高頻治療儀的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

王永清，張瑞卿，王永強(qiáng)，孫榮霞，郝納新

（1.河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院，醫(yī)工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大學(xué)附屬醫(yī)院皮膚科，河北保定 071000；3.保定奧普節(jié)能科技開發(fā)有限公司，河北保定 071051）

高頻治療儀的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

王永清1，張瑞卿1，王永強(qiáng)2，孫榮霞1，郝納新3

（1.河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院，醫(yī)工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大學(xué)附屬醫(yī)院皮膚科，河北保定 071000；3.保定奧普節(jié)能科技開發(fā)有限公司，河北保定 071051）

高頻治療儀是基于高頻趨膚效應(yīng)工作，利用高頻電流積集處焦耳熱能量實(shí)施電灼、電切、電凝的醫(yī)療儀器，具有快速工作、操作簡(jiǎn)單和制作成本低等優(yōu)點(diǎn).本文結(jié)合已有的高頻治療儀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，評(píng)述了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了具體的波形、頻率、功率等技術(shù)性能.使用波峰因子對(duì)不同波形進(jìn)行了計(jì)算分析、對(duì)不同的功率曲線進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果指出，波峰因子數(shù)值是決定輸出形式的重要指標(biāo)，同時(shí)雙極模式下的輸出功率與負(fù)載阻值均小于單極模式.還討論了該儀器的電路結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及安全性問(wèn)題，并總結(jié)了在皮膚科和外科的臨床適用范圍.最后，展望了高頻治療儀的某些未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).

高頻治療儀；電凝術(shù)；燒灼術(shù)；電切術(shù)；波峰因子

高頻治療儀是利用強(qiáng)密度的高頻電流對(duì)機(jī)體組織進(jìn)行短時(shí)間的集中熱效應(yīng)，使組織或組織成分的細(xì)胞汽化或爆裂，從而達(dá)到切割、凝血或電灼等手術(shù)的目的［1］.該儀器是基于高頻趨膚效應(yīng)設(shè)計(jì)的，所謂趨膚效應(yīng)是指當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，因電磁感應(yīng)作用致使電流趨向表面的現(xiàn)象.當(dāng)頻率很高時(shí)，可近似認(rèn)為電流只從導(dǎo)體的表面通過(guò)［2］.基于此原理，可在機(jī)體與高頻治療電極接觸的表層處獲得很高的電流密度，以此利用其焦耳熱對(duì)組織實(shí)施切割、凝血以及電灼治療.

1892年，法國(guó)物理學(xué)家達(dá)松伐爾開始使用火花式高頻電流進(jìn)行治療.1926年，庫(kù)欣首先使用高頻手術(shù)刀進(jìn)行腦腫瘤切除手術(shù).從高頻手術(shù)儀器使用至今，共經(jīng)歷了火花塞放電、大功率電子管、大功率晶體管和大功率金屬－氧化物－半導(dǎo)體（MOS）管4代的更新變化［3］.目前，世界上生產(chǎn)高頻治療儀的公司有美國(guó)威利valleylab、德國(guó)的ERBE、Meyer－Haake，法國(guó)的Lamidey，以及韓國(guó)的Union等.國(guó)內(nèi)有近20家企業(yè)生產(chǎn)，如北京貝林電子有限公司、蘇州康迪電子有限公司等.但國(guó)產(chǎn)高頻治療儀的質(zhì)量參差不齊，在整體性能和可靠性方面，與國(guó)外產(chǎn)品存在一定差距.目前，技術(shù)較為先進(jìn)的治療儀具備了完善的功能模式，可以滿足不同的患者需求.生產(chǎn)治療儀的廠家在制造上也已進(jìn)入專業(yè)化［4］：一是分批制造具有一定發(fā)展模式的裝置；二是根據(jù)臨床不同科室的要求分別制造.

該儀器已經(jīng)投入使用，業(yè)已報(bào)道文獻(xiàn)主要是醫(yī)生關(guān)于采用該儀器治療的臨床應(yīng)用.而從儀器設(shè)計(jì)研發(fā)角度對(duì)其工作原理、電路設(shè)計(jì)、安全性能的相關(guān)報(bào)道較少，由此制約了從電路、工作機(jī)理及性能等方面對(duì)該儀器的更為深入的研究探索.本文將對(duì)此儀器工作原理、安全性能及具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的綜述.

