Внутриполостной излучатель для свч физиотерапии (варианты)

 

Изобретение относится к медицинской аппаратуре дециметрового и сантиметрового диапазонов волн и может быть использовано для внутриполостной физиотерапии, а также для радиометрии, СВЧ-томографии и СВЧ-термографии. Техническим результатом является увеличение эффективности излучения и при одновременном сужении диаграммы излучения на определенном участке тела пациента. Излучатель для СВЧ-физиотерапии содержит корпус с установленными в нем коаксиальным вводом электромагнитной энергии и коаксиальным резонатором и диэлектрический колпак цилиндрической формы, внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде однозаходной спирали, смещенной к одной из образующих на внутренней поверхности диэлектрического колпака, с внешним диаметром, в 1,1... 2 раза меньшим внутреннего диаметра диэлектрического колпака, при этом поперечное сечение спирали имеет форму усеченного круга, расположенного усеченной стороной диаметрально противоположно направлению смещения. Во втором варианте излучателя внешний диаметр цилиндрической части поверхности внешнего проводника коаксиального резонатора равен внутреннему диаметру диэлектрического колпака, а внутренний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде стержня с переменным вдоль оси резонатора диаметром и полоски, расположенной вдоль плоской части внешнего проводника резонатора, причем расстояние между внутренним проводником и плоской поверхностью внешнего проводника выбрано переменным вдоль продольной оси резонатора, а спираль - с переменным шагом по длине. Излучатель предназначен для физиотерапевтического воздействия на мочеполовые органы человека, в частности на предстательную железу. Возможно использование для физиотерапевтического воздействия на верхние дыхательные пути. При введении излучателя в крупные кровеносные сосуды или пищевод, он может быть использован в качестве источника излучения для СВЧ-термографии. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к СВЧ-электронике, в частности к медицинской аппаратуре дециметрового и сантиметрового диапазонов волн, и может быть использовано для внутриполостной физиотерапии, а также для радиометрии, СВЧ-томографии и СВЧ-термографии.

Известен ректальный электрод для ВЧ и СВЧ-терапии, содержащий металлический корпус и диэлектрический колпак цилиндрической формы, в котором аксиально размещен излучатель, представляющий собой коаксиальный резонатор с внешним проводником, выполненным в виде цилиндрической спирали (1).

Недостатком известного электрода является равномерное распределение излучения по поперечному сечению электрода, что не позволяет оказывать локальное воздействие на определенный орган (например, на предстательную железу).

Наиболее близким к предлагаемому является электрод для ВЧ и СВЧ терапии полостных органов, содержащий корпус с вмонтированным в него коаксиальным вводом энергии и излучателем в виде коаксиального резонатора, во внешнем проводнике которого прорезаны поперечные раны, и диэлектрический колпак, установленный коаксиально, с зазором относительно внешнего проводника резонатора (2).

Недостатком известного электрода является малая эффективность излучения, вызванная наличием зазора между внешним проводником резонатора и поверхностью облучаемого участка тела пациента.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания излучателя для СВЧ внутриполостной физиотерапии, позволяющего увеличить эффективность излучения при одновременном сужении диаграммы излучения в азимутальном направлении, т. е. позволяющего сосредоточить излучение на определенном участке тела пациента.

Поставленная задача решается тем, что во внутриполостном излучателе для СВЧ-физиотерапии, содержащем корпус с установленными в нем коаксиальным вводом электромагнитной энергии и коаксиальным резонатором и диэлектрический колпак цилиндрической формы, согласно изобретению внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде по меньшей мере однозаходной спирали, смещенной к одной из образующих на внутренней поверхности диэлектрического колпака.

Внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде цилиндрической спирали с внешним диаметром, в 1,1...2 раза меньшим внутреннего диаметра диэлектрического колпака. При этом внутренний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде стержня с переменным вдоль оси резонатора диаметром.

Возможен вариант излучателя, в котором внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде спирали, поперечное сечение которой имеет форму усеченного круга, расположенного усеченной стороной диаметрально противоположно направлению смещения, внешним диаметром цилиндрической части, равным внутреннему диаметру диэлектрического колпака.

