АППАРАТ ДЛЯ КВЧ-ТЕРАПИИ Российский патент 1994 года по МПК A61N5/04 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в микроволновой рефлексотерапии, а также терапии внутренних органов.

Предложенный аппарат для КВЧ-терапии является комплексным устройством, в котором часть его - многоканальный делитель мощности, является составной частью и может быть применен в составе других объектов, в частности волноводных трактах.

Известен аппарат для КВЧ-терапии, выполненный в виде корпуса, в котором размещены блок питания, управления и индикации, а также генератор, связанный через волноводный тракт с излучателем.

В указанной конструкции электромагнитное излучение (ЭМИ) канализируется в одном волноводе, на конце которого установлен излучатель, с помощью которого производится облучение одной зоны биологического объекта. Данный аппарат не позволяет воздействовать одновременно на несколько биологических зон или точек акупунктуры, что приводит к увеличению времени лечебной процедуры и сокращению числа обслуживаемых пациентов. Кроме того, поскольку генератор КВЧ с облучателем установлен в указанных аппаратах на передвижных пантографах, присоединенных к базовому блоку, расположенному либо на стойке, либо на столе, такая разнесенная компановка узлов существенно увеличивает общий габарит аппарата и приводит к неудобствам в эксплуатации.

Прототипом изобретения является аппарат "Электроника КВЧ-04", выполненный в виде корпуса с размещенными в нем блоком управления и индикации, а также аттенюатором и генератором, связанным через волноводный тракт с излучателем. В отличие от аналогов в корпусе аппарата содержатся два автономных генератора, связанных соответственно с двумя излучателями, что позволяет одновременно воздействовать на две топографически разнесенные биологические зоны. Корпус размещен на передвижном пантографе. Такое техническое решение, направленное на расширение зоны обслуживания, является громоздким, неудобным в эксплуатации и экономически невыгодным, так как является простым дублированием прибора-аналога, в результате чего не обеспечивается расширение зоны обслуживания с одновременным воздействием на несколько произвольно расположенных биологических зон. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность воздействия на внутренние органы человека. Указанные обстоятельства являются недостатком прототипа.

Целью изобретения является обеспечение одновременного воздействия на несколько произвольно расположенных биологических зон, улучшение условий эксплуатации, а также осуществление терапии внутренних органов биообъекта.

Указанная цель достигается тем, что в аппарате для КВЧ-терапии, содержащем установленные внутри корпуса блок управления и индикации, а также генератор с аттенюатором, связанный через волноводный тракт с излучателем, волноводный тракт выполнен с гибкими съемными волноводами, каждый из которых через волноводный переход прикреплен к многоканальному делителю мощности, соединенному входным волноводом с аттенюатором, причем гибкий волновод со стороны соединения с излучателем снабжен элементом крепления.

Для обеспечения возможности терапии внутренних органов биообъекта оболочка гибкого волновода выполнена из защитного от агрессивной среды биоинертного материала, например полиэтилена, причем концевая часть волновода является герметичной.

Применение многоканального делителя мощности, волноводного перехода, гибких волноводов и контровочных соединительных элементов крепления известно в радиотехнике, однако использование их в волноводном тракте медицинского аппарата приводит к такому выполнению тракта, в котором при одном генераторе возможно осуществление одновременной разводки электромагнитного излучения по произвольно расположенным в пространстве зонам, что является новым свойством. Результатом является обеспечение возможности воздействия на несколько произвольно расположенных биологических зон при КВЧ-терапии, т. е. достижение нового положительного эффекта. Наличие гибких съемных волноводов со съемными излучателями расширяет зону обслуживания, что улучшает условия эксплуатации устройства.

Предложенное техническое решение комплексного устройства соответствует критерию "существенные отличия".

Аналогом многоканального делителя мощности является конструкция, выполненная из входного волновода, преобразователя в виде объемного резонатора и расходящихся выходных волноводов переменного сечения. В делителе отсутствует переход от волноводного преобразователя к стандартному волноводному тракту, что исключает использование конструкции в стандартных трактах.

