1,生物医学工程学院,放射物理与防护学,2,第十六章 医用非电离辐射的防护,第一节 电磁辐射对机体的作用与防护 第二节 核磁共振对机体的作用 第三节 激光对机体的作用于防护 第四节 超声波对机体作用和防护措施 第五节 非电离辐射的安全策略,3,第十六章 医用非电离辐射的防护,第一节 电磁辐射对机体的作用与防护,近20年来，随着电子技术的迅速发展，以及射频辐射(radio frequency radiation，RFR)等电子产品的广泛应用，从迅猛发展的移动通讯、显示器、射频辐射炉、电视、音响，到广泛应用的高功率射频辐射雷达、高压电线周(基站)、电视塔周、射频辐射站等都与公众的生活密切相关，使得职业人员和公众受到了各种频段电磁波照射剂量日益增加。,高强度的射频、微波会引起机体的伤害，这已是不争的事实，但低剂量长期的电磁辐射是否会带来机体的负面影响越来越引起人们的关注。,4,一、电磁辐射的分类,电磁辐射(electromagnetic radiation)是能量以电磁波形式在空间传播的物理现象。 当辐射粒子的量子能量大到可以使分子链断裂或使原子电离的电磁振荡称为电离辐射，如宇宙射线、X射线、射线等；反之称为非电离辐射。,我国环境电磁波卫生标准（GB9175-1988）将电磁辐射分为长波、中波、短波、超短波微波和混合波,5,电磁辐射波谱的分类,6,通常电磁波的频谱可粗略划分为四个频段： 工频（50Hz/60Hz） 射频（0.1-30MHz） 高频（30-300MHz） 微波（300MHz-300GHz ）,WHO将电磁辐射粗略地分为四种类型： 静频(0Hz) 极低频(0-300Hz) 中频(300Hz-1MHz) 射频(10MHz-300GHz),7,8,射频辐射是医学上常用的术语，使用非常广泛,涉及许多不同的领域，目前尚没有形成统一的定义。广义的射频辐射应包括各种频率的电磁辐射。医学上应用的射频辐射主要是指频率范围在100kHz到300GHz的电磁波。,根据电磁辐射波形的特点，把电磁辐射分为两大类：,通过脉冲调至所产生的超短波称为脉冲波,连续震荡所产生的超短波称为连续波,9,脉冲波有极窄的脉宽（毫微秒），并具有极高幅度的长周期电磁脉冲串，因其物理特性不同，产生的生物效应也不同。,二、电磁辐射的来源与传播途径,电磁辐射根据来源的不同可分为：天然辐射源和人工辐射源,天然电磁辐射源包括来自于地球的热辐射、太阳热辐射、宇宙电磁场源和雷电等。,(一)天然辐射源,(二)人工辐射源,10,包括来自于：雷达系统、电视和广播基站、射频感应及介质加热设备、射频医疗设备、各种电加工设备、通信发射基站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线网、地铁列车、电气火车以及大多数家用电器等都是不同频率、不同强度的电磁辐射源，而人工辐射源是目前生物学研究的重点。,电磁辐射以电磁波的形式通过空间辐射和线路传导两种途径传播，使电磁波能量传播到被照射的物体或者体组织。,（三）传播途径,11,三、电磁辐射的医学应用,自20世纪电磁辐射被正式引进医学领域以来，射频辐射和激光辐射在医学的应用十分广泛，射频辐射在生物医学中用于电穿孔、电融合等，尤其在临床治疗中越来越受到重视。 与激光治疗相比，射频辐射有如下优点： 在透明物质中透过量大于激光； 现极插入组织是，遇组织粘连仍能辐射； 凝结组织量大于激光，且不容易穿破血管； 摧毁组织直到碳化无烟雾产生； 止血效果优于激光； 插入组织的光纤难度小、成本低、安全性大。,12,(一)射频消融技术,射频消融技术是近年发展起来的新技术，在心脏疾病和肿瘤治疗中发挥着重要作用。 射频消融技术是通过特定波段（中波、短波、超短波）的射频辐射使细胞内温度升高而达到破坏细胞（如破坏心脏异位起搏细胞、肿瘤细胞）的目的。,应用射频消融治疗肿瘤，当温度达到46时8min内可杀死肿瘤细胞;若512min就可以杀死肿瘤细胞;而达到60可使细胞内蛋白质变性而死亡。