CN113694385B - 一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器 - Google Patents
一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，SMA接头的金属探针插入第一矩形介质波导谐振腔，第二矩形介质波导位于第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔之间，第三矩形介质波导位于第二矩形介质波导谐振腔和第一矩形介质波导之间，介质小块位于第一矩形介质波导和圆形介质托盘中心之间且与两者紧密相连，第一金属螺钉和第二金属螺钉分别插入第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔；圆形介质托盘内具有一圈水循环槽。本发明通过同轴馈电的可调谐双矩形介质波导谐振腔与介质托盘进行一体化设计，且具有较宽的匹配带宽以及对工作频率及阻抗匹配调节、皮肤表层降温功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调谐医用微波辐射器。
背景技术
微波对生物体具有热效应，因此通过微波辐射器将一定强度的微波信号注入人体内部可以对人体进行选择性的局部加热，到达治疗的目的。
用于人体治疗的微波辐射器主要包括通过矩形波导加载脊电容调节辐射端热场均匀分布，使用陶瓷粉状材料填充矩形波导便于规格调试，使用反射式微波腔形成大体积均匀微波场进行大面积治疗等几种方法。
不同的治疗部位及方法需要不同类型的微波辐射器。对皮脂层进行局部治疗的微波辐射器，需要将辐射器紧贴皮肤表层，以便形成足够的信号强度，同时应防止皮肤表层过热形成灼痛感或伤害。然而上述现有医用微波辐射器大多用于大面积治疗，无法进行局部及皮脂层治疗。其次，上述现有医用微波辐射器缺乏匹配频率及匹配程度的调节功能，匹配带宽较窄，也没有皮肤表层降温措施。微波辐射器需要具有一定的匹配带宽，以及对工作频率及阻抗匹配应具有调节的功能，以便抵消加工误差等带来的频率偏移及匹配恶化。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，具有较宽的匹配带宽以及对工作频率及阻抗匹配调节、皮肤表层降温功能。
技术方案：一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，包括SMA接头、第一矩形介质波导谐振腔、第二矩形介质波导谐振腔、第一矩形介质波导、第二矩形介质波导、第三矩形介质波导、介质小块、圆形介质托盘、第一金属螺钉、第二金属螺钉；其中，所有介质均采用同种材质；
SMA接头的金属探针插入第一矩形介质波导谐振腔，第二矩形介质波导位于第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔之间，第三矩形介质波导位于第二矩形介质波导谐振腔和第一矩形介质波导之间，介质小块位于第一矩形介质波导和圆形介质托盘中心之间且与两者紧密相连，第一金属螺钉和第二金属螺钉分别插入第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔；
所述圆形介质托盘内具有一圈水循环槽。
进一步的，所述第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔分别提供一个反射零点，所述第二矩形介质波导宽度和长度用于调节所述第一矩形介质波导谐振腔和第二矩形介质波导谐振腔的耦合来调整匹配带宽，所述第三矩形介质波导的宽度和长度用于调节微波辐射器整体与人体皮肤层之间的阻抗匹配。
进一步的，所述介质小块的宽度为第二矩形介质波导谐振腔以及第一矩形介质波导宽度的2/3。
有益效果：本发明通过同轴馈电的可调谐双矩形介质波导谐振腔与介质托盘进行一体化设计，实现了可用于局部皮脂层治疗的医用微波辐射器，相比于现有的医用微波辐射器，本发明具有较宽的匹配带宽以及对工作频率及阻抗匹配调节、皮肤表层降温功能。
附图说明
图1为本发明一体化可调谐医用微波辐射器的剖面结构示意图；
图2为本发明一体化可调谐医用微波辐射器的右视结构示意图；
图3为本发明一体化可调谐医用微波辐射器的俯视结构示意图；
图4为本发明一体化可调谐医用微波辐射器的仿真结果，其中，（a）为调谐螺丝用于调节匹配时的一组仿真结过，（b）为调谐螺丝用于调频时的一组仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图3所示，一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，包括SMA接头1、第一矩形介质波导谐振腔3、第二矩形介质波导谐振腔4、第一矩形介质波导5、第二矩形介质波导6、第三矩形介质波导7、介质小块8、圆形介质托盘9、第一金属螺钉11、第二金属螺钉12；其中，所有介质均采用同种材质，便于一体化实现。
