RU2209096C1 - Device for applying electromagnetic therapy - Google Patents
Device for applying electromagnetic therapy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209096C1 RU2209096C1 RU2002102144/14A RU2002102144A RU2209096C1 RU 2209096 C1 RU2209096 C1 RU 2209096C1 RU 2002102144/14 A RU2002102144/14 A RU 2002102144/14A RU 2002102144 A RU2002102144 A RU 2002102144A RU 2209096 C1 RU2209096 C1 RU 2209096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- input
- unit
- output
- controller
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в различных разделах медицины для консервативного лечения в целях стимуляции систем жизнедеятельности при патологии, преимущественно костно-мышечного аппарата, центральной и периферической нервных систем, внутренних органов и сосудов, а также для оперативного лечения новообразований. The invention relates to medical equipment and can be used in various branches of medicine for conservative treatment in order to stimulate vital systems in pathology, mainly the musculoskeletal system, central and peripheral nervous systems, internal organs and blood vessels, as well as for surgical treatment of neoplasms.
Известно устройство для электромагнитного воздействия на полостные органы (авторское свидетельство SU 1796195 МПК А 61 N 1/40 от 23.02.93 г.), которое состоит из рамочных излучателей электромагнитного поля, оси которых ортогональные и пересекаются в одной точке. Излучатели работают на разных частотах и создают в теле пациента три ортогональных магнитных потока, возбуждающих контурные токи в стенках полостного органа, как в замкнутом проводнике. Для усиления контурных токов служит реиндуктор из магнитодиэлектрика, помещенный в полость. Для симметрии токов входное отверстие в полость электрически закорачивается металлическим кольцом. A device for electromagnetic exposure to abdominal organs is known (copyright certificate SU 1796195 IPC A 61 N 1/40 dated 02.23.93), which consists of frame emitters of an electromagnetic field whose axes are orthogonal and intersect at one point. The emitters operate at different frequencies and create three orthogonal magnetic fluxes in the patient’s body, exciting circuit currents in the walls of the cavity organ, as in a closed conductor. To reinforce the circuit currents, a magnetodielectric re-inductor placed in the cavity is used. For current symmetry, the inlet to the cavity is electrically shorted by a metal ring.
Однако данное устройство не может осуществлять непрерывный контроль температуры прогреваемых тканей, что может привести к их перегреву и некрозу. Кроме этого, применение данного устройства невозможно при лечении патологии любой локализации. However, this device cannot continuously monitor the temperature of heated tissues, which can lead to their overheating and necrosis. In addition, the use of this device is impossible in the treatment of pathology of any localization.
Известно также устройство для полостного воздействия (авторское свидетельство SU 1266548 МПК А 61 N 1/06 от 30.10.86 г.), которое содержит корпус с размещенным в нем излучателем, выполненным в виде цилиндрической спирали из ленточного проводника, причем корпус соединен с началом спирального излучателя, а коаксиальный ввод - с одним из последующих витков. A device for cavity impact is also known (copyright certificate SU 1266548 IPC A 61 N 1/06 of 10.30.86), which contains a housing with an emitter placed in it, made in the form of a cylindrical spiral from a ribbon conductor, and the housing is connected to the beginning of the spiral emitter, and coaxial input - with one of the subsequent turns.
Однако использование этого устройства ограничено легкодоступными полостями организма и не может быть использовано в отдаленных и узких полостях. Кроме того, оно не имеет элементов защиты тканей от перегрева. However, the use of this device is limited to easily accessible cavities of the body and cannot be used in remote and narrow cavities. In addition, it does not have elements for protecting tissues from overheating.
Известно устройство для внутриполостного воздействия (авторское свидетельство SU МПК А 61 N 1/06 1512622 от 07.10.89 г.), которое содержит эластичный трубчатый корпус из диэлектрического материала с размещенным на нем эластичным баллоном. Баллон соединен с одним из дополнительных каналов корпуса, связанного с источником повышенного давления, активным электродом в основном канале корпуса в его рабочем конце. A device for intracavitary exposure is known (copyright certificate SU MPK A 61 N 1/06 1512622 dated 07.10.89), which contains an elastic tubular body made of dielectric material with an elastic balloon placed on it. The cylinder is connected to one of the additional channels of the housing associated with the source of high pressure, an active electrode in the main channel of the housing at its working end.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности воздействия на локализованную область в связи с тем, что радиус зоны ВЧ-нагрева превышает размеры устройства, а также отсутствие элементов, предохраняющих ткани от перегрева в процессе СВЧ-воздействия, и невозможности подбора оптимальной частоты для различных органов и тканей. The disadvantage of this device is the lack of exposure to a localized area due to the fact that the radius of the RF heating zone exceeds the size of the device, as well as the absence of elements that protect tissues from overheating during microwave exposure, and the inability to select the optimal frequency for various organs and tissues .
Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для сверхвысокочастотной гипертермии (авторское свидетельство SU 1779395 МПК А 61 N 1/40 от 07.12.92 г. ), которое содержит две кольцевые антенные решетки, в одну из которых помещен фантом органов человека с диэлектрическими параметрами, идентичными диэлектрическим параметрам больного органа, радиометрический приемник, широтно-импульсный модулятор, генератор СВЧ-колебаний, индикатор температур, коммутатор, фильтр, фазочувствительный детектор и генератор прямоугольных импульсов. Closest to the claimed solution is a device for microwave hyperthermia (copyright certificate SU 1779395 IPC A 61 N 1/40 dated 12/07/92), which contains two circular antenna arrays, one of which contains a phantom of human organs with dielectric parameters identical dielectric parameters of the diseased organ, radiometric receiver, pulse-width modulator, microwave oscillator, temperature indicator, switch, filter, phase-sensitive detector and square-wave generator.
Его работа позволяет обеспечивать высокую точность поддержания температуры больного органа и надежно предотвращать риск перегрева его в процессе лечения благодаря наличию в устройстве обратной связи по температуре, а также источника опорного сигнала (фантом с антенной решеткой). Its work makes it possible to ensure high accuracy in maintaining the temperature of the diseased organ and reliably prevent the risk of its overheating during treatment due to the presence of a temperature feedback in the device, as well as a reference signal source (phantom with antenna array).
Однако данный прибор не может быть использован для внутритканевого и полостного СВЧ-воздействия, для локального воздействия с минимальным теплопереносом в окружающие ткани, и в нем отсутствует возможность оптимального подбора рабочих частот для разных органов. However, this device cannot be used for interstitial and cavity microwave exposure, for local exposure with minimal heat transfer to the surrounding tissue, and there is no possibility of optimal selection of operating frequencies for different organs.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности лечения за счет расширения функциональных возможностей при повышении уровня контроля за медико-биологическими показателями в процессе лечения и повышении мобильности устройства. The objective of the invention is to increase the effectiveness of treatment by expanding functionality while increasing the level of control over biomedical parameters during treatment and increasing the mobility of the device.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для электромагнитной терапии, содержащее антенный узел, радиометрический приемник, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора, генератор прямоугольных импульсов, индикатор и детекторный узел, причем антенный узел выполнен в виде монополь-вибратора и соединен через согласователь, связанный с выходом первичной линии рефлектометра, и СВЧ-усилитель с СВЧ-генератором, при этом к выходам плеч вторичной линии рефлектометра подключены детекторные секции детекторного узла, связанные выходами через аналоговый делитель с контроллером, подключенным восьмиразрядной шиной к согласователю и включающим генератор прямоугольных импульсов, импульсы которого подведены на вход широтно-импульсного модулятора и вход радиометрического приемника, выход которого связан с входом радиотермометра, с возможностью передачи сигналов на контроллер и индикатор скорости изменения температуры, а клавиатура подсоединена к управляющему входу СВЧ-генератора. The essence of the invention lies in the fact that the device for electromagnetic therapy containing an antenna unit, a radiometric receiver, a pulse-width modulator, the output of which is connected to the input of a microwave generator, a rectangular pulse generator, an indicator and a detection unit, the antenna unit is made in the form of a monopole a vibrator and is connected through a coordinator connected to the output of the OTDR primary line and a microwave amplifier with a microwave generator, while detector secs are connected to the outputs of the arms of the OTDR secondary line detector node connected by outputs through an analog divider with a controller connected by an eight-bit bus to the coordinator and including a rectangular pulse generator, the pulses of which are fed to the input of a pulse-width modulator and the input of a radiometric receiver, the output of which is connected to the input of the radiometer, with the possibility of transmitting signals to the controller and an indicator of the rate of change of temperature, and the keyboard is connected to the control input of the microwave generator.
Заявляемое решение иллюстрируется блок-схемой, представленной на чертеже, где позициями обозначено:
1 - монополь-вибратор; 2 - согласующая муфта; 3 - пункционная игла; 4 - центральный проводник коаксиального волновода; 5 - иглодержатель, снабженный радиочастотным разъемом; 6 - согласователь; 7 - рефлектометр; 8 - СВЧ-усилитель; 9 - СВЧ-генератор; 10 - широтно-импульсный модулятор; 11 - детекторная секция; 12 - детекторная секция; 13 - аналоговый делитель; 14 - контроллер; 15 - генератор прямоугольных импульсов; 16 - клавиатура; 17 - радиометрический приемник; 18 - радиотермометр; 19 - индикатор скорости изменения температутры; 20 - блок питания; 21 - блок управления.The claimed solution is illustrated by the block diagram shown in the drawing, where the positions indicated:
1 - monopole-vibrator; 2 - matching clutch; 3 - a puncture needle; 4 - the central conductor of the coaxial waveguide; 5 - needle holder equipped with a radio frequency connector; 6 - coordinator; 7 - reflectometer; 8 - microwave amplifier; 9 - microwave generator; 10 - pulse width modulator; 11 - detector section; 12 - detector section; 13 - analog divider; 14 - controller; 15 - generator of rectangular pulses; 16 - keyboard; 17 - radiometric receiver; 18 - a radiothermometer; 19 is an indicator of the rate of change of temperature; 20 - power supply; 21 - control unit.
