冲激脉冲辐射天线在Hugo大脑模型中的聚焦研究

摘要

皮秒脉冲电场以其独特的生物电效应和超宽带特性在无创治疗领域展现出诱入的应用前景,通过匹配冲激脉冲辐射天线可以实现皮秒脉冲电场在均匀无损介质中的有效聚焦,但其在复杂损耗介质(生物组织)中衰减、分散特性明显,极大地限制了其实际应用范围.利用CST Microwave Studio软件建立长椭球型天线模型和介质透镜模型,并首次引入Hugo大脑模型,仿真计算皮秒脉冲电场经冲激脉冲辐射天线发射后在其中的聚焦特性.结果表明,传播至大脑组织深度6 cm焦点F2处的电场能够保持输入波形的时域特性;冲激脉冲辐射天线耦合非损耗介质透镜能够进入深度8 cm的脑组织,但其电场随进入深度的增加而不断衰减,无法达到聚焦的效果;创造性引入损耗介质透镜能够实现皮秒脉冲电场在深度6-8 cm脑组织的良好汇聚,且在深度8 cm的脑组织中形成的焦斑尺寸为3 cm×1cm×1 cm.