超聲波醫(yī)學(xué)美容的機(jī)理及儀器設(shè)計(jì)

延曉雪

摘要：生物醫(yī)學(xué)超聲是指超聲波在離體或活體的生物組織中的現(xiàn)象、效應(yīng)、作用、機(jī)制和應(yīng)用。它以超聲波與人 體組織相互作用特性為基礎(chǔ)， 利用電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對人體疾病的診斷與治療。超聲治療是利用超聲波在人體中產(chǎn)生熱、機(jī)械、空化、生化等效應(yīng)，來達(dá)到治療疾病的目的。超聲波美容是一種超聲治療技術(shù)， 正是利用超聲波對人體的生物效應(yīng)來進(jìn)行美容。因其對多種皮膚疾患及美容問題具有較好的治療、恢復(fù)和保健作用， 被美容界廣泛采用。由于其治療范圍廣、見效快、治愈率高、操作簡便和對各種物質(zhì)的經(jīng)皮透入等突出特點(diǎn)更使超聲波美容儀成為眾多美容器材中最實(shí)用、最受歡迎的儀器設(shè)備之一。目前市場上出現(xiàn)的超聲波美容儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 電路故障率高， 工作不夠可靠， 因此受到很大的應(yīng)用限制。本文提供的超聲波美容儀采用低功耗、高可靠性、內(nèi)置硬件看門狗的微處理器芯片 PIC 進(jìn)行設(shè)計(jì)， 電路精簡， 工作可靠、穩(wěn)定， 超聲波噴霧細(xì)而均勻， 效果顯著。

關(guān)鍵詞：超聲波;美容;機(jī)理;設(shè)計(jì)?中圖分類號：TU?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：（2021）-06-131

1.超聲波醫(yī)學(xué)美容的機(jī)理

超聲波用于美容， 主要基于兩種原理：一種是利用超聲波對液體的空化作用;另一種是利用超聲波探頭直接對人體皮膚的生物效應(yīng)。空化作用的原理是， 在液體內(nèi)部一般都含有大量的亞顯微氣泡， 在超聲的機(jī)械振動(dòng)作用下， 由于氣泡周圍液體中溶解的氣體向氣泡析出， 這些氣泡會(huì)逐漸膨大。當(dāng)氣泡增大到和超聲波長差不多時(shí)， 氣泡就相當(dāng)于諧振腔， 其諧振振幅可比入射超聲的振幅大幾個(gè)數(shù)量級。通過“ 空化泡” 的作用， 可以引起生物效應(yīng)。超聲波探頭則是將超高頻率的機(jī)械振動(dòng)直接作用于人體皮膚而產(chǎn)生生物效應(yīng)， 歸結(jié)起來主要是其對肌體的大作用， 即機(jī)械作用、溫?zé)嶙饔煤屠砘饔谩３曅?yīng)具有增強(qiáng)組織滲透、提高細(xì)胞代謝、促進(jìn)血液循環(huán)、軟化堅(jiān)硬組織等機(jī)械作用，對斑痕、硬皮癥等皮膚問題的療法比機(jī)械按摩的效果更佳。在高頻率的機(jī)械振動(dòng)下， 肌體的血液循環(huán)旺盛， 神經(jīng)、肌肉興奮性降低， 因而可產(chǎn)生良好的鎮(zhèn)痛、解痙作用， 而加速細(xì)胞新陳代謝， 促進(jìn)組織 pH 值改變。增加細(xì)胞膜通透性， 則是超聲波理化作用的主要表現(xiàn)。另外， 超聲波促進(jìn)物質(zhì)的經(jīng)皮透入， 是廣泛采用的美容技術(shù)之一， 當(dāng)皮膚出現(xiàn)各種問題時(shí)， 常需要一定的營養(yǎng)和藥物來進(jìn)行調(diào)整， 但是由于營養(yǎng)物質(zhì)的成分及皮膚結(jié)構(gòu)的關(guān)系， 其吸收情況會(huì)在不同程度上受到影響。如果我們充分利用超聲波的彌散和組織滲透作用，使相應(yīng)的營養(yǎng)物質(zhì)或藥物能夠完整地經(jīng)皮膚或粘膜透入體內(nèi)，就會(huì)大大增加治療的效果， 因?yàn)槌暡▽χ参镱惥A或小分子化合物具有良好的促吸收作用。

