CN101987037A

CN101987037A - 微带螺旋双频率热疗天线

Info

Publication number: CN101987037A
Application number: CN 201010530946
Authority: CN
Inventors: 席晓莉; 杜永兴; 高勇
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN101987037B

Abstract

一种微带螺旋双频率热疗天线，包括同轴输入线、双臂螺旋天线、微带电路板以及水囊，双臂螺旋天线是由两条微带线作为螺旋臂形成的平面螺旋结构，双臂螺旋天线印制在微带电路板上，水囊附着在双臂螺旋天线的表面并与其表面牢固粘结，水囊的内部排列有过水管；双臂螺旋天线的旋间距为0.1mm～30mm，旋转匝数为1～10匝，微带线宽度为0.1mm～1.5mm且满足以下关系：双臂螺旋天线直径d=4×旋转匝数×(旋间距+微带线宽度)。本发明可以在915MHz和2450MHz频率下工作，加热均匀，加热范围能互相补充，并能克服因体表温度过高造成对正常组织的损害。

Description

微带螺旋双频率热疗天线

技术领域

本发明属于微波微带天线技术领域，涉及一种医用热疗天线，特别涉及一种适用于体外热疗的、由微带线制作且能在2450MHZ和915MHZ频率下工作的热疗天线。

背景技术

微波热疗已逐渐成为治疗肿瘤的一种重要的技术，微波热疗分为体外热疗、体内介入和插入热疗。其中，体外热疗是指将热疗天线位于身体外部的热疗，主要用于治疗位于身体表层及浅表层的病变组织；介入热疗是指将热疗天线通过人体的自然腔体进入病灶部位的热疗方法；插入热疗是通过手术方式将热疗天线进入病灶部位的热疗方法。微波热疗技术中最重要的环节就是热疗天线的设计，其在治疗范围、治疗时间、对正常组织的影响以及系统的稳定方面都起关键作用。

现有技术中，体外热疗常用的热疗天线为开口波导热疗天线,如圆锥喇叭和角锥喇叭，以及微带热疗天线等，如：1991年Nikawa研制的波导辐射天线；1995年Hiraoka 研制的430MHz的透镜天线；Edward等在2002年研制的CFMA型微带热疗天线；1998年Stauffer等设计的工作频率为915MHZ的且边长为2cm的微带热疗天线；1995年Michel等研制的工作频率为915MHz且由两个矩形微带天线组成的微带热疗天线。另外，本发明人于2009年研制了单臂螺旋热疗天线，其工作频率仅限定在2450MHz，不能适用于915MHz的医用工作频率。

现有热疗天线存在以下不足：首先，开口波导热疗天线和现有的微带热疗天线在加热时，加热不均匀，其加热区域的中心处温度最高，距离中心越远温度越低；再者，由于它们的工作频率单一，因此工作时的加热深度和范围固定，不能根据实际病情进行加热深度和加热范围的调节。综上，这些热疗天线容易造成人体正常组织的损伤，治疗效果差。另外，现有热疗天线加工精度要求较高，加工比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种微带螺旋双频率热疗天线，解决了现有热疗天线加热不均匀，以及工作频率单一造成的加热区域的深度和形状不能调节的缺点，本发明能在2450MHz和915MHz这两种频率下工作，通过合理控制加热功率和加热时间，分步骤对不同分布的肿瘤进行有效治疗，且其加热均匀，并能降低对正常生物组织的损伤。

本发明所采用的技术方案是，一种微带螺旋双频率热疗天线，包括同轴输入线、双臂螺旋天线、微带电路板以及水囊，同轴输入线由从内到外依次同轴设置的内导体、内外导体间介质、外导体以及介质外套构成，双臂螺旋天线是由两条微带线作为螺旋臂，在同一平面上按半径递增方式形成的平面螺旋结构，双臂螺旋天线印制在微带电路板上，且双臂螺旋天线的圆心部分与内导体紧密焊接，微带电路板的接地端与外导体紧密焊接，水囊附着在双臂螺旋天线的表面并与双臂螺旋天线的表面牢固粘结，水囊的内部排列有过水管，过水管的进水口和出水口分别从水囊的内部伸出。

其中，双臂螺旋天线的旋间距为0.1mm～30mm，旋转匝数为1～10匝，微带线宽度为0.1mm～1.5mm；

且双臂螺旋天线的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度三者的数值满足以下关系：

1）、首先根据需治疗肿瘤的直径D，确定双臂螺旋天线的直径d，其两者满足：d=D+（0～0.4）cm;

2)、再根据双臂螺旋天线的直径d，确定双臂螺旋天线的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度的具体数值，具体关系式为：d=4×旋转匝数×（旋间距+微带线宽度）。