Перечисленные блоки, узлы и детали заявляемого устройства соединены в соответствии с функциональным назначением следующим образом. The listed blocks, nodes and parts of the claimed device are connected in accordance with the functional purpose as follows.
Антенный узел, выполненный в виде монополь-вибратора 1, представляющий собой миниатюрный излучатель СВЧ-диапазона, согласованный в широкой полосе частот от 1,8 до 3,2 ГГц, смонтирован на иглодержателе 5, в котором закреплена пункционная игла 3 с центральным проводником 4, проходящим через согласующую муфту 2. The antenna assembly, made in the form of a monopole-vibrator 1, which is a miniature microwave emitter, matched in a wide frequency band from 1.8 to 3.2 GHz, is mounted on a needle holder 5, in which a puncture needle 3 with a central conductor 4 is fixed, passing through the matching sleeve 2.
Монополь-вибратор 1 соединен с СВЧ-генератором 9 через согласователь 6, рефлектометр 7 и СВЧ-усилитель 8. Излучающий монополь-вибратор 1 конструктивно может быть помещен на конце пункционной иглы 3 или на конце гибкого радиочастотного фидера с диаметром, не превышающим 1 мм, что дает возможность доставить его к любой анатомически доступной точке организма. Пункционная игла 3 закреплена в иглодержателе 5, совмещенном с радиочастотным разъемом, и выполняет функцию внешнего проводника волноведущей коаксиальной линии. Важнейшей деталью данной конструкции является несимметричный монополь-вибратор 1, относящийся к классу антенн для материальных сред. Ближняя зона такой антенны представляет собой сферу вокруг излучателя с радиусом, близким к λт/4, где λт - длина волны проходящего ткань излучения.The monopole-vibrator 1 is connected to the microwave generator 9 through the coordinator 6, the reflectometer 7 and the microwave amplifier 8. The emitting monopole-vibrator 1 can be structurally placed at the end of the puncture needle 3 or at the end of a flexible RF feeder with a diameter not exceeding 1 mm, which makes it possible to deliver it to any anatomically accessible point in the body. The puncture needle 3 is fixed in the needle holder 5, combined with a radio frequency connector, and performs the function of an external conductor of a waveguide coaxial line. The most important part of this design is the asymmetric monopole-vibrator 1, which belongs to the class of antennas for material media. The near zone of such an antenna is a sphere around the emitter with a radius close to λ t / 4, where λ t is the wavelength of the radiation passing through the fabric.
СВЧ-генератор 9 имеет рабочий диапазон частот в интервале от 1,8 до 3,2 ГГц. Модуляционный вход СВЧ-генератора 9 подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 10, имеющего широкий диапазон изменения отношения импульс-пауза (τ/Т). Здесь τ - длительность импульса, Т - период повторения импульсов. При изменении отношения τ/Т в пределах 1/2 до 1/200 средняя мощность на выходе генератора изменяется от 0,1 до 0,001 Вт. Таким образом осуществляется управление мощностью в широких пределах. За счет изменения величины подаваемой мощности возможен выбор режимов воздействия - от терапевтического до деструктивного, причем в строго ограниченной области. The microwave generator 9 has a working frequency range in the range from 1.8 to 3.2 GHz. The modulation input of the microwave generator 9 is connected to the output of the pulse-width modulator 10, having a wide range of changes in the ratio of the pulse-pause (τ / T). Here τ is the pulse duration, T is the pulse repetition period. When the ratio τ / T is changed within 1/2 to 1/200, the average power at the generator output varies from 0.1 to 0.001 W. Thus, power control is carried out over a wide range. Due to the change in the magnitude of the supplied power, a choice of exposure modes is possible - from therapeutic to destructive, and in a strictly limited area.
СВЧ-генератор 9 соединен с клавиатурой 16. Задавая рабочую частоту генератора с клавиатуры 16, можно выбирать размеры ближней зоны облучения, в которой происходит выделение около 90% СВЧ-мощности, поступающей на излучатель. The microwave generator 9 is connected to the keyboard 16. By setting the operating frequency of the generator from the keyboard 16, you can select the size of the near radiation zone, in which about 90% of the microwave power supplied to the emitter is released.
СВЧ-сигналы поступают на монополь-вибратор 1, соединеный через согласователь 6 с первичной линией рефлектометра 7, подключенной к выходу СВЧ-усилителя 8 от СВЧ-генератора 9, управляемого широтно-импульсным модулятором 10. Он в свою очередь получает сигналы управления от контроллера 14 через генератор прямоугольных импульсов 15, формирующий импульсы опорной частоты и импульсы, соответствующие заданным интервалам времени. Microwave signals are fed to a monopole-vibrator 1, connected through a coordinator 6 to the primary line of the reflectometer 7, connected to the output of the microwave amplifier 8 from the microwave generator 9, controlled by a pulse-width modulator 10. It, in turn, receives control signals from the controller 14 through a rectangular pulse generator 15, which generates pulses of the reference frequency and pulses corresponding to the specified time intervals.
