WO2010094442A1 - Diathermievorrichtung - Google Patents

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WO2010094442A1
WO2010094442A1 PCT/EP2010/000911 EP2010000911W WO2010094442A1 WO 2010094442 A1 WO2010094442 A1 WO 2010094442A1 EP 2010000911 W EP2010000911 W EP 2010000911W WO 2010094442 A1 WO2010094442 A1 WO 2010094442A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
distance
secondary coil
primary
diathermy device
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000911
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Bussek
Bernhard LIESENKÖTTER
Original Assignee
Zimmer Medizinsysteme Gmbh
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Publication date
Application filed by Zimmer Medizinsysteme Gmbh filed Critical Zimmer Medizinsysteme Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/54—Electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/40—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals
    • A61N1/403—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals for thermotherapy, e.g. hyperthermia

Definitions

  • the invention relates to a diathermy device comprising an applicator with a primary, i. a feed coil and a secondary, i. an active coil, wherein primary coil and secondary coil have a distance from each other.
  • Diathermy devices in particular RF (Radio Frequency) - diathermy devices, serve to achieve by using electromagnetic waves, a warming of body areas even into deeper tissue layers, which promotes blood circulation and has other positive effects on the body.
  • Diathermy in particular short-wave therapy, is thus a process in which a temperature increase is generated.
  • heat can also be generated at depth, unlike infrared wave applications in red light treatment, which primarily heat the skin surface.
  • diathermy with a diathermy device the electromagnetic waves are introduced into the body with coils or capacitors that act as antennas. In the depth and in the tissue eddy currents are induced, which lead to the development of heat.
  • Shortwave diathermy preferably takes place at a frequency of 27.12 MHz.
  • a Kurzwellendiathermie réelle with a feed coil and an active coil has become known for example from US 6,353,763 B1.
  • the applicator device comprises an active coil which, together with a capacitor, forms a resonant circuit of coil and capacitor with a resonant frequency of 27.12 MHz.
  • the applicator further includes a simple feed coil.
  • the active coil in the form of a spiral coil and the feed coil according to US 6,353,763 a fixed distance from each other.
  • the active coil in a spiral shape is a so-called Archimedean spiral. Coils formed as Archimedean spiral are characterized only by a center and a continuous change of the radius of the coil. With the help of such Archimedean coils, it is possible a
  • DD 221373 From DD 221373 an applicator for heating biological objects by currents has become known. Although a change in the field geometry can be made in DD 221373, this is achieved by a phase shift. Furthermore, in DD 221373, the feed device is larger in diameter than the power-output active coil. Another disadvantage of the device according to DD 221373 is that the entire supply is not galvanically decoupled and therefore must be grounded on one side. In DD 221373, a field geometry is changed only in that the two coils are shifted in their vertical position to each other in an x-y plane, but not by changing the distance in the z-direction perpendicular to the x-y plane. In the positional shift to each other according to DD 221373 is a pure vertical displacement.
  • a disadvantage of these systems was that the geometry of the field could be set in such an applicator in a simple way and not defined.
  • the object of the invention is thus to provide an applicator which avoids the disadvantages of the prior art and in particular makes it possible to set defined field geometries in a simple manner.
  • a diathermy device in particular a shortwave diathermy device having an applicator having a primary coil and a secondary coil coupled to the primary coil, the primary coil and the secondary coil spaced apart from each other, and the device therethrough characterized in that a device is provided with which the distance of the primary coil to the secondary coil can be changed, wherein at least the secondary coil has such a coil geometry, that by changing the distance A of the primary and secondary coil, the geometry of the generated electromagnetic field is changed, in particular such that a defined field geometry for the different distances can be adjusted.
  • the geometry of the active coil in US 6,353,763 is that of an Archimedean spiral with a center and a continuous variation of the radius.
  • dr is the derivative of the radius
  • ds is the derivative of the arc length.
  • a defined field geometry change is not possible since, as a function of the distance, the coupling factor and the field intensity can be varied by the distance variation However, the resulting field is distorted and no defined field geometry can be adjusted by the change in distance.
  • the primary and / or the secondary coil are formed as planar coils, which are formed in a first and a second plane.
  • the distance A of primary and secondary coils which can be changed by means is given by the distance of the first and second planes.
  • the coil geometry of the secondary coil in order to change the geometry of the electromagnetic field generated when changing the distance A of primary and secondary coil, chosen such that the coil, as in the prior art, for example, the US 6,353,763, but consists of at least two semicircular elements closing at one point.
  • the first semicircular element has a different radius than the adjoining second semicircular element, but it is always ensured that the radius of the first semicircular element is less than the radius of the second semicircular element.
  • the coil according to the invention comprising at least two semicircular elements closing together at one point, comprises at least two center points in contrast to the Archimedean coil according to US Pat. No. 6,353,763.
  • the radius of the coil changes from one semi-circular element to the other semi-circular element, that is, the radius does not change continuously as in the Archimedean coil, but discontinuously.
  • the radius is then constant over a circular arc section, for example over a semicircle in contrast to the Archimedean Kitchen sink.
  • all types of circular arc sections are conceivable, but the semicircle is a preferred embodiment.
  • a defined field geometry change is achieved by a distance variation in the axial direction of the secondary coil formed with a semicircular element to a primary coupling or feed coil.
  • this is based on the fact that the distance of the coil with semicircular elements remains constant even when moving the coil relative to the feed coil at least over a semicircle, whereas in an Archimedean coil this distance varies over the semicircle, resulting in a distorted field and especially none defined field geometry change leads.
  • the RF (radio-frequency) energy of the RF wave generator is preferably supplied to the first coil.
  • the secondary or second coil is part of a resonant circuit in which the energy of the first coil is coupled.
  • the resonant circuit has a resonant capacitor which, together with the coil geometry, determines the resonant frequency.
  • RF waves having a frequency in the range from 10 MHz to 80 MHz, preferably in the short-wave range from 18 MHz to 36 MHz, in particular at 27.12 MHz are preferably coupled in.
  • the power of the coupled radiation is in the range of 10 to 300 watts. This leads to currents in the range 1A to 2OA. When these currents are coupled into the resonant circuit in the case of resonance, the result is a voltage drop of, for example, about 2 kV, above the capacitor element in the resonant circuit, in particular during pulsed operation.
  • the resonance capacitor comprises a dielectric, wherein the dielectric is preferably a glass or a ceramic material which is particularly resistant to breakdown
  • the capacitor is tunable in the resonant circuit.
  • the secondary coil is designed such that the inductance of the coil can be adjusted.
  • the secondary coil may have a movable tap, for example a contact which can be moved in a slot, with which the conductor length and thus the inductance of the secondary coil can be adjusted.
  • the resonant frequency of the resonant circuit can be tuned in a simple manner such that the resonant circuit has a Q of more than 95%, in particular more than 98%.
  • the primary coil i. the coupling coil designed as a simple conductor loop and directly to the RF generator, z. B. via a coaxial cable connected.
  • the primary coil i. the coupling coil designed as a simple conductor loop and directly to the RF generator, z. B. via a coaxial cable connected.
  • Capacitor provided.
  • the coupling of primary coil and secondary coil is then purely inductive and not, as known from US 6,353,763 B1, with the aid of a primary resonant circuit.
  • this has the advantage that capacitor tolerances and, in particular, losses occurring at the capacitor can be avoided.
  • a rack, a motor or a rotary knob with a ramp which converts the rotary motion into an axial movement, can be used.