Прототипом является многоканальный делитель мощности, который содержит преобразователь, выполняющий также и функцию перехода. Преобразователь выполнен в виде Е-секториального рупора, сопряженного с участком волновода постоянного сечения, к которому с помощью фланцев присоединены расходящиеся выходные волноводные волноводы. В таком Е-сектариальном рупоре возникают высшие типы волн и хотя в нем в месте сопряжения с участком волновода постоянного сечения установлены резистивные пластины для подавления высших типов волн сами они являются дополнительными поглотителями части полезной мощности. Указанные обстоятельства приводят к дополнительным потерям при работе конструкции, что является недостатком прототипа.

Целью изобретения является уменьшение потерь при делении мощности.
Цель достигается тем, что многоканальный делитель мощности выполнен с расходящимися волноводами, имеющими равные сечения в месте сообщения с входным волноводом, причем каждый выходной волновод имеет постоянную ширину в H-плоскости и переменную высоту в Е-плоскости, определяемую соотношением
b′(x)= , где b^l(x) - высота узкой стенки в Е-плоскости на текущем расстоянии х от входного сечения расходящегося волновода;
n - количество выходных волноводов;
b - высота узкой стенки в Е-плоскости входного волновода и выходного сечения выходного волновода делителя;
t - толщина перегородки в месте сообщения расходящихся волноводов с входным каналом;
x - текущее расстояние от входного сечения расходящегося волновода;
L - длина волновода.

Применение расходящихся волноводов как постоянного, так и переменного сечения по длине известно из волноводной техники, однако то обстоятельство, что выходные каналы в месте сообщения их с входным каналом выполнены с равными между собой сечениями так, что далее по всей длине высота узкой стенки в Е-плоскости является переменной величиной, позволяет осуществить работу делителя без Е-секториального рупора (перехода) и резистивных пластин, вносящих потери за счет возникновения высших типов волн, является новым свойством. В результате обеспечивания снижения потерь при прохождении ЭМИ (электромагнитного излучения), т. е. достигается новый положительный эффект. В результате предложенное техническое решение можно отнести к критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен аппарат (использование для двух пациентов), общий вид; на фиг. 2 - многоканальный делитель мощности с подсоединенным к нему через гибкий волновод излучателем; на фиг. 3 - делитель мощности, разрез (вариант с тремя каналами); на фиг. 4 - вариант делителя с пятью каналами; на фиг. 5 - поперечное сечение Б-Б делителя мощности в месте сообщения расходящихся волноводов с входным каналом; на фиг. 6 - излучатель остронаправленный подвижного типа; на фиг. 7 - вариант слабонаправленного обтекаемой формы излучателя; на фиг. 8 - переход для подсоединения к делителю гибкого волновода.

Аппарат для КВЧ-терапии выполнен в виде корпуса 1, внутри которого размещен энергоблок (не показан), содержащий источник питания, узел управления и индикации, генератор КВЧ и аттенюатор. Энергоблок выполнен по схеме, используемый в прототипе. Многоканальный делитель мощности 2, соединенный входным волноводом 7 с аттенюатором, подключен выходными волноводами 8 через соответствующие переходы к гибким съемным диэлектрическим волноводам 3, каждый из которых на свободном конце снабжен герметичным излучателем 4. В данном варианте использования гибкий волновод 3 тракта образован оболочкой прямоугольного сечения 13, внутри которой размещен диэлектрический стержень 11. Для установки съемного излучателя 4 каждый волновод снабжен контровочным элементом крепления - гайкой 17. Для осуществления непосредственного облучения внутренних органов биообъекта оболочка 13 волновода выполнена из защитного от агрессивной среды биоинертного (полимерного) материала, например полиэтилена. Для обеспечения канализации ЭМИ внутри тела пациента волноведущая часть волновода имеет "заваренный" герметичный конец, образуя тем самым излучатель-зонд, причем диаметр облучаемой зоны при использовании приведенного варианта аппарата соответствует 4-6 мм.

