CN108024728B - 微波辐射计 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及医学和医疗设备领域；即设计用于无创测量生物对象内部组织温度的辐射计。该辐射计包含串联连接的用于接触生物对象的天线、SPDT开关、循环器和接收器。接收器包括具有带通滤波器的放大器、振幅检测器、窄带低频放大器、同步检测器的接收器、积分器、直接电流功率放大器、以及连接到SPDT开关和同步检测器的参考电压发生器。辐射计还包含连接到接收器输出端的珀尔帖元件，安装在珀尔帖元件上并且与珀尔帖元件热接触的第一和第二微波负载，用于测量微波负载的温度的至少一个温度传感器，其中第一微波负载适于连接到SPDT开关，SPDT开关适于连接到循环器的第一臂或者天线或者第一微波负载，循环器的第二臂连接到接收器，循环器的第三臂连接到第二微波负载。本技术的实施例降低了生物对象的内部温度的测量误差以及提高了温度辐射测量方法在检测恶性肿瘤方面的准确度，减小了仪器的尺寸，使仪器的使用更方便以及制造成本更低。

Description

微波辐射计
技术领域
本技术的非限制性实施例涉及医学和医疗设备的领域，即大体上涉及基于通过测量其自身电磁辐射的强度来无创地检测生物对象的内部组织的热异常的辐射测量技术，尤其涉及一种用于无创测量生物对象的内部组织的温度的微波辐射计。
本技术可用于医疗设备中，用于在肿瘤疾病的早期诊断的诊断复合体(complex)中对生物对象进行无创地测量内部组织温度、温度监测、识别内部组织的温度变化和热异常。
背景技术
A.V.菲斯贝尔特(A.V.Vaisblat)的申请号为2082118的俄罗斯专利“医用辐射计”描述了一种零平衡辐射计。该辐射计对应的框图如图1所示。该辐射计包括微波天线(1)，微波天线(1)与生物对象接触以检测生物对象或生物对象的一部分发射的热噪声的信号以确定其温度。功率与生物对象温度的亮度成比例的噪声信号从天线输出端到达调制器(2)。对于无损天线，天线输出端的噪声温度与生物对象温度(生物对象的亮度温度)一致。如果天线具有热损耗，则天线本身的热噪声会附加到天线输出端的噪声温度上。
申请号为2082118的俄罗斯专利描述了一种由参考电压发生器(3)控制的调制器，它执行SPST开关(单刀单掷开关)的功能，即当调制器接通时，来自天线输出端的噪声信号到达循环器(4)，然后到达接收器(5)的输入端，以及当调制器断开时，功率与加热电阻器(6)的噪声温度Tr成比例的噪声信号到达接收器的输入端。
接收器(5)形成与天线输出端的噪声温度Ta和加热电阻器的噪声温度之差成比例的电压。接收器(5)由包括带通滤波器的低噪声放大器(7)(BP)、振幅检测器(8)、低频(LF)放大器和选择放大器(9)、同步检测器(10)、积分器(11)和直流(DC)放大器(12)组成。该电压到达加热电阻器(6)上，导致热力学温度变化，并且结果是加热电阻器的噪声温度改变，这是因为在没有反射的情况下加热电阻器的噪声温度Tr与其热力学温度一致。由于负反馈，同步检测器输出端的电压ΔU趋向于零，而加热电阻器的噪声温度Tr趋向于天线输出端的噪声温度Ta。
这意味着测量来自天线输出端的微波功率的任务被替换为测量加热电阻器的温度并保持同步检测器输出端的电压接近于零的任务。使用安装在加热电阻器上的温度传感器(13)测量加热电阻器的温度。为了减少波动误差，来自温度传感器输出端的电压在时间T期间在积分器(14)中被平均，被放大并且然后到达指示器或用于传输到计算机。
微波辐射计中亮度温度的测量误差取决于几个因素。首先，由于微波辐射计前端的耗散损耗，天线输出端的噪声功率和辐射计前端(循环器和开关)的热噪声进入接收器输入端，以及定义为：
ΔT＝∝dis*(Tamb-Ta)，其中
ΔT是由于微波辐射计前端的耗散损耗引起的亮度温度的测量误差，
Tamb是辐射计前端(循环器和开关)的噪声温度，
Ta是天线输出端的噪声温度，
∝dis是辐射计前端的等效耗散损耗，
因此，辐射计前端的温度会影响测量结果。在图1所示的调制辐射计的初步近似中，下面的等式是真实的
Figure BDA0001598411420000021
其中
∝cir是循环器的耗散损耗，
∝sw是调制器的耗散损耗。
为了减少与辐射计前端温度变化有关的误差，必须平衡循环器和调制器的耗散损耗。实际上，由于微波辐射计部件的耗散损耗具有一定的分散性，耗散损耗的调整比较复杂，因此这是很难提供的。
从上述公式可以看出，当辐射计前端温度变化20℃时，循环器衰减增加0.3dB意味着生物对象的温度的测量误差为1℃。