  • the diameter of the feed coil is smaller than the diameter of the power output active coil or the outer dimensions of the specially designed secondary coil with circular arc. This ensures that the step-up transformation is electromagnetically more effective than, for example, in US Pat. No. 6,353,763, in which the diameter of the feed coil is always greater or at least the same size as that of the power-output active coil.
  • the coupling of the coils is changed by the displacement in the radial direction of the feed and the active coil with special geometry to each other, thus achieving a defined field geometry change.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a diathermy device
  • FIG. 2 shows the schematic electrical construction of a diathermy device
  • Fig. 3 shows the structure of a capacitor, in particular against high
  • FIG. 4 shows a three-dimensional view of a coil according to the invention with a geometry of semicircles
  • Fig. 6c is a three-dimensional view of a field according to the prior
  • FIG. 7a-c field and field variation in the method of a coil according to the invention, as shown in Figures 5a-5b, relative to a
  • Fig. 8a is a first detailed view of the primary coil and secondary coil assembly according to the invention.
  • Fig. 8b is a second detailed view of the arrangement of primary coil and secondary coil according to the invention.
  • Fig. 9a - 9c plan view of a coil according to the invention with semicircular sections and associated feed coil and behavior at
  • FIG. 1 shows the basic structure of a diathermy device.
  • the diathermy device in the present exemplary embodiment the shortwave therapy device, comprises a shortwave generator 3, ie the generator generates RF waves in a frequency range from 10 MHz to 80 MHz 1, in particular in the shortwave range from 18 MHz to 36 MHz at 27.12 MHz.
  • the RF wave generator may include a plurality of terminals connected to a Are connected plurality of applicators 10.1, 10.2. This is beneficial, but not necessary. Over the lines, preferably coaxial cable, the first coil of the applicator RF waves are provided.
  • the RF wave generator 3 is further connected to a power source 5.
  • the applicator 10.1, 10.2 is composed in the present case of two coils.
  • the RF waves generated by the RF wave generator 3, in particular short waves, are made available to a primary coil 20.
  • the primary coil 20 couples the RF waves into a resonant circuit 22 that includes a secondary coil 24 and a resonant capacitor 26.
  • Both the coil geometry of the secondary coil 24 as the resonance capacitor 26 are tuned in capacitance and inductance such that results in the present embodiment, a resonant frequency of 27.12 MHz for the harmonic circuit.
  • the RF wave generator, z As shortwave, delivered with a frequency of 27.12 MHz and 200 to 300 watts of power, the resonant circuit absorbs this energy in the case of resonance.
  • the voltage drop across the capacitor 26 is then about 2 KV. It is particularly preferred if the adaptation of the resonant frequency of the harmonic circuit is inductive, i. by changing the inductance of the secondary coil.
  • a special capacitor may be provided which is formed as shown in FIG.
  • the capacitor according to FIG. 3 comprises an outer conductor 100 and an inner conductor 102.
  • a dielectric 104 preferably a glass or a ceramic, is arranged between outer conductor 100 and inner conductor 102.
  • the capacitor of FIG. 3 records in particular the fact that the trapped air is displaced for example by means of curing plastic material with a known dielectric constant and high heat resistance. As a result, high breakdown and flashover resistance can be achieved even at high voltage.
  • the geometry of the generated electromagnetic field i. to change the field geometry is intended to at least customize the secondary coil.
  • FIG. the coil is not formed as a spiral member as shown in US 6,353,763, but semi-circles of different radii are set to each other.
  • Such a coil geometry is indicated in detail in the exemplary embodiment according to FIGS. 5a-5b.
  • Figure 5a shows in a plan view from above the concrete embodiment of the coil
  • Figure 5b indicates in a tabular form, the upper and lower semicircles, of which the secondary coil is composed to.
  • the upper coil part 200.1 ie the part of the coil above the axis 202, on which the centers Mi, M 2 of the upper semicircles (center M 1 ) and the lower half circles (center M 2 ) are formed, composed of a total of four semicircles 210.1, 210.2, 210.3, 210.4.
  • the lower coil part 200.2, ie the part of the coil below the axis 202, comprises three semicircles 220.1, 220.2, 220.3.
  • the radii of the semicircles are now just chosen so that the first semicircle 210.1 in the upper half connects continuously to the second semicircle 220.1 of the lower half. While the
  • FIGS. 6a-6c, 7a-7c the effect that a method of the new coil has on the field geometry in comparison to a conventional coil is shown in detail.
  • Figure 6a shows the polar diagram, i. the intensity of the field at different angles in an x-y plane and for different heights in the field of a conventional spiral coil.
  • the reference numeral 100.1 denotes the height zero
  • the reference numeral 100.2 a height of +10 cm
  • the reference numeral 100.3 a height of +20 cm
  • the reference 100.4 a height of - 10 cm
  • the reference numeral 100.5 a height of -20 cm in the field
  • the heights denote the heights of the measuring probe relative to the radiating coil 206, as shown in Figure 6b, which result in an exact measurement in the laboratory.
  • the polar diagram results in a practically circular shape which does not change for different heights either.
  • the field geometry of the field emitted by the coil according to the prior art is thus essentially that of a spherical field. This is shown in detail in a 3-dimensional view in Fig. 6c.
  • the substantially spherical field 220 of a helical radiator according to the prior art is in the x-y plane (plane of the polar diagram) as well as in the z direction, which is perpendicular to the x-y plane and provides depth information shown.
  • FIGS. 5a and 5b show the radiation characteristic of the secondary coil according to the invention, as indicated in Figures 5a and 5b, i. the coil, consisting of four semicircles.
  • FIG. 7a shows the polar diagram of the secondary coil newly shown in FIGS. 5a and b.
  • the spacing of the excitation coil, the primary coil, is minimal in the diagram shown in FIG. 6a.
  • FIG. 7 a the field profile which emerges from the polar diagram corresponds to the coil according to FIG. Fig. 5a and 5b over the conventional coil (see Fig. 6a) strongly asymmetric.
  • FIG. 7b now shows the influence of the distance variation of the exciter coil at the measuring height 0 on the field geometry of the active coil.
  • a coil according to FIG. 5a or 5b is used as the active or secondary coil.
  • Reference numeral 300.1 represents the polar diagram for an arrangement in which the exciter coil is at a minimum distance from the secondary coil
  • reference numeral 300.2 is the polar diagram in which the excitation coil has a maximum distance from the secondary coil.
  • the penetration depth T and thus the intensity at a minimum distance of the excitation coil is substantially greater than at a maximum distance of the excitation coil.
  • the width B of the field distribution at a minimum distance of the field coil is substantially lower than at a maximum distance of the field coil.
  • the penetration depth T of the electromagnetic field and the width B of the electromagnetic field can be varied by varying the distance between exciter coil and feed coil. It should be noted, however, that the integral of the energy content is the same for both cases.
  • the distance of the active coil to the feed coil can thus be adjusted with the applicator, whether a treatment of tissue in depth, ie the feed coil has a minimum distance a to the exciter coil with maximum EindringtiefeT Ma ⁇ on or surface, ie the feed coil has a maximum distance b to the exciter coil and thus low penetration depth T M ⁇ n on, but should take place wide effect in the xy plane.
  • FIG. 8 a shows a construction of an applicator of a diathermy device according to the invention.
  • the applicator according to the invention consists of a coupling coil 1000, which is also referred to as a primary coil and a Auskoppelspule 1100, which consists of a resonant circuit consisting of the Auskoppelspule 1100 and a capacitor 1102 connected in parallel.
  • the secondary coil is a coil consisting of semicircles set against one another, as shown in FIGS. 5a and 5b. As can be seen from FIG. 8a, the primary coil or feed coil and the secondary coil or active coil have no galvanic connection.