總之， 超聲波本身所具有的機(jī)械作用、溫?zé)嶙饔谩⒓吧锘瘜W(xué)作用可使局部組織細(xì)胞受到微細(xì)按摩， 細(xì)胞功能受到刺激， 血液淋巴循環(huán)得到改善。此外超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)波還能按摩、清潔皮膚， 舒筋活血， 軟化組織， 加強(qiáng)組織的新陳代謝。

實(shí)踐表明超聲波美容對拉皮、去皺、減肥、減雙下巴、除凹洞、去疤痕、去眼袋、去魚眼紋、改善皮膚質(zhì)量、軟化結(jié)節(jié)、消除暗瘡疤痕、消除皮膚色素、防皺除皺、消除黑眼圈等有很顯著的醫(yī)療美容效果。

2.超聲波美容儀器的設(shè)計(jì)

本儀器主要實(shí)現(xiàn)兩種基本功能：一是超聲波噴霧， 它是利用超聲波對液體的空化作用， 這種空化霧直接作用到人體的面部皮膚上，在溫濕、柔和、略有微振的感覺中達(dá)到美容效果;二是利用超聲波按摩探頭產(chǎn)生的超聲波直接作用于人體的皮膚， 利用超聲波的機(jī)械、溫?zé)帷⒗砘@ 3 大作用綜合作用于皮膚從而產(chǎn)生很強(qiáng)的美容效果。上述兩種功能可以任意轉(zhuǎn)換以適應(yīng)不同的需要。其他功能還有時(shí)間設(shè)定功能（ 手動(dòng)定時(shí)和自動(dòng)定時(shí)相互結(jié)合用來設(shè)定不同的工作時(shí)間） 、噴霧量和超聲波能量多級調(diào)節(jié)功能， 此外還具有自動(dòng)報(bào)警、動(dòng)態(tài)信息顯示等功能。

超聲 波美容儀以單片微處理器 為核心構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。Microchip 公司生產(chǎn)的單片機(jī)PIC16C58A 工作可靠、功耗低、帶負(fù)載能力強(qiáng)， 由于它采用了精簡指令（ RISC） ， 哈佛結(jié)構(gòu)的內(nèi)部總線以及兩級流水線的設(shè)計(jì)方法， 程序存儲(chǔ)器雖為 2K 字節(jié)， 但與同類單片機(jī)相比， 其程序存儲(chǔ)器可節(jié)省一半， 指令速度可提高4 倍左右。其內(nèi)置的看門狗能防止程序死機(jī)， 在程序跑飛時(shí)有效地復(fù)位， 大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。所有這些優(yōu)點(diǎn)使它成為單片機(jī)主流之一。這一系列的單片機(jī)有多種形式可選用， 選擇本芯片可充分利用資源， 最大限度地減少外圍芯片， 實(shí)現(xiàn)儀器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

儀器的所有操作命令都是通過鍵盤輸入， 它包括超聲波電路啟動(dòng)命令、超聲波定時(shí)、超聲波噴霧和按摩探頭轉(zhuǎn)換命令以及超聲波能量大小控制命令。使用儀器時(shí)， 用戶可以根據(jù)需要選擇和調(diào)整超聲波持續(xù)時(shí)間及超聲波強(qiáng)度參數(shù)。儀器的工作狀態(tài)和信息用數(shù)碼管來顯示， 指示定時(shí)時(shí)間、剩余時(shí)間及人機(jī)交互信息。超聲波振蕩發(fā)生電路在微控制器 PIC16C58A 的控制下運(yùn)行， 其中超聲波的發(fā)射頻率為 1 ～1.1 MHz， 功率為 30 ～ 40 W， 功率大小的調(diào)整由軟件來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 這樣便于修改和調(diào)試， 各個(gè)模塊功能見圖2。主控程序協(xié)調(diào)各個(gè)模塊按缺省值或鍵盤指令運(yùn)行。鍵盤命令程序主要由鍵盤掃描程序和去抖程序組成， 把掃描的鍵值送往 CPU 以供處理;顯示程序負(fù)責(zé)控制顯示緩沖區(qū)， 更新顯緩區(qū)內(nèi)容， 并把顯示的信息送到各發(fā)光管;超聲波控制程序執(zhí)行超聲波的啟停、能量大小的調(diào)整;輸出控制程序執(zhí)行探頭轉(zhuǎn)換、定時(shí)報(bào)警等功能。

超聲波美容以其獨(dú)特的美容原理、高效的美容效果深受美容界的歡迎， 正日益走向家庭化， 本文介紹的超聲波美容儀設(shè)計(jì)精簡、智能化程度高、操作方便、電路工作可靠， 所以非常適合家庭用于美容。

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