第二部分人和能量的關(guān)系

第二部分人和能量的關(guān)系第一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.1、生物體的電特性2.1.1細胞電特性細胞膜同時具有電阻和電容的特性，在直流和極低頻的情況下，基本上是絕緣的，整個細胞可以看作是一種絕緣層包圍的導(dǎo)電區(qū)。細胞靜息電位 跨膜電位的行程。細胞動作電位

2023/6/42第二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一細胞膜及其電位示意圖2023/6/43第三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生物電的利用最早被人注意到的生物電現(xiàn)象是電鰻魚放電。在公元前三百多年，亞里士多德（Aristotle）提出了電鰻魚的“震擊”作用，在公元一世紀，古羅馬醫(yī)生就曾用電鰩的放電來治療痛風。1678年，荷蘭生物學(xué)家斯威莫爾登（SvayMalden）用蛙的肌肉做肌肉的收縮實驗，但未引起關(guān)注。從1780年開始，意大利學(xué)者伽爾伐尼（Galvani）用蛙和蛙的肌肉標本研究神經(jīng)與肌肉的生物電現(xiàn)象，并于1791年發(fā)表著作，于1974年做出了決定性實驗，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)和肌肉的損傷電位，確定了神經(jīng)和肌肉的放電作用。隨后，與伽爾伐尼同時代的物理學(xué)家伏特（Volt）發(fā)明了電位計，客觀記錄了新鮮蛙肌的損傷電位達50~80毫伏。2023/6/44第四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一靜息電位靜息電位（restingpotential,RP）是指細胞未受刺激時存在于細胞膜內(nèi)、外兩側(cè)的電位差。細胞膜處于靜息電位時，膜內(nèi)側(cè)聚集負電荷，帶負電；膜外側(cè)聚集正電荷，帶正電，細胞膜兩側(cè)保持穩(wěn)定的電位差2023/6/45第五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一動作電位細胞膜受到刺激時，表現(xiàn)出細胞興奮的過程即為動作電位的過程。動作電位是膜受刺激后，在原有的靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的膜兩側(cè)電位的快速而可逆的翻轉(zhuǎn)和復(fù)原。動作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)——Na-K泵，需要消耗三磷酸腺苷（ATP）2023/6/46第六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一動作電位傳導(dǎo)在細胞膜上任何一點產(chǎn)生的動作電位會不衰減地傳播到整個細胞膜上，這稱之為動作電位的傳導(dǎo)。2023/6/47第七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一細胞膜的電阻和電容特性細胞膜同時具有電阻和電容特性。位于細胞膜內(nèi)的細胞液和膜外的細胞外液均為含有多種帶電離子的導(dǎo)電性良好的溶液，而細胞膜兩側(cè)存在穩(wěn)定的電位差（靜息電位），且對某些帶電離子不通透，此種情況下細胞膜近似于已充電的電容（因兩側(cè)已聚集電荷）。對于其它可通透的帶電離子，如Na+、K+離子，相當于有電流通過，此時細胞膜相當于電阻。由此膜電阻和膜電容同時存在，成并聯(lián)關(guān)系2023/6/48第八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.1.2皮膚阻抗皮膚可分為表皮、真皮、皮下三層。皮膚電阻基本上集中在表皮層，特別是角質(zhì)層，皮脂（皮脂腺分泌）次之；真皮與皮下層的電阻較小。人體皮膚有角質(zhì)層時，單位長度電阻率ρ高達幾十萬歐姆?厘米（Ω?cm）；但無角質(zhì)層時，ρ降至800~1000Ω?cm2023/6/49第九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一皮膚阻抗干燥的皮膚為100~300Ω/cm2，而潮濕的皮膚電阻只有干燥皮膚的1%。汗腺的分泌可以大大降低角質(zhì)層電阻。為了減小皮膚電阻對測量的影響，在進行人體電信號測量時，經(jīng)常要首先將皮膚表層的角質(zhì)層和皮脂去除，其常用方法為用酒精或細砂紙擦洗皮膚表面或在皮膚表面涂抹導(dǎo)電膏。2023/6/410第十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一皮膚電阻抗對于涂敷導(dǎo)電膏的情況，因角質(zhì)層中存在的主要是死亡的角質(zhì)細胞，當表面電極通過導(dǎo)電膏和皮膚接觸時，角質(zhì)層此時充當離子半透膜。因?qū)щ姼嘀杏行w積較大的離子無法通過角質(zhì)層，在角質(zhì)層兩邊即會產(chǎn)生由離子濃度不同引起的電位差，稱之為濃差電動勢。同時，在電極和皮膚之間存在由電偶極層產(chǎn)生的電容，E為濃差電動勢，C為導(dǎo)電膏與皮膚形成的電容（類似膜電容），RC為其漏電電阻（類似膜電阻），R為皮膚其他組織的電阻。2023/6/411第十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.1.2人體阻抗人體阻抗是包括人體皮膚、血液、肌肉、細胞組織及其結(jié)合部在內(nèi)的含有電阻和電容的全阻抗。人體阻抗是確定和限制人體電流的參數(shù)之一Rs1和Rs2是皮膚電阻，Cs1和Cs2是皮膚電容，Ri及與其并聯(lián)的虛線支路是體內(nèi)阻抗皮膚表面0．05～0．2mm厚的角質(zhì)層的電阻值很高。在干燥和干凈的狀態(tài)下，其電阻率可達1×105～1×106Ω·m。但因其不是一張完整的薄膜，又很容易受到破壞，故計算人體阻抗時一般不予考慮。人體電容很小，工頻條件下可忽略不計。皮膚阻抗在人體阻抗中占有較大的比例。體內(nèi)阻抗是除去表皮之后的人體阻抗。人體阻抗是皮膚阻抗與體內(nèi)阻抗之和。2023/6/412第十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.1.3電流的生理效應(yīng)電流流過生理組織的三種效應(yīng)：

1．組織的電阻性而產(chǎn)生焦耳熱

2．興奮組織(神經(jīng)和肌肉)的電興奮

3．電化學(xué)燒傷，直流電和高壓造成組織損傷

這些作用不是單獨發(fā)生，而是幾種重迭發(fā)生的。2023/6/413第十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一一、低頻電流的作用當電流通過人體內(nèi)部時，對人體傷害的嚴重程度與通過人體電流的大小、通過人體的持續(xù)時間、電流通過人體的途徑、人體電阻、電流種類及人體狀況等多種因素有關(guān)，而各因素之間又有著十分密切的聯(lián)系。當電流增加時，對于人類所產(chǎn)生的心理和生理效應(yīng)的順序。如表所示。2023/6/414第十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一直流（mA）交流（mA—有效值）男女50Hz100Hz男女男女最小感知電流（略有麻感）0.7128無痛苦感電流（肌肉自由）961.81.21711有痛苦感電流（肌肉自由）6241965537有痛苦感，不能脫離電源76511610.57550強烈電擊，肌肉強直，呼吸困難906023159463可能引起室顫電擊0.03s130013001000100011001100電擊3s500500100100500500一定引起室顫上一項電流值的2.75倍電流性別效應(yīng)2023/6/415第十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一若干名詞

