CN1973789A

CN1973789A - 用于在组织中产生高热的装置

Info

Publication number: CN1973789A
Application number: CNA2006101467401A
Authority: CN
Inventors: P·F·特纳; M·哈格曼
Original assignee: BSD MEDICAL Inc
Current assignee: BSD MEDICAL Inc
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: CN1973789B; US20070118193A1; US7565207B2

Abstract

一种利用在HF、VHF和UHF微波范围中应用电磁辐射(EMR)和相控阵操纵在目标组织中的选定位置产生高热的系统和相应方法，包括辐射器阵列和联接于所述阵列的辐射器中的至少一个的单通道EMR辐射能源。可变反射终端器件联接于所述辐射器中的至少一个，使得用户可改变从所联接的辐射器辐射的能量，以将目标中的加热区域转向目标中所希望的位置。几个不同的辐射器阵列适于和所述系统一起使用，并通常包括朝中央轴线辐射的柱形环体。具有可变反射终端器件的寄生辐射器可连同至少一个直接联接于能源的辐射器一起用于辐射器阵列内。

Description

用于在组织中产生高热的装置

技术领域

本发明总体上涉及利用电磁辐射照射目标的系统和装置，更具体地涉及具有环型或各种扇形的辐射器和用于通过相控阵功率操纵(phasedarray power steering)来控制对目标施加辐射的关联控制系统的系统。

背景技术

当前通过相控阵功率操纵为诸如活体和生物组织等目标施加电磁辐射(EMR)并控制加热区域在目标内位置的系统设置有由多通道EMR系统供给能量的多个电磁辐射器，在该系统内不同辐射器分别由EMR系统的不同功率通道提供具有电子控制相位的电子控制功率。这就产生所希望的相控阵加热图案(heat pattern)操纵能力。该方法为了提供这种相控阵加热图案操纵，导致高的系统复杂度和成本。

若干种针对人类癌症的治疗方法在当前应用普遍。这些治疗包括外科手术、X射线、来自放射源的辐射及化学疗法。这些治疗经常以各种方式组合以增强治疗效果。

虽然这些传统治疗技术在治疗许多病人体内的癌症以及延长许多其他病人的生命方面获得成功，但是它们经常对多种癌症无效并经常在必需治疗水平上具有严重的负面副作用。例如，用X射线或化学疗法对癌症病人的长时间治疗趋向于最终破坏或抑制病人的自然免疫系统，导致许多病人最终死于普通传染性疾病，例如流行性感冒或肺炎，若非如此，这些疾病可能不会是致命的。另外，患有癌症或并发症晚期的许多病人可能变得太虚弱以致于不能承受外科创伤或其它癌症治疗；因此，这些治疗不能进行或必须中断。

由于人类癌症的流行和典型严重后果，以及当前治疗方法——如上面所提及的那些——的时常无效，医学研究者用他们的相关治疗装置持续做试验以尝试发现和开发改良的或其它的癌症治疗方法。

高热疗法——人工提高体温——作为另一种癌症治疗方法近来已引起严重关注。大量研究已投入到对单独的高热疗法或与其它治疗方法相结合的有效性研究中。该研究的重要性在于，高热技术在治疗许多或大多数类型的人类癌症时表现出具有极高有效性的潜力，而没有当前的癌症治疗方法所经常附带的严重负面副作用。有时将高热疗法称作热治疗，表示提高主体的区域温度。

癌症高热治疗的研究者已共同指出，通过将恶性肿瘤加热到略低于对大多数正常、健康细胞有害的温度，可热破坏人体内多种恶性肿瘤，并且通常没有严重的负面副作用。此外，据报道已发现许多类型的恶性细胞团具有很低的热传递，散热能力很低，据推测是由于不良的血管分布和减少的血液流动特性所致。因此，这些类型的肿瘤看来能够优选进行高热治疗。据报道，不良的血管恶性肿瘤可被加热至比周围紧邻的健康组织所到达温度高几度的温度。这就使得能够在不破坏正常细胞的情况下对这些并不比正常组织更加热敏感的类型的恶性肿瘤进行高热治疗，并且还能够对显示不良血管分布的较热敏感类型的恶性肿瘤实施较高温度、较短时间的高热治疗，这出于重要的医学理由通常是个优势。

在这方面，研究者已共同指出，由于大多数恶性肿瘤的这些热特性和正常体细胞的热敏感性，用于治疗人类癌症的高热温度应该小心地限制在相对较窄的有效安全的温度范围之内。通常在高于40℃(104_)的温度下进行高热疗法。高热疗法在历史上包括高于60℃的温度，但是近年来通常被认为包括高达45℃(113_)的温度。然而，可能存在超过该水平的癌肿瘤的部分，因此应当尽可能多地获得高于40℃范围的肿瘤区域。

