RU22880U1

RU22880U1 - MICROTHERAPY DEVICE

Info

Publication number: RU22880U1
Application number: RU2002101821/20U
Authority: RU
Inventors: И.И. Жаденов; А.И. Тома; А.В. Елкин; А.С. Колмыкова; В.И. Тома
Original assignee: Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2002-05-10

Abstract

Прибор для СВЧ-терапии, содержащий антенный узел, соединенный с СВЧ-генератором, который соединен с узлом обратной связи по температуре, включающим радиометрический приемник и импульсный модулятор, выход которого соединен с входом генератора СВЧ-колебаний, и имеющий детекторный узел, генератор прямоугольных импульсов, индикатор температуры, отличающийся тем, что в него введены антенный зонд, выполненный на базе инъекционной иглы с монополь-вибратором СВЧ-диапазона на рабочем конце, рефлектометр, СВЧ-усилитель, радиометрический приемник, две детекторные секции, согласователь и микрокомпьютер с аналого-цифровым преобразователем, причем соединение элементов осуществлено следующим образом: генератора СВЧ с антенным узлом - последовательно через СВЧ-усилитель, рефлектометр, согласователь; микрокомпьютера - с согласователем, радиометрическим приемником, детекторными секциями, генератором через импульсный модулятор.A microwave therapy device comprising an antenna assembly connected to a microwave generator, which is connected to a temperature feedback assembly including a radiometric receiver and a pulse modulator, the output of which is connected to the input of a microwave oscillation generator, and having a detector assembly, a square-wave pulse generator , temperature indicator, characterized in that an antenna probe is inserted into it, made on the basis of an injection needle with a monopolar microwave vibrator at the working end, reflectometer, microwave amplifier, radiometric receiver Two detector sections matcher and the microcomputer to an analog-digital converter, wherein the connection elements realized as follows: the microwave generator to the antenna assembly - sequentially through microwave amplifier reflectometer matcher; microcomputer - with a coordinator, radiometric receiver, detector sections, a generator through a pulse modulator.

Description

рой также соединен основной канал корпуса.The swarm is also connected to the main channel of the housing.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности воздействия на локализованную область, в связи с тем, что радиус зоны ВЧ - нагрева превышает размеры устройства, а так же 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 inability to affect the 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 61N 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, широтноимпульсный 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 No. 1779395 IPC A 61N 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 to dielectric parameters patient 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, за счет присутствия 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 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, невозможно применение его для локального воздействия с минимальным теплопереносом в окружающие ткани, и в нбм отсутствует возможность оптимального подбора рабочих частот для разных органов.However, this device cannot be used for interstitial and cavity microwave exposure, it is impossible to use it for local exposure with minimal heat transfer to surrounding tissues, and in the NBM there is no possibility of optimal selection of operating frequencies for different organs.

Задача полезной модели - повышение эффективности лечения за счет возможности доставки СВЧ -излучателя к любой анатомически доступной точке тела.The objective of the utility model is to increase the effectiveness of treatment due to the possibility of delivering a microwave emitter to any anatomically accessible point in the body.

Сущность полезной модели заключается в том, что в прибор для СВЧ-терапии, содержащем антенный узел, соединенный с СВЧ-генератором, который соединен с узлом обратной связи по температуре, включающем радиометрический приемник и импульсный модулятор, выход которого соединен с входом генератора СВЧ колебаний, и имеющий детекторный узел, генератор прямоугольных импульсов, индикатор температуры, введены: антенный зонд, выполненный на базе инъекционной иглы с монопольвибратором СВЧ диапазона на рабочем конце, рефлектометр, СВЧ-усилитель, радиометрический приёмник, две детекторные секции, согласователь и микрокомпьютер с аналого-цифровым преобразователем, причем соединение элементов осуществлено следующим образом: генератора СВЧ с антенным узлом - последовательно через СВЧ-усилитель, рефлектометр, согласователь;The essence of the utility model is that in the device for microwave therapy containing an antenna unit connected to a microwave generator, which is connected to a temperature feedback unit, including a radiometric receiver and a pulse modulator, the output of which is connected to the input of a microwave oscillator, and having a detector unit, a rectangular pulse generator, a temperature indicator, the following are introduced: an antenna probe made on the basis of an injection needle with a microwave range monopolyvibrator at the working end, a reflectometer, a microwave amplifier, for metric receiver, two detector sections matcher and the microcomputer to an analog-digital converter, wherein the connection elements realized as follows: the microwave generator to the antenna assembly - sequentially through microwave amplifier reflectometer matcher;

