用于疤痕治療的能量可控等離子設(shè)備

李文慧，劉子悅，楊璽霖，湛夢瑩，侯振中，蔣松懌，趙博，劉玉明，游國鵬，周宇△

(1.上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093；2.西藏自治區(qū)第二人民醫(yī)院，拉薩 850030)

引言

在機(jī)體創(chuàng)傷修復(fù)過程中，真皮層成纖維細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)的過度增生會(huì)導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)疤痕，疤痕作為術(shù)后傷口愈合時(shí)的必然產(chǎn)物，分為正常疤痕和病理性疤痕，后者表現(xiàn)為增生性疤痕和疤痕疙瘩[1-2]。大多數(shù)疤痕的創(chuàng)面稍異于正常皮膚，隨著時(shí)間的推移，疤痕就會(huì)淡化甚至消失；而病理性疤痕則不然，在其生長過程中還會(huì)伴隨著疼痛、瘙癢、紅腫等癥狀，甚至?xí)驗(yàn)闋坷＝M織而造成嚴(yán)重的功能障礙[3]。疤痕不但帶給患者身體上的缺陷，還可能造成心理疾病[4]。為此，國內(nèi)外出現(xiàn)了眾多治療疤痕的方法，包括手術(shù)治療、藥物治療以及物理治療等。手術(shù)治療被推薦與放射及藥物治療相結(jié)合，聯(lián)合療法效果更好，即便如此，這些治療方法并未做到徹底解決疤痕疾病。

近年來，利用光效應(yīng)或電子能量治療皮膚疾病的設(shè)備及方法不斷被探索。其中，利用激光治療皮膚疤痕疾病是近年來最受歡迎的治療方式之一[1-5]，但激光治療仍有很多目前無法解決的問題。例如，在治療過程中，高能量的剝脫性激光會(huì)使患者感受到強(qiáng)烈的灼熱感和痛感，治療后，會(huì)出現(xiàn)紅腫發(fā)熱以及色素沉著，也可能形成新的疤痕，恢復(fù)周期也比較長。非剝脫性激光會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)性的術(shù)后紅斑，恢復(fù)周期較剝脫性點(diǎn)陣激光更長[5]。

除上述方法外，許多文獻(xiàn)表明，等離子技術(shù)可以用于治療皮膚疤痕，且具有安全有效、精準(zhǔn)治療、低熱損傷的特征[6-10]。等離子被稱作是物質(zhì)的第四態(tài)，眾所周知，物質(zhì)有固體、液體、氣體三種狀態(tài)，而氣體的進(jìn)一步升溫會(huì)使得空氣中一些活性分子如氮分子離解為氮原子，再升溫使原子電離產(chǎn)生帶電的活性粒子，這個(gè)電離的過程就會(huì)產(chǎn)生等離子[11- 12]。除了升溫，對(duì)空氣中的氣體施加高壓將氣體擊穿也會(huì)產(chǎn)生等離子體，這個(gè)電壓稱之為擊穿電壓，使之擊穿的場強(qiáng)稱為擊穿場強(qiáng)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，均勻電場中空氣間隙的擊穿場強(qiáng)為30 kV/cm[12]。當(dāng)?shù)入x子體作用皮膚時(shí)，并不會(huì)對(duì)表皮組織造成損傷，而是穿透表皮直接作用于真皮層，對(duì)組織產(chǎn)生微剝脫，使得膠原蛋白增生，并有序排列促進(jìn)傷口愈合，緊致皮膚[10]。目前國內(nèi)外用于皮膚疤痕治療的等離子設(shè)備大多以射頻能量為主，最為暢銷的是以色列一款閃耀離子束瘢痕治療儀，由超高頻的射頻生成器構(gòu)成的大型設(shè)備，較為復(fù)雜[13-15]。國內(nèi)的等離子美容設(shè)備還處于起步階段，未出現(xiàn)可靠的治療設(shè)備，僅有一些等離子設(shè)備相關(guān)專利。例如，武漢海思普萊生命科技有限公司申請(qǐng)了一種基于等離子體的美容儀發(fā)明專利，用于皺紋、色斑、痤瘡治療，但專利中提到的設(shè)備等離子作用面積大、無能量可控功能[16]；西安交通大學(xué)申請(qǐng)了一種手持式等離子美容裝置的發(fā)明專利，用于殺菌祛斑除皺、祛痘除疤，但專利中提到的設(shè)備采用交流高壓放電，無能量可控功能，且無法精細(xì)化處理治療面積[17]。基于以上問題，本研究設(shè)計(jì)了一款基于直流高壓且具備能量控制的等離子設(shè)備，該設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)直流高壓電離空氣產(chǎn)生等離子體，還可以精確控制作用于組織的能量。其優(yōu)點(diǎn)在于簡化了電路結(jié)構(gòu)，設(shè)備體積小、成本低、方便攜帶；可實(shí)時(shí)檢測輸入電流，實(shí)現(xiàn)電離能量可控；輸出采用電極針，可精細(xì)化處理作用區(qū)域。本研究驗(yàn)證了設(shè)備的能量可控功能，并為后續(xù)優(yōu)化便攜式等離子疤痕治療儀提供了思路。