1．感覺閾--一個人所能感覺到的最小電流；

2．脫開電流--被實驗者能隨意縮回的最大電流；

3．呼吸麻痹--更大的電流會引起呼吸肌的不隨意收縮，如果不斷開電流，會嚴重到足以引起窒息。在18~22mA時呼吸停止；

4．疼痛和疲勞--劇烈的肌肉不隨意收縮和劇烈的神經(jīng)興奮會是疼痛的，并且時間長了，會引起疲勞；5.心室纖顫—心臟肌肉組織失去同步；閾值75~400mA。

6.持續(xù)心肌收縮--當電流足夠大1~6A時，整個心臟肌肉收縮，甚至停止搏動，但是當去掉電流時，就能接著產(chǎn)生正常節(jié)律；

7.燒傷--皮膚電阻大，一般在皮膚的進入點上，由于電阻性發(fā)熱而產(chǎn)生燒傷；1.傷害程度與電流大小2023/6/416第十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一頻率對脫開電流也有很大的影響

強度持久適應(yīng)易興奮組織的不應(yīng)性圖2-7脫開電流隨頻率的變化曲線2023/6/417第十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一低頻電流通過人體時的生理效應(yīng)假設(shè)的條件是:通電時間為1s，電流從人體的一條手臂流到另一條手臂，或從一條手臂流到異側(cè)一條腿。2023/6/418第十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.傷害程度與通電時間（1）通電時間越長，能量的積累增加，引起心室顫動的電流減小。當通電時間在0.01～5s范圍內(nèi)時，心室顫動電流和通電時間的關(guān)系可用如式（2-4）（2）通電時間越長，因為在心臟搏動的特定時刻才可能引起心室顫動，則與該時刻重合的可能性越大，心室顫動的可能性越大，亦即電擊的危險性也越大。（3）通電時間越長，人體電阻降低，亦即電擊的危險性也越大。2023/6/419第十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一3.傷害程度與電流途徑電流作用于人體，沒有絕對安全的途徑。

（1）電流通過心臟會引起心室顫動，促使心臟停止跳動，中斷血液循環(huán)，導(dǎo)致死亡。（2）電流通過中樞神經(jīng)或有關(guān)部位，會引起中樞神經(jīng)嚴重失調(diào)而導(dǎo)致死亡。（3）電流通過脊髓，可導(dǎo)致半截肢體癱瘓。（4）從左手到胸部，電流途徑短，是最危險的電流途徑；從手到手，電流也途經(jīng)心臟，因此也是很危險的電流途徑；從腳到腳的電流是危險性較小的電流途徑，但可能因痙攣而摔倒，導(dǎo)致電流通過全身或摔傷、墜落等二次事故。2023/6/420第二十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一4.傷害程度與人體狀況人體條件的不同，不同的人對電流的敏感程度，以及在遭受同樣電流的電擊時，其危險程度都不完全相同。（1）電流作用于人體時，女性的危險性較男性大，女性的感知電流和擺脫電流約比男性低1/3。（2）兒童的危險性較成人大。（3）體弱多病者的危險性較健壯者大。（4）體重小的危險性一般較體重大的大。體重的大小對室顫電流閾值影響很大，室顫閾值是隨體重增加而增大。

2023/6/421第二十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/422第二十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一宏電擊（macroshock）--在體表上外加的巨大電流，且加在身體表面的兩個點上時，只是總電流的一小部分流過心臟。微電擊（microshock）--在身體的任何位置上，進入體內(nèi)在心臟內(nèi)部所加的電流；

在有心導(dǎo)管情況下，所測得的人類心臟纖顫的數(shù)據(jù)說明了80～60μA的電流就能引起纖顫；

微電擊的允許安全極限一般是10μA；

5.傷害程度與侵入點2023/6/423第二十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/424第二十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電流分為低頻和高頻，低頻電流是產(chǎn)生電擊的原因。高頻的作用

頻率增高時，刺激作用逐漸減??；

頻率超過1KHz時，刺激作用隨之反比減小。電流密度低時，刺激作用減少，熱作用更明顯。

治療效果體溫上升0.2oC左右是一個不發(fā)生危險的臨界值。它相當于在體表消耗的能量約為100mW/cm2。工作實例---高頻電刀

本質(zhì)：借助于電弧放電在生物體表面上出現(xiàn)極強的電流密度，使生物體組織被爆發(fā)性地蒸發(fā)，即具有切開作用；

激光手術(shù)刀、超聲手術(shù)刀也基于同樣的原理。二、高頻電流的作用2023/6/425第二十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一1.2電刀1901年，芬蘭人Macarni第一次收到越洋的無線電信號。也就在這時，電外科器械開始了第一步。在二十世紀最初的十年，火花放電電流己用來治療損傷。二十世紀20年代世界上第一臺真正意義上的電外科產(chǎn)品被應(yīng)用到臨床，從而開創(chuàng)了電刀應(yīng)用的新紀元。到1952年左右，逐步形成了今天所為大家熟悉的電外科技術(shù)，即高頻正弦波電流流經(jīng)人體產(chǎn)生的切割、凝固和燒灼作用。2023/6/4第二十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電刀電外科器械(Electro-surgicalUnit,ESU)，俗稱電刀，是一種利用高頻電流的作用的醫(yī)療儀器。又常被稱為“高頻電刀”。高頻電流經(jīng)人體會產(chǎn)生熱量，但不會引起電擊和肌肉剌激。高頻正弦波電流流經(jīng)人體所產(chǎn)生的作用：切割、干燥和燒灼。相對于傳統(tǒng)的手術(shù)刀，電刀電切的優(yōu)勢在于：切割進行的同時具有連續(xù)的凝固（止血）作用；不需醫(yī)生施加過多的機械力。高頻電刀的工作基準頻率在300kHz以上2023/6/4第二十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電流頻率與人體的關(guān)系電外科器械利用電流通過人體所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，從而實現(xiàn)以電凝和電切為基礎(chǔ)的手術(shù)應(yīng)用。直流電通過人體在產(chǎn)生熱效應(yīng)的同時，會導(dǎo)致組織內(nèi)離子發(fā)生異常移動，造成組織功能紊亂。低頻交流電（頻率小于20kHz）通過人體組織在產(chǎn)生熱效應(yīng)的同時，會對神經(jīng)和肌肉造成刺激，造成肌肉的抽搐，當電流頻率在10-100Hz范圍內(nèi)時，此刺激現(xiàn)象最甚。高頻電流經(jīng)人體會產(chǎn)生熱量，但不會引起電擊和肌肉剌激。高頻電刀的工作基準頻率在300kHz以上，如此高的頻率可以確保電流通過人體只產(chǎn)生所需利用的熱效應(yīng)，從而保證手術(shù)的安全性。2023/6/4第二十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一除了常規(guī)高頻電刀，還有氬氣電刀和高頻消融儀等，還有利用高頻電流在尿道內(nèi)運作的前列腺治療儀。另外，起類似功能的還有利用非高頻電流能量的微波電刀、超聲刀等。高頻電刀的功率一般不超過300W，根據(jù)不同的手術(shù)需要可給出不同的功率和波形。2023/6/4第二十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一應(yīng)用科室基本的手術(shù)無血切口，內(nèi)臟組織塊切除、切口止血，腫瘤消融、大血管電結(jié)扎等；從普通外科、心胸外科，到婦科、泌尿外科、耳鼻喉科、骨科、神經(jīng)外科等各科室；從普通外科手術(shù)，到微創(chuàng)外科手術(shù)甚至內(nèi)科治療領(lǐng)域。醫(yī)院的許多部門：手術(shù)室、急診室、門診室、內(nèi)鏡室都能見到高頻電刀的身影。