其中，为了增加过水管的热交换效率，过水管的的进水口和出水口分别位于水囊的两端。

为了使过水管的热交换效率更好，过水管为与双臂螺旋天线相平行的平面螺旋结构；且过水管的的进水口和出水口分别位于水囊的两端。

本发明的微带螺旋双频率热疗天线，主要适用于体外微波热疗，其在对人体组织不产生创伤的基础上，在体外对肿瘤进行治疗。由于本发明的双臂螺旋天线是由两条微带线作为螺旋臂形成的平面螺旋结构，与单臂螺旋天线相比，这种双臂结构使天线的加热范围以中心点对称分布，所以，本发明具有加热均匀的特点。

本发明双臂螺旋天线通过对旋间距、旋转匝数以及微带线宽度选用合理的结构参数，能在2450MHz和915MHz的频率下工作，由于微波源在2450MHz和915MHz的频率下对人体的加热深度和范围不同，因此使用本发明在治疗时，不用更换热疗天线就可以调节加热的深度和宽度。另外，本发明热疗天线分别在2450MHz和915MHz的工作频率下工作时，加热范围能互相补充，这样就能通过调节工作频率和加热时间，在不损伤正常人体组织的情况下治疗肿瘤。另外，因为天线工作在宽频率范围内，所以对加工的精度要求不是很高。

在治疗过程中，本发明的水囊紧贴治疗生物组织，其有助于克服体表温度过高对正常组织的损害。

附图说明

图1是本发明微带螺旋双频率热疗天线的剖面结构示意图；

图2是本发明中的双臂螺旋天线的结构示意图；

图3是本发明实施例1中的过水管的排列示意图；

图4中，a和b分别是本发明实施例1在2450MHZ和915MHZ的频率下工作时，热图分布情况示意图。

图中，1.接地端，2.介质外套，3.外导体，4.内外导体间介质，5.同轴输入线，6.内导体，7.双臂螺旋天线，8.微带电路板，9.水囊，10.过水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明微带螺旋双频率热疗天线，包括同轴输入线5、双臂螺旋天线7、微带电路板8以及水囊9。其中，同轴输入线5由从内到外依次同轴设置的内导体6、内外导体间介质4、外导体3以及介质外套2构成，双臂螺旋天线7是由两条微带线作为螺旋臂，在同一平面上按半径递增方式形成的平面螺旋结构，双臂螺旋天线7印制在微带电路板8上，且双臂螺旋天线7的圆心部分与同轴输入线5的内导体6紧密焊接，微带电路板8的接地端1与同轴输入线5的外导体3紧密焊接。水囊9附着在双臂螺旋天线7的表面并与双臂螺旋天线7牢固粘结，且水囊9的内部排列有过水管10，过水管10的进水口和出水口分别从水囊9的内部伸出。

本发明的双臂螺旋天线7的旋转方向为顺时针或逆时针。双臂螺旋天线7的旋间距在0.1mm～30mm范围内选择，旋转匝数在1～10匝范围内选择，所使用的微带线的宽度在0.1mm～1.5mm范围内选择。且双臂螺旋天线7的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度三者的数值满足以下关系：

1）、首先根据需治疗肿瘤的直径D，确定双臂螺旋天线7的直径d，其两者满足：d=D+（0～0.4）cm;

2)、再根据双臂螺旋天线7的直径d，确定双臂螺旋天线7的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度的具体数值，其具体关系式为：d=4×旋转匝数×（旋间距+微带线宽度）。

双臂螺旋天线7通过采用上述合理的结构参数，其能够在2450MHz和915MHz的工作频率下工作，满足了治疗需求的同时，减少了机械加工精度对天线性能的影响。

实验证明，本发明的双臂螺旋天线7优选如下表所示的结构参数数组时，本发明的使用效果最优：

如图3所示，为了增加过水管10的热交换效率，在水囊9的内部，过水管10为与双臂螺旋天线7相平行的平面螺旋结构，且过水管的10的进水口和出水口分别位于水囊9的两端。

水囊9的自由表面为工作表面，其在本发明热疗天线工作时，与治疗生物组织相接触。在治疗前，向过水管10内注入较低温度的水，使水囊9的工作表面紧贴治疗生物组织表面；在治疗过程中，使水囊9中的水保持流动，以带走组织表面热量；治疗完成后，撤走双臂螺旋天线7和水囊9即可。

在使用本发明微带螺旋双频率热疗天线进行治疗时，通过切换同轴输入线5内的微波频率及功率，在合适的治疗时间下，针对不同的肿瘤结构，进行有效的治疗。另一方面，过水管10中一直处于流动状态的水流，能带走治疗表面大量的热量，继而使微波能量在达到治疗深度的同时，治疗表面不会产生太大的热量。

