AT204176B - Elektrode - Google Patents

Description

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  Elektrode 
Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur Erzeugung eiaes hochfrequenten magnetischen Wirbelfeldes für die Behandlung von S toffen, insbesondere von biologischen Geweben. Bei bekannten Elektroden dieser Art liegt praktisch die obere Frequenzgrenze wegen der auftretenden Strahlungsverluste bei etwa 5 0 MHz. Oberhalb der
Frequenz von 300 MHz sind bisher für Behandlungen nur elektromagnetische Strahler verwendet worden. Die Behandlung von Objekten im Feld solcher Strahler erfordert für Lokalbehandlungen (Behandlung begrenzter
Teile von Objekten) eine Verkürzung des Dipols durch Einbettung   in Stoffe hoher Dielektrizitätskonstante.   



   Solche Strahler ergeben aber bei der üblichen   Ankopplung an das Behandlungsobjekt über Luft an der Grenz-   schicht zwischen Einbettungsstoff und Luft starke Verluste durch Reflexion. 



   Es ist bei den bereits erwähnten elektromagnetischen Dipolstrahlern bekannt, den Dipol in einem zy- linderartigen Gehäuse unterzubringen, das mit einer stirnseitigen Abstrahlöffnung versehen ist. Bei soge- nannten Scblitzstrahlern befindet sich ein Schlitz im Mantel eines Zylindergehäuses. Die Abmessungen dieser Gebilde sind aber so gewählt, dass sich in ihnen fortschreitende elektromagnetische   Wellen ausbil-   den können, die durch die Öffnungen abgestrahlt werden. 



   Die Elektrode nach der Erfindung ist gegenüber einer derartigen Elektrode, bestehend aus einem äusse- ren mit einer Energieaustrittsstelle versehenem hohlkörperartigemLeitergebilde und inneren Leiterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines magnetischen Wirbelfeldes an der Energieaustrittsstelle der als flächenhafte Induktivität wirkenden Hohlkörper mit den inneren als Kapazität wirkenden Leiter- teilen einen auf die Frequenz des   hochfrequenten Speisestroms   abgestimmten   elektrischen Schwingungs-   kreis (Topfkreis) bildet, wobei in einem Strombauch des Hohlkörpers Teile des Hohlkörpers in der Weise entfernt sind, dass mindestens ein einziger Steg stehen bleibt, der sich in Richtung des Stromflusses er- streckt. 



   Um den in Längsrichtung vom Strom durchflossenen Steg entsteht ein magnetisches Wirbelfeld, in dessen ausserhalb des Hohlkörpers liegendem Luftraum zu behandelnde Stoffe angeordnet werden können. 



   Auf diese Weise gelingt es, auch im Frequenzbereich zwischen 300 und 3000 MHz ein verhältnismässig starkes magnetisches Wirbelfeld zu erzeugen. Die Abmessungen der Elektrode an der Austrittsstelle des
Wirbelfeldes können bis in den Millimeterbereich hinein gewählt werden. 



   Die Stärke des äusseren Wirbelfeldes hängt insbesondere ab von der Grösse des Stromes im Steg. Da- her ist es am günstigsten, den Hohlkörper im Strombauch als Steg auszubilden. Aber auch in der Nähe des Strombauches kann die Stromstärke noch für die Ausbildung eines äusseren Wirbelfeldes gewünschter
Stärke brauchbar sein. Die Stege können sich daher über einen grösseren, einen Strombauch einschliessen- den Teil des Hohlkörpers erstrecken, sie können aber auch die unmittelbare Umgebung eines Strombau- ches ausschliessen, wenn sie ohnedies an Stellen des Hohlkörpers vorgesehen sind, die von einem Strom von für die Felderzeugung ausreichender Stärke durchflossen werden. In diesem Sinne liegt auch die Aus- bildung grösserer Teile des Hohlkörpers als Steg im Rahmen der Erfindung.

   Die Auswahl, welche und wie ausgedehnte Teile des Hohlkörpers als Steg ausgebildet werden, kann demnach von dem Gesichtspunkt der Charakteristik des äusseren Wirbelfeldes getroffen werden, denn es ist ohne weiteres ersichtlich, dass diese Charakteristik sowohl von der Lage als auch von der Ausdehnung des Steges im Hohlkörper ab- hängt. 



   Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf eine bevorzugte Anzahl, sowie auf eine günstige 

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 Formgebung der Stege. 



   Andere Merkmale der Erfindung betreffen Mittel, um   dieCharakteristik Jes äusserenwirbelfeldes   bei gegebener Lage und Ausbildung des Steges zu ändern. 



   Noch weitere Merkmale der Erfindung haben Massnahmen zum Gegenstand, durch die mittels einer Einstellung des Grades der Ankopplung der Elektrode an die Speisestromquelle eine an die Ausgangsimpedanz der Speisestromquelle angepasste Belastungsimpedanz erzielt wird. 



