治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

第九章治療類儀器

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

9.1概述現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)對(duì)疾病的治療方法主要有以下幾種：藥物治療手術(shù)治療儀器治療心理治療人工器官

第九章治療類儀器

設(shè)1

治療類儀器的設(shè)計(jì)原理是基于各種物理因子對(duì)人體不同的生理和生物效應(yīng)。除超聲屬非電磁波譜外，其他物理因子大多分布在電磁波譜上。

電磁波譜的不同頻段對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)：在1000Hz以下主要是刺激效應(yīng)；1000Hz～3×1015Hz主要是熱效應(yīng)；而在3×1015Hz以上主要是生物效應(yīng)。

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電磁波譜。

電磁波譜。3

9.2電治療儀頻率小于1KHz時(shí)的電流對(duì)人體細(xì)胞組織的作用主要是以刺激效應(yīng)為主（哺乳動(dòng)物神經(jīng)纖維的絕對(duì)不應(yīng)期大約為1ms，因此每秒最多只能產(chǎn)生1000次興奮，而當(dāng)頻率大于1kHz時(shí)，組織細(xì)胞將不再產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)）。所以這一波段的電磁波被用來(lái)設(shè)計(jì)出各種電刺激治療儀。從小電流的周期刺激器（如心臟起搏器）到大電流單脈沖刺激器（如除顫器）。

9.24治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件5治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件6

1.電刺激系統(tǒng)的組成：電刺激系統(tǒng)通常由三部分組成：①脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生使神經(jīng)去極化的脈沖序列；②導(dǎo)聯(lián)線，把脈沖傳輸?shù)酱碳の恢茫虎垭姌O，把刺激脈沖安全、有效地傳輸?shù)娇膳d奮組織。1.電刺激系統(tǒng)的組成：7

2．電刺激類型

按照電刺激部位，刺激類型可劃分為：（1）表面刺激電刺激的三部分都在體外，電極放在皮膚上或要刺激的肌肉的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)附近。（2）經(jīng)皮刺激電極放在體內(nèi)，并靠近要刺激的部位。導(dǎo)聯(lián)線穿過(guò)皮膚連接外部脈沖發(fā)生器。（3）植入式刺激植入式刺激是指將刺激器的三部分通過(guò)外科手術(shù)永久植入人體，植入完成后皮膚完全縫合。植入部分和體外部分的聯(lián)系是通過(guò)非接觸方式進(jìn)行的。2．電刺激類型8

9.2.4人工心臟起搏器心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)：由一系列特殊心臟細(xì)胞聯(lián)結(jié)組成的傳導(dǎo)系統(tǒng)，這些細(xì)胞組織既有自動(dòng)產(chǎn)生興奮的功能，又有較一般心肌細(xì)胞為快的傳導(dǎo)功能，這樣使興奮有節(jié)律地按一定順序傳播，使心臟保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張，以維持血液循環(huán)。

9.2.4人工心臟起搏器9

10當(dāng)心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)（總稱為心臟傳導(dǎo)阻滯）心臟便不能保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張。人工心臟起搏器產(chǎn)生周期性電脈沖，這些脈沖加到放在心臟表面或心肌內(nèi)或心腔里的電極，這些刺激通過(guò)電極傳到心臟上，引起心臟的收縮，就可以使心臟恢復(fù)正常的有節(jié)律的收縮和舒張。人工心臟起搏器可分為非同步心臟起搏器和同步心臟起搏器。根據(jù)起博器的放置位置又可分為體外起搏器和植入式起博器。

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（1）非同步心臟起搏器非同步心臟起搏器是一種自由振蕩的起博器，它不管人體心臟的實(shí)際情況，總是給出一定頻率的電刺激。下圖為非同步心臟起搏器的方框圖。