микрокомпьютера - с согласователем, радиометрическим приёмником, детекторнымиmicrocomputers - with coordinator, radiometric receiver, detector

секциями, генератором через импульсный модулятор.sections, the generator through a pulse modulator.

Заявляемый прибор иллюстрируется блок-схемой, представленной на рис. , где позициями обозначено: 1 - монополь-вибратор; 2 - согласующая муфта; 3 - антенная игла; 4 - центральный проводник коаксиального волновода; 5 - иглодержатель; 6 - согласователь; 7 - рефлектометр; 8 - усилитель СВЧ; 9 - генератор СВЧ; 10 - модулятор; 11 - детектор 1; 12 - детектор 2; 13 - радиометрический приемник; 14 - микрокомпьютер с АЦП; 15 - источник питания.The inventive device is illustrated by the block diagram shown in Fig. , where the positions indicated: 1 - monopole-vibrator; 2 - matching clutch; 3 - antenna needle; 4 - the central conductor of the coaxial waveguide; 5 - needle holder; 6 - coordinator; 7 - reflectometer; 8 - microwave amplifier; 9 - microwave generator; 10 - modulator; 11 - detector 1; 12 - detector 2; 13 - radiometric receiver; 14 - microcomputer with ADC; 15 - power source.

В заявляемой полезной модели используется миниатюрный излучатель СВЧдиапазона - несимметричный монополь-вибратор 1, согласованный в широкой полосе частот от 1,8 до 3,2 ГГц, который конструктивно помещен на конце антенной иглы 3 с диаметром, не превышающим 1мм, что даёт возможность доставить его к анатомически доступным глубинным мягкотканым структурам организма человека. Несимметричный монополь-вибратор 1, относится к классу антенн в материальной среде. Ближняя зона такой антенны представляет собой сферу вокруг излучателя с радиусом близким к Кг (длина волны проходящего ткань излучения). За счет изменения рабочей частоты можно выбирать размеры ближней зоны облучения, в которой происходит выделение около 90% СВЧ - мощности подаваемой к излучателю. Причем за счет изменения подаваемой мощности возможен режим воздействия от терапевтического до деструктивного в строго ограниченной области. Данный режим работы возможен за счет конструктивной особенности заявляемого прибора, которая заключается в том, блоки, узлы и детали, представленные на рис.1, соединены в соответствии с функциональным назначением следующим образом:The claimed utility model uses a miniature microwave emitter - an asymmetric monopole-vibrator 1, matched in a wide frequency band from 1.8 to 3.2 GHz, which is structurally placed at the end of the antenna needle 3 with a diameter not exceeding 1 mm, which makes it possible to deliver it to anatomically accessible deep soft tissue structures of the human body. Asymmetric monopole-vibrator 1, belongs to the class of antennas in the material environment. The near zone of such an antenna is a sphere around the emitter with a radius close to Kg (wavelength of radiation passing through the fabric). By changing the operating frequency, it is possible to choose the size of the near irradiation zone, in which about 90% of the microwave power is supplied - the power supplied to the emitter. Moreover, due to changes in the supplied power, a mode of exposure from therapeutic to destructive in a strictly limited area is possible. This mode of operation is possible due to the design feature of the claimed device, which consists in the units, nodes and parts shown in Fig. 1, connected in accordance with the functional purpose as follows:

Антенный узел (миниатюрный излучатель СВЧ-диапазона), согласованный в широкой полосе частот от 1,8 до 3,2 ГГц, соединён с СВЧ-генератором 9 через согласователь 6, рефлектометр 7 и СВЧ- усилитель 8.The antenna assembly (miniature microwave emitter), matched in a wide frequency band from 1.8 to 3.2 GHz, is connected to the microwave generator 9 through a coordinator 6, a reflectometer 7 and a microwave amplifier 8.

