【基础研究】机电参数对双极射频皮下温度分布的影响研究

1.1 一般资料

       皮肤作为一个人体最大的保护器官，是电流的良导体，因此射频技术加热皮肤的结果与皮肤的介电特性相关。相对介电常数ε是介电特性的主要表征参数，会对射频加热过程的加热性质产生影响，它包括介电常数ε′和介电损耗因子ε′′ 。相对介电常数ε是材料对电场能量吸收、传输和反射能力的量度^[11]，在给定恒定频率条件下，某一种材料的相对介电常数ε是确定的。而介电损耗因子ε′′是在电场中介质对电能的吸收和转化，从而将电能转为热能效率的度量。因此，可以通过测定介质的电导率，来粗略地估计某种材料介电损耗因子𝜁 ′′^[12] ，从而得到介质的因散因子𝑡𝑎𝑛𝜀 。介电穿透深度𝑑𝑝是指电磁波在介质中穿过的垂直距离^[13]与介质因散因子具有以下关系，如式(1)所示：  其中，c为真空中的光速。当𝑡𝑎𝑛𝜀 ≪ 1时，(1)可以简化为以下的形式：

       由(4)式可知，频率𝑓会影响射频信号的穿透深度。除此之外，双极射频作用下组织内部的电流密度受电极间距的影响^[14]，而电流密度是影响组织温度变化的重要参数。综上所述，电极间距、信号频率及功率等机电参数会对射频在皮下组织加热温度的分布及作用靶点产生影响。

1.2 实验设备

       自研的三种间距双极射频美容仪，射频头治疗面分布有电极间距分别为1.37mm、2.37mm 和4.25mm三种不同的规格的双极电极各一组，射频头圆环面的外经为 29.57mm，内径为18.43mm，三组电极中心之间的夹角分别为 31.85°、41.42°和50.02°。机身带有LED显示模块，为用户提供可视化的操作界面。除此之外，机身还集成了模式选择功能键，能够切换不同电极对，选择输出不同频率及功率（占空比）的射频信号，满足实验多种不同测试需求。

       测温仪器使用由深圳市潜力科技创新有限公司生产的三维红外热成像分析仪(Super Cam X)，对离体组织皮下的靶点温度进行实时地跟踪和检测。

1.3 实验材料及测试方法

       从生鲜市场上购买新鲜的离体猪皮，使用手术刀切成大小适中、薄厚均匀（约3ｍｍ）的多个薄片，然后剥离猪皮的皮下脂肪，直到可以看清皮下的网格结构，使用游标卡尺测量猪皮的厚度。将剥离好的猪皮通过凸轮锁紧器固定在实验台架上，调整成合适的高度，在猪皮的正面靠近一侧边沿固定好点射频美容仪，并在猪皮的侧面边沿方向固定好热成像仪。在猪皮表面均匀涂抹适量的射频耗材，通过调节滑动旋钮，将探头与猪皮表面紧密贴合。打开热成像仪自带软件，观察猪皮在热成像仪上的成像位置，确保猪皮成像在软件图像的中心，开始进行温度测量。开启美容仪，通过按键分别选择不同工作电极对（间距）、信号频率及功率（占空比），对离体猪皮进行预热，静待猪皮升温至37摄氏度后，点击录制按钮记录猪皮皮下靶点温度由37℃升至 45℃，以及由45℃降到 37℃的过程并保存，进一步计算最高温靶点的升温时间和深度位置。

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