医学微波和微波医学

1、从业必读】医学微波和微波医学让天下没有难找的医疗器械服务信息！“医疗器械助手” 让一切触手可及！点击图片医学微波和微波医学（笔者自定 义，其准确性有待大家一起商榷）的关系：医学微波是指围 绕基础医学研究和临床医学诊治需求，对微波生成、微波传 送及微波发射的原理、技术、材料、制造、工艺进行探讨、 研究、修正、完善等一系列科学活动；而微波医学则是以微 波作为主要技术平台，探讨微波技术在基础医学和临床医学 各个领域的应用，使之为医学理论、诊疗技术、诊疗方法的 进步与发展服务。两者关系紧密，相辅相成，笔者认为在可 以预见的不远将来将会衍生出一门独特的新兴医学领域。 微波是指频率从 300MHZ 到 3

2、00GHZ 范围内的电磁波，由 电生成，具有电与磁的双重属性。微波具有穿透（穿越） 反射、吸收三个重要特性。当遇到玻璃、塑料和瓷器等介质 时，微波几乎全部穿越而不被它们吸收；当遇到金属时则会 产生强烈的反射；当遇到水、食物、生物组织时微波会被介 质吸收而产生热效应。家喻户晓的微波炉就是最好的例证， 正是利用物质吸收微波后转换成热能的特性使得食物被加 热、熟变。 物质吸收微波的能力，主要由介质的损耗系数决定。介质损 耗系数大，对微波的吸收就强；相反，介质损耗系数小，吸 收微波的能力就弱。介质损耗系数的差异，导致微波出现选 择性加热的结果。如果将一份由多种成分组成的混合物质放 热微波炉，各种组分被

3、加热的程度是不同的。水分子属极性 分子，介电系数大，介质损耗系数也很大，对微波具有较强 的吸收能力。 而蛋白质、 碳水化合物等的介电常数相对较小， 对微波的吸收能力也比水小得多。因此富含水分的物质容易 被微波加热升温，而相对干燥的物质则不易被加热，大家不 妨用淘洗过的米和干燥的米去做一下对比实验。将此原理引 申到肿瘤微波消融治疗时，也就不难理解为何微波能够用来 治疗富含水分的软组织肿瘤了。微波消融治疗肿瘤时，存在于细胞膜、细胞核、细胞浆内的 蛋白质变性以及 DNA 解构是肿瘤细胞和组织灭活的最重要 标志。蛋白质和 DNA 发生不可逆变性坏死主要原因是受热， 而这种热主要是水分子的高速旋转摩擦所

4、致，这是微波之所 以能够产生生物组织灭活作用的关键机制，绝非微波对蛋白 质、碳水化合物的直接加热使然。微波对介质的加热升温具有瞬时性特点，当调节微波输出功 率时（无论是上调还是下调） ，介质升温可无惰性地随之改 变（换句话说就是没有半点迟疑地随之改变） ；更令人惊讶 的是微波致热不存在“余热”现象，通俗地讲就是微波发射一 停止，介质温升就停止。微波的这种特性使得它在治疗过程 中不仅能够非常便捷、不拖沓地调整功率大小，而且一旦中 断电源， 微波随即停止， 不会对正常的人体组织产生“余热治 疗”。一、微波治疗作用的发现 生物电磁学是一门新兴的边缘学科。所谓边缘学科是指与两 种或两种以上不同领域的知

5、识体系有密切联系，并借助它们 的成果而发展起来的综合性科学门类。生物电磁学便是生物 科学与电磁科学两大知识体系内有密切联系的子系统被科 学家们相互融合、渗透、关联后形成的新的独立体系，既继 承了两个母系统的特点，又有自己独特的属性。 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，随后他又发现正常细胞和癌细胞 对毫米波具有不同的吸收谐振点。俄、美、德、法和中国等 许多科学家相继做了大量的基础实验研究和临床验证工作， 均证明低能量密度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 是毫米波的一种，除了

6、具有毫米波的共有特性外，还有一些 区别于其他毫米波的独特性质。 微波在传播过程中具有似光性、穿透性和非电离性。 1 、似 光性：微波与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地 传播和集中，传播性和指向性好；如果微波不具备良好的传 播性，那么便不能传至较远的距离；如果微波没有良好的指 向性， 那么就传不准。 这在太空通讯中已有重要的应用。 2、 穿透性：与红外线相比，微波照射介质时更容易深入物质内 部，穿透能力强，作用范围较大； 3 、非电离性：微波的量 子能量与物质相互作用时，不改变物质分子的内部结构（只 改变其运动状态） 。不改变基因的结构，不会诱发畸变。二、微波生热的机制 微波生物学临床治

