治疗类仪器设计原理-课件.ppt

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1、 治疗类仪器设计原理治疗类仪器设计原理9.1概述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 人人类类对对抗抗疾疾病病的的过过程程分分为为四四个个阶阶段段，即即：预预防防、诊诊断断、治治疗疗及及健健康康。其其中中治治疗疗除除了了药药物物治治疗疗和和手手术术治治疗疗外外，各各种种新新的的物物理理治治疗疗方方法法及及相相应应的的仪仪器器现现正正发发挥挥着着日日益益重重要要的的作作用用。物物理理治治疗疗(简简称称理理疗疗)就就是是利利用用热热、光光(包包括括辐辐射射)、电电、磁磁、声声、机机械械等等物物理理能能量量作作用用于于人人体体，达达到到治治疗疗疾疾病病或

2、或缓缓解病痛的目的。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、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、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。法，而且给传统的理

3、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。能量的治疗用电子仪器。仪器治疗包括手术治疗和非手术治疗。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、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。热疗、放疗等宏观无创的方式进行治疗。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

4、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。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。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。低频电刺激频率范围为低频电刺激频率范围为01kHz01kHz，中频范围为，中频范围为1k100kHz1k

5、100kHz，高于，高于100kHz100kHz属高频范围。现在电刺属高频范围。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率为几十至几百HzHz的双向脉冲波，通过针电极刺的双向脉冲波，通过针电极刺激人

6、体穴位。有人还研制出专用的（如专治哮喘激人体穴位。有人还研制出专用的（如专治哮喘病）电针灸治疗仪。病）电针灸治疗仪。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。电刺激的生物效应：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电刺激治疗仪 电电刺刺激激治治疗疗仪仪利利用用低低频频率率、小小电电流流及及低低电电压压的

7、的脉脉冲冲电电流流来来治治疗疗某某些些类类型型的的疾疾病病。医医学学上上把把频频率率从从0 0 1000Hz1000Hz的的脉脉冲冲电流称为电流称为低频电流，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。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。最常用最常用最常用最常用的是双向对称或不对称脉冲的是双向对称

8、或不对称脉冲的是双向对称或不对称脉冲的是双向对称或不对称脉冲。双向脉冲方向正负变化，在电。双向脉冲方向正负变化，在电。双向脉冲方向正负变化，在电。双向脉冲方向正负变化，在电极处无电解作用。极处无电解作用。极处无电解作用。极处无电解作用。低频脉冲电流具有兴奋神经肌肉组织、促低频脉冲电流具有兴奋神经肌肉组织、促低频脉冲电流具有兴奋神经肌肉组织、促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，进局部血液循环、镇痛和消炎等多种生理作用，进局部血液循环、镇痛和消炎等多种生理作用，进局部血液循环、镇痛和消炎等多种生理作用，在临床理疗在临床理疗在临床理疗在临床理疗上用来治疗周

9、围神经麻痹、肌肉萎缩、关节肿痛、肩周炎、上用来治疗周围神经麻痹、肌肉萎缩、关节肿痛、肩周炎、上用来治疗周围神经麻痹、肌肉萎缩、关节肿痛、肩周炎、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。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。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

10、最大可达100mA。上上图图是是一一种种电电刺刺激激治治疗疗仪仪的的电电路路原原理理框框图图，由由单单片片机机、D/AD/A转转换换器器、可可编编程程定定时时器器、刺刺激激脉脉冲冲合合成成、功功率率放放大大器器、脉脉冲冲变变压压器器、刺刺激激电电流流检检测测及及数码显示、过载保护等部分组成。数码显示、过载保护等部分组成。D/AD/A转转换换器器用用来来控控制制刺刺激激脉脉冲冲的的幅幅度度，即即微微机机向向D/AD/A转转换换器器输输出出一一个个数数字字量量，由由D/AD/A转转换换为为与与某某数数字字量量成成正正比比的的模模拟拟电电压压，此此模模拟拟电电压压的的大大小小就就决决定定了了刺刺激激

11、脉脉冲冲的的幅幅度度。可可编编程程定定时时器器通通过过编编程程产产生生的的脉脉冲冲决决定定刺刺激激脉脉冲冲的的频频率率和和宽宽度度。刺刺激激脉脉冲冲合合成成电电路路将将上上述述信信号号合合成成为为一一定定幅幅度度的的双双向向脉脉冲冲送送功功率率放放大大器器。在在刺刺激激器器的的输输出出级级采采用用脉脉冲冲变变压压器器，一一方方面面起起升升压压作作用用，另另一一方方面面起起人人体体安安全全隔隔离离作作用用。在在变变压压器器输输出出端端，接接有有高高频频滤滤波波器器，以以防防止止上上电电和和关关电电时时对对病病人人可能产生的电冲击。可能产生的电冲击。电流检测电路的用途是检测输出刺激电流的大小，以进

