低强度聚焦超声（LIFU）是一种创新的非侵入性神经调节方法，利用聚焦的机械能以高空间精度调节神经活动[1,2]。在人类中的研究表明，LIFU可以影响多个脑区的神经活动，包括初级运动皮层[3,4]、视觉皮层[5,6]和体感皮层[2,7,8]以及更深的结构，如岛叶[9,10]、扣带回皮层[11,12]、丘脑[13]和壳核[14]。尽管LIFU诱导的神经调节的精确机制仍在研究中，但有证据表明超声会对细胞膜施加机械力，激活机械敏感的离子通道[1,15]。与其他非侵入性脑刺激技术（如经颅电刺激（TES）和经颅磁刺激（TMS）不同，LIFU能够以毫米级分辨率和可调的焦点深度靶向调节皮质和深部皮下结构[1]。LIFU具有成熟的安全性记录[16],[17]，现在因其独特的非侵入性靶向小脑和深部脑目标的能力而在临床环境中被广泛研究，这些目标与神经学和神经心理学疾病（如疼痛[9,11,18]、物质使用障碍[19,20]和心理健康障碍[21]）有关。
与TMS不同，LIFU需要与头皮耦合，以便将超声能量从换能器有效地传输通过皮肤和颅骨进入大脑。为了确保超声能量的有效传递，需要在换能器和头皮之间使用声学耦合介质，以最小化界面处的反射损失。空气（约4.1 × 102 kg·m?2·s?1；约412 Rayl）与水（约1.5 × 10? kg·m?2·s?1）或人类皮肤（约1.7 × 10? kg·m?2·s?1）之间的巨大声阻抗不匹配会导致入射声能在空气-组织边界处几乎完全反射。这种显著的不匹配大大降低了传递到颅骨的压力，因此需要使用阻抗匹配的耦合介质。因此，需要使用阻抗接近水的声学耦合介质，以最小化皮肤界面处的反射并实现超声能量从换能器到大脑的有效传输。
除了有效的耦合外，对于参与者和实验者来说，真实组和假组之间的传递效果不可区分也是超声实验中的关键。双盲设计（即两组都不知道治疗分配）是临床研究的基石，可以最小化预期效应和观察者偏差，从而提高研究结果的严谨性和可靠性。这确保了观察到的任何效果都可以归因于干预措施而非外部因素[22]。然而，在人类LIFU研究中，由于缺乏适用于真实组和假组条件的相同耦合介质，实现有效的双盲仍然具有挑战性。
由于颅骨引起的衰减较小以及能够保持精确的焦点控制，0.2–1 MHz范围内的频率通常用于人类神经调节[1]。在经颅应用中，这些载波频率的超声脉冲通常以落在人类听觉范围内的脉冲重复频率（PRF）进行传递[1,[23],[24],[25]。人类LIFU协议中典型的PRF为500 Hz或1000 Hz，这可能导致参与者感知到声音。减轻这种问题的策略包括听觉掩蔽[9,11,26,27]、主动假组条件[3,28]或两者的结合[29]。然而，这些方法通常需要实验者的干预，限制了它们在双盲设计中的适用性。如果真实组和假组的耦合装置完全相同，将有助于消除这种潜在的混淆因素并提高实验的严谨性。
在这里，我们在之前使用高密度凝胶聚合物作为声学耦合介质的工作基础上[30]，通过加入3D打印的热塑性层来创建能够传输或阻挡超声能量的装置，分别用于真实组或假组的LIFU暴露。热塑性材料因其可调的声学特性、低成本以及易于制造成定制几何形状而适用于LIFU应用。不同的配方表现出不同的衰减特性；例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）在0.5 MHz时的衰减系数为1.2 dB/cm[31]。这一特性可以用来制造视觉上相同但在声学上不同的耦合装置——一种设计对超声高度透明，适用于真实组条件，另一种则具有强烈的衰减效果，适用于假组条件。
本研究评估了ABS作为真实组和假组LIFU应用的潜在耦合介质。我们研究了3D打印参数（特别是厚度和填充密度）的变化如何影响声学插入损耗。材料性能在0.5 MHz这一基本频率下进行了评估，该频率在人类LIFU实验中常用[1]，同时也考虑了0.2–1 MHz的更广泛范围，这些频率与其他协议相关。我们还研究了ABS是否会影响超声光束的几何形状，并测试了将ABS嵌入高密度凝胶聚合物[30]以在换能器和头皮之间创建稳定界面的可行性。