電源振蕩器脈沖輸出電路引線電極（1）非同步心臟起搏器電源振蕩器脈沖引線電極12

1）電源對(duì)植入式心臟起搏器，使用的電源主要有三種：原電池、經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源和原子能電源。①原電池植入式心臟起搏器最常使用的電源是原電池。最早使用的原電池是水銀電池，使用壽命約2年；現(xiàn)在開(kāi)始使用鋰電池，使用壽命可達(dá)10年左右。

1）電源13

②經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源植入式心臟起搏器也可用經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源供電。②經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源14

③原子能電源能保證有更長(zhǎng)的壽命和更高的可靠性。

輻射源吸收器熱電堆DC/DC變換器起博器③原子能電源輻射源吸收器熱電堆DC/DC變換器起博器15

2）定時(shí)電路非同步心臟起搏器是最簡(jiǎn)單的一種起博器，它不管心臟的實(shí)際功能情況而只是提供一串恒定重復(fù)頻率的刺激脈沖。這種情況下，振蕩器可以采用自由振蕩的間歇振蕩器或多諧振蕩器。設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：低耗電和受電源波動(dòng)影響小。

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3）輸出電路輸出電路對(duì)電脈沖進(jìn)行放大并耦合到電極上去。輸出電路由一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的晶體管和到電極去的一個(gè)合適的耦合電路所組成。

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4）引線和電極在大多數(shù)起搏器的設(shè)計(jì)中，脈沖輸出電路都是位于遠(yuǎn)離心臟的某一位置上，所以必須有合適的引線把電刺激傳到心臟并且加到合適的部位。對(duì)引線的要求：①引線必須是良導(dǎo)體；②機(jī)械性能必須很結(jié)實(shí)；③必須保持良好的絕緣。為了滿足以上要求，引線通常都是由彈簧絲合金互相盤繞的一些螺旋線圈澆鑄在硅橡膠筒內(nèi)制成的。

4）引線和電極20

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電極心臟起博器有單極型電極和雙極型電極。用單極型電極時(shí)，此電極放在心臟上，負(fù)向脈沖加到此電極上，另外有一個(gè)大的無(wú)關(guān)電極放在身體的其它部位。用雙極型電極時(shí)，兩個(gè)電極都放在心臟上，刺激脈沖加在兩個(gè)電極之間。電極可放在心臟表面（心外電極）、埋在心壁里面（心肌內(nèi)電極）或緊貼在心臟內(nèi)表面（心內(nèi)膜電極或腔內(nèi)電極）。

電極22

對(duì)電極的要求：①電極必須能夠經(jīng)受住由于心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)使它們受到的反復(fù)彎曲，并且必須保持在有效起搏位置上；②必須在長(zhǎng)期植入過(guò)程中不被溶解，對(duì)鄰近的組織不能產(chǎn)生過(guò)度刺激；③在加上刺激信號(hào)后不會(huì)產(chǎn)生電解反應(yīng)。最常用的材料是鉑。對(duì)電極的要求：23

5）外殼

外殼是起博器的一個(gè)很重要的組成部分，對(duì)外殼的要求是：①具有好的生物相容性；②對(duì)內(nèi)部電路提供必要的保護(hù)，以確保電路的正常工作；③體積小、重量輕。植入式起博器通常密封在鑄制環(huán)氧樹(shù)脂中，外包一層硅橡膠。

5）外殼24

（2）同步心臟起搏器

通常病人只需要斷續(xù)地對(duì)心臟進(jìn)行起搏，因?yàn)樵陂g歇期間病人自身能形成正常心律。對(duì)于這些病人，不需要連續(xù)地刺激心臟。在有些情況下，如果連續(xù)刺激甚至還會(huì)引起一系列嚴(yán)重的并發(fā)癥。解決的最好辦法是采用同步心臟起搏器。

