第四章 實驗結果與討論
4.5 均勻聲場照射下之超音波導入
接下來進行均勻聲場照射對超音波導入之影響的研究將 10、20 與 60 kHz 等低頻探頭安裝在楔型塊截除角的部分。照射時間、頻率、聲強與之 前的設定相同，進行超音波導入實驗。唯一改變的部分是擴散池的部分，
因為新增了楔型塊，之前進行低頻超音波導入之擴散池上槽無法搭配楔型 塊之尺寸，因此新設計之擴散池尺寸較大，方能搭配楔型塊與豬皮組織的 大小。如圖 4.16 所示，即為均勻聲場照射下之超音波導入實驗架構圖，上 槽改置 100 ml 之維他命 C 溶液，下槽改置 125 ml 之緩衝液，其餘設定與 實驗流程與之前相同。
低頻超音波搭配楔型塊所進行之超音波導入，其結果繪於圖 4.17 與圖 4.18，分別為下槽的導入量比較與豬皮組織的殘留量比較圖。由圖 4.17 可 得知，以符合空孔共振頻率 20 kHz，以聲強 13.6 mW/cm2搭配楔型塊所進 行實驗的組別，通透過皮膚組織到達擴散池下槽的量最多，這六組的標準 差只有 0.0007，故各組之實驗結果的差異性不大。但實驗的趨勢是以符合 空孔共振頻率區間的 20 kHz 頻率搭配楔型塊的照射後，會比以 10 kHz 與 60 kHz 非空孔空孔頻率搭配楔型塊照射，造成更多的導入量。原因是因為 原本高斯能量照射的區域，經由楔型塊後變成整個照射面的能量均勻，超 過引致空孔門檻能量之照射面積變大，故導入量明顯的高於另外兩個非空 孔共振頻率組，如圖 1.3 所示意。
如果以豬皮組織的殘留量來比較，則搭配楔型塊所進行之導入實驗結 果，會是直接以低頻探頭照射的導入實驗結果，快接近兩倍的殘留量。從 圖 4.18 可以得知 10、20 與 60 kHz 的頻率搭配楔型塊所進行之導入實驗於 豬皮的殘留量上，分別殘留原溶液 33%、27%、23%的濃度。由於照射面 能量的均勻性，使照射過程中比能量是高斯分佈的照射，所引致空孔效應 的面積更廣，故殘留於豬皮組織的量比探頭直接照射的殘留量還多，如圖 1.3 所示意。而 10 kHz 比 20、60 kHz 的殘留量還多的原因，如 4.3.1 節內 所述之理由，內部空孔效應廣泛的影響豬皮組織表面，故殘留大量的維他 命 C 於豬皮組織。
表 4.1 氣泡尺寸與相對應共振頻率
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化
43161060 1710.5
15 min 0
30 min 0
45 min 0
02
60 min 0
49832800 1756.8
15 min 0
30 min 0
45 min 0
03
60 min 0
47132340 1857.1
15 min 0
30 min 0
45 min 0
04
60 min 0
50388130 1666.7
15 min 0
30 min 0
45 min 0
05
60 min 0
41237260 1731.4
平均 0 46350318 1744.5
標準差 0 4042211 71.08182
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
49893100 1795.1
15 min 0
30 min 0
45 min 0
02
60 min 153
51179830 1864.4
15 min 0
30 min 0
45 min 0
03
60 min 0
41237260 1929.8
15-mins 0
30-mins 0
45-mins 0
04
60-mins 0
49072760 1760
15-mins 0
30-mins 0
45-mins 0
05
60-mins 0
57361780 1846.7
平均 30.6 49748946 1839.2
標準差 68.42368 5751559 65.41617
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
49276990 1858.9
15 min 0
30 min 0
45 min 0
02
60 min 0
55380800 1858.9
15 min 0
30 min 0
45 min 311
03
60 min 502
51179830 1812.5
15 min 0
30 min 0
45 min 0
04
60 min 0
55198320 1732.8
15 min 0
30 min 0
45 min 0
05
60 min 125
57979900 1849
平均 125.4 53803168 1822.42
