医用治疗仪器----物理治疗仪器(下)

       一.体外冲击波碎石机
       用机械渡粉碎人体结石，分为体内接触式与体外非接触式两种。体外冲击波碎石术( ex-tracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL)属于非接触式碎石。它是在人体之外产生冲击波能量，通过人体组织传人体内，并予以会聚，使之在结石处提高能量密度，将结石击碎。 目前，对体外冲击波碎石机的分类法颇多。如按冲击波发生器不同原理分类，即分为液电式、爆炸式、压电式及电磁式等；如按冲击波源到人 体问的耦合方式分类，分为干式、湿式；如按治疗目的划分，可有肾石碎石机及胆石碎石机；还有按ESWL系统的规模分类，如体外碎石中心、大型体外碎石机及小型移动式体外碎石机等。以下主要介绍液电式体外冲击波碎石机，如图10-6所示。

       （一）组成原理 液电式体外冲击渡碎石机主要构成系统有：冲击 波发生器、聚能装置、定位系统、机械调整系统、触发信号与心电监护等部分。

       1．电路及火花放电部分如图10-7所示，包括电源、充电电路、触发电路、计数电路及放电电路。

充电电路把来自电源的电能储存在高压储能电容器内，触发电路用触发脉冲来触发放 电电路中的点火开篼，使电容器中储存的电能得以通过点火开关进入放电电路。计数电路 则用来计数冲击波发生（即放电）的次数。

       2.聚能部分采用半椭球反射体作为聚能装置把在椭球焦点处由高压放电产生的冲击波能量会聚到第二焦点处的较小区域内，以提高冲击波的压力，粉碎置于该处的结石。 高压放电通过“液电效应”产生冲击波，即放电必须在液体中进行。一般都是在水中进 行（水槽或水囊）。

       3.定位系统定位系统包括定位器及机械调整系统两部分。定位器是指对体内结石 的显像观察设备（如X线机、B型超声显像仪）的探头与反射体组合的整体。借助于定位器与显像观察设备，可以通过机械调整反射体与人体的相对位置，使体内结石准确地置于反射体的第二焦点处。定位系统中的机械调整系统，是用于调整反射体与人体的空间相对位置， 以达到碎石前的定位要求。

       4．触发信号及患者心电监护一般在ESWL机器上，都备有患者心电信号和呼吸信 号接口，以各同步触发冲击波发射之用。为了患者安全，在治疗过程中仍需要配备心电监护 装置，以寅时对碎石患者避行监护，一旦出现心电异常，即应关机，停止碎石治疗。同时采取 相应的检查或救护措施。

       （二）核心技术
       1.高压放电电路的要求高压放电电路包括高压储能电容器、点火开关及放电电极三 部分。高压储能电容也是充电电路的重要组成部分。电极是把电容器中储存的电能转换为 冲击波的关键部件。

       2．聚能部分椭球面结构采用半椭球反射体作为聚能装赶。其作用是把在椭球焦点处由高压放电产生的冲击波能量会聚到第二焦点处的较小区域内，以提高冲击渡的压 力，粉碎置于该处的结石。在第二焦点处可产生的压力将达 到自然场（即未经会聚）压力200倍以上。第二焦点的有效截 面为1. 0-2. 0cm2，而有待粉碎的人体内结石必须准确地定位在此范围内。半椭球反射体的聚焦作用如同10-8所示。 高压放电通过“液电效应”而产生冲击波，放电必须要在 液体（水槽或水囊）中进行。冲击波在其中的传播衰减较小， 而且它与人体软组织在声阻抗上有良好的匹配。

       3.定位与调整整个定位系统应包括定位器及机械调 整系统两个组成部分。

       (1)定位器：借助于定位器与显像观察设备，可以通过机械调整反射体与人体的相对位置，使体内结石准确地置于反射体的第二焦点处，以使会聚的冲击波能量有效地粉碎 结石，而不损伤周围组织。 早期的肾结石的体外碎石机系统采用两台X射线机进行交叉定位。其定位的示意图如图10- 9所示。

