面向高级医疗应用的恩智浦射频功率解决方案 FTF-MHW-N1999 SONG DI 2016 年 9 月 29 日
议程 医疗领域的射频功率应用 医疗领域的射频应用历史简介 射频医疗技术和 LDMOS 的优势 微波消融 美容治疗 透热疗法 面向医疗应用的恩智浦射频功率解决方案 1 1
但在开始之前 在该讲座中, 我们不会涉及射频在病人监护或其他通信应用中的使用 我们仅讨论手术和无创伤美容应用, 在这些应用中射频功率技术发挥了关键作用 2
射频功率 = 空中无线通信 蜂窝通信 无线电和电视广播 雷达和空中交通管制 对讲机通讯 + 大功率生成 激光和等离子体生成 粒子加速 医疗 工业焊接 干燥 加热 3
使用射频功率的医疗应用 核磁共振成像 透热疗法 消融术 美容治疗 4
医疗领域的 射频应用历史简介 5
医疗领域的射频应用历史简介 1891 年,Nikola Tesla 指出高频率电流可在人体内产生热量, 并建议将其用于医疗领域 D Arsonval 发现, 高于 10kHz 的高频电流不会导致触电的生理反应, 但会发热 1920 年的透热疗法 1899 年,von Zaynek 发现人体组织中的热量产生率与频率密切相关 6
高频电流是如何加热材料的? 以 915 MHz 为例 交流电波在正极和负极之间每秒转换 9.15 亿次 每次当微波转换极性时, 水偶极子翻转 这种运动导致水分子摩擦, 从而产生热量 + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7
哪些频段可用? 工业 科学和医疗 (ISM) 频段是国际上专为除电信之外的工业 科学和医疗用途的射频能量使用保留的频段 未经授权许可的无线电操作通常被允许使用这些频段 不需要政府许可 ISM 频段 波长 6.78 MHz* (6.78 MHz ±15kHz) 44 米 /48 码 13.56 MHz (13.56 MHz ±15kHz) 22 米 /24 码 27 MHz (27.12 MHz ±163 khz) 11 米 /12 码 41 MHz (40.68 MHz ±20 khz) 7 米 /8 码 434 MHz* (433.92 MHz ±870 khz) 69 厘米 /2.25 英尺 915 MHz (902-928 MHz) 33 厘米 /1 英尺 2.45 GHz (2400-2500 MHz) 12 厘米 /4.8 英寸 8 * 频段在某些国家 / 地区需要特别授权
医疗领域中的射频功率技术 真空管, 主要是磁控管, 例如在微波炉中使用的磁控管 固态器件, 例如双极结型晶体管 (BJT) 和垂直 MOSFET(VMOS), 是最早用于医疗应用的固态器件, 只能在低频率下工作 当时 LDMOS 射频功率晶体管的产量目前不断增加 现在 9
晶体管相对于磁控管的优势 1. 精确控制 2. 简单易用 3. 高可靠性 4. 物理尺寸和重量 10
LDMOS 晶体管相对于老式晶体管 (BJT 和 VMOS) 的优势 在高于 100 MHz 的频率下性能不会迅速降低 良好的热性能 高增益 相对于 VMOS 的优势 封装不含 BeO( 禁用材料 ) 相对于 BJT 的优势 高耐用性 良好的热性能 高增益 封装不含 BeO 很多双极性晶体管已经停产 11 BeO: 氧化铍
MRI 核磁共振成像 12
MRI 核磁共振成像 MRI 扫描仪利用来自以适当共振频率施加的射频磁场的能量, 检测人体内的激发态氧原子 ( 水分子 ) 发射的射频信号 1.5 T MRI: 工作频率为 61-64 MHz 3 T MRI: 工作频率为 123-128 MHz 永磁铁 梯度线圈 MRI 已经使用射频晶体管长达数十年, 目前正在迁移到 LDMOS CPU 波形发生器 X Y Z 梯度放大器 功率放大器 射频线圈 ADC 射频接收器 13
微波消融 14
消融术 消融术是减小人体组织的大小或通过外科手术去除人体组织的过程 典型应用 去除皮肤损坏 缩小肺部 肝脏 肾 骨中的肿瘤大小 破坏心脏中的异常电传导以缓解症状, 这些电传导会导致心律失常或脊神经根疾病 15
消融的类型 射频 (RF) 消融 目前最常用 频率 : 从数百 khz 至 5MHz 微波消融 新兴 相对比较新, 工作频率为 915MHz 或 2456MHz 16
微波消融 微波消融相对于射频消融的优势 : 更高的温度 ( 更高的功率密度 ) 更快的消融速度 能够使用多个发热电极 ( 天线 ) 更少的操作性疼痛 实现更深的渗透, 高频率能够穿过所有类型的人体组织 更大的肿瘤消融体积 17
Neuwave 的消融系统基于 Prescient 无线 PA 模块 : 140 W 消融系统, 频率为 2456 MHz 18