Генератор 9 имеет рабочий диапазон частот в интервале от 1,8 до 3,2 ГГц. Модуляционный вход генератора подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 10, имеющего широкий диапазон изменения отношения импульс-пауза (т/Т). Здесь t длительность импульса, Т - период повторения импульсов. При изменении отношения т/Т в пределах Уг до Vjoo средняя мощность на выходе генератора 9 изменяется от 0,1 до 0,001 Вт. Таким образом осуществляется управление мощностью в широких пределах.The generator 9 has a working frequency range in the range from 1.8 to 3.2 GHz. The modulation input of the generator is connected to the output of the pulse-width modulator 10, having a wide range of changes in the ratio of the pulse-pause (t / T). Here t is the pulse duration, T is the pulse repetition period. With a change in the t / T ratio within the range Vy to Vjoo, the average output power of the generator 9 varies from 0.1 to 0.001 W. Thus, power control is carried out over a wide range.

За счет изменения величины подаваемой мощности возможен выбор режимов воздействия - от терапевтического до деструктивного, причем в строго ограниченной области.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 соединён с антенным узлом в виде антенной иглы 3 через СВЧусилитель 8, рефлектометр 7, согласователь 6, а с микрокомпьютером 14 через модулятор 10. Задавая рабочую частоту генератора 9 с микрокомпьютера 14, 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 antenna assembly in the form of an antenna needle 3 through a microwave amplifier 8, a reflectometer 7, a coordinator 6, and with a microcomputer 14 through a modulator 10. By setting the operating frequency of the generator 9 from the microcomputer 14, it is possible to select the sizes of the near irradiation zone in which the release of about 90% of the microwave power supplied to the emitter.

Антенный узел соединён с микрокомпьютером 14 через согласователь 6 и подключён к через АЦП к детекторным секциям 11 и 12, радиометрическому приёмнику 13, импульсному модулятору 10. Импульсный модулятор 10 подключён к модуляционному входу СВЧ генератора, соединённого с антенным узлом последовательно через СВЧ усилитель, рефлектометр и согласователь.The antenna assembly is connected to the microcomputer 14 through the coordinator 6 and connected to the detector sections 11 and 12, the radiometric receiver 13, and the pulse modulator 10 through the ADC. coordinator.

Узел обратной связи по температуре, образован рефлектометром 7, подключённым ко входу радиометрического приёмника 13, микрокомпьютером 14, импульсным модулятором 10 и СВЧ-генератором 9, включёнными последовательно. Микрокомпьютер в выделенных ячейках памяти хранит значения опорного напряжения, соответствующие различным режимам работы, величина которого определяет температурный порог разогрева тканей тела. Если температура поднимается выше пороговой, то вырабатывается сигнал блокировки. По этому сигналу контроллер выдаёт команду на выключение ШИМ 10. Так обеспечивается защита здоровых участков тела пациента при гипертермии.The temperature feedback node is formed by a reflectometer 7 connected to the input of a radiometric receiver 13, a microcomputer 14, a pulse modulator 10, and a microwave generator 9 connected in series. The microcomputer in the selected memory cells stores the values of the reference voltage corresponding to various operating modes, the value of which determines the temperature threshold for heating the body tissues. If the temperature rises above the threshold, a blocking signal is generated. By this signal, the controller issues a command to turn off the PWM 10. This ensures the protection of healthy areas of the patient’s body during hyperthermia.

