第四章 實驗結果與討論
4.2 超音波熱療機導入評估
4.2.2 波速與導入量比較
從表 4.2 除了可以得知不同參數變化下，維他命 C 的導入量之外，尚 可得知豬皮組織經過超音波熱療機導入程序後，其波速的變化程度。比較 1 與 3 MHz 的超音波照射後波速改變的程度可發現：在經過 1 MHz 照射後 的所改變的波速較為一致，而經過 3 MHz 照射後所改變的波速，以 1.53
W/cm2 的改變量最大。原因有可能是因為超音波機械效應引致了組織間產 生彈性振動，造成滲透過角質層至擴散池下槽的結果。照射聲強越大，導 入結果也越多。
在不同的導入量之下，相對而言有不同的波速變化。從圖 4.5 可觀察 到經過超音波照射後之豬皮組織聲速有明顯的提升，但進一步比對波速變 化量與導入量，發現波速的變化幅度與導入量有著密切的關係。從表 4.2 可知在 3 MHz，1.53 W/cm2的設定之下，所得到的超音波導入量，為熱療 機導入裡之最佳設定。而在圖 4.5 中，3 MHz，1.53 W/cm2這組所設定的導 入，其同一片豬皮組織之波速比較可發現，未照射超音波的豬皮組織部位 其波速為 1553.42 m/s，但量測經超音波照射 1 小時的豬皮組織平均聲速提 升為 2123.15 m/s。由波速的變化可知其結構也發生改變，由肉眼觀察與豬 皮組織本身的觸感，可發現經過超音波導入後的豬皮部位呈現透明狀且有 硬化的趨勢。
相較於 3 MHz 高聲強所激發的超音波，市面上所宣稱每秒振動 100 萬 次的 1 MHz 超音波導入上，由圖 4.2 可知並無導入量的產生；但在波速的 變化上，圖 4.5 可看出在 1 MHz 照射後的波速相對於沒有施加超音波照射 的豬皮組織，波速有明顯的增加。從上一節裡的判斷，有可能是維他命 C 溶液進入了豬皮，而非穿越了豬皮，也因此造成豬皮組織經過 1 MHz 照射 後，組織性質已經發生改變，連帶導致豬皮組織波速的改變。
超音波熱療機評估至此已經完成。吾人可從實驗結果得知，以 3 MHz，
1.53 W/cm2所激發之超音波，在高頻熱療導入實驗下之最佳設定。而導入 的結果與量，可利用豬皮組織的波速變化，來推知是否有高頻超音波導入 的發生。最後，整體高頻超音波效果，其實不如市售超音波導入機所宣稱 的效果強大，仍需重複數次，方能達到欲導入之量。此外，使用時間過久 會導致探頭發熱，當溫度高至 40℃時，受限於保護人體之安全裝置，熱療 機會自動停止激振超音波，故於長時間使用熱療機時須注意。
4.3 空孔共振頻率之超音波導入評估
從金相顯微鏡觀察到的氣泡尺寸，代入 Rayleigh-Plesset 所發表的不可 壓縮液體中內部空孔振動的運動數學模式，可得氣泡空孔共振頻率，範圍是
15~36 kHz。本研究選取 10、20 與 60 kHz 分別作為低於空孔共振頻率區、
符合共振頻率區與高於空孔共振頻率區三種不同的頻率做為實驗中的頻率 參數，藉此來比較不同頻率間的導入差異，也由於此三個頻率於超音波的範 疇內屬低頻，故也稱之低頻超音波（在此，10 kHz 的頻率雖不屬超音波的 頻率，但為方便起見，故也稱其為低頻超音波）；而在激發聲強的參數選擇 上，則是以引致 20 kHz 空孔效應之門檻值為界，選取高於及低於此門檻值，
分別為 13.6 mW/cm2與 1.9 mW/cm2做為激發聲強。
4.3.1 頻率與導入量比較
表 4.3 是以三組低頻超音波進行超音波導入的實驗結果，每個實驗參數 重複五次實驗，每組實驗以函數產生器 HP 33120A 激發相對應之探頭 15 分 鐘進行導入實驗。經過 15 分鐘後，從上槽與下槽各取 1 ml 的溶液樣本。
所取得的樣本經過 HPLC 的分析之後，維他命 C 濃度將以 mV 值顯示，再 以所得之 mV 值相比於等量線上相對應之 mV 值，就可得到擴散池上槽與下 槽維他命 C 的濃度值。圖 4.6 即為本次研究所製之維他命 C 檢量線。製作 檢量線的方式，乃是以等比例且固定濃度的維他命 C 溶液：4.5、5.5、6.5、
7.5 與 8.5 mM 分別經過 HPLC 檢定濃度，便能繪出「濃度–mV」 圖。之
後只需將實驗所量得之 mV 值帶入檢量線推算，即可得到相對應之濃度。
圖 4.7 是分別以 10、20 與 60 kHz 所進行的低頻超音波導入實驗後，在 不同頻率聲強時的導入量比較圖。由圖 4.7 中的比較可得知，以符合空孔 共振頻率區間的頻率 20 kHz 做激發頻率，聲強則是以 20 kHz 下能夠引致 空孔效應的 13.6 mW/cm2 時進行超音波照射後，所獲得的下槽導入量最 多；接下來是以高於空孔共振頻率區間的 60 kHz 在 1.9 與 13.6 mW/cm2聲 強實驗後，下槽有產生導入的結果。反觀以低於空孔共振頻率區間的 10 kHz 在兩種不同聲強之下，並無產生任何導入的結果；而以未能引致空孔效應 的聲強 1.9 mW/cm2配合空孔共振頻率區間的頻率 20 kHz 所進行之實驗，
