CN1695749A - 一种提高电磁波加热效率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高电磁波加热效率的方法及装置，利用电磁波产生器产生电磁波，用此电磁波照射被加热物；在被加热物附近设置电磁波反射器，反射器将被加热物反射的电磁波再反射到被加热物，使被加热物多次加热。本发明中的反射器使电磁波在被加热物体和反射器之间来回反射，使被加热物体能够多次吸收电磁波，可大大提高微波热疗等电磁波加热装置的效率。

Description

一种提高电磁波加热效率的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种提高电磁波加热效率的方法及装置。

背景技术

采用电磁波(微波、射频)加热是治疗肿瘤、癌症的新手段，这种治疗方法具有安全、无副作用的优点，正得到越来越广泛的应用。但是，由于人体肿瘤的治疗与电磁波技术属于完全不同的技术领域，相关人员对于微波的在人体表面的反射、透射、吸收等技术细节的认识有很大程度的局限。采用远场方式加热时，从辐射器出射的微波，一般可近似看成是点源发出的近似球面波，电场矢量在空间某一点的振幅与该点到微波源的距离成反比。如果直接用辐射器对准人体肿瘤部位加热，微波在人体内传播时，由于上述原因，距离太近时会造成人体表面微波功率密度大而灼伤皮肤和脂肪，距离稍远则由于功率密度下降很快，加热效果不理想。为解决这个问题。一般要在辐射器的前方加装一个聚束装置，将近似的球面电磁波汇聚成一束直径约为16cm的近似平面波，由平面波的性质可知，空间各点的电矢量的振幅几乎不变，微波的功率密度也变化不大。特别是当微波在人体组织内传播时，电矢量的衰减只与人体组织的介电常数和电导率等参数有关。根据电磁波传输理论，计算平面电磁波在人体表面的反射和透射时，得到电场幅度透射系数、电场幅度反射系数和功率密度透射系数、功率密度反射系数的理论公式如下：

1.电场幅度透射系数：

2.电场幅度反射系数：

3.功率密度透射系数：

4.功率密度反射系数

$\mathrm{\τ}=\frac{S_r}{S_i}={\left|\mathrm{\Γ}\right|}^2$

人体的介电常数是复数， $\mathrm{\ϵ}={\mathrm{\ϵ}}_2-j\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ϵ}}.$ 式中

$Z_1=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_0}}$ 是电磁波在自由空间中传播时的本征阻抗。

是人体内的本征阻抗，满足

其中ε₂＝ε_rε₀，ε_r是皮肤(或肌肉)组织的相对介电常数，它与入射的电磁波的频率有关。ε₀和μ₀分别是真空介电常数和真空磁导率。

E₂(z)的幅度衰减到E_tm(0)的

此 $z^{\′}=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_2}$ 即为电磁波在肌肉中的透入深度，其表达式为，

$z^{\′}=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_2}=\frac{1}{\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\ω}\·\mathrm{\ϵ}}_2}\right)}^2-1]}}}$

将各种电磁波频率下人体皮肤的介电常数和电导率代入上述表达式计算，得到下表：

频率(MHz)	εr	σ	Z1(Ω)	|Z2|Ω)	|T|	|Γ|	t	τ	z’(cm)
										1	2000	0.400	377	4.36	0.02	0.98	0.04	0.96	91.29
10	160	0.625	377	11.39	0.06	0.96	0.09	0.91	22.08
										27.12	113	0.602	377	18.18	0.09	0.92	0.15	0.85	13.99
40.68	97.3	0.680	377	21.2	0.11	0.91	0.17	0.83	11.22
										100	71.7	0.885	377	28.52	0.14	0.88	0.23	0.77	6.66
200	56.5	1.00	377	36.56	0.18	0.84	0.29	0.71	4.79
										300	54.0	1.15	377	40.26	0.19	0.82	0.33	0.67	3.88
433	53.0	1.18	377	44.34	0.20	0.80	0.36	0.64	3.56
										750	52.0	1.25	377	48.63	0.23	0.78	0.39	0.61	3.18
915	51.0	1.28	377	49.96	0.23	0.77	0.41	0.59	3.05
										1500	49.0	1.56	377	52.02	0.24	0.76	0.42	0.58	2.42
2450	47.0	2.17	377	53.48	0.25	0.75	0.43	0.57	1.70
										3000	46.0	2.27	377	54.39	0.25	0.75	0.44	0.56	1.60
5000	44.0	4.55	377	54.98	0.26	0.75	0.44	0.56	0.79
										5800	43.3	4.93	377	55.6	0.26	0.75	0.44	0.56	0.72
8000	40.0	8.33	377	56.69	0.26	0.74	0.45	0.55	0.41
										10000	39.9	10.00	377	56.95	0.26	0.74	0.45	0.55	0.34