  • the feed coil is preferably smaller in diameter than the active coil.
  • the flat secondary coil comprises a slot within which an electrical contact connected to the capacitor can be moved. This changes the tap on the secondary coil and thus the inductance of the secondary coil, which is determined by the conductor length. In this way it is easily possible to match the resonant circuit, consisting of secondary coil and resonant capacitor, to the radiated frequency and to obtain a quality of more than 90%, preferably more than 98%.
  • the primary coil is designed planar in the embodiment shown.
  • the distance A from the primary coil to the secondary coil is determined in a planar arrangement of the coils substantially by the distance A of the planes 1104.1, 1104.2, in which the coils 1000, 1100 come to rest.
  • a coaxial conductor Directly connected to the primary coil 1000 is a coaxial conductor, which in turn is connected to the RF wave generator (not shown) and which provides the RF waves, in particular short waves.
  • the coupling coil 1000 is a simple conductor loop which is connected to the outer conductor 1202 on the one hand, and to the inner conductor 1204 of the coaxial cable 1200 on the other hand.
  • the distance A can be adjusted by means of a rotary knob 1300 and springs 1302.1, 1302.2 and a ramp with locking position. This is a possibility, of course, would also be a motorized adjustment z. B. possible with racks.
  • the springs are relaxed.
  • the plate with the secondary coil 1100 shifts in the direction of the primary coil 1000, and the Feathers are crowded together.
  • the springs can be held in the respective position, whereby a defined distance between the secondary coil 1100 and primary coil 1000 is given.
  • the springs can be loaded up to a minimum distance.
  • the secondary coil is removed again from the primary coil in direction R and the maximum distance is set.
  • FIG. 8b The same components as in Figure 8a are marked with the same reference numerals.
  • the plane 1104.1 which is presently designed in the form of a plate which carries the primary coil
  • the plane 1104.2 also in the form of a plate which carries the secondary coil and the springs 1302.1, 1302.2.
  • Illustrated in particular detail is the knob 1300.
  • the knob 1300 runs in a sleeve 1400 which is connected to the plate of the level 1104.1.
  • the sleeve has a ramp 1500 in which projections 1502 of the rotary knob 1300 slide. When the knob is rotated, the protrusions 1502 slide along the ramp 1500, thereby adjusting the distance A of the primary and secondary coils.
  • FIGS. 9a to 9c in comparison with FIGS. 10a to 10c, the principle of the invention compared to a system with an Archimedean coil is again clarified.
  • FIG. 9a shows a plan view of a coil with a plurality of semicircles set one after the other according to the invention, as shown for example in FIGS. 5a and 5b.
  • the secondary coil 2000 From the secondary coil 2000 according to the invention, two semicircle sections 2002.1, 2002.2 are shown. Also shown is the substantially circular primary coil or feed coil 2100 located below the plane of the secondary coil.
  • the distance in the coil plane ie in the illustrated xy plane of the semicircular section 2002.1, from the feed coil 2100 over the whole Semicircle constant. The distance is denoted by a.
  • FIG. 9b shows the coils, which lie one above the other in different planes, according to FIG. 9a in section.
  • FIG. 9c shows the resulting fields 2120.1, 2120.2 in the z direction for the positions 2110.1 and 2110.2. As can be seen from FIG. 9c, a defined field geometry change is achieved in the invention.
  • FIGS. 10a-10c show the results which result when using an Archimedean secondary coil 3000 known from the prior art instead of the feed coil according to FIG. 9a according to the invention.
  • the Archimedean coil 3000 and the feed bobbin 2100 lying below it are shown.
  • the distance a arC himedisch between the Archimedean coil 3000 and the feed bobbin 2100 continuously varies in the xy plane. It is Archimedean ⁇ Archimedean in the present example.
  • the distance variation of the embodiment according to the invention results in a defined field geometry change and a variation of the feed / cut ratio as a function of the distance.
  • the invention makes it possible for the first time to adjust the geometry of the field by simple distance variation of the primary and secondary coils and, in particular, to set the application depth and the applicator width of the applicator in a diathermy device.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Diathermievorrichtung, umfassend wenigstens einen Applikator mit einer primären Spule beziehungsweise einer Speisespule sowie eine Sekundärspule beziehungsweise Wirkspule, wobei die primäre Spule und die sekundäre Spule einen Abstand zueinander aufweisen; und einen Generator, der dem Applikator RF-Wellen, insbesondere Kurzwellen, zur Verfügung stellt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der Abstand der primären Spule zur sekundären Spule geändert werden kann, wobei wenigstens die sekundäre Spule eine derartige Spulengeometrie aufweist, dass durch Ändern eines Abstandes von primärer und sekundärer Spule die Geometrie des erzeugten elektromagnetischen Feldes im Raum geändert wird.

Description

Diathermievorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Diathermievorrichtung, umfassend einen Applikator mit einer primären, d.h. einer Speisespule und einer sekundären, d.h. einer Wirkspule, wobei primäre Spule und sekundäre Spule einen Abstand aus A zueinander aufweisen.
Diathermievorrichtungen, insbesondere RF (Radio- Frequenz)- Diathermievorrichtungen, dienen dazu, durch Anwendung elektromagnetischer Wellen eine Erwärmung von Körperarealen auch bis in tiefere Gewebsschichten, die durchblutungsfördernd wirkt und weitere positive Effekte auf den Körper besitzt, zu erreichen. Die Diathermie, insbesondere die Kurzwellentherapie, ist also ein Verfahren, bei dem eine Temperaturerhöhung erzeugt wird. In der Diathermie lässt sich auch in der Tiefe eine Wärmeentwicklung erzeugen, im Gegensatz zu Anwendungen mit Infrarotwellen bei der Rotlichtbehandlung, die hauptsächlich die Hautoberfläche erwärmen. Bei der Diathermie mit einem Diathermiegerät werden die elektromagnetischen Wellen mit Spulen oder Kondensatoren, die als Antennen wirken, in den Körper eingebracht. In der Tiefe und im Gewebe werden Wirbelströme induziert, die zur Wärmeentwicklung führen. Bevorzugt findet die Kurzwellendiathermie bei einer Frequenz von 27,12 MHz statt. Ein Kurzwellendiathermiegerät mit einer Speisespule und einer Wirkspule ist beispielsweise aus der US 6,353,763 B1 bekannt geworden.
Bei dem aus der US 6,353,763 bekannt gewordenen Diathermiegerät umfasst die Appliziereinrichtung eine Wirkspule, die zusammen mit einer Kapazität einen Schwingkreis aus Spule und Kapazität mit einer Resonanzfrequenz von 27,12 MHz ausbildet. Der Applikator umfasst des Weiteren eine einfache Speisespule. Die Wirkspule in Form einer spiralförmigen Spule und die Speisespule weisen gemäß der US 6,353,763 einen festen Abstand zueinander auf. Bei dem aus der US 6,353,763 bekannt gewordenen Diathermie-Gerät handelt es sich bei der Wirkspule in spiralförmiger Form um eine so genannte archimedische Spirale. Als archimedische Spirale ausgebildete Spulen zeichnen sich lediglich durch ein Zentrum aus sowie eine kontinuierliche Änderung des Radius der Spule. Mit Hilfe derartiger archimedischer Spulen ist es zwar möglich eine
Feldstärkenänderung zu induzieren, mit einer rein spiralförmigen Spule ist aber eine definierte Feldgeometrieänderung nicht möglich. Des Weiteren wird in der US 6,353,763 die Speisung in zwei gekoppelten Schwingkreisen, die beide in Serienresonanz sind, vorgenommen. Ein weiteres Merkmal in der US 6,353,763 ist, dass die Speisevorrichtung einen zumindest gleich großen oder größeren Durchmesser aufweist, als die abgebende Wirkspule. Des Weiteren erfolgt der Abgleich, der entsprechenden Komponenten bei der US 6,353,763 auf kapazitivem Weg.