標準差 217.3725 3508869 53.6149
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
51387080 2194.3
15 min 9166
30 min 17731
45 min 25608
02
60 min 37097
56128040 2179.3
15 min 7029
30 min 16711
45 min 25983
03
60 min 38486
51770150 2194.3
15 min 3870
30 min 5547
45 min 9868
04
60 min 14784
53374980 2194.4
15 min 3294
30 min 9166
45 min 16711
05
60 min 20682
57136990 2051.9
平均 35502.8 53959448 2162.84
標準差 20118.55 2576396 62.35806
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
57819270 1836.7
15 min 125
30 min 963
45 min 2351
02
60 min 4686
61203670 1836.7
15 min 532
30 min 1125
45 min 3891
03
60 min 5102
59138120 1730.8
15 min 359
30 min 872
45 min 1329
04
60 min 2201
59781130 1730.8
15 min 201
30 min 498
45 min 791
05
60 min 936
58332190 1875
平均 3186.8 59254876 1768
標準差 1730.97 1322941 85.43
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
57819270 1730.8
15 min 798
30 min 1013
45 min 3359
02
60 min 4131
62387270 1758.9
15 min 1453
30 min 3921
45 min 5989
03
60 min 7312
59138120 1578.9
15 min 58
30 min 101
45 min 176
04
60 min 282
61973310 1764.7
15 min 0
30 min 0
45 min 0
05
60 min 0
58872900 1659
平均 3413.4 60038174 1698.46
標準差 3197.284 2022035 78.95931
表 4.2 超音波熱療機探頭在不同參數下導入量與波速變化(續)
62877310 1525.4
15 min 32
30 min 199
45 min 427
02
60 min 623
62387270 1497.5
15 min 73
30 min 187
45 min 311
03
60 min 428
64138120 1578.9
15 min 0
30 min 18
45 min 57
04
60 min 132
62873310 1550.4
15 min 0
30 min 0
45 min 0
05
60 min 0
60872900 1570.7
平均 236.6 62629782 1544.58
標準差 277.86 1176978 33.46
表 4.3 低頻超音波探頭在不同參數下導入量與波速變化
表 4.3 低頻超音波探頭在不同參數下導入量與波速變化（續）
表 4.3 低頻超音波探頭在不同參數下導入量與波速變化（續）
表 4.4 低頻超音波探頭經楔型塊在不同參數下導入量
表 4.4 低頻超音波探頭經楔型塊在不同參數下導入量（續）
表 4.4 低頻超音波探頭經楔型塊在不同參數下導入量（續）
圖 4.1 豬皮組織上之氣泡大小 直徑：350 μm
圖 4.2 超音波熱療機導入量的比較
圖 4.3 不同參數下，超音波熱療機之下槽濃度與原導入濃度比較
圖 4.4 高頻超音波導入之豬皮組織殘留量
圖 4.5 經過超音波熱療機導入後之豬皮聲速比較
圖 4.6 維他命 C 濃度檢量線
圖 4.7 低頻超音波導入之導入量比較
圖 4.8 不同參數下，低頻超音波導入下槽濃度與原導入槽濃度比較
圖 4.9 低頻超音波導入之豬皮組織殘留量
圖 4.10 經過低頻超音波導入後之豬皮聲速比較
圖 4.11 楔型塊不同面上之聲場量測圖
