治疗类仪器设计原理.pptx

概述 现代临床医学对疾病的治疗的方法主要有以下几种：药物治疗 手术治疗 仪器治疗 心理治疗第1页/共87页 人类对抗疾病的过程分为四个阶段，即：预防、诊断、治疗及健康。其中治疗除了药物治疗和手术治疗外，各种新的物理治疗方法及相应的仪器现正发挥着日益重要的作用。物理治疗(简称理疗)就是利用热、光(包括辐射)、电、磁、声、机械等物理能量作用于人体，达到治疗疾病或缓解病痛的目的。理疗在我国有着悠久的历史。中医中的针炙、按摩、拔火罐、热疗、磁疗等治疗方法至今仍在使用。现代理疗技术，是伴随着现代科学技术的发展而兴起的，不仅出现了利用静电、交直流电、微波、射频电磁波、激光、红外、紫外、超声波、高能粒子等效应的新型物理治疗手段和方法，而且给传统的理疗方法注入了现代科学技术的新内容。本章主要介绍利用电、微波、射频电磁波、超声波等物理能量的治疗用电子仪器。第2页/共87页 仪器治疗包括手术治疗和非手术治疗。手术治疗是指用激光、高频电磁波、放射线、微波、超声等单独的或配合传统手术的治疗。而非手术治疗则是用电疗、磁疗、热疗、放疗等宏观无创的方式进行治疗。第3页/共87页 治疗类仪器的设计原理是基于各种物理因子对人体不同的生理和生物效应。第4页/共87页电磁辐射的特点：根据近代物理学的观点，所有的电磁辐射不仅具有波动性而且具有粒子性。根据量子能量的大小，在考虑实际问题中分别考虑波动性和粒子性。量子能量足够大的电磁辐射与某种物质相作用时，可将其原子或分子中的束缚电子击出。第5页/共87页第6页/共87页电治疗类仪器设计原理 频率小于1kHz时的电流对人体细胞的作用主要是以刺激效应为主。第7页/共87页神经肌肉电刺激治疗类仪器应用TENS （Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation）疗法原理，使用恒流或恒压、一定频率的波形施加于人体肌肉组织，在人体肌肉组织中产生电阻性发热、神经肌肉的电兴奋及其他生化反应，从而具有解痉镇痛、消炎、改善血液循环等疗效。此类仪器根据其电原理又分为许多种类型，有直流电离子导入治疗仪、低频电刺激治疗仪、中频电刺激治疗仪、高频电刺激治疗仪、温热脉冲电流刺激治疗仪、差频电疗仪、电针灸治疗仪等。第8页/共87页为了适应人体的各生理部位，以及人体的个体差异和病症不同等特点，电刺激信号的频率、脉宽、幅度均设计成有较广泛的调节范围。为了避免人体组织对电刺激的生理适应性反应，电刺激信号的波形也设计成各种各样，有脉冲波、尖峰波、三角波、锯齿波、正弦波等，并有多种疗程选择。第9页/共87页 低频电刺激频率范围为01kHz，中频范围为1k100kHz，高于100kHz属高频范围。现在电刺激频率向中高频发展，因为中高频使人体容抗减少，治疗电流量增加，不适感减小，但由于中频电流的周期性会使人产生适应性，所以有人设计出随机中频电刺激治疗仪。电针灸治疗仪是根据中医针灸原理结合电刺激的治疗仪器，它产生频率为几十至几百Hz的双向脉冲波，通过针电极刺激人体穴位。有人还研制出专用的（如专治哮喘病）电针灸治疗仪。第10页/共87页此类仪器早期大都采用电子线路控制，功能比较单一。现在一般采用单片机控制，功能较多，不但有多档参数选择，而且有刺激参数显示。有的仪器还做成治疗诊断两用型的，即不但可用来电刺激治疗，而且具有强度-时间曲线检查和时值测定等诊断功能。第11页/共87页电刺激方式：电刺激系统通常由三部分组成：、脉冲发生器，产生使神经去极化的脉冲序列；、导联线，把脉冲传输到刺激位置；、电极，把刺激脉冲安全、有效地传输到可兴奋组织。第12页/共87页按照电刺激部位，刺激类型可划分如下：、表面刺激、经皮刺激、植入式刺激第13页/共87页电刺激的生物效应：阳极中断 刺激的电化学效应 脑组织的刺激与效应 周围神经的刺激与效应 肌肉组织的刺激与效应 电极腐蚀 组织损伤第14页/共87页植入式电子仪器的基本要求：1、植入式电子仪器的封装要求2、导联和电极设计3、植入是刺激器的安全设计第15页/共87页治疗用电子仪器 电刺激治疗仪心脏除颤器 高频电刀 微波热疗治癌仪 射频热疗仪超声治疗仪体外冲击波碎石机体外反搏装置电化学治癌仪远红外理疗仪第16页/共87页电刺激治疗仪 电刺激治疗仪利用低频率、小电流及低电压的脉冲电流来治疗某些类型的疾病。