此外，医用微波辐射计具有亮度温度的测量误差，这与生物对象的输入阻抗可能在相当宽的范围内变化而天线的输入电阻固定的事实有关。结果，天线缺乏理想的匹配并且具有反射系数R，因此来自生物对象的热噪声信号的一部分从天线反射并且不进入接收器。特别是，如果天线与具有等于10的电介质渗透率Е的组织匹配，那么在具有E＝40的肌肉组织的温度测量期间，反射系数将等于0.33并且功率信号的10％将会从天线反射，相应地，可能导致亮度温度测量误差等于30K。
为了补偿与反射相关的这个误差，卢德科的1980年11月25日公布的US4235107A描述了通过使用额外的噪声源来补偿与末端反射系数有关的功率损耗的方案。
类似地，在申请号为2082118的俄罗斯专利中，如图1给出的框图所示，由于来自加热电阻器(6)的噪声经过循环器(4)并进入天线，实现了反射的补偿。如果有来自天线的反射，则加热电阻器的功率噪声的一部分会从天线反射回到接收器，从而补偿天线反射的功率。显然，如果生物对象的噪声温度等于从加热电阻器进入天线的噪声温度，则反射功率将被完全补偿。但是由于生物对象的噪声温度在一定范围内变化，实现这种条件相当困难，并且由于信号反射引起的测量误差通常相当重要。即使天线输出端的噪声温度和从电阻器获得的噪声温度相等，即Ta＝Tr，由于循环器和调制器中的热损耗，进入加热电阻器一侧的天线的噪声的功率也不等于来自生物对象的噪声的功率，所以不会发生完全补偿。
在如图1所示的框图中，取自申请号为2082118的俄罗斯专利，循环器(4)的设计不仅用于补偿来自天线的反射，而且还用于增加接收器和天线之间的隔离度。来自接收器输入端的噪声被循环器的平衡电阻吸收，不会进入天线。真实循环器的隔离度通常不会高到足以完全封锁来自接收器输入端的噪声信号。结果，已经通过循环器的接收器的噪声从断开的(OFF)开关反射，再次进入接收器输入端。
本技术最接近的类似物(原型)是由A.V.菲斯贝尔特(Vaisblat A.V.)在论文“医用辐射计RTM-01-RES(Medical Radiometer RTM-01-RES”)”，生物医学技术和无线电电子学，第8期，2001年，第11-23页中描述的辐射计。在该文章中描述的辐射计的框图在图2中给出，并且该辐射计包括接触生物对象的天线(1)、执行SPST开关(2)的功能的调制器(2)、循环器(4)和接收器(5)、以及参考电压发生器(3)，接收器(5)包括具有有带通滤波器(7)的低噪声放大器、振幅检测器(8)、低频放大器和选择性放大器(9)、同步检测器(10)、积分器(11)和直流放大器(12)。在原型辐射计中，为了增加接收器(5)和调制器之间的隔离度，在循环器(4)之后，再安装另一个非互易元件-隔离器(15)(见图2)。然而，与辐射计的其他元件相比，非互易元件具有相当大的尺寸和高昂的价格；因此，为了减少辐射计的尺寸和价格，有必要减少非互易元件的数量。此外，原型解决方案使用珀尔帖(Peltier)元件(16)来改变加热电阻器温度。
然而，图2所示的设计也不能提供足够的测量精度，因为由于循环器和调制器中的耗散损耗，进入加热电阻器一侧的天线的噪声功率不等于来自生物对象的噪声功率，因此在介质界面不会发生反射的完全补偿，并且测量的准确性仍然不足。
发明内容
本技术的一个目的是设计一种用于无创检测内部组织的温度异常的零平衡辐射计，其具有小的亮度温度测量误差和最小数量的非互易元件。
上述问题的解决方案确保了降低生物对象内部温度的测量误差，并且提高了装置在发现恶性肿瘤时的准确性，还减小了仪器的尺寸，改善了使用便利性和降低了制造成本。
一方面，本发明提供了一种用于无创检测内部组织温度异常的辐射计。所述辐射计包含串联连接的：与生物对象接触的天线；SPDT开关(单刀双掷开关)；可选地安装在SPDT开关之后的循环器；接收器，该接收器包括带有带通滤波器的放大器、振幅检测器、窄带低频放大器、同步检测器、积分器、直流功率放大器、以及连接到SPDT开关和同步检测器的参考电压发生器；与接收器的输出端连接的珀尔帖(Peltier)元件，安装在珀尔帖元件上并与其热接触的第一微波负载和第二微波负载，用于测量第一微波负载和第二微波负载的温度的至少一个温度传感器，其中第一微波负载适于连接到SPDT开关，SPDT开关适合于将天线或第一微波负载连接到循环器的第一臂，循环器的第二臂连接到接收器，并且循环器的第三臂连接到第二微波负载。
在一个实施例中，辐射计可以另外包括安装在第一微波负载的输出端和SPDT开关之间的衰减器。
具有测量微波负载温度的功能的温度传感器可安装在珀尔帖元件上和/或微波负载上。
