CN1037325C

CN1037325C - 医用微波能作用装置

Info

Publication number: CN1037325C
Application number: CN94105755A
Authority: CN
Inventors: 李德生; 薛正辉; 刘永善; 王堃; 陈雅; 戚叔纬
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1998-02-11
Anticipated expiration: 2014-05-30
Also published as: CN1096226A

Abstract

本发明涉及一种医用微波能作用装置，该装置由微波作用腔体内置有温度传感器阵列的空气腔或介质腔组成，传感器阵列板放置在被作用物体的上面或下面或上下面，传感器阵列由多个成网状分布的温度传感器组成。采用本发明可以安全、有效、简便、经济、易控地对医学及生物学生物样品均匀地进行微波能作用，满足医学及生物学的需要。

Description

医用微波能作用装置

本发明涉及一种医用微波能作用装置，适用于医学及生物学生物样品均匀地接受微波能作用。

现有的微波炉和微波加热装置大都包括有电磁场搅拌器和排湿孔以及为改善被作用物体受热均匀性而设置的载物转盘，但由于腔体内微波电磁场的分布很不均匀，在被加热物体上产生较大温差，造成加热不均，这在医学及生物学生物样品的微波能作用中是不允许的。

经过检索，在PCT专利WO 80/01462中所公开的活体组织或其模拟物的辐射系统，其特征在于它是一种对人体、动物体及其局部或其模拟物进行在体的空间辐射热疗的系统，被作用物体处在辐射器外的开放型电磁场内。而本发明微波能作用装置则使用封闭式的微波多模腔体，被作用物体处在封闭腔体内的封闭型电磁场内。PCT专利WO 80/01462在生物组织外表面、病灶部位的内部及其附近分别设置一个或多个温度传感器，各传感器均在辐射器外。而本发明温度传感器阵列在封闭的腔体内，传感器与生物样品表面紧密接触。PCT专WO 80/01462在辐射器中部分填充有介质材料，其作用有：在一定程度上按预定要求改变辐射器的加热方向图；相对缩小辐射器尺寸；使辐射器的特性阻抗按与生物组织的平均特性阻抗相匹配的要求改变。而本发明在封闭的多模腔体中生物样品的四周完全填充以微波低损耗介质层，其目的是增大腔体的电尺寸，增加多模腔体中能维持的模式数目，从而改善微波能对物体作用的均匀性。可以看出，本发明与PCT专利WO 80/01462在结构、形式和功能上都是不同的。

在美国专利US 4,884,580中，公布了一种热疗装置及其热疗加温的方法。它是一种用电磁波治疗活体内的癌组织的装置。整个装置由微波发生器部分、包含一至四个控制器的控制部分和微波辐射器部分组成。在治疗时，辐射器紧贴于人体癌病变部位的外表面上，在辐射器开口与人体表皮之间的接触面上有循环水冷却装置。在表皮之内的癌病变区域中及循环冷却水的通路中设置温度传感器，在微波处理的间隙或在微波处理的同时测量表皮内癌病变区域中及循环水的温度，通过A/D转换输入控制单元，与预定的加热温度比较，根据比较结果产生输出控制微波源的输出和(或)循环水泵的转速，以达到维持被加热区域温度在一定范围内的目的。而本发明医用微波能作用装置，被作用生物样品处在一个封闭的微波多模腔中，微波能由微波功率源产生，经过调节腔进入微波作用腔。在腔体中被作用的生物样品的上面或下面或上下面设置温度传感器阵列板，传感器阵列输出信号通过单片机控制微波功率源输出。为改善微波对生物样品作用的均匀性，在生物样品四周填充以微波低损耗介质。由此可以看出，本发明与US 4,884,580在辐射器形式、作用方法和测温方式上是不同的。