Многоканальный делитель мощности 2 является съемным узлом, в котором входной волновод 7 со стандартным каналом постоянного сечения сообщается с расходящимися выходными волноводами 8, имеющими постоянный стандартный размер широких стенок в Н-плоскости. Высота узкой стенки является переменной в Е-плоскости величиной, увеличивающейся до стандартного размера. В месте 9 сообщения с входным прямым каналом 7 сечения выходных волноводов равны между собой. Далее каждый выходной волновод имеет по всей длине постоянную ширину в Н-плоскости и переменную высоту в Е-плоскости, определяемую соотношением
, где b^l(x) - высота узкой стенки на текущем расстоянии от входного сечения волновода;
n - количество выходных волноводов;
b - высота узкой стенки входного волновода и выходного сечения выходного волновода делителя;
t - толщина перегородки в месте сообщения расходящихся волноводов с входным каналом;
x - текущее расстояние по длине расходящегося волновода от места сообщения его с входным волноводом делителя;
L - длина волновода.

Делитель выполнен с выступающей частью соответственно на входе для подсоединения к аттенюатору и выступающей частью на выходе каждого волновода. Для зацепления выступающие части выполнены с накаткой.

На фиг. 5 дано поперечное сечение делителя и обозначены Е и Н плоскости.

Плоскость Е (плоскость распространения электрической составляющей электромагнитного поля) перпендикулярна направлению распространения волны и параллельна узкой стенке волновода.

Плоскость Н (плоскость распространения магнитной составляющей электромагнитного поля) перпендикулярна плоскости Е и параллельна широкой стенке волновода.

Для СВЧ- и КВЧ-диапазонов, для которых поперечные сечения волноводов 7 и 8 имеют небольшие размеры, технологически делитель 2 целесообразно изготавливать из двух симметричных пластин, в которых методом штамповки, литья, фрезерования и т. д. выполнены входной 7 и выходные каналы 8 с постоянной глубиной, равной половине размера широкой стенки стандартного волновода, причем в пластинах выходные каналы 8 плавно изогнуты по определяемому в зависимости от числа каналов радиусу в Е-плоскости волны. Пластины соединены друг с другом при помощи штифтов и контровочных винтов.

Делитель мощности 2 на три или пять каналов, входящих в состав аппарата в диапазоне 55-62 ГГц имеет КСВН не меньше 2, равномерность деления мощности не меньше 3 дБ, а общие габаритные размеры 70х50х20 (с учетом присоединительных выступов).

Излучатель 4, закрепленный на свободном конце гибкого диэлектрического волновода 3, снабженного защитной оболочкой 13, состоит из металлической трубы 10, предназначенной для осуществления трансформации поля с гибридной моды диэлектрического волновода в направленное излучение апертурной антенны.

Диэлектрический волноведущий стержень 11 гибкого волновода 3 освобожден от оболочки на расстоянии 4-7 длин волн от конца, плавно заточен и установлен внутри трубы, вплотную прилегая к малому периметру усеченного конуса внутреннего профиля трубы 10.

Часть трубы, прилегающая к раскрыву 12, может иметь узкое сечение, с диаметром не менее 2 λ/3.41 (условие распространения низшей моды круглового волновода Н 11) для слабонаправленного излучателя - зонда (фиг. 7) или же конусный расширяющийся профиль (фиг. 8) для излучателя с остронаправленной диаграммой. В месте стыковки оболочки 13 гибкого волновода 3 с трубой 10 на внешней поверхности трубы выполнен, например выточен, конусообразный срез 14 с накатанной поверхностью. У основания конусообразного среза на внешней поверхности трубы расположен стопорный выступ 15. Раскрыв 12 трубы 10 и ее наружная поверхность покрыты тонким полимерным чехлом 16, выполненным, например, из фторопласта. Во избежание искажения диаграммы направленности и дополнительных потерь толщина чехла 16 на раскрыве 12 не должна превышать 0,1-0,2 мм.

