第二部分人和能量的關(guān)系

1、第二部分人和能量的關(guān)系第1頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2.1、生物體的電特性2.1.1 細(xì)胞電特性 細(xì)胞膜同時(shí)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(gè)細(xì)胞可以看作是一種絕緣層包圍的導(dǎo)電區(qū)。細(xì)胞靜息電位跨膜電位的行程。細(xì)胞動(dòng)作電位 第2頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/252細(xì)胞膜及其電位示意圖 第3頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/253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

2、”作用，在公元一世紀(jì)，古羅馬醫(yī)生就曾用電鰩的放電來(lái)治療痛風(fēng)。1678年，荷蘭生物學(xué)家斯威莫爾登（Svay Malden）用蛙的肌肉做肌肉的收縮實(shí)驗(yàn)，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(biāo)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(shí)驗(yàn)，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(shí)代的物理學(xué)家伏特（Volt）發(fā)明了電位計(jì)，客觀記錄了新鮮蛙肌的損傷電位達(dá)5080毫伏。第4頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/254靜息電位靜息電位（resting po

3、tential , RP）是指細(xì)胞未受刺激時(shí)存在于細(xì)胞膜內(nèi)、外兩側(cè)的電位差。細(xì)胞膜處于靜息電位時(shí)，膜內(nèi)側(cè)聚集負(fù)電荷，帶負(fù)電；膜外側(cè)聚集正電荷，帶正電，細(xì)胞膜兩側(cè)保持穩(wěn)定的電位差 第5頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/255動(dòng)作電位細(xì)胞膜受到刺激時(shí)，表現(xiàn)出細(xì)胞興奮的過(guò)程即為動(dòng)作電位的過(guò)程。動(dòng)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(dòng)作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)Na-K泵，需要消耗三磷酸腺苷（ATP）第6頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/256動(dòng)作電位傳導(dǎo)在細(xì)胞膜上任何一點(diǎn)產(chǎn)生的動(dòng)作電

4、位會(huì)不衰減地傳播到整個(gè)細(xì)胞膜上，這稱之為動(dòng)作電位的傳導(dǎo)。 第7頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/257細(xì)胞膜的電阻和電容特性 細(xì)胞膜同時(shí)具有電阻和電容特性。位于細(xì)胞膜內(nèi)的細(xì)胞液和膜外的細(xì)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(xì)胞膜兩側(cè)存在穩(wěn)定的電位差（靜息電位），且對(duì)某些帶電離子不通透，此種情況下細(xì)胞膜近似于已充電的電容（因兩側(cè)已聚集電荷）。對(duì)于其它可通透的帶電離子，如Na+、K+離子，相當(dāng)于有電流通過(guò)，此時(shí)細(xì)胞膜相當(dāng)于電阻。由此膜電阻和膜電容同時(shí)存在，成并聯(lián)關(guān)系 第8頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2

5、582.1.2 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(shí)，單位長(zhǎng)度電阻率高達(dá)幾十萬(wàn)歐姆厘米（cm）；但無(wú)角質(zhì)層時(shí)，降至8001000cm第9頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/259皮膚阻抗干燥的皮膚為100300/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(duì)測(cè)量的影響，在進(jìn)行人體電信號(hào)測(cè)量時(shí)，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(xì)砂紙擦洗皮膚表面或在皮膚表面涂抹導(dǎo)電膏。 第

6、10頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2510皮膚電阻抗對(duì)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(xì)胞，當(dāng)表面電極通過(guò)導(dǎo)電膏和皮膚接觸時(shí)，角質(zhì)層此時(shí)充當(dāng)離子半透膜。因?qū)щ姼嘀杏行w積較大的離子無(wú)法通過(guò)角質(zhì)層，在角質(zhì)層兩邊即會(huì)產(chǎn)生由離子濃度不同引起的電位差，稱之為濃差電動(dòng)勢(shì)。同時(shí)，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(dòng)勢(shì)，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。第11頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25112.1.2 人體阻抗人體

7、阻抗是包括人體皮膚、血液、肌肉、細(xì)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00502mm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(dá)11051106m。但因其不是一張完整的薄膜，又很容易受到破壞，故計(jì)算人體阻抗時(shí)一般不予考慮。人體電容很小，工頻條件下可忽略不計(jì)。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。第12頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2

8、5122.1.3 電流的生理效應(yīng)電流流過(guò)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(dú)發(fā)生，而是幾種重迭發(fā)生的。第13頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2513一、低頻電流的作用當(dāng)電流通過(guò)人體內(nèi)部時(shí)，對(duì)人體傷害的嚴(yán)重程度與通過(guò)人體電流的大小、通過(guò)人體的持續(xù)時(shí)間、電流通過(guò)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(dāng)電流增加時(shí)，對(duì)于人類所產(chǎn)生的心理和生理效應(yīng)的順序。如表所示。第14頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11

9、點(diǎn)38分，星期一2022/9/2514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(wú)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(qiáng)烈電擊，肌肉強(qiáng)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(xiàng)電流值的2.75倍電流性別效應(yīng)第15頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2515