Внутренний проводник коаксиального резонатора может быть выполнен в виде полоски, расположенной вдоль плоской части внешнего проводника резонатора.

Кроме того, расстояние между внутренним проводником, выполненным в виде полоски, и плоской поверхностью внешнего проводника коаксиального резонатора может быть выбрано переменным вдоль продольной оси резонатора.

Внешний проводник коаксиального резонатора может быть выполнен в виде спирали с переменным шагом по длине.

Изобретение поясняется конкретными вариантами его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 изображает общий вид предлагаемого излучателя, фиг. 2 - поперечное сечение по А-А на фиг. 1, фиг. 3 - поперечное сечение варианта предлагаемого излучателя с внешним проводником в виде цилиндрической спирали усеченной формы и внутренним проводником в виде пластины, фиг. 4 - продольное сечение концевой части варианта излучателя без диэлектрического колпака с внутренним проводником, выполненным в виде стержня с плавно изменяющимся по длине диаметром, фиг. 5 - продольное сечение концевой части варианта излучателя без диэлектрического колпака с внутренним проводником, выполненным в виде стержня со ступенчато изменяющимся диаметром, фиг. 6 - продольное сечение концевой части варианта излучателя без диэлектрического колпака с внешним проводником в виде цилиндрической спирали усеченной формы и внутренним проводником в виде пластины, расположенной наклонно по отношению к продольной оси излучателя, фиг. 7 - вариант выполнения внешнего проводника излучателя в виде двухзаходной цилиндрической спирали с переменным шагом.

Предлагаемый излучатель для СВЧ внутриполостной физиотерапии содержит корпус 1, выполненный из диэлектрика с малыми электромагнитными потерями, например из фторопласта, установленные в нем коаксиальный ввод 2 электромагнитной энергии и коаксиальный резонатор 3, образованный внутренним проводником 4 и внешним проводником 5. Снаружи коаксиального резонатора 3 установлен съемный колпак 6 цилиндрической формы, выполненный из диэлектрика с малыми электромагнитными потерями, устойчивого к стерилизации (фиг. 1). Внешний проводник 5 резонатора 3 выполнен в виде спирали, поперечное сечение которой может иметь различную форму, в том числе полного круга (фиг. 2) или усеченного круга (фиг. 3). В первом случае внешний диаметр d проводника 5 всегда выбирается меньшим внутреннего диаметра b съемного колпака 6, который устанавливается со смещением относительно оси симметрии внешнего проводника 5 резонатора 3.

Внутренний проводник 4 резонатора 3 может иметь форму круглого стержня постоянного диаметра r (фиг. 2). Возможен вариант, в котором проводник 4 выполнен в виде круглого стержня с плавно изменяющимся по длине диаметром (фиг. 4), или вариант, в котором проводник 4 имеет форму круглого стержня со ступенчато изменяющимся диаметром (фиг. 5).

При выполнении внешнего проводника 5 резонатора 3 в виде цилиндрической спирали усеченной формы внутренний проводник 4 выгодно выполнять в виде пластины, установленной на расстоянии от внутренней поверхности усеченной части 7 внешнего проводника 5 (фиг. 3). Возможны варианты, в которых расстояние w между проводниками 4 и 5 выбрано плавно изменяющимся по длине резонатора 3, например вариант с установкой проводника 4 наклонно по отношению к продольной оси симметрии резонатора 3 (фиг. 6).

Представляет практический интерес выполнение внешнего проводника 5 резонатора 3 в виде спирали (например, двухзаходной) с переменным шагом h (фиг. 7).

Во всех вариантах выполнения излучателя проводники 4 и 5 соединены на одном конце резонатора 3 с коаксиальным вводом 2 электромагнитной энергии, а на другом конце резонатора 3 (свободном конце) проводники 4 и 5 либо соединены друг с другом (режим короткого замыкания), либо разомкнутым (режим холостого хода).

Работает предлагаемый излучатель следующим образом.