在高于大约45℃(113_)的治疗温度下，如果持续时间超过30至60分钟，则常规可观察到对大多数类型的正常细胞的热损伤；因此，必须非常小心在健康组织内超过这些温度的时间不能太长。当然，在任何高温下的暴露持续时间是健康组织热损伤程度的重要因素。但是，如果人体大范围或关键部位被加热到45℃范围以内或以上甚至相对较短的时间，也有可能导致正常组织受伤。

历史上，在上个世纪末期，发现高于约10KHz频率的交变电流可穿透生物组织并在其中导致加热。结果，通常介于兆赫频率范围之内的高频电流从此广泛用于诸如组织感染和肌肉损伤等普通身体不适的治疗。本世纪初，该EMR组织加热技术被命名为“透热疗法”，并且美国联邦通信委员会(FCC)随后在本国内将兆赫范围内的几个离散EMR频率专门分配给透热疗法使用。

在使用相控阵原理以提供高热加热图案转向方面已著述大量文章和报告，并且已经发表了数种涵盖使用相控阵的专利。所有这些全部依靠电子相位和功率操纵的使用来提供加热图案转向控制。这就导致具有多通道功率和相位控制的相对复杂的设备配置。这种配置对于常规临床专业人士而言难于学习和临床使用。在这种治疗系统中的临床控制越简单，系统操作就越容易并且潜在的可靠性就越高。这种设计的简化可进而减少由于组件失效而引发的系统失效。通过标准能量操纵配置所提供的标准化加热区域的利用，预期可提供用于临床使用的改良适应性。

由犹他州盐湖城BSD Medical Corporation生产的BSD-2000系统利用控制频率、辐射功率和相对相位的多通道相控阵系统。各通道具有对功率和相位的电子控制，并连接于不同天线。这就容许加热图案的电子操纵，但成本和复杂度较高。这种高成本在常规临床使用上可导致无人问津。进行加热图案转向的能力允许能量被聚焦并更有选择性地引导到目标肿瘤区域。为了提供足够的加热能量穿透，必须选择较低频率。这是因为对人类组织的穿透能力衰减在较高频率上增加。但是，当频率降低时，加热聚焦直径增加。因此，需要合适的频率以在可接受的加热图案尺寸限制范围内提供最优深度。一般而言，当围绕疾病区域的肿瘤目标组织也被加热时，高热疗法的效果最佳。这为流入血液提供了预热，并减少了来自肿瘤周边的热传导以将热量汲取出肿瘤周边以外。自1988年以来就对BSD-2000系统进行研究。这种相控阵系统的新颖使用已经证明在治疗患有各种形式癌症的病人、甚至在第III阶段临床试验中是有用和有益的。但是，使用复杂昂贵的多通道放大器系统以提供利用相位控制在主体内操纵加热区域的多EMR同步相位能量通道(Multiple EMR synchronous phase energychannel)，对于一些治疗中心的常规临床使用过于复杂。

存在对EMR辐射器装置和用于EMR照射的相应方法的需要，其提供在目标——例如活体或组织模拟物中的生物组织目标——内EMR加热的简化的加热图案转向。

发明内容

根据本发明，使用电磁辐射器阵列的简化高热系统利用联接于辐射器的可变反射终端器件(variable reflective termination device)来控制施加于单个辐射器的EMR功率(能量，power)的相位，以操纵和控制目标中系统加热区域的位置。可通过一个EMR能源为辐射器供应EMR功率，并且通过可变反射终端器件控制由各单一辐射器导向目标的EMR辐射的相位。系统用户可容易地改变可变反射终端器件的状态——例如终端呈现开路或短路——以控制连接点处至辐射器的反射EMR功率的相位，从而控制来自特定辐射器辐射的相位。通过以此方式控制来自各辐射器辐射的相位，可操纵和控制加热区域在目标中的位置，而无需在EMR能源中为每个辐射器设置单独的功率通道。可使用具有无源功率分配器的单一EMR能源通过该功率分配器为所有辐射器供给功率和相位大致相等的EMR能量，并且通过可变反射终端器件容易地控制由各单独辐射器辐射的能量的相位。

尽管当前优选地将EMR能源联接至阵列中的所有辐射器，但是阵列中的一些辐射器可为寄生辐射器，即，不直接联接于EMR能源。这些非有源、寄生辐射器将再辐射具有取决于辐射器终端的再辐射能量相位的EMR能量。可通过联接于辐射器的可变反射终端器件将终端制成为可调整的。

尽管当前优选地将可变反射终端器件联接至阵列中的每个辐射器，但是根据所要求或所希望的加热区域定位的可调整性，不需要将可变反射终端器件连接至每个辐射器。作为最低限度，仅需要将一个辐射器联接于EMR能源并且仅将一个辐射器连接于可变反射终端器件。如果只有一个辐射器直接联接于能源，则可变反射终端器件将需要联接于另一个辐射器以赋予系统任何转向能力。