,13,在心脏治疗方面，导管射频消融技术将电极经血管穿刺针送入心脏，用电生理标测技术找到心脏内异常电传导通道或异位起搏点，将100kHz1.5MHz的射频辐射电流导入局部心肌，是局部组织产生凝固性坏死，达到阻断异常传导通道或消灭异位起搏点的目的从而根治心动过速，由于射频辐射损伤范围仅为13mm，已成为微创伤外科研究的重点。,（二）微波的医学应用,生命机体内具有类似于毫米波振荡频率的固有震荡频率，并起着协调生理功能的作用，如强极化的细胞膜和其他大分子振动的固有频率在1010 1012 Hz。,14,毫米波的振荡频率恰在此范围，故可利用低强度毫米波的外同步电磁场作用来调整人体的某些功能，这一特性被解释为分子聚合物对毫米波的谐振吸收，当生物系统谐振吸收电磁能量后产生不属于温度变化的生物学效应。,由于毫米波具有生物学效应的功率密度阈值范围适宜(50W/cm2 10mW/cm2)、时间累积性效应、局部组织或器官远位效应、皮肤存在敏感区和产生低强度电磁辐射信息调节机体的诸多功能等，在治疗心脑血管系统疾病、消化系统疾病、肿瘤的辅助治疗及骨、关节、软组织等创伤的治疗等方面得到了广泛的应用。,15,而分米波疗法是有效的高频电疗方法之一.分米波疗法温热分布较均匀,其深部温热效应能增强深部组织和器官的血液循环,还具有脱敏作用和免疫抑制效应.目前常用的分米波是915MHz与2450MHz分米波,被广泛应用于临床治疗和杀灭细菌等。,四、电磁辐射的生物学作用机制,不同频段的电磁辐射作用于生物体后，一部分能量被生物体吸收，另外部分能量被反射或穿过物体。,被吸收的能量将产生不同的生物效应，按发生的部位不同可分为：,16,目前医学上还按照发生的机制不同，把电磁辐射的生物学效应分为：,(一)热效应,热效应(thermal effects)是指进入生物系统的电磁能转化为热能所引起的生物效应，是由分子热运动产生的效应，表现为生物机体的温度会逐渐上升。,17,(二)非热效应(谐振),热效应的特点:发生在热平衡态附近，在很宽的场强范围内显示线性响应特征。 热效应的能源是外部电磁场在生物体内转化为热能，被组织吸收的热能及穿透深度与各层介电常数、电导率、厚度以及射频辐射频率有关。,非热效应(non-thermal effects)是指生物体受到低功率射频辐射照射时，在不引起生物体温度明显升高的情况下所出现的生理或疾病性反应。,18,当电磁辐射的振动频率与人体组织细胞震荡固有振动频率相接近时将会产生谐振,通过谐振作用将功率能量导入人体体内,利用能量谐振的非热效应促进机体的新陈代谢或产生病理性反应。,由于生物靶的结构和功能各异，因而作用方式也会不同，非热形式的能量也不止一种，所以不能用一种统一的模式来理解非热效应的全部内容。,非热效应的作用机制可能与相干点震荡理论、场力效应理论、离子回旋共振理论、电磁干扰假说、半导体效应、压电效应和超导效应有关。,19,(三)累积效应,累积效应(accumulation effect)是指某种些电磁辐射需要照射多次，每次间隔一定时间，才能表现出的效应。一般一次低功率照射后会受到某些不明显的伤害，经过4 7d之后可以恢复，若在恢复之前受到第二次照射，损害就将积累。,必须指出的是，微波辐射所致的眼晶状体白内障与性功能减退等累积效应多为动物实验结果，一般来说，机体的不良影响是可以恢复的。,20,(四)局部照射的远位效应,远位效应(distant bioeffects)是指一些电磁辐射照射能够影响到远离受照器官的其他组织或器官，这些非照射器官产生的生物效应称为远位效应，如照射小鼠背部皮肤可以观察到肝、骨髓及睾丸等部位的形态学改变等。,五、电磁辐射对机体的损伤,虽然射频辐射在一些疾病的治疗上取得了很多的进展，然而健康人体组织受到一定量的射频辐射后也会带来负面的损伤效应。