在中国专利CN 1080555A中所公开的医用微波加温测温装置，其特征在于用微波天线对人体组织进行在体的空间辐射，加温、测温一体化，微波信号通过分路器、同轴传输线传到一种感温天线辐射出去，同时由感温天线内、外导体之间跨接的由高阻导线和热敏电阻组成的温度传感器感应加热区域温度的变化，转化为热敏电阻的电压变化，通过同轴传输线、分路器传回温度控制显示单元，以控制微波源的输出功率，其中分路器可以分离微波和直流温度信号，实现无扰测温。其温度传感器并非多个，亦没有形成阵列。而本发明医用微波能作用装置，其特征在于是在封闭的腔体内对生物样品进行微波能作用，这样对空间环境、电子仪器设备和操作人员不构成辐射伤害。微波能由微波功率源通过微波调节腔进入微波作用腔体，作用于生物样品。与此同时，由设置在生物样品的下面或上面或上下面、并贴附于生物样品的温度传感器阵列实时测量出生物样品的温度，并根据测量结果由单片机实现对微波功率源的输出功率控制。为改善微波能对生物样品作用的均匀性，在生物样品周围填充以微波低损耗介质。由以上可以看出，本发明与CN 1080555A中所公开的装置在本质上是不同的。

在中国专利CN 86103424 A中所公开的利用裂缝天线馈能的微波加热器，中国专利CN 85108199 A中所公开的高频加热设备，虽然都是利用微波加热腔体中的物料，但不同于本发明为改善微波作用腔体中微波能作用的均匀性而在生物样品的周围填充以微波低损耗介质，也不同于本发明在微波作用腔体内具有温度传感器阵列。

在美国专利US 4,742,202中，公布了一种应用微波加热袋装液体的装置，在加热过程中通过腔体内载物托盘的圆周和上下往复运动来搅拌腔内电磁场和袋内液体，实现均匀加热。不同于本发明通过在生物样品周围填充以微波低损耗介质层、优化微波调节腔对微波作用腔体激励口位置、使用温度传感器阵列对生物样品进行智能测控温改善微波能作用的均匀性。

本发明的目的在于提供一种在微波作用腔体内置有温度传感器阵列的空气腔或介质腔组成的医用微波能作用装置，它适用于医学及生物学生物样品均匀地接受微波能作用。

本发明的目的是由以下措施来达到：主要由微波功率源、温度传感器、填充有介质材料的微波作用腔体及智能测温控温系统构成的医用微波能作用装置。该装置的特征是微波作用腔体内置有温度传感器阵列，在传感器阵列板的上面放置被微波能作用的物体。传感器阵列由多个成网状分布的不受微波干扰的热敏电阻传感器或光纤测温传感器组成。该装置的另一特征是微波作用腔体内温度传感器阵列和被作用物体周围置有微波低损耗介质层，以提高微波能对被作用物体作用的均匀性。传感器阵列板放置在被作用物体的上面或下面或上下面。

下面结合附图对本发明做详细说明：

图1a——空气腔微波能作用装置正视图

图1b——空气腔微波能作用装置侧视图

图1c——空气腔微波能作用装置入料门正视图

图1d——空气腔微波能作用装置入料门左视图

图2a——介质腔微波能作用装置立体图

图2b——介质腔微波能作用装置入料门立体图

图2c——介质腔微波能作用装置正视图

图2d——介质腔微波能作用装置侧视图

图3——传感器阵列板结构示意图

图4——单片微型计算机及电路系统方框图

图中的数字含义和作用如下：

1——微波作用腔体。本发明的腔体按多模腔设计，除设计外工艺保障是腔内电磁场均匀分布的关键。腔体由铜板银焊而成，微波能向腔外泄漏极小。

2——温度传感器阵列板。板上安装多个可在微波场中工作的温度传感器3。

3——温度传感器。

4——接受微波能作用的生物样品。

5——紧固入料门9与微波作用腔体1接触的螺钉。图1中螺钉垂直固定焊在微波作用腔体1上，图2中螺钉固定在法兰盘15上，而螺钉可沿与其垂直的端轴转动。

6——紧固螺母。使入料门9与门框紧密接触。

7——微波调节腔。调节微调机构8保障负载对微波功率源的反射波小，使微波功率源工作稳定、输出效率高，并使微波能最有效地激励微波作用腔体1。调节腔的侧面垂直于微波作用腔体1激励口平面，激励口不在微波作用腔体1激励口所在平面的中央，而偏向微波作用腔体1相邻两侧面，以提高腔内电磁场分布的均匀性。