10、若干名詞1感覺(jué)閾-一個(gè)人所能感覺(jué)到的最小電流；2脫開電流-被實(shí)驗(yàn)者能隨意縮回的最大電流；3呼吸麻痹-更大的電流會(huì)引起呼吸肌的不隨意收縮，如果不斷開電流，會(huì)嚴(yán)重到足以引起窒息。在1822mA時(shí)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(huì)是疼痛的，并且時(shí)間長(zhǎng)了，會(huì)引起疲勞；5. 心室纖顫心臟肌肉組織失去同步；閾值75400mA。6. 持續(xù)心肌收縮-當(dāng)電流足夠大16A時(shí)，整個(gè)心臟肌肉收縮，甚至停止搏動(dòng)，但是當(dāng)去掉電流時(shí)，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(jìn)入點(diǎn)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第16頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，

11、11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2516頻率對(duì)脫開電流也有很大的影響 強(qiáng)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 第17頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2517低頻電流通過(guò)人體時(shí)的生理效應(yīng)假設(shè)的條件是:通電時(shí)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。第18頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25182. 傷害程度與通電時(shí)間（1）通電時(shí)間越長(zhǎng)，能量的積累增加，引起心室顫動(dòng)的電流減小。當(dāng)通電時(shí)間在0.015s范圍內(nèi)時(shí)，心室顫動(dòng)電流和通電時(shí)間的關(guān)系可用如式（2-4）

12、（2）通電時(shí)間越長(zhǎng)，因?yàn)樵谛呐K搏動(dòng)的特定時(shí)刻才可能引起心室顫動(dòng)，則與該時(shí)刻重合的可能性越大，心室顫動(dòng)的可能性越大，亦即電擊的危險(xiǎn)性也越大。 （3）通電時(shí)間越長(zhǎng)，人體電阻降低，亦即電擊的危險(xiǎn)性也越大。 第19頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25193. 傷害程度與電流途徑電流作用于人體，沒(méi)有絕對(duì)安全的途徑。 （1）電流通過(guò)心臟會(huì)引起心室顫動(dòng)，促使心臟停止跳動(dòng)，中斷血液循環(huán)，導(dǎo)致死亡。（2）電流通過(guò)中樞神經(jīng)或有關(guān)部位，會(huì)引起中樞神經(jīng)嚴(yán)重失調(diào)而導(dǎo)致死亡。（3）電流通過(guò)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(xiǎn)的電流途徑；從手到手，電流

13、也途經(jīng)心臟，因此也是很危險(xiǎn)的電流途徑；從腳到腳的電流是危險(xiǎn)性較小的電流途徑，但可能因痙攣而摔倒，導(dǎo)致電流通過(guò)全身或摔傷、墜落等二次事故。第20頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25204. 傷害程度與人體狀況人體條件的不同，不同的人對(duì)電流的敏感程度，以及在遭受同樣電流的電擊時(shí)，其危險(xiǎn)程度都不完全相同。 （1）電流作用于人體時(shí)，女性的危險(xiǎn)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(xiǎn)性較成人大。（3）體弱多病者的危險(xiǎn)性較健壯者大。（4）體重小的危險(xiǎn)性一般較體重大的大。體重的大小對(duì)室顫電流閾值影響很大，室顫閾值是隨體重增加而增大。 第

14、21頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2521第22頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2522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(gè)點(diǎn)上時(shí)，只是總電流的一小部分流過(guò)心臟。微電擊（microshock）-在身體的任何位置上，進(jìn)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(cè)得的人類心臟纖顫的數(shù)據(jù)說(shuō)明了8060A的電流就能引起纖顫；微電擊的允許安全極限一般是10A； 5. 傷害程度與侵入點(diǎn)第23頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2523第2

15、4頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2524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(shí)，刺激作用逐漸減??；頻率超過(guò)1KHz時(shí)，刺激作用隨之反比減小。電流密度低時(shí)，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(gè)不發(fā)生危險(xiǎn)的臨界值。它相當(dāng)于在體表消耗的能量約為100mW/cm2。工作實(shí)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(qiáng)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、高頻電流的作用第25頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2

16、022/9/25251.2 電刀1901年，芬蘭人Macarni第一次收到越洋的無(wú)線電信號(hào)。也就在這時(shí)，電外科器械開始了第一步。在二十世紀(jì)最初的十年，火花放電電流己用來(lái)治療損傷。二十世紀(jì)20年代世界上第一臺(tái)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(jì)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。 第26頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2526電刀電外科器械(Electro-surgical Unit, 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