2023/6/4第三十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一治療效應(yīng)與機制

高頻電流→作用電極→人體組織相應(yīng)→高電流密度→局域上足夠熱量→控制性的破壞組織（達到預(yù)期的治療效果）。高頻電刀工作示意圖2023/6/4第三十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電外科治療效應(yīng)--切割（Cutting）

作用電極的邊緣尤如手術(shù)刀時刀口，表面積非常小。極高的電流密度→電極邊緣有限范圍內(nèi)的組織的溫度迅速而強烈上升→該處組織中的細胞液很快蒸發(fā)→組織被利索切開。連續(xù)的無衰減正弦電流能產(chǎn)生非常好的切割作用，但幾乎無任何止血功能。2023/6/4第三十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電切微觀上細胞內(nèi)的液體溫度迅速超過100攝氏度，水分爆炸性地蒸發(fā)從而破壞細胞膜，積聚的大量細胞被破壞，宏觀上組織被快速地切開。配合各種特殊設(shè)計的作用電極（刀頭），電刀能用來切割各種類型的組織。2023/6/4第三十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電外科治療效應(yīng)--凝血（Coagulation）凝血是通過高溫使組織蛋白質(zhì)變性而封閉組織（無蒸發(fā)作用），從而阻止液體滲出或出血。當電流作用于組織而使組織溫度較慢速（相對于電切）而有效地升高至100攝氏度左右時，細胞內(nèi)外的液體逐步蒸發(fā)，從而使組織收縮并凝固。在切割過程中被切斷的小血管口，在電流的熱作用下血管壁凝固收縮封閉，從而達到止血的效果。2023/6/4第三十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電刀快速有效的電凝作用，很大程度上取代了復(fù)雜的血管結(jié)扎，可以大大節(jié)省手術(shù)時間，簡化手術(shù)操作。電刀有效的凝血可以減少價格相對較高的凝血膠的使用，有效地降低手術(shù)成本。利用電凝使細胞凝固、蛋白質(zhì)變性和組織失活的效果，可對增生的腫瘤組織實行電凝，達到治療破壞的目的。電凝的優(yōu)點2023/6/4第三十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電外科治療效應(yīng)--凝血一般有兩種技術(shù)：干燥和電灼。干燥僅在電極與組織緊密接觸時發(fā)生。電流的波形對干燥效果并不重要，而電極與組織的接觸面積必須足夠大，電流或功率密度必須足夠低，這樣才能避免表面組織層細胞液的蒸發(fā)。即處于低輸出電壓、低輸出阻抗的工作狀態(tài)。

電灼是指電極提供高的開路電壓(常為幾千伏)→電極與被凝結(jié)組織保持微小間隙→之間的空氣電離并產(chǎn)生火花→火花很快熄滅→釋放的能量在下一次放電產(chǎn)生以前擴散到組織中去→表面凝結(jié)，但不出現(xiàn)切割。燒灼的效果取決于電流波形，即要求輸出電壓具有高峰值系數(shù)(Crestfactor)和短的作用周期(DutyCycle)。2023/6/4第三十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一電刀的組成：標配的高頻電刀一般包括：主機、手術(shù)電極、中性電極等主件和腳踏開關(guān)、各式刀頭、鑷子、電源線、保護接地線等聯(lián)用附件。（1）主機：由大功率振蕩器、微處理器（或邏輯控制電路）、調(diào)制器、傳感器、耦合電路和電源等組成。

（2）手術(shù)電極：activeelectrode（又稱激勵電極、刀筆、陽極等）一種用來產(chǎn)生在電外科中所要求的某些物理效應(yīng)如:切割、凝結(jié)的電極。（3）中性電極：neutralelectrode又稱板電極、接地電極、分散電極、回路電極、陰極等）與患者身體連接的面積比較大的電極，以提供低電流密度的高頻電流回路，避免在人體中產(chǎn)生諸如灼傷之類有害的物理效應(yīng)。

2023/6/437第三十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2電磁場對人體作用生物電磁學(xué)是研究非電離輻射的電磁波（場）與生物系統(tǒng)不同層次相互作用規(guī)律及其應(yīng)用的邊緣學(xué)科主要涉及電磁波與微波技術(shù)和生物學(xué)意義在于開發(fā)電磁能在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)方面的應(yīng)用以及對電磁環(huán)境進行評價和防護2023/6/438第三十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生命磁場現(xiàn)象鴿子回家生在美國東南海岸的一種海龜游動進行的觀察顯示在圖4中，幼海龜在大西洋中沿著順時針路線出游，經(jīng)過若干年后又能回到出生地產(chǎn)卵。這些海龜是依靠什么導(dǎo)航呢？科學(xué)家證實了鴿子的上喙確實具有一種能夠感應(yīng)磁場的晶胞，正是這種器官為鴿子的飛行導(dǎo)航。有關(guān)這一研究的報告發(fā)表在11月25日的《自然》雜志上2023/6/439第三十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生命磁場現(xiàn)象電磁現(xiàn)象對生命生態(tài)系統(tǒng)的組織、結(jié)構(gòu)和功能、健康狀態(tài)的影響具有極大的重要性。2.在機體內(nèi)環(huán)境組織（細胞和組織間液），生物電磁系統(tǒng)是儲存和持續(xù)的傳送生物信息（正常體溫時）的最終媒介。3．水、生理鹽水和酒可以很有效的儲存電磁信息，它們的分子叢的結(jié)構(gòu)特點決定了這個特點。此特點能被用于治療中。4．物質(zhì)電磁信號，包括病人本身的生物電磁信號，是可以用來治療疾病的。2023/6/440第四十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生物電磁學(xué)研究內(nèi)容：電磁場（波）的生物效應(yīng)，研究在電磁場（波）作用下生物系統(tǒng)產(chǎn)生了什么，電磁波生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)機理。電磁計量學(xué)生物組織的電磁特性生物磁學(xué)的研究內(nèi)容包括兩部分：①生物機體自身或被誘發(fā)產(chǎn)生的磁場——診斷；②磁場引起的生物效應(yīng)——治療。2023/6/441第四十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一●人體中所含元素：碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯、鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等和一些微量元素。其中多數(shù)有順磁性（3d或4d族的過渡離子）。蛋白質(zhì)、酶和自由基均為順磁性●占人體70%的水具有弱抗磁性?！駱O少數(shù)材料為鐵磁性2.2.1生物磁場2023/6/442第四十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一二、人體磁場生物組織、器官、細胞等存在很微弱的磁場。產(chǎn)生原因：①變動磁場：生物電荷運動產(chǎn)生。細胞膜內(nèi)外的離子運動的生物電流產(chǎn)生的磁場；如心磁場10－11T，腦磁場10－12T②定常磁場：自然界含有鐵性成分及某些磁性物質(zhì)(如Fe3O4粉塵等）經(jīng)呼吸道吸入或經(jīng)消化道食入人體內(nèi)而形成的磁場；10－8T③感應(yīng)磁場：生物磁性材料（如肝、脾）在外磁場的作用下產(chǎn)生的磁場;④誘發(fā)磁場：在外界刺激下產(chǎn)生誘發(fā)電位，引起誘發(fā)磁場。如誘發(fā)腦磁場10－13T2023/6/443第四十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/444第四十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一三、機體與外磁場的相互作用1、感應(yīng)電動勢：生物（帶電）體在磁場中運動所致。分子極化——電荷再分布；帶電粒子遷移——傳導(dǎo)電流；2、洛侖茲力：