8——微调机构。调节短路活塞在微波调节腔7中的位置，保障腔体对微波功率源反射波小。

9——入料门。入料门是微波作用腔体1的一个侧面或侧面的一部分，图1的空气腔也可采用图2所示的门结构。门与门框应接触良好，以保障微波能向微波作用腔体外泄漏极小。

10——温度传感器引线。

11——温度传感器引线出口。

12——微波能输入口。与微波功率源连接。

13——入料门固定孔(槽)。

14——空气腔温度传感器阵列板支架。

15——介质腔法兰盘。与微波作用腔体1成一体。

16——微波低损耗介质层。充满在传感器阵列和被作用物体4上下空间。

17——抗流结构。抗流槽的宽度应能保障在一定频带内入料门9与微波作用腔体1可靠电连接。

附图1和附图2示出了本发明微波能作用装置的两种结构示意图。附图3示出了本发明中传感器阵列板的结构示意图，板2上按装有成网状分布的测温传感器3，传感器应露出板平面以便与被作用物体的表面相接触，传感器引线10通过腔壁小孔11引出，与单片微型计算机系统连接。温度传感想器阵列中传感器的使用个数及所在位置根据被作用生物样品的大小、形状、所允许的最大温差技术要求和腔体内微波功率的分布来选择确定。

由微波功率源产生的微波能经本发明装置的微波调节腔7最有效地作用于腔体中的生物样品4，利用单片微型计算机和本发明微波能作用装置中的温度传感器阵列，对接受微波能作用的物体的多部位同时进行温度检测，并按需要有效地控制微波能的作用强度和作用时间。

医学、生物学的生物样品在受微波能作用时，所需温度大多不是很高，而要求均匀性好。本发明根据医学、生物学的生物样品形状、大小、微波能作用要求，对微波腔体型式、腔口的结构、微波调节腔结构及其对微波作用腔体激励口位置、生物样品在微波作用腔体中放置位置和微波低损耗介质层厚度的选取都作了优化设计，并且通过温度传感器阵列和单片微型计算机系统对微波能所作用的生物样品进行多点同时测温，并通过单片微型计算机系统的控制作用来实现生物样品接受微波能作用的强度和时间，满足医学及生物学的需要。

本装置工作原理可结合图4详细说明。

由微波功率源所产生的微波能经微波能输入凵12输入到微波调节腔7，经过微调机构8使微波能最有效地激励微波作用腔体1，在腔体1中微波能均匀地作用于生物样品4，生物样品4由于吸收了微波能量而使温度提高，由多部位的温度传感器3将温度信号转变为电信号，再经放大及A/D转换电路输入到单片微型计算机进行温度显示，并将测试温度与预先通过键盘设置的温度值进行比较，单片微型计算机根据比较结果通过控制电路控制微波功率源的输出，以实现生物样品按医学及生物学的需要接受微波能的作用。

采用本发明可以安全、有效、简便、经济、易控地对医学及生物学生物样品均匀地进行微波能作用，满足医学及生物学的需要。

Claims

1.一种医用微波能作用装置，包括微波发生器、辐射器和控制系统，其特征在于该装置所采用的微波作用腔体内置有温度传感器阵列，在传感器阵列板的上面放置被微波能作用的物体，传感器阵列由多个成网状分布的不受微波干扰的热敏电阻传感器或光纤测温传感器组成，阵列中传感器的使用个数及所在位置根据被作用生物样品的大小、形状、所允许的最大温差技术要求和腔体内微波功率的分布来选择确定。

2.如权利要求1所述的医用微波能作用装置，其特征在于微波作用腔体内温度传感器阵列和被作用物体周围置有微波低损耗介质层，以提高微波能对被作用物体作用的均匀性，传感器阵列板放置在被作用物体的上面或下面或上下面。