医学上把频率从01000Hz的脉冲电流称为低频电流，常用的低频电流波形有三角波、方波低频电流，常用的低频电流波形有三角波、方波 (单向脉冲单向脉冲)、梯形波、正弦波、双向非对称脉冲和双向对称脉冲。、梯形波、正弦波、双向非对称脉冲和双向对称脉冲。最常最常用的是双向对称或不对称脉冲用的是双向对称或不对称脉冲。双向脉冲方向正负变化，在。双向脉冲方向正负变化，在电极处无电解作用。电极处无电解作用。低频脉冲电流具有兴奋神经肌肉组织、低频脉冲电流具有兴奋神经肌肉组织、促进局部血液循环、镇痛和消炎等多种生理作用，促进局部血液循环、镇痛和消炎等多种生理作用，在临床理在临床理疗上用来治疗周围神经麻痹、肌肉萎缩、关节肿痛、肩周炎、疗上用来治疗周围神经麻痹、肌肉萎缩、关节肿痛、肩周炎、偏瘫、肌肉劳损、软组织损伤、神经痛等疾病。偏瘫、肌肉劳损、软组织损伤、神经痛等疾病。第17页/共87页 电刺激治疗仪的电路结构形式很多，现代的电刺激治疗仪都采用微机控制，由可编程波形发生器产生各种刺激波形，刺激脉冲的宽度、频率、幅度以及刺激的起始时间及持续时间等也都用微机控制。既可以恒压输出又可恒流输出，恒压输出最大可达160V，恒流输出最大可达100mA。第18页/共87页上图是一种电刺激治疗仪的电路原理框图，由单片机、D/A转换器、可编程定时器、刺激脉冲合成、功率放大器、脉冲变压器、刺激电流检测及数码显示、过载保护等部分组成。第19页/共87页 D/A转换器用来控制刺激脉冲的幅度，即微机向D/A转换器输出一个数字量，由D/A转换为与某数字量成正比的模拟电压，此模拟电压的大小就决定了刺激脉冲的幅度。可编程定时器通过编程产生的脉冲决定刺激脉冲的频率和宽度。刺激脉冲合成电路将上述信号合成为一定幅度的双向脉冲送功率放大器。在刺激器的输出级采用脉冲变压器，一方面起升压作用，另一方面起人体安全隔离作用。在变压器输出端，接有高频滤波器，以防止上电和关电时对病人可能产生的电冲击。第20页/共87页 电流检测电路的用途是检测输出刺激电流的大小，以进行恒流输出反馈控制以及微机实时显示刺激电流的实际大小。其原理是在脉冲变压器输出回路中串联一个测流电阻，在这个电阻上可得到与刺激电流成正比的脉冲电压信号，此信号经光电耦合后送A/D转换器，由微机实时采集电流大小，再由微机根据刺激电流的大小实时调节D/A输出，从而调节刺激电流保持恒定，这也就是通过微机自动控制刺激电流的大小及恒定，而不是采用电流负反馈电路自动调节。另一方面，微机将电流大小送显示数码管实时显示。第21页/共87页 电流检测的另一个目的是过载保护，当刺激电流超过一个设定的安全值时，过载保护电路会停止刺激脉冲合成电路的输出，从而保证了由于意外情况对病人造成的伤害。电刺激治疗仪采用光电隔离和变压器隔离保护措施，以保证人身的电气安全。第22页/共87页 心脏起搏器（Pacemaker）正常状态下，由心脏窦房结产生的兴奋传导到心房，再由心房传导到心室，引起心脏的搏动。如果由于心脏疾患而使这种传导受阻(称为房室传导阻滞)，则心搏减缓，进而危及生命。心脏起搏器是用一定形式的电脉冲刺激心脏，使之按一定频率有效地收缩的一种植入式电子装置。心脏起搏技术是工程技术与心脏电生理相结合形成的一门新科学。由于对心律失常治疗有良好效果，受到人们极大的重视。特别是随着微电子技术和微处理器技术以及新能源的应用，近年来心脏起搏器技术发展十分迅速。第23页/共87页 早在1932年Hyman创制一台用针刺入心脏起搏的重达公斤的仪器，命名为人工心脏起搏器以来，这个名称一直沿用至今。1952年，Zoll创造用脉冲电流经胸壁刺激起搏的方法，挽救了32名房室传导阻滞患者的生命。1958年，Furmam开创心内膜电极起搏技术，同年，由西门子公司安装了世界第一个埋藏式起搏器(固定频率型)，并成功起搏心脏，从此人工心脏起搏技术进入成熟期，并得到迅速发展。第24页/共87页 70年代以来又出现了心房心室顺序起博的心脏起搏器，更符合血液动力学及人体生理要求。之后又出现了植入人体后能被程控仪根据病人不同需求而改变不同工作参数的起搏器。随着临床医学及电子医学的发展，80年代后期起搏工业有了突飞猛进的发展。现代的起搏器已经具备能根据病人活动情况自动调节起搏频率；根据病人起搏阈值自动调节能量输出；起搏器与程控器实现了双向实施遥测，起搏器不但起到起搏心脏的功能，还可以记录心脏的活动情况，供医生诊断疾病和根据具体情况调整起搏参数时作参考。