DE2417263A1

DE2417263A1 - Anordnung zum fokussieren von mikrowellen

Info

Publication number: DE2417263A1
Application number: DE2417263A
Authority: DE
Inventors: Hansrichard Dipl Phys D Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1975-10-23

Description

Anordnung zum Fokussieren von Mikrowellen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Fokussieren von Mikrowellen für die Behandlung und Untersuchung von Körpergewebe.
Die bisher bekannten Anordnungen zur Mikrowellenbehandlung in medizinisch-therapeutischen Anwendungen haben den Nachteil, daß sich keine ausreichend selektive, lokale Fokussierung der Mikrowellen, insbesondere in tieferen Gewebeschichten, erzielen läßt. Insbesondere ergab sh eine starke Erwärmung oberflächennaher GewebeschichteA.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine räumlich eng begrenzte Fokussierung der Mikrowellenstrahlung auch in tieferen Gewebeschichten ermöglicht und eine unerwünscht hohe Erwärmung oberflächennaher Gewebeschichten vermeidet.
Die Lösung ist im wesentlichen gegeben durch mindestens einen Mikrowellen reflektierenden, sammelnden Hohlspiegel, durch eine Mikrowellen-Sendeantenne, deren Abstrahlungsbereich auf den Hohlspiegel gerichtet ist und an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil der abgestrahlten Mikrowellen in einer endlichen Entfernung von dem Hohlspiegel fokussiert wird. Eine derartige Fokussieranordnung vermeidet eine direkte Bestrahlung des Körpergewebes, so daß nur ein konvergierendes Strairlenbündel auf das Körpergewebe trifft, dessen Energiedichte an der Oberfläche des Körpergewebes verhältnismäßig gering ist.
Vorzugsweise ist der Hohlspiegel als Rotationsellipsoid-Teilfläche gestaltet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß wegen der gleichen Weglänge der Strahlen zwischen dem Abstrahlungsbereich und dem Fokussierungsbereich sich sämtliche Strahlen in demselben infolge Phasengleichheit in ihren Teilfeldstärken linear addieren.
Vorzugsweise ist die Größe des Abstrahlungsbereichs der Mikrowellen-Sendeantenne einstellbar. Dadurch läßt sich eine mehr oder weniger große Unschärfe in dem Fokussierungsbereich erzeugen, etwa um in einem größeren Gewebebereich eine möglichst gleichmäßige lokale tiberhitzung zu erzeugen.
Eine Shnliche, wenn auch nicht so präzise Wirkung erreicht man damit, daß die Lage des Abstrahlungsbereichs der Mikrowellen-Sendeantenne in bezug auf den Hohlspiegel einstellbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist derHohlspiegel in einem achsnahen Bereich nicht-reflektierend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die achsnahen Strahlen, die eine verhältnismäßig große Energiedichte aufweisen, ausgeblendet werden. Auf diese Weise wird die Wärmebelastung der Oberflächenbereiche des Gewebes noch weiter verringert.
Gemäß einer anderen Weiterbildung sind mehrere Hohlspiegel mit zugeordneter Mikrowellen-Sendeantenne vorgesehen, und die Hohlspiegel sind so angeordnet, daß die Fokussierungsbereiche derselben zusammenfallen.
Eine ganz wesentliche Verbesserung der Energieübertragung und der Fokussierung läßt sich erreichen, wenn erfindungsgemäß der von der Mikrowellenstrahlung durchsetzte Raum zwischen der öffnung des Hohlspiegels und dem bestrahlten Körpergewebe mit einem Dielektrikum gefüllt ist, dessen Dielektrizitätskonstante der von Körpergewebe angenähert ist. Noch günstiger ist, wenn der von der Mikrowellenstrahlung durchsetzte Raum zwischen dem Abstrahlungsbereich der Mikrowellen-Sendeantenne und dem bestrahlten Körpergewebe mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Zusätzlich kann auch die X,ikrowellen-Sendeantenne einschließlich eines Teiles des sie speisenden Hohlleiters mit dem Dielektrikum gefüllt sein.