Автоматическое слежение за температурой тканей, окружающих монополь-вибратор 1, осуществляется по цепочке, образованной монополь-вибратором 1, согласователем 6, рефлектометром 7, подключенным через вторичную линию к входу радиометрического приемника 17, соединенного с радиотермометром 18, контроллером 14, генератором прямоугольных импульсов 15, широтно-импульсным модулятором 10, СВЧ-генератором 9 и СВЧ-усилителем 8, включенными последовательно. Automatic monitoring of the temperature of the tissues surrounding the monopole-vibrator 1 is carried out along the chain formed by the monopole-vibrator 1, coordinator 6, reflectometer 7, connected via a secondary line to the input of the radiometric receiver 17 connected to the radiometer 18, controller 14, and square-wave pulse generator 15 , a pulse-width modulator 10, a microwave generator 9, and a microwave amplifier 8, connected in series.
Рефлектометр 7 содержит волноведущую первичную линию и две вторичные линии с плечами ответвлений прямого и отраженного сигналов, слабо связанных с первичной линией. The OTDR 7 contains a waveguide primary line and two secondary lines with the arms of the branches of the direct and reflected signals weakly connected with the primary line.
Автоматическое слежение и поддержание необходимого уровня радиоволнового согласования монополь-вибратора 1 с тканями его окружающими осуществляется по цепочке, образованной согласователем 6, рефлектометром 7, подключенным выходами плеч вторичной линии на входы детекторных секций 11, 12, выходные сигналы которых далее поступают на аналоговый делитель 13, формирующий сигнал, пропорциональный величине коэффициента отражения падающего СВЧ-излучения на монополь-вибратор 1. Далее цепочка продолжается подключением выхода аналогового делителя 13 к входу контроллера 14, где происходит сравнение поступающих сигналов с заданным максимально допустимым значением. В случае превышения допустимых значений контроллером 14 вырабатываются управляющие команды, поступающие на вход управления согласователя 6 по восьмиразрядной шине. По этим командам согласователь 6 производит компенсацию реактивных составляющих входного сопротивления монополь-вибратора 1 до возвращения в допустимый интервал согласования. Automatic tracking and maintenance of the required level of radio-wave matching of the monopole-vibrator 1 with the surrounding tissues is carried out along the chain formed by the coordinator 6, the reflectometer 7, connected by the outputs of the secondary line arms to the inputs of the detector sections 11, 12, the output signals of which are then sent to the analog divider 13, generating a signal proportional to the reflection coefficient of the incident microwave radiation to the monopole-vibrator 1. Next, the chain continues by connecting the output of the analog divider 13 to the input of the controller 14, where the incoming signals are compared with a given maximum allowable value. In case of exceeding the permissible values by the controller 14, control commands are generated that are received at the control input of the coordinator 6 via an eight-bit bus. According to these commands, the coordinator 6 compensates for the reactive components of the input resistance of the monopole-vibrator 1 until it returns to the acceptable coordination interval.
Контроллер 14 содержит регулируемый источник опорного напряжения, величина которого определяет температурный порог. Если температура поднимается выше пороговой, то вырабатывается сигнал блокировки. По этому сигналу контроллер 14 выдает команду на выключение ШИМ 10 (τ=0). Так обеспечивается защита от перегрева здоровых участков тела пациента при гипертермии. The controller 14 contains an adjustable reference voltage source, the value of which determines the temperature threshold. If the temperature rises above the threshold, a blocking signal is generated. According to this signal, the controller 14 issues a command to turn off the PWM 10 (τ = 0). This provides protection against overheating of healthy areas of the patient's body with hyperthermia.
Устройство позволяет подбирать необходимые для поставленной задачи рабочие частоты. Для этого оно оснащено индикатором скорости изменения температуры 19, который подключен к выходу радиотермометра 18. Индикатор 19 имеет две функции: показывает скорость изменения температуры облучаемой области тела и выделяет контрастной цветной подсветкой максимальные значения. Выбор рабочей частоты осуществляется по признаку максимума скорости возрастания температуры, так как это соответствует максимальному поглощению СВЧ-излучения, обрабатываемой областью тела. The device allows you to select the working frequencies necessary for the task. For this, it is equipped with a temperature change rate indicator 19, which is connected to the output of the radiometer 18. Indicator 19 has two functions: it shows the rate of change of temperature of the irradiated area of the body and highlights the maximum values with contrasting color illumination. The choice of the operating frequency is carried out on the basis of the maximum rate of temperature increase, since this corresponds to the maximum absorption of microwave radiation processed by the body area.
В заявляемом устройстве приняты меры для автоматической подстройки согласования СВЧ-усилителя с монополь-вибратором 1, что позволяет в процессе разогрева тканей тела исключить потери СВЧ-мощности на отражение и повысить точность измерения температуры. Подстройка осуществляется согласователем 6, выполненным на коммутируемых отрезках полосковых линий. Его радиочастотный вход подключен к первичной линии рефлектометра 7. In the inventive device, measures have been taken to automatically fine-tune the matching of the microwave amplifier with the monopole-vibrator 1, which allows us to eliminate the loss of microwave power in reflection during the heating of body tissues and improve the accuracy of temperature measurement. The adjustment is carried out by the coordinator 6, performed on the switched segments of strip lines. Its radio frequency input is connected to the primary line of the OTDR 7.