磁場中，帶電粒子改變原來的運動方向?；瘜W(xué)物質(zhì)內(nèi)部再分布。3、磁化：

具有固有磁矩的永磁偶極子、磁性微粒、正負離子、自由基等受磁場力矩作用產(chǎn)生磁化。沿外磁場取向（離子轉(zhuǎn)動、改變分子鍵角）4、磁力：

使具有固有磁矩的微粒產(chǎn)生位移。導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)的擴散和積累。2023/6/445第四十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2.1人體自身磁場的應(yīng)用產(chǎn)生的原因：生物電流是引起生物磁場的淵源生物磁性材料：活體組織、器管等組成的物質(zhì)具有一定的磁性，成為生物磁性材料。他們在地磁場的作用下形成感應(yīng)場，例如人的脾臟所呈現(xiàn)出的磁性就屬于這一類生物體本身還有磁性物質(zhì)產(chǎn)生的磁場主要應(yīng)用心磁圖腦磁圖肺磁圖核磁共振成像2023/6/446第四十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生物磁場的測量目前探測到的有：心磁場、腦磁場、肺磁場、肌磁場、肝磁場超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）靈敏度可達10-14量級心磁圖（MCG）和心電圖一樣具有p波、ＱRS波群和T波2023/6/447第四十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一Baule和McFee于1963年用線圈式磁量計首次測得心臟的磁場。1970年前后由于超導(dǎo)量子干涉儀（Superconductingquantuminterferencedevice，SQUID）的發(fā)明，Cohen開始用SQUID在磁場屏蔽室內(nèi)首次記錄到了良好的心磁圖，由此推動了心磁圖的臨床應(yīng)用。1986年中國科技大學(xué)研制成功了我國第一臺心磁圖儀?，F(xiàn)階段已有一定數(shù)量的心磁圖測量設(shè)備問世且投入臨床應(yīng)用，如美國CMI公司九通道心磁圖儀、德國SQUID公司心磁圖儀MCG7等2023/6/448第四十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一心磁場與心磁圖