Durch diese Maßnahmen werden praktisch Grenzflächen vermieden, an denen eine Brechung oder Reflexion stattfinden könnte. Da die komplexe Dielektrizitätskonstante des Gewebes in ihrem Realteil dem c-Wert von Wasser ( E= 81) erueblich näher als demjenigen von Luft ( #: 1) ist, sind Reflexionen an den Grenzschichten dadurch erheblich vermieden. Infolge der etwa um den Faktor i=9 verkleinerten Qenlänge in Wasser ergibt sich eine um diesen Faktor ssere Abbildungsschärfe, die eine wesentliche Vorausbezug für eine ausreichend selektive lokale Strahlung im Innern des Gewebes ist. Außerdem sind die Abmessungen er gesamten Sendeantennen-Anordnung einschließlich Hohlspiegel und Hohlleiter entsprechend kleiner.
Vorzugsweise ist das Dielektrikum ein wässeriges Fluid mit den gleichen dielektrischen Eigenschaften wie Körpergewebe Gemäß einer Weiterbildung ist das wässerige Fluid von einer elektrisch nicht leitenden Umhüllung umgeben, die dünner @@@ @@@ @in V@ertel der W@ll@@@@ng@ derV@ertel der W@ll@@@@ng@ strahlung in dem Material der Umhüllung. Eine derartig dünne Umhüllung ist flexibel genug, so daß sie sich an die Kontour des bestrahlten Körpergewebes anpaßt, und stellt für die Mikrowellen Keine Diskontinuität dar, dic aen Strahlengang beeinflussen könnte.
Die Strahlungsbelastung der oberflächennahen Bereiche des K'i,rpergewebes läßt sich gemäß einer Weiterbildung dadurch verringern, daß der Hohlspiegel um den Fokussierungsbereich als Mittelpunkt auf einer in einer Kugelfläche liegende Bahn bewegbar ist.
Eine besonders einfache konstruktive Lösung hierfür ist darin zu sehen, daß der Hohlspiegel als Hornspiegel ausgebildet ist, der zusammen mit der Mikrowellen-Sendeantenne um eine den antennenseitigen und den bildseitigen Fokussierungc punkt verbindende Achse drehbar ist.
Die Anordnung nach der Erfindung läßt sich durch einen zusätzlichen, Mikrowellen reflektierenden, sammelnden Hohlspiegel mit einer Empfangsantenne und durch eine Anordnung des Hohlspiegels im Strahlungsbereich der Mikrowellenstrahlung hinter dem bildseitigen Fokussierungsbereich besonders gut für diagnostische Zwecke verwenden. Die zusätzliche Hohlspiegelanordnung kann dabei die gleichen konstruktiven Merkmale aufweisen wie die Sendeanordnung.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Anordnung sind beide Hohlspiegel mit den zugeordneten Antennen relativ zu dem Körpergewebe bewegbar. Auf diese Weise läßt sich das Körpergewebe flächenhaft oder räumlich untersuchen.
Vorzugsweise ist jede Mikrowellenantenne mit einem Hilfsreflektor versehen, dessen Radius ein ungeradzahliges Viel-# faches von -v- ist. Auf diese Weise ergibt sich eine kleinstrr -öglichen Abschattung der gesendeten bzw. empfangenen strahlung und eine größte Reflektorwirkung.
Die Mikrowellenantenne ist vorzugsweise als Dipol, Schlitzantenne oder Rohrschlitzantenne ausgebildet.
Insbesondere eine Rohrschlitzantenne ermöglicht eine kompakte Bauweise und ergibt ein günstiges Richtdiagramm.
Vorzugsweise sind zur optimalen Anpassung des Strahlungswiderstandes der Antenne an den Wellenwiderstand des Hohlleiters in unmittelbarer Nähe der Antenne Abgleichstifte an dem Hohlleiter angebracht.