第25页/共87页 随着起搏器功能的增加，起搏治疗适应症也在增加，除了最早用于治疗房室传导阻滞和窦房结功能不良外，现在起搏器也为心肌病、心衰、房颤、迷走神经综合症等疾病的治疗提供了更多的选择。同时起搏器的电池的寿命也有了很大的改善，从最初的纽扣电池到锂碘电池，再加上自动阈值夺获功能的应用，起搏器的使用寿命可达15年以上。起搏器的体积也越做越小，目前世界上最小的起搏器为圣犹达 Medical公司生产，重量只有，体积立方厘米，如一枚一元硬币。我国从1976年开始研制起搏器，至今可以生产锂电池作能源、钛钢全密封、厚膜电路按需型埋藏式心脏起搏器。第26页/共87页 心脏起搏器的类型有：固定频率型(早期产品)，P波同步型(早期产品)，心室同步型，房室顺序型，全自动型，其中、种又称按需型。全自动型可根据心脏的工作情况自动选择和更换发送脉冲的方式，其性能已经与人体心脏生理要求相接近，可自动抗心律失常，自动抑制心动过速的多余冲动，又能在正常时自动关闭。第27页/共87页 随着电子技术的飞速发展，人工心脏起搏领域的新技术不断涌现，人工心脏起搏的适应证也不断拓宽。双心房起搏适宜于伴有房内阻滞的阵发快速房性心律失常患者，能起到治疗和减少房性心律失常发作的效果。双心室起搏应用于充血性心力衰竭伴有室内阻滞的患者，通过置入冠状静脉窦电极至血管分叉处来实现左室起搏。目前，多部位心脏起搏方式在国内刚刚起步，其远期疗效和预后以及并发症等尚需进一步观察和研究。临床上应严格掌握适应证。新型的可感知情绪变化的闭环频率反应起搏器具有感知体力和情绪变化而自动进行频率调节的功能，是更能满足生理的频率反应起搏器。第28页/共87页 对心脏起搏器的质量要求是极高的，要求其工作要极端地可靠。其中关键的技术问题一是材料问题，它的电极、导线及外壳材料不能与肌肉组织发生有害化学反应；二是电池寿命问题，电池寿命也就是起搏器的寿命，一定要长寿命。现在使用锂电池，寿命可达810年；三是体积尽可能要小，可使用大规模集成电路以缩小体积，现在其厚度可达1016mm，重量仅4060克；四是控制技术，一般采用微处理器，进行按需式程序控制。第29页/共87页心脏除颤器 心脏除颤器是一种能将脉冲电流输入心脏，以消除心脏颤动，使之恢复窦性心律的近代医疗电子仪器。心脏发生纤维性颤动(分心房纤维性颤动和心室纤维性颤动，简称房颤和室颤)，特别是发生室颤时非常危险，不及时抢救就会死亡。而一种有效的抢救方法就是对心脏进行电除颤(defibrillation)。心脏起搏与心脏除颤的区别是：后者除颤时将一次瞬时高能脉冲作用于心脏，一般持续时间是410ms，电能在40400焦耳（瓦秒）内。第30页/共87页 心脏除颤器的原理是利用LC电路进行高压直流充放电。高压发生器能将+l5V的低电压转变为3.5kV6kV的直流高压。经过高压继电器KK的常闭触头向高压电容器的常闭触头向高压电容器C C充电。对病人除颤时，充电。对病人除颤时，一个电极放在胸前胸骨部位，另一个放在胸前心尖一个电极放在胸前胸骨部位，另一个放在胸前心尖部位，医生按下放电按钮，高压继电器部位，医生按下放电按钮，高压继电器KK动作，使动作，使放电的一对触头闭合，电容放电的一对触头闭合，电容C C中的电荷迅速通过电感中的电荷迅速通过电感线圈线圈L L和两个电极在人的心脏区域作短时间的放电，和两个电极在人的心脏区域作短时间的放电，给心脏一个大电流刺激。这样，往往可以纠正室颤，给心脏一个大电流刺激。这样，往往可以纠正室颤，使心脏恢复正常跳动。使心脏恢复正常跳动。第31页/共87页 除颤器的电源用交流电或直流电(镍镉蓄电池)。高压发生器将交流电整流滤波后所得的+l5V直流电或蓄电池的+l5V直流电通过DC/DC(直流/直流)变换电路变成直流高电压，即将+l5V直流电通过电子开关变为交变脉冲电压，再通过升压变压器升压，并经高压整流后变成直流高压，向高压电容器C充电。因为除颤器是非常重要的抢救用仪器，所以现代除颤器大多是便携式和交直流两用的，内有镍镉可充电电池，平常充电或一直处于充足电状态，以便随时急用。第32页/共87页 除颤器对人体放电是用能量(单位：焦耳)来计量的。医生根据病情决定用多少能量并可以调节。除颤器的能量有两种表示方法：一是电容器贮存能量，二是传递能量。传递能量是贮存能量经电路损耗后实际给人体的能量。