第一章　等离子射频的工作原理

等离子体是物质存在（固、液、气体）的第四种状态，是由大量带电粒子组成的非束缚状态的宏观体系，见图1-0-1。

所谓的“非束缚状态”是指原来呈中性的原子经一定频率电场解离后，生成一对可以自由运动的正负离子，因为正负离子总是成对出现，所以正离子和负离子的数量相等，这种物质状态也就被称为等离子体。

由于物质被电离后，正负离子之间的静电束缚已被打破，即电子摆脱了原子核的束缚，所以这时的正负离子又称做粒子，并可自由运动，其具体运动状态完全由外界电磁场决定，这是等离子体与常见的固体、液体和气体的重要差别。

图1-0-2为100kHz电磁场下，电离Nacl的示意图，每个高速带电粒子均获得了一定动能，电离一分子Nacl末端会产生8eV（电子伏特）的动能，而打断一分子肽键只需4eV。

该宏观体系特性：

（1）等离子——正负电荷相等。

等离子体的形式——以不同颜色的光体现（日光、橙黄色光——Nacl、紫色光——Kcl、霓虹等）。

（2）体系动能——每个带电粒子在转化为等离子过程中获得动能。

（3）影响动能产生因素——激发电场的频率大小（如100kHz或500kHz）、被激发介质种类（Nacl或Kcl）以及激发动能能否传达到介质实现激发过程（如等离子刀头/电极被凝血组织粘连包裹不能充分接触Nacl介质），刀头不接触盐水——无法产生等离子——无动能——术中无法切割消融组织。

（4）动能的产生直接影响切割和消融的效率。

图1-0-1所示闪电、霓虹、日光、等离子体电视等都是人们日常能感受得到的等离子体技术。

“等离子体”这门近代物理学始创于20世纪50年代，作为迅速发展的新兴学科其低温等离子体、冷等离子体、热等离子体技术已广泛应用于医学、电子、工业、军事及日常生活等众多领域。

不同物质必须经过电离才能转变到等离子体，等离子体又分为：高温等离子体和低温等离子体两大类，可电离的物质有固体、液体和气体。通常状态下，物质中的正负粒子因为带有异性电荷而吸引在一起的，形成稳定并呈中性的原子或分子。

1000℃以上的等离子体称高温等离子体。给物质提供热量，使其上升到足够的温度，物质内部粒子无规则热运动就会加剧，当粒子的动能增加到一定程度时，带电粒子就会摆脱静电力的束缚而成为可以自由运动的离子，物质也转化到高温等离子体。宇宙中99. 9%以上的物质（如太阳等恒星）均处于高温等离子状态。

1000℃以下的等离子体称低温等离子体。低温等离子体又分为冷等离子体和热等离子体。

在电场的作用下，物质内部的不同电性的粒子会受到方向相反的电场力，当电场足够强时，正负粒子就无法再集合在一起，最终成为可以自由运动的离子，物质也转化到等离子体/态。由于这种转化不需要高温就可以在常温下完成，所以成为低温等离子体/态。日光灯、霓虹灯、极光和等离子体彩电等就是典型的低温等离子体/态，医用等离子体亦属此范围。

射频（Radio frequency，RF）表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300kHz～30GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10 000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。

射频又叫无线电频率，但它不属于无线电通信中波段的划分，因为在这样的频率范围内辐射性能很低，故通讯设备中较少采用，面对生物体的作用主要是热效应。当射频的电流频率高到一定值时（＞100kHz），引起组织内带电荷的离子运动即摩擦生热（60～100℃）。射频消融设备的频率为200～500kHz时，输出功率为100～400W。换句话说，利用普通射频对生物体作用产生的热效应使细胞内外水分蒸发、干燥、固缩脱落以致无菌性坏死，从而达到治疗的目的，这就就成了医用射频。

人体是由许多有机和无机物质构成的复杂结构，体液中含有大量的电介质，如离子、水、胶体微粒等，人体主要依靠离子移动传导电流。

在高频振荡下，两电极之间的离子沿电力线方向快速运动，由移动状态逐渐变为振动状态。由于各种离子的大小、质量、电荷及移动速度不同，离子相互摩擦并与其他微粒相碰撞而产生生物热作用。

目前医用射频大多采用200kHz～750kHz的频率，有的频率甚至更高如4000kHz，高于每秒10万次的高频振荡，离子间摩擦生热，频率越高产热越多，往往会＞100℃，从而使蛋白质变性坏死，达到手术治疗的目的。

传统的电外科设备的工作原理均是这种“振荡-摩擦-产热”的工作原理，优点是止血效果好、止血深度够深，但也同时伴发较严重的术后炎症反应和周围组织损伤，与温度的高低直接相关。

拥有专利的“医用等离子”——采用固定低频率100kHz电流，其每秒小于1000次的振荡，将NaCl等电解液激发成大量成对带电的正负离子——即低温等离子体，同时大量粒子在低频状态下获得了更长的加速时间，粒子加速运动最终形成带有足够动能的高速带电粒子，直接打断分子键。

医用等离子因频率低，较之高频大大降低了分子间的摩擦产热，使切割、消融和止血等过程都在40～70℃内完成，作用深度仅50～100μm，故术后炎症反应轻，真正实现微创手术，但其缺点是止血深度不够，术中和术后继发出血问题还与术者的操作技巧直接相关。

人体组织细胞内外含有大量的Na ⁺和Cl ^-，“医用等离子”采用NaCl作为激发介质，更符合人体的生理条件。

在100kHz电磁场下，电离一分子NaCl末端产生8eV（电子伏特）的动能，而打断一分子肽键只需4eV。

粒子能量的计算采用麦克斯韦等式：

大量的NaCl“等离子体”产生的强大动能直接打断分子键，将蛋白质等生物大分子直接裂解成H ₂、O ₂、CO ₂、N ₂和甲烷等低分子量气体，类似准分子激光，从而以“微创”的代价完成对组织的切割、打孔、消融、皱缩和止血等多种功能。

40～70℃的热量是等离子体产生过程中的热量，为蛋白质可逆变性的温度范围。澳大利亚的医生首先在临床采用4℃冰（0. 9%NaCl）生理盐水作为介质行等离子辅助下的扁桃体切割手术，4℃冰（0. 9%NaCl）生理盐水将靶组织的温度靠纯粹的物理热交换又带走一部分，将更加减轻术后组织的炎症反应，相关研究正在进行中。

综上所述“医用等离子”和“医用射频”从定义到工作原理截然不同。但实际上非常容易混淆，常常看到“＞400kHz”的工作频率也被冠以“等离子”，只要工作频率/激发频率（非调制频率）“＞200kHz”就只能是用高频“热效应”工作，无法产生真正意义上的“等离子体”。

“医用射频”、“电刀”和“激光”等传统外科设备的优点在于因作用、损伤深度深止血彻底，缺点是术后炎症反应重（甚至上百度的高温）、恢复慢，“医用等离子”正好相反，止血深度不够，不同操作者的学习经验不同，需掌握使用技巧，但其作用和损伤深度浅，术后炎症反应轻（40～70℃抑或＜40℃），恢复快。

如何扬长避短，用好其优点，依靠其他工具补其不足，正是医学中的辩证法。