第六節(jié)微波的生物效應(yīng)

第六節(jié)微波的生物效應(yīng)第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)微波的生物效應(yīng)

及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用一、微波基本知識二、微波的生物效應(yīng)三、微波治療惡性腫瘤四、微波電磁場的防護(hù)第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一一、微波基本知識第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一一、微波基本知識微波的特點微波的產(chǎn)生微波的傳輸方式第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

微波的特點微波輻射到物體上時會發(fā)生顯著的反射，其傳播特性同幾何光學(xué)相似，具有直線傳播的近似性微波能深入到物質(zhì)內(nèi)部，同物質(zhì)發(fā)生相互作用產(chǎn)生熱效應(yīng)利用這種熱效應(yīng)，可進(jìn)行臨床加熱消毒、微波熱療及對腫瘤的治療等第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的產(chǎn)生常用的主要器件有:磁控管、速調(diào)管、半導(dǎo)體效應(yīng)管、雪崩管、變?nèi)莨艿犬?dāng)要求產(chǎn)生的微波功率較小時，可以采用速調(diào)管，半導(dǎo)體效應(yīng)管等；當(dāng)要求產(chǎn)生的微波功率較大時，可采用磁控管。其脈沖微波功率峰值可達(dá)10kw，連續(xù)微波的最大功率也可達(dá)10kw。第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波傳輸線在醫(yī)用微波中通常采用同軸線和波導(dǎo)作為傳輸線第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

1）同軸線

硬同軸線

不能隨意彎曲功率容量大衰減小。軟同軸線（同軸電纜）可隨意彎曲損耗較大功率容量較小第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2）波導(dǎo)波導(dǎo)是一種傳播電磁波的空心金屬管。波導(dǎo)的特點能把電磁能量全部封閉在管內(nèi)，不向外界輻射結(jié)構(gòu)簡單、耐用、損耗小、功率大

第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一二、微波的生物效應(yīng)微波生物學(xué)效應(yīng)微波與生物體相互作用后所產(chǎn)生的各種生理、病理反應(yīng)第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一二、微波的生物效應(yīng)微波在生物組織中的傳播微波的熱效應(yīng)微波的非熱效應(yīng)第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

微波在生物組織中的傳播當(dāng)微波照射到組織時，會引起組織的變化，同時，也必然會產(chǎn)生反射、折射和衰減。

1）微波在均勻組織中的傳播

2）微波在平面分層媒質(zhì)中的傳播第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1）微波在均勻組織中的傳播假定生物組織是無窮大的均勻組織，微波為均勻平面波微波進(jìn)入組織后由于電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，將引起組織溫度的升高微波的電磁能量隨著深度的增加而減少即衰減當(dāng)微波進(jìn)入組織時，組織表面的能量密度是最大的，隨著微波向組織的滲透，其能量呈指數(shù)衰減微波能量衰減的快慢與組織的電特性有關(guān)第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波透射深度1)滲透深度為微波功率從物料表面減至表面值的1/e（36.8％）時的距離，用DE表示，e為自然對數(shù)底值。

式中λ0――自由空間波長

εr――介電常數(shù)