贮存能量由下式决定：（焦耳），其中C是高压电容器的电容值，一般取1630F，U是电容器的充电电压，最大值一般为3.5kV6.0 kV。W一般最大为400焦耳。贮存能量用并联在高压电容器两端的能量计来测量。传递能量一般为贮存能量的80%，最大为320焦耳。第33页/共87页 电容器放电时的峰值电流很大，约几十安培，电流脉冲宽度一般在几个ms之内。在电容器C的放电回路中串联一个电感线圈L，其作用是为了得到一个单次的大电流脉冲，而峰值电流又受到限制而不致过大。第34页/共87页 现代除颤器上还有心电监护仪部分，心电测量电极与除颤电极共用，心室除颤后立刻可以看到心电波形，判断病人是否转复。心电监护的另一个用途是使除颤脉冲的释放与心电护的另一个用途是使除颤脉冲的释放与心电R R波同步，波同步，以保证除颤的安全和疗效。以保证除颤的安全和疗效。这是因为房颤的病人还有这是因为房颤的病人还有心电波形和节律，这时就不允许随便什么时刻除颤，心电波形和节律，这时就不允许随便什么时刻除颤，因为如果除颤脉冲恰好打在心电因为如果除颤脉冲恰好打在心电T T波上（易激期），波上（易激期），会引起心室纤颤而有致命危险，所以除颤脉冲只允许会引起心室纤颤而有致命危险，所以除颤脉冲只允许落在落在R R波下降沿。因此，除颤脉冲在心电监护电路检波下降沿。因此，除颤脉冲在心电监护电路检测到测到R R波的下降沿时才立刻释放，这就称为波的下降沿时才立刻释放，这就称为R R波同步除波同步除颤颤 。第35页/共87页7.3 高频电刀 高频电刀(High-Frequency Electrotome)（高频手术器）是一种新型的取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械。它通过电极(电刀笔和敷肌板)将高频电流送入人体，在电刀笔下的局部组织中形成高密度电流，从而使局部产生高热而达到切割和凝结两种电外科效果。使用高频电刀切口小，可以减少流血甚至做到不流血，目前已得到广泛应用。第36页/共87页 高频电刀自1920年应用于临床至今，已有70多年的历史了，经历了火花塞放电大功率电子管大功率晶体管大功率MOS管四代的变更。随着计算机技术的普及应用和发展，目前，高性能的单片机广泛应用在高频电刀的整机控制中，实施了对各种功能下功率波形、电压、电流的自动调节，各种安全指标的检测，以及程序化控制和故障的检测及指示。因而大大提高了设备本身的安全性和可靠性，简化了医生的操作过程。国内60年代就出现了电子管式和火花放电式高频电刀，90年代出现了采用先进的VMOS场效应功率管的高频电刀。第37页/共87页 高频电刀由主机和电极(电刀笔、敷肌板)两部分组成。主机由振荡器、调制器、功率放大、单片机控制等电路组成。振荡器频率一般采用500KHz正弦波，调制频率采用25KHz方波，有25%50%的占空比。功率放大器采用VMOS场效应功率管，电切(纯切)时输出开路电压要求为3000V，最大输出功率300W，电凝时输出开路电压要求为7000V，最大输出功率120W。单片机控制输出功率的大小，并有按键选择及数码管显示输出功率的大小，而且还有安全保护功能。第38页/共87页 现代高频电刀在电刀笔头处通以氩气，以获得特殊的凝血效果，这类仪器叫氩气高频电刀。高频电刀具有电切(纯切、混切)、电灼、电凝(单极电凝、双极电凝)等功能。根据不同的手术需要，设定不同的输出功率。适用于普通外科、心脏外科、泌尿外科、妇科等手术。第39页/共87页7.4 微波热疗治癌仪 手术、放疗、化疗及免疫治疗是常用的治疗恶性肿瘤的四种方法，但仍有约1/3的患者由于肿瘤得不到控制而死亡。20世纪90年代以来，又有了一种新的治疗方法热疗，可以将癌症治愈率提高，已迅速成为癌症治疗的第五种方法。热疗有多种透热方法，有射频疗法、激光疗法、超声波疗法以及微波疗法等。目前在我国使用较多的是微波疗法。第40页/共87页 加热治癌的机理为：微波等各种辐射波都具有穿透能力。癌细胞富含水分，微波等各种辐射波照射到癌组织后被吸收并转化成热能，当癌肿区被加热到41.543时，即可抑制癌细胞核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的合成，导致癌细胞死亡。热疗时，正常组织也受到不同程度的加热，但因正常组织血液循环加速，使得组织内热量消散。