       X射线机定位系统色括X射线发生器、影像增强器和监视器等。两台X射线机置于同一平面上，且两束X射线以一定的角度（一般为45。-90。）交叉，它们的轴线交叉点应刚好落在反射体的第二焦点上。通过机械调整装置调整人体位置，使体内结石与两束X射线轴 线交点重台，也即使结石与反射体第二焦点在空间相重合，并从X射线机监视器上观察结石图像是否达到预置位置。 当碎石机用于治疗胆结石时，由于80%的胆结石是非钙化的，使用X射线机定位效果 不佳。可用B型超声显像仪进行定位，可给出清晰的图像显示。而且在定位操作时，只需移动治疗头，人体可以保持不动。 使用扇形扫查B型超声显像仪定位时，定位器与反射体的相对配置，如图10-10所示。

       图中的定位支架把超声探头同定在反射体上。同定时应满足如下要求：①扇形扫查区的中心轴线应与反射体的中心轴线处于同一平面内；②上述的两条轴线的交叉点应刚好落在反射体的第二焦点F：上；③一经固定以后，超声探头与反射体的相对位置不再变动。 进行临床碎石时，只需从B型超声图 像显示上测得结石在人体内的深度，就可以从图中的几何关系推算出准确定位所需的调整参数，再通过调整反射体的空间位置，进行空间定位。

       (2)机械调整部分：碎石机上常用的机械调整部分有齿轮传动和液压移动两种。

       1)齿轮传动：是利用三个电机，通过齿轮传动来实现6个方向上的平移运动。 通过使反射体（或人体）在三维6个 方向上的移动来实现定位要求，用3个电机的正转与反转来执行。使用6个方向 开关以控制电机的转向，并通过齿轮的传圈10-10超声定位时定位器与反射体的配置图动转变为平动。同时，还需有6个限位开关以控制电机的转动，从而可使三维6个方向的平 动在一定的范围内进行。 为获得在6个方向上平滑而缓慢的运动，需将电机的快速转动变换为约1cm/s的慢速 移劫，且移动误差应控制在1mm以内，以保证定位所必要的准确性。

       2)采用液压器件来实现机械调整可避免齿轮转动时产生的噪声。通过3个相互垂直 的油缸可以实现6个方向上的平移。电源通过6个方向开关来选择控制6个不同油路方向 的电磁阀。 机械调整的范围受到油缸尺寸相应的限制，因此在设计油缸的尺寸时，应充分考虑到调整空间范围的具体要求，一般宜取25cm×20cm×25cm。 4触发信号及患者的心电监护在临床治疗过程中，患者的呼吸会使体内结石也产生 相应的位置移动（可达1cm左右）。采用机器内部产生的触发信号来触发，其命中率可下降 到50%左右。为此，通过传感器将呼吸信号提取出来，进行整形及适当延时，并以此作为触 发信号，以使每次高压放电时患者体内结石都刚好甓于反射体的第二焦点处。这样，只要定 位准确，碎石命中率可达到。 另外，从电生理角度上看，心肌细胞在受到刺激而兴奋之后，存在一个有效的不应期（即 任何刺激都不会引起心肌兴奋）。如果这个外来刺激刚好发生在心脏有效不应期之后，但又 处在下一个自然的正常兴奋之前，就会导致心脏期前收缩现象。这种情况倘若多次发生，则有损于心脏健康。通常采用使触发信号与患者心电信号同步的舟法。可把心电信号中的R波提取出来，经过整形及适当延时再作为触发信号。只要触发信号不落在R渡后有效不应期的0.2秒以外，就可以避免引起期前收缩的现象出现。 结石患者在接受体外冲击波治疗之前，其心、胆、肾等功能都应无一例外地接受仔细检查。尽管如此，为了患者的安全，在治疗过程中仍需要配备心电监护装置，以便实时地对碎 石患者进行监护。 临床应用：可用于肾脏、输尿管、膀胱结石和胆结石等的粉碎治疗。

       二、射频消融仪
       作为一种有效的微创电外科手术设备，射频消融仪在临床医学应用中受到越来越多 的关注。人们初开始研究射频对人体的作用是始于1891年的德国d' Arsonval发现射 频渡通过恬体生物组织时，可使组织温度升高而并未引起神经肌肉的兴奋，从而导致了20世纪初外科Bovie手术刀的发明，随后又发展了一系列射频消融疗法。射频消融的优 点是可产生一个精确的小凝固坏死灶，从而早期的射频仪主要用于神经外科与心脏，随着射频技术的发展，现代射频消融仪已经能够产生较大体积的凝固坏死灶，可满足肿瘤射频治疗的需要。下面从射频消融技术原理及系统构成等方面介绍目前射频消融仪的 应用。