有兩種通用型式的同步心臟起搏器：按需式同步心臟起搏器和心房同步心臟起搏器。

（2）同步心臟起搏器25

按需式同步心臟起搏器方框圖

定時(shí)電路輸出電路電極復(fù)位電路放大器按需式同步心臟起搏器方框圖定時(shí)電路輸出電路電極復(fù)位電26

心房同步心臟起搏器方框圖

心房電極放大器單穩(wěn)多諧振蕩器120ms單穩(wěn)多諧振蕩器2ms輸出電路心室電極心房同步心臟起搏器方框圖心房放大器單穩(wěn)多諧單穩(wěn)27

9.2.5心臟除顫器心臟纖顫是由各個(gè)心肌細(xì)胞的不同步收縮引起的，心臟纖顫可導(dǎo)致心功能的完全喪失。通過(guò)對(duì)心臟的電擊可以恢復(fù)正常心律。實(shí)現(xiàn)這種功能的電器裝置稱為除顫器。除顫器是一種對(duì)病人提供強(qiáng)電擊，把過(guò)快、無(wú)效的心律失?；謴?fù)為正常心律的儀器。除顫器有四種類型：交流除顫器、電容放電除顫器、電容放電延時(shí)線除顫器和方波除顫器。

9.2.5心臟除顫器28

（1）交流除顫器

（1）交流除顫器29

（2）電容放電除顫器

（2）電容放電除顫器30治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件31治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件32

（3）電容放電延時(shí)線除顫器

（3）電容放電延時(shí)線除顫器33

（4）方波除顫器

（4）方波除顫器34

（5）除顫電極①電極必須同身體保持很好的接觸，以便能量從除顫器到達(dá)心臟，而在電極/皮膚界面上沒(méi)有損耗。②除顫電極的第二個(gè)重要性能是必須使用安全。除顫器使用兩種電極：體內(nèi)除顫電極和體外除顫電極。體內(nèi)除顫電極是一種匙形的金屬電極，可以直接放在心臟上。體外除顫電極由一個(gè)大的金屬圓盤放在直徑約為100mm的絕緣圓盤上所構(gòu)成。

（5）除顫電極35（5）除顫電極

（5）除顫電極36

（6）同步

對(duì)于在胸部使用的大多數(shù)除顫器都有同步的功能，這是一種電子傳感和觸發(fā)電路，旨在確保在ECG的QRS波期間施加電擊，因?yàn)樵贓CG的T波常常會(huì)引起心室顫動(dòng)。（6）同步37治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件38

（7）自動(dòng)體外除顫

（7）自動(dòng)體外除顫39

9.2.6高頻電刀

高頻電刀是一種取代機(jī)械手術(shù)刀進(jìn)行組織切割的電外科器械。它通過(guò)電極尖端發(fā)出的高頻高壓電流與肌體接觸時(shí)對(duì)組織進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)肌體組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的。

最早的高頻電刀的高頻電能是采用火花塞放電式高頻振蕩器所產(chǎn)生，后來(lái)發(fā)展為采用大功率電子管、大功率晶體管、大功率MOS管。

9.2.6高頻電刀40治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件41

1.高頻電刀的設(shè)計(jì)原理1.高頻電刀的設(shè)計(jì)原理42

高頻電刀輸出的典型波形：

高頻電刀輸出的典型波形：43

（1）電凝射頻頻率：250KHz～2.0MHz；調(diào)制（波鏃）：120個(gè)/S左右；輸出電壓（開(kāi)路）：300～2000V；輸出功率（500Ω負(fù)載）：80～200W。（2）電切射頻頻率：500KHz～2.5MHz；調(diào)制：直接輸出或經(jīng)調(diào)幅處理；輸出電壓（開(kāi)路）：9000V左右；輸出功率（500Ω負(fù)載）：100～750W。

（1）電凝44

9.3激光治療儀9.3.1激光產(chǎn)生原理

激光（laser）是受激輻射光放大的縮寫。

9.3激光治療儀45

（1）受激吸收（2）自發(fā)輻射（3）受激輻射

46治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件47

（4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的兩個(gè)條件：①工作物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有壽命較長(zhǎng)的較高能級(jí)，受激狀態(tài)的壽命可達(dá)千分之幾秒，即激發(fā)態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)；②施加外來(lái)能源對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)，將大多數(shù)粒子由基態(tài)激發(fā)到高能級(jí)。

