背景聚焦超声（Focused Ultrasound,FU）技术起源于20世纪中叶,是一种新兴的微无创外科疾病治疗技术。基于超声具有良好的组织穿透性和热沉积性,目前FU主要用于深部组织疾病,如各种良恶性实体肿瘤的治疗。近年来随着超声和相关换能器技术的发展,FU在浅表皮肤美容中也显示出重要价值。虽然FU已被批准应用于临床,但针对浅表组织消融的安全性问题,辐照参数单一,缺乏FU消融安全有效的量效关系;针对FU消融实现皮肤紧致的有效性问题,仍然缺乏其作用机理研究。为此,本文首先开展了FU消融浅表组织的离体实验,分析了不同辐照深度、辐照声强、辐照时间条件下的量效关系;在此基础上,通过活体动物实验结合定期病理观察,阐明了FU实现皮肤紧致的作用机理。该研究可为提高FU消融浅表组织的安全性提供科学依据,对推动FU在浅表组织疾病治疗和皮肤美容中的应用具有重要意义。目的（1）调节不同辐照声强、辐照时间的FU在不同辐照深度下分别作用离体猪浅表组织,通过分析不同辐照深度、辐照声强、辐照时间FU作用下的组织即刻损伤,获得FU消融浅表组织安全有效损伤的量效关系;（2）在安全有效损伤条件下开展FU消融猪皮肤组织的活体实验研究,结合不同时间节点的组织病理观察,明晰FU实现皮肤紧致的病理转归和作用机理,为临床FU实现皮肤紧致提供实验依据。方法1.FU用于浅表组织消融的实验系统及校准为了实现FU用于浅表组织消融,本研究设计并制作了中心频率为7.49 MHz的凹面聚焦换能器（孔径直径20 mm、焦距12 mm）。通过级联信号发生器、功率放大器以及声阻抗匹配电路驱动FU换能器。辐射力天平法用于换能器输出声能量校准。FU换能器被安装在手动式位移运动系统上,用于实验中皮肤组织治疗点的等间距控制。2.FU消融浅表组织量效关系的离体实验研究考虑到与人体皮肤结构具有相似性,本文选用一月大巴马香猪背部两侧至腹部新鲜离体皮肤组织作为研究对象,同时使用当天从当地屠宰场获取的新鲜离体猪肌肉组织开展对照研究。为了获得FU消融浅表组织在不同辐照深度、辐照声强、辐照时间条件下组织安全有效损伤的量效关系,将辐照深度分别设为3 mm、4.5 mm,辐照时间设为50-400 ms（步长50 ms）,辐照声强分别设为239.7 W/mm~2、479.4 W/mm~2,周期为1 s,点间距为3mm,每个参数组重复6次,每次连续辐照两个周期。消融后的组织块经TTC和HE染色进行损伤面积影像记录并获得组织最大损伤面积。使用数据分析方法,计量资料采用图形形式表示。最后,通过有无表皮损伤和损伤面积进行量效关系评估。3.FU用于皮肤紧致的中长期机制研究根据离体实验结果,基于安全有效损伤条件下的FU消融参数开展FU消融猪皮肤组织的活体实验研究。实验方法同离体实验,点间距设为5 mm,针对每组参数进行8次独立实验研究。FU消融后分别于即刻、2、7、15、30、90天对辐照区域进行取材,通过光学影像信息和组织病理获取消融后组织各时间节点的表观表现、皮下损伤面积、胶原纤维和弹性纤维表现,进一步对影像图片进行图像处理实现损伤面积、胶原纤维和弹性纤维的量化处理。通过对比空白对照与各参数FU消融组结果,分析FU用于皮肤紧致的作用机理和提升效果。结果1.FU消融离体浅表组织的量效关系FU消融离体浅表组织发生凝固性坏死边界轮廓清晰,经TTC染色后损伤组织区域呈乳白色,未损伤组织为不同程度的红色。当辐照时间较短时,损伤呈单点分布,辐照时间大于一定值后,损伤融合成近似线状分布。在其他条件不变时,组织损伤面积随辐照声强、辐照时间增加而增加;相同声强作用时,组织损伤面积随辐照深度的增加而减小;相比4.5 mm辐照深度为3 mm时产生有效损伤的时间更短,安全有效的剂量范围更大。