温度传感器可以是布置成测量远程温度的红外温度传感器，和/或安装在微波负载和/或珀尔帖元件上并且与微波负载和/或珀尔帖元件具有良好热接触的温度传感器。
辐射计还可包括连接到至少一个温度传感器的出口端的附加积分器。
包括循环器、珀尔帖元件和SPDT开关的辐射计的所有元件都安装在导热基座上并与其热接触，因此，辐射计前端的所有元件(SPDT开关、循环器、衰减器)的温度接近它们所安装的基座的温度。
因此，珀尔帖元件的第一侧安装在基座上，并与基座具有良好的热接触，而两个微波负载安装在与基座相对的珀尔帖元件的一侧，并与基座具有良好的热接触。
微波辐射计的所有组件都有一个共同的微波信号接地。
附图简要说明
图1是根据申请号为2082118的俄罗斯专利的现有技术已知的零平衡辐射计的框图。
图2是根据本技术最接近的类似物(原型)的现有技术已知的零平衡辐射计的框图，其具有两个非互易元件并且其中电阻器被容纳在珀尔帖元件上。
图3是根据本技术的零平衡辐射计的实施例的框图，其具有SPDT开关和安装在珀尔帖元件上并相应地连接到循环器和SPDT开关的两个微波负载。
图4是具有SPDT开关和安装在珀尔帖元件上的两个微波负载的零平衡辐射计的另一个实施例的框图，其中衰减器安装在第一微波负载和SPDT开关之间。
非限制性实施例的详细描述
图1示出根据申请号为2082118的俄罗斯专利的从现有技术中已知的零平衡辐射计的框图；而且，该框图被呈现为与本技术类似地适应，并且从现有技术中已知的零平衡辐射计由用于与生物对象接触并接收来自生物对象的噪声信号的天线(1)组成。微波噪声信号从天线输出端进入电子调制器(2)的输入端。在根据申请号为2082118的俄罗斯专利的辐射计的调制器(2)中，使用SPST开关(2')，使其断开并打开循环器与天线的连接。
调制器由时钟频率为1kHz的参考电压发生器控制。当调制器的SPST开关(2')接通(ON)时，来自天线输出端的噪声信号进入循环器(4)，然后进入接收器(5)的输入端。当调制器的SPST开关(2')断开时，来自容纳在循环器(4)的第三臂上的加热电阻器的噪声信号从调制器的OFF开关反射并进入循环器的输入端，然后进入接收器(5)的输入端。
接收器包含带有带通滤波器(7)、振幅检测器(8)、窄带低频放大器(9)、同步检测器(10)、积分器(11)、直流放大器(12)的低噪声放大器。
在接收器输出端，形成的电压与加热电阻器噪声温度Tr和来自天线输出端的噪声温度Ta的差值成比例
ΔU＝k(Ta-Tr)，其中
k是辐射计接收器的增益。
Ta是来自天线输出端的噪声温度，
Tr是电阻器的噪声温度。
该信号被放大并进入加热电阻器(6)，导致其热力学温度变化，并因此导致电阻器噪声温度Tr变化。通过自然空气冷却来实现加热电阻器的冷却。
由于负反馈，同步检测器出口端的电压趋于零，并且加热电阻器的噪声温度Tr倾向于来自天线输出端的噪声温度Ta。
与同步检测器输出端一样，来自天线输出端的电压接近于零，来自天线输出端的噪声温度等于加热电阻器的噪声温度。
在没有反射的情况下，加热电阻器的噪声温度Tr与借助安装在加热电阻器上的温度传感器测量的热力学温度一致。为了减少波动误差，来自温度传感器输出端的电压在积分器(14)中被平均并被放大。
图2以类似于本技术的呈现形式示出商用辐射计的框图，该商用辐射计的原型由A.V.菲斯贝尔特(Vaisblat A.V.)在论文“医用辐射计RTM-01-RES(Medial RadiometerRTM-01-RES)”，生物医学技术和无线电电子学，第8期，2001年，第11-23页中描述。该辐射计由天线(1)、调制器(2)、循环器(3)、隔离器(15)、接收器(5)、珀尔帖元件(16)、安装在珀尔帖元件(16)上的微波负载(6)、测量微波负载(6)的温度的温度传感器(13)、积分器14、控制调制器2的参考电压发生器3组成。其中，在与根据申请号为2082118的俄罗斯专利的类似物相同的原型辐射计中，调制器(2)包括SPST开关(2')，SPST开关(2')只能关闭和打开循环器与天线之间的连接。
该原型中的接收器由带有带通滤波器低噪声放大器(7)、振幅检测器(8)、窄带低频放大器(9)和同步检测器(10)以及积分器(11)、直流放大器(12)组成。
与图1所示的框图相反，在图2所示的原型辐射计中借助珀尔帖元件(16)控制负载温度。这允许实施负载的加热和冷却。为了增加接收器和天线之间的隔离度，在原型辐射计中安装了第二非互易元件-隔离器(15)。这样可以使SPST开关(2')和接收器之间的隔离度增加到500MHz频谱中的34dB，并降低从接收器(5)进入调制器(2)的噪声度，但会增大设备的外部尺寸。