(Magnetocardiogram)●心肌的興奮→心臟電場→體外（心）磁場。在體外測定胸部周圍磁場變化，記錄下來就是心磁圖。心磁圖與心電圖一樣，用P波、QRS波群、T波、和S－T段命名2023/6/449第四十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一心磁圖心磁圖比心電圖信號更微弱，但是更加穩(wěn)定，靈敏度更高，因采用非接觸記錄，可不受肺、胸壁、肋骨等介質(zhì)的干擾，獲取的信號和信息更加真實、準確，且心磁圖能比心電圖提供更多的信息。2023/6/450第五十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一●心磁圖與心電圖比較：心磁圖是非接觸性的記錄法，SQUID磁強計裝置體積大且價格昂貴。2023/6/451第五十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一腦磁圖神經(jīng)沖動的傳輸同樣由生物電信號的傳導(dǎo)實現(xiàn)，即產(chǎn)生動作電位的變化，繼而產(chǎn)生微弱的腦電流。腦電流的存在也必然引起腦磁場的存在。1968年科恩（Cohen）博士在美國麻省理工大學(xué)磁場研究所磁屏蔽室內(nèi)首次進行了腦磁場圖像測量，并成功記錄腦磁圖（Magnetoencephalography,MEG）腦磁圖是現(xiàn)代生物工程的超導(dǎo)技術(shù)、影像融合技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。其核心硬件包括磁屏蔽室、探頭部分和專用刺激系統(tǒng)、采集和處理工作站2023/6/452第五十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一?腦電神經(jīng)活動聯(lián)系著體內(nèi)復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)，支配著從運動、體感、聽覺、視覺等基本功能，到語言、情感、思維等高級功能。?微弱的電(磁)信號有波形、幅度、能量、頻率、相位、頻譜等特征，與特定的正常和異常生理活動過程相對應(yīng)?！衲X磁圖是腦神經(jīng)細胞的生物電流產(chǎn)生的磁場，在頭部表面的檢測結(jié)果。測量的是體內(nèi)神經(jīng)電流源引發(fā)的瞬間磁場。腦磁圖(Magnetoenceghalogram)2023/6/453第五十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一腦磁圖檢測分類：①自發(fā)性腦磁場：α波；癲癇性棘波。②誘發(fā)性腦磁場：體感意識、聽覺、視覺等誘發(fā)磁場。③內(nèi)因性腦磁場：意識、隨意運動前主觀設(shè)想、抽象思維。優(yōu)點：不受組織電阻的影響；無損傷；對腦內(nèi)興奮部位推斷有獨特性腦磁圖藍色區(qū)為癲癇灶2023/6/454第五十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一腦磁圖儀現(xiàn)多通道腦磁圖儀有美國4D-Neuroimaging公司生產(chǎn)出的148通道、248通道全頭型生物磁儀芬蘭Neuromag公司、Elekta公司生產(chǎn)出的122通道及306通道的全頭型生物磁儀。2023/6/455第五十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/456第五十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一肺磁場肺磁圖（Magnetopneumogram,MPG）首先是由Cohen于1973年探測出我國南開大學(xué)也于1981年開始了關(guān)于肺磁場的研究，并且已取得了一定的研究成果。與傳統(tǒng)的x射線胸片、肺功能狀況檢測相比，肺磁場測量具有無損傷、靈敏度高、可重復(fù)性好等優(yōu)點。肺磁場的產(chǎn)生不同于腦磁場、心磁場，它不是由于體內(nèi)生物電流產(chǎn)生的，而是由侵入肺中的強磁性物質(zhì)（肺滯留塵）產(chǎn)生的。加磁場的作用下被磁化，而產(chǎn)生剩余磁場。從體外用磁化器將肺磁化使肺內(nèi)粉塵帶上磁性，在中斷磁化之后，通過測定前面提到的剩余磁場即可知道其肺內(nèi)蓄積的粉塵量及其分布情況2023/6/457第五十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一肺磁場●多數(shù)粉塵具有磁性：肺內(nèi)積蓄的粉塵在外部強的恒磁場下將被磁化。▼把外加恒磁場撤去，肺內(nèi)被磁化的粉塵產(chǎn)生的附加磁場仍然存在，經(jīng)測定可推測粉塵的量和分布情況?！裉綔y方法：▼用工頻消磁器使肺部污染的強磁性物質(zhì)去磁，諸點測量作第一張肺磁圖▼施加一均勻磁場使污染物質(zhì)磁化，做第二張肺磁圖；▼兩張肺磁圖對應(yīng)點數(shù)據(jù)相減，得第三張肺磁圖即為強磁性污染剩余場在肺中的分布圖。2023/6/458第五十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2.2磁場對細胞作用生物學(xué)研究降低生物反映速率，減弱大分子轉(zhuǎn)動擴散使和化學(xué)反應(yīng)效率有關(guān)的鍵角變化使ＤＮＡ、ＲＮＡ中的質(zhì)子隧道效應(yīng)變化磁場分為穩(wěn)恒磁場和變磁場磁場參數(shù)包括磁場類型、場強大小、均勻性、方向性、作用時間等;細胞因子包括細胞的磁性、種類、敏感性、作用部位等,這些參數(shù)都是影響磁場細胞生物學(xué)效應(yīng)的主要因素。2023/6/459第五十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/460第六十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/461第六十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一cnki文獻2023/6/462第六十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一穩(wěn)恒磁場對細胞生物學(xué)作用趙大源等[1]用0.2T恒磁源作用于兔腹部、背部脊柱兩側(cè),結(jié)果顯示加磁組的NK細胞活性明顯增強,表明應(yīng)用磁療可增強機體的免疫調(diào)節(jié)功能。趙大源,付研,李紅利等.恒磁場對家兔自然殺傷細胞活性的影響.中華物理醫(yī)學(xué)雜志,2000;(3):185-186自然殺傷細胞，含有穿孔蛋白和粒酶顆粒的非特異性細胞毒淋巴細胞。是固有免疫系統(tǒng)的主要成員，對殺傷腫瘤細胞和病毒感染細胞起重要作用2023/6/463第六十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一呂安林等發(fā)現(xiàn)在0.35T的恒磁場中體外培養(yǎng)的離體兔主動脈平滑肌細胞的增殖數(shù)量顯著低于對照組,說明恒磁場對細胞的增殖有抑制作用。呂安林,高歌,賈國良等.恒磁場離體兔動脈平滑肌細胞的抑制效應(yīng).中華物理醫(yī)學(xué)雜志,2000;(5):288-2902023/6/464第六十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一賈國良等研究了恒磁場對人臍靜脈內(nèi)皮細胞的影響,結(jié)果顯示0.05mT的恒磁場可以促進該細胞的增殖;人臍動脈平滑肌細胞(VSMC)的實驗顯示,1mT和5mT的恒磁場均能抑制VSMC的增殖。2023/6/465第六十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一端禮榮等研究了不同強度恒磁場對肢芽細胞和腦神經(jīng)細胞作用,結(jié)果顯示各組磁場強都能明顯抑制細胞增殖和分化,并顯示強度效應(yīng)關(guān)系,進而給出了抑制細胞分化、增殖可能是穩(wěn)恒磁場強度致發(fā)育危害的主要原因,并認為恒磁場抑制細胞分化和增殖與其蛋白質(zhì)和脂質(zhì)過氧化物的合成有關(guān)。2023/6/466第六十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一小鼠初級精母細胞和骨髓紅細胞的磁場實驗顯示,隨著場強的增加,精母細胞染色體畸變、骨髓紅細胞微核率顯著增高,說明高強度磁場對體細胞和生殖細胞有致突變性。2023/6/467第六十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一低頻磁場對細胞的生物學(xué)作用磁場作用可能損傷DNA復(fù)制和有絲分裂,引起染色質(zhì)的破壞。這種損傷對惡性腫瘤細胞表現(xiàn)更為敏感,因為惡性腫瘤細胞屬于一種不受宿主控制的高速增殖的異變性細胞,容易受磁場作用的影響。2023/6/468第六十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一張滬生等用電鏡可觀察到超低頻磁場可使鼠S-180肉瘤的有絲分裂相減少,可損傷肉瘤細胞核的DNA復(fù)制和抑制細胞的有絲分裂,并且癌細胞周圍可出現(xiàn)炎性細胞磁場影響癌細胞的代謝:磁場使癌細胞的惡性程度降低,抑制其高速和異形生長;磁場抑制癌細胞的分裂和DNA的復(fù)制;磁場提高細胞免疫功能,加強淋巴細胞、漿細胞反應(yīng)。2023/6/469第六十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2.3磁療1、在病人的患處或其他部位（如經(jīng)穴）施加適當強度的恒定磁場或交變磁場，可以治療一些疾病，稱為磁場療法或簡稱磁療；2、還有用強磁材料作成磁手鐲、磁項鏈，磁椅和磁床等，以治療高血壓和消除疲勞．3、磁麻:已經(jīng)把磁麻應(yīng)用到拔牙、切除扁桃體和粉瘤等手術(shù)，收到較好的效果;4、利用經(jīng)磁場處理的水（簡稱磁水或磁化水）浸種、育秧或灌溉，以及用磁水養(yǎng)魚，可以提高種子發(fā)芽串，促使作物長勢好，收到增產(chǎn)的效果，或使魚病減少，促進魚的發(fā)育生長。；5、人體磁圖：心磁圖、腦磁圖和神經(jīng)磁場、肺磁圖。2023/6/470第七十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一●利用磁場治病，我國已有兩千多年的歷史。利用磁場的生物效應(yīng)，已制成多種磁療儀器。簡單的有磁石穴位粘帖膠布、磁化水杯、磁枕、磁性腹帶等。特點：安全、方便、無痛苦。依據(jù)：中醫(yī)經(jīng)絡(luò)理論，在人體經(jīng)穴處施加磁場。作用：活血化淤、鎮(zhèn)靜止痛、消腫消炎、安神降壓等。療效：高血壓、神經(jīng)衰弱、各種疼痛性疾病乳肌勞損、扭挫傷、骨質(zhì)增生、類風濕關(guān)節(jié)炎等。磁場類型：恒定磁場、旋轉(zhuǎn)磁場、脈沖磁場、交變磁場等研究內(nèi)容：磁場類型、磁場強度、作用部位、治療時間等

2023/6/471第七十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2.4生物電磁場的熱點問題流行病學(xué)調(diào)查研究1979年首次報道了磁場暴露與兒童白血病關(guān)聯(lián)性的流行病學(xué)報道實驗室活體研究重點主要在低強度、低頻磁場對腫瘤相關(guān)性和胚胎發(fā)育的致畸作用等方面細胞和分子水平研究實驗證實，磁場對細胞信號傳遞中細胞間的通訊功能有抑制作用弱電磁場照射的生物學(xué)效應(yīng)目前還沒無定論，環(huán)境中低頻弱磁場的安全標準尚無統(tǒng)一2023/6/472第七十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2.5電磁輻射的安全標準

ANSI/IEEEC95.1-1992中規(guī)定，輻射限值為10mW/cm2。我國環(huán)保局制定的GB8702-1988中規(guī)定：職業(yè)輻射限值為1mW/cm2。2023/6/473第七十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.3、生物體的機械特性人體機械性質(zhì)主要是彈性和粘性；彈性：外力加于物體時，物體可發(fā)生形變，外力除去后物體就恢復(fù)原形；例如,血管具有各向異性；粘性：在材料上加上外力，相應(yīng)地可隨意移動的性質(zhì)；例如,血液等非均勻結(jié)構(gòu)流體；粘彈性：生物體由高分子組成的材料，粘性和彈性都存在；形變復(fù)雜；彈性材料受外力作用，形變與外力成比例，當形變非常大時偏離了比例關(guān)系，發(fā)生屈服現(xiàn)象；屈服極限用屈服點的應(yīng)變表示；粘滯系數(shù)楊式模量應(yīng)變2023/6/474第七十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一天然關(guān)節(jié)軟骨的摩擦行為研究錢善華中國礦業(yè)大學(xué)2009-06-01博士研究軟骨不同加載模式的變形特征,討論軟骨滑動和擺動的摩擦行為特征,模擬軟骨液體的滲流特征。研究結(jié)果為認識天然關(guān)節(jié)的承載特性與運動機制、揭示天然摩擦副的生物摩擦學(xué)機理和研發(fā)高性能的人工軟骨提供更多的試驗和理論依據(jù)。研究了軟骨對玻璃和軟骨對軟骨層的滑動摩擦行為,發(fā)現(xiàn)較高的變形量有助于提高固體基質(zhì)間的接觸幾率,致使摩擦系數(shù)與時間呈增加趨勢

