高頻治療儀的發(fā)展現(xiàn)狀及應用

王永清，張瑞卿，王永強，孫榮霞，郝納新

（1.河北大學電子信息工程學院，醫(yī)工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大學附屬醫(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)狀及應用

王永清1，張瑞卿1，王永強2，孫榮霞1，郝納新3

（1.河北大學電子信息工程學院，醫(yī)工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大學附屬醫(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工作，利用高頻電流積集處焦耳熱能量實施電灼、電切、電凝的醫(yī)療儀器，具有快速工作、操作簡單和制作成本低等優(yōu)點.本文結合已有的高頻治療儀在醫(yī)學領域中的應用，評述了國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了具體的波形、頻率、功率等技術性能.使用波峰因子對不同波形進行了計算分析、對不同的功率曲線進行了對比.結果指出，波峰因子數(shù)值是決定輸出形式的重要指標，同時雙極模式下的輸出功率與負載阻值均小于單極模式.還討論了該儀器的電路結構、特點及安全性問題，并總結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發(fā)展趨勢.

高頻治療儀；電凝術；燒灼術；電切術；波峰因子

高頻治療儀是利用強密度的高頻電流對機體組織進行短時間的集中熱效應，使組織或組織成分的細胞汽化或爆裂，從而達到切割、凝血或電灼等手術的目的［1］.該儀器是基于高頻趨膚效應設計的，所謂趨膚效應是指當交變電流通過導體時，因電磁感應作用致使電流趨向表面的現(xiàn)象.當頻率很高時，可近似認為電流只從導體的表面通過［2］.基于此原理，可在機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組織實施切割、凝血以及電灼治療.

1892年，法國物理學家達松伐爾開始使用火花式高頻電流進行治療.1926年，庫欣首先使用高頻手術刀進行腦腫瘤切除手術.從高頻手術儀器使用至今，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威利valleylab、德國的ERBE、Meyer－Haake，法國的Lamidey，以及韓國的Union等.國內(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，與國外產(chǎn)品存在一定差距.目前，技術較為先進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)已報道文獻主要是醫(yī)生關于采用該儀器治療的臨床應用.而從儀器設計研發(fā)角度對其工作原理、電路設計、安全性能的相關報道較少，由此制約了從電路、工作機理及性能等方面對該儀器的更為深入的研究探索.本文將對此儀器工作原理、安全性能及具體應用進行詳細的綜述.

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

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，電流強度較小同時輸出功率較小，這樣的電流作用于生物組織，對生物組織進行加熱、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，同時以很高的強度作用于生物組織，使組織內(nèi)的細胞受熱裂開，這時治療儀刀頭在機體組織的來回移動就起切割的作用［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3種不同的波形進行分析.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)學表達式為

波峰因子直接反映信號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，對應的波峰因子為11，圖1b中電切的波形為等幅正弦波，對應的波峰因子為1.41，圖1c中混合波形的波峰因子為4.5.通過對3種波形波峰因子的比較得出：波峰因子較小時，只具有切割效果；隨著波峰因子的變大，凝血作用逐漸增強而切割作用變?nèi)?；當波峰因子達到一定的值時，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、輸出導線和刀筆、手動／腳踏控制板、雙極鑷子、回路導線和負極板等.高頻治療儀有2種工作模式：單極模式和雙極模式［13］.單極模式是指高頻電流從治療儀流出，通過治療儀的輸出導線和刀筆作用于人體，此時的電流密度比較大.為了防止過大的電流對人體造成損害，通常設置面積比較大的負極板，然后再通過連接回路導線最后返回到高頻治療儀的負極［14］.雙極模式是指雙極鑷子連接高頻治療儀，高頻治療儀通過雙極鑷子進行輸出，鑷子的2個尖端作用于生物組織，對出血的組織進行加熱、干燥，以達到凝血的目的［15］.使用雙極模式作用時，由于雙極鑷子的兩端一個作用于輸出回路，一個作用于返回回路，因此就不需要連接負極板，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，測定滬通牌GD350－B4治療儀輸出負載功率曲線如圖2a所示.隨著負載阻抗的增加，輸出功率一直增加.當增加到設定功率附近偏差小于20%時，負載阻抗繼續(xù)增加，功率基本上變化不大.在雙極模式下，測定其輸出負載功率曲線如圖2b所示.隨著負載阻抗的增加，輸出功率一直增加，當增加到設定功率時，負載阻抗繼續(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載阻抗關系Fig.2 Unipolar／bipolar mode output power and load impedance curve

對比2種模式下的輸出功率曲線可得結論：1）雙極模式下的輸出功率、負載阻值均小于單極模式；2）單極模式的輸出功率在設定值附近變化較小，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源［18］，通常信號源由自激式振蕩或石英晶體振蕩電路構成.高頻功放部分多采用VMOS高頻場效應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行阻抗匹配，實現(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度、波形、治療輸出方式、治療時間等參數(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行治療作用，電路結構如圖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)科手術的廣泛應用中存在著一些潛在的危險.近年來，對其安全性的研究得到高度重視.除了采用如氬氣保護［21］、負極板回路檢測［22］、熱損傷控制、實時反饋［23］等先進技術外，對治療儀的操作規(guī)范也有具體要求.