Diese Abgleichstifte haben vorzugsweise einen Abstand von einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Hohlleiter voneinander.
Bei Verwendung eines Dielektrikums, das sich bis in einen Bereich des Hohlleiters erstreckt, läßt sich eine günstige Anpassung dadurch erzielen, daß der mit Luft gefüllte Teil des Hohlleiters mit dem mit wässerigem Fluid gefüllten Teil des H;hlleiters durch eine Koaxialleitung verbunden ist, der; # Wellenwiderstand gleich dem geometrischen Mittel ihrer seiden Abschlußwiderstände ist und deren Länge ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge ist.
Eine noch bessere Anpassung läßt sich erzielen, wenn von der Koaxialleitung Stichleitungen abzweigen, deren Achsen in einem Abstand von einem Viertel der Wellenlänge voneinander liegen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform einer hohlleiterspeisten Antennenanordnung für eine Frequenz von 2,5 GHz ist ein rechteckiger Hohlleiter verwendet mit den Querschnittsabmessungen 0,5 und 1 cm, wobei drei Abgleichstifte in einem gegenseitigen Abstand von 4,65 mm in einer Wand des Hohlleiters vorgesehen sind und eine rechteckige Schlitzantenne verwendet ist mit den Abmessungen 1,4 und 6,8 mm.
In weiterer Ausgestaltung ist die Summe aus dem Durchmesser des Innenleiters und dem Innendurchmesser des Außenleiters der Koaxialleitung kleiner als 7,8 cm.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
Figur 1 ist eine Schnittansicht durch eine Anordnung nach der Erfindung.
Figur 2 ist eine Detailansicht der bei der Anordnung nach Figur 1 verwendeten Schlitzantenne.
Figur 3 zeigt eine Fokussieranordnung, bei der der von den Mikrowellenstrahlen durchsetzte Raum mit einem wässerigen Fluid gefüllt ist.
Figur 4 zeigt die bei der Anordnung nach Figu 3 verwendete Antenne.
Figur 5 zeigt im Querschnitt ein Kopplungsstück zum Koppeln eines mit wässerigem Fluid gefüllten Hohlleiters mit einem luftgefüllten Hohlleiter.
Figur 6 zeigt im Querschnitt eine drehbare Fokussieranordnung.
Figur 7 zeigt im Schnitt eine Fokussieranordnung mit einem zusätzlichen Hohlspiegel und zugeordneter Antenne.
Figur 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Abtastvorganges mit der Anordnung nach Figur 7.
Figur 9 ist ein Axialschnitt durch eine Spiegelanordnung mit einer Rohrschlitzantenne.
Figur lOA ist ein Axialschnitt durch die Rohrschlitzantenne von Figur 9.
Figur lOB und lOC sind Querschnitte längs den Linien B-B und C-C von Figur lOa.
Die in Figur 1 dargestellte Fokussieranordnung nach der Erfindung umfaßt einen Hohlspiegel 1, der als Teil eines Rotationsellipsoids ausgeführt ist.In dem Brennpunkt F1 des Hohlspiegels befindet sich eine Mikrowellen-Sendeantenne 2, die als Schlitzantenne ausgebildet ist, deren Richtcharakteristik 3 in Figur 1 gestrichelt ängezeichnet ist. Man erkennt, daß die Richtcharakteristik einen verhältnismäßig großen Offnungswinkel hat und fast ausschließlich einseitig zu dem Hohlspiegel hinstrahlt, so daß eine direkte Abstrahlung in Richtung auf den zu behandelnden Körper vermieden ist.
Der Hohlspiegel 1 besteht aus einem korrosionsfesten Metall und ist an seiner Vorderseite mit einer Kunststoffplatte 10 hermetisch verschlossen, deren Dicke kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Material der Kunststoffplatte ist und vorzugsweise kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge.