Перед назначением СВЧ-терапии проводят общеклиническое обследование больного, включающее общий анализ крови, биохимическое исследование крови, определяют состояние свертывающей и антикоагулянтной систем крови, ЭКГ. При компьютерно-томографическом исследовании уточняют локализацию патологического очага и наносят стереотаксическую разметку при помощи "брилиантовой зелени". После чего производят пункционное подведение иглы с монополь-вибратором 1 к патологическому очагу. При необходимости пункцию выполняют под контролем компьютерного томографа или рентгеновского электронно-оптического преобразователя. Монополь-вибратор 1 подключают через гибкий коаксиальный волновод к выходу согласователя 6 устройства для электромагнитной терапии. Before the appointment of microwave therapy, a general clinical examination of the patient is carried out, including a general blood test, a biochemical blood test, the condition of the coagulation and anticoagulant blood systems, ECG are determined. When computed tomography examines, the localization of the pathological focus is clarified and stereotactic marking is applied using the "brilliant green". Then produce a puncture summing of the needle with a monopole-vibrator 1 to the pathological focus. If necessary, the puncture is performed under the control of a computer tomograph or an X-ray electron-optical converter. The monopole-vibrator 1 is connected through a flexible coaxial waveguide to the output of the coordinator 6 of the device for electromagnetic therapy.
Для приведения устройства в действие его подключают с сети переменного тока 220 В, 50 Гц. С помощью клавиатуры 16 блока управления 21 выбирают необходимые рабочие параметры терапевтического воздействия, в зависимости от поставленной задачи и свойств облучаемой ткани, после чего запускают процесс. To bring the device into action, it is connected from an AC network of 220 V, 50 Hz. Using the keyboard 16 of the control unit 21, the necessary operating parameters of the therapeutic effect are selected, depending on the task and the properties of the irradiated tissue, and then the process is started.
После запуска устройства контроллер 14 включает генератор прямоугольных импульсов 15 с частотой повторения, длительностью и амплитудой выходных импульсов заданного режима. Импульсы с генератора прямоугольных импульсов 15 поступают на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 10, где преобразуются в импульсы управляемой длительности. Импульсы от ШИМ 10 запускают СВЧ-генератор 9 на время своей длительности. Радиоимпульсы с выхода СВЧ-генератора 9 поступают на СВЧ-усилитель 8, где пиковая мощность радиоимпульсов достигает 25 Вт. С выхода СВЧ-усилителя 8 сигналы поступают на рефлектометр 7, выполненный на связанных линиях с разными значениями переходного ослабления. В соответствующие плечи вторичной линии рефлектометра 7 ответвляется незначительная часть прямого и отраженного сигналов. С выходов обоих плеч ответвленные сигналы поступают на детекторные секции 11 и 12, где происходит их выпрямление и усреднение с постоянной времени, превышающей период повторения импульсов. Другая вторичная линия рефлектометра 7 слабо связана с первичной линией и нагружена согласованным сопротивлением в плече падающего сигнала, а выход плеча отраженного сигнала нагружен на вход радиометрического приемника 17. After starting the device, the controller 14 includes a rectangular pulse generator 15 with a repetition rate, duration and amplitude of the output pulses of a given mode. The pulses from the rectangular pulse generator 15 are fed to the input of a pulse-width modulator (PWM) 10, where they are converted into pulses of controlled duration. The pulses from the PWM 10 start the microwave generator 9 for the duration of its duration. The radio pulses from the output of the microwave generator 9 are fed to the microwave amplifier 8, where the peak power of the radio pulses reaches 25 watts. From the output of the microwave amplifier 8, the signals are fed to an OTDR 7 made on coupled lines with different values of transition attenuation. An insignificant part of the direct and reflected signals branches off into the corresponding shoulders of the secondary line of the OTDR 7. From the outputs of both arms, the branched signals arrive at the detector sections 11 and 12, where they are rectified and averaged with a time constant exceeding the pulse repetition period. Another secondary line of the OTDR 7 is loosely connected to the primary line and is loaded with a matched resistance in the shoulder of the incident signal, and the output of the arm of the reflected signal is loaded at the input of the radiometric receiver 17.