肾脏去神经支配疗法 (RDN) 最新和最有前景的射频功率应用之一 由于多种原因, 其他任何高血压治疗方法 ( 包括改变生活方式或药物 ) 对于有些患者都无法奏效时, 这种疗法有可能帮助他们降低血压 19
肾脏去神经支配疗法的工作原理 右侧的小导管放置在股动脉中, 以便通过肾动脉到达神经 将能量传输到动脉, 通过放置在肾脏中的导管尖传输少量射频功率, 对神经进行消融 能量通过血管壁传输, 以损坏肾神经 经过这个治疗过程, 患者能够在几小时内恢复活动, 并在后一天出院 20
恩智浦微波消融解决方案 示例 :250 W, 频率为 2.45 GHz 前置驱动器 : MMG20271H9 驱动器 : MHT1006N (10 W) 终级 : MRF7S24250N 所有消融解决方案 : 医疗频率 面向医疗应用的恩智浦射频功率解决方案 参考电路功率 (W) 效率 (%) 增益 (db) 915 MHz MRF8VP13350N 350 55 21 2.45 GHz MRF7S24250N 250 55 15 MRF7S24250N 3 级 250 51 44 MRF24300N 300 60 15 21
皮肤治疗和医用激光 22
美容治疗 射频功率在市场上大量用于皮肤治疗 激光器 ( 使用射频作为能量来源 ) 射频功率直接应用于皮肤 以上两者的组合 射频 + 强脉冲光 (IPL) 的组合 * Thermage 也是 Solta Medical 的注册商标 23
医用激光 射频用于激发等离子体, 转化为激光 应用 : 皮肤外科 伤疤 抗老化 防皱纹 色素性病变 皮肤紧致 / 嫩肤 DEKA 的 Smartxide 2 基于 El.En PA 设计使用 MRFE6VP61K25H, 它是恩智浦提供的 1250W 晶体管 https://www.youtube.com/watch?v=zvlls RblM 24
激光治疗毛细血管扩张 对于那些鼻子 脸颊或下巴布满小血管的患者而言, 激光疗法具有极好的疗效 激光机是微调技术发展进步的结果 需要患者佩戴一副护目镜 发射短脉冲激光 嘶嘶封住 小静脉且不会在表层皮肤上留下疤痕 患者会觉得稍微不舒服, 但不会像预期的那么糟 激光治疗毛细血管扩张过程图片 25
Honkon Medical Honkon 是亚太地区的一家领先医疗设备制造商, 在他们的 Thermage 机器中使用了射频器件 使用射频的另一种方式是从内加热皮肤和收缩胶原蛋白 Honkon-M600E+ 26
强脉冲光 (IPL) + 射频 IPL+RF 方法在多次美容治疗中使用, 包括 : 脱毛 去疤 改善肤色等 实践证明,IPL 和 RF 结合使用比其作为射频能量的附加手段更加有效, 同时还带来了嫩肤的效果 27
透热疗法 28
透热疗法 透热疗法是射频功率用于加热的另一个实例 医疗用途 : 关节炎 背痛 肌肉痉挛 肌炎 神经痛 扭伤和拉伤 腱鞘炎 肌腱炎 骨损伤 滑囊炎 透热疗法的类型 短波透热疗法 (13.56 MHz 27 MHz 和 40 MHz) 微波透热疗法 (915 MHz 或 2.45 GHz) 29
透热疗法的工作原理 透热疗法是一种通过使用射频能源生热的方法, 产生的热量可以深入目标人体组织 可以到达皮肤下最多 2 英寸 透热疗法实际上并不直接加热, 而是产生电流, 让人体组织本身内部产生热量 随着热量增加, 血流也会增加, 这样可以改进僵硬关节和结缔组织的灵活性 治疗过程中, 患者会感觉发热或刺痛 30
恩智浦医疗解决方案 31
恩智浦医疗解决方案 ISM 频段 13 MHz 27 MHz 医疗应用 射频消融嫩肤透热疗法 嫩肤透热疗法 面向医疗应用的恩智浦射频功率参考电路 晶体管 Pout (W) Eff (%) 增益 (db) MRFE6VP61K25H 1350 75 23.5 MRFE6VP6300H 300 80 36 MRFE6VP61K25H 1200 81 27 为什么选择恩智浦 LDMOS 晶体管 轻重量和小体积 高耐用性 高增益 高效率 高热性能 持续供应计划 40 MHz 915 MHz 嫩肤透热疗法 微波消融透热疗法 MRFE6VP61K25H 1300 85 26 MRFE6VP6300H 350 85 23 MRFE6VP5150N 180 82 25 MRF8VP13350N 350 55 21 2.45 GHz 微波消融肾脏去神经支配疗法 MRF24300N 300 60 15 MRF7S24250N 250 55 15 MRF7S24250N 3 级 250 51 44 32
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