因此，原型辐射计不能提供所需的测量精度，因为来自天线的反射的补偿仍然不足，此外，该辐射计由于使用诸如隔离器(15)的非互易元件而具有较大的外部尺寸，这使得其使用不方便。
参考图3和图4详细解释所要求保护的辐射计的设计。图3示出了根据本技术的辐射计的第一实施例，其另外具有安装在珀尔帖元件上的第二微波负载(第二电阻器)，以及调制器具有SPDT开关(2”)而不是SPST开关，该开关连接到循环器的第一臂、天线(1)或第一负载(6)(第一电阻器)。SPDT开关(2”)由例如频率为1kHz的参考电压发生器控制。来自SPDT开关(2”)输出端的噪声信号通过循环器(4)并进入接收器(5)。
接收器(5)包含带有带通滤波器的低噪声放大器(7)、振幅检测器(8)、窄带低频放大器(9)、同步检测器(10)、积分器(11)、直流电流放大器(12)。
在本辐射计运行期间，在接收器输出端形成电压ΔU，该电压与来自天线的噪声温度和第一加热电阻器的温度Tr1之差成比例：
ΔU＝k(Ta-Tr1)，其中
k是辐射计接收器的增益，
Ta是来自天线输出端的噪声温度，
Tr1是第一微波负载(第一电阻器)的噪声温度。
该电压被放大并且接在珀尔帖元件(16)上。与图1和图2所示的类似装置的框图不同，在本技术中，使用两个微波负载(6)和(17)，即两个电阻器安装在珀尔帖元件上，并且与珀尔帖元件具有良好的热接触。第一微波负载(6)连接到调制器(2)的SPDT开关(2')的输入端。第二微波负载(17)连接到循环器(4)的第三臂。
借助于温度传感器(13)测量微波负载的温度，所述温度传感器(13)可安装在珀尔帖元件上或至少一个负载上并与它们具有良好的热接触，然后来自温度传感器的测量信号被集成在与温度传感器(13)连接的附加积分器(14)中，被放大并进入指示器或计算机(19)中，执行数据处理单元和控制单元的功能。
与根据图1和图2中所示的类似物和原型的框图相反，在本技术中，使用SPDT开关(2”)取代调制器中包含的SPST开关(2’)，SPST开关(2’)将天线输出端连接到循环器或断开该连接，SPDT开关(2”)将天线或第一微波负载连接到循环器的第一臂。在这种情况下，在接收器(5)的输入端，发生来自天线(1)和来自第一微波负载(6)的信号的比较。
在一些现有技术方案中，也已尝试在辐射计设计中使用SPDT开关，例如在2013年06月20日公布的申请号为2485462的俄罗斯专利申请的辐射计的设计中，在调制器和循环器之间安装定向联接器，其中安装了具有三个输入端和两个输出端的双极开关。在该设计中，使用三个匹配负载，其中第一匹配负载连接到循环器，并且第二和第三匹配负载可以整流到SPDT开关，而在RF专利2485462中的SPDT开关具有将SPDT开关的第一输出端连接到噪声发生器并将第二输出端连接到第二匹配负载，或将第三匹配负载的SPDT开关的第一输出端和第二输出端连接到噪声发生器的能力。然而，调节器、定向联接器、循环器、SPDT开关、噪声发生器及其电流源，以及第一匹配负载、第二匹配负载和第三匹配负载安装在恒温器板上并具有相同的温度，但在这个设计中不存在珀尔帖元件。
因此，根据本技术的辐射计示意图具有更简单的设计，仅包含两个匹配的微波负载，其与设计的其他元件具有其他连接。此外，在该辐射计中，两个负载都安装在珀尔帖元件上，既可以加热负载，也可以对它们进行冷却，因此负载具有与示意图中其他元件的温度不同的调节温度。这提供了在最少数量的非互易元件下的更高准确度的亮度温度测量，减少了设计的外部尺寸并提高了在测量生物对象的许多点的内部温度期间其使用的便利性。
在辐射计操作期间，由于负反馈，同步检测器出口处的电压倾向于零，并且第一负载(6)的噪声温度Tr1接近来自天线输出端的噪声温度Ta。
由于循环器不完全的隔离，一部分接收器噪声通过循环器(4)并进入SPST开关(2”)。在原型辐射计中，其框图如图2所示，噪声从SPST开关(2')的开路臂反射并进入接收器输入端。与图2所示的原型装置相反，在本技术中，该噪声在第一负载(6)中被吸收并且不会到达接收器(5)的输入端。由此，在辐射计的实施例中，对循环器隔离的要求较低，并且不需要另外安装如在原型中制造的隔离器(参见图2)。这使得辐射计前端的尺寸几乎减小了一倍，这就减少了辐射计的尺寸，从而大大简化了检查过程中的辐射计操作，提高了使用的便利性，并减少了多点检查所需的时间，例如在胸部检查期间就是如此。
