高频治疗仪的发展现状及应用

王永清，张瑞卿，王永强，孙荣霞，郝纳新

（1.河北大学电子信息工程学院，医工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大学附属医院皮肤科，河北保定 071000；3.保定奥普节能科技开发有限公司，河北保定 071051）

高频治疗仪的发展现状及应用

王永清1，张瑞卿1，王永强2，孙荣霞1，郝纳新3

（1.河北大学电子信息工程学院，医工交叉研究中心，河北保定 071002；2.河北大学附属医院皮肤科，河北保定 071000；3.保定奥普节能科技开发有限公司，河北保定 071051）

高频治疗仪是基于高频趋肤效应工作，利用高频电流积集处焦耳热能量实施电灼、电切、电凝的医疗仪器，具有快速工作、操作简单和制作成本低等优点.本文结合已有的高频治疗仪在医学领域中的应用，评述了国内外的发展现状，阐述了具体的波形、频率、功率等技术性能.使用波峰因子对不同波形进行了计算分析、对不同的功率曲线进行了对比.结果指出，波峰因子数值是决定输出形式的重要指标，同时双极模式下的输出功率与负载阻值均小于单极模式.还讨论了该仪器的电路结构、特点及安全性问题，并总结了在皮肤科和外科的临床适用范围.最后，展望了高频治疗仪的某些未来发展趋势.

高频治疗仪；电凝术；烧灼术；电切术；波峰因子

高频治疗仪是利用强密度的高频电流对机体组织进行短时间的集中热效应，使组织或组织成分的细胞汽化或爆裂，从而达到切割、凝血或电灼等手术的目的［1］.该仪器是基于高频趋肤效应设计的，所谓趋肤效应是指当交变电流通过导体时，因电磁感应作用致使电流趋向表面的现象.当频率很高时，可近似认为电流只从导体的表面通过［2］.基于此原理，可在机体与高频治疗电极接触的表层处获得很高的电流密度，以此利用其焦耳热对组织实施切割、凝血以及电灼治疗.

1892年，法国物理学家达松伐尔开始使用火花式高频电流进行治疗.1926年，库欣首先使用高频手术刀进行脑肿瘤切除手术.从高频手术仪器使用至今，共经历了火花塞放电、大功率电子管、大功率晶体管和大功率金属－氧化物－半导体（MOS）管4代的更新变化［3］.目前，世界上生产高频治疗仪的公司有美国威利valleylab、德国的ERBE、Meyer－Haake，法国的Lamidey，以及韩国的Union等.国内有近20家企业生产，如北京贝林电子有限公司、苏州康迪电子有限公司等.但国产高频治疗仪的质量参差不齐，在整体性能和可靠性方面，与国外产品存在一定差距.目前，技术较为先进的治疗仪具备了完善的功能模式，可以满足不同的患者需求.生产治疗仪的厂家在制造上也已进入专业化［4］：一是分批制造具有一定发展模式的装置；二是根据临床不同科室的要求分别制造.

该仪器已经投入使用，业已报道文献主要是医生关于采用该仪器治疗的临床应用.而从仪器设计研发角度对其工作原理、电路设计、安全性能的相关报道较少，由此制约了从电路、工作机理及性能等方面对该仪器的更为深入的研究探索.本文将对此仪器工作原理、安全性能及具体应用进行详细的综述.

1 高频治疗仪的工作性能

1.1 性能参数

治疗仪的工作频率为0.3～5MHz、负载阻抗为500Ω±5%、最大工作电流为50mA、最大输出功率为10～50W，对高频治疗仪的工作频率有着一定的限制.低频电流流过会对人体产生一定的电刺激［5］，很强的电刺激会使人体产生痉挛、呼吸窒息、心跳骤停以致死亡.但是，当电流达到较高频率时，高频电流对人体的电刺激作用会消失，只对机体组织产生一定的热效应［6］.综合考虑治疗仪正常工作时的安全性能要求，治疗仪的工作频率应在0.3～5MHz［7］.治疗仪的负载阻抗指的是治疗仪作用的机体组织阻抗，工作电流的限制是人体可以接受50mA以下的直流电流，在单极模式作用时治疗仪的电流流过极板，极板会在很大程度上减弱电流的强度，使电流不会在回流的过程中对人体产生很强的电刺激.

1.2 输出形式

高频治疗仪有电凝、电切和电灼3种工作形式［8－9］.电凝是指治疗仪的刀头在电极上输出间断不连续的高频电流，电流强度较小同时输出功率较小，这样的电流作用于生物组织，对生物组织进行加热、干燥，使血液凝固［10］；电切是指治疗仪的刀头上输出连续的高频电流，同时以很高的强度作用于生物组织，使组织内的细胞受热裂开，这时治疗仪刀头在机体组织的来回移动就起切割的作用［11］；电灼是指用金属电极沿着病变组织的边缘向中心进行不同程度的电灼烧，然后再用电火花放电的方法去除残留的病变组织.

