（生物医学工程专业论文）新型多功能前列腺治疗仪的研制及其临床应用.pdf

第四军医大学硕士学位论文 新型多功能前列腺治疗仪的研制及其临床应用 硕士研究生：胡兴斌 导师：罗二平教授 第四军医大学生物医学工程系，西安7 1 0 0 3 2 中文摘要 目前，前列腺疾病是男性的常见病和多发病。由于该病的发 病机理尚未定论，加之该病极易反复发作，该病迁延难愈并且给 患者带来极大的痛苦和心理压力，这一问题现已引起全社会的广 泛重视。因此，为了提高对该病的治疗效果，恢复患者的健康， 科学的技术手段和合理的治疗方法就显得十分紧迫。 当前治疗前列腺疾病的方法主要是口服药物、输注抗菌药物、 手术介入治疗和物理治疗等手段。但是，由于其发病部位特殊， 分布在发病部位的血管极其细小，血液循环较慢，加之外围多重 组织层叠，药物很难到达前列腺组织内部，所以单纯药物或手术 治疗效果不显著，同时根据我们临床试验，微波、短波辐射等物 理疗法仅能改善前列腺局部的血液循环，减轻病痛、缓解症状， 并不能从根本上治疗疾病。因此，新型科学的仪器的研制并协同 药物治疗，是非常有必要的。 基于以上认识，本课题积极探索并初步取得成果，研制了 种新型多功能前列腺治疗仪。该仪器集电磁波、磁疗、振动等于 一体，可使病变组织升温，加快局部组织的血液循环，能够起到 第四军医大学硕士学位论文 杀灭病菌之功效：该仪器的静磁场和振动按摩作用可促进病变部 位坏死脱落细胞组织的排泄、疏通腺管，同时不影响病变周围的 正常组织。我们可以运用该仪器，结合临床药物并使其迅速渗透 到腺体内，充分发挥药物的杀菌作用，从而达到标本兼治的目的。 新型多功能前列腺治疗仪的主要功能如下： 1 电磁波的生物效应 众所周知，射频电流的本质就是特定范围的电磁波，目前医 用射频电流常用2 0 0 5 0 0 k h z 【3 】。而本课题研制的新型多功能前 列腺治疗仪能够释放不同波长、不同能量的综合电磁波，其波长 范围为2 2 5 微米和强度范围2 8 3 5 毫瓦平方厘米，恰好与人体 自身释 x 第四军医大学硕士学位论文 表面要大好几百倍，热量在生物组织中的分布的电容容抗可忽略， 病变组织表现为纯忘阻，射频电流产生的热量则为q = o 2 4 1 * l * r * t ( i 为某点的电流强度；r 为该点电阻；t 为作用时间) 。由于电极 头的面积远远小于人体表面的面积，射频电流产生的热量分布遵 循以下规律：0 = 0 2 4 * i * i * r * t r 4 ( r 为人体某点与电极头的距离； i 为电极头处电流强度) 。 由此可见，热量与深度的4 次方成反比，且衰减非常快。因 此，我们可得出以下结论： ( 1 ) 射频电流几乎全部集中于电极头附近，此处温度最高； ( 2 ) 温度的上升量主要取决于输出功率和作用时间【3 】。 本仪器在设计时 x 第四军医大学硕士学位论文 谢。 ( 2 ) 磁场改变血液流变学状态。血液中有大量的荷电离子， 如钾、钠、钙、铁等。在磁场的作用下，其荷电能力发生变化， 加快离子的移动速度。红细胞也有荷电，通过电磁流体力学的作 用，使荷电离子及血细胞 x 第四军医大学硕士学位论文 d e v e l o p m e n ta n d c l i n i c a la p p l i c a t i o no fn e w m u l t i f u n c t i o n a lp r o s t a t et h e r a p e u t i ca p p a r a t u s c a n d i d a t ef o rm a s t e r ：h ux i n g b i n s u p e r v i s o r ：l u oe r p i n g d e p a r t m e n to f m i l i t a r ym e d i c a le q u i p m e n t & m e t r o l o g y , f a c u l t yo f b i o m e d i c a l e n g i n e e r i n g , f o u r t hm i l i t a r ym e d i c a lu n i v e r s i t y ， x i a 1 17 1 0 0 3 2 , c h i n a a b s t r a e t a tp r e s e n t ，p r o s t a t i t i so c c o i sa m o n gm a l e sw i t hh i 曲舭q u e n cy d u e t ot h eu n k n o w np a t h o g e n s i s ，t r e a t i n gi n c o n v e n i e n c ea n dr e c r u d e s c e n c eo f t h ed i s e a s e ，i ti sv e r yd i f f i c u l tt oc 1 2 1 e ，w h i c hc a u s e st h ep a t i e n t sg r e a t a g o n ya n dp r e s s u r eb o t hp h y s i c a l l ya