DE2736380A1

DE2736380A1 - Body irradiation device with antenna - has concave mirror coupled to body by layer of intermediate dielectric constant

Info

Publication number: DE2736380A1
Application number: DE19772736380
Authority: DE
Inventors: Hansrichard Prof Dr Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1979-02-22

Abstract

Body regions are irradiated by an antenna(2) in a concave mirro(1) containing a medium(4) such as air of different dielectric constant from the body, coupling to the body being achieved by an arched layers(6) of intermediate dielectric constant. The layer(6) has a focus approximately coincident with the second focus(F2) of the ellipsoidal mirror, within the body. the thickness of the layer(6) is a quarter-wavelength. A number of coupling layers may be provided with dielectric constants uniformly increasing from one layer to the next. The layer(6) dielectric constant is the geometric mean of those of the body and the mirror interior(4).

Description

Stand der TechnikState of the art

Zur lokalen Bestrahlung tiefer liegender Körperbereiche ist eine Hohlspiegelanordnung mit rotationsellipsoider Form bekannt, bei der im ersten Brennpunkt eine Senderantenne befestigt ist und im zweiten Brennpunkt der zu bestrahlende Körperbereich zu liegen kommt. Der Aperturwinkel der gegen den zweiten Brennpunkt konvergierenden Wellen kann hierbei extrem groß werden, so daß die damit erzielten hochfokussierten Strahlen trotz Absorption im Körpergewebe bis zu einigen Zentimeter Tiefe eindringen können und dort eine höhere Intensität als an der Körperoberfläche erreichen.A concave mirror arrangement is used for local irradiation of deeper body areas known with an ellipsoidal shape, with a transmitter antenna in the first focal point is attached and to lie in the second focal point of the body area to be irradiated comes. The aperture angle of the waves converging towards the second focus can become extremely large here, so that the highly focused beams achieved therewith can penetrate to a depth of a few centimeters despite absorption in the body tissue and reach a higher intensity there than on the body surface.

Dies ist die Voraussetzung für eine wirksame lokale Hyperthermie.This is the prerequisite for effective local hyperthermia.

Zur optimalen Anpassung der Hohlspiegelantennenanordnung an den zu bestrahlenden Körperbereich war man bisher bestrebt, den Hohlspiegel mit einem Medium zu füllen, dessen Dielektrizitätszahl derjenigen des Körpergewebes möglichst nahe kommt. Die Realisierung dieser bisher angestrebten Anpassung der gesamten Hohlspiegelfüllung bringt jedoch sowohl vom Material her als auch in der ausreichend gleichmäßigen VerteiLung Schwierigkeiten. So treten zum Beispiel im Nahbereich der Senderantenne beachtliche Feldstärkewerte auf, die insbesondere bei synthetischen Dielektrika infolge örtlicher Schwankungen des Mischungsverhältnisses die Grenze der Durchschlagsfestigkeit erreichen können. Auch kann eine zu große Erwärmung durch dielektrische Verluste der Hohlspiegelfüllung in der Nähe der Senderantenne auftreten.For optimal adaptation of the concave mirror antenna arrangement to the Irradiating body area one strives so far, the concave mirror with a medium to fill, the dielectric constant of that of the body tissue as close as possible comes. The realization of this previously desired adaptation of the entire concave mirror filling however, brings both the material and the sufficiently uniform Distribution difficulties. For example, step in the vicinity of the transmitter antenna considerable field strength values, especially with synthetic dielectrics due to local fluctuations in the mixing ratio, the limit of dielectric strength reachable. Excessive heating due to dielectric losses can also occur the concave mirror filling in the vicinity of the transmitter antenna.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung geht davon aus, daß das Verhalten der elektromagnetischen Wellen bei der Reflexion an der Innenseite eines rotationsellipsoiden Hohlspiegels in weiten Grenzen von der Wellenlänge der Strahlung unabhängig ist. Insbesondere kann die Wellenlänge die Größenordnung der Strecke von dem ersten Brennpunkt über die reflektierende Hohlspiegelwand bis zu der Hohlspiegelöffnung erreichen, vorausgesetzt, daß die im ersten Brennpunkt angeordnete Senderantenne ausreichend klein bleibt und als Hertzscher Dipol angesehen werden kann. Unter dieser Voraussetzung ergibt sich eine ausreichende Phasengleichheit sämtlicher an der Hohlspiegelinnenseite reflektierten Teilwellen für den Bereich der Hohlspiegelöffnung.Advantages of the invention The arrangement according to the invention is based on that the behavior of the electromagnetic waves when reflected on the inside an ellipsoid of revolution concave mirror within wide limits of the wavelength of the Radiation is independent. In particular, the wavelength can be of the order of magnitude Distance from the first focal point over the reflective concave mirror wall up to of the concave mirror opening, provided that the one located in the first focal point The transmitter antenna remains sufficiently small and can be viewed as a Hertzian dipole can. With this prerequisite, there is sufficient phase equality all partial waves reflected on the inside of the concave mirror for the area the concave mirror opening.