2023/6/475第七十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一人體關(guān)節(jié)軟骨粘彈性的實驗研究獲得國人正常關(guān)節(jié)軟骨粘彈性的相關(guān)數(shù)據(jù)、曲張及特性值。為從生物力學(xué)角度解釋關(guān)節(jié)軟骨的生理功能，進一步認識關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病機理提供了理論依據(jù)，2023/6/476第七十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.3.1力、加速度和振動加于生物體上的力不都是由骨來承受，骨的結(jié)構(gòu)是不均勻的復(fù)合材料體，所以承受沖擊力的能力強；但有加速度作用時，則相當脆弱。

加速度對體內(nèi)各部分的影響:

循環(huán)系統(tǒng)中，心臟陰影面積減小，心輸出量減小，血壓下降等；視野變窄、失明，喪失意識等，可認為和上述循環(huán)系統(tǒng)的變化有關(guān)；

呼吸機能也發(fā)生變化；

注意：生物體耐受加速度的程度，在連續(xù)加速度時是4個重力加速度左右。2023/6/477第七十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一振動頻率不同，作用也不同。噪音效應(yīng)：

1）長時間在80~90分貝的高水平聲場中，發(fā)生主要是對高頻聲音的聽力減退；

2）50~70分貝以上的聲音，通過聽覺作用于植物神經(jīng)，出現(xiàn)末梢血管阻抗增加，唾液分泌，交感神經(jīng)緊張，消化機能減退，心率增加，呼吸次數(shù)增加和各種激素分泌量發(fā)生變化等現(xiàn)象；

3）噪音通過聽覺使日常生活受到心理上的擾亂，工作效率降低。4）心理強度（嘈雜度）與單一聲音強度不同例：白云機場噪聲污染調(diào)查之1:機場邊的呼嘯村莊-21CN.COM-新聞

2023/6/478第七十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一生理學(xué)的和心理學(xué)的變化影響1、視力減退；2、不愉快感，睡眠障礙等；3、呼吸頻率，氧消耗量增加；4、循環(huán)狀態(tài)變化；5、長時間受到更激烈的振動時，產(chǎn)生雷諾氏病癥狀（四肢末端蒼白）、冷感等

2023/6/479第七十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.3.2超聲波生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)超聲波：頻率大于20KHz的機械波超聲波應(yīng)用超聲成像超聲治療2023/6/480第八十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波是指頻率在2*104Hz以上（上限1012Hz）的人耳聽不到的聲波。超聲波生物效應(yīng)指一定強度的超聲波照射生物體時，對于生物組織的狀態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)或功能所產(chǎn)生的影響，與聲強度、頻率以及生物組織本身的性質(zhì)關(guān)系極大，又表現(xiàn)為可逆（低聲強100mW/cm2）和不可逆效應(yīng)。超聲波生物效應(yīng)一般分為熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和空化效應(yīng)。

熱效應(yīng)：生物組織經(jīng)一定強度的超聲照射時，超聲的一部分能量被組織吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜徇\動能量，釋放出熱量使之溫度升高。

機械效應(yīng)：經(jīng)超聲照射可使生物體內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)生位移、速度、加速度，并由此造成組織內(nèi)部壓強周期性的變化。

空化效應(yīng)：超聲在液體內(nèi)會導(dǎo)致微小氣泡的產(chǎn)生、生長、運動，以致破滅的一系列過程。10W/cm2，超聲手術(shù)刀。2023/6/481第八十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲治癌HIFU(HighIntensityFocusedUltrasound)2023/6/482第八十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲治癌(HIFU)重慶海扶（HIFU）技術(shù)有限公司是由重慶醫(yī)科大學(xué)、重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院、重慶科技風險投資有限公司、研究人員等于1999年共同發(fā)起成立2023/6/483第八十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一低功率超聲誘導(dǎo)微泡試劑致腫瘤血管栓塞療法超聲空化產(chǎn)生空化效應(yīng)需用高強度超聲輻射，在有效殺滅靶組織的同時也造成周圍組織損傷，而無法將其引入血管栓塞治療。研究表明，在組織中含有微泡試劑時，低劑量超聲即可產(chǎn)生聲孔效應(yīng)，可應(yīng)用于加強血栓的消融。東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院的臨床實驗表明僅用低功率的超聲輻射，即可使微泡產(chǎn)生空化,破碎微血管管壁和部分周圍組織,激活內(nèi)源或外源性凝血,誘發(fā)大面積毛細血管血栓形成,阻斷作用區(qū)域的直接血液供給途徑；2023/6/484第八十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一低聲強刺激骨傷愈合2023/6/485第八十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一低聲強刺激骨傷愈合2023/6/486第八十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲美容超聲波對人體細胞的微按摩、溫熱效應(yīng)。改變細胞膜的通透性改善血液循環(huán)增強藥物透入3-4MHzCW0.25-0.5W/cm22023/6/487第八十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲減肥1992年超聲去脂法巧妙地除去體內(nèi)多余脂肪超聲去脂的原理是利用探頭插入脂肪組織內(nèi)，利用超聲波的物理及化學(xué)特性選擇性地破壞脂肪細胞，而對其中的血管、淋巴管及神經(jīng)組織不會造成任何損傷，然后通過隱蔽的0.5~1.0厘米的皮膚小切口將破碎的液體脂肪析出體外。2023/6/488第八十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲減肥2023/6/489第八十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一1.皮下注射特制溶液.2.超聲作用(20-40KHz)超聲減肥2023/6/490第九十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲減肥

3.排出油脂

2023/6/491第九十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲減肥2023/6/492第九十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一93波動的物理量1波長2波的傳播速度3周期和頻率4振幅2023/6/493第九十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一94液體和氣體中縱波B容變彈性模量。B=γP，其中γ為氣體定壓比熱與定容比熱之比，P為氣體內(nèi)部常壓力。在固體中橫波縱波G