1 高頻治療儀的工作性能

1.1 性能參數(shù)

治療儀的工作頻率為0.3～5MHz、負(fù)載阻抗為500Ω±5%、最大工作電流為50mA、最大輸出功率為10～50W，對(duì)高頻治療儀的工作頻率有著一定的限制.低頻電流流過(guò)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的電刺激［5］，很強(qiáng)的電刺激會(huì)使人體產(chǎn)生痙攣、呼吸窒息、心跳驟停以致死亡.但是，當(dāng)電流達(dá)到較高頻率時(shí)，高頻電流對(duì)人體的電刺激作用會(huì)消失，只對(duì)機(jī)體組織產(chǎn)生一定的熱效應(yīng)［6］.綜合考慮治療儀正常工作時(shí)的安全性能要求，治療儀的工作頻率應(yīng)在0.3～5MHz［7］.治療儀的負(fù)載阻抗指的是治療儀作用的機(jī)體組織阻抗，工作電流的限制是人體可以接受50mA以下的直流電流，在單極模式作用時(shí)治療儀的電流流過(guò)極板，極板會(huì)在很大程度上減弱電流的強(qiáng)度，使電流不會(huì)在回流的過(guò)程中對(duì)人體產(chǎn)生很強(qiáng)的電刺激.

1.2 輸出形式

高頻治療儀有電凝、電切和電灼3種工作形式［8－9］.電凝是指治療儀的刀頭在電極上輸出間斷不連續(xù)的高頻電流，電流強(qiáng)度較小同時(shí)輸出功率較小，這樣的電流作用于生物組織，對(duì)生物組織進(jìn)行加熱、干燥，使血液凝固［10］；電切是指治療儀的刀頭上輸出連續(xù)的高頻電流，同時(shí)以很高的強(qiáng)度作用于生物組織，使組織內(nèi)的細(xì)胞受熱裂開，這時(shí)治療儀刀頭在機(jī)體組織的來(lái)回移動(dòng)就起切割的作用［11］；電灼是指用金屬電極沿著病變組織的邊緣向中心進(jìn)行不同程度的電灼燒，然后再用電火花放電的方法去除殘留的病變組織.

1.3 工作波形

高頻治療儀的典型輸出波形有電凝波形，電切波形以及凝固和切割的混合波形，分別如圖1a，b，c所示.

圖1 高頻治療儀的典型輸出波形Fig.1 Typical output wave of high frequency therapy instrument

使用波峰因子（crest factor，CF）對(duì)3種不同的波形進(jìn)行分析.波峰因子是輸出電壓波形的最大值與均方根值的比值.其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

波峰因子直接反映信號(hào)的能量集中程度以及輸出形式［12］.圖1a中凝血的波形為衰減的正弦波，對(duì)應(yīng)的波峰因子為11，圖1b中電切的波形為等幅正弦波，對(duì)應(yīng)的波峰因子為1.41，圖1c中混合波形的波峰因子為4.5.通過(guò)對(duì)3種波形波峰因子的比較得出：波峰因子較小時(shí)，只具有切割效果；隨著波峰因子的變大，凝血作用逐漸增強(qiáng)而切割作用變?nèi)?；?dāng)波峰因子達(dá)到一定的值時(shí)，只體現(xiàn)凝血效果.

