第六节微波的生物效应

第六节微波的生物效应第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期一第六节微波的生物效应

及其在医学中的应用一、微波基本知识二、微波的生物效应三、微波治疗恶性肿瘤四、微波电磁场的防护第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期一一、微波基本知识第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期一一、微波基本知识微波的特点微波的产生微波的传输方式第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期一

微波的特点微波辐射到物体上时会发生显著的反射，其传播特性同几何光学相似，具有直线传播的近似性微波能深入到物质内部，同物质发生相互作用产生热效应利用这种热效应，可进行临床加热消毒、微波热疗及对肿瘤的治疗等第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的产生常用的主要器件有:磁控管、速调管、半导体效应管、雪崩管、变容管等当要求产生的微波功率较小时，可以采用速调管，半导体效应管等；当要求产生的微波功率较大时，可采用磁控管。其脉冲微波功率峰值可达10kw，连续微波的最大功率也可达10kw。第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波传输线在医用微波中通常采用同轴线和波导作为传输线第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期一

1）同轴线

硬同轴线

不能随意弯曲功率容量大衰减小。软同轴线（同轴电缆）可随意弯曲损耗较大功率容量较小第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期一第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期一第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2）波导波导是一种传播电磁波的空心金属管。波导的特点能把电磁能量全部封闭在管内，不向外界辐射结构简单、耐用、损耗小、功率大

第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期一第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期一二、微波的生物效应微波生物学效应微波与生物体相互作用后所产生的各种生理、病理反应第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期一二、微波的生物效应微波在生物组织中的传播微波的热效应微波的非热效应第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期一

微波在生物组织中的传播当微波照射到组织时，会引起组织的变化，同时，也必然会产生反射、折射和衰减。

1）微波在均匀组织中的传播

2）微波在平面分层媒质中的传播第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1）微波在均匀组织中的传播假定生物组织是无穷大的均匀组织，微波为均匀平面波微波进入组织后由于电磁能转化为热能，将引起组织温度的升高微波的电磁能量随着深度的增加而减少即衰减当微波进入组织时，组织表面的能量密度是最大的，随着微波向组织的渗透，其能量呈指数衰减微波能量衰减的快慢与组织的电特性有关第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波透射深度1)渗透深度为微波功率从物料表面减至表面值的1/e（36.8％）时的距离，用DE表示，e为自然对数底值。

式中λ0――自由空间波长

εr――介电常数

tgδ――介质损耗第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波透射深度2)微波功率从物料表面衰减到表面值的1/2时的距离，即所谓半功率渗透深度D1/2。渗透深度随波长的增大而变化，换言之，它与频率有关，频率越高，波长越短，其穿透力也越弱由于一般物体的，微波渗透深度与所使用的波长是同一数量级的第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波透射深度微波的穿透深度也和物质的温度有关第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1）微波在均匀组织中的传播在微波的临床应用中，增加透热深度可以采用表面降温的办法例如微波对较深部位的肿瘤治疗时选择适当的频率当微波从空气垂直入射到肌肉时在l～10kMHｚ的频段内，大约40％的能量传入肌肉层当频率低于500MHｚ时，仅有一小部分进人肌肉层第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2）微波在平面分层媒质中的传播生物组织是由多层不同的组织构成。由表及里有皮肤、脂肪、肌肉和骨骼。假设生物组织是无限大的均匀组织，各组织又成平面分层，且每层是均匀的，但每层之间是不同的。第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2）微波在平面分层媒质中的传播微波在脂肪与肌肉产生热的比例接近1当平面波从脂肪层垂直入射到肌肉层时，在肌肉和脂肪边界两边的吸收功率不连续，出现一个突变点，当频率升高时透射深度降低，易造成脂肪层灼伤，因此，热疗中的微波频率不宜太高。第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的热效应概念微波对生物体进行照射时，生物机体的温度会逐渐上升。说明微波对机体具有加热作用。影响因素器官和组织的电特性和热学特性第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的热效应产生微波热效应的主要原因①生物体的离子加热生物体的细胞内液中都含有大量的带电粒子，这些带电粒子会在微波高频电场的作用下产生振动。振动过程必将同周围的其它粒子或分子相碰憧，从而产生热能。②生物体的极性分子加热生物体或组织中的水分子和蛋白质分子，是极性分子。当受到微波照射时，受到外加交变电场的作用，极性分子就会随外电场的频率而转动，转动的过程中必将与相邻的分子发生摩擦，而产生热能。第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的热效应影响被加热物体温度升高的因素微波电场强度、电场的相对方向被加热组织的介电特性比热当微波电场方向与被加热生物体的外形的长轴平行时，加热效果最好。第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的非热效应

概念微波的非热效应是指生物体受到低功率的微波照射时，在不引起生物体温度明显升高的情况下所出现的生理、病理反应。第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期一在微波的生物效应中，生物体的热效应和非热效应始终同时存在对大功率微波辐照，热效应占主导地位对长时间、小功率微波辐射，一般非热效应占主导地位第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波的非热效应