1 材料與方法

1.1 電離裝置的設(shè)計(jì)

圖1(a)為空氣電離裝置系統(tǒng)框圖，主要包括供電模塊、主控模塊、反激式電源模塊以及人機(jī)界面。供電模塊采用220 V轉(zhuǎn)12 V的明緯電源適配器(GSM25U12-P1J)，12 V用于DC-DC電壓轉(zhuǎn)換的輸入部分以及芯片、人機(jī)界面的供電部分。主控模塊控制反激式電源模塊電壓輸出及檔位選擇，與人機(jī)界面完成通訊。對(duì)上述模塊設(shè)計(jì)完成后，組裝各電路板得到圖1(b)所示的裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為固定結(jié)構(gòu)及便于操作，設(shè)計(jì)了尺寸合適的接口板連接在兩塊電源板的輸出位置。圖1(c)為設(shè)備整體實(shí)物圖。

圖1 空氣電離裝置Fig.1 Air ionization device

1.1.1反激式電源模塊 電源模塊的設(shè)計(jì)以輸出高壓實(shí)現(xiàn)空氣電離為目的。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，均勻電場中空氣間隙的擊穿場強(qiáng)約為30 kV/cm[12]。設(shè)定實(shí)驗(yàn)中電離間距為0.3 mm，根據(jù)均勻電場中電壓等于場強(qiáng)乘以距離可知，實(shí)現(xiàn)均勻電場中空氣電離需要至少900 V電壓。本研究設(shè)計(jì)的空氣電離裝置使用直徑0.3 mm的微針，即電極在極不均勻的電場中發(fā)生尖端放電。在導(dǎo)體帶電量相同的情況下，導(dǎo)體尖端越尖，面電荷密度越高，附近場強(qiáng)越強(qiáng)，越容易發(fā)生電離[11-12]。因此，900 V電壓可以實(shí)現(xiàn)本裝置空氣電離?；诖耍狙芯啃枰O(shè)計(jì)一款輸出至少900 V的開關(guān)電源。開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，本研究選用了基于LT8304-1的反激式電源設(shè)計(jì)，輸入電壓12 V，結(jié)合1∶10∶10∶10的升壓變壓器次級(jí)三路串聯(lián)得到1 000 V輸出高壓。反激式變換器具有體積小、成本低、效率高的優(yōu)勢，為了得到更高壓，采取兩塊高壓輸出串聯(lián)得到2 000 V直流高壓，該電源模塊最大輸出電流0.5 mA，最大輸出功率8 W，轉(zhuǎn)換效率85%。

根據(jù)LT8304-1反激式變換器芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，輸出電壓主要由反饋電阻RFB確定，具體見式(1)：

(1)

