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研究背景聚焦超声（Focused Ultrasound,FU）是一种新型的微无创治疗手段。其原理为体外通过一定的聚焦方式将声能量聚焦到体内,利用超声的生物学效应,使焦点区域组织温度瞬间升至一定温度,形成局部热凝固性坏死而不影响焦域外的正常组织。基于超声具有很好的组织穿透性和热沉积性,传统FU主要用于深部实体组织疾病的治疗。近年来,随着超声和换能器技术的发展,FU的应用也逐渐向浅表组织疾病及皮肤美容领域拓展。然而,FU消融浅表组织过程中的量效关系仍然鲜有研究,高频率FU实现安全有效组织消融的影响因素仍未明确。本文首先开展FU消融浅表组织的量效关系理论仿真研究,再进一步基于理论仿真明晰高频率FU实现安全有效组织消融的影响因素。本文通过理论结合实验进行研究,对从物理层面明晰FU消融浅表组织的量效关系和影响因素具有理论指导意义,有助于推动FU实现更加安全、有效的浅表组织疾病治疗及皮肤美容。目的1.FU无创消融浅表组织已展示出良好前景,但治疗剂量学仍是聚焦超声治疗亟待解决的一个重要科学问题。本文旨在开展FU消融浅表皮肤组织的理论仿真研究,阐明FU消融浅表皮肤组织的损伤形成机制,在此基础上通过理论结合实验,获得FU消融浅表皮肤组织安全有效的量效关系;2.在目前的研究中,影响FU消融浅表组织安全性、有效性的影响因素尚未明确。本文通过理论结合实验的方式,拟研究不同声强—辐照时间组合模式、不同组织特性（组织复杂性、是否含毛发）对FU消融浅表组织过程中声能量分布及组织损伤的影响,明晰影响FU消融浅表组织安全性、有效性的影响因素。方法1.通过构建高频FU消融浅表组织过程中的非线性声传播—生物传热理论耦合模型,明晰FU消融浅表皮肤组织过程中的损伤形成机制。进一步通过理论结合实验,研究在不同声强（239.7 W/mm~2和479.4 W/mm~2）、辐照深度（3 mm、4.5 mm）、辐照时间（50 ms、100ms、150 ms、200 ms、250 ms、300 ms、350 ms、400 ms）等共计32种参数组合下FU辐照浅表皮肤组织的声场及温度分布,获得高频FU消融浅表皮肤组织的量效关系。2.通过理论仿真结合实验研究在不同声强—辐照时间组合模式、不同组织、有无毛发条件下FU消融的声传播及热损伤,获得聚焦超声在不同条件影响下的声传播及热沉积特性,明确高频FU消融浅表组织的影响因素。结果1.在3 mm和4.5 mm的辐照深度下,辐照声强为239.7 W/mm~2时,理论仿真结果显示组织安全有效的辐照时间分别为180～340 ms和230～350 ms,对应的损伤面积分别为0～1.71 mm~2和0～1.53 mm~2;相应的实验结果分别为90～350 ms和140～340 ms,对应的损伤面积分别为0.12±0.01～3.25±0.34 mm~2和0.19±0.01～2.47±0.31 mm~2。辐照声强为479.4 W/mm~2时,理论仿真结果显示组织安全有效的辐照时间分别为100～250 ms和150～270 ms,对应的损伤面积分别为0.04～3.65 mm~2和0.31～3.70 mm~2;相应的实验结果分别为70～270ms和80～260 ms,对应的损伤面积分别为0.10±0.01～3.72±0.31mm~2和0.18±0.04～3.01±0.29 mm~2。2.在相同声能量作用下,当辐照深度为3 mm时,低声强长时间辐照（239.7 W/mm~2,400 ms）和高声强短辐照时间（479.4 W/mm~2,200 ms）的损伤面积分别为4.20±0.42 mm~2、2.47±0.58 mm~2,理论损伤面积为2.66 mm~2、2.47 mm~2;当辐照深度为4.5 mm时,低声强长辐照时间和高声强短辐照时间的损伤面积分别为3.37±0.40 mm~2、2.04±0.40 mm~2,理论损伤面积分别为1.75 mm~2、1.65 mm~2。低声强长时间辐照组的实验和理论损伤面积均大于高声强短辐照时间组,但前者辐照时组织产生了表皮损伤,而后者作用时损伤未累积表皮。3.通过对比相同条件下的FU分别作用肌肉与皮肤组织的声能量分布及组织损伤结果可见:相对肌肉组织,FU辐照皮肤时在水-组织界面具有较高的声能量反射,热沉积效率较高,使得皮肤更容易产生表皮损伤。4.当组织中不含毛发时,超声可在预设焦点区域进行聚焦,焦点处温升较高,高温区域较小;当浅表组织消融中添加毛发后,声通道及组织中的声压分布较为杂乱,不能在焦点区域形成聚焦,焦点区域的温升较小,温升范围较大,难以形成有效的组织损伤。结论1.FU消融浅表组织具有安全有效性的剂量范围,消融所致损伤面积随声能量增加而增加,随辐照深度的增加而减小。在相同声强作用下,辐照深度为3 mm时FU消融产生有效损伤的时间比辐照深度为4.5 mm更短,同时安全有效的剂量范围也更大。2.在相同声能量作用下,低声强长时间辐照组织产生表皮损伤,高声强短时间作用下损伤未累积表皮,表明高声强短时间的辐照方式比低声强长时间辐照更加安全有效。3.在相同条件的高频FU作用下,肌肉组织和皮肤组织中具有不同的声能量分布和损伤形成机制,FU辐照皮肤时在水—组织界面更容易形成声能量沉积;毛发的存在会影响超声在组织内的声能量聚焦和损伤形成。说明毛发和多层组织的物理特性是FU消融浅表组织不可忽略的影响因素。