Электромагнитная энергия от стандартного медицинского СВЧ-генератора (на чертежах не показан) подается с помощью коаксиального ввода 2 в коаксиальный резонатор 3, в котором благодаря спиральной форме внешнего проводника 5 она распределяется как внутри, так и снаружи резонатора 3, попадая через диэлектрический колпак 6 на поверхность облучаемого участка тела пациента (на чертежах не показано). При выполнении условия превышения фазовой скорости электромагнитной волны в резонаторе 3 скорости плоской волны в теле пациента происходит излучение в тело, интенсивность которого зависит как от соотношения указанных выше скоростей волн, так и от зазора между поверхностью облучаемого участка тела пациента и внешним проводником 5 резонатора 3, т.е. от соотношения наружных диаметров диэлектрического колпака 6 и внешнего проводника 5 (3, 4).

Практическая реализация описанного выше эффекта излучения возможна благодаря относительно большой диэлектрической проницаемости тела пациента при замедлениях электромагнитной волны в резонаторе 3 порядка 3..6. При этом однако зазор между проводником 5 и телом пациента должен быть таким, чтобы влияние диэлектрической проницаемости тела не было бы слишком большим, таким, которое привело бы к уменьшению фазовой скорости электромагнитной волны в резонаторе 3 до значений, близких к скорости плоской волны в теле, при которых интенсивность излучения резко уменьшается. В то же время наличие указанного выше зазора также приводит к существенному уменьшению интенсивности излучения, вызванному как резким спаданием амплитуды поля электромагнитной волны от внешней поверхности проводника 5, так и экранирующим действием поверхности тела. Уменьшение интенсивности излучения при использовании излучателя, выбранного в качестве прототипа, вызвано также тем, что излучение равномерно распределено по контуру поперечного сечения излучателя.

Устранить оба указанных выше недостатка удается с помощью предлагаемой конструкции излучателя. Смещение диэлектрического колпака вплоть до непосредственного касания внешнего проводника 5 по одной из образующих на внутренней поверхности колпака 5 (фиг. 2) позволяет обеспечить большое значение амплитуды поля электромагнитной волны на поверхности тела пациента со стороны касания диэлектрического колпака 6 и внешнего проводника 5 и уменьшение амплитуды поля волны с диаметрально противоположной стороны излучателя. При этом интегральное значение зазора между телом пациента и проводником 5 сохраняется таким же и, следовательно, таким же сохраняется и влияние диэлектрической проницаемости тела пациента на фазовую скорость электромагнитной волны в резонаторе 3. Таким образом, удается увеличить интенсивность излучения в направлении расположения облучаемого органа, существенно уменьшив интенсивность излучения волны в остальных направлениях.

При выполнении внешнего проводника 5 резонатора 4 в виде по меньшей мере однозаходной цилиндрической спирали описанный выше эффект удается получить простым смещением осей симметрии колпака 6 и резонатора 3. При этом внутренний диаметр b колпака 6 должен по меньшей мере в 1,1 раза превышать внешний диаметр d проводника 5. При меньшем значении b/d описанный выше эффект будет слишком мал, а при значениях b/d > 2 излучение охватывает слишком малую площадь и может представлять интерес только в особых случаях.

Во многих возможных вариантах предлагаемого излучателя внутренний проводник 4 может быть выполнен в виде круглого стержня с постоянным диаметром r по всей длине стержня (фиг. 2). Однако в тех случаях, когда необходимо изменить интенсивность излучения по длине резонатора 3 или обеспечить согласование резонатора 3 с вводом 2 электромагнитной энергии в достаточно широкой полосе частот, проводник 4 должен иметь плавно изменяющийся по всей длине диаметр r (фиг. 4), либо скачкообразно изменяющийся диаметр (фиг. 5).

В тех случаях, когда проводник 5 выполнен в виде цилиндрической спирали усеченной формы его внешний диаметр d может совпадать с внутренним диаметром b диэлектрического колпака 6, как это показано на фиг. 3. В этом случае необходимое для увеличения направленности излучения смещение резонатора 3 относительно колпака 6 обеспечивается благодаря увеличению зазора между телом пациента и плоском участком 7 проводника 5.