而癌细胞本身的低氧张力使其pH值略低，而pH值低的细胞对热敏感，因此癌部温度升高，且体内血液循环相对较差，也使癌肿区局部温度升高。第41页/共87页 微波热疗治癌仪的组成包括以下四部分：微波源、辐射器、测温及微机控制。微波源是微波热疗仪的关键部件。使用频率一般为915MHz和2450MHz两种。工作频率与透热深度成反比，即工作频率升高，加热深度变浅。915MHZ的微波穿透深度可达57c。微波源的功率大小可根据肿瘤情况及加热方式(体内、体外)的不同而合理选择，仪器功率范围一般为1040W。微波源有普通微波源和固态微波源两种。普通微波源采用磁控管或金属陶瓷三、四极管微波器件；固态微波源采用微波固态器件。为了适应不同方式和加热的需要，一台仪器中往往采用多个微波源器件，即可分源使用，又可合成使用。第42页/共87页磁控管组成及工作原理：微波能量是由微波发生器产生的，微波发生器包括微波管和微波管电源两个部分。其中微波管电源（简称电源或微波源）的作用是把常用的交流电能变成直流电能，为微波管的工作创造条件。微波管是微波发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。第43页/共87页 磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。第44页/共87页 磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。第45页/共87页1 阳极 阳极是磁控管的主要组成之一，它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的空间。在恒定磁场和恒定电场的作用下，电子在此空间内完成能量转换的任务。磁控管的阳极除与普通的二极管的阳极一样收集电子外，还对高频电磁场的振荡频率起着决定性的作用。第46页/共87页 阳极由导电良好的金属材料（如无氧铜）制成，并设有多个谐振腔，谐振腔的数目必须是偶数，管子的工作频率越高腔数越多。阳极谐振腔的型式常为孔槽形、扇形和槽扇型，阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的2C振荡回路。第47页/共87页 由微波技术理论可知，谐振腔的谐振频率与腔体的几何尺寸成反比。腔体越大其工作频率越低。于是，我们可以根据腔体的尺寸来估计它的工作频段。磁控管的阳极由许多谐振腔耦合在一起，形成一个复杂的谐振系统。这个系统的谐振腔频率主要决定于每个小谐振腔的谐振频率，我们也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。第48页/共87页 磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用“隔型带”来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。另外,由于经能量交换后的电子还具有一定的能量,这些电子打上阳极使阳极温度升高,阳极收集的电子越多(即电流越大),或电子的能量越大(能量转换率越低),阳极温度越高,因此,阳极需有良好的散热能力.一般情况下功率管采用强迫风冷,阳极带有散热片.大功率管则多用水冷,阳极上有冷却水套。第49页/共87页2 阴极及其引线 磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状，通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。第50页/共87页 此种阴极加热电流大，要求阴极引线要短而粗，连接部分要接触良好。大功率管的阴极引线工作时温度很高，常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压，因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满足真空密封的要求。为防止因电子回轰而使阳极过热，磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。第51页/共87页3 能量输出器 能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。