→+θ_o
))计算声压；4）在组织仿体中对比水听器测量结果；5）数值模拟声驻波场。

【线圈设计与构建】
研究团队提出三个核心设计指标：兼容单元件聚焦超声设备、功率限制500 W、在20 mm深度达到与Plewes设计的Maxwell线圈相当的灵敏度。最终实现的60 mm直径线圈采用8层4匝设计，电感0.8 μH，品质因数Q值达200，满足在1.5 T MRI中工作需求。

【磁场梯度特性】
测量显示梯度场沿z轴（MRI孔道轴向）呈指数衰减，在20 mm深度处梯度强度为0.4 T m^-1
/A。与Maxwell线圈相比，该设计在10 mm宽度区域内产生20-100 kPa的深度相关电子噪声，但梯度场可有效穿透至脑皮层等效深度。

【讨论与结论】
该研究突破性地实现了梯度场向人体内部的延伸，首次证明煎饼式线圈可用于活体声场可视化。虽然存在12 kPa的系统性低估和深度依赖的测量不确定性，但其相位编码机制成功捕捉到超声传播的波动特征。值得注意的是，声驻波可能影响琼脂凝胶中的测量精度，未来需在生物组织中进一步验证。这项技术为TUSN治疗规划开辟了新途径，使临床医生能根据患者颅骨特性精确调整超声参数，推动神经调控技术向个体化、精准化方向发展。

研究获得NSF 2138403、聚焦超声基金会和NIH R01EB032773资助，作者团队包括Paul-Emile Passe-Carlus、Davi Cavinatto等，其中Steven P. Allen负责总体构思与项目指导。该成果标志着MRI引导超声神经调控技术从单纯定位向定量声学测量的重要跨越。