在猪肌肉组织中,声强为239.7 W/mm~2,辐照深度为3 mm和4.5mm时组织安全有效的消融时间分别为90-350 ms、100-340 ms,对应的损伤面积分别为0.12±0.02-3.45±0.29 mm~2、0.25±0.02-2.16±0.23mm~2。声强为479.4 W/mm~2,辐照深度为3 mm和4.5 mm时组织安全有效的消融时间分别为30-280 ms、50-270 ms,损伤面积分别为0.15±0.02-5.17±0.25 mm~2、0.08±0.04-2.87±0.52 mm~2。在猪皮肤组织中,声强为239.7 W/mm~2,辐照深度为3 mm时组织安全有效的消融时间为90-350 ms,安全有效的损伤面积为0.12±0.10-3.25±0.34 mm~2;辐照深度为4.5 mm时,组织安全有效的消融时间变为140-340 ms,对应损伤面积为0.19±0.01-2.47±0.31 mm~2。声强增至479.4 W/mm~2,由于组织热沉积增加,相同条件的组织损伤面积增加。辐照深度为3 mm组织安全有效的消融时间为70-270 ms,损伤面积为0.10±0.01-3.72±0.31 mm~2;辐照深度为4.5 mm,组织安全有效的辐照时间和对应的损伤面积分别为80-260 ms、0.18±0.04-3.01-0.29mm~2。实验结果可见,FU消融猪皮肤组织与猪肌肉组织具有不同的量效关系,且相同声能量作用下肌肉组织中的损伤面积大于猪皮肤组织中的损伤面积,即相同辐照深度下实现相同组织损伤所需声能量关系为E猪肌肉（27）E猪皮肤。相比离体猪皮肤组织,离体猪肌肉组织出现临界损伤所需的辐照时间更短,出现表面损伤时间更长。说明FU消融离体浅表组织的量效关系不仅受消融条件的影响,也与组织本身的物理特性有关。2.FU消融实现皮肤紧致的中长期机制研究组织表观结果可见,当辐照深度为3 mm和4.5 mm时,FU消融的活体猪皮肤组织均具有很好的安全性。消融后即刻皮肤组织出现轻微红肿,无表皮损伤。不同周期观察过程中消融区域始终未见表皮损伤,无不良反应发生。FU消融活体猪皮肤后对组织进行周期性观察,并行HE染色,可见损伤形成的中心位置分别位于组织表面下约2 mm和3 mm处,均小于预设焦点深度3 mm和4.5 mm。相同实验条件下,FU消融离体猪浅表组织损伤面积大于活体猪皮肤组织损伤面积,辐照深度越大,差距越明显。损伤面积随时间的延长逐渐由损伤边界向损伤中心减小,30天后基本无残余损伤出现。而且,当消融剂量较小时,损伤面积越小,恢复时间就越短;当消融剂量较大时,损伤向表皮移动,损伤面积增大,越容易引起表皮损伤。周期性观察过程中胶原纤维及弹性纤维染色结果可见,FU消融活体猪皮肤组织后7天,FU辐照组胶原纤维增生现象优于对照组。当辐照声强一定时,胶原纤维增生效果随辐照深度增加而变得微弱。当辐照时间、辐照深度一定时,胶原纤维增生效果随声强增加而更显著,增生方向同损伤恢复方向。在90天的组织病理观察中,随着时间增加,胶原纤维增生速率增大,且消融后的15-30天达到最大。除此之外,FU还能促进胶原纤维的重新排列,使得纤维数量增加,结构更加紧密,变得更平直。FU消融能使弹性纤维结构遭受破坏,成无序状态。但弹性纤维恢复较为困难,促进作用不显著。结论1.FU消融离体浅表组织具有安全有效的量效关系,具体量效关系受辐照深度、辐照声强、辐照时间的影响,实际损伤深度小于对应的辐照深度,时间越短损伤越小;在相同辐照条件下,皮肤组织与肌肉组织具有不同的量效关系,FU消融离体浅表组织量效关系与组织差异相关。2.FU消融活体猪皮肤组织能产生安全有效的组织损伤,周期性观察期间内无不良反应发生。损伤面积与辐照声强、辐照深度密切相关,消融后30天损伤基本实现转归,方向由损伤边界向损伤中心移动。剂量小,损伤小,恢复快;剂量大,损伤大,越容易引起表皮损伤。FU消融能刺激机体增加或增生结构更加紧密、纤细,数量更多、更平直的胶原纤维,而对弹性纤维增生效果不显著。