本发明的辐射器阵列通常由用于将EMR能量导向目标的多个单独辐射器形成。联接有EMR能源为作为主辐射器的一个或多个单独辐射器供给EMR能量。控制能源以控制由能源供给给主辐射器的能量的振幅和相位。能源可以是使用无源功率分配器用功率和相位大致相等的EMR能量触发主辐射器的高输出功率、单通道能源。优选地，所有辐射器都是通过功率分配器联接于能源的主辐射器，尽管其中一些辐射器可为再辐射EMR能量的寄生无源辐射器。该再辐射能量的功率和相位由寄生辐射器的终端决定。可变反射终端器件优选地提供无源辐射器的终端，并且可变反射终端器件的状态决定再辐射能量的相位和辐射器阵列所生成的加热图案。

在一个当前优选的实施例中，围绕要被辐射的目标设置有四个主辐射器。所有辐射器都是通过功率分配器联接于单通道、高功率EMR能源的主辐射器，所述功率分配器将来自EMR能源的EMR能量分配进功率和相位大致相等的四个分离通道内。辐射器各包括至少一个天线，并且各具有一中心供能连接点(central energy supply connection point)。各个辐射器通过从功率分配器延伸至辐射器中心供能连接点的预定长度的电缆联接于功率分配器。因此各辐射器中心供能连接点通过功率分配器被供给以来自EMR能源的具有相同相位的大致相等的能量。各辐射器还通过亦连接于中心供能连接点的预定长度电缆连接至可变反射终端器件。介于中心供能连接点和可变反射终端器件之间的电缆长度和可变反射终端器件的状态决定输入EMR能量的中心供能连接点的表观状态(apparent state)，并决定从辐射器天线所辐射的EMR能量的相位。该配置提供了朝主体表面转向的偏移加热图案，同时保持相当深的热能穿透。它提供控制以将加热区域从目标内的中心区域导向围绕目标互相旋转45度的八个偏移位置。目标通常是位于壳体内待被加热的病人或组织样本。优选地围绕壳体布置辐射器以环绕置于壳体内的目标。环绕目标的壳体中填充有介电流体，该介电流体的阻抗在系统所用EMR辐射的预定频率下近似等于辐射器阻抗。壳体通常包括位于壳体内部环绕目标的丸状件(bolus)以容纳流体。

可使用由围绕目标的两个同心金属柱体形成的单一辐射器并可将其构造成具有与上文所述相同的EMR能量转向(能力)，而不是所述系统中的四个分离辐射器。通过在所述两个同心环之间以一定间隔围绕同心环布置可变反射终端器件来提供转向，使得器件可在两个金属环之间提供等效短路终端，以将能量转离短路。该短路配置可通过接合偶极天线的公共端或者部分地或全部地填充相邻偶极天线端部之间的空隙来实现。

系统可利用不同类型的EMR辐射器来加热目标。例如，单个辐射器可为喇叭型辐射器、贴片辐射器、偶极天线、折叠偶极天线、单极天线、波导管、围绕目标以形成单一偶极天线的两个同心金属柱体等。优选地，这些天线被线性极化以最大程度地增强交叠波目标区域内的加热。

本发明的系统通过使用可变反射终端器件选择和控制阵列中辐射器的至少一个辐射器的反射终端，来降低对目标中可预测转向位置中的加热图案进行相控阵控制的成本和复杂度。这种可变反射终端器件可包括开路和短路终端、可变电缆段或类似器件。这些器件还用于同相控阵天线的相位控制用寄生天线或主天线和寄生天线的组合一起产生相同的效果。本发明的系统提供了一种用于任何所需目的，例如医学上癌症的高热治疗或其它医学用途或研究用的EMR加热的简化的环形辐射器装置。

附图说明

在示出当前认为是实施本发明的最佳方式的附图中：

图1是本发明系统的示意图，该系统利用具有可变相位终端的天线辐射器阵列的馈电点处的有效能量在目标内产生高热，所述可变相位终端用于改变从各天线组辐射的相位。

图2是图1系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体。

图3是类似于图1的示意图，示出使用单一电磁能源和功率分配器、没有相位操纵能力的相控阵系统，该系统在目标组织内仅提供中央加热区域。

图4是图3系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中位于中央的加热区域。

图5是类似于图1的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的相控阵系统，在其中一个辐射器的馈电点处联接有可变反射终端器件，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图6是图5系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的辐射器的已转向的加热区域。

图7是类似于图1的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的相控阵系统，在其中两个相邻辐射器的馈电点处联接有可变反射终端器件，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图8是图7系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的两个相邻辐射器的已转向的加热区域。