Aus der DD 221373 ist ein Applikator zur Erwärmung biologischer Objekte durch Ströme bekannt geworden. Zwar kann in der DD 221373 eine Änderung der Feldgeometrie vorgenommen werden, jedoch wird dies durch eine Phasenverschiebung erreicht. Des Weiteren ist in der DD 221373 die Speisevorrichtung im Durchmesser größer als die leistungsabgebende Wirkspule. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung gemäß der DD 221373 ist, dass die gesamte Speisung nicht galvanisch entkoppelt ist und daher einseitig geerdet werden muss. In der DD 221373 wird eine Feldgeometrie lediglich dadurch geändert, dass die beiden Spulen in ihrer vertikalen Lage zueinander in einer x-y-Ebene verschoben werden, nicht jedoch durch Änderung des Abstandes in z-Richtung senkrecht zur x-y-Ebene. Bei der Lageverschiebung zueinander gemäß der DD 221373 handelt es sich um eine reine vertikale Verschiebung.
Nachteilig an diesen Systemen war, dass die Geometrie des Feldes bei einem derartigen Applikator auf einfache Art und nicht definiert eingestellt werden konnte. Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Applikator zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und es insbesondere ermöglicht, definierte Feldgeometrien auf einfache Art einzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei einer
Diathermievorrichtung, insbesondere bei einer Kurzwellendiathermievorrichtung mit einem Applikator, der eine primäre Spule bzw. Speisespule und eine sekundäre Spule bzw. Wirkspule aufweist, die an die primäre Spule gekoppelt wird, die primäre Spule und die sekundäre Spule einen Abstand A zueinander aufweisen und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der Abstand der primären Spule zur sekundären Spule geändert werden kann, wobei wenigstens die sekundäre Spule eine derartige Spulengeometrie aufweist, dass durch Ändern des Abstandes A von primärer und sekundärer Spule die Geometrie des erzeugten elektromagnetischen Feldes geändert wird, insbesondere derart, dass eine definierte Feldgeometrie für die unterschiedlichen Abstände eingestellt werden kann.
Durch die Änderung der Geometrie der Wirkspule gegenüber einer spiralförmigen Wirkspule, wie in der US 6,353,763 B1 gezeigt, ist es möglich, dass die Geometrie des elektromagnetischen Feldes durch Verstellen des Abstandes der
Speisewicklung zur Wirkwicklung geändert werden kann, insbesondere definiert geändert werden kann.
Die Geometrie der Wirkspule in der US 6,353,763 ist die einer archimedischen Spirale mit einem Zentrum und einer kontinuierlichen Variation des Radius. Bei einer archimedischen Spule gilt, dass die Ableitung des Radius nach der Bogenlänge konstant ist, also dr/ds =const., wobei dr die Ableitung nach dem Radius und ds die Ableitung nach der Bogenlänge ist. Bei der US 6,353,763 mit einer rein spiralförmigen Spule ist eine definierte Feldgeometrieänderung nicht möglich, da hier als Funktion des Abstandes zwar der Kopplungsfaktor und die Feldintensität variiert werden kann, das durch die Abstandsvariation sich ergebende Feld jedoch verzerrt ist und keine definierte Feldgeometrie durch die Abstandsänderung eingestellt werden kann.
In einer fortgebildeten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die primäre und/oder die sekundäre Spule als Planarspulen ausgebildet sind, die in einer ersten bzw. einer zweiten Ebene ausgebildet werden.
Sind die primäre wie sekundäre Spule als Planarspulen ausgebildet, so wird der Abstand A von primärer und sekundärer Spule, der durch eine Einrichtung geändert werden kann, durch den Abstand von erster und zweiter Ebene gegeben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Spulengeometrie der sekundären Spule, um die Geometrie des erzeugten elektromagnetischen Feldes bei Änderung des Abstandes A von primärer und sekundärer Spule ändern zu können, derart gewählt, dass die Spule nicht, wie im Stand der Technik, beispielsweise der US 6,353,763 gezeigt, spiralförmig ist, sondern aus wenigstens zwei an einer Stelle aneinander schließenden halbkreisförmigen Elementen besteht. Hierbei weist das erste halbkreisförmige Element einen anderen Radius auf als das daran anschließende zweite halbkreisförmige Element, wobei aber stets sichergestellt ist, dass der Radius des ersten halbkreisförmigen Elementes geringer ist als der Radius des zweiten halbkreisförmigen Elementes.
Die erfindungsgemäße Spule bestehend aus wenigstens zwei an einer Stelle aneinander schließenden halbkreisförmigen Elementen umfassend im Gegensatz zur archimedischen Spule gemäß der US 6,353,763 wenigstens zwei Mittelpunkte. Bezogen auf einen Mittelpunkt, ändert sich der Radius der Spule von einem halbkreisförmigen Element zum anderen halbkreisförmigen Element, das heisst, der Radius ändert sich nicht kontinuierlich wie bei der archimedischen Spule, sondern diskontinuierlich. Der Radius ist dann über ein Kreisbogenabschnitt, beispielsweise über einen Halbkreis konstant im Gegensatz zur archimedischen Spule. Generell sind alle Arten von Kreisbogenabschnitten denkbar, der Halbkreis ist aber eine bevorzugte Ausführungsform.
Bei einer derartigen Spulengeometrie wird durch eine Abstandsvariation in axialer Richtung der mit halbkreisförmigem Element ausgebildeten Sekundärspule zu einer primären Einkoppel- bzw. Speisespule eine definierte Feldgeometrieänderung erreicht. Im Wesentlichen beruht diese darauf, dass der Abstand der Spule mit halbkreisförmigen Elementen auch beim Verfahren der Spule relativ zur Speisespule wenigstens über einen Halbkreis konstant bleibt, wohingegen bei einer archimedischen Spule dieser Abstand über den Halbkreis variiert, was zu einem verzerrten Feld und insbesondere zu keiner definierten Feldgeometrieänderung führt.
Bevorzugt wird die RF (Radio- Frequenz)- Energie des RF-Wellengenerators, insbesondere des Kurzwellengenerators des Diathermiegerätes, der ersten Spule zugeführt. Die sekundäre oder zweite Spule ist Teil eines Wirkschwingkreises, in dem die Energie der ersten Spule eingekoppelt wird. Der Wirkschwingkreis weist einen Resonanzkondensator auf, der zusammen mit der Spulengeometrie die Resonanzfrequenz bestimmt. Bevorzugt werden in dem RF-Wellengenerator RF- Wellen mit einer Frequenz im Bereich 10 MHz bis 80 MHz, bevorzugt im Kurzwellenbereich von 18 MHz bis 36 MHz, insbesondere bei 27,12 MHz, eingekoppelt. Die Leistung der eingekoppelten Strahlung liegt im Bereich 10 bis 300 Watt. Dies führt zu Strömen im Bereich 1A bis 2OA. Wenn diese Ströme in den Wirkschwingkreis im Resonanzfall eingekoppelt werden, so ergibt sich über dem Kondensatorelement im Wirkschwingkreis ein Spannungsabfall von beispielsweise ungefähr 2 KV, insbesondere bei gepulstem Betrieb.