n dp s y c h o l o g i c a l l ya n dh a sa l r e a d y c a u s e dt h ee x t n e n s i v ea t t e n t i o no ft h ew h o l es o c i e t y t h e r e f o r e ，i ti sv e r y h e l p f u lt ou t i l i z es c i e n t i f i cm e t h o d sc o m b i n i n gw i t hr a t i o n a lt r e a t m e n t st o i m p r o v et h et h e r a p e u t i ce f f e c t sa n d o b t a i nt h ep a t i e n t s r e c o v e r y c u r r e n t l y , p r o s t a t i t i si s t r e a t e dm a i n l yb ym e a n so fo r a lm e d i c i n e ， t r a n s f u s i o n ，s u r g e r ya n dp h y s i c a lt r e a t m e n t , e t c h o w e v e r , i ti sv e r y d i f f i c u l tf o rm e d i c i n et or e a c hi n s i d et h ep r o s t a t eo r g a n sb e c a u s eo ft h e s p e c i a l i t yo fi t sl o c a t i o n ，e x t r e m e l yt i n yv e i n s ，s l o wb l o o dc i r c u l a t i o n ， w e e kp a r c e lm u l t i - l a y e ro r g a n i z a t i o na sw e l l a sar e s u l t ，m e d i c i n e o n l y t r e a t m e n tb r i n g sa b o u tn os i g n i f i c a n te f f e c t sa n di ti sa l s ov e r yd i f f i c u l tt o 第四军医大学硕士学位论文 c a r r ) ， o u tm ep r o s t a t o t o m ym o r c o v e r ， p h y s i c a lt l l c r a p ys u c h a s m i c r o w a v e ，s h o n w a v er a d i a t i o nc a no m yj m p r o v el o c a lb l o o dc i r c m a t i o n o fp r o s t a t e ，i j g h t e na i i m e m ，a i l dr e l i e v es y m p t o m ，n o tc 试n gt 1 1 ed i s e a s e f l l n d 锄e n t a l l yt h e r e f b r e ，ni sn e c e s s a w eb e l i e v e ，t od e v e i o pan e w s c i e n t i 矗ca p p a r a t u st ot r e a tt h ed i s e a s e b a s e do n 廿l ea b o v e ，廿l i sp r o j e c tp r o b e di n t o t h i si s s u ea n dd e v e l o p e da n e wh n do fm u l t i 炯c t i o n a lp m s 诅t et h e 髓p e u t i ca p p a r a t i l s n l en e w a p p a r a t u si n t e g m t e se l e c t r d m a g n e t 主cw a v e ，m a g r l e 亡o t h c r a p y ，v i b r a t i o na sa w h o l ea n dc a l e f i e sp a m o l o g i c a lo 唱a 1 1 st oa c c e i e r a t eb 1 0 0 dc i r c u i a t i o no f t h el o c a lo 唱a na n dk i l lp a n l o g e n s w i m 恤ea i do fi t ss t a t i cm a g n e t i cf i e l d a 1 1 dv i b r a t i o nm a s s a g ef u n c t i o n ，也ea p p a r a t i l sc a np r o