图9是类似于图5的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的类似相控阵系统，在其中一个不同的辐射器的馈电点处联接有可变反射终端器件，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图10是图9系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的辐射器的已转向的加热区域。

图11是类似于图5的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的类似相控阵系统，其中一个辐射器在其馈电点处仅连接有可变反射终端器件而在其馈电点处没有连接于EMR能源，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图12是图11系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的辐射器的已转向的加热区域。

图13是类似于图7的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的相控阵系统，其中有两个相邻辐射器在其馈电点处仅连接有可变反射终端器件而在其馈电点处没有连接于EMR能源，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图14是图13系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内部中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的两个相邻辐射器的已转向的加热区域。

图15是类似于图11的示意图，示出具备有限的相位操纵能力的类似相控阵系统，其中一个不同的辐射器在其馈电点处仅连接有可变反射终端器件而在其馈电点处没有连接于EMR能源，因此可改变终端的相位以使系统在主体内产生的加热图案朝向或远离具有终端器件的辐射器转向。

图16是图15系统的示意性俯视图，示出位于柱形壳体和天线阵列内中央处的椭圆形目标主体，并示出该主体中移离具有终端器件的辐射器的已转向的加热区域。

图17是类似于图1所示系统、具有完全操纵能力的本发明系统的示意图，示出由围绕目标的两个同心金属柱体形成的辐射器，所述金属柱体和局部化EMR信号馈电接线以及联接于两个柱体之间的各个馈电点的可变反射终端器件形成单一偶极子，以提供类似于图1和图2系统所提供的转向，所述局部化EMR信号馈电接线位于柱体之间、环绕柱体以90度间隔间隔开的四个点处。

具体实施方式

如图1所示，本发明的装置包括连接于功率分配器11的电磁辐射(EMR)能源10，功率分配器11将来自源10的EMR能量分配进多个输出端，每个输出端连接于多个辐射器中的一个，每个辐射器包括通过电缆17连接并具有中心供能连接点22的一个或多个天线14。天线14将EMR能量辐射进位于介电罩或壳体20内的主体19以加热主体19中的目标区域，如图2所示。

EMR能源10通常提供40-1000MHz频率范围内的EMR能量。为了加热成人躯干区域，优选频率为40-200MHz。这是因为在这些频率上的穿透损耗和局部化的加热能力为在有用区域内进行选择性对准目标和转向提供了适当的穿透能力以深度加热。功率分配器11是配置成无内部损耗、一般用于更有效操作的无源功率分配器。然后提供具有各种相位的被导向天线组以被部分或全部反射的能量，以改变聚焦于主体内的相位的位置。EMR源10利用同轴传输线9连接于功率分配器11。分配器11所接收的功率基于各条同轴输出电缆12呈现给无源功率分配器的阻抗在同轴输出端口——这里示出为四个同轴输出端口——之间分配。电缆12用于将来自功率分配器11的功率连接至各个辐射器的中心供能连接点或馈电点22，这里示出的是各由单个天线或通过电缆17连接的多个天线14所组成的四个辐射器。在这些馈电点22处，设有用于附接可变反射终端器件15的附加同轴电缆16。这些可变反射终端器件控制在中心供能连接点22处所看到的有效终端。

可变反射终端器件15可为例如同轴短路或同轴开路，其中将终端从电气短路改变为电气开路将使所反射的相位改变180度以提供不同的相位操纵效果。例如，如果有效终端15为短路并由1/4波长长的电缆16连接，则该短路的效果在馈电点22处表现为开路，并且提供中央聚焦区域的加热图案。如果电缆长度为四分之一、四分之三、一又四分之一、一又四分之三等波长，将会发生相同的结果。但是，当该可变终端在1/4波长电缆16的端部被改变为开路时，所生成的加热图案被转离辐射器或天线区域，因为馈电点处的有效终端是短路。在这种情况下，从该有效短路提供给馈电点22的能量通过同轴电缆12被反射回功率分配器11。当反射能量到达功率分配器11时，电缆12的长度应该被选择为使得从可变终端22反射的相位近似表现为开路，以使其不改变相位或其它分配器端口的阻抗匹配，而是仅将其功率反射回分配器11以被重新导出其它分配器端口。如果来自在馈电点22处设置短路的馈电点终端15的该反射相位在分配器11内部接点处表现为短路，则分配器11将反射回过多功率给EMR源10。因此，电缆12的长度应为1/4波长或1/4波长的奇数倍(1/4、3/4、5/4、7/4、9/4等)。这将确保馈电点22处的短路将在分配器12表现为开路。当该示例中的终端15在馈电点22处设置等效开路时，与该通道相关联的天线组的阻抗将反映辐射天线的终端阻抗(通常为50欧姆，因此同轴电缆的阻抗得到匹配)。来自馈电点22处的有效短路终端、在11处表现为开路的这一反射将造成分配器11内的阻抗局部不匹配，但对于具有四个或更多个输出电缆12的功率分配器11而言，这将不会显著改变提供给EMR源10的阻抗匹配。