Der durch den Hohlspiegel 1 und die Kunststoffplatte 10 eingeschlossene Raum ist mit Wasser gefüllt, ebenfalls der die Sendeantenne 2 speisende Hohlleiter 4. Letzterer hat einen rechteckigen Querschnitt und ist für die eindeutige Übertragung der H10-Welle ausgelegt.
Die dargestellte Anordnung eignet sich insbesondere zur Behandlung von Patienten in einem Wasserbad, wobei die Kunststoffplatte 10 in das Wasser eintaucht, so daß der Raum zwischen der Außenseite derselben und dem Körper 8 eines Patienten mit Wasser 9 angefüllt ist. Dadurch werden unerwünschte Brechungen und Reflektionen vermieden.
Von der Sendeantenne 2 gelangen die Mikrowellenstrahlen 5 zuerst bis an die Oberfläche des Hohlspiegels 1 und werden von dort als reflektierte Strahlen 6 in dem zweiten Brennpunkt F2 gesammelt. Wegen der endlichen Wcllenlänge der Mikrowellenstrahlungund Diskontinuitäten in der Dielektrizitätskonstante des behandelten Gewebes erfolgt die Fokussierung nicht genau in dem Brennpunkt F2, sondern in einem Fokussierbereich 7, dessen Größe noch beeinflußt werden kann durch eine axiale Verschiebung der Sendeantenne 2 in bezug auf den Hohlspiegel 1.
Figur 2 zeigt die bei der Fokussieranordnung nach Figur 1 verwendete Schlitzantenne. Diese umfaßt eine Endfläche 11 an dem Hohlleiter 4, welche mit einem Schlitz 13 verseherl ist, der nacil dem Mabinetuclaerl-Prinzip als kornplementärer Dipol anzusehen ist.
Der Schlitz arbeitet mit einem Hilfsreflektor zusammen, der aus den Platten 12 und 14 gebildet ist, die in einem parallelen Abstand voneinander verlaufen.
Die Breite der Platten 12 und 14 quer zur Erstreckung des Schlitzes 13 beträgt Ao/4/ . Durch eine derartige Dimensionierung des Hilfsreflektors wird eine kleinstmögliche Abschattung der reflektierten Strahlen 6 bei größter Reflektorwirkung erreicht.
Da der Strahlungswiderstand der Sendeantenne von dem Feldwellenwiderstand des Hohlleiters 4 abweicht, sind zur Anpassung Abzleichstifte 15al 15b und 15c in einem gegenseitigen Abstand leiters eingeschraubt.
in den Innenraum des Hohl-Figur 3 zeigt eine andere, gegenüber der Anordnung nach Figur 1 geringfügig abgeänderte Ausführungsform, bei der der Hohlspiegel 20 nicht aus Metall besteht, sondern aus Kunststoff hergestellt ist. Die Dicke des Hohlspiegels kann beliebig gewählt sein. Wegen der geringen Dielektrizitätskonstante von Kunststoffen im Vergleich zu Wasser ergibt sich in jedem Fall erst bei einem Auftreffwinkel der Mikrowellenstrahlen 5 von mehr als etwa 100 auf die Innenseite des Hohlspiegels 20 Totalreflexion, so daß die achsennahen Strahlen praktisch ausgeblendet werden.
Die Öffnung 16 des Hohlspiegels 20 ist mit einer Kunststoffolie 17 abgedeckt, deren Dicke etwa ein Zehntel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Material der Folie ist. Die Kunststoffolie 17 ist flexibel und dient dazu, den durch den Hohlspiegel 20 und die Kunstfolie 17 begrenzten Innenraum 18 hermetisch abzuschließen.
Dieser Innenraum ist mit einer wässerige Emulsion gefüllt, deren Dielektrizitätskonstante und eventuell Verlustwinkel an die entsprechenden Eigenschaften des Körpergewebes angeglichen sind.