12、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。心脏起搏器（Pacemaker）正常状态下，由心脏窦房结产生的兴奋正常状态下，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，引起心传导到心房，再由心房传导到心室，引起心脏的搏动。如果由

13、于心脏疾患而使这种传导脏的搏动。如果由于心脏疾患而使这种传导受阻受阻(称为房室传导阻滞称为房室传导阻滞)，则心搏减缓，进而，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。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极大的重视。特别是随着微电子技术和微处

14、理器技术以及新能源的应用，近年来心脏起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。搏器技术发展十分迅速。早在1932年Hyman创制一台用针刺入心脏起搏的重达7.2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。7070年代年代以来又出现了以来又出现了心房心室顺序起博的心房心室顺序起博的心脏起搏器心脏起搏

15、器，更符合血液动力学及人体生理要，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。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，随着临床医学及电子医学的发展，8080年代年代后期后期起搏工业有了突飞猛进的发展。起搏工业有了突飞猛进的发展。现代的起搏器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，起搏器不搏器与程控器实

16、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。起搏参数时作参考。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。随着电子技术的飞速发展，人工心脏起搏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，

17、人工心脏起搏的适应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。证也不断拓宽。双心房起搏双心房起搏适宜于伴有房内阻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。和减少房性心律失常发作的效果。双心室起搏双心室起搏应用于充血性心力衰竭伴有室内阻滞的患者，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，左室起搏。目前，多部位心脏起搏多部位心脏起搏方式在国内方式在国内刚刚起步，其远期疗效和预后以及并发症等尚刚刚起步，其远期疗效和

18、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需进一步观察和研究。临床上应严格掌握适应证。证。新型的可感知情绪变化的闭环频率反应起新型的可感知情绪变化的闭环频率反应起搏器具搏器具有感知体力和情绪变化而自动进行频率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调节的功能，是更能满足生理的频率反应起搏器。器。心脏除颤器 心心脏脏除除颤颤器器是是一一种种能能将将脉脉冲冲电电流流输输入入心心脏脏，以以消消除除心心脏脏颤颤动动，使使之之恢恢复复窦窦性性心心律律的的近近代代医医疗疗电电子子仪仪器器。心心脏脏发发生生纤纤维维性性颤颤动动(分分心心房房纤纤维维性性颤颤动

19、动和和心心室室纤纤维维性性颤颤动动，简简称称房房颤颤和和室室颤颤)，特特别别是是发发生生室室颤颤时时非非常常危危险险，不不及及时时抢抢救救就就会会死死亡亡。而而一一种种 有有 效效 的的 抢抢 救救 方方 法法 就就 是是 对对 心心 脏脏 进进 行行 电电 除除 颤颤 (defibrillation)(defibrillation)。心心脏脏起起搏搏与与心心脏脏除除颤颤的的区区别别是是：后后者者除除颤颤时时将将一一次次瞬瞬时时高高能能脉脉冲冲作作用用于于心心脏脏，一一般般持持续续时时间间是是410ms410ms，电电能能在在4040040400焦焦耳耳（瓦瓦 秒）内。秒）内。心脏除颤器的原心

20、脏除颤器的原理是利用理是利用LCLC电路进行电路进行高压直流充放电。高压直流充放电。高高压发生器能将压发生器能将+l5V+l5V的的低电压转变为低电压转变为3.5kV6kV3.5kV6kV的直流高压。的直流高压。经过高压继电器经过高压继电器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，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，

21、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中的电荷迅速通过电感中的电荷迅速通过电感线圈线圈线圈线圈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，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

22、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，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。使心脏恢复正常跳动。使心脏恢复正常跳动。除颤器的电源用交流电或直流电除颤器的电源用交流电或直流电(镍镉蓄电镍镉蓄电池池)。高压发生器将交流电整流滤波后所得的。高压发生器将交流电整流滤波后所得的+l5V+l5V直流电或蓄电池的直流电或蓄电池的+l5V+l5V直流电通过直流电通过DC/DCDC/DC(直流直流/直流直流)变换电路变成直流高电压，即将变换电路变成直流高电压，即将+l5V+l5V直流电通过电子开关变为交变脉冲电压，再通过直流电通过电子

23、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，升压变压器升压，并经高压整流后变成直流高压，向高压电容器向高压电容器C C充电。因为除颤器是非常重要的充电。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。一直处于充足电状态，以便随时急用。除颤器对人体放电是用能量除颤器对人体放电是用能量(单位：焦耳单位：焦耳)来来计量的。计量的。医生根据病情决定用多少能量并可以调医生根据病情决定用多少能量并可以调节