17、“高頻電刀”。高頻電流經(jīng)人體會(huì)產(chǎn)生熱量，但不會(huì)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(duì)于傳統(tǒng)的手術(shù)刀，電刀電切的優(yōu)勢(shì)在于：切割進(jìn)行的同時(shí)具有連續(xù)的凝固（止血）作用；不需醫(yī)生施加過(guò)多的機(jī)械力。高頻電刀的工作基準(zhǔn)頻率在300kHz以上 第27頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2527電流頻率與人體的關(guān)系電外科器械利用電流通過(guò)人體所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)以電凝和電切為基礎(chǔ)的手術(shù)應(yīng)用。直流電通過(guò)人體在產(chǎn)生熱效應(yīng)的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致組織內(nèi)離子發(fā)生異常移動(dòng)，造成組織功能紊亂。低頻交流電（頻率小于20kHz）通過(guò)人體組織在產(chǎn)生熱效應(yīng)的同

18、時(shí)，會(huì)對(duì)神經(jīng)和肌肉造成刺激，造成肌肉的抽搐，當(dāng)電流頻率在10-100Hz范圍內(nèi)時(shí)，此刺激現(xiàn)象最甚。高頻電流經(jīng)人體會(huì)產(chǎn)生熱量，但不會(huì)引起電擊和肌肉剌激。高頻電刀的工作基準(zhǔn)頻率在300kHz以上，如此高的頻率可以確保電流通過(guò)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。第28頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2528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(yùn)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(guò)300W，根據(jù)不同的手術(shù)需要可給出不同的功率和波形。第29頁(yè)，共1

19、59頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2529應(yīng)用科室基本的手術(shù)無(wú)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。 第30頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2530治療效應(yīng)與機(jī)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(dá)到預(yù)期的治療效果）。高頻電刀工作示意圖第31頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月

20、20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2531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(shí)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(qiáng)烈上升該處組織中的細(xì)胞液很快蒸發(fā)組織被利索切開。連續(xù)的無(wú)衰減正弦電流能產(chǎn)生非常好的切割作用，但幾乎無(wú)任何止血功能。第32頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2532電切微觀上細(xì)胞內(nèi)的液體溫度迅速超過(guò)100攝氏度，水分爆炸性地蒸發(fā)從而破壞細(xì)胞膜，積聚的大量細(xì)胞被破壞，宏觀上組織被快速地切開。配合各種特殊設(shè)計(jì)的作用電極（刀頭），電刀能用來(lái)切割各種類型的組織。第33頁(yè)，共159

21、頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2533電外科治療效應(yīng)-凝血（Coagulation）凝血是通過(guò)高溫使組織蛋白質(zhì)變性而封閉組織（無(wú)蒸發(fā)作用），從而阻止液體滲出或出血。當(dāng)電流作用于組織而使組織溫度較慢速（相對(duì)于電切）而有效地升高至100攝氏度左右時(shí)，細(xì)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(guò)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(dá)到止血的效果。第34頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2534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(shí)間，簡(jiǎn)化手術(shù)操作。電刀有效的

22、凝血可以減少價(jià)格相對(duì)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(xì)胞凝固、蛋白質(zhì)變性和組織失活的效果，可對(duì)增生的腫瘤組織實(shí)行電凝，達(dá)到治療破壞的目的。電凝的優(yōu)點(diǎn)第35頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2535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(shí)發(fā)生。電流的波形對(duì)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(xì)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

23、花很快熄滅釋放的能量在下一次放電產(chǎn)生以前擴(kuò)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)(Crest factor)和短的作用周期(Duty Cycle)。第36頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2536電刀的組成：標(biāo)配的高頻電刀一般包括： 主機(jī)、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(hù)接地線等聯(lián)用附件。（1） 主機(jī)：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：active electrode（又稱激勵(lì)電極、刀筆、陽(yáng)極等）一種用來(lái)

24、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：neutral electrode 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)。第37頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25372.2 電磁場(chǎng)對(duì)人體作用生物電磁學(xué)是研究非電離輻射的電磁波（場(chǎng)）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(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)和防護(hù)第38頁(yè)，共159頁(yè)，202

25、2年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2538生命磁場(chǎng)現(xiàn)象鴿子回家生在美國(guó)東南海岸的一種海龜游動(dòng)進(jìn)行的觀察顯示在圖4中，幼海龜在大西洋中沿著順時(shí)針路線出游，經(jīng)過(guò)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(shí)了鴿子的上喙確實(shí)具有一種能夠感應(yīng)磁場(chǎng)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(bào)告發(fā)表在11月25日的自然雜志上 第39頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2539生命磁場(chǎng)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象對(duì)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(jī)體內(nèi)環(huán)境組織（細(xì)胞和組織間液），生物電磁系統(tǒng)是儲(chǔ)存和持

26、續(xù)的傳送生物信息（正常體溫時(shí)）的最終媒介。3水、生理鹽水和酒可以很有效的儲(chǔ)存電磁信息， 它們的分子叢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了這個(gè)特點(diǎn)。此特點(diǎn)能被用于治療中。4物質(zhì)電磁信號(hào)，包括病人本身的生物電磁信號(hào)，是可以用來(lái)治療疾病的。第40頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2540生物電磁學(xué)研究?jī)?nèi)容：電磁場(chǎng)（波）的生物效應(yīng)，研究在電磁場(chǎng)（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(jī)理。電磁計(jì)量學(xué)生物組織的電磁特性生物磁學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括兩部分：生物機(jī)體自身或被誘發(fā)產(chǎn)生的磁場(chǎng)診斷；磁場(chǎng)引起的生物效應(yīng)治療。第41頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2