Bei der Fokussieranordnung nach Figur 3 ist eine besondere Rinhtantenne verwendet, die einen Dipol 22 umfaßte der seitlich aus einem Hohlleiter 24 herausragt und mit einem Hilfsreflektor 23 zusammenwirkt, der seitlich auf dem Hohlleiter 24 aufliegt.
Die optimale Ankopplung des Hohlleiters 24 an den Strahlungswiderstand der Sendeantenne erfolgt wiederum durch Abgleichschrauben 15a, 15b und 15c.
Die Länge h des aus dem Hohlleiter 24 herausragenden Dipols 22 sollte zwischen A0/4zi und Ao/2zi liegen. Die radiale Abmessung des Hilfsreflektors 23 in bezug auf den Dipol 22 sollte Ao/4# oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen. Mit einer derartigen Antenne ergibt sich ein Richtdiagramm 19, das zwei keulenförmige Bereiche aufweist, die sich im Winkel zur Achse des Hohlspiegels erstrecken, so daß praktisch keine Mikrowellen in achsnahen Bereichen ausgesendet werden.
Figur 5zeigt ein Kopplungsstück zum Koppeln eines luftgefüllten Hohlleiters 25 mit einem wassergefüllten Hohlleiter 4. Wegen der extrem großen Dielektrizitätskonstanten von Wasser (e w = 81) sind die bekannten Anpassungsmaßnahmen nur bedingt brauchbar. Im vorliegenden Fall wird ein Kopplungsstück verwendet, das drei abgleichbare Stichleitungen 26a, 26b und 26c verwendet, die im gegenseitigen Abstand von von einer abstimmbaren Koaxialleitung 27 abzweigen. Durch optimale Kopplung zwischen Koaxialleitung und Hohlleiter, z.B. Kreuzbalkenkopplung, in Punkt 30 des luftgefüllten Hohlleiters 28 und fUr den wassergefüllten Hohlleiter 4 in Funkt 21 läßt sich ein optimaler Energiefluß zwischen den beiden Hohlleitern 4 und 28 erreichen.
Der Wellenwiderstand der Koaxialleitung 27 sollte etwa gleich dem geometrischen Mittel aus den von den beiden Koppelstiften 30 und 21 verursachten Abschlußwiderständen sein.
Die Länge der Koaxialleitung 27 kann zwar grundsätzlich beliebig sein, sollte jedoch vorzugsweise den Wert eines ungeradzahligen Vielfachen von A/4 sein.
Eine Koaxialleitung von dieser Länge und mit diesem Wellenwiderstand würde bereits ohne Stichleitungen eine reflexionsarme Anpassung ermöglichen. Die abgleichbaren Stichleitungen 26 dienen dann allein zur Feinkorrektur.
Figur 6 zeigt in Schnittansicht eine drehbare Hornantenne.
Diese wird über einen Rec:-lteckhohlleiter 34 gespeist, der für die Fortleitung einer H10-Welle ausgebildet ist.
An den Rechteckhohlleiter 38 ist über eine Drehkupplung ein zylindrischer, feststehender Hohlleiter 35 für die E01-Welle> einen rotationssymmetrischen Wellentyp, angeschlossen. An das Ende dieses zylindrischen Hohlleiters 35 ist drehbar ein zylindrischer Hohlleiterabschnitt 36 angesetzt, der an einen zweifach abgewinkelten Speisehohlleiter 31 für die H10-Welle gekuppelt ist. Der Speisehohlleiter speist einen Hornstrahler 32, der im wesentlichen aus einer Ellipsoidteilfläche 33 besteht, in derem ersten Brennpunkt F1 der Austrittsbereich des Speisehohlleiter 31 liegt und dessen zweiter Brennpunkt F2 den Fokussierungspunkt sämtlicher Strahlen für die Behandlung oder Untersuchung bildet.