第52页/共87页 大功率连续波磁控管常用轴向能量输出器，输出天线通过极靴孔洞连接到阳极翼片上。天线一般做成条状或圆棒也可为锥体。整个天线被输出窗密封。输出窗常用低损耗特性的玻璃或陶瓷制成。它不须保证微波能量无损耗的通过和具有良好的真空气密性。大功率管的输出窗常用强迫风冷来降低由于介质损耗所产生的热量。第53页/共87页4 磁路系统 磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场的装置。磁路系统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管，磁钢与管芯牢固合为一体构成所谓包装式。大功率管多用电磁铁产生磁场，管芯和电磁铁配合使用，管芯内有上、下极靴，以固定磁隙的距离。磁控管工作时，可以很方便的靠改变磁场强度的大小，来调整输出功率和工作频率。另外，还可以将阳极电流馈入电磁线包以提高管子工作的稳定性。第54页/共87页 辐射器的作用是将微波能集中在一定范围内，而且能有效地辐射到所需加热区，而对健康组织少升温或不升温。根据加热方式的不同，有各种形状的辐射器。体外加热用的有圆形和方形；体内加热用的有杆形直肠辐射器、棒状颈辐射器、尿道辐射器、食道辐射器、鼻腔辐射器等；而组织间加热使用针状辐射器；聚焦式加热辐射器则将多个辐射器分布在一个圆周上，肿瘤位置置于圆周中心，即各个辐射器的焦点上，这样可以集中加热。第55页/共87页 测温在任何方式的热疗中是必须的。目前临床上是采用半导体热敏电阻或热电耦等测温元件置于肿瘤中心，为有创的或少创的；为避免微波的干扰，测温要采用间断式的，即在测温瞬间停止微波输出。当然，最好的方法是无损测量温度和连续测量，目前无损测温方法是研究的前沿课题，有的方案采用微波辐射测量技术，有的方案采用XCT或MRI断层成像中肿瘤形状的改变及组织密度的改变，从而找到与温升之间的关系，有的采用辐射计、光纤测温装置等。微波热疗仪都采用计算机控制，对加热温度进行自动测量控制。控制部分与微波源采取分立式，即微波源与治疗床放在屏蔽室内，以防微波的泄漏对操作人员造成损害。第56页/共87页实际的招标标书内容：微波治疗仪1.投标产品应具有体积小，结构紧凑，有较好的抗震性能和较宽的电压适用范围。2.工作频率：2450MHZ50MHZ3.整机额定输出微波功率不大于250W4.具有微波输出控制装置，输出范围1100W5.辐射器输入端电压驻波比不大于2第57页/共87页6.数字显示治疗时间长短可以设置，精度为1秒钟，数字显示理疗时间精度为分钟。7.微波输出功率和治疗时间可预先设置。8.仪器在电源中断或复位后，需重新起动工作程序，否则仪器无微波功率输出9.微波泄漏不超过2MW/CT，无泄漏电磁波。10.辐射器带有不粘连组织，每台仪器配有九只不同形状的辐射器。配置：治疗探头7只；腔内辐射器1件；理疗架1个；脚踏开头1只；多功能豪华推车1台第58页/共87页 射频热疗仪 射频热疗仪是继微波热疗仪之后发展起来的一种新的热疗仪器，它利用射频电磁波作为热源，其治疗深度比微波大，微波仅能对浅表肿瘤(23cm)加热，而射频最深可达25cm。射频加热将人体的肌肉组织作为导体，通过两个电极将射频信号导入人体，人体内就会产生焦耳热，不同的组织和不同的血运情况，产生的焦尔热也不同。第59页/共87页 1.射频热疗治癌仪 射频热疗治癌仪，采用8MHz频率，射频功率1500W，可加热任何深部和大小的肿瘤。仪器采用计算机控制和精密的测温方法，测温精度达士，并使用CT扫描图像制定治疗计划，治疗过程中用CT扫描显示加热分布情况，由计算机控制完成治疗计划、温度控制和功率输出等。第60页/共87页 2.射频前列腺治疗仪 射频前列腺治疗仪是利用射频热源专门治疗前列腺肥大疾病的。这种仪器采用200KHz射频电磁波，射频功率源采用高功率VMOS管，输出功率1050W。3.射频消融仪 射频消融仪利用500KHz的射频电磁波，通过心导管将射频能量释放于心脏的异常心电传导组织上，使其局部组织加热，细胞内水分蒸发、干燥、固缩以致坏死。将房室结或房室旁道消融，用于治疗室上性心律失常。第61页/共87页 超声治疗仪 利用超声反射回波信息成像的B超及多普勒超声诊断仪器已广泛应用于临床。