（4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)48

（5）光放大實(shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)后，處于亞穩(wěn)態(tài)的粒子雖可受特定光子激勵(lì)產(chǎn)生受激輻射，但僅靠光子一次通過(guò)工作物質(zhì)的增益作用是極有限的，為實(shí)現(xiàn)激光輸出，還需要光學(xué)反饋裝置，這就是光學(xué)諧振腔。

（5）光放大49

9.3.2激光的基本特性（1）方向性強(qiáng)（2）單色性好（3）亮度高（4）相干性好

9.3.2激光的基本特性50

9.3.3激光器的類型和基本組成激光器的主要構(gòu)件是諧振腔和激勵(lì)源。諧振腔由腔內(nèi)的激光媒介物（也稱為工作物質(zhì)）和反射鏡構(gòu)成。

激光媒介物：諧振腔內(nèi)的激光媒介物的特性決定了激光的輸出波長(zhǎng)。激光媒介物可以是：①氣體；②有機(jī)染料；③摻雜質(zhì)的透明晶體棒；④半導(dǎo)體的PN結(jié)。

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激勵(lì)源：①氣體激光一般用直流或射頻電流激發(fā)；②染料激光和固體激光一般用另一激光器或閃光燈的強(qiáng)光激發(fā)。③半導(dǎo)體激光用電流在PN結(jié)附近產(chǎn)生電子－空穴對(duì)來(lái)激發(fā)。

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9.3.4生物醫(yī)學(xué)激光束的傳輸激光器輸出鏡的激光束是通過(guò)光束傳輸系統(tǒng)引導(dǎo)到組織的作用點(diǎn)。所有的生物醫(yī)學(xué)激光器都有一個(gè)同軸瞄準(zhǔn)束照射組織上的入射點(diǎn)，同軸瞄準(zhǔn)束一般由He－Ne激光器產(chǎn)生。1．光束引導(dǎo)方式通常有兩種光束引導(dǎo)方式：①激光束波長(zhǎng)在2.1μm～400nm之間使用彈性的SiO2光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維長(zhǎng)度限制在1～3m；②波長(zhǎng)超過(guò)2.1μm采用帶有光束引導(dǎo)鏡的關(guān)節(jié)臂狀連接物引導(dǎo)。

53治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件54

9.3.5激光的生物效應(yīng)生物組織吸收激光能量會(huì)產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。通常認(rèn)為直接效應(yīng)有五種：熱效應(yīng)、光化效應(yīng)、壓強(qiáng)效應(yīng)、電磁效應(yīng)和生物刺激效應(yīng)。激光的直接生物效應(yīng)，既與激光的物理特征有關(guān)，也和機(jī)體組織的生物物理特征有關(guān)。

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（1）熱效應(yīng)激光作用到生物組織會(huì)使生物組織發(fā)熱，導(dǎo)致組織溫度升高。產(chǎn)熱量的多少、溫升的高低同激光的類型、激光的功率密度和組織的特性有關(guān)。不同的溫度對(duì)組織的效應(yīng)為：①38～40℃：溫?zé)岣校虎?2～50℃：熱致水泡；③55～60℃：熱致凝固；④100℃：熱致沸騰；⑤300～400℃：熱致炭化；⑥530℃：熱致燃燒；⑦5730℃：熱致汽化。臨床上應(yīng)用激光的熱效應(yīng)可進(jìn)行治療。用弱激光的熱量可改善局部細(xì)胞組織的功能；用強(qiáng)激光的熱效應(yīng)可破壞病變細(xì)胞、組織塊凝固性壞死、防止活動(dòng)性出血、去除部分表面組織、進(jìn)行切割及分離等。