由于在天线输出端接收到来自第二负载(17)的噪声信号，通过补偿来自辐射计实施例中的天线(1)的输入端的反射来提高测量精度。由于它通过在一个珀尔帖元件上的配合与第一负载(6)具有良好的热接触，它们的温度是相等的：Tr1＝Tr2。但是由于第一负载的噪声温度Tr1接近来自天线输出端的噪声温度Ta，因此第二负载的温度Tr2接近于天线输出端的噪声温度Ta。由此，可以更好地补偿来自天线的反射噪声功率，并提高测量生物对象温度的准确性。
应该注意的是，由于循环器(4)和SPDT开关(2”)中的损耗，从第二负载(17)一侧到天线输出端的噪声功率将不同于来自天线输出端的噪声功率，因此，反射功率的更全面的补偿由图4所示的辐射计实施例提供。
在图4所示的辐射计实施例中，来自第一微波负载(6)的输出端的噪声功率到达连接在第一微波负载(6)的输出端和SPDT开关(2”)之间的衰减器(18)，并具有温度辐射计前端。衰减器输出端的噪声温度Tra等于
Tra＝Tr1*kra+(1-kra)*Tamb,其中
Kra为透射系数；
Tamb为辐射计前端的噪声温度；
Tr1为第一加热电阻器(第一微波负载)的噪声温度。
辐射计的功能是使SPDT开关(2”)连接到循环器的第一臂，接收来自天线(1)输出端的噪声信号，其功率与生物对象内部组织的温度成比例，或接收来自衰减器(18)的输出端的噪声信号。SPDT开关(2”)由具有1kHz频率的参考电压发生器(3)控制。来自SPDT开关(2”)输出端的噪声信号通过循环器(4)并进入接收器(5)。
在图4所示的辐射计实施例中，接收器也由带有带通滤波器的低噪声放大器(7)、振幅检测器(8)、窄带低频放大器(9)和同步检测器(10)、积分器(11)、直流放大器(12)组成。
在接收器输出端，形成的电压与天线输出端的噪声温度Ta和衰减器输出端的噪声温度Tra的差值成比例：
ΔU＝k(Ta-Trа),其中
k为辐射计的透射系数
Ta为来自天线输出端的噪声温度，
Tra为衰减器输出端的噪声温度。
该电压被放大并进入珀尔帖元件(16)。与图3所示的本技术的第一实施例相同，2个负载安装在珀尔帖元件上，其与珀尔帖元件具有良好的热接触。然而，第一负载(6)连接到衰减器(18)的输入端，衰减器连接到SPDT开关，而第二负载连接到循环器(4)的第三臂。
借助于温度传感器(7)测量负载的温度，所述温度传感器可安装在珀尔帖元件上和/或至少一个负载上，并且与它们具有良好的热接触。
由于负反馈，同步检测器输出端的电压倾向于零，而第一负载的噪声温度Tr1接近来自天线输出端的噪声温度Ta。由于衰减器(18)中的耗散损耗，第一负载和第二负载的温度与来自天线输出端的噪声的温度Ta不同。
Figure BDA0001598411420000101
其中
kra为衰减器的透射系数，
Tr1为第一负载的噪声温度，
Tr2为第二负载的噪声温度，
Ta为来自天线输出端的噪声温度，
Tamb为辐射计前端的噪声温度。
第二负载(17)一侧上的天线输出端上的噪声功率等于：
Tra＝Tr2*kskcir+(1-kskcir)*Tamb,其中
ks为开关的透射系数，
kcir-为循环器的透射系数，
Tra为衰减器的噪声温度，
Tr2为第二负载的噪声温度，
Tamb为辐射计前端的噪声温度。
如果衰减器的透射系数kra与循环器和开关kskcir的串联连接的透射系数一致，则
Tra＝Ta，
即发生从天线输入端反射的噪声的补偿。
因此，在根据本技术的辐射计的设计中，在调制器中使用SPDT开关代替SPST开关以及具有两个微波负载。其中，第一微波负载可连接到SPDT开关，第二微波负载连接到循环器的第三臂，并且SPDT开关具有连接到循环器的第一臂、天线或第一个微波负载的能力。此外，优选地，在第一微波负载和SPDT开关的输出端之间安装衰减器(18)，并且在这种情况下，SPDT开关连接到循环器的第一臂或者天线(1)或者衰减器。
根据本技术的辐射计的设计的这种修改，提供了用于肿瘤疾病的早期诊断的更高准确度的生物对象的内部组织温度的无创测量，还减小了仪器的尺寸，改进了使用的便利性，并降低了其制造成本。

Claims (5)

1.一种辐射计，其特征在于，所述辐射计包含串联连接的
天线，所述天线与生物对象接触，
SPDT开关，
循环器，
接收器，所述接收器包括：
带有带通滤波器的放大器，
振幅检测器，
窄带低频放大器
同步检测器，
积分器，
直流(dc)功率放大器，和
参考电压发生器，所述参考电压发生器连接到所述SPDT开关和所述同步检测器，
珀尔帖元件，所述珀尔帖元件连接到所述接收器的输出端
第一微波负载和第二微波负载，所述第一微波负载和第二微波负载安装在所述珀尔帖元件上并与所述珀尔帖元件热接触，