С выхода первичной линии рефлектометра 7 СВЧ-излучение поступает на вход согласователя 6, управляемого контроллером 14. Согласователь 6 выполнен на коммутируемых pin-диодами отрезках полосковых линий и связан восьмиразрядной шиной с контроллером 14. С выхода согласователя 6 СВЧ-излучение поступает на вход монополь-вибратора 1 через фидер, образованный пункционной иглой 3 и центральным проводником 4. Монополь-вибратор 1 имеет длину, равную λг4 = c/4f√ε, где λт - длина волны в тканях тела, f - частота генератора, с - скорость света в свободном пространстве, ε - величина диэлектрической постоянной тела на рабочей частоте (ε≈48). Монополь-вибратор 1, являясь согласованной для тканей тела человека антенной, почти полностью закачивает СВЧ-излучение в область ближней зоны. Размеры ближней зоны в области размещения монополь-вибратора 1 для тканей тела человека менее чем λт/4, что обусловлено главным образом сильным поглощением СВЧ-излучения биотканями.From the output of the primary line of the OTDR 7, the microwave radiation goes to the input of the coordinator 6 controlled by the controller 14. The coordinator 6 is made on segments of strip lines switched by pin diodes and connected by an eight-bit bus to the controller 14. From the output of the coordinator 6, the microwave radiation goes to the monopole input vibrator 1 through the feeder formed by the puncture needle 3 and the central conductor 4. The monopole-vibrator 1 has a length equal to λ g 4 = c / 4f√ε, where λ t is the wavelength in the body tissues, f is the generator frequency, s is the speed light in free space In fact, ε is the dielectric constant of the body at the operating frequency (ε≈48). Monopole-vibrator 1, being an antenna consistent for human body tissues, almost completely pumps microwave radiation into the region of the near zone. The size of the near zone in the area of placement of the monopole-vibrator 1 for tissues of the human body is less than λ t / 4, which is mainly due to the strong absorption of microwave radiation by biological tissues.
Однако в процессе поиска оптимальной рабочей частоты и в режиме гипертермии качество согласования монополь-вибратора 1 с тканями тела человека может заметно ухудшиться. Поэтому возникла необходимость использования в заявленном устройстве управляемого согласователя 6 для подстройки согласования. Цепь, образованная согласователем 6, рефлектометром 7, подключенным выходами плеч вторичной линии на входы детекторных секций 11, 12, сигналы которых далее поступают на аналоговый делитель 13, соединенный с входом контроллера 14, где происходит сравнение поступающих сигналов с заданным максимально допустимым значением, представляет собой следящую систему. Аналоговый делитель 13 улучшает автоподстройку согласования исключением влияния нестабильности в работе СВЧ-усилителя и СВЧ-генератора. Он формирует напряжение, зависящее прямо пропорционально от величины коэффициента отражения антенного узла ur=kR, где k - коэффициент преобразования, R - коэффициент отражения. С выхода аналогового делителя 13 напряжение UR поступает в контроллер 14 и сравнивается с опорным уровнем U0, превышение которого приводит к формированию разностного сигнала 
Если величина коэффициента отражения падающего СВЧ-излучения на монополь-вибратор 1 снова превысит максимально допустимое значение, то контроллер 14 начнет вырабатывать управляющие команды, поступающие на вход согласователя 6 по восьмиразрядной шине. По этим командам в согласователе 6 коммутируются подстроечные элементы так, что идет компенсация реактивных составляющих входного сопротивления монополь-вибратора 1 до возвращения в допустимый интервал согласования. If the reflection coefficient of the incident microwave radiation to the monopole-vibrator 1 again exceeds the maximum allowable value, then the controller 14 will begin to generate control commands received at the input of the coordinator 6 via an eight-bit bus. For these commands, trimmer elements are switched in the coordinator 6 so that the reactive components of the input impedance of the monopole-vibrator 1 are compensated until they return to the allowable matching interval.
Отраженное и собственное СВЧ-излучение из области воздействия передаются монополь-вибратором 1 через согласователь 6 на первичную линию рефлектометра 7. Малая часть этого излучения ответвляется в обе связанные вторичные линии рефлектометра 7. С выхода одной вторичной линии рефлектометра 7 отраженные сигналы поступают на вход детекторной секции 12, а с выхода другой вторичной линии рефлектометра 7 сигналы, пропорциональные интенсивности собственного СВЧ-излучения биоткани, из области воздействия поступают на вход радиометрического приемника 17. С выхода радиометрического приемника 17 усиленные и преобразованные сигналы, связанные с температурой облучаемой области линейным соотношением U=MkБTGΔf (kБ - постоянная Больцмана, Т - температура, М - коэффициент передачи приемника, G - коэффициент передачи антенного узла, Δf - полоса приема), поступают на вход радиотермометра 18, где формируется линейно изменяющееся напряжение, соответствующее диапазону измеряемых температур от 30 до 65oС. Далее привязанное к температуре напряжение поступает в контроллер 14, где сравнивается с заданным в используемом режиме работы значением. Разностный сигнал поступает на ШИМ 10 и уменьшает длительность импульсов при перегреве или увеличивает при уменьшении температуры ниже заданной. Далее эти импульсы подаются на управляющий вход СВЧ-генератора, соответственно меняя отношение импульс-пауза (τ/Т) в пределах 1/2 до 1/200. При этом средняя мощность на выходе генератора изменяется от 0,1 до 0,001 Вт. Таким образом осуществляется управление мощностью в широких пределах, что позволяет с большой точностью выдерживать заданные режимы гипертермии биотканей.The reflected and intrinsic microwave