（1）熱效應(yīng)56

（2）光化效應(yīng)生物組織接受激光光能后發(fā)生了某些化學(xué)變化，可導(dǎo)致一系列光生物效應(yīng)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光化學(xué)反應(yīng)的主要類型有：光致分解、光致氧化、光致聚合、光致異構(gòu)和光致敏化等。

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（3）壓強(qiáng)效應(yīng)高功率密度的壓強(qiáng)效應(yīng)應(yīng)用于激光手術(shù)刀可迫使生物組織分離，可用于給房角打孔以減低眼壓治療青光眼；給晶狀體打孔治療白內(nèi)障，給虹膜打孔代替虹膜切除術(shù)等。

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（4）電磁效應(yīng)高電場(chǎng)強(qiáng)度的激光束進(jìn)入機(jī)體可導(dǎo)致生物組織電系統(tǒng)的劇烈變化，出現(xiàn)生物效應(yīng)：①電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到105V/㎝時(shí)，可破壞組織的結(jié)合力使組織離化；②電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到108V/㎝時(shí)，可使生物偶極子發(fā)出二次或三次諧波，當(dāng)諧波處于蛋白、核酸的吸收峰，使這些大分子變性受損；③電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到109V/㎝時(shí)，可致生物大分子產(chǎn)生相當(dāng)活潑的自由基，從而明顯地?fù)p傷細(xì)胞；④激光電場(chǎng)引起的效應(yīng)，如拉曼效應(yīng)和電致伸縮，均會(huì)引起組織損傷。（4）電磁效應(yīng)59

（5）生物刺激效應(yīng)刺激是生物機(jī)能學(xué)的一個(gè)概念，指能引起機(jī)體出現(xiàn)反應(yīng)的各種環(huán)境變化。弱激光對(duì)機(jī)體的刺激包括了光化效應(yīng)后的化學(xué)刺激、光熱效應(yīng)后的熱刺激、光壓強(qiáng)效應(yīng)后的機(jī)械刺激等。生物接受上述刺激的應(yīng)答性反應(yīng)可有兩種形式：興奮或抑制，取決于激光的相對(duì)劑量和反應(yīng)類型。

60第九章治療類儀器

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

9.1概述現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)對(duì)疾病的治療方法主要有以下幾種：藥物治療手術(shù)治療儀器治療心理治療人工器官

第九章治療類儀器

設(shè)61

治療類儀器的設(shè)計(jì)原理是基于各種物理因子對(duì)人體不同的生理和生物效應(yīng)。除超聲屬非電磁波譜外，其他物理因子大多分布在電磁波譜上。

電磁波譜的不同頻段對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)：在1000Hz以下主要是刺激效應(yīng)；1000Hz～3×1015Hz主要是熱效應(yīng)；而在3×1015Hz以上主要是生物效應(yīng)。

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電磁波譜。

電磁波譜。63

9.2電治療儀頻率小于1KHz時(shí)的電流對(duì)人體細(xì)胞組織的作用主要是以刺激效應(yīng)為主（哺乳動(dòng)物神經(jīng)纖維的絕對(duì)不應(yīng)期大約為1ms，因此每秒最多只能產(chǎn)生1000次興奮，而當(dāng)頻率大于1kHz時(shí)，組織細(xì)胞將不再產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)）。所以這一波段的電磁波被用來(lái)設(shè)計(jì)出各種電刺激治療儀。從小電流的周期刺激器（如心臟起搏器）到大電流單脈沖刺激器（如除顫器）。

9.264治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件65治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件66

1.電刺激系統(tǒng)的組成：電刺激系統(tǒng)通常由三部分組成：①脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生使神經(jīng)去極化的脈沖序列；②導(dǎo)聯(lián)線，把脈沖傳輸?shù)酱碳の恢?；③電極，把刺激脈沖安全、有效地傳輸?shù)娇膳d奮組織。1.電刺激系統(tǒng)的組成：67