於擴散池下槽也沒有導入效果。將所有擴散池下槽的導入量與上槽的原濃 度相比，在導入量的結果比較上可從圖 4.8 得知，經過 15 分鐘的低頻超音 波導入，透過豬皮組織的維他命 C 量與以熱療機探頭進行高頻超音波導入 1 小時的結果相差不遠，透過角質層的量約佔原維他命 C 濃度的 0.054%。
接著對擴散池上槽所損失的量進行分析討論，結果由圖 4.9 可得知，以高 聲強，10、20、60 kHz 的超音波導入下，殘留在豬皮組織的維他命 C 量分 別為原維他命 C 濃度的 17.15%、16.63%及 15.86%；而以 1.9 mW/cm2 聲強 所進行的超音波導入，以 10 kHz 組殘留了 14.28%為最多，其次為 20 kHz 組與 60 kHz 組，分別為 7.86%與 7.31%。造成 10 kHz 殘留維他命 C 濃度於 豬皮組織最高的原因，有可能是因為在引致的空孔效應的內部空孔效應。
雖然並未觀察到符合 10 kHz 共振頻率尺寸的氣泡，但以能在 20 kHz 引致 內部空孔效應的聲強之下，10 kHz 更能輕易有效地產生內部空孔效應；另 一方面從下槽的導入量比較來觀察可得知：20 kHz、13.6 mW/cm2的量是最 多的，這代表著以 20 kHz 共振附著於豬皮組織的氣泡時，部分氣泡的破裂 使得角質層被打通，促使維他命 C 溶液能夠透過角質層抵達到擴散池下 槽，但因豬皮組織的角質層過厚，而使得導入至下槽的效果不甚明顯；而 以 10 kHz 激發時，並無相對應之氣泡可供共振，故於溶液中產生大量的內 部空孔效應，造成豬皮組織表面受到內部空孔效應的氣泡破裂影響，產生 微量的破損與變形。內部空孔效應影響範圍的廣度夠，深度不夠的情形之 下，維他命 C 就會大量的進入到豬皮組織內，而無法抵達擴散池下槽。此 外 60 kHz 的部分，不管在低聲強與高聲強的部分雖均有產生導入的結果，
但與其他兩組頻率相比，不管是豬皮組織殘留量或是擴散池下槽導入量都 是比較少。
4.3.2 波速與導入量比較
以低頻超音波導入後的豬皮組織波速變化圖，經由圖 4.10 可觀察出經 由空孔共振頻率 20 kHz照射的組別是波速提升最多的組別，其次為 10 kHz 的照射組別，而 60 kHz 的照射組別其豬皮組織波速變化量最小。此一實 驗結果，只能觀察到波速會隨著有無空孔共振照射頻率而改變的趨勢，並 無法發現任何與導入有相連性的關係。因此在尚未進行進一步的研究之
前，波速的改變量與低頻超音波導入下是沒有任何直接相連性的。
4.4 楔型塊之聲場量測
以 230、250 與 270 kHz 做為激發聲源之楔型塊聲場量測，該實驗結果 如圖 4.11 所示，從頻率的角度來觀察，230 kHz 的聲強普遍較強，而 250 次之，270 kHz 相較之下比較弱，故均勻性以越低頻越佳。而從楔型塊的不 同面探討聲場的均勻性來看，實驗結果如圖 4.12、圖 4.13 與圖 4.14 所示，
分別代表 230 kHz、250 kHz 及 270 kHz 頻率照射下不同面之聲場量測值。
第一、四、五面的聲強值較為均勻，聲強差異最多不超過 4 dBm，相較之 下，第二、三面就比較不理想。而從每一個面的聲強分佈討論，在三個不 同頻率的照射下，明顯的都是從右方聲強較強的部分，逐漸向左邊減少。
這是由於右方的部分較接近激發源，而左方則經過數次是反射之後的結 果。從各面標準差值來觀察各面的聲強均勻性，得到圖 4.15 的結果，可發 現在三個照射頻率之下，第五面的聲強分佈最為勻稱。
無法使楔型塊內造成擴散聲場之原因有二個可能，第一是因為楔型塊 之面與面是相互平行的，因此讓聲波反射至其他的機會變小，致使楔型塊 內部每個點通過波的機率也變小，故無法形成擴散聲場；第二個原因是楔 型塊的材質是容易讓入射波能量衰減的材質，致使進入楔型塊裡的波在未 達到多次的反射之前，已經衰減殆盡。
雖然此一實驗結果證實了楔型塊內部並未達到完全的擴散聲場，但楔
型塊的第五個面經過量測，面上各點聲強最多只有 2dBm 的差異，可視為 一均勻的照射面，故選擇此面於超音波導入實驗時，作為照射豬皮組織的 面。
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
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