实施例1：

用于治疗肿瘤直径D为4cm的微带螺旋双频率热疗天线

本实施例中，首先，根据肿瘤直径D确定双臂螺旋天线7的直径d为4.2cm；再根据双臂螺旋天线7的直径d，确定双臂螺旋天线7的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度的具体数值，使满足d=4×旋转匝数×（旋间距+微带线宽度），其中，旋间距为3mm,旋转匝数为3，微带线宽度为0.5mm。

其中，双臂螺旋天线7的旋转方向为顺时针，同轴输入线5采用标准的SFF-50-3-1，其内导体6直径为0.93mm，外导体3直径为3.1mm，介质外套2直径为4.5mm。水囊9选用橡胶材质制成，其直径为50mm；过水管10选用耐高温塑料制成，其直径为2mm。

微带螺旋双频率热疗天线包括同轴输入线5、双臂螺旋天线7、微带电路板8和水囊9。其中，同轴输入线5由内导体6、内外导体间的介质4、外导体3和介质外套2构成。双臂螺旋天线7是由两条微带线作为螺旋臂，在同一平面上按半径递增方式形成的平面螺旋结构，双臂螺旋天线7印制在微带电路板8上，且双臂螺旋天线7的圆心部分与内导体6紧密焊接，双臂螺旋天线7的另一端过渡到尖端形状，达到阻抗匹配；微带电路板8的接地端1与同轴输入线5的外导体3紧密焊接。水囊9附着在双臂螺旋天线7的表面并与其牢固粘结，且水囊9的内部排列有过水管10。在水囊9的内部，过水管10为与双臂螺旋天线7相平行的平面螺旋结构，且过水管的10的进水口和出水口分别位于水囊9的两端。

治疗前，使双臂螺旋天线7通过水囊9紧贴在治疗组织表面，将过水管10的进水口和出水口分别与外部通水管道相连接，往过水管10中不断注入10^oC的水，打开微波源进行热疗，将频率调节到2450MHz，功率调节到1W，治疗10～40min，同时通过红外测温仪观察治疗温度和效果，在肿瘤外部坏死后，将频率调节到915MHz,功率调节到3W，治疗10～40min，治疗结束时关断微波源。如图4中的a和b所示，为本实施例分别在2450MHZ和915MHZ的工作频率下，由红外测温仪检测到的热图分布情况示意图，可以看出，在这两个工作频率下，本发明热疗天线的加热范围能互相补充，治疗效果好。

Claims

1.一种微带螺旋双频率热疗天线，其特征在于，包括同轴输入线（5）、双臂螺旋天线（7）、微带电路板（8）以及水囊（9），所述同轴输入线（5）由从内到外依次同轴设置的内导体（6）、内外导体间介质（4）、外导体（3）以及介质外套（2）构成，所述双臂螺旋天线（7）是由两条微带线作为螺旋臂，在同一平面上按半径递增方式形成的平面螺旋结构，所述双臂螺旋天线（7）印制在微带电路板（8）上，且双臂螺旋天线（7）的圆心部分与内导体（6）紧密焊接，微带电路板（8）的接地端（1）与外导体（3）紧密焊接，所述水囊（9）附着在双臂螺旋天线（7）的表面并与双臂螺旋天线（7）的表面牢固粘结，所述水囊（9）的内部排列有过水管（10），所述过水管（10）的进水口和出水口分别从水囊（9）的内部伸出。

2.按照权利要求1所述的微带螺旋双频率热疗天线，其特征在于，所述双臂螺旋天线（7）的旋间距为0.1mm～30mm，旋转匝数为1～10匝，微带线宽度为0.1mm～1.5mm；

且所述双臂螺旋天线（7）的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度三者的数值满足以下关系：

1）、首先根据需治疗肿瘤的直径D，确定双臂螺旋天线（7）的直径d，其两者满足：d=D+（0～0.4）cm;

2)、再根据双臂螺旋天线（7）的直径d，确定双臂螺旋天线（7）的旋间距、旋转匝数以及微带线宽度的具体数值，具体关系式为：d=4×旋转匝数×（旋间距+微带线宽度）。

3.按照权利要求1或2所述的微带螺旋双频率热疗天线，其特征在于，在所述水囊（9）的内部，过水管（10）为与双臂螺旋天线（7）相平行的平面螺旋结构。

4.按照权利要求1或2所述的微带螺旋双频率热疗天线，其特征在于，所述过水管的（10）的进水口和出水口分别位于水囊（9）的两端。

5.按照权利要求3所述的微带螺旋双频率热疗天线，其特征在于，所述过水管的（10）的进水口和出水口分别位于水囊（9）的两端。