1.4 工作模式

高頻治療儀的整體組成包括：主機(jī)、輸出導(dǎo)線和刀筆、手動(dòng)／腳踏控制板、雙極鑷子、回路導(dǎo)線和負(fù)極板等.高頻治療儀有2種工作模式：?jiǎn)螛O模式和雙極模式［13］.單極模式是指高頻電流從治療儀流出，通過(guò)治療儀的輸出導(dǎo)線和刀筆作用于人體，此時(shí)的電流密度比較大.為了防止過(guò)大的電流對(duì)人體造成損害，通常設(shè)置面積比較大的負(fù)極板，然后再通過(guò)連接回路導(dǎo)線最后返回到高頻治療儀的負(fù)極［14］.雙極模式是指雙極鑷子連接高頻治療儀，高頻治療儀通過(guò)雙極鑷子進(jìn)行輸出，鑷子的2個(gè)尖端作用于生物組織，對(duì)出血的組織進(jìn)行加熱、干燥，以達(dá)到凝血的目的［15］.使用雙極模式作用時(shí)，由于雙極鑷子的兩端一個(gè)作用于輸出回路，一個(gè)作用于返回回路，因此就不需要連接負(fù)極板，這是與單極模式最主要的區(qū)別.單極模式和雙極模式的區(qū)別還在于單極模式下治療儀探頭對(duì)生物組織的作用范圍很大，而在雙極模式下作用范圍只由鑷子兩刀頭間距離決定［16］.

在單極模式中，測(cè)定滬通牌GD350－B4治療儀輸出負(fù)載功率曲線如圖2a所示.隨著負(fù)載阻抗的增加，輸出功率一直增加.當(dāng)增加到設(shè)定功率附近偏差小于20%時(shí)，負(fù)載阻抗繼續(xù)增加，功率基本上變化不大.在雙極模式下，測(cè)定其輸出負(fù)載功率曲線如圖2b所示.隨著負(fù)載阻抗的增加，輸出功率一直增加，當(dāng)增加到設(shè)定功率時(shí)，負(fù)載阻抗繼續(xù)增加，輸出功率呈指數(shù)下降［17］.

圖2 單極／雙極模式輸出功率與負(fù)載阻抗關(guān)系Fig.2 Unipolar／bipolar mode output power and load impedance curve

對(duì)比2種模式下的輸出功率曲線可得結(jié)論：1）雙極模式下的輸出功率、負(fù)載阻值均小于單極模式；2）單極模式的輸出功率在設(shè)定值附近變化較小，曲線較為平緩.雙極模式下曲線變化比較劇烈.

2 高頻治療儀的電路原理

高頻治療儀通常由高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、高頻匹配電路和治療電極、控制電路及電源電路幾部分組成.高頻振蕩電路是高頻信號(hào)源［18］，通常信號(hào)源由自激式振蕩或石英晶體振蕩電路構(gòu)成.高頻功放部分多采用VMOS高頻場(chǎng)效應(yīng)功率管作功率放大器件［19］.高頻匹配電路的作用是使高頻功放的功率與后面的治療電極和人體進(jìn)行阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)高頻功率［20］高效地傳輸給病灶部位.控制部分的作用是控制儀器輸出高頻功率的強(qiáng)度、波形、治療輸出方式、治療時(shí)間等參數(shù).最終輸出到選擇部件，根據(jù)人體病癥的不同位置、深度選擇形狀不同的電極進(jìn)行治療作用，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 高頻治療儀電路Fig.3 High frequency therapy instrument circuit diagram

3 高頻治療儀的安全性能

高頻治療儀在醫(yī)科手術(shù)的廣泛應(yīng)用中存在著一些潛在的危險(xiǎn).近年來(lái)，對(duì)其安全性的研究得到高度重視.除了采用如氬氣保護(hù)［21］、負(fù)極板回路檢測(cè)［22］、熱損傷控制、實(shí)時(shí)反饋［23］等先進(jìn)技術(shù)外，對(duì)治療儀的操作規(guī)范也有具體要求.

3.1 安全要求

高頻治療儀的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)其安全操作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)［24］：

1）輸出必須全懸浮，電刀的輸出部分必須與市電相隔離；2）電刀的金屬外殼應(yīng)接地，以防止機(jī)殼帶電；3）機(jī)器輸出的低頻漏電流要小于10μA，過(guò)大的低頻漏電流會(huì)刺激病人的心臟，甚至危及病人的生命；4）高頻漏電流要低于150mA，若高頻電流過(guò)大會(huì)灼傷病人［25］；5）在單極輸出時(shí)，機(jī)器的輸出功率不能超過(guò)400W，雙極工作時(shí)輸出功率不得超過(guò)500W，否則會(huì)造成永久性傷害；6）極板的面積要足夠大，以減弱回路返回的電流值；7）手控、腳控開關(guān)要防水.