,21,通常认为,射频辐射产生宏观致热效应的功率密度10mW/cm2,而110mW/cm2产生的是非致热效应; 在辐射防护领域一般把功率密度大于10mW/cm2的照射称为高强度射频辐射，510mW/cm2称为低强度射频辐射。,当机体处在一定场强的电磁环境中时，就会吸收电磁能量。吸收电磁能量的多少除与机体形状大小有关外，还与射频辐射的频率有关，频率越高（即波长愈短），则透入人体的深度越大。不同频段的射频辐射作用不同。,大于3GHz频段的射频辐射,其穿透深度大于热穿透深度，主要引起皮肤表面加热，如毫米波的电磁能量几乎只在皮肤表层转化为热能。,22,高强度的射频辐射可造成包括中枢神经系统、视觉系统、循环系统、生殖系统、免疫系统等健康危害，为此各国都有明确的卫生防护标准来限制射频辐射所带来的负面效应。,电磁辐射对生物机体健康的影响称为健康效应(health effects)。健康效应包括了电磁辐射对机体生理和心理两个方面的影响，它既有有利于身体健康的一面，也有不利于健康的负面作用。,(一)高强度射频辐射的健康效应,23,长期在非致热强度的射频电磁辐射作用下会出现以乏力、记忆力减退为主的神经衰弱症候群和心悸、心前区疼痛、胸闷、易激动、脱发、月经紊乱等症状。临床检查，可发现脑电图慢波增多，心电图ST-T改变,QRS间期有延长趋势及不完全右束枝传导阻滞，血压偏低，心率减慢，白细胞和血小板计数偏低等；此外，还可出现眼晶状体混浊和空泡增多，个别人还会出现白内障；男性睾丸受损伤，雄性激素分泌减少等。,1.对中枢神经系统的影响,由于神经细胞对温度的耐受性比较低，因此热效应对脑功能及形态的影响比较明显。,24,病理研究发现，功率密度在20mW/cm2以上的射频辐射可导致中枢神经系统内组织充血、出血等典型热性损害。,资料显示，当比吸收率(SAR)大于2W/kg的射频辐射作用于机体时，不论作用时间长短都可引起相同的脑组织结构改变,只是改变程度不同，其特点是长期辐射或SAR值高的情况下,这种损伤性改变更为明显。,中枢神经系统的神经递质按功能分为兴奋性和抑制性两种，正常状态下两者之间保持一定的平衡,但当这种平衡被打破就会导致一系列病理变化,出现意识、思维、情感、行为及记忆等障碍。,25,低功率密度慢性辐射更容易产生中枢神经系统递质代谢的紊乱，有可能兴奋中枢神经。射频辐射会抑制脑电活动，从而影响中枢神经系统的生理功能。电磁场还可能影响脑部血液循环及血管功能。,实验发现，射频辐射可能抑制细胞线粒体的电子传递链功能，使脑组织耗氧率减慢，脑组织氧代谢能力减弱。 小鼠实验显示，钙镁ATP酶活性显著下降，细胞内Ca2+增多,导致Ca2+调节的蛋白酶，腺苷酸环化酶等功能失调,线粒体氧化磷化失偶联，能量生成减少，导致神经元代谢紊乱。,26,主要表现为晶状体的损伤。无论是职业接触人群流行病学调查还是动物实验，大量报道认为，高强度射频辐射曝露会缠上白内障。 用3450MHz(300mW/cm2)的射频辐射辐照兔的头部，每天4h，共30d，光镜观察到角膜上皮细胞出现广泛空泡状变性，部分细胞质嗜酸性变、细胞固缩、胞膜增厚伴细胞间隙加宽等白内障的早期改变。,2.对视觉系统的影响,27,HE染色，显示小肠绒毛单层柱状上皮细胞，细胞核嗜碱性，被染为蓝紫色；细胞质略嗜酸性，被染为粉红色。,28,SKOV3/cDDP凋亡时细胞固缩,肌巨细胞的肌核固缩深染，聚集成堆,29,增厚的脾包膜系由大量增生的胶原纤维组成，它们互相融合，呈均匀一致的无结构的,B超、CT、MRI等可以发现肝包膜增厚、肝表面轮廓不规则或呈结节状、肝实质的回声不均匀增强或CT值增高、各叶比例改变、脾脏厚度增加及门静脉和脾静脉直径增宽等肝硬化和门脉动高压的征象。,30,研究表明，射频辐射对视觉系统的影响与接触时间有关,长时间在一定强度射频辐射环境中工作,可使眼晶状体混浊、致密、空泡变性等产生视觉系统的损伤,但晶状体混浊形态和部位无一定规律性,形态多为点状、片状、条状、网状、锅巴状等,部位有后囊、后下皮质、后极、赤道及前皮质部。,射频辐射还对眼的其他部位如结膜、角膜、虹膜、眼底等