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch die Transformationsschicht eine reflexionsarme Anpassung möglich ist. Darüber hinaus werden die von der Antenne direkt, das heißt ohne Reflexion an der Hohlspiegelinnenwand abgestrahlten Wellen von der als Sammellinse wirkenden gewölbten Transformationsschicht zusätzlich gebündelt und im Falle eines rotationsellipsoiden Hohlspiegels in den Bereich des zweiten Brennpunkts gelenkt.The arrangement according to the invention with the characterizing features of The main claim has the advantage that the transformation layer provides a low reflection Customization is possible. In addition, those from the antenna are direct, that is Waves emitted without reflection on the inner wall of the concave mirror by the converging lens acting arched transformation layer additionally bundled and in the case of one ellipsoid of revolution concave mirror directed into the area of the second focal point.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zwischen den von der Senderantenne direkt abgestrahlten Wellen und den an der Hohlspiegelinnenwand reflektierten Wellen der Intensitätsverlauf im Bereich des Körpergewebes erheblich verbessert wird. Voraussetzung hierfür sind unterschiedliche Dielektrizitätszahlen von Hohlspiegelfüllung und Körpergewebe. Dieser Effekt wird insbesondere dann erreicht, wenn die Dielektrizitätszahl der Hohlspiegelfüllung kleiner als die des Körpergewebes ist.Another advantage is that between the transmitter antenna directly radiated waves and the waves reflected on the inner wall of the concave mirror the Significantly improved intensity curve in the area of the body tissue will. The prerequisite for this are different dielectric constants of the concave mirror filling and body tissues. This effect is achieved in particular when the dielectric constant the concave mirror filling is smaller than that of the body tissue.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zum Beispiel eine gasförmige Hohlspiegelfüllung verwendet werden kann, wodurch dielektrische Verluste und Durchschlagprobleme vermieden werden und eine beachtliche Gewichtsersparnis sowie geringe Materialkosten erzielbar sind.Another advantage of the invention is that, for example A gaseous concave mirror filling can be used, creating dielectric Losses and puncture problems are avoided and a considerable saving in weight and low material costs can be achieved.

Besteht die Hohlspiegelfüllung beispielsweise aus Luft und gibt die Senderantenne elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge A = 122,45 mm ab, so ist diese noch kleiner als die oben genannte Strecke im Hohlspiegel, so daß das unmittelbare Nahfeld bereits an der Hohlspiegelöffnung ausreichend abgeklungen ist und das Fernfeld (Strahlungsgebiet) der Senderantenne dominiert.For example, if the concave mirror filling consists of air and gives the Transmitter antenna emits electromagnetic waves with a wavelength A = 122.45 mm, so this is even smaller than the above-mentioned distance in the concave mirror, so that the immediate near field has already decayed sufficiently at the concave mirror opening and the far field (radiation area) of the transmitter antenna dominates.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in dem Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Transformationsschichten die Form einer Kugelkalotte mit dem zweiten Brennpunkt als Kugelmittelpunkt haben. Diese Form gewährleistet für alle Teilwellen beim Durchdringen der Transformationsschichten nicht nur einen optimalen Durchgang, sondern auch eine einheitliche Phasenverschiebung für alle Aperturwinkel, so daß die Qualität der Fokussierung hierdurch nicht beeinträchtigt wird.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the arrangement specified in the main claim possible. It is particularly advantageous if the transformation layers have the shape have a spherical cap with the second focal point as the center of the sphere. These Form guaranteed for all partial waves when penetrating the transformation layers not only an optimal passage, but also a uniform one Phase shift for all aperture angles, so that the quality of focus is not affected by this.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Hohlspiegelanordnung.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The drawing shows a longitudinal section through the concave mirror arrangement according to the invention.