tgδ――介質(zhì)損耗第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波透射深度2)微波功率從物料表面衰減到表面值的1/2時的距離，即所謂半功率滲透深度D1/2。滲透深度隨波長的增大而變化，換言之，它與頻率有關(guān)，頻率越高，波長越短，其穿透力也越弱由于一般物體的，微波滲透深度與所使用的波長是同一數(shù)量級的第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波透射深度微波的穿透深度也和物質(zhì)的溫度有關(guān)第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1）微波在均勻組織中的傳播在微波的臨床應(yīng)用中，增加透熱深度可以采用表面降溫的辦法例如微波對較深部位的腫瘤治療時選擇適當(dāng)?shù)念l率當(dāng)微波從空氣垂直入射到肌肉時在l～10kMHｚ的頻段內(nèi)，大約40％的能量傳入肌肉層當(dāng)頻率低于500MHｚ時，僅有一小部分進(jìn)人肌肉層第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2）微波在平面分層媒質(zhì)中的傳播生物組織是由多層不同的組織構(gòu)成。由表及里有皮膚、脂肪、肌肉和骨骼。假設(shè)生物組織是無限大的均勻組織，各組織又成平面分層，且每層是均勻的，但每層之間是不同的。第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2）微波在平面分層媒質(zhì)中的傳播微波在脂肪與肌肉產(chǎn)生熱的比例接近1當(dāng)平面波從脂肪層垂直入射到肌肉層時，在肌肉和脂肪邊界兩邊的吸收功率不連續(xù)，出現(xiàn)一個突變點，當(dāng)頻率升高時透射深度降低，易造成脂肪層灼傷，因此，熱療中的微波頻率不宜太高。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的熱效應(yīng)概念微波對生物體進(jìn)行照射時，生物機(jī)體的溫度會逐漸上升。說明微波對機(jī)體具有加熱作用。影響因素器官和組織的電特性和熱學(xué)特性第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的熱效應(yīng)產(chǎn)生微波熱效應(yīng)的主要原因①生物體的離子加熱生物體的細(xì)胞內(nèi)液中都含有大量的帶電粒子，這些帶電粒子會在微波高頻電場的作用下產(chǎn)生振動。振動過程必將同周圍的其它粒子或分子相碰憧，從而產(chǎn)生熱能。②生物體的極性分子加熱生物體或組織中的水分子和蛋白質(zhì)分子，是極性分子。當(dāng)受到微波照射時，受到外加交變電場的作用，極性分子就會隨外電場的頻率而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的過程中必將與相鄰的分子發(fā)生摩擦，而產(chǎn)生熱能。第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的熱效應(yīng)影響被加熱物體溫度升高的因素微波電場強(qiáng)度、電場的相對方向被加熱組織的介電特性比熱當(dāng)微波電場方向與被加熱生物體的外形的長軸平行時，加熱效果最好。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的非熱效應(yīng)

概念微波的非熱效應(yīng)是指生物體受到低功率的微波照射時，在不引起生物體溫度明顯升高的情況下所出現(xiàn)的生理、病理反應(yīng)。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一在微波的生物效應(yīng)中，生物體的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)始終同時存在對大功率微波輻照，熱效應(yīng)占主導(dǎo)地位對長時間、小功率微波輻射，一般非熱效應(yīng)占主導(dǎo)地位第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波的非熱效應(yīng)

危害長期受低功率微波照射易出現(xiàn)“神經(jīng)衰弱癥侯群”引發(fā)心血管疾病、白內(nèi)障、免疫降低臨床癥狀和病理變化還與微波的波形有關(guān)，用脈沖波輻射比用連續(xù)微波更加明顯。第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一三、微波治療惡性腫瘤在臨床應(yīng)用中微波治瘤的優(yōu)點：加熱深度大、方向性好。通過聚焦，可得到很窄的微波束人體組織局部吸收微波電磁能后所產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)到外部在臨床治療時不需要任何的耦合劑微波熱療安全可靠；定位準(zhǔn)確，便于操作設(shè)備價格低廉第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一三、微波治療惡性腫瘤應(yīng)用于臨床的微波頻率434MHz750MHz915MHz2450MHz微波抗腫瘤的基本原理微波對腫瘤細(xì)胞的影響應(yīng)用微波治療骨腫瘤微波介入治療肝腫瘤第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2450MHz微波組織中穿透深度為1．7cm透熱深度為3cm對3cm處的腫瘤能夠獲得足夠的治療溫度，適合對淺表腫瘤的治療第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一915MHz的微波組織中穿透深度3．64cm采用表面冷卻，透熱深度５cm可治療５cm深度范圍內(nèi)的腫瘤，且透熱深度比較穩(wěn)定，易于掌握，對局部病灶加熱比較均勻第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一434MHz的微波組織中的穿透深度為3.57cm透熱深度達(dá)到7～9cm使用中不易產(chǎn)生脂肪過熱現(xiàn)象，對病灶組織的加熱作用更均勻第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1.微波抗腫瘤的基本原理

1）微波作用于生物體會產(chǎn)生熱量第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1.微波抗腫瘤的基本原理