m o t ep u t r e s c e n c e e x c r e t i o no fp a 也o l o g i c a lp a n s ，d r e d g eg l a l l ，w i t l l o u ti 1 1 f l u e n c i n g 锄b i e n t h e a l t l yo r g a i l s a n dt l l i sa p p a m t u sc a l lb eu s e dt oa c h i e v et h eg o a lo f t r e a t i n gb o t hp d n c i p a l a 1 1 ds e c o n d a r ya s p e c to fd i s e a s e ，c o m b 访i n g c l i n i c a lm e d i c i n c 订e a t i l l e n t ，p e l l e t r a t i n gt h em e d i c i n et 1 1 】0 u 曲g l a i l db o d y r a p i d l y a n dg i v i n gf i l l lp l a yt ot h er o l eo f s t e r i l i z a t i o no f t l l e l c d i c i n e t h em a i nn m c t i o n so fn l en e wm u l t i f h c t i o n a la p p a r a n 】sa r ea s 如1 1 0 w s 1 b i o l o g i c a le f f e c to ft h ee l e c t r o m a g n e t i cw a v e i ti sw e l ll ( 1 1 0 w nt l l a tm ee s s e n c eo fr a d i o 晶r e q u e n c yc u r r e n c yi st h c e l e c t m m a g n e t i cw a v e s 谢t l l mas p e c i f i cr a i l g ea n dt 1 1 ep o p u l a rm e d i c a l c u n 它n c yo f r a d i o 舟e q u e n c yi sw 主t h i n 口l er a u 哆eo f 2 0 0 5 0 0k h z ，w h i l e o u rn e wa p p a r a t u sc a f lr e l e a s ec o m p o u n dh e r c z i a l lw a v e s 谢出av 撕e t yo f 6 第四军医大学硕士学位论文 a c c e l e r a t et l l eb l o o dc i r c u l 砒i o no fl o c a lo r g a n sb ym e a n so fv i b r a t i o n ， q u i c k e n 仃a n s m i s s i n gt h eh e a tt ot h ed e e po r g a l l s ，w h i c hc a nw e i lp r o t e c t m en o r l a lo r g a n sf 如mb e i l l gd 娜a g e d o nt l l eo t h c rh a n d ，t 1 1 eb o u 百ec a l l b r e a kn e c r o t i co r g a i l si n t op i e c e s 、v i mi t sf i l n c t i o no fv f b r a t i o n ，a n dh e l p d i s c 王l a r g i n gn e c r o t i co 唱a 1 1 so u tt h r o u 曲t l l eu r i l l a r ys y s t e m 4 m a g n e t o t h e r a p yf h n c t i o n t h e c o m p o u n dm a g n e t i z c dm a t e r i a l sw i t l l i n 也eb o u g i ef ot h e 印p a r a t u sc a l lp m d u c em a 弘e t i cf l e l di 1 1h u m a l lb o d yw h o s em a i n f 址l c t i o ni sa sf o l l o w s ( 1 ) t h eb u l ko f 也ee r y t h r o c ”e si n c r e a s ew h e n 龇m a g n e t i cf i e l d o p e r a t e s ，a 1 1 dm ea b i i 毋c a r r y i n go ) 【y g e no f m ee 聊妇o c y t e si n c r e a s e s ，s o t h em