3.2 灼傷及預(yù)防

高頻治療儀的工作頻率高但是作用面積較小，如果不能對(duì)其正確使用，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定程度的電灼傷［26］.電灼傷分為2類：一種是發(fā)生在極板處為極板灼傷，另一種為非極板灼傷［27］.

1）極板灼傷原因和預(yù)防

極板灼傷是因?yàn)闃O板處電流密度過(guò)大，當(dāng)病人和極板的實(shí)際接觸面積＜64.5cm2時(shí)會(huì)產(chǎn)生極板灼傷.極板灼傷的預(yù)防方法是保證極板正確連接同時(shí)與病人的接觸面積盡可能大［28］.為避免極板灼傷要使用帶有監(jiān)測(cè)電流回路的雙極板同時(shí)極板放置在干燥、肌肉豐富、平滑的部位［29］.

2）非極板灼傷的原因和預(yù)防

即使手術(shù)的過(guò)程中病人的極板位置合適，治療儀的電極或?qū)Ь€與病人接觸不當(dāng)時(shí)也會(huì)對(duì)病人造成一定程度的電灼傷.主要分為3種情況：火花低頻［30］、高頻輻射、接地分流.

火花低頻是指高頻治療儀外部的低頻電流，比如刀頭電纜斷線時(shí)打火產(chǎn)生的低頻電流，因?yàn)檫@個(gè)電流會(huì)直接流經(jīng)人體的心臟部位所以危害更大.高頻輻射是指病人攜帶或者接觸的金屬物，對(duì)高頻治療儀產(chǎn)生的電壓而言，這些金屬物就像是“發(fā)射電線”，如果接觸點(diǎn)小但輻射量大，產(chǎn)生的高頻電流就會(huì)在接觸點(diǎn)位置產(chǎn)生電灼傷［31］.接地分流是指病人機(jī)體相對(duì)高頻儀器而言等效于一個(gè)電阻，高頻治療儀輸出的是上千甚至是上萬(wàn)伏的電壓，手術(shù)的過(guò)程中病人機(jī)體這個(gè)負(fù)載會(huì)分布有不同的電位點(diǎn)，電位差別比較大的點(diǎn)發(fā)生短接，就會(huì)形成接地分流，灼傷病人.

非極板灼傷的預(yù)防方法有：①在手術(shù)開始前和過(guò)程中要仔細(xì)檢查極板、刀頭和導(dǎo)線的連接［32］；②在手術(shù)的過(guò)程中避免病人與金屬物接觸；③醫(yī)療人員要戴絕緣手套避免高頻接地［33］.

4 高頻治療儀的特點(diǎn)及應(yīng)用

高頻治療儀相比機(jī)械手術(shù)刀有以下優(yōu)勢(shì)［34］：

1）能夠準(zhǔn)確地到達(dá)和接觸病變部位，同時(shí)切割速度快，止血效果好［35］；2）在對(duì)病人進(jìn)行手術(shù)的過(guò)程中，手術(shù)時(shí)間短，相應(yīng)地減輕了病人的痛苦；3）高頻治療儀本身設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用相對(duì)安全.

由于高頻治療儀存在以上突出的優(yōu)勢(shì)，所以在皮膚科、婦科、外科、醫(yī)療美容科等有廣泛應(yīng)用［36］.高頻治療儀對(duì)機(jī)體組織的不同病癥位置要求使用不同形狀的電針.球狀電針適用于皮膚科、美容科等；圓環(huán)形電針應(yīng)用于婦科如宮頸糜爛、宮頸息肉等；刀型電針常用于外科、肛腸科等；0.3mm細(xì)電針主要用于五官科及腋臭治療等.