切變彈性模量，Y

是楊氏模量

密度。波在介質(zhì)中的傳播速度是由介質(zhì)的性質(zhì)決定的，可以證明：在彈性媒質(zhì)中，波速與彈性模量的平方根成正比，而與媒質(zhì)密度的平方根成反比。2023/6/494第九十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一955波動能量動能：波源振動通過彈性媒質(zhì)傳播出去，使媒質(zhì)中原來不動的質(zhì)點產(chǎn)生振動，因而具有動能。勢能：同時媒質(zhì)因形變而具有勢能波的傳播過程即是振動的傳播過程，又是能量傳遞過程。在不傳遞介質(zhì)的情況下而傳遞能量是波動的基本性質(zhì)。給出的是單位體積內(nèi)中所有質(zhì)點的動能和勢能2023/6/495第九十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一965波動的能量討論：（1）任一時刻體積元動能與其勢能總是相等，（2）波動中體積元的能量與單一諧振動系統(tǒng)的能量有著顯著的不同。在單一諧振動的系統(tǒng)中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，動能最大時，勢能最小，勢能最大時，動能最小，系統(tǒng)機械能守恒。在波動情況下，任一時刻任一體積元的動能與勢能總是隨時間變化的，變化是同步的，值也相等，這說明體積元總能量不能為常數(shù)，即能量不守恒（體積元）2023/6/496第九十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一975波動的能量（3）波動中體積元能量不守恒原因：每個體積元都不是獨立地做諧振動，它與相鄰的體積元間有著相互作用。因而相鄰體積元間有能量傳遞，沿著波傳播方向，某體積元從前面介質(zhì)獲得能量，又把能量傳遞給后面介質(zhì)，這樣，通過體積元不斷地吸收和不斷傳遞能量，所以波動是能量傳遞的一種形式。2023/6/497第九十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一6.聲壓縱波在彈性媒質(zhì)內(nèi)傳播過程中,媒質(zhì)質(zhì)點的壓強是隨時間變化的,媒質(zhì)質(zhì)點的密度時疏時密,從而使平衡區(qū)的壓力時強時弱,結(jié)果導(dǎo)致有波動時壓強(PW)與無波動時壓強(PO)之間有一定額壓強差(PW－PO),這一波動壓強稱為聲壓。對于一無吸收媒質(zhì)的平面波,有波動時壓強的最大值與沒有波動作用時各點壓強的差值稱為壓強振幅(Pm),它可由下式確定：

Pm=ρcVm

即：聲壓振幅Pm與媒質(zhì)密度ρ、質(zhì)點運動速度的最大值Vm及波速c成正比。

982023/6/498第九十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一7聲強聲強是表示聲的客觀強弱的物理量,它用每秒鐘通過垂直于聲波傳播方向的1平方厘米面積的能量來度量,它的單位是焦耳／(秒·平方厘米)［J/(s·cm2)］。

聲強與聲源的振幅有關(guān),振幅越大,聲強也越大;振幅越小,聲強也越小。當聲源發(fā)出的聲波向各個方向傳播時,其聲強將隨著距離的增大而逐漸減弱。這是由于聲源在單位時間內(nèi)發(fā)出的能量是一定的,離開聲源的距離越遠,能量的分布面也越大,因此通過單位面積的能量就越小?；谶@一原理,在超聲診斷探頭發(fā)射超聲時,必須考慮波束的聚焦,它可以減小聲能的分散,使聲能向一個比較集中的方向傳播,因而可以增加診斷探測的深度。

2023/6/499第九十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一8.聲阻抗率

聲阻抗率是描述聲波傳播彈性媒質(zhì)的一個重要物理量。對于各向同性的均勻媒質(zhì)中無衰減的平面自由行波來說,媒質(zhì)中某點有效聲壓P與振動質(zhì)點速度有效值V之比稱為聲阻抗率,它用Zs表示：

Zs=P／V=ρc

實際上,聲壓與質(zhì)點振速不一定同相位,所以聲阻抗率是2個同頻率、但不同相的余弦量的比值,并不是一個恒量。對于無衰減的平面行波,聲壓和振速可視為同相,媒質(zhì)各點的聲阻抗率是同一個恒量ρc,對一定頻率的聲波來說,它只決定于媒質(zhì)密度ρ和波速c的乘積。

聲阻抗率和電學(xué)中一個無限長、無損耗傳輸線的特性阻抗相似,其中聲壓相當于電壓,振速相當于電流強度,聲阻抗率相當于電阻。通常聲阻抗率是一個復(fù)數(shù),其實部稱為聲阻率,虛部稱為聲抗率。人體正常組織的聲阻抗率的平均值約為1.5×106牛頓·秒/米3(N·s／m3),而與超聲測量有關(guān)材料的密度和聲阻抗率則如表所示。

2023/6/4100第一百頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/4101第一百零一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一

超聲波超過人耳聽閾上限的聲波，即大于20KHz的稱為超聲波（Ultrasonicwave)臨床常用的超聲波頻率:2～10MHz聲阻抗：介質(zhì)傳播超聲波能力的物理量，是超聲波檢測的對象介質(zhì)密度超聲傳播速度聲阻抗(g/cm3)(m/s)(kg/m2.s)空氣0.0012933242.9水0.9934152315130血液1.055157013530軟組織1.016150015240肌肉1.074156816840肝1.050157014100骨1.658386055710在人體不同介質(zhì)中傳播時的聲速和聲阻抗102第一百零二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波的傳播特性反射（Reflection）

發(fā)生：不同的聲阻抗分界面（只要有10/00的聲阻抗差）界面厚度遠大于波長θ1

θ2θ3入射波反射波超聲診斷儀：利用人體組織對超聲波的反射作用，從聲反射波種提取醫(yī)學(xué)診斷信息注意：超聲不適于檢查肺、骨等于周圍軟組織聲阻抗差別大的臟器也不適于檢查無聲阻抗差的臟器折射波折射（Refraction）103第一百零三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波的傳播特性繞射（Diffraction)當障礙物的直徑略小于波長時，超聲波繞過該障礙物繼續(xù)前進，如圖所示。所以，波長越小，能發(fā)現(xiàn)的障礙物越小，分辨力越高。波長小，頻率高，對組織的穿透能力差104第一百零四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波的傳播特性散射（scattering）

當障礙物的直徑遠小于波長時，將有一部分能量被散射，散射源作為一個新的發(fā)射源向各個方向發(fā)射超聲波。

紅細胞是血流中主要的散射體，紅細胞的背向散射是彩色血流多普勒探測的基礎(chǔ)。105第一百零五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波的傳播特性衰減（Diffraction）隨著超聲在介質(zhì)中的傳播，能量不斷減少，原因，反射，散射，吸收等原因，其中吸收是主要因素。106第一百零六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一二、超聲儀器的工作模式

基本成像系統(tǒng)

脈沖回波成像原理

A型超聲

M型超聲

B型超聲C型超聲

107第一百零七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.1基本成像系統(tǒng)基本脈沖回波式成像系統(tǒng)：Z接受電路發(fā)射電路顯示器RT換能器108第一百零八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.2脈沖回波成像原理

1231右圖為：超聲波經(jīng)過不同組織反射顯示屏的顯示

231界面1界面21

231’21

232’3211109第一百零九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.3A型超聲它是根據(jù)聲波的時間與振幅的關(guān)系，來探測聲波的回波情況，其定位準確性高，110第一百一十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一Ａ型（超聲示波法）機理：以波幅變化反映回聲情況特點：一維波形圖，不直觀用途：鑒別液、實性包塊，測距目前臨床不再使用111第一百一十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一A型超聲示意圖距離振幅A型超聲實例112第一百一十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.4M型超聲M型超聲波診斷儀是輝度調(diào)制。M超常用于檢測心臟疾病，也叫超聲心動圖，探頭M型時間深度與A型關(guān)系：每一條縱深的線都是一次A型探查，只是A表示為幅度，M表示為亮度M型掃描：得到的是該直線上各點的運動信息113第一百一十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一Ｍ型（超聲掃描法）機理：以單聲束取樣，獲得活動界面回聲，再以慢掃描方式展開特點：一維－時間運動曲線圖用途：分析心臟和大血管的運動幅度114第一百一十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一M型曲線圖115第一百一十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.5B型超聲而B超顯示的正是探頭移動線和聲束方向構(gòu)成的平面上人體組織的二維斷層圖像，即超聲影像圖。原理圖：與A型的關(guān)系，每一條縱深的線為一個A型探查，與M型的關(guān)系：M型是對某一部位不懂，掃描得到的是某一直線上（深度）的運動信息B型是沿一條線運動掃描出來是一個切面的信息發(fā)射電路接收電路同步信號發(fā)生器被探查體顯示器換能器116第一百一十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.5B型超聲B型超聲的探查與顯示：117第一百一十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一Ｂ型（超聲顯象法）機理：不同的光點反映回聲變化，用切面顯示正常組織與異常組織特點：二維斷面圖像，灰階/彩階實時顯示，直觀用途：及其廣泛