a g n e t i cf i e l ds e r v e st oh e l pi m p r o v i n gt h e b l o o do x y g e ns u p p i y ， i n l p r o v et l l en u 仃i t i o ns 诅t e ，a n dp r o m o t ct 1 1 es u p e r s e s s i o no f t h eo 唱a i l s ( 2 ) t h em a g n e t i cf i e l dc h a n g e s l eb l o o dr h e o i o 百c a ls t a t e t h e r e 啪a1 a 培en u m b e ro fc h a r g e di o n si nm eb l o o d ，s u c ha s p o t a s s i u m ，s o d i u m ，c a l c i u m ，i r o n ，e t c ，l 】i l d e rm ef h n c d o no ft l l em a g l l e t i c f i e l d m ec h a 唱i n gc 叩a c i t yc h a l l g e sa 1 1 ds p e e d su pm em o v e m e n to fi o n s t l r o u g he l e c 扛o m 姆1 e t i ch y d m m e c h a i l i c a lf u n c t i o n ，吐呤 c h a r g e d e r y t h r o e y t 。sa 王s os p e e dt 巾d l a 玛e di o n st or e d u e e 曲eb l o o dv i s c o s i t ya n d c o n g l o m e r a t i o no ft h e 叫伯r o c ”e s ，a c c e l e r a t et h eb l o o dn o w ，a i l d i m p r o v e 廿1 eb l o o dc i r c u l a t i o n t h ea p p a r a m sh a sb e e nt d e do u ti nt 1 1 ew o l o g yc h i m r g e us u r g e 口o f o u rh o s p i t a lf 曲o n ea n dh a l fy e a ra n e rw es u c c e e d e dm d e v e l o p h 玛 q 第四军医大学硕士学位论文 a p p l i e dc l i n i c a l l y , t h ea p p a r a t u si sf o u n dt ob es i g n i f i c a n t l ye f f e c t i v et o c u r et t r g e m ，o rc h r o n i cp r o s t a t i t i s ，p r o s t a t eh y p e r p l a s i a , p r o s t a t ea c h e s ， a n dp o l y u r i a ，u r i n ea t o n y , t e s t i sa n dp e r i n e u mf a l l i n gb l o a t e d l y , s c r o t u m h u m i d i t y , k n e ea n dl o i n s o r ta n db l o a t e d ，a n dn e u r a s t h e n i a , s e x u a l d y s f u n c t i o nt h e r e f r o m t h ec o o p e r a t i v ef u n c t i o n so f t h ea p p a r a r l sn o t a b l y i n c e a s et h ee f f e c t st ot h o s ed i s e a s e s e s p e c i a l l yc o o p e r a t i n gw i t ht h e g l a n dm e d i c i n et r a n s m i t t i n gs k i l l si nt h eb o d yw h i l et r e a t i n gp r o s t a t i t i s c a u s e db yt h ep a t h o g e ni n f e c t i o n ，t h ec u r i n gr a t eo ft h i sa p p a r a t u si sm o r e t h a n9 2 1 t h i st h e r a p e u t i ca p p a r a t u sc o m b i n i n gm e d i c a t i o ni ss u p e r i o r t oa n yas i n g