Край оболочки 13 гибкого волновода 3 налегает на конусообразный срез 14 и плотно прижат к нему контровочным элементом 17 - гайкой гибкого волновода 3.

Наличие накатки на поверхности среза 14 создает дополнительное трение при зажатии оболочки 13 волновода, как правило эластичной, и предотвращает ее проскальзывание, улучшая таким образом герметичность соединения гибкого волновода 3 с излучателем 4. Положение контровочного элемента 17 жестко зафиксировано контровочной соединительной гайкой зацепления 18 и стопорным выступом 15 трубы 10.

Одновременно контровочная гайка 18 жестко прижимает к внешней поверхности трубы 10 и выступу 15 защитный полимерный чехол 16 (покрытие), обеспечивая тем самым надежную герметичность раскрыва 12 излучателя.

Таким образом в предложенной конструкции наряду с подвижностью излучателя 4 при надежном закреплении его на гибком волноводе 3, обеспечена герметичность излучателя, а также соединения его с волноводом 3.

Конкретный вариант тракта (см. фиг. 4), состоящего из гибкого волновода 3 в оболочке, который присоединен к одному из выходных волноводов делителя мощности 2, снабженного герметичным излучателем 4 на свободном его конце, обеспечивает уровень плотности ЭМИ до 10 мВт/см²при выходной мощности генератора КВЧ 50 мВт.

Переход 5 выполнен в виде полой металлической трубы 19 с конусным выступом 20 на внутренней ее поверхности, контактирующим с краем оболочки 13 волновода, причем наружной накатанной поверхностью труба 19 зацеплена с муфтой 21, установленной на внешней поверхности оболочки 13. Тем самым образуется соединение перехода с гибким волноводом 3 круглого поперечного сечения. Для зацепления с металлическим прямоугольного сечения выходом делителя труба 19 перехода содержит конусную часть 20 с наконечником 22, конусообразный канал в части 20 трубы переходит в канал наконечника, сечение которого совпадает с сечением ответного волновода. Наружная поверхность конусной части 20 выполнена с выемкой 24, в которой размещена обжимная шайба 25. Выемка контактирует с поверхностью паза 29 гайки 28, устанавливаемой на выступе волновода делителя.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Корпус 1 (см. фиг. 1) устанавливают на столе, причем органы управления и индикации уровня излучаемой мощности располагаются на верхней лицевой панели корпуса (индикация уровня излучаемой мощности может производиться при помощи микроамперметра, соединенного с детекторной головкой, подключенной через направленный ответвитель в общий волноводный тракт). Там же может быть расположен многоканальный делитель мощности. Концы гибких волноводов 3 с излучателями 4 закрепляются на теле пациентов 5 при помощи фиксаторов 6 таким образом, что обеспечена возможность одновременного воздействия ЭМИ на несколько биологических зон. Делитель мощности 2 поскольку выполнен в нескольких вариантах (например на 3, 5 и т. д. каналах) может быть заменен по мере необходимости на любой из них, причем лишние волноводы (в случае малого количества пациентов и т. д. ) могут быть отсоединены от делителя мощности 2, а на его свободные выходы надеваются заглушки (не показаны), поглощающие ЭМИ, не ухудшающие при этом КСВН делителя мощности и не искажающие излучения рабочих волноводов. Заглушки входят в комплект аппарата. Гибкие волноводы 3 являются легкосъемными и транспортируются в отсоединенном состоянии в укладочном ящике. Конкретный образец конструкции аппарата имеет общий габарит 300х250х200 мм, обеспечивает ЭМИ в диапазонах 53-62 ГГц.