如果终端示例改变，使得电缆16为半波长的整数倍，则在馈电点22处提供有效短路的终端需要为一短路。这是因为短路在自短路终端的半波长处表现为短路阻抗。

图2是图1配置的俯视图，其示出代表作为辐射加热目标的人体的椭圆形部分18的示意性剖视图。主体18被壳体或高介电罩20围绕，辐射器环绕罩或壳体20间隔分布以围绕目标主体18。主体18通常被填充目标主体18和介电壳体20之间的空间19的高介电区域流体(high dielectricregion fluid)例如水围绕。介电罩或壳体20优选为透明塑料管。塑料管20可为由两条圆弧组成的柱形、椭圆形、卵形，或者为几个平直部分的形式，例如八边形或五边形。通常将由封闭的柔性塑料囊袋所形成的丸状件(未示出)环绕目标主体18设置在壳体20内，以容易地保持和容纳高介电区域流体区19中的高介电流体。图2还示出如图1所示的四个可变反射相位终端器件15。

图3和图4与图1和图2的所述细节相同，但没有图1和图2的可变反射终端器件15。在该配置中，在所有馈电点22处提供相等的相位。这一没有任何可变反射终端器件15的配置不具有加热区域转向能力，而仅为该装置提供中央加热区域，如图4的主体18中的中央加热区域21所示。这代表和等效于将图1和图2中所有可变反射相位终端器件15设定为在所有馈电点22处提供相同的相位。例如，如果将图1和图2中的所有四个可变反射终端器件15都设定为在所有馈电点22处提供等效开路，则对应这种情况。

图4是图3配置的俯视图，其示出代表人体的椭圆形部分18的示意性剖视图。同样，主体通常被填充主体18和介电壳体20之间的空间19的高介电区域流体例如水围绕，介电壳体20优选为透明塑料管。塑料管20可为由两条圆弧组成的柱形、椭圆形、卵形，或者为几个平直部分的形式，例如八边形或五边形。图4示出当为所有辐射器馈电点22提供相等相位时，在主体18中生成的中央加热区域21。

图5和图6与图1和图2的所述细节相同，但仅具有图1的可变反射终端器件15中的一个。在该配置中，在没有可变反射终端器件的那三个馈电点22处提供相等的相位。可将具有可变反射终端器件连接于其上的馈电点22处的相位调整为提供不同于另外三个馈电点处的相位。这提供了转向能力，并且在将该可变反射终端器件15设定为提供不同于另外三个馈电点处的相位时为该装置提供移位的加热区域23，如图6所示。这些附图等效于将可变反射终端器件15中的三个设定成为馈电点22中的三个提供相同相位，并另外将可变反射终端器件15中的一个设定成为第四个馈电点提供不同相位的图1和图2。例如，可将图1和图2中终端器件中的一个设定成在所连接的馈电点22处提供短路，而将其余的终端器件全部设定成为其余馈电点22提供开路。

图6是类似于图4的俯视图，但示出图5的配置。加热区或区域23表示将可变反射终端器件15调整为在所连接的馈电点22处提供等效短路，而为其余馈电点22全部提供等效开路所导致的近似加热区。

图9和图10与仅示出图1的可变反射终端器件中的一个的图5和图6相似，但示出连接于与图5和图6所示的不同的馈电点22的可变反射终端器件。在该配置中，如在图5和图6的配置中一样，在没有可变反射终端器件的三个馈电点22处提供相等的相位。可将具有可变反射终端器件连接于其上的馈电点22处的相位调整为提供不同于另外三个馈电点的相位。这也为该装置提供了移位的加热区域24，如图10所示，但该位移从由图5和图6的配置所提供的位移旋转了大约90度(比较图10中区域24的位置和图6中区域23的位置)。这些附图等效于将可变反射终端器件15中的三个设定为相同以给馈电点22中的三个提供相同相位，并另外将可变反射终端器件中的一个设定成为第四个馈电点提供不同相位的图1和图2。例如，可将图1和图2中可变反射终端器件15中的一个调整为在所连接的馈电点22处提供短路，而将其余的终端器件全部设定成为其余馈电点22提供开路。对通过图9和图10与图5和图6的配置转向的加热区域的位置比较表明，利用图1和图2的配置——其中可变反射终端器件中的三个提供开路终端，可变反射终端器件中的一个提供短路终端——加热区域远离短路终端移动。因此，利用图1和图2的配置，根据四个可变反射终端器件中的哪一个被设定成提供短路终端，而另外三个可变反射终端器件被设定成开路终端，可将加热区域转向四个偏移位置中的一个。