l et h e r a p e u t i cm e t h o d ，a n di tc a nc o n t r o li t st h e r a p e u t i c f u n c t i o nw i t h i nt h eg o a lr a n g e ，a n dc a u s e sn od a m a g et oa n yn o r m a l o r g a n s t h e r e f o r e ，w ec a l l d r a wt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n ：t h en e w m u l t i f u n c t i o n a lp r o s t a t et h e r a p e u t i ca p p a r a t u si st h ei d e a lo n ew h i c ht r e a t s p r o s t a t o s i s k e yw o r d sm u l t l f u n c t i o n a l ；p r o s t a t et h e r a p ye q u i p m e n t ；e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s ；d e v e l o p m e n t ；c l i n i c a l a p p l i c a t i o n - 1 0 - 第四军医大学硕士学位论文 前言 随着生活节奏的加快，社会竞争压力的加剧，健康问题，尤其是 以前列腺炎为代表的慢性疾病，正困扰着中青年男性。由于前列腺疾 病迁延难愈，反复发作，此疾病给患者带来极大的痛苦和心理压力。 i 临床实践证实，前列腺疾病属于世界级的疑难病症【3 2 】，难治已成为医 学界不争的事实，也是长期困扰男性的顽疾。之所以如此，是因为在 前列腺表面有一层脂质包膜，常规单一的治疗方法难以使抗菌药物透 过包膜，进入腺体达到有效的血药浓度，不易杀灭病菌，使病情迁延 难愈，反复发作。针对这一现状，本着探索一种既能使药物渗透前列 腺组织，同时又具显著治疗效果的方法和治疗仪器为目的选择本课 题。 本课题研究思路是以人为本，针对病情，因人施治，通过采用敏 感药物腺体内导入术，加上在治疗仪所具有的多种治疗功能的协同作 用下，使药物渗透至前列腺腺体内，产生有效的血药浓度，发挥杀菌 作用，同时在治疗仪的射频、电磁、震动等作用下，使腺体血液循环 加快，加速炎性物的吸收和清除，并且可将腺体内坏死和脱落的组织 细胞，通过泌尿系统排出体外，疏通腺管，恢复腺体的正常机能。 目前，国内外治疗前列腺疾病的方法主要是口服药物、输注抗菌 药物、手术介入治疗和物理治疗等手段 3 3 】。但是，由于其发病部位特 第四军医大学硕士学位论文 殊，分布在发病部位的血管极其细小，血液循环较慢，加之前列腺外 周多重组织层叠，药物很难到达前列腺组织内部，所以单纯药物或手 术治疗效果不显著。据有关文献报道，当前，医学界尚无治疗前列腺 疾病的特效药物和行之有效的治疗手段。临床上常用的微波、短波辐 射等物理疗法仅能改善前列腺局部的血液循环，减轻病痛、缓解症状， 并不能从根本上治疗该疾病。医学界公认的治疗方法是药物介入治疗 与物理治疗相结合的综合疗法，但是治疗效果并不十分理想。因此， 利用多种物理手段研制一种集射频、磁疗、热疗、振动按摩等于一体 的治疗仪器，使其多种功能协同作用，提高临床治疗效果，是十分迫 切的。 第四军医大学硕士学位论文 正文 1 概述 1 1 本课题的意义 目前，前列腺疾病是男性的常见病和多发病，由于该病的发 病机理尚未搞清，加之该疾病治疗困难，病情易反复发作，迁延 难愈，给患者带来极大的痛苦和心理压力，此现象已引起全社会 的广泛重视。因此，利用科学的手段和合理的治疗方法相结合， 有助于提高该病的治疗效果，恢复患者的身心健康。 当前治疗前列腺疾病的方法主要是口服药物、输注抗菌药物、 手术介入治疗和物理治疗等手段。由于前列腺所处的部位特殊， 血管极其细小，血液循环较慢，加之外周包裹着多层脂质包膜， 药物很难到达前列腺组织内部，这样一来就给治疗带来了极大难 度，所以单纯采用药物治疗收效甚微。采用微波、短波辐射等物 理疗法往往能够改善前列腺局部的血液循环，减轻病痛、缓解症 状，但是不能从根本上治疗该疾病。因而，利用科学的手段研制 一种多功能的治疗仪器配合药物一起治疗，是非常有必要的。 本课题正是针对目前的状况，研制一种新型多功能前列腺治 疗仪。该仪器集射频电流、磁疗、热疗、红外、震动按摩等于一 体，可使病变组织升温，加快局部组织的血液循环，增加腺泡、 腺管的通透性，有利于前列腺产生多种免疫球蛋白和合成具有抗 感染作用的含锌多肽，增强大小吞噬细胞的功能，促进局部炎症 第四军医大学硕士学位论文 的消散吸收，磁疗能缓解横纹肌、平滑肌痉挛，降低肌张力，减 轻炎性肿胀对神经末梢压迫作用，减缓疼痛【50 1 。振动按摩能使充 盈腺体活力减小，有利于药物的渗透吸收【4 9 1 ，达到治疗目的，同 时可将坏死的细胞震碎，排出体外。