式中UREF參考電壓為1 V，RREF參考電阻為10 kΩ，NPS匝數(shù)比為0.1，UF二極管導(dǎo)通壓降為1 V。為驗(yàn)證高壓模塊輸出的穩(wěn)定性，通過給定不同的RFB，判斷測得實(shí)際輸出電壓是否與理論計(jì)算值相吻合。

由表1 可知，實(shí)際輸出電壓與理論計(jì)算值的誤差率均在5%以內(nèi)，說明該電源模塊高壓輸出穩(wěn)定，性能良好。

表1 不同反饋電阻RFB下的輸出電壓Table 1 Output voltage under different feedback resistance RFB

1.1.2主控模塊 主控模塊包括單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、12 V轉(zhuǎn)3.3 V電源轉(zhuǎn)換電路、電流檢測電路以及人機(jī)交互模塊。單片機(jī)采用32位基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103RCT6實(shí)現(xiàn)電離裝置的控制以及與人機(jī)界面的交互功能。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是其正常工作的基礎(chǔ)模塊，包含晶振電路、復(fù)位電路以及SW下載接口等。因電源輸入為12 V，而單片機(jī)供電3.3 V，則需要DC-DC轉(zhuǎn)換電路。為減小體積，選用了R-78AA-1.0模塊實(shí)現(xiàn)12 V轉(zhuǎn)3.3 V。R-78AA-1.0模塊體積小，效率高達(dá)94%且無需散熱器，符合本研究需求。

在設(shè)備研制中，通過實(shí)時(shí)檢測高壓模塊的12 V輸入電流，單片機(jī)每1.17 μs進(jìn)行一次ADC數(shù)據(jù)采樣，對(duì)輸入功率做時(shí)間積分得到輸入能量，并乘以85%轉(zhuǎn)換效率得到高壓輸出能量。設(shè)置能量閾值控制反激式開關(guān)電源芯片LT8304-1的使能端，從而達(dá)到能量精確控制的目的。

在算法設(shè)計(jì)之前，進(jìn)行設(shè)備電離前和電離時(shí)的電流檢測電路波形采集，見圖2。

圖2 采樣電壓波形圖Fig.2 Sampling voltage waveform

圖2(a)未電離時(shí)，采樣電壓波形比較平，無較大變化；圖2(b)可見電離瞬間波形會(huì)有爬坡過程，直至電壓升到最大值。根據(jù)多次波形采集，以500 mV作為算法中判斷是否電離的閾值電壓，1.17μs進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，若大于閾值電壓，則計(jì)入有效電離并作時(shí)間積分得到輸入能量。通過效率轉(zhuǎn)換得到輸出能量。程序框圖見圖3。

圖3 程序框圖Fig.3 Block diagram

電流檢測電路選用的芯片INA293是一款高精度的電流檢測放大器。本研究選用增益為20倍的INA293A1IDBVR，檢測電阻為0.03 Ω。當(dāng)能量達(dá)到設(shè)定值，關(guān)斷兩路電源模塊使能，并設(shè)計(jì)一小燈翻轉(zhuǎn)以提示使用者能量釋放完畢。為了提高用戶體驗(yàn)感以及操作靈活性設(shè)計(jì)的人機(jī)交互模塊，可以完成不同能量的閾值設(shè)置，開啟關(guān)閉反激式電源模塊輸出，選擇電源模塊輸出的不同檔位。