Beschreibung der Erfindung Eine im Bereich des ersten Brennpunkts F1 eines rotationsellipsoiden Hohlspiegels 1 angeordnete Senderantenne 2 strahlt elektromagnetische Wellen 3 innerhalb einer dielektrischen Hohlspiegelfüllung 4 bevorzugt in Richtung der Hohlspiegelinnenwand 5 ab. Die an der Innenwand reflektierten Wellen durchdringen etwa senkrecht eine rotationsellipsoide Transformationsschicht 6, anschließend ein verformbares Medium 7 und einen Körperbereich 8. Danach konvergieren die Wellen gegen den zweiten Brennpunkt F2, der im Zentrum des zu bestrahlenden Körpergewebes liegt.Description of the Invention One in the region of the first focus F1 of a rotationally ellipsoidal concave mirror 1 arranged transmitter antenna 2 radiates electromagnetic waves 3 within a dielectric concave mirror filling 4 preferably in the direction of the concave mirror inner wall 5. The ones reflected on the inner wall Waves penetrate a rotationally ellipsoidal transformation layer approximately perpendicularly 6, then a deformable medium 7 and a body region 8. Then converge the waves against the second focal point F2, which is in the center of the to be irradiated Body tissue.

Bezeichnet man die Dielektrizitätszahl der Hohlspiegelfüllung mit E, die des Körpergewebes mit E2, die der Transformationsschicht mit Eg und die des verformbaren Mediums mit Eql so ergeben sich folgende Beziehungen: a) wenn #1 < E2 : #1 < E 3 < E2 ; c4 = #2' b) wenn #1 > #2 : #1 >#3 >#2 ; #4 = #2.The dielectric constant of the concave mirror filling is denoted by E, that of the body tissue with E2, that of the transformation layer with Eg and that of the deformable medium with Eql the following relationships result: a) if # 1 <E2: # 1 <E 3 <E2; c4 = # 2 'b) if # 1> # 2: # 1> # 3 > # 2; # 4 = # 2.

Ä Für eine einzige -4-Transformationsschicht folgt: wobei X die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen 3 bezeichnet.Ä For a single -4 transformation layer it follows: where X denotes the wavelength of the electromagnetic waves 3.

Die Dielektrizitätszahlen #1 und E2 von Hohlspiegelfüllung 4 und Körperbereich 8 sind verschieden, und die Transformationsschicht 6 hat eine Dielektrizitätszahl E 3, die zwischen den Dielektrizitätszahlen E s und E2 liegt und vorzugsweise dem geometrischen Mittel von #1 und #2 entspricht. Für die Trans-2 formationsschicht 6 ist eine Kugelkalottenform vorgesehen, wobei der Kugelmittelpunkt mit dem zweiten Brennpunkt F2 übereinstimmt. Die Transformationsschicht hat eine Dicke, die etwa gleich einem Viertel der in der Schicht auftretenden Wellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen der Viertelwellenlänge ist. Als Hohlspiegelfüllung 4 eignet sich vorzugsweise ein Gas, zum Beispiel Luft. Es können gegebenenfalls auch andere Medien als Hohlspiegelfüllung Verwendung finden, wie zum Beispiel keramische Materialien oder Gießharze.The dielectric constant # 1 and E2 of concave mirror filling 4 and body area 8 are different, and the transformation layer 6 has a dielectric constant E 3, which lies between the dielectric constant E s and E2 and preferably the corresponds to the geometric mean of # 1 and # 2. For the transformation 2 layer 6 a spherical cap shape is provided, the center of the sphere with the second Focal point F2 coincides. The transformation layer has a thickness that is approximately equal to a quarter of the wavelength occurring in the layer or an odd number Is multiples of the quarter wavelength. The concave mirror filling 4 is preferably suitable a gas, for example air. If necessary, other media than concave mirror filling can also be used Find use, such as ceramic materials or casting resins.