27、022/9/2541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(guò)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。極少數(shù)材料為鐵磁性2.2.1 生物磁場(chǎng)第42頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2542二、人體磁場(chǎng)生物組織、器官、細(xì)胞等存在很微弱的磁場(chǎng)。產(chǎn)生原因：變動(dòng)磁場(chǎng)：生物電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。細(xì)胞膜內(nèi)外的離子運(yùn)動(dòng)的生物電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)；如心磁場(chǎng) 1011 T ，腦磁場(chǎng) 1012 T定常磁場(chǎng)：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

28、食入人體內(nèi)而形成的磁場(chǎng)；108 T感應(yīng)磁場(chǎng)：生物磁性材料（如肝、脾）在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的磁場(chǎng);誘發(fā)磁場(chǎng)：在外界刺激下產(chǎn)生誘發(fā)電位，引起誘發(fā)磁場(chǎng)。如誘發(fā)腦磁場(chǎng)1013 T第43頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2543第44頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2544三、 機(jī)體與外磁場(chǎng)的相互作用1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： 生物（帶電）體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中，帶電粒子改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向。 化學(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(fù)離子

29、、自由基等受磁場(chǎng)力矩作用產(chǎn)生磁化。 沿外磁場(chǎng)取向（離子轉(zhuǎn)動(dòng)、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(kuò)散和積累。第45頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2545人體自身磁場(chǎng)的應(yīng)用產(chǎn)生的原因：生物電流是引起生物磁場(chǎng)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?cè)诘卮艌?chǎng)的作用下形成感應(yīng)場(chǎng)，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(chǎng)主要應(yīng)用心磁圖腦磁圖肺磁圖核磁共振成像第46頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2546生物磁場(chǎng)的

30、測(cè)量目前探測(cè)到的有：心磁場(chǎng)、腦磁場(chǎng)、肺磁場(chǎng)、肌磁場(chǎng)、肝磁場(chǎng)超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）靈敏度可達(dá)10-14量級(jí)心磁圖（MCG）和心電圖一樣具有p波、RS波群和T波第47頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2547Baule 和McFee于1963年用線圈式磁量計(jì)首次測(cè)得心臟的磁場(chǎng)。1970 年前后由于超導(dǎo)量子干涉儀（Superconducting quantum interference device，SQUID）的發(fā)明，Cohen 開始用SQUID 在磁場(chǎng)屏蔽室內(nèi)首次記錄到了良好的心磁圖，由此推動(dòng)了心磁圖的臨床應(yīng)用。 1986 年中國(guó)科技大學(xué)研制成功了我

31、國(guó)第一臺(tái)心磁圖儀。現(xiàn)階段已有一定數(shù)量的心磁圖測(cè)量設(shè)備問(wèn)世且投入臨床應(yīng)用，如美國(guó)CMI公司九通道心磁圖儀、德國(guó)SQUID公司心磁圖儀MCG7等 第48頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2548心磁場(chǎng)與心磁圖 (Magnetocardiogram)心肌的興奮心臟電場(chǎng)體外（心）磁場(chǎng)。在體外測(cè)定胸部周圍磁場(chǎng)變化，記錄下來(lái)就是心磁圖。心磁圖與心電圖一樣，用P波、QRS波群、T波、和ST段命名第49頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2549心磁圖心磁圖比心電圖信號(hào)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、

32、胸壁、肋骨等介質(zhì)的干擾，獲取的信號(hào)和信息更加真實(shí)、準(zhǔn)確，且心磁圖能比心電圖提供更多的信息。 第50頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2550心磁圖與心電圖比較：心磁圖是非接觸性的記錄法，SQUID磁強(qiáng)計(jì)裝置體積大且價(jià)格昂貴。第51頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2551腦磁圖神經(jīng)沖動(dòng)的傳輸同樣由生物電信號(hào)的傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，即產(chǎn)生動(dòng)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(chǎng)的存在。1968年科恩（Cohen）博士在美國(guó)麻省理工大學(xué)磁場(chǎng)研究所磁屏蔽室內(nèi)首次進(jìn)行了腦磁場(chǎng)圖像測(cè)量，并成功記錄腦磁圖（Mag

33、netoencephalography, 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(jì)算機(jī)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)、采集和處理工作站第52頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2552腦電 神經(jīng)活動(dòng)聯(lián)系著體內(nèi)復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)，支配著從運(yùn)動(dòng)、體感、聽覺(jué)、視覺(jué)等基本功能，到語(yǔ)言、情感、思維等高級(jí)功能。微弱的電(磁)信號(hào)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(dòng)過(guò)程相對(duì)應(yīng)。 腦磁圖是腦神經(jīng)細(xì)胞的生物電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在頭部表面的檢測(cè)結(jié)果。 測(cè)量的是體內(nèi)神經(jīng)電流源引發(fā)的瞬間磁場(chǎng)。腦磁圖