1.2 距離控制裝置

距離控制裝置為本研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),主要完成電極針與組織之間距離的精確控制，見圖4(a)。實(shí)驗(yàn)思路為電極針緩慢下降碰到組織時(shí)，停止下降并上升設(shè)定的電離間距。根據(jù)距離控制裝置的阻抗檢測模塊與主控模塊配合完成距離控制。電極針下降時(shí)持續(xù)阻抗檢測，并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)。當(dāng)電極針未觸碰組織時(shí)，電極針與背極板之間為空載，阻抗檢測得到的值約110 kΩ。當(dāng)電極針接觸到組織時(shí)，阻抗小于10 kΩ，故將10 kΩ設(shè)計(jì)為阻抗檢測閾值。當(dāng)檢測到阻抗小于10 kΩ時(shí)，電機(jī)停止，并按照已設(shè)定的距離開始上升，至指定距離后再檢測阻抗，此時(shí)測得的阻抗值與空載時(shí)阻抗值接近，則認(rèn)為電極針未碰到組織表面。圖4(a)中的標(biāo)尺可以評(píng)估電機(jī)上升設(shè)定距離是否準(zhǔn)確。阻抗檢測模塊選用AD5933阻抗轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，AD5933是一塊高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，輸出頻率范圍在100 kHz以內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)阻抗范圍從100 Ω至10 MΩ的外部阻抗測量[18]。距離控制裝置中選用的電機(jī)是深圳智創(chuàng)公司的SS伺服步進(jìn)電機(jī)42SSC-HB，它精度高、響應(yīng)快、不失步、過載能力強(qiáng)且電機(jī)減速快。結(jié)合42SDC-H編碼器使用，最高可以實(shí)現(xiàn)0.001 mm/轉(zhuǎn)的最小步進(jìn)距離。

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置及平臺(tái)Fig.4 Experimental device and platform

1.3 實(shí)驗(yàn)材料

導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的重要物性參數(shù)。據(jù)文獻(xiàn)記載，馬鈴薯的導(dǎo)熱系數(shù)為0.455～0.591 W·(m·k)-1,與人體皮膚的導(dǎo)熱系數(shù)0.34～0.54 W·(m·k)-1十分相近[18-19]。依據(jù)國內(nèi)外已有的基于馬鈴薯為實(shí)驗(yàn)材料的電穿孔及射頻消融實(shí)驗(yàn)的成功案例，本研究選用馬鈴薯作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象[20-22]。馬鈴薯表面平整易于觀察氧化面積以及顏色深淺，適宜于作為能量可控電離裝置觀察電離效果的初期實(shí)驗(yàn)材料。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，等離子體作用會(huì)對(duì)馬鈴薯淀粉產(chǎn)生氧化作用,使其分子中的一些化學(xué)鍵斷裂，或被氧化產(chǎn)生羰基及羧基,導(dǎo)致馬鈴薯淀粉分子基團(tuán)發(fā)生變化，且此作用的氧化程度隨等離子體作用時(shí)間的增加而提高[23]。本研究將不同的電離能量施加在馬鈴薯上，根據(jù)馬鈴薯不同的氧化情況分析實(shí)驗(yàn)效果。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取同一批次的馬鈴薯作為實(shí)驗(yàn)材料，將馬鈴薯去皮，加工為長2.5 cm,寬高均為1.5 cm的馬鈴薯塊。將切好的實(shí)驗(yàn)材料隨機(jī)分為三組，每組10個(gè)樣本。置于盛有水的容器中，等待實(shí)驗(yàn)。

將馬鈴薯塊放在用金屬箔代替的背極板上，金屬箔表面導(dǎo)電，見圖4(b)。擦拭馬鈴薯塊表面，使其無液體殘留，控制所有樣本在相同條件下開始實(shí)驗(yàn)。在馬鈴薯塊下方加少量PBS緩沖液，使得馬鈴薯塊與金屬箔充分接觸。金屬箔固定在距離控制平臺(tái)的升降裝置正下方，將電極固定在升降裝置上。電極針與金屬箔用兩根導(dǎo)線引出，便于和阻抗檢測模塊以及電離裝置連接。

首先，將電極針和金屬箔與阻抗檢測模塊相連，設(shè)置電極針接觸到馬鈴薯后上升距離為0.3 mm，然后將電極針與金屬箔連接到電離裝置的輸出端，接通電源開始電離實(shí)驗(yàn)。本研究選擇2 000 V檔位，0.005、0.03、0.1 J的能量參數(shù)進(jìn)行三組電離實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)10次。

實(shí)驗(yàn)中，可觀察到當(dāng)電離設(shè)備的人機(jī)界面點(diǎn)擊開始后，電極針與馬鈴薯之間有伴隨著聲音的弧光出現(xiàn)，這時(shí)高壓電離空氣產(chǎn)生等離子作用于馬鈴薯，當(dāng)弧光停止后，主控模塊的小燈翻轉(zhuǎn)，表示能量釋放完畢。