Für eine gute Anpassung ist es unter Umständen günstig, an Stelle der einen Transformationsschicht 6 mehrere Transformationsschichten zu verwenden, deren Dielektrizitätszahlen in monotoner Folge derart gestaffelt sind, daß die der Hohlspiegelfüllung zugewandte Schicht eine der Füllung entsprechende Dielektrizitätszahl el und die dem Körperbereich 8 zugewandte Schicht eine dem Körpergewebe entsprechende Dielektrizitätszahl E2 hat. Es ist aber vorteilhafter, die Dielektrizitätszahlen von Hohlspiegelfüllung und Körpergewebe in die monotone Folge mit einzubeziehen.For a good fit, it may be beneficial in place to use several transformation layers of the one transformation layer 6, their dielectric constant staggered in such a monotonous sequence are that the layer facing the concave mirror filling is a corresponding to the filling Dielectric constant el and the layer facing the body area 8 is the body tissue has the corresponding dielectric constant E2. But it is more advantageous to change the dielectric constant of concave mirror filling and body tissue to be included in the monotonous sequence.

Der zwischen der Transformationsschicht 6 und der Oberfläche des Körperbereiches 8 liegende Bereich des Hohlspiegels 1 kann mit einem verformbaren Medium gefüllt sein, das sich gut an die Körperoberfläche anschmiegt und das eine Dielektrizitätszahl hat, die möglichst mit der des Körpergewebes übereinstimmt.The one between the transformation layer 6 and the surface of the body area 8 area of the concave mirror 1 can be filled with a deformable medium that hugs the surface of the body well and that has a dielectric constant which corresponds as closely as possible to that of the body tissue.

Es sei noch bemerkt, daß die Kappe 6 keine Kugelkalottenform haben muß, sondern daß auch eine rotationsellipsoide Form in Frage kommt, wobei der Brennpunkt des Ellipsoids zumindest annähernd mit dem Brennpunkt F2 des Hohlspiegels zusammenfallen müßte.It should also be noted that the cap 6 does not have a spherical cap shape must, but that an ellipsoid of revolution also comes into question, whereby the focal point of the ellipsoid coincide at least approximately with the focal point F2 of the concave mirror would have to.

Claims

Claims 1. Arrangement for irradiating human body areas with a a transmitter antenna and a concave mirror containing a dielectric medium, thereby characterized that the dielectric constant (£ 1, E2) of the concave mirror filling (4) and body tissue (8) are different from one another and in the area of the concave mirror opening at least one curved transformation layer (6) is provided, which spatially arranged between the concave mirror filling and the body tissue (8) to be irradiated and its dielectric constant (E3) between the dielectric constant of the concave mirror filling and body tissue.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by an ellipsoid of revolution Concave mirror (1), in whose first focal point (F1) the transmitter antenna (2) is arranged and in its second focal point (F2) the body area to be locally irradiated is brought.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Transformation layer (6) is an ellipsoidal cap of revolution with a focal point, which at least approximately coincides with the second focal point (F2) of the concave mirror (1).

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Transformation layer (6) has the shape of a spherical cap with the second focal point (F2) as the center of the sphere.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the Thickness of the transformation layer (6) equal to the fourth part of that in the layer occurring wavelength (2) or an odd multiple thereof and that the dielectric constant of the transformation layer is approximately the geometric mean from the dielectric constant of the concave mirror filling (4) and body tissue (8).

6. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that several Transformation layers are arranged whose dielectric constant is a monotone Form a sequence.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the dielectric constant of concave mirror filling, transformation layers and body tissue (8) a monotonous one Form a sequence.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the concave mirror filling (4) is gaseous.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that as a concave mirror filling (4) Air is used.

10. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that that as a concave mirror filling (4) ceramic materials with any dielectric constant or casting resins can be used.

11. Arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that that between the transformation layers and the body area (8) a deformable Medium is arranged, its dielectric constant with that of the body tissue at least approximately matches.