射频电流可使具有炎症的腺 体血管扩张，血流加速，组织的供氧和营养加强，渗出物的清除 加快，代谢废物中致痛和诱发炎症的化学物质的排除加强，从而 改善局部代谢营养，减少局部刺激现象，消肿止痛【2 们。这些都有 利于炎症消散，渗透压增加，有利于引导药物顺利进入前列腺组 织发挥作用，使腺体恢复正常机能。尤其对无菌性慢性前列腺炎 和前列腺增生患者具有独特疗效。 1 2 本课题的概况 前列腺疾病属于世界级的疑难病症，也是长期困扰男性的顽 疾3 6 】。之所以如此，那是因为在前列腺表面有一层脂质包膜，大 多数抗菌药物难以透过包膜，进入腺体达到有效的血药浓度 4 8 1 。 而且，由于前列腺位置以及结构深入、复杂，其分泌的腺液要经 前列腺腺管排入尿道，有些前列腺腺管与尿道呈直角式斜行进主 尿道，其分泌的腺液不容易排出，尤其在发生感染时，因引流不 畅，脓栓易填塞腺管。另外，也包括一些其他外因，如使用抗菌 药不系统，不合理，使细菌产生耐药性，不恰当的前列腺腺体注 射及热疗致使前列腺组织硬化甚至形成瘢痕，不利于炎症引流。 还有的患者心理原因，对治疗缺乏信心，思想负担过重，用药追 求立竿见影，不能按疗程用药或对本病缺乏认识，不注重生活调 理，结果造成病情迁延难愈，反复发作，病程长。故探索治疗慢 第四军医大学硕士学位论文 性前列腺炎的有效方法就成为医学界的一大追求目标。 本课题就是基于这样一个目的，为寻求一种具有针对性，效 果显著，疗程短且无损伤的治疗方法，为治疗前列腺疾病探索出 一种行之有效的治疗方法，为广大前列腺患者解除痛苦。 1 3 本课题研究内容、方法结果、技术难点和创新点 随着生活节奏的加快，社会竞争压力的加剧，健康问题，尤 其是以前列腺炎为代表的慢性疾病，正困扰着中青年男性。由于 前列腺疾病迁延难愈，反复发作，此疾病给患者带来极大的痛苦 和心理压力。临床实践证实，前列腺疾病属于世界级的疑难病症， 难治已成为医学界不争的事实，也是长期困扰男性的顽疾。之所 以如此，是因为在前列腺表面有一层脂质包膜，常规单一的治疗 方法难以使抗菌药物透过包膜，进入腺体达到有效的血药浓度， 不易杀灭病菌，使病情迁延难愈，反复发作。针对这一现状，本 着探索一种既能使药物渗透前列腺组织，同时又具显著治疗效果 的方法和治疗仪器为目的选择本课题。 本课题研究的方法是针对病情，因人施治，通过采用敏感药 物腺体内导入术，加上在治疗仪所具有的多种治疗功能的协同作 用下，使药物渗透至前列腺腺体内，产生有效的血药浓度，发挥 杀菌作用，同时在治疗仪的射频、电磁、震动等作用下，使腺体 血液循环加快，加速炎性物的吸收和清除，恢复腺体的正常机能。 本课题的创新点主要在于，利用多种物理手段研制一种集射 频、磁疗、热疗、红外、振动按摩等于一体的治疗仪器，在其多 种功能的协同作用下，克服了前列腺腺体包膜的屏障作用，使药 1e 第四军医大学硕士学位论文 例如紫外线优先作用于外胚层组织，如表皮、皮肤的神经末 啵旧诘蹿嗽窃捕萄潞裔碡潇穗葡再俯滁獐法弼塞鞋j 旁鞴丽 筹剞简争蓦戳剖鸯强茹舒脯融飘。糯落硐葶卦= 无州赞x 墟鲴 生嚣驯艘嚣聚。 l ? ；。；海海焉稚扮；氛蹭盱挂麴划契旃匕罐病巨；研演遥滤澎消颈 涛固尉。嘎蚓；臻噌绣曙们 可以采用单片机控制 加电脉冲宽度的方法来驱动电机并调节其转速。 在实际应用中，都是使用d a 转换器产生脉冲序列，再通过 程序控制占空比，以此来驱动电机和改变电机的转速。将电压变 化的周期设为t；电压接通时间设为t ；电机固定接通电源时的最 大转速设为v ma x ，则实际中电机的转速v d = v m a x $ t t 。在本仪器 中就是用d a c0 8 3 2 转换产生脉冲序列，再通过程序控制占空比， 从而控制探头的震动频率。本机所采用电机最高转速为1 1 0 0 转 分，通过占空比的改变能使电机的转速在0 一1 1 0 0 转分的范围内 任意可调【2 ， 围内任意可调【2 ，”。 x 第四军医大学硕士学位论文 作用为：直流电作用机体时，处于直流电场中的组织内可引起正 负离子的定向移动及电极表面发生化学反应的电解，带电胶粒的 电泳和水分子的电渗，因而引起组织兴奋性，细胞膜结构与通透 性，酸碱度和组织含水量的变化。上述变化对神经系统的功能有 明显影响，如调整中枢神经功能，改变周围神经的兴奋性，促进 神经纤维再生和消除炎症等。并可引起电极下局部皮肤血管扩张 和血液循环增加。剂量过大可发生电极下直流电化学灼伤( 酸碱、 电解产物造成) 。 2 2 电磁波的热效应 由于高频电流引起人体组织内微粒的运动，在组织内就可产 生热效应，其产生原理：当高频电流通过人体时，机体中离子、 带电胶体颗粒均在电场中快速沿电力线方向的来回移动或振动， 以传导电流形势通过组织，机体中的电介质分子在高频电场中， 无极分子产生电子位移极化，有极分子产生取向极化，以电位移 电流的形式通过组织，随着频率的升高，传导电流所占的比重逐 渐减少而位移电流所占比重逐渐增加。高频电流通过机体时， 传导电流引起机体内的欧姆耗损，位移电流引起机体内的介质耗 损，因而在各种组织中产生程度不同的热效应。产生热效应的方 式有以下两种： a 高频电流一导体部分一离子及带电胶体振动一传导电流 ( 包括涡流) 一欧姆耗损一热效应。 第四军医大学硕士学位论文 b 高频电流一电介质( 包括电容) 一偶极子取向及旋转一位移 电流一介质耗损一热效应。 