Durch Drehen des Hornstrahlers um die Verbindungsachse der beiden Brennpunkte, wie durch den eingezeichneten Pfeil dargestellt ist, erreicht man eine verhältnismäßig geringe Strahlenbelastung oberflächennaher Gewebeschichten sowie eine Verringerung des Einflusses von Diskontinuitäten der dielektrischen Eigenschaften des durchstrahlten Körpergewebes auf die Lage des zweiten Brennpunktes F2, des Fokussierungspunktes.
Eine ähnlich günstige, wenn auch geringer fokussierende Wirkung wird mit einer normalen Fokussieranordnung erreicht, wenn man dieselbe insgesamt um den Fokussierungspunkt F2 dreht oder schwenkt.
Figur 7 zeigt eine weitergebildete Fokussieranordnung, bei der ein zusätzlicher Hohlspiegel 44 mit einer zugeordneten Mikrowellenempfangsantenne vorgesehen ist. Der zusätzliche Hohlspiegel dient zum Fokussieren der von dem Hohlspiegel 1 ausgehenden Mikrowellen, nachdem diese den Fokussierbereich F2 durchlaufen haben. Zu dem Zweck ist die Mikrowellenempfangsantenne 45 in dem einen Brennpunkt des zusätzlichen Hohlspiegels 44 angeordnet, während der andere Brennpunkt desselben mit dem Fokussierbereich F2 zusammenfällt. Um eine intensive Empfangs strahlung zu erreichen, müssen sämtliche Brennpunkte des Hohlspiegels 1 und des zusätzlichen Hohlspiegels 44 auf einer gemeinsamen Achse liegen.
Man erkennt aus Figur 7, daß sich eine derartige Anordnung insbesondere für diagnostische Zwecke eignet, indem sich aus der mit dem zusätzlich#en Hohlspiegel 44 aufgefangenen Strahlung Rückschlüsse auf bestimmte Eigenschaften des Körpergewebes in dem Fokussierbereich F2 ziehen lassen. Es ist z.B. möglich, auf diesem Wege das Absorptions- und Resonanzverhalten des Körpergewebes im Mikrowellenbereich zu untersuchen, etwa zur Krebserkennung. Krebsartiges Gewebe verhält sich im Mikrowellenbereich anders als gesundes Gewebe und läßt sich daher mit einer Anordnung nach Figur 8 feststellen.
Durch Verschieben der gesamten Anordnung in einer normal zur Verbindungsachse der Brennpunkte liegenden Ebene 46 läßt sich eine Schicht des Körpergewebes zeilen- und/oder spaltenweise abtasten.
Die Abtastung kann natürlich auch auf andere Weise erfolgen. Figur 8 zeigt eine Abtastungsart, bei der sich die beiden Spiegel 1 und 34 der Anordnung nach Figur 7 um cine gemeinsame Rotationsachse mit dem augenblicklichen Mittelpunkt M1, M2 .... M6 drehen. Diese Mittelpunkte werden langsam von links nach rechts verlagert und dabei die untersuchte Schicht des Körpergewebes in bogenförmigen Bahnen abgetastet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Bereich 46 von insgesamt sechs gekrümmten Bahnen abgetastet. Durch entsprechende Abstimmung der Rotationsgeschwindigkeit VF F.und der Translationsgeschwindigkeit Vx läßt sich der Zeilenabstand in weiten Grenzen wählen. Die bogenförmige Abtastung gemäß Figur 8 kann z.B. mit der Anordnung nach Figur 7 realisiert werden, indem die fest miteinander verbundenen Fokussieranordnungen mit den Hohlspiegeln 1 und 44 an einem Schwenkarm befestigt sind, der hin- und hergehend bewegbar ist, wobei die Drehachse des Schwenkarmes nach Hin- oder Hergang desselben um ein bestimmtes Maß verschoben wird, entsprechend dem Abstand der momentanen Mittelpunkte M1 bis M6 voneinander.