至少一个温度传感器，所述温度传感器用于测量所述的微波负载的温度，其中，
所述第一微波负载适于连接到所述SPDT开关，
所述SPDT开关适于将所述天线或所述第一微波负载连接到所述循环器的第一臂，
所述循环器的第二臂连接到所述接收器，以及
所述循环器的第三臂连接到所述第二微波负载。
2.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述辐射计还包括安装在所述第一微波负载的输出端和所述SPDT开关之间的衰减器。
3.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述温度传感器安装在所述珀尔帖元件上和/或所述微波负载上。
4.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述温度传感器是用于远程温度测量的红外传感器。
5.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述辐射计还包括连接到所述温度传感器的输出端的积分器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU226754U1 (ru) * 2024-04-08 2024-06-20 Евгений Евгеньевич Янчук Устройство медицинское диагностическое для радиотермометрии

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10506930B2 (en) * 2016-05-27 2019-12-17 The University Of Colorado, A Body Corporate Microwave thermometer for internal body temperature retrieval
KR101950592B1 (ko) * 2017-06-26 2019-02-21 국방과학연구소 라디오미터의 온도 의존성 보상 방법
US10320443B2 (en) * 2017-12-29 2019-06-11 Intel IP Corporation Extra-channel transmission limiting switch
CN109143173A (zh) * 2018-10-09 2019-01-04 西安电子工程研究所 一种多通道微波辐射计接收机高稳定恒温结构
WO2020086586A1 (en) * 2018-10-22 2020-04-30 Thermovisionusa, Inc. System and method for detecting and diagnosing diseases and use of same
CN109587858B (zh) * 2019-01-21 2024-01-16 电子科技大学中山学院 一种应用于高功率微波加热的光纤阵列热像采集装置
RU2754287C1 (ru) * 2020-09-29 2021-08-31 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" Многоканальный приемник для радиотермометрической диагностики
US11737674B2 (en) * 2020-12-20 2023-08-29 Easytem Co., Ltd. RF microwave core temperature system having RF receiver module to detect core temperature
CN113340453A (zh) * 2021-06-21 2021-09-03 杭州电子科技大学 一种便携式可穿戴微波辐射测温计及其测温方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082118C1 (ru) * 1994-07-11 1997-06-20 Александр Владимирович Вайсблат Медицинский радиотермометр
US5688050A (en) * 1995-04-03 1997-11-18 Mmtc, Inc. Temperature-measuring microwave radiometer apparatus