利用超声的另外一些特殊性能，如超声波传播的方向性较强，介质质点振动的加速度很大，在液体中会产生“空化效应”，声波聚焦后可产生局部高温等，可以制成各种治疗仪器。常用的有超声热疗治癌仪、超声手术刀、白内障超声乳化仪等。第62页/共87页1.超声聚焦热疗治癌仪超声聚焦热疗治癌仪 超声热疗治癌仪利用聚焦原理，36块压电晶体置于半球形盘内，由同步电子发生器同时向每块压电晶体发激励脉冲，36块压电晶体产生的超声波通过探头与皮肤之间的水囊介质介质聚焦于体内位于球心聚焦于体内位于球心 (焦点焦点)处的肿瘤位置上，处的肿瘤位置上，用用B B超超进行肿瘤定位。进行肿瘤定位。焦斑区可产生大于焦斑区可产生大于8080的瞬间高温和空的瞬间高温和空化效应，这两者可引起蛋白质变性和细胞结构的改变，化效应，这两者可引起蛋白质变性和细胞结构的改变，从而使肿瘤细胞坏死。从而使肿瘤细胞坏死。超声聚焦治癌技术不需要切割皮超声聚焦治癌技术不需要切割皮肤，治疗深度可达肤，治疗深度可达15cm15cm，而且还由于焦斑处为瞬时高温，而且还由于焦斑处为瞬时高温形成，无明显热扩散，克服了射频和微波难以对局部深形成，无明显热扩散，克服了射频和微波难以对局部深层组织升温，以及干扰温度测控的缺点。层组织升温，以及干扰温度测控的缺点。第63页/共87页2.超声手术刀超声手术刀 超声手术刀是20世纪90年代发展起来的一种新型手术仪器。它利用超声波作用于人体组织的三大效应，即碎裂效应、空化效应和止血效应，切开或碎裂人体组织，具有选择性碎裂、损伤小、精度高、能止血等独特的优点。超声手术刀不同于高频电刀、微波手术刀、激光手术刀等，它不产生焦痂、烟雾和焦味。第64页/共87页 碎裂效应是由声辐射头发射的超声波振动加速度达到切割阈值(50000g，g为重力加速度)时，辐射头辐射出大量的声微波，促使生物组织碎裂。碎裂效应主要体现于骨科精细手术。空化效应是对于含水量较多的组织，如脑瘤、肝肿瘤等，超声波在其中产成大量气泡，这些气泡的内外压差可达数千巴。大量气泡的爆裂使周围的组织乳化成乳胶体，以便使用负压吸引器吸出，使手术视野清晰。止血效应是超声波能使生物组织脱水，导致微血管收缩，达到止血目的。第65页/共87页 超声手术刀的主要组成部分包括：超声发生器、换能器、超声辐射头(手术刀)、手动与自动控制系统及自动故障诊断保护系统、负压吸引器和冲洗器。换能器采用压电陶瓷换能器，工作频率分别为23KHz和30KHz。碎裂效应使用23KHz，空化效应使用30KHz，输出功率100W。超声辐射头做成各种形状，以满足不同手术需要。超声手术刀可进行多种外科手术，如眼科手术、脑肿瘤、肝肿瘤、截肢及腹腔镜手术等。第66页/共87页 体外冲击波碎石机 体外冲击波碎石机是应用聚焦技术，通过介质将体外产生的冲击波(或连续超声波)传入体内，将人体深部的结石(如肾结石、尿道结石、胆道结石)震碎，然后自然排出体外。根据冲击波产生的原理不同，体外冲击波碎石机可分为液电式；电磁式；压电式；聚能激光式；微爆炸式等。国内产品主要是液电式。第67页/共87页液电式冲击波碎石通过X射线机或B超定位，由位于半椭球反射体的第一焦点(F1)处的水下火花放电产生的冲击波，经半椭球反射体反射并经水囊介质进入人体，聚焦于反射体的第二焦点(F2)处，被精确定位于第二焦点处的结石被聚焦的高能量密度的冲击波所粉碎。第68页/共87页体外冲击波碎石机的系统由以下部分组成：1.冲击波发生器 冲击波发生器由高压脉冲发生器及水下放电电极组成。高压脉冲发生器采用高压电 容充放电原理，充电电压约万伏，由高压开关管控制在1s内的瞬间放电，引起水的爆发性汽化，产生瞬间压力达1000巴的冲击波。第69页/共87页2.水囊介质 由于水与人体组织具有相似的声学特性，所以用去气软水作为传导介质，并有水循环去气泡及加温装置。3.结石定位系统 由两个成一定角度的X线电视系统或由一个可旋转的X线电视系统对结石进行定位；有的碎石机采用X线机和B超联合定位，用B超定位可实时监视结石的粉碎过程。第70页/共87页 4.计算机控制系统 计算机控制结石定位、电极间隙、X光曝光时间和剂量，控制X线图像的数据采集、存储，控制水处理系统以及打印病例报告等。5.心电、呼吸监护系统及同步触发 碎石治疗过程要经过几百次至上千次的放电，所以需要心电、呼吸监护系统来监护患者的生理状态。放电的发生要采用心电R波同步触发，这样可减少心脏的并发症。6.