При непосредственном облучении внутренних органов биообъекта гибкий волновод 3 в защитной оболочке с герметичным концом вводится внутрь тела пациента 5. Защитная оболочка 13 выполнена из эластичного полимерного материала, например полиэтилена с единым профилем, волноведущая часть которого, имея "заваренный" герметичный конец, обеспечивает канализацию ЭМИ внутри тела пациента и облучение вдоль всего тракта, находящегося в зоне биообъекта. При этом плотность излучения ЭМИ в каждой точке вдоль всего тракта не превышает 0,1 мВт/см². После окончания процедуры гибкий волновод 3 может отсоединяться от аппарата и подвергается стерилизации. Как показали испытания волноводный тракт с конкретным вариантом слабонаправленного излучателя 4, расположенного на конце гибкого волновода 3 в защитной оболочке, допускает многократные радиусы изгиба, поворота и прочее, не менее 50-60 мм при сохранении электрических параметров, т. е. при сохранении диаметра пятна излучения 4-6 мм при постоянном уровне плотности излучения, который может изменяться в пределах от 0 до 10 МВт/см² (выходная мощность генератора КВЧ 50 мВт) при помощи элементов управления, расположенных на лицевой панели корпуса аппарата.

По сравнению с прототипом предложенное комплексное устройство из-за отсутствия передвижных стоек пантографа, а также дополнительных генераторов имеет общие габариты в несколько раз меньше, причем новое выполнение волноводного тракта в виде гибких волноводов, присоединенных к многоканальному делителю мощности обеспечивает одновременное обслуживание нескольких пациентов. Легкосъемность элементов приводит к повышению удобства эксплуатаций. Наличие защитной оболочки, отсутствующей в прототипе, позволяет осуществить терапию с непосредственным облучением внутренних органов биобъекта. Предложенное конструктивное выполнение делителя мощности позволяет по сравнению с прототипом снизить потери мощности в несколько раз. Крепежные элементы излучателя и волноводного перехода обеспечивают легкосъемность, надежность соединений и подвижность элементов волноводного тракта. (56) Журнал. Электронная техника. Серия Электроника СВЧ. 16 Вып. 1. 1987, с. 18.

Тезисы докладов I Всесоюзного симпозиума с международным участием. "Фундаментальные и прикладные аспекты применения миллиметрового электромагнитного излучения в медицине". 1989, Киев, с. 344.

Патент США N 4642587, кл. H 01 P 5/12, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1394283, кл. H 01 P 5/12, 1988.

Использование: в медицинской технике для микроволновой рефлексотерапии и терапии внутренних органов. Сущность изобретения: устройство содержит многоканальный делитель мощности с подключенными к его выходам через переходы гибкими съемными диэлектрическими волноводами, имеющими выполненную из биоинертного материала оболочку. Многоканальный делитель мощности выполнен с расходящимися выходными волноводами, имеющими равные сечения в месте сообщения с входным волноводом. Каждый выходной волновод имеет постоянную ширину в Н-плоскости и переменную высоту в Е-плокости. 2 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. АППАРАТ ДЛЯ КВЧ-ТЕРАПИИ, содержащий установленные в корпусе источник питания с блоком управления и индикации, а также генератор с аттенюатором, связанным через волноводный тракт с излучателями, отличающийся тем, что, с целью одновременного воздействия на несколько произвольно расположенных биологических зон и повышения удобства в эксплуатации, волноводный тракт выполнен в виде гибких съемных диэлектрических волноводов, каждый из которых подключен через переход к соответствующему выходу многоканального делителя мощности, вход которого присоединен к аттенюатору, причем гибкий волновод со стороны соединения с излучателем снабжен элементом крепления. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности облучения внутренних органов биообъекта, оболочка гибкого диэлектрического волновода выполнена из биоинертного материала. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь, многоканальный делитель мощности выполнен с расходящимися выходными волноводами, имеющими равные сечения в месте сообщения с входным волноводом, причем каждый выходной волновод имеет постоянную ширину в Н-плоскости и переменную высоту в Е-плоскости, определяемую соотношением
b′(x)= ,
где b′(x) - высота стенки в Е-плоскости;
L - длина волновода;
n - количество выходных волноводов;
b - высота стенки в Е-плоскости входного волновода и выходного сечения выходного волновода делителя;
t - толщина перегородки в месте сообщения расходящихся волноводов с выходным каналом;
x - текущее расстояние от входного сечения расходящегося волновода.