Bevorzugt sind, um einen Kondensator mit derartig hohem Spannungsabfall von zwischen 1 kV und 5 kV ohne Spannungsdurchbruch dauerhaft betreiben zu können, bei der Ausgestaltung des Wirkschwingkreises spezielle Kondensatoren vorgesehen. So können derartige sogenannte Resonanzkondensatoren in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ohne Unterdruck luftleer ausgebildet sein In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, dass der Resonanzkondensator ein Dielektrikum umfasst, wobei das Dielektrikum bevorzugt ein Glas oder ein Keramikmaterial ist, das besonders durchschlagfest ist
Um die Resonanzfrequenz des Wirkschwingkreises abstimmen zu können, ist es von besonderem Vorteil, wenn der Kondensator im Wirkschwingkreis abstimmbar ausgebildet ist.
Hier kann vorgesehen sein, den Innenleiter des Kondensators zu verschieben, um auf diese Art und Weise die Kapazität des Kondensators zu verändern und damit den Wirkschwingkreis abzustimmen.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die sekundäre Spule derart ausgebildet ist, dass die Induktivität der Spule eingestellt werden kann. Hierzu kann die sekundäre Spule einen beweglichen Abgriff, beispielsweise einen Kontakt, der in einem Langloch bewegt werden kann, aufweisen, mit dem die Leiterlänge und damit die Induktivität der sekundären Spule eingestellt werden kann. Mit einer derartig ausgebildeten Spule kann die Resonanzfrequenz des Wirkschwingkreises auf einfache Art und Weise derart abgestimmt werden, daß der Wirkschwingkreis eine Güte Q von mehr als 95 %, insbesondere mehr als 98 % aufweist.
Bevorzugt ist die primäre Spule, d.h. die Einkoppelspule als einfache Leiterschleife ausgebildet und direkt an den RF-Generator, z. B. über ein Koaxialkabel, angeschlossen. Insbesondere ist in dieser bevorzugten Anordnung kein
Kondensator vorgesehen. Die Kopplung von primärer Spule und sekundärer Spule erfolgt dann rein induktiv und nicht, wie aus der US 6,353,763 B1 bekannt, mit Hilfe eines Primärschwingkreises. Gegenüber der Einkopplung gemäß der US 6,353,763 B1 hat dies den Vorteil, dass Kondensatortoleranzen und insbesondere Verluste, die am Kondensator auftreten, vermieden werden können. Als Einrichtung zur Verschiebung von erster und zweiter Spule zueinander kann eine Zahnstange, ein Motor oder ein Drehknopf mit einer Rampe, der die Drehbewegung in eine Axialbewegung umsetzt, verwendet werden.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Speisespule kleiner als der Durchmesser der leistungabgebenden Wirkspule beziehungsweise die Außenabmessungen der speziell ausgebildete Sekundärspule mit Kreisbogen. Hierdurch wird erreicht, dass die Aufwärtstransformation elektromagnetisch effektiver als beispielsweise in der US 6,353,763 ist, in der Durchmesser der Speisespule stets größer oder zumindest gleichgroß wie derjenige der leistungsabgebenden Wirkspule ist.
Prinzipiell wird durch die Verschiebung in radialer Richtung der Speise- und der Wirkspule mit spezieller Geometrie zueinander die Kopplung der Spulen geändert und damit eine definierte Feldgeometrieänderung erreicht.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden ohne Beschränkung hierauf. Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Diathermiegerätes;
Fig. 2 den schematischen elektrischen Aufbau eines Diathermiegerätes;
Fig. 3 den Aufbau eines Kondensators, der insbesondere gegen hohe
Spannungen durchschlagsfest ausgebildet ist;
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Wirkspule mit einer Geometrie aus Halbkreisen;
Fig. 5a-5b Ausführungsbeispiele einer Wirkspule mit aneinander gesetzten Halbkreisen; Fig. 6a das Feld einer Spule gemäß dem Stand der Technik in unterschiedlichen Höhen;
Fig. 6b Definition der Höhen;
Fig. 6c dreidimensionale Ansicht eines Feldes gemäß dem Stand der
Technik;
Fig. 7a-c Feld und Feldvariation bei Verfahren einer erfindungsgemäßen Wirkspule, wie in den Figuren 5a-5b dargestellt, relativ zu einer
Speisespule;
Fig. 8a eine erste detaillierte Ansicht der Anordnung von primärer Spule und sekundärer Spule gemäß der Erfindung;
Fig. 8b eine zweite detaillierte Ansicht der Anordnung von primärer Spule und sekundärer Spule gemäß der Erfindung.
Fig. 9a - 9c: Draufsicht auf eine Spule gemäß der Erfindung mit halbkreisförmigen Abschnitten und zugehöriger Speisespule sowie Verhalten bei
Ändern des Abstandes der Spulen zueinander.
Fig. 10a-10c Draufsicht auf eine archimedische Spule und zugehörige
Speisespule sowie Verhalten bei Ändern des Abstandes der Spulen zueinander.
In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Diathermiegerätes gezeigt. Das Diathermiegerät 1 , in vorliegendem Ausführungsbeispiel das Kurzwellentherapiegerät, umfasst einen Kurzwellengenerator 3, d.h. der Generator erzeugt RF-Wellen in einem Frequenzbereich von 10 MHz bis 80 MHz1 insbesondere im Kurzwellenbereich von 18 MHz bis 36 MHz bei 27,12 MHz. Der RF-Wellengenerator kann eine Mehrzahl an Anschlüssen aufweisen, die mit einer Mehrzahl von Applikatoren 10.1 , 10.2 verbunden sind. Dies ist vorteilhaft, aber nicht notwendig. Über die Leitungen, bevorzugt Koaxialkabel, werden der ersten Spule des Applikators RF-Wellen zur Verfügung gestellt. Der RF-Wellengenerator 3 wird des Weiteren an eine Stromquelle 5 angeschlossen. Der Applikator 10.1 , 10.2 setzt sich in vorliegendem Fall aus zwei Spulen zusammen. Dies ist detaillierter in dem elektrischen Schaltbild in Figur 2 und im Aufbau in Fig. 8 dargestellt. Vorteilhafterweise erfolgt in der vorliegenden Erfindung die Einkopplung der Kurzwellenenergie in den Wirkschwingkreis, bestehend aus zweiter Spule und Resonanzkondensator, nur induktiv und nicht mit Hilfe eines Anregungsschwingkreises, wie in der US 6,353,763. Hierdurch können kapazitive Verluste vermieden werden.
Wie dem elektrischen Schaltbild in Figur 2 zu entnehmen ist, werden die vom RF- Wellengenerator 3 erzeugten RF-Wellen, insbesondere Kurzwellen, einer primären Spule 20 zur Verfügung gestellt. Die primäre Spule 20 koppelt die RF- Wellen in einen Wirkschwingkreis 22 ein, der eine sekundäre Spule 24 sowie einen Resonanzkondensator 26 umfasst. Sowohl die Spulengeometrie der sekundären Spule 24 wie der Resonanzkondensator 26 sind in Kapazität und Induktivität derart abgestimmt, dass sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Resonanzfrequenz von 27,12 MHz für den Wirkschwingkreis ergibt. Wird vom RF-Wellengenerator, z. B. Kurzwellen, mit einer Frequenz mit 27,12 MHz und 200 bis 300 Watt Leistung abgegeben, so nimmt der Wirkschwingkreis diese Energie im Resonanzfall auf. Der Spannungsabfall beträgt dann über dem Kondensator 26 ungefähr 2 KV. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Anpassung der Resonanzfrequenz des Wirkschwingkreises induktiv, d.h. durch Ändern der Induktivität der sekundären Spule, erfolgt.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann ein spezieller Kondensator vorgesehen sein, der, wie in Figur 3 dargestellt, ausgebildet ist. Der Kondensator gemäß Figur 3 umfasst einen Außenleiter 100 sowie einen Innenleiter 102.
