电磁场与微波技术教学资料微波与医学.ppt

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1、 微波与医学2010051829杨燕华微波微波是指频率从300MHZ到300GHZ范围内的电磁波，由电生成，具有电与磁的双重属性。微波的基本性质通常呈现为穿透（穿越）、反射、吸收三个特性。遇玻璃、塑料和瓷器等介质时，微波几乎全部穿越它们而不被吸收。遇水、食物、生物组织时微波就会吸收产生热效应。起源1968年，加拿大学者Webb发表了世界上首篇关于毫米波具有可抑制细菌生长的生物效应论文。随后他又报道过微生物对毫米波存在类似谐振的能量吸收谐振点，指出了正常细胞和癌细胞对毫米波具有不同的吸收谐振点。此后，俄、美、德、法和中国等许多国家的科学家都做了大量的基础实验研究和临床验证工作。结果表明低能量密度

2、的毫米波照射能引起明显的生物效应，同时在毫米波临床应用上也积累了大量有价值的资料。微波热效应人体组织是由各种有机与无机化合物组成，这些物质在电学上可具有不同的特性，例如人体内钠、钾、钙、碘、铁等多种无机离子，它们在微波电磁场中忽而被吸引，忽而被排斥，形成电场方向的振动，振动时离子间的互相摩擦以及和周围媒质间的摩擦产生了热。人体胶体组织本来并不显电性，但部分胶体颗粒吸附周围的离子也会呈现电性，形成带电的胶体，这些物质在微波场作用下亦产生类似离子的摩擦碰撞运动而产生热。微波热效应人体组织中的肌肉、脂肪、蛋白、内脏、血液、淋巴液等在电学上均属电介质，它们含有大量水分。水是极性分子，水分子所带的正电和

3、负电作用中心重合，通常情况下不呈现电特性。在微波电磁场下水分子极化，水分子的正电和负电作用中心不重合，形成电学中的电偶极子并按高频瞬间场的方向重新排列，使之发生急剧旋转产生摩擦热。微波热效应在治疗癌症中的应用 微波治疗肿瘤包括两种机制：一种是微波温热治疗，其机制主要是由于癌细胞对温度的敏感性高于正常细胞。方法是通过微波辐射器将肿瘤温度提高至4143，可将癌细胞杀死而保护肿瘤周围的正常细胞，这个方法在临床上取得了很好效果。另一种是微波热凝固治疗肿瘤，其原理是应用54或者60以上高温直接造成肿瘤细胞的凝固性坏死。具体就是通过大功率的微波辐射器直接照射肿瘤，使其中心温度达60以上造成肿瘤细胞的碳化和

4、凝固坏死。不过，这种方法对组织定位以及安全性提出了更高的要求。微波凝固术在医疗中应用v采用不同的特殊幅射器（如针状、刀状以及杆状幅射器），通过较高能量幅射，对组织进行局部更高温加热，以使组织产生局部凝固，一般局部温度高达6070。v无出血或出血甚少，因此特别适合于血液分布多的软组织手术v切口不需杀菌消毒，亦不需缝合或结扎v由于局部凝固，因此对周围组织损伤少v目前，微波凝固术已被应用于肝、脾手术中，胃出血的止血、子宫出血的止血等等。微波理疗 微波理疗是将微波能集中照射到病变组织部位，被人体软组织吸收。由于微波是高频电磁场，它可以穿透入人体组织内部，因此这种生物效应不仅局限在人体表皮产生，而在被照

5、射到的全部组织上从表皮到深部同时产生上述微波生物效应。表现出局部组织温度上升，导致促进机体血液循环、增强新陈代谢、提高免疫功能和改善局部营养等一系列生物学作用，在伤口愈合治疗中可加速伤口部位新鲜肉芽组织生长，提高组织再生能力。微波理疗 通过动物实验、病理分析及大量临床验证表明，在促进伤口愈合、软组织损伤等临床治疗中有消炎、缓解疼痛和促进水肿液吸收作用。微波对微生物细菌有杀伤作用，因此在外伤伤口愈合治疗中有降低感染率效果。微波针灸v把古老的针灸技术与微波能量辐射结合起来，产生一种新型治疗方法-微波针灸。它不同于古老的针灸法，采用无针针灸。避免交叉感染，特别是通过血液的交叉感染。这中间不仅存在类似

6、针灸的穴位刺激作用，而且还包含微波产生热效应等。v临床试验证明，微波针灸对近10种疑难病症有明显疗效。如面神经麻痹、偏头痛、脑血栓后遗症等。我国正在研制电脑控制新型无针微波针灸仪。微波VS激光v微波遇透明物质时，其透过量大于激光，激光透不过，而微波则能透过；v微波辐射天线插入组织内，遇组织粘连在天线上仍能辐射。激光的光导纤维插入组织内，遇上述情况则急剧减弱直到不能出光；v在同样强度下，微波凝固量大于激光，呈现表里同时凝固状。而激光则呈由表及里状；遇到直径3mm左右的血管时，微波可不穿破管壁就封闭血管，而激光往往需要穿破管壁；微波VS激光v微波摧毁组织直至碳化无烟雾产生，而激光则因气化产生大量烟