34、 (Magnetoenceghalogram)第53頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2553 腦磁圖檢測(cè)分類：自發(fā)性腦磁場(chǎng)： 波；癲癇性棘波。誘發(fā)性腦磁場(chǎng)：體感意識(shí)、聽覺(jué)、視覺(jué)等誘發(fā)磁場(chǎng)。內(nèi)因性腦磁場(chǎng)：意識(shí)、隨意運(yùn)動(dòng)前主觀設(shè)想、抽象思維。優(yōu)點(diǎn)：不受組織電阻的影響；無(wú)損傷；對(duì)腦內(nèi)興奮部位推斷有獨(dú)特性腦磁圖藍(lán)色區(qū)為癲癇灶第54頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2554腦磁圖儀現(xiàn)多通道腦磁圖儀有美國(guó)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

35、產(chǎn)出的122通道及306通道的全頭型生物磁儀。 第55頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2555第56頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2556肺磁場(chǎng)肺磁圖（Magnetopneumogram, MPG）首先是由Cohen于1973年探測(cè)出 我國(guó)南開大學(xué)也于1981年開始了關(guān)于肺磁場(chǎng)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(cè)相比，肺磁場(chǎng)測(cè)量具有無(wú)損傷、靈敏度高、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。 肺磁場(chǎng)的產(chǎn)生不同于腦磁場(chǎng)、心磁場(chǎng)，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(qiáng)磁性物質(zhì)（肺滯留塵）產(chǎn)生的

36、。 加磁場(chǎng)的作用下被磁化，而產(chǎn)生剩余磁場(chǎng)。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(guò)測(cè)定前面提到的剩余磁場(chǎng)即可知道其肺內(nèi)蓄積的粉塵量及其分布情況 第57頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2557肺磁場(chǎng)多數(shù)粉塵具有磁性：肺內(nèi)積蓄的粉塵在外部強(qiáng)的恒磁場(chǎng)下將被磁化。把外加恒磁場(chǎng)撤去，肺內(nèi)被磁化的粉塵產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)仍然存在，經(jīng)測(cè)定可推測(cè)粉塵的量和分布情況。探測(cè)方法：用工頻消磁器使肺部污染的強(qiáng)磁性物質(zhì)去磁，諸點(diǎn)測(cè)量作第一張肺磁圖施加一均勻磁場(chǎng)使污染物質(zhì)磁化，做第二張肺磁圖；兩張肺磁圖對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)相減，得第三張肺磁圖即為強(qiáng)磁性污染剩余場(chǎng)在肺中的分布

37、圖。第58頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25582.2.2 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)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(dòng)擴(kuò)散使和化學(xué)反應(yīng)效率有關(guān)的鍵角變化使、中的質(zhì)子隧道效應(yīng)變化磁場(chǎng)分為 穩(wěn)恒磁場(chǎng)和變磁場(chǎng)磁場(chǎng)參數(shù)包括磁場(chǎng)類型、場(chǎng)強(qiáng)大小、均勻性、方向性、作用時(shí)間等; 細(xì)胞因子包括細(xì)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(chǎng)細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)的主要因素。第59頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2559第60頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2560第61頁(yè)，共159頁(yè)

38、，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2561cnki文獻(xiàn)第62頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2562穩(wěn)恒磁場(chǎng)對(duì)細(xì)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(xì)胞活性明顯增強(qiáng), 表明應(yīng)用磁療可增強(qiáng)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)功能。趙大源, 付研, 李紅利等. 恒磁場(chǎng)對(duì)家兔自然殺傷細(xì)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(xì)胞，含有穿孔蛋白和粒酶顆粒的非特異性細(xì)胞毒淋巴細(xì)胞。是固有免疫系統(tǒng)的主要成員，對(duì)殺傷腫瘤細(xì)胞和病毒感染細(xì)胞起重要作用 第63

39、頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2563呂安林等發(fā)現(xiàn)在0. 35T 的恒磁場(chǎng)中體外培養(yǎng)的離體兔主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖數(shù)量顯著低于對(duì)照組, 說(shuō)明恒磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的增殖有抑制作用。呂安林, 高歌, 賈國(guó)良等. 恒磁場(chǎng)離體兔動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的抑制效應(yīng). 中華物理醫(yī)學(xué)雜志, 2000; ( 5) : 288- 290第64頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2564賈國(guó)良等研究了恒磁場(chǎng)對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的影響, 結(jié)果顯示0. 05mT 的恒磁場(chǎng)可以促進(jìn)該細(xì)胞的增殖; 人臍動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞( VSMC) 的實(shí)驗(yàn)顯示,1mT 和5mT

