實驗名稱：基于牛血(xue)清體膜(mo)、離體豬肌肉和活體豚鼠的(de)聚焦超聲消融實驗

　　研究方向：探究淺表組織各層厚(hou)度(du)(du)對高頻聚(ju)焦(jiao)超聲消(xiao)融療效的影響機制及換(huan)能(neng)器(qi)(qi)優(you)化(hua)(hua)設計。通過多物理(li)場景仿真模(mo)型量化(hua)(hua)組織厚(hou)度(du)(du)變化(hua)(hua)對聲場和熱場的作用規(gui)律；進一步(bu)結合人(ren)種皮膚(fu)厚(hou)度(du)(du)差異優(you)化(hua)(hua)換(huan)能(neng)器(qi)(qi)F數參數，在離(li)體模(mo)型和活體豚鼠實驗中驗證(zheng)療效：F=0.67換(huan)能(neng)器(qi)(qi)對白種人(ren)模(mo)型損傷面積提升40%，安全輻照時間延長至600ms；揭(jie)示組織厚(hou)度(du)(du)差異與能(neng)量沉(chen)積、表皮損傷的定量關(guan)聯(lian)，為(wei)臨(lin)床減(jian)少紅(hong)腫，瘢痕等不良反應(ying)提供設計依據。

　　實驗目的：首先通過(guo)(guo)理論(lun)模(mo)擬探(tan)究(jiu)了(le)淺(qian)表(biao)組(zu)織中不(bu)同表(biao)皮(pi)、真皮(pi)、脂肪厚(hou)度對焦(jiao)點聲壓(ya)、聲壓(ya)比值(zhi)、損傷面積的影(ying)響；進一步基于不(bu)同人(ren)種皮(pi)膚(fu)厚(hou)度數據(ju)，針對其(qi)不(bu)同人(ren)種的皮(pi)膚(fu)厚(hou)度設計(ji)具有不(bu)同F數的聚焦(jiao)超聲美容換能器，通過(guo)(guo)離(li)體和活體實驗(yan)研究(jiu)其(qi)有效性。

　　測試設備：聚焦超聲換能器、ATA-8202射頻功(gong)率放大器(qi)、信號發生器(qi)、光纖水聽器(qi)、三維運動(dong)系統、阻抗分析儀、聲輻射(she)力天平、示波器(qi)、高速顯微(wei)攝像系統、恒(heng)溫水浴箱(xiang)、深(shen)度調節器(qi)。

　　實驗過程：首先通過計算(suan)機仿真模擬不同尺寸超聲(sheng)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)在(zai)多層皮(pi)(pi)膚(fu)中(zhong)(zhong)的聚(ju)焦效果，發現黃種(zhong)人(ren)因(yin)真皮(pi)(pi)較(jiao)薄、脂(zhi)肪較(jiao)厚，適合(he)F=0.57探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)聚(ju)焦更深；而白種(zhong)人(ren)真皮(pi)(pi)較(jiao)厚、脂(zhi)肪較(jiao)薄，需(xu)用F=0.67探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)避免能量分(fen)散。基于此制作兩種(zhong)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，測試確認F=0.57探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)電聲(sheng)效率達94%，聲(sheng)場(chang)焦點誤差<0.05mm。隨后在(zai)離體實驗中(zhong)(zhong)，用牛(niu)血清凝膠(jiao)膜(mo)和豬肌肉驗證(zheng)損傷(shang)規(gui)律：固定深度3.0mm、功率10W時，F=0.67探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)在(zai)200ms輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)下損傷(shang)面(mian)積達0.66mm2，且短時間(jian)≤200ms的輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)均未損傷(shang)表(biao)面(mian)。最(zui)后在(zai)豚(tun)鼠活體實驗中(zhong)(zhong)，以2.0mm深度照(zhao)(zhao)射背部(bu)皮(pi)(pi)膚(fu)，發現F=0.57探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)需(xu)300-700ms才能有效加(jia)熱深層組(zu)織(zhi)，超過700ms表(biao)皮(pi)(pi)會被灼傷(shang)，而F=0.67探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)因(yin)聚(ju)焦更淺，安全時間(jian)窗縮(suo)短至200-600ms——最(zui)終的實驗結果表(biao)明：超聲(sheng)美容需(xu)根據不同的人(ren)種(zhong)皮(pi)(pi)膚(fu)厚度，單獨定制使用探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)參數(shu)，亞(ya)洲(zhou)人(ren)適合(he)F=0.57探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)+300ms以上輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)，歐(ou)美人(ren)適合(he)F=0.67探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)+200ms輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)時間(jian)，從而規(gui)避治(zhi)療(liao)風險并(bing)提升療(liao)效。