       1.高频原理与消融技术当电流通过生物组织时主要会产生以下三种效应：热效应、 法拉第效应和电效应。

       (l)热效应：当电流通过生物组织时，生物组织将受热而引起温度上升。温度上升程度 取决于生物组织的电阻特性以及所通过电流的强弱和持续时间。

       (2)法拉第效应：神经和肌肉细胞对电流非常敏感，当有低频电流通过时将刺激收缩， 这就是法拉第效应。在临床羊术中是不允许出现这种效应的，因而在射频消融术中需采用300kHz以上的高频电流技术以避免该效应的产生。

       (3)电效应：电流通过生物组织时，会引起生物细胞的电解。当直流电通过生物细胞时，带正电荷的离子向负极移动形成阴极，带负电荷的离子向正极移动形成阳极，从而在两 极产生电荷积聚，这是很危险的。如果电流频率足够高，则离子运动方向将在高频电流作用下来回变化，从而可避免生物细胞的电解，这也是消融采用高频电流的原因。 Z射频消融仪射频消融术是通过专用电极的头端将高频交流电送入周围组织，组织 内的离子随高频交变电流方向的变化而来回运动；同时，会使组织温度升高，产生热效应，当 达到一定程度就会杀死组织细胞，一般温度对生物组织的损伤程度可分以下几种情况：①温度<40℃，损伤为可逆性；②温度>40℃，为不可逆性损伤；③温度<100℃，组织轻度干化； @温度>100℃，细胞膜严重被破坏，组织水分及血液蒸发，在表面形成水汽妨碍电极紧密接触，葡萄糖成分变黏性物质，阻抗升高，传导性能下降；⑤温度>200℃，组织炭化。因此，在 射频消融手术中温度控制在50-80℃，电极针周围的组织细胞被破坏，达到热凝固，生 成一个边界清楚舶球状凝固坏死区，达到治疗目的。

       （1）系统构成及工作原理：射频消融仪主要用于心脏射频消融治疗、肿瘤局部透热治疗及五官科消融治疗，其治疗机制是一样的，都是使病变组织坏死而达到治疗目的。现主要以 心脏射频消融治疗为例介绍射频消融术的原理及系统构成。射频消融治疗心律失常的基本机制是使心律失常的起源灶或心律失常的折返通路上的心肌细胞变性、坏死、丧失电话动， 使之不能产生或传导异常的电活动，从而治愈心律失常。系统按各部件功能可分为射频源 和智能数字显示两部分，如图10-11所示，其外设包括消融电极、外电极（患者板）、脚踏板、 射频输出转接盒和计算机等。数字显示部分可实时显示功率、阻抗、时间和温度等参数。射频消融手术必须在心导管室中完成，电极导管在X线图像引导下，通过静脉送人电极导管缓慢地进人心脏，通过导管前端的导向装置前进，沿着血管插进心脏并将电极准确定位，在 导管内部有两根导线引到导管尾部接头处，该接头与多道生理记录仪连接，以记录和标测腔内的心电信号，并根据此心电信号确定电极与病灶的精确定位。确认电极定位正确后，此接 头与射频消融仪连接，以导入射频电流进行消融病灶部位。现在有些导管电极可直接进行温度检测。 

       (2)核心技术：在射频消融治疗控制中一般有阻抗、功率和温度控制，在射频消融过程中，对病灶温度的准确测定与控制是至关重要的，因而直接反映温度测量准确度的消融电极、温度控制部分是整个系统的核心部件。消融电极直接影响凝固坏死区的大小、形状和产 生凝周坏死区的速度，目前有单针形和多针形两种，采用多针形消融电极一次消融的直径大可达55mm。理想的凝固坏死区形状应为球形或扁球形的。临床中通过监测消融放电功 率及阻抗的变化来估测局部组织损伤程度的方式不是很可靠，只有采用直接监测并可控制电极——组织界面温度的自动温控方式才可以更精确地评估射频手术中组织损伤的程序，才能使病灶组织凝同坏死而又不会导致电极周围组织的旋化。

       (3)射频电流导管消蚀术：微创导管引导下射频电流导管消蚀术是将电极导管经静脉或动脉血管送人心脏内，经导管将射频电流导人心脏组织，使局部组织温度升高，产生局部 凝固性坏死，从而达到阻断异常传导束，心动过速的目的，即为射频电流导管消蚀术。

