对于头皮、毛囊等浅表组织而言，超声治疗面临一个长期存在却容易被忽视的物理矛盾：超声越容易向深部传播，就越难将能量限定在真正需要治疗的浅表区域。传统超声以体波形式传播，虽然具备良好的组织穿透能力，但在毛囊调控、皮肤修复等浅表治疗中，部分能量会继续向深层组织传递，不仅降低能量利用效率，也可能带来不必要的非靶向暴露。如何让超声“沿着表面走”，而不是继续向深部传播，是实现浅表精准治疗的关键科学问题。

针对这一问题，复旦大学智慧医疗超声团队与中山医院团队合作，提出了一种新的“准表面超声（quasi-surface ultrasound）”概念，并利用非局域声学超表面实现了超声传播状态的主动重构。相关研究成果以“Quasi-surface ultrasound enabled by nonlocal metasurfaces resolves the penetration safety trade-off in sonotherapy”为题，发表于国际期刊 Materials Horizons（IF 11.9）。论文第一作者为复旦大学博士研究生李晨，通讯作者为黄备建教授、江雪教授和他得安教授。研究结果表明，非局域超表面能够将原本沿深度方向传播的超声体波转换为沿界面横向传播、同时在深度方向快速衰减的准表面波态，从而为浅表治疗提供一种不同于传统聚焦、增频或降功率策略的新路径。

传统超声调控大多围绕频率、强度、聚焦位置和波束形状展开，本质上仍是在调节体波的传播方式。该研究工作则进一步推进到“波态设计”层面：团队通过非局域亚波长结构之间的协同耦合，主动选择并重构超声的传输通道，抑制向前传播的零级体波分量，同时增强沿界面传播的掠射衍射通道，使声场的主要动量由深度方向重新分配到横向方向。由此形成的准表面超声兼具浅层能量约束和横向扩展传播两种特征，为突破传统超声治疗中的 penetration safety trade-off 提供了新的物理机制。

图1：超声穿透特性与波态调控框架。(a) 深组织穿透是超声的重要优势，但在毛囊等浅表治疗中也可能导致深部非靶向暴露；(b) 传统超声、高频超声与准表面超声的传播模式对比；(c) 准表面超声通过波态重构，在浅层能量约束与横向覆盖之间建立新的平衡。

为实现这一波态，研究团队设计了非局域双层超表面，经超表面调控后，超声场由以纵向波矢为主的前向传播转变为以横向波矢为主的表面传播，表明能量传播方向发生了实质性重构。实验结果表明，超表面后的超声强度及相关能量梯度均集中于浅表区域，同时具有明显的横向分量，而声场沿深度方向快速衰减，这证明了超表面并非简单降低超声强度，而是真正改变了超声能量在空间中的传播路径。

在完成物理机制和声场实验验证后，研究团队进一步将准表面超声应用于雄激素性脱发治疗。在DHT诱导的小鼠脱发模型中，研究人员将准表面超声与米诺地尔联合使用，联合治疗组的毛囊激活和毛发再生均优于单独使用米诺地尔及对照组；组织学结果显示，其毛球直径增大、毛囊向深部延伸更加明显，呈现出更显著的生长期相关形态特征。研究团队进一步比较了准表面超声与传统平面超声对脑组织的影响。结果显示，传统平面超声组海马区域出现更明显的核固缩以及NeuN荧光降低，而准表面超声组未见明显组织学异常；含颅骨模型的数值模拟也表明，准表面超声在维持浅表治疗区域能量的同时，可以显著降低颅内超声暴露。由此实现了“浅表增强、深部减弱”的协同调控。

该研究工作不仅提出了一种新的脱发治疗辅助方式，更展示了通过超材料设计主动创造医学超声新传播状态的可能性。从传统的“调频、调强、调焦”，进一步走向“设计超声如何传播”，从参数优化迈向波态控制。未来，这一思路有望拓展至皮肤、毛囊、黏膜及其他浅表生物界面，为兼顾治疗效率与深部安全性的精准超声干预提供新的物理平台。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D6MH01178K。

图2：准表面超声促进浅表毛发再生的在体实验验证。(a) DHT诱导雄激素性脱发小鼠模型及治疗流程；(b) 头皮组织H&E染色显示，准表面超声联合米诺地尔组具有更明显的生长期毛囊形态；(c,d) 毛囊激活区域和毛发覆盖比例定量结果进一步表明，准表面超声能够增强浅表毛发生长治疗效果。