治疗床及运动控制系统 控制床体的运动状态。第71页/共87页 体外反搏装置 体外反搏技术利用压缩空气囊在体外进行加压以改善内脏供血，对冠心病、脑血管疾病及其他内脏的退行性疾病有显著疗效。体外反搏装置一般由压缩空气机、反搏气囊(分上肢气囊、下肢气囊及躯干气囊等)、心电监护及同步系统、计算机控制系统等组成。体外加压要与心脏舒张期同步。体外反搏技术可以改善内脏供血的机制还要进行更深入的验证。第72页/共87页 电化学治癌仪 电化学治疗恶性肿瘤(Eectrochemotherapy for Malignant tumors，ECT)，简称“电化疗”，是利用电解的化学作用杀伤癌变组织的一种治癌方法，其开创人是瑞典放射学专家Nordenstron。1978年，他首先用电化疗法成功地医治人体转移性肺癌。第73页/共87页 电化学治癌仪的治疗方法及基本原理是：将两支(或多支)铂针电极插入肿瘤组织中，并接通直流电源。因为人体组织中的间隙液是以氯化钠(NaCl)等为主的电解质溶液，当外加直流电压达到分解电压（3V）时，肿瘤及其周围地区就发生电解化学反应，在正电 极 区 产 生 次 氯 酸 根 (ClO)和 氯 酸 根 (ClO3-)，在负电极区产生NaHO。次氯酸根和氯酸根都是极强的氧化剂，能破坏癌细胞组织，而且电解作用使正负电极区的pH值发生剧烈变化，正电极区为，负电极区为1214，这种pH值的剧变导致酶、蛋白质凝聚、失活，癌细胞被杀死。第74页/共87页 电化学疗法主要治疗浅表肿瘤如皮肤癌、乳腺癌、甲状腺癌，也能治疗体内的肺癌。目前的技术关键是电流剂量学的研究，以及合理的治疗条件和方法的研究。第75页/共87页 远红外理疗仪 远红外理疗仪是我国医疗保健仪器中的热门，由于其治疗和保健范围宽，使用方便且价格较低，目前已进入家庭。远红外理疗仪的辐射源由陶瓷材料(管状或板状)作为基底，然后涂上红外涂料烧结而成。通电后基板(或管)被加热到200400，使红外材料受激而辐射红外能量。远红外理疗仪采用匹配辐射原理，即根据人体生物组织的不同吸收频谱，选择其相应的辐射源，从而获得最佳吸收效果。一般它的红外波长比普通的红外线治疗仪要长。功率峰值偏向中远红外段，在47m左右。第76页/共87页 临床实验及使用表明，远红外理疗仪对烧伤消炎、镇痛解痉、冻疮治疗、关节炎、皮肤溃疡等疾病有显著的疗效和保健作用。其治疗机理还有待于进一步研究。第77页/共87页激光治疗仪1、激光产生的原理 激光（laser)是受激辐射光放大（light amplification by stimulated emisstion for radiation)的缩写。原子可能具有的能量是分立和不连续的。根据原子能量状态的不同，可以将其分为许多不同的能级。第78页/共87页以二能级系统为例光子与物质粒子作用的过程是：（1）、受激吸收（2）、自发辐射（3）、受激辐射（4）、粒子数反转第79页/共87页为了实现粒子数反转，必须满足两个条件:工作物质结构，应具有寿命较长的较高能级。对工作物质施加外来能源的激励，将大多数粒子由基态激发到高能级。第80页/共87页 为实现激光输出，还需要光学反馈装置，这就是光学谐振腔。谐振腔由两块两快光学反射镜组成，其中一块是全反射透镜，另一块为部分反射镜。工作物质置于中间。沿两镜面公共法线方向往返行进的光，多次通过工作物质，经多次放大，逐渐增强，由部分反射镜透射出来的震荡光就是激光。第81页/共87页激光的基本特性：（1）、方向性强 （2）、单色性好 （3）、亮度高 （4）、相干性好第82页/共87页激光器的类型和基本组成：激光器就是一个射线发生器。发生器的主要构件是激励源和谐振腔，腔内有光发射媒介物（工作物质），以及可以提供媒介发射射线反馈的反射镜。根据不同的工作物质，激光器可分为气体、固体、液体、半导体等类型。第83页/共87页生物医学激光束的传输：光纤 光学传输臂第84页/共87页激光的生物效应：1、热效应2、光化效应3、压强效应4、电磁场效应5、生物刺激效应第85页/共87页临床常用的生物医学激光的特点:四种激光器在临床生物医学中获得广泛应用，用来切除、切碎和凝结软组织。其中两种为气体激光器：二氧化碳和氩离子激光器。另外两种为固体激光器：Nd:YAG激光器，镓-铝砷化物（GaAlAs)半导体二极管激光器。第86页/共87页感谢您的观看！第87页/共87页