-70
-100
230 kHz 250 kHz 270 kHz
圖 4.15 照射面標準差值的比較
圖 4.16 搭配楔型塊進行超音波導入之實驗架構
圖 4.17 搭配楔型塊進行超音波導入之下槽導入量比較
圖 4.18 搭配楔型塊進行超音波導入之豬皮殘留量比較
第五章 結論與建議
5.1 結論
本研究的研究目的是以超音波之生物效應之空孔效應作為超音波導入 之機制，進行低頻超音波的導入實驗，並評估現行所採用以超音波機械效 應，為主要導入機制之高頻超音波導入的效能。此外於探討照射聲場能量均 勻性時，考量其照射頻率、邊界效應與尺寸外形的搭配設計一楔型塊，使得 超音波能在此楔型塊內形成擴散聲場，釋放出均勻的聲能，用以照射於猪皮 組織。
在以 1 及 3 MHz 所進行之高頻超音波導入方面：實驗參數的頻率設定 為 1 MHz 與 3 MHz；聲強在 1 MHz 分別為 2.22、1.48 和 0.76 W/cm2，在
1 MHz 分別為 1.53、1.02 和 0.51 W/cm2，照射時間為 1 小時。經過 1 小時 的照射之後，導入至下槽的量以 3 MHz，1.53 W/cm2為各高頻超音波導入組 別中最多的一組，導入量佔原溶液 0.073 %；在殘留量上，以 1 MHz，2.22
W/cm2殘留量佔原溶液 26 %為最多。按使用方面的選擇上，如欲進行美白 之類的淺層導入至皮膚組織，可選擇以 3 MHz，1.53 W/cm2作為導入參數；
若是要進行投藥至體內之導入，可選擇以 1 MHz，2.22 W/cm2的導入方式。
但必須注意的是 1 MHz，2.22 W/cm2進行超音波導入 1 小時後，探頭溫度 會升高至近 40 度，導致自動斷電，無法持續療程。波速的改變與導入量有
正向的關係。
的量是一般探頭照射的兩倍。
而針對第四章所提，無法使楔型塊形成擴散聲場的原因，其改善方式，
可由楔型塊的外形上著手，將各個平行的面更改為不平行，以大大增加波 的反射量。此外仿照國外設計延遲線（Delay Line）的方式，將楔型塊引入 晶格化的製程，將減低聲波於楔型塊傳遞時之衰減程度。
從研究最初的理論推導，到目前獲得的研究成果，可以建立整個超音 波導入的流程。首先是量測將被施與超音波導入時皮膚組織上，毛孔或氣 孔大小，接著計算該毛孔或氣孔大小所相對應之空孔共振頻率，施與水溶 性的藥物溶液，再利用所計算之空孔共振頻率激發超音波，照射在皮膚組 織上。根據所要應用的方向，若只要將藥物或化粧品導入至皮膚組織間，
可選用越低頻、能量越高的導入方式，並配合均勻的照射聲場，可使大量 藥物進入皮膚組織間；若是要進行局部投藥，使藥物可以進行體循環被人 體吸收，則可使用符合共振頻率間的頻率進行能量集中的方式來投藥，如 此一來可在最短的時間內達到所要導入的質與量。
5.2 建議事項與未來展望
針對未來的藥物及化粧品顆粒尺寸漸趨奈米等級，搭配現行之超音波 導入法，對於非侵入式投藥與美白技術上，將會更事半功倍。但要真正廣 泛應用在人體上，必須經過多次的活體試驗，且必須以更周詳的思維考慮 人體安全性。
經 Rayleigh-Pelsset 的空孔氣泡運動方程式，乃是描述空孔效應之氣體 活作用的效應，並無包含內部空孔效應的計算；此外在界定引致空孔現象 的門檻能量時，無法區分該門檻能量是引致氣體活化作用或是內部空孔效 應，亦或是兩者皆有。目前只能根據當時的實驗設定，依據有無在所照射 的鋁箔上產生孔蝕現象，來界定引致空孔效應的能量。希望在未來能持續 以嚴謹的態度，建立此兩種空孔效應之門檻能量值，對於超音波導入所引 致之空孔效應，做更精細的研究。另外，不同藥物在進行超音波導入時，
空孔效應所帶來的超音波化學效應，探頭激發超音波時所帶來的熱效應，
這些都是會影響藥物的化性，在實驗過程中，必須考慮周詳。
而在經過超音波導入後，樣本組織的波速改變，參考 Glover [36]的研 究結果，可發現惡性乳房腫瘤區的波速遠大於正常乳房組織，然而高度惡 化腫瘤其波速卻落在兩者之間。本研究對於照射過後之豬皮組織量測只得 到其波速變化，無更進一步的相關研究得知該豬皮組織是否發生細微之變
化，此一部份可搭配生化顯微觀察做更深一層的探討波速改變的原因。
生物超音波是條結合眾多科學背景的研究路程，本著科學家求真求實 的執著與表現，本實驗室研究團隊從以前到現在一直針對生物試體進行生 物超音波研究，其目的就是為了建立完整的超音波生物效應的真實面貌，
期望有朝一日，能應用這方面的技術，結合其他領域的成果，加以推廣貢 獻於世。
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