2）微波對腫瘤有選擇性的加溫作用機(jī)體吸收微波的能量越多，產(chǎn)生熱量也越多，溫度也就越高。不同的組織對微波的吸收及產(chǎn)熱也是不相同的。含水量多的組織吸收多，產(chǎn)熱也多。就同一組織在生理與病理條件下也不盡相同。皮膚癌組織中含水量為81．6％，正常組織的含水量為60．9％。在微波照射下癌組織的升溫要比正常組織高，顯現(xiàn)出微波對癌組織的選擇性加溫作用。第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1.微波抗腫瘤的基本原理

3）腫瘤組織的儲熱作用

腫瘤血流量僅為周圍正常組織血流量的２～15％，腫瘤組織通過血液循環(huán)引起的散熱作用大大低于正常組織，實際上腫瘤組織起到了一個儲熱器的作用。在同樣微波照射下，腫瘤部位的溫度比正常組織的溫度高出5～10℃甚至有10～11℃。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1.微波抗腫瘤的基本原理

4）腫瘤組織的耐熱性差原因:由于腫瘤組織的血供不良，局部組織營養(yǎng)缺乏和供氧不足等原因，使無氧糖酵解作用增強(qiáng)，產(chǎn)生大量乳酸，致使腫瘤區(qū)組織處于低PH環(huán)境，使腫瘤細(xì)胞對熱的耐受性降低。腫瘤細(xì)胞的致死溫度閾值低于正常組織在41～42℃，腫瘤細(xì)胞就會發(fā)生血液淤滯，瘤細(xì)胞停止分裂，生長受到抑制；在42.5～43℃或更高時，腫瘤細(xì)胞就會發(fā)生不可逆的損傷，癌細(xì)胞變性、壞死臨床上常使用45.7℃作為微波治療溫度第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.微波對腫瘤細(xì)胞的影響1）對腫瘤細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)的影響細(xì)胞境界不清，質(zhì)膜松馳、破裂、胞漿空泡化、胞質(zhì)外流及核破碎、核溶解等損傷。細(xì)胞膜損傷，進(jìn)而使細(xì)胞解體第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.微波對腫瘤細(xì)胞的影響2)對腫瘤細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)變性細(xì)胞內(nèi)染色性蛋白質(zhì)受到微波照射發(fā)生變性時，可引起染色體異常。遺傳特性改變。酶是蛋白質(zhì)，當(dāng)受到照射而發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能變化時，細(xì)胞的代謝、生長和分裂就會受到影響。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.微波對腫瘤細(xì)胞的影響3）對腫瘤細(xì)胞增殖周期的影響可使腫瘤細(xì)胞增殖周期延長有絲分裂異常，造成細(xì)胞中期分裂畸變，抑制細(xì)胞DNA的合成，使細(xì)胞分裂指數(shù)下降。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.微波對腫瘤細(xì)胞的影響4）對腫瘤細(xì)胞DNA和RNA的影響

微波輻射能抑制腫瘤細(xì)胞DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成可引起單鏈和雙鏈DNA斷裂，使腫瘤不能完成分裂而死亡第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波治療骨腫瘤微波高溫在體滅活治療惡性骨腫瘤保肢術(shù)2450MHz，表面溫度達(dá)50℃，中心溫度最高達(dá)到108℃，至少維特30min第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波介入治療肝腫瘤

微波介入治療采用的是超聲引導(dǎo)下凝固治療肝癌第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一四、微波電磁場的防護(hù)根據(jù)微波的接觸程度，衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)分兩類:①居民環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；②職業(yè)照射標(biāo)準(zhǔn)。第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一四、微波電磁場的防護(hù)按關(guān)注的對象也分為兩類：①人員接觸標(biāo)準(zhǔn)；②微波設(shè)備泄漏標(biāo)準(zhǔn)。把微波功率強(qiáng)度與照射時間的乘積稱之為劑量。提出標(biāo)準(zhǔn)的目的在于保證微波操作人員不受傷害和居民環(huán)境不受污染。

第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波輻射的醫(yī)療防護(hù)醫(yī)療防護(hù)包括兩個方面：微波設(shè)備防護(hù)醫(yī)護(hù)人員的醫(yī)療防護(hù)第四十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一微波輻射的醫(yī)療防護(hù)1）必須對微波有關(guān)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)