Zwischen Außenleiter 100 und Innenleiter 102 ist ein Dielektrikum 104, bevorzugt ein Glas oder eine Keramik, angeordnet. Der Kondensator gemäß Fig. 3 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die eingeschlossene Luft beispielsweise mittels aushärtendem Kunststoffmaterial mit bekannter Dielektrizitätskonstante und hoher Wärmefestigkeit verdrängt wird. Hierdurch kann auch bei hoher Spannung eine hohe Durch- und Überschlagfestigkeit erreicht werden.
Um, wie erfindungsgemäß gefordert, durch Ändern des Abstandes von primärer und sekundärer Spule die Geometrie des erzeugten elektromagnetischen Feldes, d.h. die Feldgeometrie zu ändern, ist vorgesehen, zumindest die sekundäre Spule speziell auszugestalten. Dies ist in Figur 4 dargestellt. Wie aus Figur 4 hervorgeht, ist die Spule nicht als spiralförmiges Bauteil, wie bei der US 6,353,763 gezeigt, ausgebildet, sondern Halbkreise mit unterschiedlichen Radien werden aneinander angesetzt. Detailliert ist eine derartige Spulengeometrie im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 5a-5b angegeben. Hierbei zeigt Figur 5a in einer Draufsicht von oben die konkrete Ausgestaltung der Spule, und Figur 5b gibt in einer tabellarischen Form die oberen und unteren Halbkreise, aus denen die sekundäre Spule zusammengesetzt ist, an.
Wie aus Figur 5a hervorgeht, ist der obere Spulenteil 200.1 , d.h. der Teil der Spule oberhalb der Achse 202, auf der die Mittelpunkte Mi, M2 der oberen Halbkreise (Mittelpunkt M1) und der unteren Halbkreise (Mittelpunkt M2) ausgebildet werden, aus insgesamt vier Halbkreisen 210.1 , 210.2, 210.3, 210.4 zusammengesetzt. Der untere Spulenteil 200.2, d.h. der Teil der Spule unterhalb der Achse 202, umfasst drei Halbkreise 220.1 , 220.2, 220.3. Die Radien der Halbkreise sind nun gerade so gewählt, dass der erste Halbkreis 210.1 in der oberen Hälfte an den zweiten Halbkreis 220.1 der unteren Hälfte kontinuierlich anschließt. Während die
Mittelpunkte M1, M2 für die Halbkreise in der oberen bzw. unteren Hälfte gleich bleiben, ändern sich die Radien der Halbkreise in der oberen bzw. unteren Hälfte. So nimmt der Radius der aneinander anschließenden Halbkreise zu. Vorliegend ist der Radius des Halbkreises 220.1 in der unteren Hälfte, der an einen Halbkreis 220.2 in der oberen Hälfte anschließt, stets größer. Die oberen Halbkreise haben bei dem eingezeichneten x-, y-Koordinatensystem ihren Mittelpunkt bei 6,0 mm und die unteren Halbkreise bei 0,0 mm. Der Radius des ersten oberen Halbkreises wächst von 14 mm auf 55 mm, der Radius der an die oberen Halbkreise anschließenden unteren Halbkreise variiert von 20 mm bis 49 mm. Detailliert ist dies in Fig. 5b angegeben.
Das Verfahren der in den Figuren 5a bis 5b beschriebenen Spule wird gegenüber einer Speisespule in axialer Richtung, d.h. in z-Richtung, senkrecht zur Ebene in der Spulen zum liegen kommen, vorgenommen. Durch diese mechanische Abstandsänderung wird das Verhältnis Speisung/Abnahme als Funktion des Abstandes zwischen den zwei Spulen eingestellt und damit die Feldgeometrie definiert geändert. Bei einer rein spiralförmigen Spule mit nur einem Mittelpunkt wie aus der US 6,353,763 beschrieben, kann durch Abstandsvariation die Feldgeometrie nicht definiert geändert werden, lediglich die Feldintensität. Aus den Figuren 5a bis 5b geht auch hervor, dass die Spulengeometrie mit kleiner werdenden Zwischen radien progressiv abnimmt.
In den Figuren 6a - 6c, 7a -7c wird der Effekt, den ein Verfahren der neuen Spule im Vergleich zu einer herkömmlichen Spule auf die Feldgeometrie hat, ausführlich dargestellt.
Figur 6a zeigt das Polardiagramm, d.h. die Intensität des Feldes unter unterschiedlichen Winkeln in einer x-y-Ebene und für verschiedene Höhen im Feld einer herkömmlichen, spiralförmigen Spule. Hierbei bezeichnet die Bezugsziffer 100.1 die Höhe null, die Bezugsziffer 100.2 eine Höhe von +10 cm, die Bezugsziffer 100.3 eine Höhe von +20 cm, die Bezugsziffer 100.4 eine Höhe von - 10 cm und die Bezugsziffer 100.5 eine Höhe von -20 cm im Feld. Die Höhen bezeichnen dabei die Höhen der Messsonde gegenüber der abstrahlenden Spule 206, wie in Figur 6b gezeigt, die sich bei einer exakten Vermessung im Labor ergeben.
Wie aus Figur 6a hervorgeht, ergibt sich als Polardiagramm eine praktisch kreisrunde Form, die sich für unterschiedliche Höhen auch nicht ändert. Die Feldgeometrie des von der Spule gemäß dem Stand der Technik ausgesandten Feldes ist somit im Wesentlichen die eines Kugelfeldes. Dies ist detailliert in einer 3-dimensionalen Ansicht in Fig. 6c gezeigt. In der Fig. 6c ist das im wesentlichen kugelförmige Feld 220 eines spiralförmigen Strahlers gemäß dem Stand der Technik in der x - y - Ebene ( Ebene des Polardiagramms) als auch in z- Richtung, die senkrecht auf der x - y - Ebene steht und eine Tiefeninformation liefert, dargestellt.
Wird nunmehr eine Erregerspule gegenüber der spiralförmigen Wirkspule gemäß dem Stand der Technik verfahren, d. h. im Abstand variiert, so bleibt die Fig. 6c dargestellte Feldgeometrie erhalten, d. h. eine Änderung der Feldgeometrie kann bei einer derartigen spiralförmigen Wirkspule durch Verfahren der Erregerspule nicht erreicht werden.
Die Figuren 7a und 7c zeigen die Abstrahlcharakteristik der erfindungsgemäßen sekundären Spule, wie sie in Figur 5a und 5b angegeben ist, d.h. die Spule, bestehend aus vier Halbkreisen. Hierbei zeigt Figur 7a das Polardiagramm der neu in Figur 5a und b gezeigten Sekundärspule. Ebenfalls für unterschiedliche Höhen, nämlich die Höhe 0 cm (110.1), +10 cm (110.2), +20 cm (110.3), -10 cm (110.4), -20 cm (110.5). Betreffend der Definition der Höhen wird wieder auf Fig. 6b verwiesen.
Der Abstand der Erregerspule, der primären Spule, ist bei dem in Figur 6a dargestellten Diagramm minimal.
Wie aus Figur 7a hervorgeht, ist der Feldverlauf, der aus dem Polardiagramm hervorgeht, der Spule gem. Fig. 5a und 5b gegenüber der herkömmlichen Spule (siehe Fig. 6a) stark asymmetrisch. Der Feldverlauf für unterschiedliche Höhe deckt sich im Wesentlichen. In Figur 7b ist nunmehr der Einfluss der Abstandsvariation der Erregerspule bei der Messhöhe 0 auf die Feldgeometrie der Wirkspule dargestellt. Wiederum wird als Wirk- oder Sekundärspule eine Spule gemäß der Figur 5a bzw. 5b eingesetzt.
