微波技术在医学中的应用

关于微波技术在医学中的应用微波生物学微波诊断微波治疗的机理﹑特点及案例现代微波治疗的主要方面微波对人体的危害与防护第2页,共33页，2024年2月25日，星期天微波生物学

随着微波技术的快速发展，其在人们日常生活中的应用越来越普遍，近些年来，微波技术又被广泛应用于医学方面，形成了微波生物学，微波为许多疾病的治疗提供了新的理念和方式。那么，微波为什么可以治疗疾病呢？第3页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波作为毫米波的一种，除了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，正是这些独特的性质才使微波能够被应用于医学，为人类的生命健康做出巨大贡献。微波的主要特点是它的似光性、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；

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；

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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）。短波超短波同属电磁波，但与微波相比，由于频率大幅度降低，临床效果差别很大。人体的血液、淋巴液、脑脊髓液等对微波都有特殊的吸收作用。如短波超短波在电极作用下，脂肪与肌肉的温升之比约为9比1，而人体皮下都有一层脂肪，脂肪吸收电磁能产热过多，势必妨碍电磁能在深部组织的作用。而微波作用于人体脂肪和肌肉的产热之比接近于1比1，因此微波的热效应更均匀，在较深部位肌层内仍有显著的热效应。第5页,共33页，2024年2月25日，星期天微波生物学临床治疗机理

微波热效应

人体组织是由各种有机与无机化合物组成的，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，从而产生热。第6页,共33页，2024年2月25日，星期天

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子极化，水分子中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场瞬间场的方向重新排列，使之发生急剧旋转产生摩擦热。微波非热效应

微波作用于人体组织除热效应外还存在着非热效应，例如人体乳脂、红细胞等带电颗粒在微波场作用下沿电力线分布排列成串珠状，这些现象在不引起热的电场强度下亦可发生，反映在临床医学上有特定疗效，显然这种疗效与热效应无关。第7页,共33页，2024年2月25日，星期天

大量科学实验表明，不论离子、带电胶体或偶极子在微波场中所作振动或旋转运动产生的热效应，或带电颗粒在微波场下产生的非热效应（电磁振荡效应），都可以改变人体组织的理化反应特性产生临床的治疗效果。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

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除此之外，在伤口愈合治疗中，微波可加速伤口部位新鲜肉芽组织生长，提高组织再生能力。通过动物实验、病理分析及大量临床验证表明，微波在促进伤口愈合、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等作用。由于微波对微生物细菌有杀伤作用，因此其在外伤伤口愈合治疗中有降低感染率的效果，从而使外伤伤口能够更好地避免细菌感染，以更快地愈合。

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微波诊断

目前已经得到了人体组织的介电特性及各种组织器官在不同频率下的介电常数、介电损耗。当组织病变时，其形态或结构发生变化，用微波技术测量这些介电特性的变化可用作诊断疾病的基础。据文献报道的有：微波诊断肺气肿、肺水肿；用微波热象法诊断肿瘤，用相关式辐射计诊断肿瘤并确定其位置；用微波共振吸收诊断肿瘤；用微波核磁共振、顺磁共振诊断肿瘤或其他疾病，尤其是近年来迅速发展的核磁共振成像技术（NMR）正在逐步取代X射线、CT等。随着微波技术的发展，微波诊断的病症将越来越多。微波诊断是微波在医学上应用的主要内容之一，包括有源诊断和无源诊断两大类型。

第10页,共33页，2024年2月25日，星期天有源诊断法

这种诊断方法是利用人工微波源辐射的微波照射人体后进行测量诊断的。人体组织或器官的病变将导致其介电特性发生改变，从而使射向组织或器官的微波传输特性随之发生变化。人们可通过微波的反射或透射情况来获得有关病变的医学信息。例如微波心图仪、重病微波呼吸检测仪等均属有源微波诊断仪器。第11页,共33页，2024年2月25日，星期天无源诊断法

这种方法是利用人体本身辐射的微波来进行疾病的诊断，因不需要外加人工微波辐射源，故称无源诊断法，亦称被动测定法。利用人体热辐射的微波波段获取热象图来诊断疾病的方法就是一种无源诊断法。目前的微波热象仪主要用来获取人体体表的微波热象图，利用它可发现红外热象仪所不能发现的某些疾病。第12页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波治疗

利用微波治疗疾病起始于20世纪60年代，80年代已经得到广泛的应用。微波治疗疾病的原理比较复杂，目前仍在对其进行研究。国内外现阶段研究结果表明，微波治疗疾病主要是通过热效应和生物效应来实现的。

第13页,共33页，2024年2月25日，星期天微波热效应

人体的组成成分大部分是碳水化合物，碳水化合物的分子都是极性分子，极性分子在微波场的作用下，随微波频率改变其极性。改变其极性的频率与微波频率相同，其振幅与微波的强度成正比。由于极性分子存在磁阻，从而消耗微波能量而生热，利用这些热量达到治病的目的，这就是微波治疗的热效应。

第14页,共33页，2024年2月25日，星期天微波非热效应

所谓非热治疗，就是用强度微弱的电磁波照射人体的有关部位，通过由照射所产生的生物效应达到治疗疾病目的的治疗方法。大量生活现实和实验证明微波会引起人体生物效应。例如，用频率为2450MHz、功率密度为5mW/cm的微波照射人体穴位时，被照欧穴位处就会酸沉似针灸的感觉，用这一强度的微波照射涌泉穴时，就会有全身舒适的感觉，但无燥热感。用频率为35GHz、70mW的毫米波照射有关穴位时就会增加白血球等，可见微波的非热效应是存在的。第15页,共33页，2024年2月25日，星期天

