專利名稱：醫(yī)用微波能作用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用微波能作用裝置，適用于醫(yī)學(xué)及生物學(xué)生物樣品均勻地接受微波能作用。
現(xiàn)有的微波爐和微波加熱裝置大都包括有電磁場攪拌器和排濕孔以及為改善被作用物體受熱均勻性而設(shè)置的載物轉(zhuǎn)盤，但由于腔體內(nèi)微波電磁場的分布很不均勻，在被加熱物體上產(chǎn)生較大溫差，造成加熱不均，這在醫(yī)學(xué)及生物學(xué)生物樣品的微波能作用中是不允許的。
經(jīng)過檢索，在PCT專利WO80/01462中所公開的活體組織或其模擬物的輻射系統(tǒng)，其特征在于它是一種對人體、動物體及其局部或其模擬物進(jìn)行在體的空間輻射熱療的系統(tǒng)，被作用物體處在輻射器外的開放型電磁場內(nèi)。而本發(fā)明微波能作用裝置則使用封閉式的微波多模腔體，被作用物體處在封閉腔體內(nèi)的封閉型電磁場內(nèi)。PCT專利WO80/01462在生物組織外表面、病灶部位的內(nèi)部及其附近分別設(shè)置一個或多個溫度傳感器，各傳感器均在輻射器外。而本發(fā)明溫度傳感器陣列在封閉的腔體內(nèi)，傳感器與生物樣品表面緊密接觸。PCT專利WO80/01462在輻射器中部分填充有介質(zhì)材料，其作用有在一定程度上按預(yù)定要求改變輻射器的加熱方向圖;相對縮小輻射器尺寸;使輻射器的特性阻抗按生物組織的平均特性阻抗相匹配的要求改變。而本發(fā)明在封閉的多模腔體中生物樣品的四周完全填充以微波低損耗介質(zhì)層，其目的是增大腔體的電尺寸，增加多模腔體中能維持的模式數(shù)目，從而改善微波能對物體作用的均勻性?？梢钥闯?，本發(fā)明與PCT專利WO80/01462在結(jié)構(gòu)、形式和功能上都是不同的。
在美國專利US4，884，580中，公布了一種熱療裝置及其熱療加溫的方法。它是一種用電磁波治療活體內(nèi)的癌組織的裝置。整個裝置由微波發(fā)生器部分、包含一至四個控制器的控制部分和微波輻射器部分組成。在治療時，輻射器緊貼于人體癌病變部位的外表面上，在輻射器開口與人體表皮之間的接觸面上有循環(huán)水冷卻裝置。在表皮之內(nèi)的癌病變區(qū)域中及循環(huán)冷卻水的通路中設(shè)置溫度傳感器，在微波處理的間隙或在微波處理的同時測量表皮內(nèi)癌病變區(qū)域中及循環(huán)水的溫度，通過A/D轉(zhuǎn)換輸入控制單元，與預(yù)定的加熱溫度比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生輸出控制微波源的輸出和(或)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到維持被加熱區(qū)域溫度在一定范圍內(nèi)的目的。而本發(fā)明醫(yī)用微波能作用裝置，被作用生物樣品處在一個封閉的微波多模腔中，微波能由微波功率源產(chǎn)生，經(jīng)過調(diào)節(jié)腔進(jìn)入微波作用腔。在腔體中被作用的生物樣品的上面或上下面設(shè)置溫度傳感器陣列板，傳感器陣列輸出信號通過單片機(jī)控制微波功率源輸出。為改善微波對生物樣品作用的均勻性，在生物樣品四周填充以微波低損耗介質(zhì)。由此可以看出，本發(fā)明與US4，884，580在輻射器形式、作用方法和測溫方式上是不同的。
在中國專利CN1080555A中所公開的醫(yī)用微波加溫測溫裝置，其特征在于用微波天線對人體組織進(jìn)行在體的空間輻射，加溫、測溫一體化，微波信號通過分路器、同軸傳輸線傳到一種感溫天線輻射出去，同時由感溫天線內(nèi)、外導(dǎo)體之間跨接的由高阻導(dǎo)線和熱敏電阻組成的溫度傳感器感應(yīng)加熱區(qū)域溫度的變化，轉(zhuǎn)化為熱敏電阻的電壓變化，通過同軸傳輸線、分路器傳回溫度控制顯示單元，以控制微波源的輸出功率，其中分路器可以分離微波和直流溫度信號，實現(xiàn)無擾測溫。其溫度傳感器并非多個，亦沒有形成陣列。而本發(fā)明醫(yī)用微波能作用裝置，其特征在于是在封閉的腔體內(nèi)對生物樣品進(jìn)行微波能作用，這樣對空間環(huán)境、電子儀器設(shè)備和操作人員不構(gòu)成輻射傷害。微波能由微波功率源通過微波調(diào)節(jié)腔進(jìn)入微波作用腔體，作用于生物樣品。與此同時，由設(shè)置在生物樣品的下面或上面或上下面、并貼附于生物樣品的溫度傳感器陣列實時測量出生物樣品的溫度，并根據(jù)測量結(jié)果由單片機(jī)實現(xiàn)對微波功率源的輸出功率控制。為改善微波能對生物樣品作用的均勻性，在生物樣品周圍填充以微波低損耗介質(zhì)。由以上可以看出，本發(fā)明與CN1080555A中所公開的裝置在本質(zhì)上是不同的。