1.5 分析方法

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將馬鈴薯塊靜置40 h，觀察氧化結(jié)果。用水平支架固定手機(jī)，拍攝同一距離下所有馬鈴薯塊正面、剖面圖片。采用Adobe公司的 Photoshop軟件分析圖片中的氧化情況。為避免其他區(qū)域?qū)ρ趸糠衷斐扇∩蓴_，在使用軟件分析之前，對(duì)馬鈴薯的照片進(jìn)行簡要處理，遮住干擾區(qū)域。圖5(a)為未處理圖片，圖5(b)為處理后圖片。將處理完成的圖片放入Photoshop中，選擇色彩范圍分析法計(jì)算出選區(qū)內(nèi)取樣顏色的面積，圖5(c)為色彩范圍設(shè)定界面，選定容差值為40%，容差是指顏色相似度，數(shù)值越小表示越精確。圖5(d)中陰影部分即為選中區(qū)域，Photoshop軟件中圖片尺寸以像素為單位，分辨率72，可換算得出每厘米等于28像素，氧化面積的單位是像素平方。

圖5 馬鈴薯氧化結(jié)果處理Fig.5 Potato oxidation result processing

本研究使用GraphPad Software公司的GraphPad Prism軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。考慮到樣本誤差以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性表達(dá)，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的分析結(jié)果均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式來表示。同時(shí)，對(duì)各參數(shù)采取配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的方式進(jìn)行顯著性分析，S表示有顯著性差異，NS表示無顯著性差異。當(dāng)0.01

2 結(jié)果

圖6為該能量控制電離實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從左向右依次為輸出能量0.005、0.03、0.1 J的馬鈴薯塊氧化情況。

圖6 不同能量下的馬鈴薯塊氧化情況Fig.6 Oxidation of potato chunks under different energy

圖7為不同能量下10個(gè)樣本實(shí)驗(yàn)中馬鈴薯塊的電離發(fā)生率。由圖可知，相同場強(qiáng)條件下，當(dāng)能量設(shè)置為0.005 J 時(shí)，9個(gè)樣本發(fā)生電離。當(dāng)能量設(shè)置為0.03、0.1 J時(shí)，10個(gè)樣本均發(fā)生電離，電離發(fā)生率達(dá)到100%。因此可知，相同條件下，隨著能量增大，電離發(fā)生率越大。

圖7 不同能量下的馬鈴薯塊電離發(fā)生率Fig.7 Ionization rate of potato chips under different energy

圖8(a)為相同場強(qiáng)條件下，不同能量使得馬鈴薯塊正面氧化的情況?？v軸為氧化面積，可知隨著能量不斷增大，馬鈴薯塊正面氧化面積越來越大，上升趨勢十分顯著。

圖8(b)為相同場強(qiáng)條件下，不同能量使得馬鈴薯塊剖面氧化的情況?？v軸為氧化面積，可以看出，隨著能量不斷增大，馬鈴薯塊剖面氧化面積越來越大，0.005至0.03 J階段上升趨勢十分顯著，0.03至0.1 J階段上升趨勢較為顯著。

圖8 不同能量下的氧化面積Fig.8 Oxidation area under different energy

對(duì)能量為0.005、0.03和0.1 J的馬鈴薯塊正面氧化面積兩兩之間做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，不同能量下馬鈴薯塊正面氧化面積均有顯著性差異，見表2。

表2 馬鈴薯塊正面氧化面積t檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 The t test results of front oxidation area

對(duì)能量為0.005、0.03和0.1 J的馬鈴薯塊剖面氧化面積兩兩之間做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，不同能量下馬鈴薯塊剖面氧化面積均有顯著性差異，見表3。

表3 馬鈴薯塊剖面氧化面積t檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 The t test results of section oxidation area

