神经系统疾病影响着数百万人的健康,传统的药物疗法在阿尔兹海默病等脑疾病上疗效甚微,物理治疗方法为这些疾病提供了新型治疗手段。低强度超声(LIFU)是一种用于神经系统疾病的非侵入性治疗技术,可对大脑进行靶向给药及神经调节,有望达到对神经环路功能异常的治疗。使用双频超声进行治疗的研究以及新型超声聚焦算法的出现对超声治疗系统的幅度相位控制提出了更高的要求。传统的超声治疗系统大多为基于单一频率的控制技术,且幅度不可独立调节,在双频超声应用及焦点控制上有较大的局限性。为此,本文提出了一种用于低强度超声治疗的任意波形控制系统,其超声波形可根据软件定义,幅度与相位均可独立调制以满足新型超声治疗应用。本课题开展了如下工作:(1)介绍了使用低强度超声进行治疗的作用原理。包括利用超声的空化作用打开血脑屏障从而进行靶向药物传输以及利用声辐射力进行神经调控。介绍了在治疗时为靶向目标大脑区域而出现的超声聚焦技术,根据经颅超声聚焦的原理及新型超声治疗应用说明其对幅度与相位的控制需求。(2)为满足上述超声治疗的应用需求,设计了一种面向低强度超声治疗应用的任意波形控制阵列系统,可支持最大128阵元的相控换能器。包括为实现超声靶向聚焦而设计的波形控制系统与实现幅度独立控制的超声发射电路。波形控制系统包括为实现波形生成的数字控制核心,用于实现超声聚焦的波束合成系统,为达到相位控制精度的时钟同步系统以及用于软件操作及多系统级联的通讯系统。超声发射电路包括为实现独立幅度设计的功率放大电路,为保证最大效率传输设计的匹配电路以及为监测输出所设计的功率检测电路。(3)为验证所设计的超声系统能够产生超声治疗所需的超声输出,分别在电子学与声学两个方面对系统输出进行了测试。依照《JJF 1678-2017》搭建了测试平台,针对双频治疗实验与经颅衰减测试应用的关键参数与输出波形进行了测试。介绍了依照《GB/T19890-2005》搭建的声学扫描平台,并定量测试了使用系统激励换能器的声场分布。(4)为证明所述控制技术能够应用于低强度超声治疗中,使用所设计的超声系统在小鼠上进行了治疗实验。使用相控换能器对小鼠进行了多点血脑屏障开启实验,验证系统能通过控制超声焦点位置从而实现多个目标靶点的靶向药物传输。实验利用波束合成技术进行超声聚焦,分别刺激小鼠脑中三个刺激靶区,通过在血液中注入染色剂,观察到小鼠脑部三个刺激区域被染色剂染色。结果表明,系统的相控聚焦的精度,能够满足在小鼠脑部不同部位进行靶向超声治疗。综上所述,为满足低强度超声治疗对超声波幅度与相位的控制需求,设计了一种面向低强度超声治疗的任意控制系统。可支持128阵元的相控超声换能器,相位差小于15 ns。工作频率为0.5 MHz至5MHz,声焦域范围小于6*6mm。并在小鼠上进行了多点血脑屏障开启实验,结果表明使用研制的任意波形超声控制技术能够应用于治疗应用中。