7、疗机理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。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

8、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。三、微波热消融治疗肿瘤的应用 微波量低时， 产热低、 并增强局部血液循环， 加快局部代谢， 增强局部的免疫能力， 因此，能有效的改善局部的血液循环， 促进水肿吸收，消炎止痛，在理疗中有较为重要的地位。当 微波量高时，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越 的止血效果和微小的组织损伤被喻为取代电灼、冷冻、激光 的新技术。1978 年， Taylor 研制成针状组织辐射加温天线后，各种进 入人体腔道和插入组织的辐射天线相

9、继在医疗实践中出现， 治疗适应症随之扩大，效果也明显提高。医学微波在世界范 围内正处在迅速发展中，日本每年组织一次微波研讨会，除 了微波在手术中应用外，正在探索用于粉碎胆石及尿石，并 且针对胆管癌的动物实验已见报导；俄罗斯声称已研制成可 应用的微波刀；法国、以色列和美国相继推出了经尿道加温 治疗前列腺增生的微波机。最近中国也推出尿道加温治疗前 列腺增生和肿瘤的微波机型。见刊的文献资料一年比一年多， 涉及基础研究， 各种微波治疗仪， 医用天线和各种临床应用。 微波在医学领域的应用，尤其在治疗中应用出现前景良好的 发展势头。肿瘤治疗中应用微波加温（42 C45 C ）结合放疗与化疗可明显提高疗效这

10、是大家熟知的。有些肿瘤在放疗前或后微波可 使其对放疗响应率提高 5080% 。微波加温结合化疗，也有 许多明显提高疗效的例子。现在又有人实验证实，在放疗同 时加温效果最佳。因而出现短程放疗同时加温治疗的方案。甚至有人设想把放疗插入组织的同位素针变成微波天线，达 到两者完全同步。与激光相比， 微波的治疗应用更优越。 (1)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；(2) 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； (3)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

11、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； (4) 微波摧毁组织直至碳化无烟雾产生， 而激光则因气 化产生大量烟雾，这不仅增加处理麻烦、增大成本，而且污 染环境，刺激术者； (5) 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。 目前，微波已经成功地用于治疗： (一)恶性肿瘤：包括原 发性肝癌、 转移型肝癌； 肾癌； 黑色素瘤； 前列腺癌； 骨癌； 淋巴瘤；肺癌；乳腺癌；甲状腺癌；肾上腺癌；卵巢癌；宫 颈残端癌；(二)良性肿瘤：包括肝脏海绵状血管瘤、肝脏 错构瘤、肝脏局灶性增生、肝脏炎性假瘤；肾脏错构瘤；

12、肾 上腺皮质腺瘤和髓样脂肪瘤； 子宫肌瘤和子宫腺肌症 (瘤)； 卵巢肿瘤；脾脏血管瘤或错构瘤； 甲状腺腺瘤、 甲状腺增生； 甲状旁腺腺瘤、甲状旁腺增生；腹壁子宫内膜异位；颌下腺 腺瘤；(三)内脏破裂出血急症：肝癌破裂导致出血，在日 本已有成功报道，使用微波便能达到迅速止血，而且也同时 切除了肿瘤。外伤导致脾破裂、肝破裂出血急诊微波消融止 血等，在国内已有成功的动物实验研究报道。四、微波应用前景展望微波医学不论广度和深度远未充分开发！医疗中的确尚存在 许多难题由待突破；许多疗效有待改善和提高；一些方法需 简化并提高安全性；还有许多操作的劳动强度应该减轻，所 有这些方面微波能都有用。在急症处理中使用微波，在中国 临床尚未见报道，有待大家探索。微波能与机体相互作用的研究，国际已有大量文章，但各人 报导不尽一致，即使对同一器官及组织的作用也不完全相同。 而且涉及的深度仍不足解释实际现象，在中国更为薄弱。尽 管申请国家自然科学基金课题不断增加，也未见系统的研究。 微波能的应用与其他学科相结合，正在形成许多新的边缘学 科，如微波医学、微波生物学、微波化学等。在医学方面