2．電刺激類型

按照電刺激部位，刺激類型可劃分為：（1）表面刺激電刺激的三部分都在體外，電極放在皮膚上或要刺激的肌肉的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)附近。（2）經(jīng)皮刺激電極放在體內(nèi)，并靠近要刺激的部位。導(dǎo)聯(lián)線穿過(guò)皮膚連接外部脈沖發(fā)生器。（3）植入式刺激植入式刺激是指將刺激器的三部分通過(guò)外科手術(shù)永久植入人體，植入完成后皮膚完全縫合。植入部分和體外部分的聯(lián)系是通過(guò)非接觸方式進(jìn)行的。2．電刺激類型68

9.2.4人工心臟起搏器心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)：由一系列特殊心臟細(xì)胞聯(lián)結(jié)組成的傳導(dǎo)系統(tǒng)，這些細(xì)胞組織既有自動(dòng)產(chǎn)生興奮的功能，又有較一般心肌細(xì)胞為快的傳導(dǎo)功能，這樣使興奮有節(jié)律地按一定順序傳播，使心臟保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張，以維持血液循環(huán)。

9.2.4人工心臟起搏器69

70當(dāng)心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)（總稱為心臟傳導(dǎo)阻滯）心臟便不能保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張。人工心臟起搏器產(chǎn)生周期性電脈沖，這些脈沖加到放在心臟表面或心肌內(nèi)或心腔里的電極，這些刺激通過(guò)電極傳到心臟上，引起心臟的收縮，就可以使心臟恢復(fù)正常的有節(jié)律的收縮和舒張。人工心臟起搏器可分為非同步心臟起搏器和同步心臟起搏器。根據(jù)起博器的放置位置又可分為體外起搏器和植入式起博器。

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（1）非同步心臟起搏器非同步心臟起搏器是一種自由振蕩的起博器，它不管人體心臟的實(shí)際情況，總是給出一定頻率的電刺激。下圖為非同步心臟起搏器的方框圖。

電源振蕩器脈沖輸出電路引線電極（1）非同步心臟起搏器電源振蕩器脈沖引線電極72

1）電源對(duì)植入式心臟起搏器，使用的電源主要有三種：原電池、經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源和原子能電源。①原電池植入式心臟起搏器最常使用的電源是原電池。最早使用的原電池是水銀電池，使用壽命約2年；現(xiàn)在開(kāi)始使用鋰電池，使用壽命可達(dá)10年左右。

1）電源73

②經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源植入式心臟起搏器也可用經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源供電。②經(jīng)皮射頻感應(yīng)電源74

③原子能電源能保證有更長(zhǎng)的壽命和更高的可靠性。

輻射源吸收器熱電堆DC/DC變換器起博器③原子能電源輻射源吸收器熱電堆DC/DC變換器起博器75

2）定時(shí)電路非同步心臟起搏器是最簡(jiǎn)單的一種起博器，它不管心臟的實(shí)際功能情況而只是提供一串恒定重復(fù)頻率的刺激脈沖。這種情況下，振蕩器可以采用自由振蕩的間歇振蕩器或多諧振蕩器。設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：低耗電和受電源波動(dòng)影響小。

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3）輸出電路輸出電路對(duì)電脈沖進(jìn)行放大并耦合到電極上去。輸出電路由一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的晶體管和到電極去的一個(gè)合適的耦合電路所組成。

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4）引線和電極在大多數(shù)起搏器的設(shè)計(jì)中，脈沖輸出電路都是位于遠(yuǎn)離心臟的某一位置上，所以必須有合適的引線把電刺激傳到心臟并且加到合適的部位。對(duì)引線的要求：①引線必須是良導(dǎo)體；②機(jī)械性能必須很結(jié)實(shí)；③必須保持良好的絕緣。為了滿足以上要求，引線通常都是由彈簧絲合金互相盤繞的一些螺旋線圈澆鑄在硅橡膠筒內(nèi)制成的。