118第一百一十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一肝臟B超心臟B超119第一百一十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.6C型超聲系統(tǒng)在一個很短的時間內(nèi)開啟接受電路，采集指定深度處的信息，必須不斷的移動掃描線并重復(fù)上述過程，這樣作很費時，也很難獲得實時圖像，一般超聲儀上不配備這種工作方式。120第一百二十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用胎兒的

B超影像121第一百二十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一實例122第一百二十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2超聲多普勒成像儀1842年奧地利物理學(xué)家多普勒（Doppler）發(fā)現(xiàn)并研究了光波的“頻移”現(xiàn)象，后被命名為“多普勒效應(yīng)”。此效應(yīng)是指波源將某一頻率f的波以一種固定的傳播速度向外輻射時,如果發(fā)射波的波源與接收波的接收系統(tǒng)產(chǎn)生相對運動，則所接收到的波的頻率f′會發(fā)生變化（即頻移），兩個頻率的差值

Δf=f′-f。在聲源與接收系統(tǒng)之間的運動為相向的情況下，Δf為正值（f′＞f，接收頻率提高）；而相背運動的情況下，Δf為負值（f′＜f，接收頻率降低）。2023/6/4123第一百二十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流－PW2023/6/4124第一百二十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的原因

當聲波在某種介質(zhì)中以固定的傳播速度c前進時，聲速c(m·s-1)為波長λ(m)和頻率f(s-1)的乘積，即c=λ·f；如果聲源與接收系統(tǒng)之間存在著相對運動，相對運動的速度為

v，則聲波向接收系統(tǒng)的相對傳播速度c′為：原來傳播速度c與相對運動v的迭加，即c′=c+v。在前式c=λ·f中波長λ不會因相對運動的存在而改變，只是聲速c改變?yōu)閏′。此時，只有f也隨之改變?yōu)閒′才能維持c′=λ·f′成立，于是有:

f′＝c′／λ＝（c＋v）／λ

Δf＝f′－f＝（c＋v）／λ－c／λ＝v／λ

將λ=c／f代入上式，有

Δf＝f·v／c

2023/6/4125第一百二十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一不過在實際應(yīng)用中，超聲的發(fā)射與接收并不一定正對著探測目標的運動方向，多數(shù)情況下它們之間會存在一個夾角θ，因此上述多普勒頻移量Δf的完整表達式應(yīng)為：

Δf＝2fcosθ·v／c

2023/6/4126第一百二十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一（a）為目標相對于聲源固定，回波頻率未變化；（b）血流背向聲源運動，v→＝－｜v→｜，回波頻率降低（f′＜f）；（c）血流朝向聲源運動，v→=＋｜v→｜，回波頻率升高（f′＞f）。

2023/6/4127第一百二十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.4光的作用2023/6/4128第一百二十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一光輻射包括紫外輻射（UVR）從大約100~400nm，可見光從大約400~760nm，紅外輻射從大約760nm~1mm。

光譜中的可見光、近紅外部分在太陽的輻射光譜中量最大，皮膚反射量也大，而很少的紫外光和遠紅外光，皮膚卻能夠大量吸收、反射極少；

皮膚的角質(zhì)層由扁平表皮細胞組成，可強烈吸收光化紫外線UV（200~320nm）而引起曬傷，也強烈吸收遠紅外線。激光對人體的作用：溫熱效應(yīng)、壓力效應(yīng)、光化效應(yīng)、電磁場效應(yīng)。

眼睛對激光的作用較為敏感。美國標準（ANSI）將激光按輸出分成5個等級，制定對眼（直接、間接光）、皮膚的容許能量的3個種類值。

2023/6/4129第一百二十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一眼睛本身既是一個透光器，又是一個聚光器，眼內(nèi)的虹膜和眼底組織由于含有大量色素，又是一個良好的光吸收器，因此極易受到激光損傷。

集中吸收光能量，引起蛋白質(zhì)凝固，破壞黃斑等重要部分，使視力有永久喪失的危險。2023/6/4130第一百三十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2.5放射線的作用放射線是短波長的電磁波，醫(yī)療上是用X射線及更寬范圍波長和能量的放射線；

放射性射線的作用：成像放療致癌2023/6/4131第一百三十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線對人體的危害輻射損傷的機制軀體效應(yīng)遺傳效應(yīng)影像輻射損傷的因素輻射性質(zhì)輻射劑量劑量率照射方式和部位環(huán)境因素2023/6/4132第一百三十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線與人體作用穿透作用熒光作用電離作用生物效應(yīng)生物細胞在受到X射線的電離輻射后，有可能造成損傷甚至壞死X射線的防護X射線用于治療2023/6/4133第一百三十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一新一代納米分布微鉛防護服2023/6/4134第一百三十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線防護實例2023/6/4135第一百三十五頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線防護實例2023/6/4136第一百三十六頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線防護實例2023/6/4137第一百三十七頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/4138第一百三十八頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一2023/6/4139第一百三十九頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線防護實例2023/6/4140第一百四十頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一X射線防護實例2023/6/4141第一百四十一頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一人工輻射源對公眾產(chǎn)生的平均年劑量值如下表所列。

輻射源劑量(毫希/年)

放射診斷0.22

放射治療0.03

醫(yī)用同位素0.002

放射性廢物0.002

核爆炸落下塵0.01

職業(yè)照射0.009

其他輻射源0.012

核電站周圍0.001～0.02

常用的單位2023/6/4142第一百四十二頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一一醫(yī)用X射線機防護的技術(shù)要求醫(yī)用X射線診斷工作者所受的職業(yè)照射應(yīng)遵守實踐正當性和防護的最優(yōu)化原則，并不應(yīng)超出下述劑量的限制：連續(xù)五年內(nèi)平均有效劑量20mSv任何一年中有效劑量50mSv眼晶體的當量劑量每年150mSv手腳及皮膚的當量劑量每年500mSV2023/6/4143第一百四十三頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一一、輻射損傷機制當X射線照射到人體時，與人體的細胞、組織等物質(zhì)相互作用，引起物質(zhì)原子的激發(fā)和電離，可破壞體內(nèi)某些大分子的結(jié)構(gòu)，

如：蛋白質(zhì)分子鏈斷裂；核糖核酸鏈的斷裂；破壞某些對物質(zhì)代謝有重要意義的酶，造成新陳代謝障礙，甚至直接損傷細胞的結(jié)構(gòu)；此外X射線還能電離體內(nèi)的水分子，形成自由基，這些自由基的作用間接損傷機體。因此X射線可以直接或間接地擾亂和破壞細胞和組織的正常代謝活動，甚至破壞細胞和組織的結(jié)構(gòu)。一定量的電離輻射作用于機體后引起病理反應(yīng)，稱為軀體效應(yīng)；如果影響被照射的后代，稱為遺傳效應(yīng)2023/6/4144第一百四十四頁，共一百五十九頁，編輯于2023年，星期一