1.3 工作波形

高频治疗仪的典型输出波形有电凝波形，电切波形以及凝固和切割的混合波形，分别如图1a，b，c所示.

图1 高频治疗仪的典型输出波形Fig.1 Typical output wave of high frequency therapy instrument

使用波峰因子（crest factor，CF）对3种不同的波形进行分析.波峰因子是输出电压波形的最大值与均方根值的比值.其数学表达式为

波峰因子直接反映信号的能量集中程度以及输出形式［12］.图1a中凝血的波形为衰减的正弦波，对应的波峰因子为11，图1b中电切的波形为等幅正弦波，对应的波峰因子为1.41，图1c中混合波形的波峰因子为4.5.通过对3种波形波峰因子的比较得出：波峰因子较小时，只具有切割效果；随着波峰因子的变大，凝血作用逐渐增强而切割作用变弱；当波峰因子达到一定的值时，只体现凝血效果.

1.4 工作模式

高频治疗仪的整体组成包括：主机、输出导线和刀笔、手动／脚踏控制板、双极镊子、回路导线和负极板等.高频治疗仪有2种工作模式：单极模式和双极模式［13］.单极模式是指高频电流从治疗仪流出，通过治疗仪的输出导线和刀笔作用于人体，此时的电流密度比较大.为了防止过大的电流对人体造成损害，通常设置面积比较大的负极板，然后再通过连接回路导线最后返回到高频治疗仪的负极［14］.双极模式是指双极镊子连接高频治疗仪，高频治疗仪通过双极镊子进行输出，镊子的2个尖端作用于生物组织，对出血的组织进行加热、干燥，以达到凝血的目的［15］.使用双极模式作用时，由于双极镊子的两端一个作用于输出回路，一个作用于返回回路，因此就不需要连接负极板，这是与单极模式最主要的区别.单极模式和双极模式的区别还在于单极模式下治疗仪探头对生物组织的作用范围很大，而在双极模式下作用范围只由镊子两刀头间距离决定［16］.

在单极模式中，测定沪通牌GD350－B4治疗仪输出负载功率曲线如图2a所示.随着负载阻抗的增加，输出功率一直增加.当增加到设定功率附近偏差小于20%时，负载阻抗继续增加，功率基本上变化不大.在双极模式下，测定其输出负载功率曲线如图2b所示.随着负载阻抗的增加，输出功率一直增加，当增加到设定功率时，负载阻抗继续增加，输出功率呈指数下降［17］.

图2 单极／双极模式输出功率与负载阻抗关系Fig.2 Unipolar／bipolar mode output power and load impedance curve

对比2种模式下的输出功率曲线可得结论：1）双极模式下的输出功率、负载阻值均小于单极模式；2）单极模式的输出功率在设定值附近变化较小，曲线较为平缓.双极模式下曲线变化比较剧烈.

2 高频治疗仪的电路原理

高频治疗仪通常由高频振荡电路、高频功率放大电路、高频匹配电路和治疗电极、控制电路及电源电路几部分组成.高频振荡电路是高频信号源［18］，通常信号源由自激式振荡或石英晶体振荡电路构成.高频功放部分多采用VMOS高频场效应功率管作功率放大器件［19］.高频匹配电路的作用是使高频功放的功率与后面的治疗电极和人体进行阻抗匹配，实现高频功率［20］高效地传输给病灶部位.控制部分的作用是控制仪器输出高频功率的强度、波形、治疗输出方式、治疗时间等参数.最终输出到选择部件，根据人体病症的不同位置、深度选择形状不同的电极进行治疗作用，电路结构如图3所示.

图3 高频治疗仪电路Fig.3 High frequency therapy instrument circuit diagram

3 高频治疗仪的安全性能

高频治疗仪在医科手术的广泛应用中存在着一些潜在的危险.近年来，对其安全性的研究得到高度重视.除了采用如氩气保护［21］、负极板回路检测［22］、热损伤控制、实时反馈［23］等先进技术外，对治疗仪的操作规范也有具体要求.

3.1 安全要求

高频治疗仪的应用过程中，对其安全操作应注意以下几点［24］：

1）输出必须全悬浮，电刀的输出部分必须与市电相隔离；2）电刀的金属外壳应接地，以防止机壳带电；3）机器输出的低频漏电流要小于10μA，过大的低频漏电流会刺激病人的心脏，甚至危及病人的生命；4）高频漏电流要低于150mA，若高频电流过大会灼伤病人［25］；5）在单极输出时，机器的输出功率不能超过400W，双极工作时输出功率不得超过500W，否则会造成永久性伤害；6）极板的面积要足够大，以减弱回路返回的电流值；7）手控、脚控开关要防水.

3.2 灼伤及预防

高频治疗仪的工作频率高但是作用面积较小，如果不能对其正确使用，会对人体产生一定程度的电灼伤［26］.电灼伤分为2类：一种是发生在极板处为极板灼伤，另一种为非极板灼伤［27］.