计算发现，在所给的整个频率范围内，无论对于振幅还是功率密度而言，反射系数均大于透射系数，且频率越低，尽管透入深度增加，但反射射系数也越大，大量电磁波由于人体表面的反射根本没有进入人体内，例如，f＝27.12MHz时，振幅透射系数只有9％，而功率透射系数只有14％。因此现有电磁波热疗装置治疗时的大量电磁波由于反射而没有进入人体内，其热效率非常低。

发明内容

本发明的目的提供一种提高电磁波加热效率的方法，以克服现有电磁波热疗装置热效率低的缺点。

本发明的另一目的提供一种提高电磁波加热效率的装置。

为实现上述的目的，本发明提高电磁波加热效率的方法是：

电磁波产生器产生电磁波，用此电磁波照射被加热物；

在被加热物附近设置电磁波反射器，将反射器反射的电磁波用于加热被加热物。

上述提高电磁波加热效率的方法中，所述电磁波为微波。

上述提高电磁波加热效率的方法中，所述反射器为抛物面或平面反射器。

上述提高电磁波加热效率的方法中，所述反射器反射的电磁波的目标方向与原电磁波的目标方向一致。

一种提高电磁波加热效率的装置，包括电磁波产生器、波导管、辐射器、聚束装置，所述辐射器附近设有反射器。

上述的提高电磁波加热效率的装置中，所述反射器的反射面为抛物面。

上述的提高电磁波加热效率的装置，所述反射器的反射面为平面。

上述的提高电磁波加热效率的装置，所述反射器套装于波导管上，反射器可以固定，也可以沿波导管上下滑动以调整反射面到被加热物体的距离。

上述的提高电磁波加热效率的装置，所述反射器安装于被加热物体的四周。

上述的提高电磁波加热效率的装置，所述反射器的反射方向与辐射器辐射方向相同。

本发明的有益效果：本发明在电磁波加热装置辐射器的附近设置反射器，并使反射器的反射方向与其辐射方向相同，这样电磁波在被加热物体和反射器之间来回反射，使被加热物体能够多次吸收电磁波，大大提高电磁波加热的效率。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括电磁波产生器1、波导管2、辐射器5、聚束装置6，辐射器5安装于波导管2上，电磁波产生器1产生的电磁波经波导管2送到辐射器5，经聚束装置6聚束后输出。靠近辐射器5的波导管2套装有反射器4，反射器4的反射面为抛物面，反射器4可沿波导管2上下滑动，并由螺栓3固定。

本实用新型反射器的反射面也可根据需要做成平面或其它形状。

使用时，将辐射器5对准热疗部位，并调整反射器4与热疗部位到适当的距离，用螺栓3固定，开启热疗装置，辐射器5输出的电磁波在人体表面和反射器之间来回反射，使人体能够多次吸收电磁波，大大提高热疗的效果。

Claims (9)

1、一种提高电磁波加热效率的方法，包括以下步骤：

电磁波产生器产生电磁波，用此电磁波照射被加热物；

在被加热物附近设置电磁波反射器，将反射器反射的电磁波用于加热被加热物。

2、根据权利要求1所述的提高电磁波加热效率的方法，其特征在于：所述电磁波为微波。

3、根据权利要求1所述的提高电磁波加热效率的方法，其特征在于：所述反射器为抛物面反射器。

4、根据权利要求1所述的提高电磁波加热效率的方法，其特征在于：所述反射器的反射方向与辐射器辐射方向相同。

5、一种提高电磁波加热效率的装置，包括电磁波产生器、波导、辐射器、聚束装置，其特征在于：所述辐射器附近设有反射器。

6、根据权利要求5所述的提高电磁波加热效率的装置，其特征在于：所述反射器的反射面为抛物面。

7、根据权利要求5所述的提高电磁波加热效率的装置，其特征在于：所述反射器的反射面为平面。

8、根据权利要求5所述的提高电磁波加热效率的装置，其特征在于：所述反射器套装于波导管上，并可沿波导管上下滑动。

9、根据权利要求5所述的提高电磁波加热效率的装置，其特征在于：所述反射器的反射方向与辐射器辐射方向相同。

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