一直以来,大脑被认为是一个结构和功能极其复杂的系统,大脑区域的细胞结构和连接每隔几毫米就会发生显著变化。脑功能性疾病的发生往往与多个大脑区域的异常放电、神经元丢失或神经回路的紊乱有关。经颅聚焦超声神经调节和刺激作为一种新兴的治疗技术,其空间特异性、非侵入性、穿透性等特点,为脑功能性疾病的治疗提供了一种潜在的解决方案。然而,现有的研究大多集中于对大脑神经元的单靶点刺激,使用的超声换能器为单阵元聚焦换能器,无法灵活控制焦斑大小和位置,以及实现多靶点的超声刺激。因此,为了推进多靶点超声刺激的研究,本课题针对动物模型,设计二维功率阵列换能器,开发多靶点经颅超声相控系统,为评估多靶点超声刺激治疗方案的可行性提供一个有效的研究平台。本课题的主要研究内容如下:（1）基于多模态成像的人类头颈部模型,构建具有复杂解剖结构的颅骨和非均匀的脑软组织声学模型。通过三维声学模拟,优化设计阵列换能器,并仿真超声波在人类颅脑中的传播过程,研究颅骨和脑软组织对声场分布的影响。同时,通过比较流体模拟和弹性模拟两种情况下的声场分布差异,评估模态转换和横波衰减对声场的影响。（2）考虑大鼠头盖骨体积和厚度等特点,确定换能器类型、中心频率、阵元大小和数目,测量换能器各层声学材料的声学属性,研制二维功率阵列换能器。为了驱动功率阵列换能器,设计基于FPGA的多通道脉冲驱动系统,以满足输出功率和延时控制精度要求。通过阵列换能器、多通道脉冲驱动系统、水听器采集系统搭建多靶点经颅聚焦超声体外声场测试系统。（3）通过数值模拟,研究不同焦斑数量、不同轴向聚焦距离和不同焦斑中心间距对聚焦声场特性的影响,包括最大峰值声压、主瓣与旁瓣的幅值比和峰值位置的偏差。结果显示,多焦斑的声场由于各焦斑能量的叠加和焦斑体积大小的不同,表现出比单焦斑声场更为复杂的聚焦特性。产生两个-6 d B焦斑的最小距离与焦斑轴向聚焦位置呈正相关关系。不同轴向聚焦位置下,各个焦斑的中心间距与声场特性的相对变化关系相似。（4）为了评估换能器的声学性能,使用光纤水听器测量二维功率阵列换能器聚焦声场的分布。结果显示,阵列换能器能够在水域中产出良好的聚焦效果,最大峰值声压和空间平均强度分别为2.21 MPa和133 W/cm2。同时,对比体外颅骨声场测量实验和仿真结果,发现实验测量的峰值位置和焦斑形状与模拟结果趋于一致,验证了超声系统能够在颅内三维空间同时产生多焦斑,并精确控制焦斑位置的能力。最后,对大鼠进行了体内刺激实验,并通过H&E染色对脑切片进行组织学分析,证明了多靶点经颅聚焦超声相控系统不会对大脑造成损伤或明显的出血。