40、 的恒磁場(chǎng)均能抑制VSMC 的增殖。第65頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2565端禮榮等研究了不同強(qiáng)度恒磁場(chǎng)對(duì)肢芽細(xì)胞和腦神經(jīng)細(xì)胞作用, 結(jié)果顯示各組磁場(chǎng)強(qiáng)都能明顯抑制細(xì)胞增殖和分化, 并顯示強(qiáng)度效應(yīng)關(guān)系, 進(jìn)而給出了抑制細(xì)胞分化、增殖可能是穩(wěn)恒磁場(chǎng)強(qiáng)度致發(fā)育危害的主要原因, 并認(rèn)為恒磁場(chǎng)抑制細(xì)胞分化和增殖與其蛋白質(zhì)和脂質(zhì)過(guò)氧化物的合成有關(guān)。第66頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2566小鼠初級(jí)精母細(xì)胞和骨髓紅細(xì)胞的磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)顯示, 隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加, 精母細(xì)胞染色體畸變、骨髓紅細(xì)胞微核率顯著增高,說(shuō)明高強(qiáng)度磁場(chǎng)

41、對(duì)體細(xì)胞和生殖細(xì)胞有致突變性。第67頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2567低頻磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的生物學(xué)作用磁場(chǎng)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(duì)惡性腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)更為敏感, 因?yàn)閻盒阅[瘤細(xì)胞屬于一種不受宿主控制的高速增殖的異變性細(xì)胞, 容易受磁場(chǎng)作用的影響。第68頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2568張滬生等用電鏡可觀察到超低頻磁場(chǎng)可使鼠S- 180 肉瘤的有絲分裂相減少, 可損傷肉瘤細(xì)胞核的DNA 復(fù)制和抑制細(xì)胞的有絲分裂,并且癌細(xì)胞周圍可出現(xiàn)炎性細(xì)胞磁場(chǎng)影響癌細(xì)胞的代謝: 磁場(chǎng)使

42、癌細(xì)胞的惡性程度降低, 抑制其高速和異形生長(zhǎng); 磁場(chǎng)抑制癌細(xì)胞的分裂和DNA 的復(fù)制; 磁場(chǎng)提高細(xì)胞免疫功能, 加強(qiáng)淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞反應(yīng)。第69頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25692.2.3 磁療1、在病人的患處或其他部位（如經(jīng)穴）施加適當(dāng)強(qiáng)度的恒定磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)，可以治療一些疾病，稱為磁場(chǎng)療法或簡(jiǎn)稱磁療 ；2 、還有用強(qiáng)磁材料作成磁手鐲、磁項(xiàng)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(chǎng)處理的水（簡(jiǎn)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

43、，促使作物長(zhǎng)勢(shì)好，收到增產(chǎn)的效果，或使魚病減少，促進(jìn)魚的發(fā)育生長(zhǎng)。 ；5、人體磁圖：心磁圖 、腦磁圖和神經(jīng)磁場(chǎng)、肺磁圖 。第70頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2570利用磁場(chǎng)治病，我國(guó)已有兩千多年的歷史。利用磁場(chǎng)的生物效應(yīng)，已制成多種磁療儀器。簡(jiǎn)單的有磁石穴位粘帖膠布、磁化水杯、磁枕、磁性腹帶等。特點(diǎn)：安全、方便、無(wú)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(chǎng)。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(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。磁場(chǎng)類型：恒定磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、脈沖磁場(chǎng)、交變磁場(chǎng)等研究?jī)?nèi)容：

44、磁場(chǎng)類型、磁場(chǎng)強(qiáng)度、作用部位、治療時(shí)間等第71頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25712.2.4 生物電磁場(chǎng)的熱點(diǎn)問(wèn)題 流行病學(xué)調(diào)查研究1979年首次報(bào)道了磁場(chǎng)暴露與兒童白血病關(guān)聯(lián)性的流行病學(xué)報(bào)道實(shí)驗(yàn)室活體研究重點(diǎn)主要在低強(qiáng)度、低頻磁場(chǎng)對(duì)腫瘤相關(guān)性和胚胎發(fā)育的致畸作用等方面細(xì)胞和分子水平研究實(shí)驗(yàn)證實(shí)，磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞信號(hào)傳遞中細(xì)胞間的通訊功能有抑制作用弱電磁場(chǎng)照射的生物學(xué)效應(yīng)目前還沒(méi)無(wú)定論，環(huán)境中低頻弱磁場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)統(tǒng)一第72頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25722.2.5 電磁輻射的安全標(biāo)準(zhǔn) ANSI/IEE

45、EC95.1-1992 中規(guī)定，輻射限值為10mW/cm2。我國(guó)環(huán)保局制定的GB8702-1988中規(guī)定：職業(yè)輻射限值為1mW/cm2。第73頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25732.3 、生物體的機(jī)械特性人體機(jī)械性質(zhì)主要是彈性和粘性；彈性：外力加于物體時(shí)，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(dòng)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(dāng)形變非常大時(shí)偏離了比例關(guān)系，發(fā)生屈服現(xiàn)象；屈服極限用屈

