1.1 射频的工作原理及其影响因素

1.1 射频的 工作原理及其影响因素

高频电磁波和生物组织的互相作用,除了与电磁波的频率、波长、作用时间等相关之外,也与组织的介质参数、组织类别、基础温度、固有频率等有关。组织内种种变量使介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,这个原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数。介电常数与外加电磁场的频率决定了电磁波深入生物体组织的深度。

简而言之,组织中内电磁场的大小,与外加场的频率、强度、极化等有关,也与组织的形态、大小、性质、电参数等有关,还与外加场与组织的相对位置、附近是否存在其他导体等相关——对于复杂的生物体,如人体,内部电场的估算是非常复杂的。

与本质同为电磁波的激光的选择性光热原理不同,射频电流是受电阻影响而转化成热能的。

人体组织是一个导电体,当射频电流经人体通过组织时,组织对射频电流的阻力使组织内的电解质离子发生极化而瞬间产生快速振荡,从而在电极之间产生一种急剧的、沿电力线方向的来回移动与振动,因各种离子的大小、质量、电荷、移动速度均不相同,在振动的过程中相互摩擦或与周围组织及介质摩擦,产生热能,称为选择性电热作用。

目前,医用射频常采用200~750kHz,在这样的频率下,病变组织的阻抗表现为纯电阻性,射频电流通过电阻产生的热量可按照如下公式进行估算:(https://www.daowen.com)

Q=0.24I2Rt

公式中,I为流经人体某点的电流强度,R为该点的电阻,t为电流作用的时间。

基于电极头的面积很小,与体表面积相差数百倍,因此可认为电极头处的电极密度比参考电极板大数百倍,其产生的热量在生物组织中的分布规律可按下述公式进行估算:

Q=0.24×l/r4×I2Rt

公式中,r为人体某点与电极头的距离,I为电极头处的电流强度。由此可知,热量与深度的四次方成反比,随着深度增加,热量的衰减是非常明显的。