       1)射频电流导管消蚀术治疗阵发性心动过速的基本原理：射频电流是一种高频交流 电，频率范围100kHz-l. 5MHz。射频电流可能达到三种不同的电手术效应：①电手术切 割；②电手术凝血；③电手术干燥。经心导管向心脏导人的射频电流，损伤范围仅在1～ 3mm，故不会对人体构成伤害。 用电生理标测技术找到异常传导通道或异位起搏点，通过导管将射频电流导人局部心肌，使局部组织温度升高，产生凝同性坏死，达到阻断异常传导通道或消灭异位起搏点的目的从而心动过速，成功率可达95%以上。

       2)射频电流导管消蚀术的手术过程：手术在导管室进行。患者平卧，只局部麻醉，故 患者清醒。医生在患者的颈部及双侧大腿根部进行血管穿刺来置人导管，这个过程相当 于静脉输液时的扎针过程，无任何痛苦，不做皮肤切口及缝合。在消融中患者也没有任 何感觉。但术巾标测时行心脏起搏，患者可能有心悸的感觉。平均手术时闾为30-90分钟。

       3)射频电流导管消蚀术适应证：阵发性室上性心动过速带发性室性心动过速、心房扑动和心房颤动等。

       三、电动牵引床在理疗学中，牵引疗法常用于肢体和脊柱的牵引。借助牵伸软组织以治疗关节障碍和 挛缩畸形。脊柱牵引中颈椎牵引用于治疗颈椎病，腰椎牵引用于治疗腰椎间盘突出症。此外，特发性脊柱侧凸也可应用专门的脊柱牵引装置进行治疗，以矫正或减轻侧凸。

       1.腰椎牵引的发展腰椎牵引对腰椎施加牵引力，使紧张和痉挛的腰部肌肉松弛，腰 椎间距增大，腰间盘内压降低，缓解突出物的压迫症状，让疼痛得以消除。 腰椎牵引初由人工牵拉的按摩手法逐渐发展为动力牵引法，即对腰椎施加持续或问 歇性牵拉力。后来又发展成电动机动力转动转换为对患者上、下身固定后的床面作机械传 动伸长平移，对患者腰椎作出可控制的拉伸牵引，近年来又有采用微电脑控制的结构，提高了电动牵引床(electric traction bed，ETB)的智能化水平；而且叉增添了成角、旋转的功能， 提高了治疗效果。快速牵引，牵引力大，作用时间短，减少了患者牵引中的不适，又节省时间，受到了临床欢迎。

       2．腰椎牵引的作用机制
       (l)消除椎间盘突出压力，有利于突出物还纳，减轻压迫症状；
       (z)增加椎管和椎间管容积，减轻对神经根压力，改善感觉和运动功能；
       (3)缓解肌肉瘗挛，减轻疼痛症状，纠正侧凸前屈的病理体位。

       3.腰椎牵引床主要结构

       (l)腰椎牵引床身：腰椎牵引床的设计首先要以消除摩擦力、增加牵引力量的效果为目的。常用的是滑动分离牵引床，在腰椎牵引床的床尾为一通过骨盆牵引带相连的电动牵 引力来源系统。

       (2)腰椎牵引用具骨盆牵引带：骨盆牵引带的形状类似围腰，应具有承受高负荷、无滑动的能力。其中由
乙烯材料制成的骨盆牵引带较为合适。 反向牵引带：为同定躯干而应用一反向牵引带。常用的反向牵引带是胸廓牵引带。 对伴有坐骨神经痛的下腰痛患者，在x线、肌肉测试等全面检查确诊后尝试性地应用踝部
牵引带，对下肢进行牵引有临床意义。

       (3)其他一些牵引器具 衬垫和护垫：采用约1. 2cm厚耐磨的橡胶海绵或棉布质地的衬垫作为衬垫。 枕头：其主要目的不仅是让患者舒适、放松，而且可有效地改变脊柱的曲度或髋、膝等关节的位置，使脊柱牵引更为有的放矢。 脚凳；脚凳的作用主要是在腰椎牵引时置于患者双下肢，以通过双髋、双膝的屈曲改变腰椎的曲度，从而提高牵引的效果。 电动颈、腰椎牵引床如图10-12所示。

       4.主要技术参数

       (l)床外形尺寸：l940mm×500mm×6iOmm;
       (2)升降板折起角：。。-30。姒适应腰椎、颈椎治疗要求；
       (3)躺板平移距离：0-240mm;
       (4)颈椎钢丝绳牵引距离：0-240mm;
       (5)牵引力：10-80kg，测量误差士3kg。