1）极板灼伤原因和预防

极板灼伤是因为极板处电流密度过大，当病人和极板的实际接触面积＜64.5cm2时会产生极板灼伤.极板灼伤的预防方法是保证极板正确连接同时与病人的接触面积尽可能大［28］.为避免极板灼伤要使用带有监测电流回路的双极板同时极板放置在干燥、肌肉丰富、平滑的部位［29］.

2）非极板灼伤的原因和预防

即使手术的过程中病人的极板位置合适，治疗仪的电极或导线与病人接触不当时也会对病人造成一定程度的电灼伤.主要分为3种情况：火花低频［30］、高频辐射、接地分流.

火花低频是指高频治疗仪外部的低频电流，比如刀头电缆断线时打火产生的低频电流，因为这个电流会直接流经人体的心脏部位所以危害更大.高频辐射是指病人携带或者接触的金属物，对高频治疗仪产生的电压而言，这些金属物就像是“发射电线”，如果接触点小但辐射量大，产生的高频电流就会在接触点位置产生电灼伤［31］.接地分流是指病人机体相对高频仪器而言等效于一个电阻，高频治疗仪输出的是上千甚至是上万伏的电压，手术的过程中病人机体这个负载会分布有不同的电位点，电位差别比较大的点发生短接，就会形成接地分流，灼伤病人.

非极板灼伤的预防方法有：①在手术开始前和过程中要仔细检查极板、刀头和导线的连接［32］；②在手术的过程中避免病人与金属物接触；③医疗人员要戴绝缘手套避免高频接地［33］.

4 高频治疗仪的特点及应用

高频治疗仪相比机械手术刀有以下优势［34］：

1）能够准确地到达和接触病变部位，同时切割速度快，止血效果好［35］；2）在对病人进行手术的过程中，手术时间短，相应地减轻了病人的痛苦；3）高频治疗仪本身设备简单，操作方便，使用相对安全.

由于高频治疗仪存在以上突出的优势，所以在皮肤科、妇科、外科、医疗美容科等有广泛应用［36］.高频治疗仪对机体组织的不同病症位置要求使用不同形状的电针.球状电针适用于皮肤科、美容科等；圆环形电针应用于妇科如宫颈糜烂、宫颈息肉等；刀型电针常用于外科、肛肠科等；0.3mm细电针主要用于五官科及腋臭治疗等.

高频治疗仪进行一些皮肤科应用，如电灼黄褐斑、祛斑等症状时输出电压为120V，采用点状灼烧.斑状较大时采用电针与皮肤成45°角烧灼，若斑症位于表皮和真皮浅层的交界处，电极作用后其表面为淡粉色.电灼皮赘、毛细血管扩张及红痣时输出电压180V，电针垂直作用于皮肤，若斑症存在于真皮层，电极作用后表面为褐色［37］.使用治疗仪治疗腋臭时，输出电压为10V，将针头顺着腋毛生长的方向插入根部，深度2～4mm，合适的插入速度及停顿时间，以达到适当的破坏［38］.高频治疗仪进行一些妇科应用如宫颈糜烂时，烧灼范围为糜烂面外0.5cm，深达糜烂面下0.3cm，使之为黑痂停止操作.面积较大的病症可将其烧灼至浅锥形内陷.使用此法，疗效明显，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ度宫颈炎治疗率分别为100%，99.47%和92.92%［39］.高频治疗仪进行一些肛肠外科手术如大肠息肉时，直径≤0.5cm的息肉，用活检钳钳出；直径＞0.5cm的息肉，用高频电凝切除，使用混合电流同时根据病症大小选择功率，每次通电3～5s直至切除.对患者进行术后观察，治愈率高达93%［40］.

5 结语

通过对高频治疗仪的工作性能进行阐述，重点对性能参数、输出形式、工作波形、工作模式进行了分析对比，得出波峰因子数值影响输出形式，同时双极模式下的输出功率、负载阻值均小于单极模式的结论.另外，通过介绍高频治疗仪的电路原理及安全性能要求，给出了灼伤原因及其预防方法.论文对比分析得出的结果对该仪器的设计中波峰因子数值的设定、单模与双模输出的选择、仪器的安全性设计方面具有一定的参考意义.在计算机技术、网络技术、电子技术迅速发展的今天，新设计的仪器应具备连续可调波峰因子数值、可灵活切换单模／双模输出方式的功能.同时，还应增加自动防灼伤功能，朝着实现人机交互控制与病症智能辅助诊断、网络化远程治疗等智能化、网络化方向发展.

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（责任编辑：孟素兰）

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

河北大学医工交叉研究中心开放基金项目（BM201101）

王永清（1962－），男，河北邢台人，河北大学教授，工学博士，主要从事检测技术与仪器方向研究.E－mail：wyq＠hbu.edu.cn