3.1 安全要求

高頻治療儀的應用過程中，對其安全操作應注意以下幾點［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）電刀的金屬外殼應接地，以防止機殼帶電；3）機器輸出的低頻漏電流要小于10μA，過大的低頻漏電流會刺激病人的心臟，甚至危及病人的生命；4）高頻漏電流要低于150mA，若高頻電流過大會灼傷病人［25］；5）在單極輸出時，機器的輸出功率不能超過400W，雙極工作時輸出功率不得超過500W，否則會造成永久性傷害；6）極板的面積要足夠大，以減弱回路返回的電流值；7）手控、腳控開關要防水.

3.2 灼傷及預防

高頻治療儀的工作頻率高但是作用面積較小，如果不能對其正確使用，會對人體產(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）極板灼傷原因和預防

極板灼傷是因為極板處電流密度過大，當病人和極板的實際接觸面積＜64.5cm2時會產(chǎn)生極板灼傷.極板灼傷的預防方法是保證極板正確連接同時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)測電流回路的雙極板同時極板放置在干燥、肌肉豐富、平滑的部位［29］.

2）非極板灼傷的原因和預防

即使手術的過程中病人的極板位置合適，治療儀的電極或?qū)Ь€與病人接觸不當時也會對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打火產(chǎn)生的低頻電流，因為這個電流會直接流經(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”，如果接觸點小但輻射量大，產(chǎn)生的高頻電流就會在接觸點位置產(chǎn)生電灼傷［31］.接地分流是指病人機體相對高頻儀器而言等效于一個電阻，高頻治療儀輸出的是上千甚至是上萬伏的電壓，手術的過程中病人機體這個負載會分布有不同的電位點，電位差別比較大的點發(fā)生短接，就會形成接地分流，灼傷病人.

非極板灼傷的預防方法有：①在手術開始前和過程中要仔細檢查極板、刀頭和導線的連接［32］；②在手術的過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 高頻治療儀的特點及應用

高頻治療儀相比機械手術刀有以下優(yōu)勢［34］：

1）能夠準確地到達和接觸病變部位，同時切割速度快，止血效果好［35］；2）在對病人進行手術的過程中，手術時間短，相應地減輕了病人的痛苦；3）高頻治療儀本身設備簡單，操作方便，使用相對安全.

由于高頻治療儀存在以上突出的優(yōu)勢，所以在皮膚科、婦科、外科、醫(yī)療美容科等有廣泛應用［36］.高頻治療儀對機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細電針主要用于五官科及腋臭治療等.

高頻治療儀進行一些皮膚科應用，如電灼黃褐斑、祛斑等癥狀時輸出電壓為120V，采用點狀灼燒.斑狀較大時采用電針與皮膚成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、毛細血管擴張及紅痣時輸出電壓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，輸出電壓為10V，將針頭順著腋毛生長的方向插入根部，深度2～4mm，合適的插入速度及停頓時間，以達到適當?shù)钠茐模?8］.高頻治療儀進行一些婦科應用如宮頸糜爛時，燒灼范圍為糜爛面外0.5cm，深達糜爛面下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］.高頻治療儀進行一些肛腸外科手術如大腸息肉時，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，使用混合電流同時根據(jù)病癥大小選擇功率，每次通電3～5s直至切除.對患者進行術后觀察，治愈率高達93%［40］.

5 結語

通過對高頻治療儀的工作性能進行闡述，重點對性能參數(shù)、輸出形式、工作波形、工作模式進行了分析對比，得出波峰因子數(shù)值影響輸出形式，同時雙極模式下的輸出功率、負載阻值均小于單極模式的結論.另外，通過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防方法.論文對比分析得出的結果對該儀器的設計中波峰因子數(shù)值的設定、單模與雙模輸出的選擇、儀器的安全性設計方面具有一定的參考意義.在計算機技術、網(wǎng)絡技術、電子技術迅速發(fā)展的今天，新設計的儀器應具備連續(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，還應增加自動防灼傷功能，朝著實現(xiàn)人機交互控制與病癥智能輔助診斷、網(wǎng)絡化遠程治療等智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展.

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（責任編輯：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

河北大學醫(yī)工交叉研究中心開放基金項目（BM201101）

王永清（1962－），男，河北邢臺人，河北大學教授，工學博士，主要從事檢測技術與儀器方向研究.E－mail：wyq＠hbu.edu.cn