国外有些专家认为，微波照射人体之所以会产生微波生物效应，是因为人体各种组织都有固有频率，当微波频率与某组织的固有频率相同时，该组织产生谐振，从而吸收能量。当该组织吸收的能量超过某一阈值时，就会引起生物效应。非热效应多用于人体内分泌失调和某一系统失调疾病的治疗，它的治疗原理与我国的针灸治疗原理相似，但用微波非热治疗时病人没有任何痛苦，更无任何副作用。第16页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波治疗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（人体表的各部位），不受患者坐、卧影响，从而让患者使用感觉更舒适、操作更简单。

微波治疗的特点第17页,共33页，2024年2月25日，星期天治疗效果好

微波治疗适用范围广，其可以治疗多种疾病，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。

穿透力强

微波治疗具有很强的穿透力，不需要除去衣物即可治疗，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。

第18页,共33页，2024年2月25日，星期天对人体组织的热效应效率高

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，即使较深部位病症也可达到较好的疗效

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利用微波治疗的常见案例微波治疗炎症

炎症往往是由于人体某一部分受伤，受感染或血液循环不良而产生的病变。当微波照射到病变部位时，病变组织迅速升温，人体有一种自身保护功能，当某一局部温度升高时，就会加快血液循环，增加患部血压，从而打通患部被堵塞和变窄的血管，同时增加患部的营养，改善血液循环条件，使炎症逐渐消失。患部发热可以杀死致病细菌和病毒，这也是取得高疗效的原因之一。第20页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波治疗外伤出血

当微波照射到留在伤口外的血液上时，血液吸收微波能生热。血液中的水分迅速蒸发，血液立时变粘稠并凝固，从而堵塞伤口，达到止血效果。在微波的热效应和使极性分子高速转换极性的作用下，病菌（如大肠杆菌、葡萄球菌、霉菌等）会被杀死，从而达到杀菌消毒的作用，使伤口不至于受感染，尤其对破伤风的预防最为有效。微波照射人体不但有热效应，同时产生的生物效用还能够给伤口提供足够的养分，从而加快伤口愈合。第21页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波治疗内伤淤血

当人体内部形成淤血时，血管就会被堵塞。当微波照射上后，淤血吸收能量形成局部升温，因体内水分不易蒸发，血块被稀释，同时由于人体自身的保护作用，对病变位置大量供血，从而打通被淤血堵塞的血管，因为供血变流畅，淤血被组织吸收。

第22页,共33页，2024年2月25日，星期天微波热疗还可用于纯物理性治疗

微波热疗可打通因食道肿瘤而堵塞的食管，还可切除肠道、子宫息肉等。治疗原理是将双极辐射器送到患部，进行瞬时放电，把病变组织固化。这个治疗方法的实质是通过微波的趋肤效应，把病变组织从表面逐步像内烧死，从而达到目的。第23页,共33页，2024年2月25日，星期天微波加热治疗肿瘤

国内外大量医学研究表明，肿瘤细胞不但在42.5～45摄氏度的温度环境下就会萎缩以致死亡，而且肿瘤组织内的血液循环不畅，这对于用微波治疗非常有利。因为微波有选择加热性，也就是从体外用微波辐射器照射体内肿瘤时，被照射的健康组织因血液循环正常不会快速升温，而肿瘤部分的温度则很快地升到治疗温度，再用微第24页,共33页，2024年2月25日，星期天波辐射计测量出患部的温度，用它自动控制微波源的输出功率，从而就可使患部在整个治疗过程中温度保持在42.5~45摄氏度的温度范围内，这样不仅能够治疗肿瘤，而且也能够抱枕过正常细胞不被破坏。第25页,共33页，2024年2月25日，星期天

现代微波治疗的主要方面微波透热治疗

由于微波的热效应能使血液循环加速，刺激器官功能，促进新陈代谢，因而能促使组织再生，起到消炎止痛、解痉的功效。人们根据微波的这种特点，利用微波治疗仪治疗肌肉劳损、关节疼痛、各种炎症等取得了良好的效果。作为微波热疗的另一方面是微波治疗肿瘤。肿瘤组织比正常组织含水量告，因此肿瘤组织中微波热效应更为显著，而肿瘤组织耐热性又较差，通常42～44℃即可抑制肿瘤生长甚至使肿瘤死亡。因此，我们可利用微波的热效应使肿瘤处局部升温到抑制肿瘤细胞生长或导致死亡的温度范围，用以治疗癌症。第26页,共33页，2024年2月25日，星期天微波针灸

现代微波技术与传统的中医针灸技术相结合形成了微波针灸治疗方法。此方法用聚焦的微波束照射刺激有关穴位，达到治疗目的。当微波照射穴位时，由于热效应，穴位温度升高，其热量沿经络传递，产生温针效应和温补效应。另一方面，微波沿经络传导，通过生物电磁效应使刺激作用以波动形式在体内传播，因此微波针灸所诱导的刺激作用并不局限于局部照射区域。微波针灸操作简单，针感明显而持久，病人无痛苦。第27页,共33页，2024年2月25日，星期天微波手术刀

在外科手术中，利用微波的能量切开组织的装置称为微波手术刀。微波的热效应可使切口附近的组织温度升高直至血液凝固。利用微波手术，切口无需缝合，可减少失血并缩短手术时间。第28页,共33页，2024年2月25日，星期天

微波对人体的危害与防护

微波照射人体时，被组织吸收而发热，人体吸收的微波功率越大，温度升得也越高，当温度超过某一门限时则会造成对人体的危害。动物试验表明，在高频强功率的微波作用下，不但会灼伤皮肤，而且会引起