Wie aus Figur 7b hervorgeht, variiert im Polardiagramm in der x-y-Ebene der Feldverlauf, je nach Abstand der Erregerspule bzw. Speisespule von der Sekundärspule erheblich.
Mit Bezugsziffer 300.1 ist das Polardiagramm für eine Anordnung dargestellt, bei der die Erregerspule einen minimalen Abstand zur Sekundärspule aufweist und durch Bezugsziffer 300.2 das Polardiagramm, bei der die Erregerspule einen maximalen Abstand zur Sekundärspule aufweist.
In Figur 7c ist der Einfluss der Variation des Abstandes der Erregerspule von der Sekundärspule in der Tiefe, d.h. in z-Richtung, in Abhängigkeit vom Polarwinkel in der x-y-Ebene dargestellt.
Wie hieraus hervorgeht, ist die Eindringtiefe T und damit die Intensität bei einem minimalen Abstand der Erregerspule wesentlich größer als bei einem maximalen Abstand der Erregerspule. Gleichzeitig ist die Breite B der Feldverteilung bei einem minimalen Abstand der Erregerspule wesentlich geringer als bei einem maximalen Abstand der Erregerspule.
Die Feldgeometrie in Figur 7c mit einem minimalen Abstand der Erregerspule zur Wirkspule ist mit 400.1 und die Kurve mit einem maximalen Abstand der
Erregerspule zur Wirkspule mit dem Bezugszeichen 400.2 gekennzeichnet.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch eine Variation des Abstandes von Erregerspule zu Speisespule die Eindringtiefe T des elektromagnetischen Feldes und die Breite B des elektromagnetischen Feldes, d. h. die Feldgeometrie variiert werden kann. Zu beachten ist jedoch, dass das Integral des Energieinhaltes für beide Fälle gleich ist. Durch eine Änderung des Abstandes der Wirkspule zur Speisespule lässt sich somit mit dem Applikator einstellen, ob eine Behandlung von Gewebe in der Tiefe, d.h. die Speisespule weist einen minimalen Abstand a zur Erregerspule mit maximaler EindringtiefeTMaχ auf oder flächig, d.h. die Speisespule weist einen maximalen Abstand b zur Erregerspule und damit geringe Eindringtiefe TMιn auf, aber breite Wirkung in der x-y-Ebene erfolgen soll.
Eine derartige Variation der Behandlungsmöglichkeit durch ein einfaches Verfahren von Erreger- zu Speisespule war mit Geräten gemäß dem Stand der Technik nicht möglich.
In Figur 8a ist nunmehr ein Aufbau eines Applikators eines Diathermiegerätes gemäß der Erfindung gezeigt.
Der Applikator besteht erfindungsgemäß aus einer Einkoppelspule 1000, die auch als Primärspule bezeichnet wird und aus einer Auskoppelspule 1100, die in einen Wirkschwingkreis, bestehend aus der Auskoppelspule 1100 und einem parallel geschalteten Kondensator 1102 besteht. Bei der Sekundärspule handelt es sich um eine Spule, bestehend aus aneinander gesetzten Halbkreisen, wie in Figur 5a und 5b gezeigt. Wie aus Figur 8a hervorgeht, haben die primäre Spule bzw. Speisespule und die sekundäre Spule bzw. Wirkspule keine galvanische Verbindung.
Da zwischen sekundärer Spule beziehungsweise Wirkspule und primärer Spule beziehungsweise Speisespule keine galvanische Verbindung besteht, ist eine Erdung nicht notwendig. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Speisespule bevorzugt im Durchmesser kleiner ausgebildet ist, als die Wirkspule. Hierdurch wird eine elektromagnetische Aufwärtstransformation gegenüber Ausgestaltungen wie im Stand der Technik beschrieben, erreicht. Des Weiteren umfasst die flache Sekundärspule ein Langloch, innerhalb dessen ein elektrischer Kontakt, der an den Kondensator angeschlossen ist, verfahren werden kann. Hierdurch ändert sich der Abgriff an der Sekundärspule und damit die Induktivität der Sekundärspule, die durch die Leiterlänge bestimmt wird. Auf diese Art und Weise ist es einfach möglich, den Wirkschwingkreis, bestehend aus Sekundärspule und Resonanzkondensator, auf die eingestrahlte Frequenz abzugleichen und eine Güte von mehr als 90%, bevorzugt mehr als 98 % zu erhalten. Wie in den Figuren 7a bis 7c gezeigt, hängt die Geometrie dieses Feldes, das in dem Wirkschwingkreis erzeugt wird, ganz erheblich von dem Abstand A zwischen der Sekundärspule und der Primärspule bzw. Speisespule ab. Wie die Sekundärspule, ist bei dem angezeigten Ausführungsbeispiel auch die Primärspule planar ausgelegt. Der Abstand A von der Primärspule zur Sekundärspule wird bei einer planaren Anordnung der Spulen im wesentlichen durch den Abstand A der Ebenen 1104.1 , 1104.2, in dem die Spulen 1000, 1100 zu liegen kommen, bestimmt. An die Primärspule 1000 direkt angeschlossen ist ein Koaxialleiter, der wiederum an den RF-Wellengenerator (nicht gezeigt) angeschlossen ist und der die RF-Wellen, insbesondere Kurzwellen, zur Verfügung stellt.
Ganz entscheidend ist, dass die Einkopplung über die Einkoppelspule 1000 rein induktiv erfolgt und kein Kondensator vorgesehen ist. Die Einkoppelspule 1000 ist eine einfache Leiterschleife, die zum einen an den Außenleiter 1202, zum anderen an den Innenleiter 1204 des Koaxialkabels 1200 angeschlossen ist.
Der Abstand A kann mit Hilfe eines Drehknopfes 1300 und von Federn 1302.1 , 1302.2 sowie einer Rampe mit Rastposition eingestellt werden. Dies ist eine Möglichkeit, selbstverständlich wäre auch eine motorische Verstellung z. B. mit Zahnstangen möglich.
Ist der Drehknopf in einer maximalen Position, so sind die Federn entspannt. Wird der Drehknopf nunmehr entlang der Rampe nach oben gedreht, so verschiebt sich die Platte mit der Sekundärspule 1100 in Richtung der PrimärspuleiOOO, und die Federn werden zusammengedrängt. Durch die Rastpositionen entlang der Rampe können die Federn in der jeweiligen Position gehalten werden, wodurch ein definierter Abstand zwischen Sekundärspule 1100 und Primärspule 1000 gegeben ist.
Die Federn können bis zu einem minimalen Abstand belastet werden.
Wird der Drehknopf zurückgedreht, so wird die Sekundärspule wieder von der Primärspule in Richtung R entfernt und der maximale Abstand eingestellt. Dies ist detailliert in Figur 8b zu erkennen. Gleiche Bauteile wie in Figur 8a sind mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Deutlich zu erkennen ist die Ebene 1104.1 , die vorliegend in Form einer Platte ausgebildet ist, die die primäre Spule trägt und die Ebene 1104.2, ebenfalls in Form einer Platte, die die sekundäre Spule trägt sowie die Federn 1302.1 , 1302.2. Besonders detailliert dargestellt ist der Drehknopf 1300. Der Drehknopf 1300 läuft in einer Hülse 1400, die mit der Platte der Ebene 1104.1 verbunden ist. Die Hülse weist eine Rampe 1500 auf, in der Vorsprünge 1502 des Drehknopfes 1300 gleiten. Wird der Knopf gedreht, so gleiten die Vorsprünge 1502 entlang der Rampe 1500, wodurch der Abstand A von primärer und sekundärer Spule eingestellt wird.
