通过二进制声学超材面实现人类颅骨中超声旋子波前成形
医学物理
2026-01-21 v1 应用物理
生物物理
摘要
超声旋子在粒子捕获、无接触操作、声学通信等领域取得了快速发展。但在骨组织(尤其是颅骨)中的超声成像与治疗应用中，这些旋子束面临传输挑战。传统声学透镜被设计用于校正颅骨引起的束斜 aberration，仅能生成脑内静态超声场。为克服此限制，本研究提出一种新方法，通过直径为 0.8{\lambda}的 3D 打印二进制声学超材面(BAM)实现经颅引导聚焦超声旋子。我们通过时反演技术计算相位分布，同时实现对脑内可调焦旋子的生成。数值与仿真实验验证了BAM的性能。此外，我们探索了利用BAM在大脑内生成更高阶 拓扑电荷声学旋子。该技术为设计低成本粒子捕获系统、促进血栓操作、在骨结构内或跨越骨结构中应用声学辐射力与扭矩提供了新可能，开启了潜在医学应用的新前沿。
引用
@article{arxiv.2601.12437,
title = {Wavefront Shaping of Ultrasound Vortex through the Human Skull Enabled by Binary Acoustic Metasurfaces},
author = {Zhongtao Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.12437},
year = {2026}
}