   Weitere Erläuterungen und Ausführungsbeispiele zum Gegenstand der Erfindung werden nachstehend an Hand von 15 Figuren gegeben. 



   Die Fig.   l   bis 3 veranschaulichen Seitenansichten von zylindrischen   n. À/4 bzw. n. À./2-Topfkrei-   sen (n = 1, 3,   5... ; \   = Wellenlänge des Speisestromes), deren eine Stirnfläche, an der sich ein Strombauch ausbildet, gemäss der Erfindung entsprechend den Fig.   4-7   von Stegen gebildet ist. 



   In den Fig.   8-11   sind Seitenansichten von zylindrischen   n. > ../4-Topfkreiselektroden   dargestellt, bei denen entweder (Fig. 8 und 9) zusätzlich zu den Stegen einer Stirnfläche oder (Fig. 10 und 11) nahe einer Stirnfläche, also nahe eines Strombauches, Stege in der Mantelfläche des zylindrischen Hohlkörpers vorgesehen sind. Die   Topfkreiselektroden   nach den Fig. 8 und 9 besitzen ferner einen zusätzlichen konzentrischen leitenden Mantel (Sperrtopf). 



   Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen Seitenansichten von zylindrischen Topfkreiselektroden nach der 
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 Topfkreis mit Sperrtopf, mit Isoliermantel und mit stirnseitiger kapazitiver   Stromzuführung.   



   In allen Figuren ist mit 1 ein zylindrischer, an seiner Oberfläche gut leitender Hohlkörper, mit 2 und 3 dessen Stirnflächen, mit 4 ein bei 5 mit einer Stirnfläche verbundener Innenleiter, sowie mit   e   und 7 die Anschlüsse für die nicht veranschaulichte Speisestromquelle bezeichnet. Solche Gebilde sind als elektrische Schwingungskreise unter der   Bezeichnung"Topfkreise"bekannt.   Mit 8 bzw. 9 sind die erfin-   dungsgemässen   Stege bezeichnet. 



   In den Fig.   l - 3   ist mit der unterbrochenen Linie 10 die Spannungsverteilung längs des Innenleiters 4 angedeutet. Während nach der Fig. 1 seitliche galvanische Anschlüsse für die Speisestromquelle an den Innenleiter 4 und an den Hohlzylinder 1 vorgesehen sind, ist nach Fig. 2 der Innenleiter 4 seitlich kapazitiv, und nach Fig. 3 seitlich induktiv (durch die Schleife 11) angekoppelt. Solche Ankopplungen sind bei Topfkreisen bekannt. 



   Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 für eine Stirnfläche eines der zylindrischen Topfkreise nach den Fig.   l - 3   ist der Innenleiter 4 über einen einzigen Steg 8 mit dem Hohlkörper 1 verbunden. Weitere (gestrichelte) Stege 8'können vorgesehen sein, wenn es erwünscht ist, dem sich um den Steg ausbildenden, nach aussen tretenden, zum Objekt 13 hin gerichteten magnetischen Wirbelfeld 12 eine überdie Stirnfläche symmetrische Verteilung zu geben. Bei Verwendung von drei Stegen empfiehlt sich deshalD die Anordnung nach der Fig. 5. 



   Für eine über die Stirnfläche gleichmässige Ausbildung des äusseren Wirbelfeldes 12 erscheint es günstig, eine grössere Anzahl solcher Stege, z.   B. - nach   Fig. 6 - acht radial gerichtete Stege zwischen Innenleiter 4 und Hohlkörper 1 vorzusehen. Bei Verwendung von vielen Stegen ergibt sich aber eine Verringerung des aus der Stirnfläche austretenden magnetischen Wirbelfeldes dadurch, dass die magnetischen Felder um die einzelnen Stege einander stören und sich sogar aufheben können. Dieser Effekt ist in der Fig. 6 veranschaulicht. Die magnetischen Feldlinien für eine angenommene Betrachtungsphase des Spei- 
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 sind, so dass sie sich dort bei gleich grosser Feldstärke aufheben. Es hat sich deshalb als günstig erwiesen, die Anzahl der Stege auf drei bis acht, am besten auf vier zu beschränken.

   Bei vier geraden Stegen ist indessen die Stirnfläche wenig gleichmässig von dem Wirbelfeld ausgefüllt. Eine bessere Ausfüllung lässt sich bei. vier (aber auch bei weniger) Stegen   durch eine Krümmung derStege   in   der Stirnfläche   erreichen, wie es in den Fig. 7a und 7b durch jeweils vier spiralförmige Stege 8 veranschaulicht ist. Bei dieser Art der Krümmung der Stege ist, wie aus den Fig. 7a und 7b ersichtlich ist, noch erreicht, dass einander gegenüberliegende Punkte benachbarter Stege auf voneinander unterschiedlich hohem Potential liegen, so dass eine stellenweise vollkommene Auslöschung der Wirbelfelder vermieden ist. 