图7和图8与图1和图2的所述细节相同，但仅具有图1和图2的相邻可变反射终端器件15中的两个。在该配置中，在没有可变反射终端器件的两个相邻馈电点22处提供相等的相位。可将连接于可变反射终端器件15的相邻馈电点22调整为提供不同的相位。这提供了转向以移动加热区域。如果将图7和图8中的两个可变反射终端器件15都调整为将不同于提供给没有可变反射终端器件的馈电点的相位提供给它们连接于其上的两个馈电点，则如图8所示，加热区域25移离具有可变反射终端器件15联接于其上的两个辐射器。这就在主体18内提供了取向自图6中所示位置旋转了大约45度的移位加热区域25。图7和图8等效于将两个相邻可变反射终端器件设定为相同以给相邻馈电点22中的两个提供相同相位，并另外将其它两个相邻可变反射终端器件设定成为另外两个相邻馈电点提供一个不同相位或(两个)不同相位的图1和图2。例如，可将两个相邻可变反射终端器件设定成在所连接的馈电点22处提供等效开路，并可将其余两个相邻可变反射终端器件设定成为其余两个相邻馈电点22提供等效短路。该配置将在主体18内提供图8中所示的相同的移位加热区域25，其取向自图6中所示位置旋转了大约45度。图1和图2的系统中提供开路终端的具体的相邻一对辐射器和提供短路终端的相邻那对辐射器，决定加热区域移动或偏移到四个方向中的哪一个。

应当认识到，利用图7和图8的配置，如果将所示出的可变反射终端器件15中的一个调整为在其连接点处提供与没有可变反射终端器件的连接点相同的终端(三个连接点提供相同的相位信号)，而仅将可变反射终端器件中的一个调整为提供不同的终端并由此在那一个连接点提供不同的相位信号，则图7和图8的系统等效于图5和图6或者图9和图10的系统。因此，如果仅将所示出的可变反射终端器件15中的一个——例如，图8中右上角的可变反射终端器件15——设定成提供不同的相位，例如将该可变反射终端器件设定成在其连接点22处提供短路，而另一个可变反射终端器件和没有可变反射终端器件的两个连接点提供开路终端，则图7和图8的装置等效于图5和图6的装置并且加热区域的偏转如图6所示。类似地，如果将图8的左下角部分中示出的可变反射终端器件15设定成提供不同的相位，例如将该可变反射终端器件设定成在其连接点22处提供短路，而另一个可变反射终端器件和没有可变反射终端器件的两个连接点提供开路终端，则图7和图8的装置等效于图9和图10的装置并且加热区域的偏转如图10所示。此外，如果将两个可变反射终端器件都设定为提供与没有可变反射终端器件的两个连接点相同的终端和相同的相位信号，使得所有辐射器连接点都提供开路终端，则图7和图8的系统等效于加热区域位于目标主体内中央处的图3和图4的系统。因此，利用图7和图8的装置，通过改变可变反射终端器件的状态可提供可变的转向。如果两个可变反射终端器件都提供与没有可变反射终端器件的两个辐射器相同的相位终端(所有四个辐射器具有相同的相位信号)，则加热区域被转向至如图4所示的目标主体的中央。如果这两个可变反射终端器件中的一个或另一个或两个都在其连接点处提供与不连接于可变反射终端器件的两个辐射器所提供的相位不同的相位终端，则可容易地将加热区域转向图6所示位置、图10所示位置或图8所示位置。

利用如图7和图8所示的两个可变反射终端器件的配置，并通过将目标主体定位于壳体20内部的特定旋转位置中，则可根据要求将系统生成的加热区域选择性地在主体内部定位。为了在目标主体不象所述的那样在壳体中相对于两个可变反射终端器件作旋转运动的情况下在主体中定位加热区域，优选使用所有四个连接点都联接于可变反射终端器件的图1和图2的系统。图1和图2的这一配置容许将可变反射终端器件中的任何一个或更多个设定成提供任意终端配置，以将系统生成的加热区域转向或定位于环绕目标主体的任意选定位置。通过适当选择由环绕主体的选定可变反射终端器件所提供的开路和短路反射终端，可使该系统等效于其余附图的系统中的任一个，以提供如上所述的中央加热区域或定位于环绕主体以45度间隔的任意选定旋转位置处的移位加热区域。如果可变反射终端器件可提供比只有开路和短路更宽的终端范围，则可获得附加的加热区域转向。但是，简单的开路和短路连接提供了这样一种系统，其易于操作并提供已转向加热区域的良好选择。

图11和图12是类似于图5和图6的示意图，但示出将EMR能量反射回目标的寄生辐射器的使用。该寄生辐射器不连接于分配器11或EMR源10，但是，它连接于可变反射终端器件15。由具有包含寄生天线的单一辐射器的该配置所生成的加热图案26的近似位置在图12中示出，并且类似于由图5和图6的连接方式所产生的加热图案。

