人体无创聚焦超声脊髓刺激：一项计算可行性研究

背景：经脊髓聚焦超声(tsFUS)最近在调节啮齿动物脊髓反射方面显示出前景，为运动控制和疼痛管理中的脊髓干预开辟了新途径。然而，啮齿动物和人类脊髓之间的解剖学差异需要针对人类应用制定谨慎的靶向策略和换能器设计调整。目的：本研究旨在通过利用椎间声窗和椎板，从计算上探索tsFUS在人体脊髓中的可行性。方法：使用解剖学详细的人体脊髓模型和适配的单元素聚焦换能器(SEFT)进行声学模拟，以研究脊髓内产生的声量的聚焦性和强度。结果：使用适配换能器通过椎间声窗进行超声处理，与商用SEFT相比，实现了约2倍的强度提升和高达20%的波束重叠增加。精确的换能器定位至关重要；10毫米的垂直偏移导致目标强度降低约7倍。椎骨水平也显著影响超声处理结果，胸椎的强度比颈椎水平高6倍。通过椎板进行超声处理导致颈椎内脊髓内强度增加约2.5倍。结论与意义：本研究首次为tsFUS在人体中的可行性提供了系统的、解剖学上逼真的计算模型。量化声学路径、椎骨水平和换能器几何形状之间的权衡，为脊髓FUS方案的设计和安全性提供了基础的设计和操作指南，支持未来经脊髓FUS在人体中的研究。