КОНТАКТНЫЙ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ КВЧ-ОБЛУЧАТЕЛЬ С ШИРОКОЙ АПЕРТУРОЙ Российский патент 1997 года по МПК A61N5/02 A61H39/00 

Изобретение относится к области электронной техники диапазона крайне высоких частот (КВЧ) и, более конкретно, к области терапевтической КВЧ-аппаратуры.

Известны терапевтические приборы, позволяющие осуществлять высокоэффективное безмедикаментозное извлечение ряда болезней путем облучение определенных зон тела пациента э/м волнами КВЧ диапазона [1] аналог.

Известны разновидности таких приборов, в которых генерирующая КВЧ волны часть вынесена в отдельную облучающую головку, связанную с блоком питания электрическим кабелем [2] прототип. Полезность данного технического решения связана со следующими обстоятельствами:
необходимость подвода энергии КВЧ к различным областям поверхности тела пациентов при различных заболеваниях;
значительное затухание волн КВЧ диапазона в гибких волноведущих трактах.

Степень удобства, обеспечиваемая врачу и пациенту выносной облучающей головкой, зависит от ее массы и габаритов. Чем более легкой и уплощенной в осевом направлении является облучающая головка, тем проще осуществить ее фиксацию на заданной области тела пациента.

В прототипе изобретения [2] облучающая головка содержит узлы, обеспечивающие контроль режима, и узлы, обеспечивающие генерацию и подвод к объекту КВЧ-колебаний. Для уменьшения облучающей головки контрольное устройство может быть вынесено в блок питания.

Узлами облучающей головки, обеспечивающими выполнение основной ее функции, являются следующие:
а) генератор э/м КВЧ-колебаний;
б) устройство, развязывающее генератор от влияния нагрузки - необходимость этого узла вызвана тем, что отраженная от кожи волна (коэффициент отражения около 70%) может нарушить работу генератора;
в) устройство, обеспечивающее необходимую площадь апертуры излучателя, многократно превышающую площадь сечения стандартных волноводов КВЧ-диапазона. Согласно [1] при облучении рефлексогенных зон необходима площадь облучателя порядка нескольких см², в то время как площадь КВЧ-волноводов не превышает нескольких мм².

Стандартными элементами волноводной техники, обеспечивающими развязку и увеличение апертуры являются вентиль и рупор соответственно. Эти элементы использованы в прототипе изобретения [2]
Вентиль и рупор в значительной степени определяют массо-габаритные характеристики облучающей головки.

Цель изобретения найти техническое решение, позволяющее отказаться от вентиля и рупора и тем самым резко снизить массу и размер головки.

Известны устройства оптического диапазона, обеспечивающие увеличение облучаемой площади при исходно узком пучке лучей (например, линза) за счет направления всех лучей через некоторую общую точку (фокус) и дальнейшего их конического расхождения. При отражении конически расходящегося пучка лучей от достаточно плоской поверхности большая часть энергии отражается в боковых направлениях и не возвращается в исходный луч.

Известно, что в миллиметровом диапазоне длин волн возможно построение квазиоптических аналогов оптических устройств. Таким образом, квазиоптический аналог линзы, расположенной на выходе облучателя, может выполнять одновременно функцию развязывающего устройства (вместо вентиля) и функцию увеличения апертуры (вместо рупора).

Техническая задача изобретения обеспечение большего удобства отпуска терапевтических КВЧ-процедур аппаратами с выносной облучающей головкой путем снижения массо-габаритных характеристик облучающей головки.

В прототипе изобретения для развязки генератора от отраженных волн и увеличения облучаемой площади использованы стандартные средства рупор и вентиль, однако специфика решаемой задачи позволяет без них обойтись.

Основная идея, заложенная в предлагаемое устройство использование концентрации э/м КВЧ-энергии в малом объеме на выходе облучающей головки и рассеяние ее по значительной облучаемой поверхности, так что отраженные от этой поверхности волны лишь в малой степени возвращаются в подводящий волновод. Такой согласующий узел выполняет одновременно функции вентиля и рупора.

Возможная реализация предлагаемого устройства изображена на чертеже 1 - генератор, с расположенным в волноводе активным элементом 2, 3 согласующий элемент в виде водноводной вставка с расположенным в ней диэлектрическим телом 4, 5 отрезок трубы, задающей облучаемую апертуру, 6 облучаемый участок кожи, 7 блок питания, 8 кабель.

