超声波医学美容的机理及仪器设计

延晓雪

摘要：生物医学超声是指超声波在离体或活体的生物组织中的现象、效应、作用、机制和应用。它以超声波与人 体组织相互作用特性为基础， 利用电子学和计算机技术来实现对人体疾病的诊断与治疗。超声治疗是利用超声波在人体中产生热、机械、空化、生化等效应，来达到治疗疾病的目的。超声波美容是一种超声治疗技术， 正是利用超声波对人体的生物效应来进行美容。因其对多种皮肤疾患及美容问题具有较好的治疗、恢复和保健作用， 被美容界广泛采用。由于其治疗范围广、见效快、治愈率高、操作简便和对各种物质的经皮透入等突出特点更使超声波美容仪成为众多美容器材中最实用、最受欢迎的仪器设备之一。目前市场上出现的超声波美容仪结构复杂， 电路故障率高， 工作不够可靠， 因此受到很大的应用限制。本文提供的超声波美容仪采用低功耗、高可靠性、内置硬件看门狗的微处理器芯片 PIC 进行设计， 电路精简， 工作可靠、稳定， 超声波喷雾细而均匀， 效果显著。

关键词：超声波;美容;机理;设计 中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2021）-06-131

1.超声波医学美容的机理

超声波用于美容， 主要基于两种原理：一种是利用超声波对液体的空化作用;另一种是利用超声波探头直接对人体皮肤的生物效应。空化作用的原理是， 在液体内部一般都含有大量的亚显微气泡， 在超声的机械振动作用下， 由于气泡周围液体中溶解的气体向气泡析出， 这些气泡会逐渐膨大。当气泡增大到和超声波长差不多时， 气泡就相当于谐振腔， 其谐振振幅可比入射超声的振幅大几个数量级。通过“ 空化泡” 的作用， 可以引起生物效应。超声波探头则是将超高频率的机械振动直接作用于人体皮肤而产生生物效应， 归结起来主要是其对肌体的大作用， 即机械作用、温热作用和理化作用。超声效应具有增强组织渗透、提高细胞代谢、促进血液循环、软化坚硬组织等机械作用，对斑痕、硬皮症等皮肤问题的疗法比机械按摩的效果更佳。在高频率的机械振动下， 肌体的血液循环旺盛， 神经、肌肉兴奋性降低， 因而可产生良好的镇痛、解痉作用， 而加速细胞新陈代谢， 促进组织 pH 值改变。增加细胞膜通透性， 则是超声波理化作用的主要表现。另外， 超声波促进物质的经皮透入， 是广泛采用的美容技术之一， 当皮肤出现各种问题时， 常需要一定的营养和药物来进行调整， 但是由于营养物质的成分及皮肤结构的关系， 其吸收情况会在不同程度上受到影响。如果我们充分利用超声波的弥散和组织渗透作用，使相应的营养物质或药物能够完整地经皮肤或粘膜透入体内，就会大大增加治疗的效果， 因为超声波对植物类精华或小分子化合物具有良好的促吸收作用。

总之， 超声波本身所具有的机械作用、温热作用、及生物化学作用可使局部组织细胞受到微细按摩， 细胞功能受到刺激， 血液淋巴循环得到改善。此外超声波产生的振动波还能按摩、清洁皮肤， 舒筋活血， 软化组织， 加强组织的新陈代谢。

实践表明超声波美容对拉皮、去皱、减肥、减双下巴、除凹洞、去疤痕、去眼袋、去鱼眼纹、改善皮肤质量、软化结节、消除暗疮疤痕、消除皮肤色素、防皱除皱、消除黑眼圈等有很显著的医疗美容效果。

2.超声波美容仪器的设计

本仪器主要实现两种基本功能：一是超声波喷雾， 它是利用超声波对液体的空化作用， 这种空化雾直接作用到人体的面部皮肤上，在温湿、柔和、略有微振的感觉中达到美容效果;二是利用超声波按摩探头产生的超声波直接作用于人体的皮肤， 利用超声波的机械、温热、理化这 3 大作用综合作用于皮肤从而产生很强的美容效果。上述两种功能可以任意转换以适应不同的需要。其他功能还有时间设定功能（ 手动定时和自动定时相互结合用来设定不同的工作时间） 、喷雾量和超声波能量多级调节功能， 此外还具有自动报警、动态信息显示等功能。

超声 波美容仪以单片微处理器 为核心构成，结构框图如图 1 所示。Microchip 公司生产的单片机PIC16C58A 工作可靠、功耗低、带负载能力强， 由于它采用了精简指令（ RISC） ， 哈佛结构的内部总线以及两级流水线的设计方法， 程序存储器虽为 2K 字节， 但与同类单片机相比， 其程序存储器可节省一半， 指令速度可提高4 倍左右。其内置的看门狗能防止程序死机， 在程序跑飞时有效地复位， 大大提高了系统的抗干扰能力。所有这些优点使它成为单片机主流之一。这一系列的单片机有多种形式可选用， 选择本芯片可充分利用资源， 最大限度地減少外围芯片， 实现仪器的优化设计。

仪器的所有操作命令都是通过键盘输入， 它包括超声波电路启动命令、超声波定时、超声波喷雾和按摩探头转换命令以及超声波能量大小控制命令。使用仪器时， 用户可以根据需要选择和调整超声波持续时间及超声波强度参数。仪器的工作状态和信息用数码管来显示， 指示定时时间、剩余时间及人机交互信息。超声波振荡发生电路在微控制器 PIC16C58A 的控制下运行， 其中超声波的发射频率为 1 ～1.1 MHz， 功率为 30 ～ 40 W， 功率大小的调整由软件来实现。

应用软件采用模块化结构设计， 这样便于修改和调试， 各个模块功能见图2。主控程序协调各个模块按缺省值或键盘指令运行。键盘命令程序主要由键盘扫描程序和去抖程序组成， 把扫描的键值送往 CPU 以供处理;显示程序负责控制显示缓冲区， 更新显缓区内容， 并把显示的信息送到各发光管;超声波控制程序执行超声波的启停、能量大小的调整;输出控制程序执行探头转换、定时报警等功能。

超声波美容以其独特的美容原理、高效的美容效果深受美容界的欢迎， 正日益走向家庭化， 本文介绍的超声波美容仪设计精简、智能化程度高、操作方便、电路工作可靠， 所以非常适合家庭用于美容。

山东协和学院 山东济南 2502