CN1335043A (zh) * 1998-12-17 2002-02-06 个人化学第-乌普萨拉有限公司 进行化学反应的微波装置和方法
RU2328751C2 (ru) * 2006-08-14 2008-07-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Многочастотный радиотермограф
CN101285862A (zh) * 2008-05-09 2008-10-15 华中科技大学 一种全数字补偿微波辐射计
CN201166689Y (zh) * 2008-01-24 2008-12-17 武汉安德瑞科技有限公司 高精度微波辐射计
US8157442B2 (en) * 2007-04-12 2012-04-17 Universite Des Sciences Et Technologies De Lille Radiometric thermometer
CN102686182A (zh) * 2009-10-02 2012-09-19 克里奥医药有限公司 整容手术装置和方法
CN104487013A (zh) * 2012-06-22 2015-04-01 柯惠有限合伙公司 用于微波消融系统的微波测温

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230532A (en) * 1961-03-17 1966-01-18 Bunker Ramo Microwave radiometer
US3689924A (en) * 1968-09-18 1972-09-05 Philip J Caruso Jr Reconnaissance and guidance microwave radio-metric system
DE2803480C2 (de) 1978-01-27 1984-11-22 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Verfahren und Anordnung zur Messung der physikalischen Objekttemperatur mittels Mikrowellen
US4557272A (en) * 1980-03-31 1985-12-10 Microwave Associates, Inc. Microwave endoscope detection and treatment system
FR2650390B1 (fr) * 1989-07-27 1992-10-30 Inst Nat Sante Rech Med Procede pour la mesure des temperatures par radiometrie microonde, avec calibration automatique de la mesure, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede
US5724043A (en) * 1995-07-31 1998-03-03 Hughes Aircraft Company Variable frequency microwave tropopause sensor system and method
JP3918021B2 (ja) * 1996-12-03 2007-05-23 レイセオン カンパニー 可変型マイクロウェーブ コールド／ウォームノイズソース
GB0207370D0 (en) * 2002-03-28 2002-05-08 Univ St Andrews Medical imaging apparatus
US20040145365A1 (en) * 2003-01-24 2004-07-29 Carl Freudenberg Kg Annular sensor housing
US7052176B2 (en) * 2003-07-11 2006-05-30 University Of Texas System Remote temperature measuring system for hostile industrial environments using microwave radiometry
KR100634497B1 (ko) * 2003-10-16 2006-10-13 삼성전자주식회사 인체 내부 전자기파 측정을 위한 라디오-써모미터와 인체전자기파 측정 방법