危害长期受低功率微波照射易出现“神经衰弱症侯群”引发心血管疾病、白内障、免疫降低临床症状和病理变化还与微波的波形有关，用脉冲波辐射比用连续微波更加明显。第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期一三、微波治疗恶性肿瘤在临床应用中微波治瘤的优点：加热深度大、方向性好。通过聚焦，可得到很窄的微波束人体组织局部吸收微波电磁能后所产生的热量不易散发到外部在临床治疗时不需要任何的耦合剂微波热疗安全可靠；定位准确，便于操作设备价格低廉第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期一三、微波治疗恶性肿瘤应用于临床的微波频率434MHz750MHz915MHz2450MHz微波抗肿瘤的基本原理微波对肿瘤细胞的影响应用微波治疗骨肿瘤微波介入治疗肝肿瘤第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2450MHz微波组织中穿透深度为1．7cm透热深度为3cm对3cm处的肿瘤能够获得足够的治疗温度，适合对浅表肿瘤的治疗第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期一915MHz的微波组织中穿透深度3．64cm采用表面冷却，透热深度５cm可治疗５cm深度范围内的肿瘤，且透热深度比较稳定，易于掌握，对局部病灶加热比较均匀第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期一434MHz的微波组织中的穿透深度为3.57cm透热深度达到7～9cm使用中不易产生脂肪过热现象，对病灶组织的加热作用更均匀第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1.微波抗肿瘤的基本原理

1）微波作用于生物体会产生热量第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1.微波抗肿瘤的基本原理

2）微波对肿瘤有选择性的加温作用机体吸收微波的能量越多，产生热量也越多，温度也就越高。不同的组织对微波的吸收及产热也是不相同的。含水量多的组织吸收多，产热也多。就同一组织在生理与病理条件下也不尽相同。皮肤癌组织中含水量为81．6％，正常组织的含水量为60．9％。在微波照射下癌组织的升温要比正常组织高，显现出微波对癌组织的选择性加温作用。第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1.微波抗肿瘤的基本原理

3）肿瘤组织的储热作用

肿瘤血流量仅为周围正常组织血流量的２～15％，肿瘤组织通过血液循环引起的散热作用大大低于正常组织，实际上肿瘤组织起到了一个储热器的作用。在同样微波照射下，肿瘤部位的温度比正常组织的温度高出5～10℃甚至有10～11℃。第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期一1.微波抗肿瘤的基本原理

4）肿瘤组织的耐热性差原因:由于肿瘤组织的血供不良，局部组织营养缺乏和供氧不足等原因，使无氧糖酵解作用增强，产生大量乳酸，致使肿瘤区组织处于低PH环境，使肿瘤细胞对热的耐受性降低。肿瘤细胞的致死温度阈值低于正常组织在41～42℃，肿瘤细胞就会发生血液淤滞，瘤细胞停止分裂，生长受到抑制；在42.5～43℃或更高时，肿瘤细胞就会发生不可逆的损伤，癌细胞变性、坏死临床上常使用45.7℃作为微波治疗温度第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2.微波对肿瘤细胞的影响1）对肿瘤细胞形态、结构的影响细胞境界不清，质膜松驰、破裂、胞浆空泡化、胞质外流及核破碎、核溶解等损伤。细胞膜损伤，进而使细胞解体第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2.微波对肿瘤细胞的影响2)对肿瘤细胞内蛋白质的影响

蛋白质变性细胞内染色性蛋白质受到微波照射发生变性时，可引起染色体异常。遗传特性改变。酶是蛋白质，当受到照射而发生结构和功能变化时，细胞的代谢、生长和分裂就会受到影响。第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2.微波对肿瘤细胞的影响3）对肿瘤细胞增殖周期的影响可使肿瘤细胞增殖周期延长有丝分裂异常，造成细胞中期分裂畸变，抑制细胞DNA的合成，使细胞分裂指数下降。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期一2.微波对肿瘤细胞的影响4）对肿瘤细胞DNA和RNA的影响

微波辐射能抑制肿瘤细胞DNA复制RNA转录和蛋白质的合成可引起单链和双链DNA断裂，使肿瘤不能完成分裂而死亡第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波治疗骨肿瘤微波高温在体灭活治疗恶性骨肿瘤保肢术2450MHz，表面温度达50℃，中心温度最高达到108℃，至少维特30min第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波介入治疗肝肿瘤

微波介入治疗采用的是超声引导下凝固治疗肝癌第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期一四、微波电磁场的防护根据微波的接触程度，卫生标准分两类:①居民环境标准；②职业照射标准。第四十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期一四、微波电磁场的防护按关注的对象也分为两类：①人员接触标准；②微波设备泄漏标准。把微波功率强度与照射时间的乘积称之为剂量。提出标准的目的在于保证微波操作人员不受伤害和居民环境不受污染。

第四十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波辐射的医疗防护医疗防护包括两个方面：微波设备防护医护人员的医疗防护第四十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期一微波辐射的医疗防护1）必须对微波有关操作人员进行培训