4）引線和電極80

81

電極心臟起博器有單極型電極和雙極型電極。用單極型電極時(shí)，此電極放在心臟上，負(fù)向脈沖加到此電極上，另外有一個(gè)大的無(wú)關(guān)電極放在身體的其它部位。用雙極型電極時(shí)，兩個(gè)電極都放在心臟上，刺激脈沖加在兩個(gè)電極之間。電極可放在心臟表面（心外電極）、埋在心壁里面（心肌內(nèi)電極）或緊貼在心臟內(nèi)表面（心內(nèi)膜電極或腔內(nèi)電極）。

電極82

對(duì)電極的要求：①電極必須能夠經(jīng)受住由于心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)使它們受到的反復(fù)彎曲，并且必須保持在有效起搏位置上；②必須在長(zhǎng)期植入過(guò)程中不被溶解，對(duì)鄰近的組織不能產(chǎn)生過(guò)度刺激；③在加上刺激信號(hào)后不會(huì)產(chǎn)生電解反應(yīng)。最常用的材料是鉑。對(duì)電極的要求：83

5）外殼

外殼是起博器的一個(gè)很重要的組成部分，對(duì)外殼的要求是：①具有好的生物相容性；②對(duì)內(nèi)部電路提供必要的保護(hù)，以確保電路的正常工作；③體積小、重量輕。植入式起博器通常密封在鑄制環(huán)氧樹(shù)脂中，外包一層硅橡膠。

5）外殼84

（2）同步心臟起搏器

通常病人只需要斷續(xù)地對(duì)心臟進(jìn)行起搏，因?yàn)樵陂g歇期間病人自身能形成正常心律。對(duì)于這些病人，不需要連續(xù)地刺激心臟。在有些情況下，如果連續(xù)刺激甚至還會(huì)引起一系列嚴(yán)重的并發(fā)癥。解決的最好辦法是采用同步心臟起搏器。

有兩種通用型式的同步心臟起搏器：按需式同步心臟起搏器和心房同步心臟起搏器。

（2）同步心臟起搏器85

按需式同步心臟起搏器方框圖

定時(shí)電路輸出電路電極復(fù)位電路放大器按需式同步心臟起搏器方框圖定時(shí)電路輸出電路電極復(fù)位電86

心房同步心臟起搏器方框圖

心房電極放大器單穩(wěn)多諧振蕩器120ms單穩(wěn)多諧振蕩器2ms輸出電路心室電極心房同步心臟起搏器方框圖心房放大器單穩(wěn)多諧單穩(wěn)87

9.2.5心臟除顫器心臟纖顫是由各個(gè)心肌細(xì)胞的不同步收縮引起的，心臟纖顫可導(dǎo)致心功能的完全喪失。通過(guò)對(duì)心臟的電擊可以恢復(fù)正常心律。實(shí)現(xiàn)這種功能的電器裝置稱為除顫器。除顫器是一種對(duì)病人提供強(qiáng)電擊，把過(guò)快、無(wú)效的心律失常恢復(fù)為正常心律的儀器。除顫器有四種類型：交流除顫器、電容放電除顫器、電容放電延時(shí)線除顫器和方波除顫器。

9.2.5心臟除顫器88

（1）交流除顫器

（1）交流除顫器89

（2）電容放電除顫器

（2）電容放電除顫器90治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件91治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件92

（3）電容放電延時(shí)線除顫器

（3）電容放電延時(shí)線除顫器93

（4）方波除顫器

（4）方波除顫器94

（5）除顫電極①電極必須同身體保持很好的接觸，以便能量從除顫器到達(dá)心臟，而在電極/皮膚界面上沒(méi)有損耗。②除顫電極的第二個(gè)重要性能是必須使用安全。除顫器使用兩種電極：體內(nèi)除顫電極和體外除顫電極。體內(nèi)除顫電極是一種匙形的金屬電極，可以直接放在心臟上。體外除顫電極由一個(gè)大的金屬圓盤放在直徑約為100mm的絕緣圓盤上所構(gòu)成。