24、。除颤器的能量有两种表示方法：一是电容器节。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），其中式决定：（焦耳），其中C C是高压电容器的电容是高压电容器的电容值，一般取值，一般取16301630F F，U U是电容器的充电电压，是电容器的充电电压，最大值一般为最大值一般为3.5kV6.0kV3.5kV6.0kV。WW一般最大为一般最大为400400焦耳。贮存能量用并联在高压电容器两端的能量焦耳。贮存能量用并联在高压电容

25、器两端的能量计来测量。传递能量一般为贮存能量的计来测量。传递能量一般为贮存能量的80%80%，最，最大为大为320320焦耳。焦耳。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。现代除颤器上还有现代除颤器上还有心电监护仪部分，心心电监护仪部分，心电测量电极与除颤电电测量电极与除颤电极共用，心室除颤后极共用，心室除颤后立刻可以看到心电波立刻可以看到心电波形，判断病人是否转形，判断病人是否转复。复。心电监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

26、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，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。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，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因为如果除颤脉冲恰好打在心电因为如果除

27、颤脉冲恰好打在心电T T波上（易激期），波上（易激期），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

28、称为R R波同步除波同步除波同步除波同步除颤颤颤颤 。7.3 高频电刀 高频电刀(High-FrequencyElectrotome)（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。高频电刀自高频电刀自19201920年应用于临床至今，已有年应用于临床至今，已有7070多年的历史了，经历了多年的历史了，经历了火花塞放电火花塞放电大功率大功率电子管电子管大功率晶体管大功率晶体管

29、大功率大功率MOSMOS管管四代的四代的变更。随着计算机技术的普及应用和发展，目变更。随着计算机技术的普及应用和发展，目前，前，高性能的单片机广泛应用在高频电刀的整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，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。医生的操作过程。国内国内6060年代就出现了电子管年代就出现了电

30、子管式和火花放电式高频电刀，式和火花放电式高频电刀，9090年代出现了采用年代出现了采用先进的先进的VMOSVMOS场效应功率管的高频电刀。场效应功率管的高频电刀。高频电刀由主机和电极高频电刀由主机和电极(电刀笔、敷肌板电刀笔、敷肌板)两部分两部分组成。组成。主机由振荡器、调制器、功率放大、单片机控主机由振荡器、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制等电路组成。振荡器频率一般采用 500KHz500KHz正弦波，正弦波，调制频率采用调制频率采用25KHz25KHz方波，有方波，有25%50%25%50%的占空比。的占空比。功率放大器采用功率放大器采用VMOSVMOS场效应

31、功率管，场效应功率管，电切电切(纯切纯切)时时输出开路电压要求为输出开路电压要求为3000V3000V，最大输出功率，最大输出功率 300W300W，电凝时输出开路电压要求为电凝时输出开路电压要求为7000V7000V，最大输出功率，最大输出功率120W120W。单片机控制输出功率的大小，并有按键选择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及数码管显示输出功率的大小，而且还有安全保护功能。能。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

32、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。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。加热治癌的机理为：微波等各种辐射波都加热治癌的机理为：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

33、，辐射波照射到癌组织后被吸收并转化成热能，当癌肿区被加热到当癌肿区被加热到41.54341.543时，即可抑制癌时，即可抑制癌细胞核糖核酸细胞核糖核酸(RNA)(RNA)和脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)的合成，导致癌细胞死亡。的合成，导致癌细胞死亡。热疗时，正常组织热疗时，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的低氧张力使其pHpH值略低，而值略低，而pHpH值低的细胞值低的细胞对热敏感，因此癌部温度升高，且体内血液循对热敏感，因此癌部

34、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。环相对较差，也使癌肿区局部温度升高。微波热疗治癌仪的组成包括以下四部分：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、辐射器、测温及微机控制。微波源是微微波源是微波热疗仪的关键部件。使用频率一般为波热疗仪的关键部件。使用频率一般为915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz两种。两种。工作频率与透热深度成反比，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。即工作频率升高，加热深度变浅。915MHZ915MHZ的微的微波穿透深度可达波穿透深度可达5 57c7c。微波源的功率大小可。微波源

35、的功率大小可根据肿瘤情况及加热方式根据肿瘤情况及加热方式(体内、体外体内、体外)的不同而的不同而合理选择，仪器功率范围一般为合理选择，仪器功率范围一般为101040W40W。微。微波源有普通微波源和固态微波源两种。普通微波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；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。源器件，即可分源使用，又可合成使用。磁控管组成及

36、工作原理：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。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，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发生器的核心，它将直流电能转变成微波能。能。磁控管是一种用来产生微波能的电真空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器件。实质上是一个置于恒