   Nach den Fig. 8 und 9 erstrecken sich die Stege 8 auch noch über Teile 9 der Mantelfläche des Hohlkörpers, die der Stirnfläche 3 benachbart sind. Das von den Stegen der Mantelfläche ausgehende Wirbelfeld bildet - wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist-das äussere Feld von einer Keulenform (Fig.   1 - 3)   in eine 

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 teten magnetischen Feldes verloren geht. Die Stärke des aus dem Hohlkörper 1 stirnseitig austretenden magnetischen Feldes ist daher bei Verwendung des Sperrtopfes grösser als ohne einen solchen Topf. Überragt der Sperrtopf 14, wie in Fig. 8 dargestellt ist, die abstrahlende Stirnfläche 3 des Hohlkörpers 1, so ist die mit dieser Anordnung erzielte Charakteristik wieder mehr keulenförmig.

   Durch eine Längsverschiebung des Sperrtopfes 14 ist die Charakteristik des äusseren Wirbelfeldes somit veränderbar. 



   Bei den Anordnungen nach Fig. 8 und 9 sind die nicht dargestellten Anschlüsse für   die Speisestrom-   quelle, wie später an Hand der Fig. 14 und 15 noch näher erläutert wird, an der geschlossenen Stirnseite des Hohlkörpers 1 vorgesehen und die Stromzuführung zu dem Innenleiter 4 erfolgt kapazitiv über die Elektrodenplatte 15, die der am Innenleiter 4 angebrachten Scheibe 16 gegenübersteht. 



   Für bestimmte medizinische Behandlungen, z. B. zur   Körperhöhlenbehandlung, kann   es erforderlich sein, das magnetische Wirbelfeld nicht aus einer stirnseitigen Öffnung der Topfkreiselektrode austreten zu lassen, sondern radial aus der Mantelfläche heraus. Derartige Anordnungen sind in den Fig. 10 und 11 veranschaulicht. Die Stirnseite 3 dieser Elektroden besteht aus einer massiven Platte, die bei 5 mit dem Innenleiter 4 elektrisch leitend verbunden ist. Der Mantel des Hohlkörpers 1 ist nahe der Abschlussplatte 3 bis auf stehenbleibende Stege 9 entfernt. Die Stege 9 können gerade ausgebildet sein, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, oder wendelförmig gekrümmt sein, wie dies in der Fig. 11 veranschaulicht ist.

   Auch in diesem Fall wird durch gekrümmte Stege der zum Feldaustritt benutzte Teil der Mantelfläche gleichmä- ssiger mit dem Wirbelfeld ausgefüllt als es bei geraden Stegen der Fall ? ein würde. Wie durch die gestrichelten Linien 12 in den Fig. 10 und 11 angedeutet ist, tritt das magnetische Feld in radialer Richtung aus der Topfkreiselektrode aus. 



   Bei Ausbildung der Topfkreiselektrode als   \/2-Topf kreis   können in Abänderung des Aufbaues nach Fig. 3 beide Stirnflächen 2 und 3 des zylindrischen Hohlkörpers 1 für den Austritt des magnetischen Wirbelfeldes herangezogen werden, da an beiden Stirnflächen ein Strombauch entsteht ; in dieser Weise sind die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 12 und 13 ausgebildet. Der Hohlkörper 1 nach Fig. 12 ist U-förmig gebogen, so dass die   Wirbelfelder   aus den beiden Stirnseiten der Topfkreiselektrode in der gleichen Richtung zum Behandlungsobjekt 13 hin austreten. Bei der ringförmigen Elektrode nach Fig. 13 ist das Behandlungsobjekt 13 von zwei einander gegenüberliegenden Seiten her denFeldern der beiden Stirnflächen der Elektrode'ausgesetzt.

   Die Stromzuführung zu den Elektrodenanordnungen nach den Fig. 12 und 13 erfolgt kapazitiv von der Mitte des Topfkreises her. 



   Die Fig. 14 veranschaulicht im Längsschnitt und die Fig. 15 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen beispielsweisen Konstruktionsaufbau einer erfindungsgemässen zylindrischen Topfkreiselektrode nach Fig. 8, mit entsprechenden Bezugszeichen wie in Fig. 8. Der stirnseitige Abschluss 2 des Hohlkörpers 1 ist ein Metallring, der ein Aussengewinde 18 und eine Bohrung 19 mit Innengewinde 20 aufweist. Der Hohlkörper 1 ist an dem Ring 2 bei 21 durch Löten oder Schweissen befestigt. In die Gewindebohrung des Ringes 2 ist der Flansch 24 des Anschlussrohres 23 eingeschraubt. Das freie Ende des Anschlussrohres 23 trägt ein Aussengewinde   25.   Die Ankopplungselektrode 15 wird getragen von dem Rohr 28, das unter Zwischenfügung des zylindrischen Isolierkörpers 27 im Anschlussrohr 23 längsverschiebbar gelagert ist.