radiation from the exposure area is transmitted by the monopole-vibrator 1 through the coordinator 6 to the primary line of the reflectometer 7. A small part of this radiation is branched into both connected secondary lines of the reflectometer 7. From the output of one secondary line of the reflectometer 7, the reflected signals are fed to the input of the detector section 12, and from the output of the other secondary line of the OTDR 7, signals proportional to the intensity of the intrinsic microwave radiation of the biological tissue are fed to the input of the radiometric reception nickname 17. From the output of the radiometric receiver 17, the amplified and converted signals associated with the temperature of the irradiated region are linearly correlated with U = Mk B TGΔf (k B is the Boltzmann constant, T is the temperature, M is the gain of the receiver, G is the gain of the antenna unit, Δf - the reception band), are fed to the input of the radiometer 18, where a linearly varying voltage is generated corresponding to the range of measured temperatures from 30 to 65 o C. Next, the voltage associated with the temperature enters the controller 14, where it is compared with the specified the operating mode used by the value. The difference signal is fed to PWM 10 and reduces the pulse duration during overheating or increases when the temperature decreases below a predetermined one. Further, these pulses are fed to the control input of the microwave generator, respectively changing the ratio of the pulse-pause (τ / T) in the range 1/2 to 1/200. In this case, the average power at the generator output varies from 0.1 to 0.001 watts. Thus, power control is carried out over a wide range, which makes it possible to withstand the specified hyperthermia regimes of biological tissues with great accuracy.
Подбор и коррекцию рабочих частот можно производить в процессе терапевтических процедур при наблюдении по индикатору 19 за скоростью роста температуры тканей тела, используя уровни мощности, характерные для гипертермии. Критерием выбора при этом служит простой максимум скорости роста температуры, найденный при изменении рабочей частоты в интервале допустимых значений (1,8-3,2 ГГц). Скорость роста температуры тканей тела находится в прямой зависимости от величины коэффициента поглощения ими СВЧ-излучения. Чем интенсивнее происходит поглощение СВЧ-энергии тканью тела, тем выше эффективность взаимодействия клеточных структур с электромагнитным полем. Таким образом, поиск рабочей частоты по признаку максимального поглощения вполне логичен при достаточно широком интервале рабочих частот устройства. Значения рабочих частот задают с клавиатуры 16, присоединенной к управляющему входу СВЧ-генератора 9. Для перехода к режиму выбора рабочей частоты нужно перейти к соответствующему режиму работы. С клавиатуры производится выбор и запуск всех режимов работы устройства, разработанных для терапии разного уровня от низкоинтенсивного СВЧ-воздействия до мощной гипертермии. The selection and correction of operating frequencies can be performed in the process of therapeutic procedures when observing, according to indicator 19, the rate of increase in body tissue temperature using power levels characteristic of hyperthermia. In this case, the selection criterion is the simple maximum of the temperature growth rate, found when the operating frequency changes in the range of permissible values (1.8-3.2 GHz). The rate of increase in body tissue temperature is directly dependent on the magnitude of their absorption coefficient of microwave radiation. The more intense the absorption of microwave energy by body tissue, the higher the efficiency of the interaction of cellular structures with an electromagnetic field. Thus, the search for the operating frequency based on the maximum absorption is quite logical for a fairly wide range of operating frequencies of the device. The values of the operating frequencies are set using the keyboard 16 connected to the control input of the microwave generator 9. To switch to the operating frequency selection mode, you need to switch to the corresponding operating mode. Using the keyboard, you can select and start all the operating modes of the device designed for the treatment of various levels from low-intensity microwave exposure to powerful hyperthermia.
Устройство питается электрической энергией от вторичных источников, расположенных в блоке питания 20 и гальванически развязанных от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Блок питания 20 потребляет не более 60 Вт и подключается к обычной сети переменного тока. The device is powered by electric energy from secondary sources located in the power supply unit 20 and galvanically isolated from the AC 220 V, 50 Hz. The power supply 20 consumes no more than 60 watts and is connected to a conventional AC network.
После окончания СВЧ-воздействия на пораженный участок тканей и органов тела пациента устройство для электромагнитного излучения отключают от сети, отсоединяют гибкий коаксиальный волновод от радиочастотного разъема, размещенного на иглодержателе 5, а антенный узел 1-5 удаляют из тела. Место укола обрабатывают спиртом и йодом. Результат СВЧ-воздействия контролируется компьютерно-томографическими и ультразвуковыми методами исследования в динамике. After the microwave exposure to the affected area of the tissues and organs of the patient’s body is completed, the electromagnetic radiation device is disconnected from the network, the flexible coaxial waveguide is disconnected from the radio frequency connector located on the needle holder 5, and the antenna assembly 1-5 is removed from the body. The injection site is treated with alcohol and iodine. The result of microwave exposure is controlled by computed tomography and ultrasound methods in dynamics.