在中國專利CN86103424A中所公開的利用裂縫天線饋能的微波加熱器，中國專利CN85108199A中所公開的高頻加熱設(shè)備，雖然都是利用微波加熱腔體中的物料，但不同于本發(fā)明為改善微波作用腔體中微波能作用的均勻性而在生物樣品的周圍填充以微波低損耗介質(zhì)，也不同于本發(fā)明在微波作用腔體內(nèi)具有溫度傳感器陣列。
在美國專利US4，742，202中，公布了一種應(yīng)用微波加熱袋裝液體的裝置，在加熱過程中通過腔體內(nèi)載物托盤的圓周和上下往復(fù)運(yùn)動來攪拌腔內(nèi)電磁場和袋內(nèi)液體，實現(xiàn)均勻加熱。不同于本發(fā)明通過在生物樣品周圍填充以微波低損耗介質(zhì)層、優(yōu)化微波調(diào)節(jié)腔對微波作用腔體激勵口位置、使用溫度傳感器陣列對生物樣品進(jìn)行智能測控溫改善微波能作用的均勻性。
本發(fā)明的目的在于提供一種在微波作用腔體內(nèi)置有溫度傳感器陣列的空氣腔或介質(zhì)腔組成的醫(yī)用微波能作用裝置，它適用于醫(yī)學(xué)及生物樣品均勻地接受微波能作用。
本發(fā)明的目的是由以下措施來達(dá)到主要由微波功率源、溫度傳感器、填充有介質(zhì)材料的微波作用腔體及智能測溫控溫系統(tǒng)構(gòu)成的醫(yī)用微波作用裝置。該裝置的特征是微波作用腔體內(nèi)置有溫度傳感器陣列，在傳感器陣列板的上面放置被微波能作用的物體。傳感器陣列由多個成網(wǎng)狀分布的不受微波干擾的熱敏電阻傳感器或光纖測溫傳感器組成。該裝置的另一特征是微波作用腔體內(nèi)溫度傳感器陣列和被作用物體周圍置有微波低損耗介質(zhì)層，以提高微波能對被作用物體作用的均勻性。傳感器陣列板放置在被作用物體的上面或下面或上下面。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明

圖1a-空氣腔微波能作用裝置正視1b-空氣腔微波能作用裝置側(cè)視1c-空氣腔微波能作用裝置入料門正視1d-空氣腔微波能作用裝置入料門左視2a-介質(zhì)腔微波能作用裝置立體2b-介質(zhì)腔微波能作用裝置入料門立體2c-介質(zhì)腔微波能作用裝置正視3-傳感器陣列板結(jié)構(gòu)示意4-單片微型計算機(jī)及電路系統(tǒng)方框中的數(shù)字含義和作用如下1-微波作用腔體。本發(fā)明的腔體按多模腔設(shè)計，除設(shè)計外工藝保障是腔內(nèi)電磁場均勻分布的關(guān)鍵。腔體由銅板銀焊而成，微波能向腔外泄漏極小。
2-溫度傳感器陣列板。板上安裝多個可在微波場中工作的溫度傳感器3。
3-溫度傳感器。
4-接受微波能作用的生物樣品。
5-緊固入料門9與微波作用腔體1接觸的螺釘。圖1中螺釘垂直固定焊在微波作用腔體1上，圖2中螺釘固定在法蘭盤15上，而螺釘可沿與其垂直的端軸轉(zhuǎn)動。
6-緊固螺母。使入料門9與門框緊密接觸。
7-微波調(diào)節(jié)腔。調(diào)節(jié)微調(diào)機(jī)構(gòu)8保障負(fù)載對微波功率源的反射波小，使微波功率源工作穩(wěn)定、輸出效率高，并使微波能最有效地激勵微波作用腔體1。調(diào)節(jié)腔的側(cè)面垂直于微波作用腔體1激勵口平面，激勵口不在微波作用腔體1激勵口所在平面的中央，而偏向微波作用腔體1相鄰兩側(cè)面，以提高腔內(nèi)電磁場分布的均勻性。
8-微調(diào)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)短路活塞在微波調(diào)節(jié)腔7中的位置，保障腔體對微波功率源反射波小。
9-入料門。入料門是微波作用腔體1的一個側(cè)面或側(cè)面的一部分，圖1的空氣腔也可采用圖2所示的門結(jié)構(gòu)。門與門框應(yīng)接觸良好，以保障微波能向微波作用腔體外泄漏極小。
10-溫度傳感器引線。
11-溫度傳感器引線出口。
12-微波能輸入口。與微波功率源連接。
13-入料門固定孔(槽)。
14-空氣腔溫度傳感器陣列板支架。
15-介質(zhì)腔法蘭盤。與微波作用腔體1成一體。
16-微波低損耗介質(zhì)層。充滿在傳感器陣列和被作用物體4上下空間。
17-抗流結(jié)構(gòu)。抗流槽的寬度應(yīng)能保障在一定頻帶內(nèi)入料門9與微波作用腔體1可靠電連接。
附圖1和附圖2示出了本發(fā)明微波能作用裝置的兩種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3示出了本發(fā)明中傳感器陣列板的結(jié)構(gòu)示意圖，板2上按裝有成網(wǎng)狀分布的測溫傳感器3，傳感器應(yīng)露出板平面以便與被作用物體的表面相接觸，傳感器引線10通過腔壁小孔11引出，與單片微型計算機(jī)系統(tǒng)連接。溫度傳感想器陣列中傳感器的使用個數(shù)及所在位置根據(jù)被作用生物樣品的大小、形狀、所允許的最大溫差等技術(shù)要求和腔體內(nèi)微波功率的分布來選擇確定。