SMA接头1的金属探针2插入第一矩形介质波导谐振腔3，第二矩形介质波导6位于第一矩形介质波导谐振腔3和第二矩形介质波导谐振腔4之间，第三矩形介质波导7位于第二矩形介质波导谐振腔4和第一矩形介质波导5之间，介质小块8位于第一矩形介质波导5和圆形介质托盘9中心之间且与两者紧密相连，第一金属螺钉11和第二金属螺钉12分别插入第一矩形介质波导谐振腔3和第二矩形介质波导谐振腔4。
圆形介质托盘9紧贴治疗部位对应的皮肤表层，用于减少微波泄漏，束缚主要电场进入皮脂层。圆形介质托盘9内具有一圈水循环槽10，并通过接口与外部的水循环设备相连，使用时槽内有去离子水循环流动，可以对治疗区域周围的皮肤表层降温，防止皮肤表层过热及受到大信号微波功率损伤。
在本发明中，大功率微波信号通过SMA接头1输入，后经探针2对第一矩形介质波导谐振腔3进行馈电，激励其TE101模式，而后通过第二矩形介质波导6耦合到工作于TE101模式的第二矩形介质波导谐振腔4，再经过第三矩形介质波导7耦合到第一矩形介质波导5，第一矩形介质波导5作为本微波辐射器的辐射工作面，绝大部分微波信号经过介质小块8与注水的圆形介质托盘9进入人体皮肤表层进行治疗。
本发明中，第二矩形介质波导6、第三矩形介质波导7与第一矩形介质波导谐振腔3、第二矩形介质波导谐振腔4正对，工作于TE101模式的第一矩形介质波导谐振腔3和第二矩形介质波导谐振腔4分别提供一个反射零点，第二矩形介质波导6宽度和长度用于调节第一矩形介质波导谐振腔3和第二矩形介质波导谐振腔4的耦合来调整两个反射零点的间距，第三矩形介质波导7的宽度和长度用于调节微波辐射器整体与人体皮肤层之间的阻抗匹配，即可以控制匹配带宽与阻抗匹配程度。
介质小块8可以阻止用于冷却的水吸收过多功率，使信号顺利进入治疗位置，介质小块8的宽度优选为第二矩形介质波导谐振腔4以及第一矩形介质波导5宽度的2/3。金属螺钉11和金属螺钉12可以进行组合调节，由于它们自身的电感效应以及与介质波导外导体之间的电容效应，可以在不同组合状态下分别有效调节工作频率及匹配，调谐灵活性高。
本发明微波辐射器的仿真结果如图4所示。图4的（a）为调谐螺钉用于调节匹配时的一组仿真结果，工作频率覆盖2.4GHz，三组工作状态下可以对匹配曲线的匹配程度进行调节。图4的（b）为调谐螺丝用于调频时的一组仿真结果，三组工作状态下可以对工作频率适当进行调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，其特征在于，包括SMA接头（1）、第一矩形介质波导谐振腔（3）、第二矩形介质波导谐振腔（4）、第一矩形介质波导（5）、第二矩形介质波导（6）、第三矩形介质波导（7）、介质小块（8）、圆形介质托盘（9）、第一金属螺钉（11）、第二金属螺钉（12）；其中，所有介质均采用同种材质；
SMA接头（1）的金属探针（2）插入第一矩形介质波导谐振腔（3），第二矩形介质波导（6）位于第一矩形介质波导谐振腔（3）和第二矩形介质波导谐振腔（4）之间，第三矩形介质波导（7）位于第二矩形介质波导谐振腔（4）和第一矩形介质波导（5）之间，介质小块（8）位于第一矩形介质波导（5）和圆形介质托盘（9）中心之间且与两者紧密相连，第一金属螺钉（11）和第二金属螺钉（12）分别插入第一矩形介质波导谐振腔（3）和第二矩形介质波导谐振腔（4）；
所述圆形介质托盘（9）内具有一圈水循环槽（10）；
所述第一矩形介质波导谐振腔（3）和第二矩形介质波导谐振腔（4）分别提供一个反射零点，所述第二矩形介质波导（6）宽度和长度用于调节所述第一矩形介质波导谐振腔（3）和第二矩形介质波导谐振腔（4）的耦合来调整匹配带宽，所述第三矩形介质波导（7）的宽度和长度用于调节微波辐射器整体与人体皮肤层之间的阻抗匹配；
圆形介质托盘（9）紧贴治疗部位对应的皮肤表层，用于减少微波泄漏，束缚主要电场进入皮脂层；圆形介质托盘（9）内具有一圈水循环槽（10），并通过接口与外部的水循环设备相连，使用时槽内有去离子水循环流动，可以对治疗区域周围的皮肤表层降温，防止皮肤表层过热及受到大信号微波功率损伤。
2.根据权利要求1所述的用于皮脂层局部治疗的一体化可调谐医用微波辐射器，其特征在于，所述介质小块（8）的宽度为第二矩形介质波导谐振腔（4）以及第一矩形介质波导（5）宽度的2/3。
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