При выполнении внешнего проводника 5 в виде цилиндрической спирали усеченной формы внутренний проводник 4 может быть выполнен в виде пластины, расположенной на расстоянии w от плоского участка 7 проводника 5. При этом увеличивается концентрация электрического поля волны в области между плоским участком 7 и благодаря этому уменьшается амплитуда поля волны на поверхности противолежащего участка тела пациента. Плавное (фиг. 6) или скачкообразное изменение расстояния w позволяет получить тот же эффект, что и изменение диаметра r проводника 4.

Шаг h внешнего проводника 5 выбирают с учетом влияния диэлектрической проницаемости материалов корпуса 1 и колпака 6, а также тела пациента из условия получения оптимального по интенсивности излучения соотношения скоростей электромагнитной волны в резонаторе 3 и теле пациента (4). Однако в тех случаях, когда необходимо изменять интенсивность и направление излучения по длине излучателя, шаг h можно выбирать переменным по длине резонатора 3, уменьшая, например, к свободному его концу (фиг. 7).

Интенсивность и распределение излучения по длине резонатора 3 зависит также от выбранного режима работы резонатора (холостой ход или короткое замыкание).

Предложенный излучатель предназначен в основном для физиотерапевтического воздействия на мочеполовые органы человека, в частности на предстательную железу. Возможно также использование предложенного излучателя для физиотерапевтического воздействия на верхние дыхательные пути. Кроме того, при введении излучателя в крупные кровеносные сосуды или пищевод, излучатель может быть использован в качестве источника излучения для СВЧ-томографа. Излучатель может быть использован также в качестве приемной антенны при радиометрии и термографии.

Источники информации, принятые во внимание: 1. А. С. 1553142 СССР. Электрод для ВЧ и СВЧ-терапии полостных органов. /Ю.Н. Пчельников и др.// Б.И. # 12, 1990.

2. А. С. 1266548 СССР. Ректальный электрод для ВЧ и СВЧ-терапии. /Ю.Н. Пчельников и др.// Б.И. # 40, 1986.

3. Пчельников Ю.Н., Мицкис А.Ю.Ю. Микроволновые излучатели на замедляющих системах. // Сборник докл. MITEKO 90. Пардубице, ЧСФР, 1990, с. 8.

4. Пчельников Ю.Н. Излучение замедленной электромагнитной волны в магнитодиэлектрик. // Радиотехника и Электроника. 1995, т. 40, # 4, с. 532.

Формула изобретения

1. Излучатель для СВЧ внутриполостной физиотератии, содержащий корпус с установленными в нем коаксиальным вводом электромагнитной энергии и коаксиальным резонатором и диэлектрический колпак цилиндрической формы, отличающийся тем, что внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде по меньшей мере однозаходной спирали с внешним диаметром, в 1,1 - 2 раза меньшим внутреннего диаметра диэлектрического колпака, и смещен к одной из образующих на внутренней поверхности диэлектрического колпака.

2. Излучатель для СВЧ внутреполостной физиотерапии, содержащий корпус с установленными в нем коаксиальным вводом электромагнитной энергии и коаксиальным резонатором и диэлектрический колпак цилиндрической формы, отличающийся тем, что внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде, по меньшей мере однозаходной спирали, поперечное сечение которой имеет форму усеченного круга с внешним диаметром цилиндрической части, равным внутреннему диаметру диэлектрического колпака.

3. Излучатель по п.2, отличающийся тем, что внутренний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде полоски, расположенной вдоль плоской части внешнего проводника резонатора.

4. Излучатель по п.3, отличающийся тем, что расстояние между внутренним проводником и плоской поверхностью внешнего проводника коаксиального резонатора выбрано переменным вдоль продольной оси резонатора.

5. Излучатель по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что внутренний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде стержня и с переменным вдоль оси резонатора диаметром.

6. Излучатель по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что внешний проводник коаксиального резонатора выполнен в виде спирали с переменным шагом по длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7