图13和图14是类似于图7和图8的示意图，但示出将EMR能量反射回目标的两个相邻寄生辐射器的使用。所述寄生辐射器不连接于功率分配器或EMR源10，但是，它们各自连接于可变反射终端器件15。由具有各自包含寄生天线的两个相邻辐射器的该配置所生成的加热图案27的近似位置在图14中示出，并且类似于由图8的连接方式所产生的加热图案。

图15和图16是类似于图11和图12的示意图，示出将EMR能量反射回目标的寄生辐射器的使用。该寄生辐射器不连接于分配器11或EMR源10，但是，它连接于可变反射终端器件15。但是，图15和图16中具有所联接的可变反射终端器件15的寄生辐射器位于与图11和图12中不同的位置。由具有包含寄生天线的单一辐射器的该配置所生成的加热图案28的近似位置在图16中示出，并且类似于图11和图12以及图9和图10的连接方式所产生的加热图案。

图11至图16表明不必所有辐射器都直接连接能源。寄生辐射器将反射EMR能量并可为系统提供转向能力。具有寄生辐射器以提供相控阵控制的最小系统将是一个主辐射器和一个寄生辐射器，该寄生辐射器具有可变反射终端器件以调整来自寄生辐射器的反射辐射的相位。除此之外，可使用任意选定数量的主辐射器和寄生辐射器。另外，也可使用主辐射器和寄生辐射器的组合。这种组合的一个示例是在有源天线或主天线的每一侧具有反射寄生天线的单一主偶极天线或单极天线装置，其中旁侧天线用作基于其终端的寄生反射器。这甚至可以是在两侧设有金属带状反射器以形成实际天线的单一偶极天线或单极天线，并且偶极或单极类型天线的馈电点可设有可变反射终端器件。

图17示出本发明的配置，其中辐射器包含两个柱形金属环14，金属环14环绕壳体20延伸以封装目标和位于目标与壳体壁之间的容纳有介电流体例如水的丸状件。用于将EMR能量联接至辐射器的四通道馈电系统提供了环绕该环以90度间隔开的四个供能连接点22，以为该环提供平衡馈电。该环形成单一偶极环状辐射器。供能连接点22示出为连接于各环的同轴电缆12。用于供能连接点22中的一些或全部的可变反射终端器件15使得能够实现已由其它附图示出的相同的加热图案转向。可将可变反射终端器件的接线布置在各个供能连接点处并连接于同轴电缆接线，如图所示，或者可连接于供能连接点中的一些供能连接点，或者可连接于各环上环绕辐射器的其它位置处的供能连接点之间。另外，可使用四个以上的可变反射终端器件。终端器件可包括连接于各环14或供能连接点22处的同轴电缆12的同轴电缆、各环之间的直接接线，或者可以是被插入各环之间空隙内的插入件以形成短路或其它终端。

尽管图17的两个柱形金属环可被视作或称作形成单一辐射器，但是由于从环绕该环圆周的不同位置所提供或反射的辐射可改变并且可以控制，因此为本发明目的，这种辐射器可被视作多个辐射器。

应当认识到，就任何一个辐射器而言，可将各种终端装置用作可变反射终端器件。这些可以是提供短路、开路的手动操作器件或其它接线，例如手动操作的机械开关或在馈电点手动连接于同轴电缆连接器的几段同轴电缆，或者可以是例如由电气同轴继电器控制的远程受控终端、PIN二极管终端开关、或其它远程受控开关或器件。另外，终端可通过使用可变电容或其它器件进行调整，或者可通过调整将反射终端器件联接至馈电点的电缆长度来进行调整。所有这些以及在供能连接点或其它终端点产生反射终端的其它装置都被认为是落入本发明范围内的可变反射终端器件。

本发明所使用的电磁辐射应当是射频和微波能的形式，以在目标主体内产生所希望的加热区域。

辐射器可使用各种天线配置，例如偶极天线、折叠偶极天线、单极天线、波导管、平行带状号角天线、微电路帖片天线、两个同心金属柱体等。这些天线辐射器提供显著的线性极化作用并且适用于提供深度加热，当需要这种深度加热时，其可被集中于中央。还可使用环形极化天线如螺旋天线辐射器。但是，当使用多于两个环形极化天线时，由于EMR场的交叠，环形极化不会提供和来自阵列同样多的中央加热。这是因为从不同方向交叠的主要螺旋场不会相互对准。仍然可以使用具有可变反射终端并作为寄生天线的这种螺旋天线，但是它们对加热图案的影响将不同于线性极化天线阵列。