非热效应是以上变化强度小到不足以产生体温升高的情况。 高频电流仍可使离子、带电胶体、偶极子发生振动和转动，亦有 可能改变组织变化、生物物理学特性，即电磁场振荡效应。如： 由于共振吸收产生的选择性点状产热；乳脂，红血球带电颗粒沿 电场力线分布排列成串珠状现象，体内磁性物质受到不同程度的 磁场改变等，由此产生的生物学效应称非热效应。 电磁波作用于人体是另一个效应就是热效应。根据1 8 6 6 年布 什提出的细胞在4 2 4 5 摄氏度下即发生急性坏死到纤维化和萎缩 等病理变化的原理，只要以4 2 摄氏度的温度持续作用于病变组织， 即可达到治疗目的。人体组织是一个导电体，当射频电流流过人 体时，局部组织就会发生热量，使病变组织升温，细胞内外水分 蒸发、干燥、固缩以致坏死，从而达到治疗的目的。 射频本质上就是特定范围的电磁波，目前医用射频常采用2 0 0 5 0 0 k h z ，在这样的频率下，电极头与人体接触界面的双层电容 容抗可以忽略，病变组织表现为纯电阻性。射频电流通过电阻产 生的热量为q = o 2 4 i i r t ，式中：i 为人体某点的电流强度；r 为该点的电阻；t 为电流作用的时间。 由于电极头的面积比体表参考电极板的面积小，相差数百倍。 因此，电极头处电极密度比参考极板要大好几百倍。分布遵循以 下规律：q = o 2 4 i 术i r 丰t r 4 ( r 为人体某点与电极头的距离) 。由 第四军医大学硕士学位论文 此可知，热量与深度的4 次方成反比，因此衰减是非常快的，不 难得出以下结论： a 射频电几乎能全部集中于电极头附近，此处温度最高； b 体表电极附近无升温； c 温升的高低主要取决于输出功率和时间。 理论上讲射频电能几乎全部集中于电极头附近，其治疗深度 应该是浅表的。但是由于热传导的作用，电极头附近的高热量将 传导到深层，血液流动也会带走电极头外表的热量。因此，与电 极头接触处的生物组织表面温度不会很高，而内部温度却会因为 能量的积累和向深层组织的热扩散而最终达到平衡。若热平衡时 该处的温度大于4 2 摄氏度，则可形成对生物组织的损伤，这个损 伤深度就是治疗深度。其治疗深度与输出功率和放电时间的关系 见图1 05i 01 5z o 2 5 3 03 5 tc t ) 图1治疗深度与输出功率和放电时间的关系 第四军医大学硕士学位论文 由图l 可知： a 在开始的1 0 s 内，无论功率大小，其治疗深度迅速增加， 而在3 0 s 后基本上达到饱和； b 功率越大治疗深度越大； c 功率小于5 w 时，其治疗深度表浅且很快达到热平衡。可见 射频电能的治疗深度主要由输出功率决定【引。所以，调整输出功率 大小即可控制治疗深度。 2 3 探头的震动功能 该仪器探头的外型设计充分考虑到人体的生理结构，能够通 过直肠进入人体直达病变部分。并在探头上设有震动功能，一方 面通过震动可以加快局部组织的血液循环，加快热量向深部组织 的传递，能更好的保护正常组织不受影响。另一方面，探头的震 动能够将坏死的细胞组织震碎，有利于坏死组织通过泌尿系统排 除体外。 2 4 磁疗功能 磁疗是利用磁场作用于人体治疗疾病的方法。众所周知，世 界上的一切物体，小至基本粒子，大至天体都具有一定的磁性， 地球本身就是一个巨大的磁场，地球上一切生物和人体一直受着 地磁场这一物理环境因素的作用，地磁场成为生物体维持正常生 命活动的不可缺少的环境因素 35 1 。 第四军医大学硕士学位论文 2 4 1 磁疗和基础理论 2 4 1 1 任何物质的每一个分子周围都有环形电流不停地流动着， 这环形电流叫做分子电流。即相当于一个元磁铁( 即磁体分子) 。 一切磁现象郝是由于运动电荷( 电流) 而发生的，即磁现象的本 质就是电荷运动【5 “。 2 4 1 2 生物磁来源主要有： a 生命活动产生生物电流，生物电流便产生磁场。如心、脑 均能产生心磁场，脑磁场。 b 生物体固有或外界引入的磁性物质，经磁化产生的微弱磁 场。 c 生物磁场对外加磁场的反应。 2 4 。2 作用机制 2 4 2 1 电动力学理论，产生微电流在交变磁场中，磁力线作切割 导体( 人体) 的运动；在恒定磁场中，由于血管和血液的运动， 对磁力性进行切割，均可产生微电流，对人体生物生活活动发生 影响，从而影响各器官各组织的代谢和功能【5 0 。 2 4 2 2 磁场对生物电的作用在磁场作用下，生物电流( 如心电、 脑电、肌电及神经动作电位) 将受到磁场力的作用，引起有关组 织器官的功能发生相应变化。另外磁场还对生物体内氧化与还原 过程中电子传递过程产生作用而影响生化过程 4 1 。 第四军医大学硕士学位论文 2 4 3 酶学说 磁场通过对人体金属离子( c a ”，m n ”，m g ”，或z n ”和非金属离 子( n a + ，k + ，c a ”，c u ”及c i 一等0 作用影响酶的催化活性，而对人体 产生作用。有人认为磁场有镇静止痛、降低血压和减轻炎症反应 等作用，同磁场提高胆硷酯酶，单胺氧化酶，组胺酶和激肽酶的 活性有关。 2 4 4 经穴作用 现代仪器检查证实；穴位经络存在电活动现象，如穴位比周 围有较高的电位，当某脏器的功能亢进时，相应经络穴位皮肤电 位增商或电阻下降。磁场可能影响经络的电磁活动过程而起机能 调节作用。 