46、服點(diǎn)的應(yīng)變表示；粘滯系數(shù)楊式模量應(yīng)變第74頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2574天然關(guān)節(jié)軟骨的摩擦行為研究 錢善華 中國(guó)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(dòng)和擺動(dòng)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(rèn)識(shí)天然關(guān)節(jié)的承載特性與運(yùn)動(dòng)機(jī)制、揭示天然摩擦副的生物摩擦學(xué)機(jī)理和研發(fā)高性能的人工軟骨提供更多的試驗(yàn)和理論依據(jù)。研究了軟骨對(duì)玻璃和軟骨對(duì)軟骨層的滑動(dòng)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(shí)間呈增加趨勢(shì) 第75頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星

47、期一2022/9/2575人體關(guān)節(jié)軟骨粘彈性的實(shí)驗(yàn)研究 獲得國(guó)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(jìn)一步認(rèn)識(shí)關(guān)節(jié)疾病的發(fā)病機(jī)理提供了理論依據(jù)，第76頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25762.3.1 力、加速度和振動(dòng)加于生物體上的力不都是由骨來(lái)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(qiáng)；但有加速度作用時(shí)，則相當(dāng)脆弱。加速度對(duì)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(shí)等，可認(rèn)為和上述循環(huán)系統(tǒng)的變化有關(guān)；呼吸機(jī)能也發(fā)生變化；注意：生物體

48、耐受加速度的程度，在連續(xù)加速度時(shí)是4個(gè)重力加速度左右。第77頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2577振動(dòng)頻率不同，作用也不同。噪音效應(yīng)：1）長(zhǎng)時(shí)間在8090分貝的高水平聲場(chǎng)中，發(fā)生主要是對(duì)高頻聲音的聽力減退；2）5070分貝以上的聲音，通過(guò)聽覺(jué)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(jī)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(guò)聽覺(jué)使日常生活受到心理上的擾亂，工作效率降低。4）心理強(qiáng)度（嘈雜度）與單一聲音強(qiáng)度不同例：白云機(jī)場(chǎng)噪聲污染調(diào)查之1:機(jī)場(chǎng)邊的呼嘯村莊 - 21CN.COM - 新聞 第78

49、頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2578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(zhǎng)時(shí)間受到更激烈的振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生雷諾氏病癥狀（四肢末端蒼白）、冷感等 第79頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25792.3.2 超聲波生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)超聲波：頻率大于20KHz的機(jī)械波超聲波應(yīng)用超聲成像超聲治療第80頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2580超聲波是指頻率在2*104Hz以上（上限1012Hz）的人耳聽不到的

50、聲波。超聲波生物效應(yīng)指一定強(qiáng)度的超聲波照射生物體時(shí)，對(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)。熱效應(yīng)：生物組織經(jīng)一定強(qiáng)度的超聲照射時(shí)，超聲的一部分能量被組織吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)能量，釋放出熱量使之溫度升高。機(jī)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(qiáng)周期性的變化?？栈?yīng)：超聲在液體內(nèi)會(huì)導(dǎo)致微小氣泡的產(chǎn)生、生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)，以致破滅的一系列過(guò)程。10W/cm2，超聲手術(shù)刀。第81頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5

51、月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2581超聲治癌HIFU (High Intensity Focused Ultrasound)第82頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2582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(fēng)險(xiǎn)投資有限公司、研究人員等于1999年共同發(fā)起成立第83頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2583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(qiáng)度超聲輻射，在有效殺滅靶組織的同時(shí)也造成周圍組織損傷，而無(wú)法

52、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(shí)，低劑量超聲即可產(chǎn)生聲孔效應(yīng)，可應(yīng)用于加強(qiáng)血栓的消融。東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院的臨床實(shí)驗(yàn)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(xì)血管血栓形成,阻斷作用區(qū)域的直接血液供給途徑；第84頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2584低聲強(qiáng)刺激骨傷愈合第85頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2585低聲強(qiáng)刺激骨傷愈合第86頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2586超

53、聲美容超聲波對(duì)人體細(xì)胞的微按摩、溫?zé)嵝?yīng)。改變細(xì)胞膜的通透性改善血液循環(huán)增強(qiáng)藥物透入3-4MHz CW第87頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2587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(xì)胞，而對(duì)其中的血管、淋巴管及神經(jīng)組織不會(huì)造成任何損傷，然后通過(guò)隱蔽的0.51.0厘米的皮膚小切口將破碎的液體脂肪析出體外。 第88頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2588超聲減肥第89頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38

54、分，星期一2022/9/25891.皮下注射特制溶液.2.超聲作用(20-40KHz)超聲減肥第90頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2590超聲減肥3.排出油脂第91頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2591超聲減肥第92頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/259293 波動(dòng)的物理量1 波長(zhǎng)2 波的傳播速度3 周期和頻率4 振幅第93頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/259394液體和氣體中縱波B 容變彈性模量。B=P，其中為氣體定壓比