　　圖1換能器電聲轉(zhuan)換效率測試框圖

　　圖2換能器聲場測試框圖

　　圖3換能器輻照(zhao)皮膚組織測試(shi)框圖

　　實驗結果：當超聲(sheng)功率從日常振動級（0.5W）提升至(zhi)治療(liao)級（10W）時，非線(xian)性效應(ying)會(hui)多次疊加(jia)，使(shi)焦(jiao)點(dian)聲(sheng)壓(ya)從5.01MPa飆升到(dao)26.55MPa，比傳統(tong)模型多釋放23.3%的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量——這解釋了為何高(gao)功率超聲(sheng)能(neng)(neng)深(shen)層(ceng)加(jia)熱(re)組織。更(geng)重要的(de)(de)(de)是，皮(pi)(pi)膚層(ceng)狀結(jie)構像會(hui)有過濾的(de)(de)(de)功能(neng)(neng)：表皮(pi)(pi)增厚0.1mm會(hui)使(shi)焦(jiao)點(dian)聲(sheng)壓(ya)降低(di)20%，而脂肪層(ceng)增厚則(ze)讓皮(pi)(pi)膚表面(mian)能(neng)(neng)量堆積飆升3倍。針(zhen)對這種(zhong)(zhong)差異，最(zui)終建議(yi)不(bu)同人種(zhong)(zhong)皮(pi)(pi)膚需(xu)使(shi)用不(bu)同的(de)(de)(de)換能(neng)(neng)器：黃種(zhong)(zhong)人因表皮(pi)(pi)薄、脂肪厚，適用F=0.57換能(neng)(neng)器，可將表面(mian)熱(re)損傷(shang)風(feng)險降至(zhi)最(zui)低(di)；白種(zhong)(zhong)人表皮(pi)(pi)厚、脂肪薄，則(ze)需(xu)F=0.67換能(neng)(neng)器精準聚焦(jiao)。活(huo)體豚(tun)鼠實驗進一步驗證(zheng)：用黃種(zhong)(zhong)人適配方(fang)案(an)（F=0.57+300-700ms輻(fu)照），損傷(shang)面(mian)積從0.53mm2大(da)小可控擴至(zhi)2.65mm2大(da)小；而白種(zhong)(zhong)人方(fang)案(an)（F=0.67+200-600ms）同樣(yang)安全有效。一旦(dan)輻(fu)照時間過長，比如(ru)>700ms，損傷(shang)會(hui)驟(zou)然增大(da)，比如(ru)3.14mm2，所(suo)以“毫(hao)秒級安全”是規避燙(tang)傷(shang)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。

　　圖(tu)4F=0.57（a）、F=0.67（b）的(de)換能器電聲轉換效率線(xian)性(xing)擬合曲(qu)線(xian)

　　圖5F=0.57換能器仿真和實驗中(zhong)聲場軸向分(fen)布(bu)（a）和徑(jing)向分(fen)布(bu)（b）

　　F=0.67換能器實驗(yan)和(he)仿真(zhen)中聲場軸向(xiang)分(fen)布(bu)（c）和(he)徑向(xiang)分(fen)布(bu)（d）

　　圖6F=0.57、0.67的換(huan)能(neng)器消(xiao)融牛血清體膜(a)與豬肌肉(rou)組織(b)的損傷面積(ji)隨輻照(zhao)時間的統計結果（n=6）

圖(tu)7F=0.57、0.67的換(huan)能器消(xiao)融(rong)豚鼠皮膚組織后的損傷(shang)面積(ji)隨輻照時(shi)間的統計結果(guo)（n=6）

　　放大器(qi)在該實驗中發揮的效能：功率(lv)放大器(qi)ATA-8202通過兩級(ji)(ji)增益放大機制(zhi)，將函(han)數發生器(qi)輸(shu)出(chu)的毫(hao)瓦級(ji)(ji)控制(zhi)信號提升(sheng)至百伏特量級(ji)(ji)，從而驅動壓電換能器(qi)產(chan)生10W級(ji)(ji)聲功率(lv)輸(shu)出(chu)。

　　功率放大器(qi)(qi)推薦(jian)：ATA-8000系列射(she)頻功率放大器(qi)(qi)

　　圖：ATA-8000系列射頻功率放大器(qi)指標參數

　　本(ben)文實驗素材由(you)西安(an)(an)(an)安(an)(an)(an)泰電(dian)子(zi)整(zheng)理發布。Aigtek已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)在業(ye)(ye)界(jie)擁有(you)廣(guang)泛(fan)產品線，且具有(you)相(xiang)當規模的(de)(de)儀(yi)器(qi)設(she)備供應商，樣機都支持(chi)免費試用。西安(an)(an)(an)安(an)(an)(an)泰電(dian)子(zi)是專業(ye)(ye)從事功(gong)率放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)、高壓(ya)放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)、功(gong)率信(xin)號源(yuan)、前置(zhi)微小信(xin)號放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)、高精度(du)電(dian)壓(ya)源(yuan)、高精度(du)電(dian)流源(yuan)等(deng)電(dian)子(zi)測量儀(yi)器(qi)研發、生產和(he)銷(xiao)售(shou)的(de)(de)高科技企(qi)業(ye)(ye)。公司致力于功(gong)率放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)、功(gong)率信(xin)號源(yuan)、計量校準(zhun)源(yuan)等(deng)產品為(wei)核心的(de)(de)相(xiang)關(guan)行業(ye)(ye)測試解決方(fang)案的(de)(de)研究，為(wei)用戶提供具有(you)競爭力的(de)(de)測試方(fang)案，Aigtek已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)在業(ye)(ye)界(jie)擁有(you)廣(guang)泛(fan)產品線，且具有(you)相(xiang)當規模的(de)(de)儀(yi)器(qi)設(she)備供應商，樣機都支持(chi)免費試用。如想了解更多功(gong)率放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)等(deng)產品，請持(chi)續關(guan)注安(an)(an)(an)泰電(dian)子(zi)官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。