Устройство работает следующим образом. Диэлектрическое тело 4 концентрирует в себе энергию подходящей по волноводу 3 волны вследствие известного диэлектрического эффекта и излучает ее в пространство. Отрезок трубы 5 ограничивает распространение волн заданной апертурой, а также обеспечивает расстояние до облучаемой поверхности, на котором снижается неоднородность распределения потока энергии. Труба 5 может быть выполнена из диэлектрика. В этом случае она играет также роль изолирующей насадки, как в аналоге [1]
Может быть дано и другое, радиотехническое толкование работы устройства. Между плоскостями a-a и b-b образуется резонатор, увеличивающий долю отдаваемой в плоскость b-b энергии. Диэлектрическое тело 4 играет роль согласующего трансформатора между волноводом 3 и резонатором b-b. Добротность резонатора a-b имеет порядок единиц из-за потерь в теле 6.

Поэтому приведенные объяснения не противоречат друг-другу, а дополняют. Экспериментально подобранная оптимальная длина отрезка трубы 5 примерно равна длине э/м волны на частоте излучения. Однако, она может зависеть от конструктивных и технологических факторов, кроме того точность задания ее принципиально невысока вследствие низкой добротности резонатора a-b.

Таким образом, оценка длины трубы 0,5λ...2λ, где λ длина волны на частоте излучения.

Размеры диэлектрического тела 4 легко подбираются экспериментально, однако они зависят от множества параметров, например, от его формы, диэлектрической проницаемости, размеров трубы 5 и расчету практически не поддаются. Исходя из экспериментальных данных и общих соображений можно указать, что диэлектрическое тело должно предпочтительно находиться соосно волноводу, размер его в доль широкой стенки волновода должен быть меньше ширины волновода, а предпочтительный размер вдоль волновода , где e - диэлектрическая проницаемость.

Экспериментальная проверка эффективности устройства, изображенного на чертеже, показала, что в полосе частот около 20% КСВн на входе генератора обеспечивается не более 1,30 при любом расположении тела 6 относительно выхода облучателя.

Для сравнения укажем, что КСВн на входе обычного волноводного рупора в тех же условиях достигал 10. Измерения распределения поля в раскрыве облучателя диаметром около 30 мм показали, что КВЧ энергия на выходе устройства переносится в основном волной низшего типа, близкой по форме к низшей волне рупора.

Экспериментальный образец облучающей головки с частотой генерации 42,2 ГГц, включающий обычно используемый волноводный ЛПД-генератор, продемонстрировал изменения частоты и мощности при облучении тела не более 0,1% и 10% соответственно. Масса головки составила 50 г, а размер вдоль оси - 30 мм.

Такая облучающая головка удобно фиксируется на любом участке тела стандартными медицинскими средствами, например, повязки, присоски и т.д. при этом пациенту не обязательно снимать одежду.

Область использования: медицина, устройства для воздействия электромагнитным излучением КВЧ-диапазона. Сущность изобретения: устройство позволяет снизить массо-габаритные характеристики облучающей головки аппарата для КВЧ-терапии, что обеспечивает удобство и оперативность отпуска КВЧ-терапевтических процедур, за счет использования миниатюрного электродинамического узла, включающего согласующий элемент в виде волноводной вставке с размещенным в ней малым диэлектрическим телом, к выходу которой присоединен отрезок трубы с внутренним диаметром, равным диаметру облучающей поверхности. 1 ил.

Контактный терапевтический КВЧ-облучатель с широкой апертурой, выполненный в виде отдельной облучающей головки, включающей генератор электромагнитных колебаний КВЧ-диапазона, на выходе которого установлен согласующий элемент, отличающийся тем, что согласующий элемент выполнен в виде волноводной вставки с размещенным в ней малым диэлектрическим телом, при этом к выходу волноводной вставки присоединен отрезок трубы с внутренним диаметром, равным диаметру облучающей поверхности, и длиной предпочтительно (0,5 2)λ , где l длина волны на частоте облучения, а малое диэлектрическое тело имеет размер вдоль оси волновода предпочтительно , где e - диэлектрическая проницаемость.