7、雾，这不仅增加处理麻烦、增大成本，而且污染环境，刺激术者；v微波与激光止血效果均好，日本学者认为微波属第一位，因止血后不再出血，激光则有出血情况；v激光应用取决于光纤，制作插入组织的光纤难度大，极易损坏，一旦折断，有可能残留组织内成为异物。微波天线是金属材料，不易折断。微波治疗的优点v采用高频率局部辐射，在较小的微波功率输出条件下，即可达到预期的治疗效果。微波对人体组织的热效应效率高、穿透力强、具有内外同时产生热的优点。微波在人体组织内产生热量，作用可达5-8厘米，可穿透衣物和石膏等体表覆盖物，直达病灶部位促进血液循环、水中吸收和新肉芽生长。体表式辐射器便于摆位（人体表各部位），不受患者坐、卧

8、影响，从而让患者使用感觉更舒适、操作更简单。微波治疗的优点v适用范围广，治疗多种疾病，治疗中无痛苦、无创伤、无副作用和不良反应，具有消炎、活血、止痛之功效。v微波治疗不需要出去衣物即可治疗，因此即使是人体尴尬部位治疗也不需要它以回避，可以在休闲和娱乐中解除病痛。v微波在脂肪与肌肉产生热的比例接近1（短波和超短波在电极作用下脂肪温升与肌肉温升至比约为9比1），即微波热效应比较均匀，即使在较深部位肌肉层仍有显著热效应。因而，即使较深部位病症已可达到较好疗效微波治疗机目前，常规的微波治疗仪主要由微处理器、高压开关电源、磁控管、线性电源、微波电缆、探头(即辐射器)、传感器等几部分组成。微处理器用来控制

9、整个系统的正常运行。脉宽调制式高压开关电源产生磁控管所需的高压，通过对高压直流电流的反馈控制，来稳定磁控管的输出功率，线性电源则提供稳定的直流电压给灯丝供电。磁控管采用医疗专用磁控管，微波电缆(波导)用来传输微波，探头(即微波辐射器)作用于病人患部组织进行治疗。传感器用来监测磁控管的输出功率以及进行温度控制。其中，磁控管是微波治疗仪的核心部件，它是微波的发射源，由阳极、谐振腔、阴极和磁场组成，当给磁控管灯丝加上一定大小的直流电压，使阴极加热，同时阳极和阴极之间加上直流阳极高压，阴极所发射的电子在强磁场作用下飞向阳极，阳极上有多个小的谐振腔，当电子打到阳极之前在这些谐振腔内发生振荡，得到所需的谐

10、振频率。由于阳极高压与磁控管微波发射功率成一定的线性关系，因此通过控制阳极电压值可以精确地定时、定量发射微波功率。所以，磁控管决定了微波治疗仪的工作频率、输出功率，磁控管的优劣直接决定了仪器的性能。磁控管由于其性能稳定、价格便宜已经成为目前市场上微波发射源的首选，不过磁控管具有体积和重量大且不易集成的缺点，使其应用受到了限制。微波发射源也可以由微波电子管产生，微波电子管具有体积小、性能稳定及可以分源等优点，在进口的微波治疗仪中可以见到，不过由于其价格昂贵而不易于推广使用。微波固态源作为另一种微波发射源，具有体积小、价格低、坚固耐用和便于集成等优点，已经受到越来越多人的青睐，在未来微波治疗仪器的

11、开发中有望成为最佳微波源。微波热效应当微波能量低时，产热低、增强局部血液循环，加快局部代谢，增强局部的免疫能力，能有效的改善局部的血液循环，促进水肿吸收，消炎止痛；当微波能量大时，产热高，可使蛋白质变性，凝固，坏死，此时微波具有烧灼，切割的作用。在手术中微波治疗是以其优异的止血效果，先进的作用原理，微小的组织损伤（无碳化）被喻为取代电灼冷冻，激光的新技术。微波理疗注意事项患者体内有金属植入物，除专门医嘱外，一般不可治疗。助听器应从病人身上拿走。植入心脏起搏器或心脏电极的病不能接受微波治疗。心脏起搏器或心脏电极金属物品，而微波是一种高频电磁波，当金属在微波治疗仪电磁场的作用下，产生高热，会烫伤植

12、入人体内的心脏起搏器或心脏电极周围的组织细胞。装有金属节育环的妇女治疗盆腔炎要遵从医嘱。治疗部位有严重血循环障碍，感温迟钝或丧失者慎用出血倾向的患者禁用。严重局部水肿及全身性感染疾病患者禁用。高热患者及糖尿病患者慎用。严禁对眼部位进行照射眼睛是人体对微波比较敏感和易受伤害的器官。一方面眼睛的晶状体含有较多的水分，能吸收较多的微波能量；另一方面血管又较少，不易带走过量的热。在微波照射下，可能眼的表层组织角膜还没有出现伤害，但晶状体已受损。在大功率、长时间作用下会造成晶状体浑浊，严重的导致白内障。更强的照射会使角膜、虹膜、前房和晶状体同时受到伤害，以致造成视力丧失。治疗部位有严重血循环障碍，感温迟钝丧失者慎用，以免造成烫伤。严禁对男性生殖器部位进行照射睾丸是人体对微波热效应的又一敏感器官。在微波辐射作用下即使睾丸的温升达到10摄氏度到20摄氏度。皮肤虽没有感到很痛，但男性生殖机能在不知不觉中已受到微波辐射的损害，微波辐射只抑制精子的生长过程，并不损害睾丸的间质细胞，也不影响血液中的睾酮含量，因此性功能受影响不大。受微波辐射的损害后，通常会产生暂时性不育现象，辐射量过大，会引起永久性不育。