圖9(a)為相同場強(qiáng)不同能量條件下，馬鈴薯塊剖面氧化的深度情況?？梢钥闯?，隨著能量不斷增大，馬鈴薯塊剖面氧化深度越來越深，0.005至0.03 J階段上升趨勢十分顯著，0.03至0.1 J階段有上升趨勢、但不具有顯著性。

圖9(b)為相同場強(qiáng)不同能量條件下，馬鈴薯塊剖面氧化的寬度情況。隨著能量不斷增大，馬鈴薯塊剖面氧化的寬度值越來越大，0.005至0.03 J階段上升趨勢十分顯著，0.03至0.1 J階段上升趨勢較為平緩。

圖9 不同能量下的氧化深度和寬度Fig.9 Oxidation depth and width under different energy

對(duì)能量為0.005、0.03和0.1 J的馬鈴薯塊剖面氧化深度兩兩之間做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，0.005和0.03 J能量下的剖面氧化深度有顯著性差異，0.03和0.1 J能量下剖面氧化深度無顯著性差異，0.005和0.1 J能量下剖面氧化深度有顯著性差異，見表4。

表4 馬鈴薯塊剖面氧化深度t檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 The t test results of section oxidation depth

對(duì)能量為0.005、0.03和0.1 J的馬鈴薯塊剖面氧化寬度兩兩之間做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，0.005和0.03 J能量下剖面氧化寬度有顯著性差異，0.03和0.1 J能量下剖面氧化寬度無顯著性差異，0.005和0.1 J能量下剖面氧化寬度有顯著性差異，見表5。

表5 馬鈴薯塊剖面氧化寬度t檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 The t test results of section oxidcotion width

圖10為相同場強(qiáng)不同能量條件下，馬鈴薯塊剖面氧化的深度與寬度比值情況。隨著能量不斷增大，馬鈴薯塊剖面氧化深度與寬度的比值越來越大。

圖10 不同能量下的剖面深度寬度比值Fig.10 Ratio of depth to width of section under different energy

對(duì)能量為0.005、0.03和0.1 J的馬鈴薯塊剖面氧化的深度寬度比值兩兩之間做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，不同能量下馬鈴薯塊剖面氧化的深度寬度比值均無顯著性差異，見表6。

表6 馬鈴薯塊剖面氧化深度寬度比值t檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 The t test results of oxidation depth width ratio of section

3 討論

根據(jù)電離次數(shù)結(jié)果分析，在相同電壓、間距下，能量越大，電離成功的樣本越多，電離發(fā)生率就越大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察，當(dāng)輸出電壓為2 000 V，電離間距為0.3 mm時(shí)，能量達(dá)到0.3 J就可以確保樣本均發(fā)生電離。對(duì)于0.005 J，則需要進(jìn)一步提高電壓或減小電離間距方能實(shí)現(xiàn)100%電離。

觀察馬鈴薯塊正面及剖面氧化面積，發(fā)現(xiàn)氧化面積隨能量的增加不斷增大。氧化面積的大小可以直接反映出作用于組織的等離子體的能量大小。為避免損傷其他皮膚，可根據(jù)治療區(qū)域面積大小選擇合適的能量多次治療。由圖8(a)以及表2可知，隨著能量的增加，馬鈴薯塊的正面氧化面積增大斜率基本一致，每兩種能量之間的差異性也非常顯著。從剖面氧化面積圖8(b)中可知，能量由0.005變至0.03 J時(shí)，氧化面積的上升斜率比由0.03變至0.1 J時(shí)更大，表3也反映出0.03和0.1 J剖面氧化面積的差異雖十分顯著，但顯著程度沒有0.005 J和0.03 J深。表明等離子能量對(duì)組織剖面的影響隨著能量增加不斷增大，但增大的趨勢在能量上升到一定值時(shí)，逐漸減弱。