尽管图5-16实施例的配置可用于为各实施例提供所述的有限转向的系统，但图1和图2的实施例提供了全范围的转向能力，因此是为系统用户提供最大转向能力和灵活性的优选系统。然而，尽管图1和图2的实施例示出所有辐射器都直接联接于EMR能源，但该直接联接对于全范围的转向和灵活性而言并不是必需的。具有全范围转向的系统可包括寄生辐射器或主辐射器和寄生辐射器的组合。获得全范围转向的重要点在于提供联接于系统中各辐射器的可变反射终端器件。

虽然本文参照当前认为是实践中实施本发明的最优方式的实施例说明和描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本文所公开的和权利要求书所包含的更广泛的发明概念的情况下，可进行各种改变以使本发明适合于不同的实施例。

Claims

1.用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，包括：

具有供能连接点的多个能量辐射器；

电磁能源；

将所述电磁能源联接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点，以将来自所述电磁能源的电磁能供应给所联接的连接点的装置；

联接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点的至少一个可变反射终端器件；

其中，可调整所述可变反射终端器件以在其所联接的供能连接点处调整反射相位，从而调整所述目标内辐射电磁能在其中增强的区域，由此选择所述目标中加热区域的位置。

2.根据权利要求1所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，将所述电磁能源联接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点的所述装置，将所述电磁能源联接至多个能量辐射器的供能连接点。

3.根据权利要求2所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，将所述电磁能源联接至多个能量辐射器的供能连接点的所述装置包括电磁能功率分配器，以将来自所述电磁能源的电磁能在所述多个被联接的能量辐射器之间分配。

4.根据权利要求3所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，联接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点的所述至少一个可变反射终端器件包括将所述可变反射终端器件联接至所述多个能量辐射器中的所述至少一个的电缆。

5.根据权利要求4所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述至少一个可变反射终端器件可由用户在开路状态和短路状态之间改变。

6.根据权利要求5所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，在所述可变反射终端器件联接于其上的供能连接点处的反射相位，由同轴电缆终端的状态和所述电缆介于所述同轴电缆终端和供能连接点之间的长度决定。

7.根据权利要求6所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，供应给所述被联接连接点的电磁能具有一预定波长，并且联接至中心供能连接点的电缆的长度是电磁能的所述预定波长的一预定分数。

8.根据权利要求7所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，联接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点的所述至少一个可变反射终端器件为多于一个可变反射终端器件，所述多于一个可变反射终端器件中的每一个联接至所述多个能量辐射器中的一个的供能连接点。

9.根据权利要求8所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述装置还包括壳体，将要被照射的目标位于所述壳体内，并且所述多个能量辐射器围绕所述壳体隔开。

10.根据权利要求9所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述装置还包括填充环绕所述目标的所述壳体、在所述预定波长上阻抗大致等于辐射器阻抗的介电流体。

11.根据权利要求10所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述目标是活体。

12.根据权利要求11所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述多个能量辐射器中的每一个包括至少一个线性天线。

13.根据权利要求12所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述多个能量辐射器中的每一个内的所述至少一个线性天线是偶极天线。

14.根据权利要求11所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述多个能量辐射器是四个能量辐射器。

15.根据权利要求14所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述电磁能功率分配器联接至所述四个能量辐射器，并且将来自所述电磁能源的电磁能在所述四个能量辐射器之间分配。

16.根据权利要求15所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述多于一个可变反射终端器件是四个可变反射终端器件，所述四个可变反射终端器件中的每一个联接于所述四个能量辐射器中的各个不同的能量辐射器的供能连接点。

17.根据权利要求12所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述能量辐射器中的至少一个是不直接联接于所述电磁能源的寄生辐射器。

18.根据权利要求17所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，一可变反射终端器件联接于寄生能量辐射器。

19.根据权利要求11所述的用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，其特征在于，所述多个能量辐射器是包含一对环绕所述目标并联接于所述电磁能源和所述至少一个可变反射终端器件的环的辐射器，使得可从环绕所述环的不同位置不同地辐射能量，由此有效地提供多个能量辐射器。

20.用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的装置，包括：

多个能量辐射器，每个辐射器包括至少一个天线并具有供能连接点；

电磁能源；

将所述电磁能源联接至所述能量辐射器中的每一个的供能连接点，以将来自所述电磁能源的电磁能供应给所联接的连接点的装置；

21.一种用于以电磁辐射照射目标以在所述目标中的选定位置产生加热区域的方法，包括如下步骤：

围绕将要被照射的目标布置具有供能连接点的多个能量辐射器；

将来自电磁能源的电磁能供应给所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点；

将至少一个可变反射终端器件连接至所述多个能量辐射器中的至少一个的供能连接点；以及

调整所述至少一个可变反射终端器件以调整在其所联接的供能连接点处的反射相位，从而操纵所述目标内辐射电磁能在其中增强的区域，由此将目标中的加热区域转向选定位置。