In den Figuren 9a bis 9c im Vergleich zu den Figuren 10a bis 10c ist das Prinzip der Erfindung gegenüber einem System mit einer archimedischen Spule nochmals verdeutlicht.
Figur 9a zeigt eine Draufsicht auf eine Spule mit mehreren aneinandergesetzten Halbkreisen gemäß der Erfindung wie bespielsweise in Figur 5a und 5b dargestellt. Von der erfindungsgemäßen Sekundärspule 2000 sind zwei Halbkreisabschnitte 2002.1 , 2002.2 gezeigt. Des Weiteren gezeigt ist die unterhalb der Ebene der Sekundärspule liegende im wesentlichen kreisförmige Primärspule bzw. Speisespule 2100 gezeigt. Wie aus Fig. 9a hervorgeht ist der Abstand in der Spulenebene, d.h. in der dargestellten x-y-Ebene des Halbkreisabschnittes 2002.1 von der Speisespule 2100 über den gesamten Halbkreis konstant. Der Abstand wird mit a bezeichnet. Figur 9b zeigt die in unterschiedlichen Ebenen übereinander liegenden Spulen gemäß Figur 9a im Schnitt. Des Weiteren eingezeichnet ist die Sekundärspule 2000 in zwei Positionen 2110.1 , 2110.2. Aufgrund des konstanten Abstandes der Sekundärspule 2000 von der Speisespule in der x-y-Ebene wird bei Änderung des Abstandes der Spulen in z-Richtung wie in Figur 9b dargestellt über den gesamten Halbkreis dieser konstant geändert, d.h. az = const. In Figur 9c sind die sich ergebenden Felder 2120.1, 2120.2 in z-Richtung für die Position 2110.1 und 2110.2 gezeigt. Wie aus Fig. 9c hervorgeht wird bei der Erfindung eine definierte Feldgeometrieänderung erreicht.
Figur 10a-10c zeigt im Gegensatz hierzu die Ergebnisse, die sich bei Verwendung einer aus dem Stand der Technik bekannten archimedischen Sekundärspule 3000 anstelle der erfindungsgemäßen Speisespule gemäß Fig.9a ergibt. Wieder ist in einer Draufsicht die archimedische Spule 3000 und die in einer Ebene darunter liegende Speisespule 2100 gezeigt. Wie aus Figur 10a hervorgeht variiert der Abstand aarChimedisch zwischen der archimedischen Spule 3000 und der Speisespule 2100 kontinuierlich in der x-y-Ebene. Es gilt archimedisch < archimedisch in vorliegendem Beispiel. Dies hat wie in Figur 10b gezeigt dann zur Folge, dass wenn der Abstand in z-Richtung der archimedische Sekundärspule 3000 gegenüber der Speisespule 2100 geändert wird auch der Abstand a z archimedisch variiert. Aufgrund der Abstände in der x-y-Ebene folgt dann a1 zarchimedisch < a2 zarchimedisch. Wie in Figur 10c gezeigt ergibt sich dann keine definierte Änderung der Feldgeometrie in z-Richtung, sondern ein verzerrtes Feld unbestimmter Geometrie. In Figur 10c ist mit 3120.1 das Feld in z-Richtung zur Position 3110.1 der archimedischen Sekundärspule 3000 und mit 3120.2. das Feld in z-Richtung zur Position 3110.2 gezeigt.
Wie zuvor dargestellt führt die Abstandsvariation der Ausführungsform gemäß der Erfindung zu einer definierten Feldgeometrieänderung und einer Variation des Verhältnisses Speisung/Abnahme als Funktion des Abstandes. Durch die Erfindung wird es erstmals möglich, die Geometrie des Feldes durch einfache Abstandsvariation von Primär- und Sekundärspule einzustellen und hierdurch insbesondere die Appliziertiefe und die Applizierbreite des Applikators bei einem Diathermiegerät einzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Diathermievorrichtung (1 ), umfassend wenigstens einen Applikator (10.1 , 10.2) mit einer primären Spule beziehungsweise eine Speisespule (20) sowie eine Sekundärspule (24) beziehungsweise Wirkspule, wobei die primäre
Spule und die sekundäre Spule einen Abstand (A) zueinander aufweisen; und einen Generator (3), der dem Applikator RF-Wellen, insbesondere Kurzwellen, zur Verfügung stellt; dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der Abstand (A) der primären Spule
(20) zur sekundären Spule (24) geändert werden kann, wobei wenigstens die sekundäre Spule (24) eine derartige Spulengeometrie aufweist, dass durch Ändern eines Abstandes (A) von primärer und sekundärer Spule (20,
24) die Geometrie des erzeugten elektromagnetischen Feldes im Raum geändert wird.
2. Diathermievorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeometrie sowohl in einer x-y-Ebene wie auch in einer z-Richtung, die senkrecht auf der x-y-Ebene steht, geändert wird.
3. Diathermievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und/oder die sekundäre Spule (20, 24) als Planarspule ausgebildet ist, die im Wesentlichen in einer Ebene liegt.
4. Diathermievorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (1000) als Planarspule in einer ersten Ebene (1104.1) ausgebildet wird.
5. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spule (1100) als Planarspule in einer zweiten Ebene (1104.2) ausgebildet wird.
6. Diathermievorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) von primärer Spule (1000) und sekundärer Spule (1100) durch den Abstand von erster (1104.1) und zweiter Ebene (1104.2) gegeben ist, wobei erste und zweite Ebene im Wesentlichen parallel zueinander sind.
7. Diathermievorichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die zweite Spule (1100) eine Spule ist, die aus wenigstens zwei an einer Stelle aneinander schließenden halbkreisförmigen Elementen (210.1 , 220.1) besteht, einem ersten halbkreisförmigen Element (210.1 , 210.2, 210.3, 210.4) und einem zweiten halbkreisförmigen Element (220.1 , 220.2, 220.3), wobei das erste halbkreisförmige Element (210.1) einen ersten Radius aufweist und das zweite halbkreisförmige Element (220.1) einen zweiten Radius, wobei der zweite Radius größer ist als der erste Radius.
8. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spule Teil eines Schwingkreises ist.
9. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Induktivität der sekundären Spule vorgesehen ist.
10. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spule ein Langloch mit einem Abgriff zum Einstellen der Induktivität aufweist.
11. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Spule eine Leiterschleife umfasst, die direkt mit einem Koaxialkabel (1200) mit dem RF-Generator verbunden ist.
12. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkondensator (26) ohne Unterdruck luftleer ausgebildet ist
13. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkondensator (26) ein Dielektrikum (104) umfasst, wobei das Dielektrikum bevorzugt ein Glas- oder ein Keramikmaterial ist.
14. Diathermievorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkondensator abstimmbar ist.
15. Diathermie-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass, die sekundäre Spule wenigstens zwei Mittelpunkte aufweist und den jeweiligen Mittelpunkten zumindest Kreisbogenabschnitte zugeordnet sind, wobei die Kreisbogenabschnitte, die zu den unterschiedlichen Mittelpunkten zugeordnet sind, stetig aneinander anschließen und die Radien der Kreisabschnitte sich sequenziell ändern.
16. Diathermie-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichent, dass die Spulengeometrie mit kleiner werdenden Zwischenradien progressiv abnimmt.
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