Die Anordnung nach Figur 7 läßt sich außer für diagnostische Zwecke auch für therapeutische Zwecke verwenden, wobei dann die zweite Fokussieranordnung mit dem zusätzlichen Hohlspiegel 44 und der Mikrowellenempfangsantenne 45 beispielsweise dazu dient, die Strahlungsdämpfung in dem Körpergewebe zu bestimmen oder die Lage des Fokussierbereichs F2, die ja in gewisser Weise von Diskontinuitäten in dem Körpergewebe abhängt.
Eine weitere abgeänderte Anwendungsmöglichkeit der Anordnung nach Figur 7 besteht darin, daß beide Fokussieranordnungen als Sender betrieben werden, so daß die in den oberflächennahen Gewebebereichen erzeugten Wärmewirkungen halbiert werden, wenn die Strahlungsleistung auf beide Antennen gleichmäßig aufgeteilt wird.
Figur 9 zeigt eine Anordnung, die sich gegenüber der Anordnung nach Figur 1 durch die Antenne unterscheidet.
Diese bildet eine Rohrschlitzantenne 37 von der Schlitzlange h und ist an eine speisende Koaxialleitung 38 angeszhlossen. Am Ende der Schlitzantenne sitzt ein Reflektor 39, dessen radiale Ausdehnung ein ungeradzahliges Vielfaches von ist. Die Koaxialleitung 38 ist über eine Kreuzbalkenkopplung 41 mit dem Rechteckhohlleiter 40 gekoppelt.
Figur lot zeigt den Aufbau der Rohrschlitzantenne im eizelnen.
Sie umfaßt vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Schlitze 42 in dem Außenleiter der Koaxialleitung 38.
Die Länge h dieser Schlitze liegt zwischen 0,5 und 1,5 mal und der Abstand a der Schlitze von dem Reflektor 39 beträgt etwa Figur lOB zeigt einen Querschnitt durch die Koaxialleitung 38, und Figur lOC einen Querschnitt durch die eigentliche Rohrschlitzantenne. Das Richtdiagramm derselben ist in Figur 9 gestrichelt gezeichnet.

Claims

Patentansprüche

Anordnung zum Fokussieren von Mikrowellen für die Behandlung und Untersuchung von Körpergewebe, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens einen Mikrowellen reflektierenden, sammelnden Hohlspiegel (1, 20, 33, 34),und durch eine Mikrowellensendeantenne (2, 31, 22), deren Abstrahlungsbereich auf den Hohlspiegel gerichtet ist und an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil der abgestrahlten Mikrowellen in einer endlichen Entfernung von dem Hohlspiegel fokussiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ke n n -z e i c h n e t , daß der Hohlspiegel als Rotationsellipsoidteilfläche gestaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Größe des Abstrahlungsbereichs der Mikrowellenantenne einstellbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Lage des Abstrahlungsbereichs der Mikrowellenantenne in bezug auf den Hohlspiegel einstellbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlspiegel (20) in einem achsnahen Bereich nichtreflektierend ausgebildet ist.
Ü. Anordnung naeh Aii#p#'u#h 1 bi# l d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Hohlspiegel mit zugeordneter Mikrowellenantenne vorgesehen sind und daß die Hohlspiegel so angeordnet sind, daß die lokussierungsbereiche derselben zusammenfallen.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß der von Mikrowellenstrahlung durchsetzte Raum zwischen der Öffnung des Hohlspiegels (1,20 ) und dem bestrahlten Körpergewebe (8) mit einem Dielektrikum gefüllt ist, dessen Dielektrizitätskonstante dem Körpergewebe angenähert ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der von Mikrowellenstrahlung durchsetzte Raum zwischen dem Abstrahlungsbereich der Mikrowellen-Sendeantenne und dem bestrahlten Körpergewebe mit einem Dielektrikum gefüllt ist, dessen Dielektrizitätskonstante dem Körpergewebe angenähert ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e ic h n e t , daß auch die Mikrowellen-Sendeantenne einschließlich eines Teiles des sie speisenden Hohlleiters mit dem Dielektrikum gefüllt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 7 bis 9, d a d u r c h g e -k e n n z e ic h n e t , daß das Dielektrikum ein wässeriges Fluid ist mit den gleichen dielektrischen Eigenschaften wie Körpergewebe.
11. Anordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e ic h n e t , daß das wässerige Fluid von einer elektrisch nicht leitenden Umhüllung (10, 17) umgeben ist, die dünner ist als ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Material der Umhüllung.
12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c 10 g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlspiegel (33) um den Fokussierungsbereich als Mittelpunkt auf einer in einer Kugeloberfläche liegenden Bahn bewegbar ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlspiegel als Hornspiegel (33) ausgebildet ist, der zusammen mit der Mikrowellenantenne (31) um eine den antennenseitigen (F1) und bildseitigen Fokussierungspunkt (F2) verbindende Achse drehbar ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1 bis 13, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h einen zusätzlichen, Mikrowellen reflektierenden, sammelnden Hohlspiegel (44) mit einer Empfangsantenne (45) nd durch eine Anordnung des zusätzlichen Hohlspieges (44) im Strahlungsbereich der Mikrowellen hinter dem bildseitigen Fokussierungspunkt (2)
15. Anordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß beide Hohlspiegel (1, 44) mit den zugeordneten Antennen relativ zu dem Körpergewebe bewegbar sind.
16. Anordnung nach Anspruch 1 bis 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jede Mikrowellenantenne mit einem Hilfsreflektor versehen ist, dessen Radius ein ungeradzahliges Vielfaches von A/4 ist.
17. Anordnung nach Anspruch 1 bis 16, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellenantenne als Dipol (22) ausgebildet ist.
18. Anordnung nach Anspruch 1 bis 16, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellenantenne als Schlitzantenne (2) ausgebildet ist.
19. Anordnung nach Anspruch 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellenantenne als Rohrschlitzantenne (37) ausgebildet ist.
20. Anordnung nach Anspruch 1 bis 19, mit einer an einen Hohlleiter angrenzenden Antenne, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß in unmittelbarer Nähe der Antenne Abgleichstifte (15a, l5b,'15c) an dem Hohlleiter angebracht sind.
21. Anordnung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abgleichstifte einen Abstand von ein Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung in dem Hohlleiter haben.
22. Anordnung nach Anspruch 9 bis 21, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der mit Luft gefüllte Teil (28) des Hohlleiters mit dem mit wässerigen Fluid gefüllten Teil (4) des Hohlleiters durch eine Koaxialleitung (27) verbunden ist, deren Wellenwiderstand gleich dem geometrischen Mittel ihrer beiden Abschlußwiderstände ist und deren Länge ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge ist.
23. Anordnung nach Anspruch 22, d a d u r c h g k e n n z e i c h n e t , daß von der Koaxialleitung (27) Stichleitungen (26) abzweigen, deren Achsen in einem Abstand von einem Viertel der Wellenlänge voneinander liegen.
24. Anordnung nach Anspruch 1 und 19, für eine Sendefrequenz von 2,45 GHz, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein rechteckiger Hohlleiter (4) verwendet ist mit den Querschnittsabmessungen 0,5 und 1 cm, daß drei Abgleichstifte (15a, 15b, 15c) in einem gegenseitigen Abstand von 4,65 mm in einer Wand des Hohlleiters vorgesehen sind und daß der Schlitz (13) der Schlitzantenne rechteckförmig ist mit den Abmessungen 1,4 und 6,8 mm.
25. Anordnung nach Anspruch 22 und 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Summe aus dem Durchmesser des Innenleiters (29) und dem Innendurchmesser des Außenleiters der Koaxialleitung (27) kleiner ist als 7,8 cm.

L e e r s e i t e