（5）除顫電極95（5）除顫電極

（5）除顫電極96

（6）同步

對(duì)于在胸部使用的大多數(shù)除顫器都有同步的功能，這是一種電子傳感和觸發(fā)電路，旨在確保在ECG的QRS波期間施加電擊，因?yàn)樵贓CG的T波常常會(huì)引起心室顫動(dòng)。（6）同步97治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件98

（7）自動(dòng)體外除顫

（7）自動(dòng)體外除顫99

9.2.6高頻電刀

高頻電刀是一種取代機(jī)械手術(shù)刀進(jìn)行組織切割的電外科器械。它通過(guò)電極尖端發(fā)出的高頻高壓電流與肌體接觸時(shí)對(duì)組織進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)肌體組織的分離和凝固，從而起到切割和止血的目的。

最早的高頻電刀的高頻電能是采用火花塞放電式高頻振蕩器所產(chǎn)生，后來(lái)發(fā)展為采用大功率電子管、大功率晶體管、大功率MOS管。

9.2.6高頻電刀100治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件101

1.高頻電刀的設(shè)計(jì)原理1.高頻電刀的設(shè)計(jì)原理102

高頻電刀輸出的典型波形：

高頻電刀輸出的典型波形：103

（1）電凝射頻頻率：250KHz～2.0MHz；調(diào)制（波鏃）：120個(gè)/S左右；輸出電壓（開(kāi)路）：300～2000V；輸出功率（500Ω負(fù)載）：80～200W。（2）電切射頻頻率：500KHz～2.5MHz；調(diào)制：直接輸出或經(jīng)調(diào)幅處理；輸出電壓（開(kāi)路）：9000V左右；輸出功率（500Ω負(fù)載）：100～750W。

（1）電凝104

9.3激光治療儀9.3.1激光產(chǎn)生原理

激光（laser）是受激輻射光放大的縮寫。

9.3激光治療儀105

（1）受激吸收（2）自發(fā)輻射（3）受激輻射

106治療類儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件107

（4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的兩個(gè)條件：①工作物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有壽命較長(zhǎng)的較高能級(jí)，受激狀態(tài)的壽命可達(dá)千分之幾秒，即激發(fā)態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)；②施加外來(lái)能源對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)，將大多數(shù)粒子由基態(tài)激發(fā)到高能級(jí)。

（4）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)108

（5）光放大實(shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)后，處于亞穩(wěn)態(tài)的粒子雖可受特定光子激勵(lì)產(chǎn)生受激輻射，但僅靠光子一次通過(guò)工作物質(zhì)的增益作用是極有限的，為實(shí)現(xiàn)激光輸出，還需要光學(xué)反饋裝置，這就是光學(xué)諧振腔。

（5）光放大109

9.3.2激光的基本特性（1）方向性強(qiáng)（2）單色性好（3）亮度高（4）相干性好

9.3.2激光的基本特性110

9.3.3激光器的類型和基本組成激光器的主要構(gòu)件是諧振腔和激勵(lì)源。諧振腔由腔內(nèi)的激光媒介物（也稱為工作物質(zhì)）和反射鏡構(gòu)成。

激光媒介物：諧振腔內(nèi)的激光媒介物的特性決定了激光的輸出波長(zhǎng)。激光媒介物可以是：①氣體；②有機(jī)染料；③摻雜質(zhì)的透明晶體棒；④半導(dǎo)體的PN結(jié)。

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激勵(lì)源：①氣體激光一般用直流或射頻電流激發(fā)；②染料激光和固體激光一般用另一激光器或閃光燈的強(qiáng)光激發(fā)。③半導(dǎo)體激光用電流在PN結(jié)附近產(chǎn)生電子－空穴對(duì)來(lái)激發(fā)。