55、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。第94頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2594955 波動(dòng)能量動(dòng)能：波源振動(dòng)通過(guò)彈性媒質(zhì)傳播出去，使媒質(zhì)中原來(lái)不動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，因而具有動(dòng)能。勢(shì)能：同時(shí)媒質(zhì)因形變而具有勢(shì)能波的傳播過(guò)程即是振動(dòng)的傳播過(guò)程，又是能量傳遞過(guò)程。在不傳遞介質(zhì)的情況下而傳遞能量是波動(dòng)的基本性質(zhì)。給出的是單位體積內(nèi)中所有質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能和勢(shì)能第95頁(yè)，共159頁(yè)，202

56、2年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2595965 波動(dòng)的能量討論：（1）任一時(shí)刻體積元?jiǎng)幽芘c其勢(shì)能總是相等，（2）波動(dòng)中體積元的能量與單一諧振動(dòng)系統(tǒng)的能量有著顯著的不同。在單一諧振動(dòng)的系統(tǒng)中，動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能最大時(shí)，勢(shì)能最小，勢(shì)能最大時(shí)，動(dòng)能最小，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。在波動(dòng)情況下，任一時(shí)刻任一體積元的動(dòng)能與勢(shì)能總是隨時(shí)間變化的，變化是同步的，值也相等，這說(shuō)明體積元總能量不能為常數(shù)，即能量不守恒（體積元）第96頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/2596975 波動(dòng)的能量（3）波動(dòng)中體積元能量不守恒原因：每個(gè)體積元都不是獨(dú)立地做諧振動(dòng)，

57、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(guò)體積元不斷地吸收和不斷傳遞能量，所以波動(dòng)是能量傳遞的一種形式。 第97頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25976. 聲壓縱波在彈性媒質(zhì)內(nèi)傳播過(guò)程中 , 媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)是隨時(shí)間變化的 , 媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的密度時(shí)疏時(shí)密 , 從而使平衡區(qū)的壓力時(shí)強(qiáng)時(shí)弱 , 結(jié)果導(dǎo)致有波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng) (P W ) 與無(wú)波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng) (P O ) 之間有一定額壓強(qiáng)差 (P W P O ), 這一波動(dòng)壓強(qiáng)稱為聲壓。對(duì)于一無(wú)吸收媒質(zhì)的平面波 , 有波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)

58、的最大值與沒(méi)有波動(dòng)作用時(shí)各點(diǎn)壓強(qiáng)的差值稱為壓強(qiáng)振幅 (P m ), 它可由下式確定： P m = cV m 即：聲壓振幅 P m 與媒質(zhì)密度、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的最大值 V m 及波速 c 成正比。 98第98頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25987 聲強(qiáng) 聲強(qiáng)是表示聲的客觀強(qiáng)弱的物理量 , 它用每秒鐘通過(guò)垂直于聲波傳播方向的 1 平方厘米面積的能量來(lái)度量 , 它的單位是焦耳 ( 秒平方厘米 ) J/(s cm 2 ) 。 聲強(qiáng)與聲源的振幅有關(guān) , 振幅越大 , 聲強(qiáng)也越大 ; 振幅越小 , 聲強(qiáng)也越小。當(dāng)聲源發(fā)出的聲波向各個(gè)方向傳播時(shí) , 其聲強(qiáng)將隨著距

59、離的增大而逐漸減弱。這是由于聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的能量是一定的 , 離開聲源的距離越遠(yuǎn) , 能量的分布面也越大 , 因此通過(guò)單位面積的能量就越小。基于這一原理 , 在超聲診斷探頭發(fā)射超聲時(shí) , 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(gè)比較集中的方向傳播 , 因而可以增加診斷探測(cè)的深度。 第99頁(yè)，共159頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)38分，星期一2022/9/25998. 聲阻抗率聲阻抗率是描述聲波傳播彈性媒質(zhì)的一個(gè)重要物理量。對(duì)于各向同性的均勻媒質(zhì)中無(wú)衰減的平面自由行波來(lái)說(shuō) , 媒質(zhì)中某點(diǎn)有效聲壓 P 與振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度有效值 V 之比稱為聲阻抗率 , 它用 Zs 表

60、示： Zs = P V= c 實(shí)際上 , 聲壓與質(zhì)點(diǎn)振速不一定同相位 , 所以聲阻抗率是 2 個(gè)同頻率、但不同相的余弦量的比值 , 并不是一個(gè)恒量。對(duì)于無(wú)衰減的平面行波 , 聲壓和振速可視為同相 , 媒質(zhì)各點(diǎn)的聲阻抗率是同一個(gè)恒量 c, 對(duì)一定頻率的聲波來(lái)說(shuō) , 它只決定于媒質(zhì)密度和波速 c 的乘積。 聲阻抗率和電學(xué)中一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)、無(wú)損耗傳輸線的特性阻抗相似 , 其中聲壓相當(dāng)于電壓 , 振速相當(dāng)于電流強(qiáng)度 , 聲阻抗率相當(dāng)于電阻。通常聲阻抗率是一個(gè)復(fù)數(shù) , 其實(shí)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 10 6 牛頓秒 / 米 3 (N s m 3 ), 而與