由微波功率源產(chǎn)生的微波能經(jīng)本發(fā)明裝置的微波調(diào)節(jié)腔7最有效地作用于腔體中的生物樣品4，利用單片微型計算機(jī)和本發(fā)明微波能作用裝置中的溫度傳感器陣列，對接受微波能作用的物體的多部位同時進(jìn)行溫度檢測，并按需要有效地控制微波能的作用強(qiáng)度和作用時間等。
醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的生物樣品在受微波能作用時，所需溫度大多不是很高，而要求均勻性好。本發(fā)明根據(jù)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的生物樣品形狀、大小、微波能作用要求等因素，對微波腔體型式、腔口的結(jié)構(gòu)、微波調(diào)節(jié)腔結(jié)構(gòu)及其對微波作用腔體激勵口位置、生物樣品在微波作用腔體中放置位置和微波低損耗介質(zhì)層厚度的選取等都作了優(yōu)化設(shè)計，并且通過溫度傳感器陣列和單片微型計算機(jī)系統(tǒng)對微波能所作用的生物樣品進(jìn)行多點(diǎn)同時測溫，并通過單片微型計算機(jī)系統(tǒng)的控制作用來實現(xiàn)生物樣品接受微波能作用的強(qiáng)度和時間，滿足醫(yī)學(xué)及生物學(xué)的需要。
本裝置工作原理可結(jié)合圖4詳細(xì)說明。
由微波功率源所產(chǎn)生的微波能經(jīng)微波能輸入口12輸入到微波調(diào)節(jié)腔7，經(jīng)過微調(diào)機(jī)構(gòu)8使微波能最有效地激勵微波作用腔體1，在腔體1中微波能均勻地作用于生物樣品4，生物樣品4由于吸收了微波能量而使溫度提高，由多部位的溫度傳感器3將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到單片微型計算機(jī)進(jìn)行溫度顯示，并將測試溫度與預(yù)先通過鍵盤設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，單片微型計算機(jī)根據(jù)比較結(jié)果通過控制電路控制微波功率源的輸出，以實現(xiàn)生物樣品按醫(yī)學(xué)及生物學(xué)的需要接受微波能的作用。
采用本發(fā)明可以安全、有效、簡便、經(jīng)濟(jì)、易控地對醫(yī)學(xué)及生物學(xué)生物樣品均勻地進(jìn)行微波能作用，滿足醫(yī)學(xué)及生物學(xué)的需要。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用微波能作用裝置，包括微波發(fā)生器、輻射器和控制系統(tǒng)，其特征在于該裝置所采用的微波作用腔體內(nèi)置有溫度傳感器陣列，在傳感器陣列板的上面放置被微波能作用的物體，傳感器陣列由多個成網(wǎng)狀分布的不受微波干擾的熱敏電阻傳感器或光纖測溫傳感器組成，陣列中傳感器的使用個數(shù)及所在位置根據(jù)被作用生物樣品的大小、形狀、所允許的最大溫差等技術(shù)要求和腔體內(nèi)微波功率的分布來選擇確定。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用微波能作用裝置，其特征在于微波作用腔體內(nèi)溫度傳感器陣列和被作用物體周圍置有微波低損耗介質(zhì)層，以提高微波能對被作用物體作用的均勻性，傳感器陣列板放置在被作用物體的上面或下面或上下面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用微波能作用裝置。該裝置由微波作用腔體內(nèi)置有溫度傳感器陣列的空氣腔或介質(zhì)腔組成。傳感器陣列板放置在被作用物體的上面或下面或上下面，傳感器陣列由多個成網(wǎng)狀分布的溫度傳感器組成。采用本發(fā)明可以安全、有效、易控地對醫(yī)學(xué)及生物學(xué)生物樣品均勻地進(jìn)行微波能作用，滿足醫(yī)學(xué)及生物學(xué)的需要。
文檔編號A61N5/02GK1096226SQ9410575
公開日1994年12月14日 申請日期1994年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月30日
發(fā)明者李德生, 薛正輝, 劉永善, 王堃, 陳雅, 戚叔緯 申請人:北京理工大學(xué)