2 4 5 神经内分泌作用 神经和体液系统对磁场的作用最为敏感。神经系统以丘脑下 部和大脑皮层最为敏感，主要是对神经系统的抑制作用、动物实 验表明在磁场作用正点动物某些激素分泌增加。 2 4 6 治疗作用 2 4 6 1 止痛作用 磁场有明显止痛作用，其机制通过改善微循环和组织代谢， 提高疼痛物质水解酶的活性，降低神经兴奋的作用等。 2 4 6 2 镇静作用 磁疗可改善睡眠状态，缓解肌肉痉挛，减轻面肌抽搐等，这 2 4 第四军医大学硕士学位论文 可能与磁场物质水解酶的活性，降低神经兴奋的作用等。 2 。4 6 。3 消炎、消肿作用 磁场有明显抗渗出作用。实验观察表明，磁场即有降低炎剂 ( 组织胺等) 使血管通透性增加的作用，又能加速蛋白质从组织 间隙转移的作用，说明磁场的消肿作用与其影响通透性和胶体渗 透压有明显关系 1 2 l 。 2 4 7 常用的几种磁疗法 2 4 7 1 恒定磁场法 磁场强度和方向保持不变的磁场称为恒定磁场或恒磁场法。 如铁磁片和通以直流电的电磁铁所产生的磁场。常用有穴位法和 磁带法。 2 4 7 2 穴位法将磁片或磁珠用胶布敷贴切在选定的经络穴位上 或病灶周围的一些点上。 2 4 。7 3 磁带法将磁带缚于体表穴位或病灶上进行治疗，其作用与 磁穴法基本相同，但不需用胶布粘着。 2 4 8 交变磁场法 磁场强度和方向有规律变化的磁场。 2 4 8 1 电磁场治疗机多采用每秒钟5 i 0 0 周的低频率交变磁 场，治疗时选择合适的磁头放置在穴位部或患部。治疗时磁头可 发热，故应注意防止烫伤。 第四军医大学硕士学位论文 2 4 9 脉冲磁场法 脉冲磁场是提磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的 磁场。如同名极旋转磁疗机。脉冲磁场是间歇出现磁场，磁场的 变化率，波形和峰值可根据需要进行调节。 2 4 1 0 磁处理水疗法 水以一定流速( o 1 米秒左右o ，垂直于磁力线方向通过磁 场后，即为磁处理水。磁处理水使水分子结合状态发生变化，这 样水容易渗入坚硬水垢的缝隙中，使原来较坚固的大块结晶变成 小园球。因此长期饮用大量磁处理水，对结石的局部及周围组织 的慢性炎症有溶解、冲洗和消炎作用。 该仪器探头内部装有复合磁性物质，能在人体内产生磁场。 作用有： a 在磁场作用下红细胞体积增大，携带氧的能力增加，因而 有利于改善组织内的供血供氧，改善组织的营养状态，促进代谢。 b 磁场改变血液流变学状态。血液中有大量的荷电离子，如 钾、钠、钙等，在磁场的作用下，其荷电能力发生变化，加快离 子的移动速度h q 。红细胞也有荷电，通过电磁流体力学的作用， 使荷电离子及血细胞移动速度加快，降低血液粘度，减少红细胞 的聚集性，使血流加快，改善血液循环。 第四军医大学硕士学位论文 3 系统设计 3 1 系统组成框图 图2整机方框图 2 7 - 第四军医大学硕士学位论文 c p u 控制器采用美国a t m e l 公司的低成本、增强型产品8 9 s 5 1 ， 该单片机支持系统可编程，不仅使得开发更加容易，减少开发成 本，也使升级更易操作。其特点如下： a 它封装小，有4 0 个脚，接口丰富； b 内部4 k 字节可编程闪存，寿命可达1 0 0 0 次写擦循环，数 据保留时间可达1 0 年； c 全静态工作o 一3 3 m h z ，1 2 8 字节内部r a m ： d 3 2 位可编程i o 总线，两个1 6 位定时器计数器： e 具有双工u a r t 串行通道，更重要的是其稳定性要比普通5 l 高，指令执行速度快； f 内部集成看门狗计时器，电源监控等功能。 g 8 9 s 5 1 的这些特性，使得设计的控制系统体积减小、功能增 强的同时，稳定性也相应提高【2 1 。 3 2 探头的结构设计 探头长为1 5 c m ，前端5 e m 弯曲成1 3 5 度角，直径1 5 c m 。要 做到治疗时安全、适中、无组织粘连、无污染和不损伤人体，探 头采用化学性质稳定的物质作为表面。将磁性物质紧贴探头内表 面。 温度控制是本仪器的关键，温度传感器用k 型热电偶温度传 感器c 15 1 ，温度的d a 转换采用美国m a x i m 的m a x 6 6 7 4 。该转换器 功能强大，内部集成放大、补偿、模数转换等功能模块，其测量 温度范围为o 1 2 5 摄氏度，转换结果为1 0 位数字信号，用s p i - 2 8 - 第四军医大学硕士学位论文 接口与c p u 控制通讯，反应时间迅速，一旦出现问题机器能立即 停止，还具有热电偶传感器开路自检功能( 2 7 】。不仅能完全满足仪 器要求，重要的是能保证仪器在使用用过程中的安全。 m a x 6 6 7 4 为冷端温度补偿、热电偶数字转换器可进行冷端温度 补偿并将k 型热电偶信号转换成数字信号。数据输出为1 0 位分辨 率、s p l w 兼容接口、只读格式。 转换器温度分辨率为0 1 2 5 。c ，可读取温度达+ 1 2 8 。c ，热电 偶在o 9 c 至+ 1 2 5 。c 温度范围内精度为2 。c 。m a x 6 6 7 4 采用小 尺寸、8 引脚s o 封装1 1 1 。 3 3 探头的震动功能 探头的震动是直流电机带动偏心轮转动产生。控制电机的转 速就能控制探头的震动