37、定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和极管。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。微波能量，从而达到产生微波能的目的。磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。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。管子内部保持高真和磁路系统等四部分。管子内部保持高真空状态。空状态。1 阳极阳极 阳极是磁控管的主要组成之一，它与阴阳极是磁控管的主要组

38、成之一，它与阴极一起构成电子与高频电磁场相互作用的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，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。起着决定性的作用。阳极由导电良好的金属材料（如无氧铜）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必须是偶数

39、，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和槽扇型，阳极上的每一个小谐振腔相当于一个并联的于一个并联的2C振荡回路振荡回路。由微波技术理论可知，谐振腔的谐振频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

40、腔频率主杂的谐振系统。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也可以根据小谐振腔的大小来估计磁控管的工作频段。的工作频段。磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁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。为使振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使振荡外，还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使振荡外，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磁控管稳定的工作在所需

41、的模式上磁控管稳定的工作在所需的模式上磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用常用常用常用“隔型带隔型带隔型带隔型带”来隔离干扰模式来隔离干扰模式来隔离干扰模式来隔离干扰模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地隔型带把阳极翼片一个间隔一个地隔型带把阳极翼片一个间隔一个地隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来连接起来连接起来连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。率间隔。率间隔。率间隔。另外另外另外另外,由于经能量交换后的电子还具有一定的能由于经能量交换后的电子还具有一定的能由于经能

42、量交换后的电子还具有一定的能由于经能量交换后的电子还具有一定的能量量量量,这些电子打上阳极使阳极温度升高这些电子打上阳极使阳极温度升高这些电子打上阳极使阳极温度升高这些电子打上阳极使阳极温度升高,阳极收集的阳极收集的阳极收集的阳极收集的电子越多电子越多电子越多电子越多(即电流越大即电流越大即电流越大即电流越大),),或电子的能量越大或电子的能量越大或电子的能量越大或电子的能量越大(能量转换能量转换能量转换能量转换率越低率越低率越低率越低),),阳极温度越高阳极温度越高阳极温度越高阳极温度越高,因此因此因此因此,阳极需有良好的散热能阳极需有良好的散热能阳极需有良好的散热能阳极需有良好的散热能力力

43、力力.一般情况下功率管采用强迫风冷一般情况下功率管采用强迫风冷一般情况下功率管采用强迫风冷一般情况下功率管采用强迫风冷,阳极带有散热阳极带有散热阳极带有散热阳极带有散热片片片片.大功率管则多用水冷大功率管则多用水冷大功率管则多用水冷大功率管则多用水冷,阳极上有冷却水套。阳极上有冷却水套。阳极上有冷却水套。阳极上有冷却水套。2 2 阴极及其引线阴极及其引线阴极及其引线阴极及其引线 磁控管的阴极即电子的发射体磁控管的阴极即电子的发射体磁控管的阴极即电子的发射体磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空又是相互作用空又是相互作用空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间的一个组成

44、部分。阴极的性能对管子的工作特性间的一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性间的一个组成部分。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。和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。和寿命影响极大，被视为整个管子的心脏。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。连续波磁控管中常阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常阴极的种类很多，性能各异。连续波磁控管中常阴极的种类很多，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，用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状，用直热式阴极，它由钨丝或纯钨丝绕成螺旋形状，用直热式阴极，它由钨丝或纯钨

45、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。通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。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这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优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。点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。点，在连续波磁控管中得到广泛的应用。此种阴极加热电流大，要求阴极引线要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

46、触良好。大功率管短而粗，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。低阴极电流以延长使用寿命。3 能量输出器能量输出器 能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能量输出器是把相互作用空间中所产生的微波能量输出器是把相互作用空间中所

47、产生的微波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能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无能输送到负载去的装置。能量输出装置的作用是无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，损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，损耗，无击穿地通过微波，保证管子的真空密封，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。小功率连续同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续同时还要做到便于与外部系统相连接。小功率连续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

48、出在阳极谐振腔高频磁场波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场波磁控管大多采用同轴输出在阳极谐振腔高频磁场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，当穿过环面的磁通最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通最强的地方。放置一个耦合环，当穿过环面的磁通最强的地方。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，从而将高量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高量变化时，将在环上产生高频感应电流，从而将高量变化时，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。频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。频功率引到环外

49、。耦合环面积越大耦合越强。频功率引到环外。耦合环面积越大耦合越强。大功率连续波磁控管常用轴向能量输出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。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。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用强迫风冷来降

50、低由于介质损耗所产生的热量。热量。4 磁路系统磁路系统 磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其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，所磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高，所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加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场加磁场越强。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