Transcranial focused ultrasound stimulation (tFUS) method has been regarded as a promising tool for brain stimulation because of its non-invasive property and high spatial resolution. Before applying to human beings as clinical trial, it is necessary to conduct the animal experiments with mouse which has many models for human diseases. However, the focal spot of a commercial transducer is usually so long in axial axis and so big to stimulate only local region of the brain of mouse. In this thesis, we propose how to improve the resolution of ultrasound and achieve a targeted stimulation with high specificity in tFUS using dual-crossed ultrasound transducers. We described the procedure about designing the center frequency, crossing angle between two ultrasound beams for focused stimulation. Furthermore, we introduced how we develop and implement the system for targeted stimulation with high specificity. In addition, we measured the beam profile and stimulate the mouse brain using our system. Ultimately, we measured EMG signals according to various coordinates in the mouse brain and confirm different responses from each stimulated region.
초음파 뇌 자극 기술은 다른 기술들과 다르게 비침습적이며 상대적으로 작은 자극 범위를 가질 수 있어서 활발히 연구되고 있다. 이러한 초음파 기술임상실험 이전에 인간의 질환 모델을 가장 많이 가지고 있는 쥐를 통한 동물실험이 필수적인데, 상용화된 보통의 초음파 트랜스듀서는 초점 영역 의 크기가 쥐의 뇌에 비해 크기 때문에 국소부위만을 자극하기 어렵다는 문제가 있다. 본 학위 논문에서는 두 개의 교차하는 초음파 트랜스듀서를 이용하여 국소부위(1 세제곱밀리미터 이하)를 자극하는 시스템을 개발 및 제안하였고 위의 문제를 해결하였다. 국소부위 자극을 위한 초음파의 중심 주파수, 두 초음파 빔의 교차 각을 디자인하고 시뮬레이션 결과 및 실제 시스템을 제작 및 구현하는 과정을 소개한다. 또한 개발한 시스템의 초음파 빔 형상을 측정해보고 이를 이용하여 쥐에 경두개 집중 초음파 자극을 해보며, 최종적으로는 쥐의 뇌 안에서도 초점을 옮겨가며 자극을 하며 다른 반응이 유도되는 것을 확인하였다.