觀察馬鈴薯塊剖面氧化深度和寬度情況，發(fā)現(xiàn)三種能量下，氧化深度和氧化寬度隨著能量上升而增大。氧化寬度可以代表等離子能量對(duì)組織的創(chuàng)傷影響，而氧化深度表示等離子能量對(duì)組織的作用深度。圖9(a)中，能量由0.005變至0.03 J時(shí)，剖面氧化深度加深明顯；由0.03變至0.1 J時(shí)氧化深度加深趨勢較之前不顯著。由表4可知，0.03和0.1 J氧化深度無顯著性差異，但t檢驗(yàn)的P值為0.053，接近于0.05，推測當(dāng)?shù)入x子能量施加于組織表面時(shí)，對(duì)組織的作用深度會(huì)隨著能量的上升呈先快速后較緩慢的持續(xù)增加。圖9(b)中，能量由0.03變至0.1 J時(shí)，剖面氧化寬度比由0.005 J變至0.03 J時(shí)增加得緩慢。由表5可知，0.03和0.1 J氧化寬度無顯著性差異，而t檢驗(yàn)的P值為0.264，遠(yuǎn)大于0.05，推測當(dāng)?shù)入x子能量施加于組織表面時(shí)，對(duì)組織的創(chuàng)傷影響隨著能量的上升而變大，當(dāng)能量上升到一定值時(shí)，創(chuàng)傷影響趨于穩(wěn)定。

根據(jù)馬鈴薯塊剖面氧化深度與寬度比值情況分析，氧化深度和氧化寬度的比值隨能量上升而增大。表6中，深度寬度之比并無顯著性差異，可能是因?yàn)閳D10所示的比值范圍都集中在0～1之間，范圍較小，導(dǎo)致差異性不顯著。結(jié)合上一段對(duì)剖面氧化深度和寬度的分析，證明了隨能量增加，氧化深度比氧化寬度變化更快。能量上升到一定值后，氧化寬度可能趨于穩(wěn)定，而氧化深度還在持續(xù)增加。推測當(dāng)?shù)入x子能量施加于組織表面時(shí)，等離子能量對(duì)組織的作用深度影響比創(chuàng)面影響更大，這符合等離子能量精準(zhǔn)治療、創(chuàng)傷小的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了一款用于疤痕治療的等離子設(shè)備，該設(shè)備可以精確控制能量輸出，從而精細(xì)化處理治療區(qū)域。為驗(yàn)證設(shè)備的能量可控功能、分析不同能量作用于組織的效果，以馬鈴薯為實(shí)驗(yàn)材料，控制輸出電壓2 000 V，電離間距0.3 mm條件下，設(shè)置能量分別為0.005、0.03和0.1 J進(jìn)行電離實(shí)驗(yàn)，觀察馬鈴薯塊的氧化情況。通過對(duì)馬鈴薯塊電離發(fā)生率、正面和剖面氧化面積、剖面氧化深度、剖面氧化寬度以及剖面氧化深度寬度的比值等參數(shù)分析，評(píng)估等離子設(shè)備基于不同能量的控制對(duì)組織的電離發(fā)生率、表面創(chuàng)傷影響以及作用寬度和深度。結(jié)果顯示，由正、剖面氧化面積分析得到，隨著能量增加，等離子對(duì)組織的作用影響越大。由剖面氧化深度及剖面氧化寬度分析可知，隨著能量的增加，兩個(gè)參數(shù)均變大，但當(dāng)能量增加到一定值時(shí)，剖面氧化寬度逐漸穩(wěn)定，而氧化深度的增大趨勢雖減弱，但仍然隨著能量增加持續(xù)增大。由剖面氧化深度寬度的比值以及上一步分析可知，當(dāng)能量不斷增加時(shí)，等離子能量對(duì)組織的作用深度比作用寬度影響更大。不同種類的疤痕，其深度也不盡相同。本研究結(jié)果提供了能量可以作為等離子治療不同深度疤痕的研究參數(shù)。為達(dá)到更好的電離效果，需實(shí)踐不同的電離參數(shù)(輸出電壓、電離間距、能量大小)對(duì)組織的影響，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化，后續(xù)還需要進(jìn)行不同能量下的離體組織實(shí)驗(yàn)。