高頻治療儀進(jìn)行一些皮膚科應(yīng)用，如電灼黃褐斑、祛斑等癥狀時(shí)輸出電壓為120V，采用點(diǎn)狀灼燒.斑狀較大時(shí)采用電針與皮膚成45°角燒灼，若斑癥位于表皮和真皮淺層的交界處，電極作用后其表面為淡粉色.電灼皮贅、毛細(xì)血管擴(kuò)張及紅痣時(shí)輸出電壓180V，電針垂直作用于皮膚，若斑癥存在于真皮層，電極作用后表面為褐色［37］.使用治療儀治療腋臭時(shí)，輸出電壓為10V，將針頭順著腋毛生長(zhǎng)的方向插入根部，深度2～4mm，合適的插入速度及停頓時(shí)間，以達(dá)到適當(dāng)?shù)钠茐模?8］.高頻治療儀進(jìn)行一些婦科應(yīng)用如宮頸糜爛時(shí)，燒灼范圍為糜爛面外0.5cm，深達(dá)糜爛面下0.3cm，使之為黑痂停止操作.面積較大的病癥可將其燒灼至淺錐形內(nèi)陷.使用此法，療效明顯，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ度宮頸炎治療率分別為100%，99.47%和92.92%［39］.高頻治療儀進(jìn)行一些肛腸外科手術(shù)如大腸息肉時(shí)，直徑≤0.5cm的息肉，用活檢鉗鉗出；直徑＞0.5cm的息肉，用高頻電凝切除，使用混合電流同時(shí)根據(jù)病癥大小選擇功率，每次通電3～5s直至切除.對(duì)患者進(jìn)行術(shù)后觀察，治愈率高達(dá)93%［40］.

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高頻治療儀的工作性能進(jìn)行闡述，重點(diǎn)對(duì)性能參數(shù)、輸出形式、工作波形、工作模式進(jìn)行了分析對(duì)比，得出波峰因子數(shù)值影響輸出形式，同時(shí)雙極模式下的輸出功率、負(fù)載阻值均小于單極模式的結(jié)論.另外，通過(guò)介紹高頻治療儀的電路原理及安全性能要求，給出了灼傷原因及其預(yù)防方法.論文對(duì)比分析得出的結(jié)果對(duì)該儀器的設(shè)計(jì)中波峰因子數(shù)值的設(shè)定、單模與雙模輸出的選擇、儀器的安全性設(shè)計(jì)方面具有一定的參考意義.在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，新設(shè)計(jì)的儀器應(yīng)具備連續(xù)可調(diào)波峰因子數(shù)值、可靈活切換單模／雙模輸出方式的功能.同時(shí)，還應(yīng)增加自動(dòng)防灼傷功能，朝著實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制與病癥智能輔助診斷、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程治療等智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展.

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（責(zé)任編輯：孟素蘭）

Development status and application of high frequency therapy instrument

WANG Yongqing1，ZHANG Ruiqing1，WANG Yongqiang2，SUN Rongxia1，HAO Naxin3
（1.Biomedical Engineering Research Center，College of Electronic Information Engineering，Hebei University，Baoding 071002，China；2.Dermatological Department，Affiliated Hospital of Hebei University，Baoding 071000，China；3.Baoding Aopu Energy Saving Technology Exploiture Company Limited，Baoding 071051，China）

High frequency therapy instrument is the medical instrument，which is based on the highfrequency skin effect，using joule heat of where high frequency current accumulates to achieve cauterization，electricity cutting and electric coagulation.It has the advantages of working rapidly，simple operation and low cost.Combined with the medical application of the instrument，the paper summarizes the research status at home and abroad，expounds the concrete working performance including waveform，frequency，power and so on.The author uses the crest factors to analyze the different waveforms and compares the power curves of different models.The results show that crest factor numerical is the important indicator determining the output form.Meanwhile，the bipolar mode is less than unipolar mode in output power and load resistance.The circuit structures，characters and safe operations of the instrument are discussed and the clinical applications of dermatology and surgery are summarized in the paper.At last，some trends of future development of high frequency therapy instrument are prospected.

high frequency therapy instrument；electric coagulation；cauterization；electrocision；crest factor

R197.39

A

1000－1565（2013）02－0218－07

10.3969／j.issn.1000－1565.2013.02.019

2012－06－06

河北大學(xué)醫(yī)工交叉研究中心開放基金項(xiàng)目（BM201101）

王永清（1962－），男，河北邢臺(tái)人，河北大學(xué)教授，工學(xué)博士，主要從事檢測(cè)技術(shù)與儀器方向研究.E－mail：wyq＠hbu.edu.cn