Прибор имеет режим работы, позволяющий подбирать необходимые для поставленной задачи рабочие частоты. Выбор рабочей частоты осуществляется по признаку максимума скорости возрастания температуры.The device has an operating mode that allows you to select the operating frequencies necessary for the task. The choice of the operating frequency is carried out on the basis of the maximum rate of temperature increase.

В заявляемое устройство введен узел автоматической подстройки согласования СВЧ усилителя 8 с антенной, позволяющее исключить потери СВЧ мощности на отражение в процессе разогрева тканей тела и повысить точность измерения температуры. Узел образуется: согласователем 6 на коммутируемых отрезках полосковых линий, подключённым к рефлектометру 7, выполненному на базе направленного ответвителя; детекторными секциями 11 и 12 подключёнными к выходам рефлектометра 7, микрокомпьютером, подключённым к выходам детекторных секций 11,12, и входу согласователя 6.In the inventive device, an automatic adjustment unit has been introduced for matching the microwave amplifier 8 with the antenna, which eliminates the loss of microwave power due to reflection during the heating of body tissues and improves the accuracy of temperature measurement. The assembly is formed by: a coordinator 6 on switched segments of strip lines connected to a reflectometer 7 made on the basis of a directional coupler; detector sections 11 and 12 connected to the outputs of the OTDR 7, a microcomputer connected to the outputs of the detector sections 11,12, and the input of the coordinator 6.

Прибор для СВЧ-терапии, содержащий антенный узел, соединенный с СВЧ-генератором, который соединен с узлом обратной связи по температуре, включающем радиометрический приемник и импульсный модулятор, выход которого соединен с входом генератора СВЧ колебаний, и имеющий детекторный узел, генератор прямоугольных импульсов, индикатор температуры, отличающийся тем, что в него введены: антенный зонд выполненный на базе инъекционной иглы с монополь-вибратором СВЧ диапазона на рабочем конце, рефлектометр, СВЧ-усилитель, радиометрический приёмник, две детекторные секции, согласователь и микрокомпьютер с аналого-цифровым преобразователем, причем соединение элементов осуществлено следующим образом: генератора СВЧ с антенным узлом - последовательно через СВЧ-усилитель, рефлектометр, согласователь;A microwave therapy device comprising an antenna assembly connected to a microwave generator, which is connected to a temperature feedback assembly including a radiometric receiver and a pulse modulator, the output of which is connected to an input of a microwave oscillation generator, and having a detector assembly, a square-wave pulse generator, temperature indicator, characterized in that it includes: an antenna probe made on the basis of an injection needle with a monopolar microwave vibrator at the working end, reflectometer, microwave amplifier, radiometric receiver Two detector sections matcher and the microcomputer to an analog-digital converter, wherein the connection elements realized as follows: the microwave generator to the antenna assembly - sequentially through microwave amplifier reflectometer matcher;

микрокомпьютера - с согласователем, радиометрическим приемником, детекторными секциями, генератором через импульсный модулятор.microcomputer - with a coordinator, radiometric receiver, detector sections, a generator through a pulse modulator.

Claims

A microwave therapy device comprising an antenna assembly connected to a microwave generator, which is connected to a temperature feedback assembly including a radiometric receiver and a pulse modulator, the output of which is connected to the input of a microwave oscillation generator, and having a detector assembly, a square-wave pulse generator , temperature indicator, characterized in that an antenna probe is inserted into it, made on the basis of an injection needle with a monopolar microwave vibrator at the working end, reflectometer, microwave amplifier, radiometric receiver Two detector sections matcher and the microcomputer to an analog-digital converter, wherein the connection elements realized as follows: the microwave generator to the antenna assembly - sequentially through microwave amplifier reflectometer matcher; microcomputer - with a coordinator, radiometric receiver, detector sections, a generator through a pulse modulator.