Данное устройство апробировано в эксперименте на животных и показало положительные результаты. Неоспоримым преимуществом продемонстрированных экспериментов является непрерывное слежение за результатами воздействия СВЧ-облучения и наличие возможности варьирования параметров в процессе терапии для подбора оптимальных значений. This device has been tested in an animal experiment and has shown positive results. The indisputable advantage of the demonstrated experiments is the continuous monitoring of the results of exposure to microwave radiation and the possibility of varying the parameters during therapy to select the optimal values.
Терапевтическое действие СВЧ-излучения на ткани пораженного участка органа или тела человека при гипертермии обусловлено угнетением клеточных структур при разогреве до критических температур. Механизмы нетеплового воздействия СВЧ-излучения на ткани и органы сложны, многогранны и еще слабо изучены. До сих пор нет удовлетворительно работающих теоретических моделей взаимодействия СВЧ-излучения с клеточными ассоциациями органов и тканей. The therapeutic effect of microwave radiation on the tissues of the affected area of the organ or body of a person with hyperthermia is due to inhibition of cell structures when heated to critical temperatures. The mechanisms of non-thermal effects of microwave radiation on tissues and organs are complex, multifaceted and still poorly understood. There are still no satisfactory theoretical models for the interaction of microwave radiation with cellular associations of organs and tissues.
Медико-социальный эффект заявляемого устройства заключается в том, что оно пополняет класс медицинской наукоемкой техники и адаптировано к современным средствам программного управления. Устройство может быть использовано в медицинских центрах высококвалифицированными специалистами для лечения заболеваний самого разнообразного профиля: онкология, урология, травматология и ортопедия, нейрохирургия, сосудистая хирургия и др. The medical and social effect of the claimed device lies in the fact that it replenishes the class of medical high-tech equipment and is adapted to modern software control tools. The device can be used in medical centers by highly qualified specialists for the treatment of diseases of various profiles: oncology, urology, traumatology and orthopedics, neurosurgery, vascular surgery, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102144/14A RU2209096C1 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Device for applying electromagnetic therapy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102144/14A RU2209096C1 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Device for applying electromagnetic therapy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2209096C1 true RU2209096C1 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29211422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102144/14A RU2209096C1 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Device for applying electromagnetic therapy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2209096C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626899C2 (en) * | 2012-08-27 | 2017-08-02 | Ксакс Кфт. | Rf hyperthermia device for personalized treatment and diagnosis |
| RU2735496C1 (en) * | 2020-05-18 | 2020-11-03 | Александр Ильич Тома | Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues |
-
2002
- 2002-01-23 RU RU2002102144/14A patent/RU2209096C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626899C2 (en) * | 2012-08-27 | 2017-08-02 | Ксакс Кфт. | Rf hyperthermia device for personalized treatment and diagnosis |
| RU2735496C1 (en) * | 2020-05-18 | 2020-11-03 | Александр Ильич Тома | Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6026331A (en) | Treatment apparatus | |
| US5344435A (en) | Urethral inserted applicator prostate hyperthermia | |
| US20140065664A1 (en) | Microwave devices for treating biological samples and tissue and methods for using the same | |
| Taylor | Implantable radiators for cancer therapy by microwave hyperthermia | |
| CN101410068A (en) | Energy delivery system | |
| Bolmsjö et al. | The heat is on—but how? A comparison of TUMT devices | |
| JP2011189122A (en) | System and method for monitoring ablation size | |
| JP7217976B2 (en) | Device for thermal treatment of ligaments | |
| Deardorff et al. | Control of interstitial thermal coagulation: comparative evaluation of microwave and ultrasound applicators | |
| Rappaport | Treating cardiac disease with catheter-based tissue heating | |
| RU2209096C1 (en) | Device for applying electromagnetic therapy | |
| US20190125443A1 (en) | System for delivering hyperthermia treatments | |
| US6210314B1 (en) | Prostate radiotherapy apparatus | |
| JP2022548885A (en) | Electrosurgical device for treating living tissue with microwave energy and method for controlling microwave energy | |
| RU2411019C1 (en) | Microwave apparatus for destruction of new growths and pathologically changed tissues | |
| RU2368406C2 (en) | Method and device for destroying malignant tumours | |
| RU22880U1 (en) | MICROTHERAPY DEVICE | |
| KR20150046510A (en) | A system for operating tumor using microwave | |
| RU2735496C1 (en) | Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues | |
| Fiore et al. | Temperature-sensitive experimental medical treatments with solid-state microwave generator | |
| Levendag et al. | Interstitial radiation and/or interstitial hyperthermia for advanced and/or recurrent cancers in the head and neck: a pilot study | |
| JPH09192243A (en) | Mri treatment system | |
| CN1295872A (en) | Microwave radiation cancer-curing apparatus and its acupuncture application | |
| RU139776U1 (en) | INSTALLATION FOR RADIO FREQUENCY ABLATION | |
| RU90675U1 (en) | MICROWAVE INSTALLATION FOR DESTRUCTION OF NEW FORMATIONS AND PATHOLOGICALLY CHANGED TISSUES OF THE ORGANISM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040124 |