   Das freie Ende 29 des Rohres 28 bildet zusammen mit dem Ende 25 des Anschlussrohres 23 den konzentrischen Anschluss für ein nicht dargestelltes koaxiales Hochfrequenzzuleitungskabel zur Speisestromquelle. Die Elektrodenplatte 15 bildet mit der am Innenleiter 4 angebrachten Scheibe 16 eine veränderbare Ankopplungskapazität. Durch Änderung dieser Kapazität ist der Grad der elektrischen Anpassung der Elektrodenanordnung an den Ausgangswiderstand der Speisestromquelle regelbar. Der Sperrtopf 14 ist als rohrförmiger Körper ausgebildet, der an seinem einen Ende im Innern einen Ring 30 mit auf dem Rohrkörper 1 schleifenden Gleitkontakt 31 und einen Ring 32 mit Innengewinde 33 enthält, der auf das Aussengewinde 18 des Ringes 2 aufgeschraubt ist.

   Die gesamte Topfkreiselektrode mit Ausnahme des Anschlusskörpers 23 ist durch eine Hülle 34 aus isolierendem, verlustarmem Material umgeben, um ein Eindringen von Fremdkörpern in die Öffnung der Topfkreiselektrode zu verhindern. In der Fig. 15 ist der obere Teil der Hülle 34 abgebrochen. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrode zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von biologischen Geweben, bestehend aus einem äusseren hohlkörperartigen mit einer Energieaustrittsstelle versehenem Leitergebilde und inneren Leiterteilen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines magnetischen Wirbelfeldes an der Energieaustrittsstelle der als flächenhafte Induktivität wirkende Hohlkörper (1) mit den inneren als Kapazität <Desc/Clms Page number 4> wirkenden Leiterteilen (4) einen auf die Frequenz des hochfrequenten Speisestroms abgestimmten elektrischen Schwingungskreis (Topf kreis) bildet, wobei in einem Stiombauch des Hohlkörpers Teile des Hohlkörpers in der Weise entfernt sind, dass mindestens ein einziger Steg (8, 9) stehen bleibt, der sich in Richtung des Stromflusses erstreckt.

   2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Topfkreises mit zylindrischem Hohlkörper (l) mindestens eine der Stirnflächen (2, 3) ces Hohlkörpers aus mindestens einem Steg (8) besteht.

   3. Elektrode nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Topfkreises mit zylindrischem Hohlkörper (1) der Mantel des Hohlkörpers nahe einer Stirnfläche aus mindestens einem Steg (9) besteht.

   4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Stege (8) mindestens drei und höchstens acht beträgt (Fig. 5,6).

   5. Elektrode nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch vier symmetrisch verteilte Stege (8).

   6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Topfkreises mit zylindrischem Hohlkörper (1) sowohl eine Stirnfläche (3) als auch die Mantelfläche des Hohlkörpers nahe dieser Stirnfläcne aus mindestens einem Steg (8,9) besteht.

   7. Elektrode nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (1) an einem Ende seines Mantels bis auf vier über den Umfang symmetrisch verteilte Stege (9) entfernt ist und jeder der Stege (9) mit seinem freien Ende verbunder ist und mit je einem von vier Stegen (8), die die Stirnfläche des Hohlkörpers (1) bilden und die an ihren freien Enden mit den im Innern des Hohlkörpers angeordneten Kapazitätsteilen (4) verbunden sind.

   8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (8) gekrümmt sind (Fig. 7a, 7b). 9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (8) spira1förmlggekrümmt sind.

   10. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (9) wendelförmig gekrümmt sind (Fig. 11).

   11. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfkreis von einem weiteren elektrisch leitenden Topf (14) (Sperrtopf) konzentrisch umgeben ist (Fig. 14, 15) 12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Sperrtopf einen zylindrischen Topfkreis längsverschiebbar umgibt.

   13. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) eine einer Elektrodenfläche der Kapazität des Topfkreises angenäherte Gegenelektrode (15) enthält, deren Anschluss durch den Hohlkörper isoliert nach aussen geführt ist.

   14. Elektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (15) von einem Stab (28) getragen wird, der in einer Isolierbuchse (27) im Hohlkörper (1) längsverschiebbar gehaltert ist.

   15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Hohlkörper (1) nach aussen geführte Anschlussteil (28, 29) für die Gegenelektrode von einem Anschlussteil (23, 25) für den Hohlkörper konzentrisch umgeben ist.