US8062228B2 (en) * 2007-07-03 2011-11-22 Meridian Medical Systems, Llc Dual mode intracranial temperature detector
WO2010005727A2 (en) * 2008-06-16 2010-01-14 Paul Zei Devices and methods for exercise monitoring
US8447385B2 (en) * 2010-07-28 2013-05-21 Welch Allyn, Inc. Handheld medical microwave radiometer
RU2485462C2 (ru) 2011-08-04 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Радиометр для измерения глубинных температур объекта (радиотермометр)
US9250139B2 (en) * 2012-04-17 2016-02-02 The Penn State Research Foundation System and method for combined microwave heating and radiometry for characterizing biological tissues

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2082118C1 (ru) * 1994-07-11 1997-06-20 Александр Владимирович Вайсблат Медицинский радиотермометр
US5688050A (en) * 1995-04-03 1997-11-18 Mmtc, Inc. Temperature-measuring microwave radiometer apparatus
CN1335043A (zh) * 1998-12-17 2002-02-06 个人化学第-乌普萨拉有限公司 进行化学反应的微波装置和方法
RU2328751C2 (ru) * 2006-08-14 2008-07-10 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Многочастотный радиотермограф
US8157442B2 (en) * 2007-04-12 2012-04-17 Universite Des Sciences Et Technologies De Lille Radiometric thermometer
CN201166689Y (zh) * 2008-01-24 2008-12-17 武汉安德瑞科技有限公司 高精度微波辐射计
CN101285862A (zh) * 2008-05-09 2008-10-15 华中科技大学 一种全数字补偿微波辐射计
CN102686182A (zh) * 2009-10-02 2012-09-19 克里奥医药有限公司 整容手术装置和方法
CN104487013A (zh) * 2012-06-22 2015-04-01 柯惠有限合伙公司 用于微波消融系统的微波测温

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU226754U1 (ru) * 2024-04-08 2024-06-20 Евгений Евгеньевич Янчук Устройство медицинское диагностическое для радиотермометрии

Also Published As

Publication number Publication date
EP3202313A4 (en) 2018-06-27
US20180058945A1 (en) 2018-03-01
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WO2017111651A1 (ru) 2017-06-29
CN108024728A (zh) 2018-05-11

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