CH398821A

CH398821A - Decimeter wave stem radiator for medical treatment

Info

Publication number: CH398821A
Application number: CH331461A
Authority: CH
Inventors: Seifert Gerhard
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1961-03-20
Publication date: 1966-03-15
Also published as: GB935666A; DE1163993B; SE218418C1; US3230957A

Description

  

  



  Dezimeterwellen-Stielstrahler für medizinische Behandlung
Die Heilwirkung durch Wärme, die durch   lokali-    sierte Hochfrequenzstrahlung   grösserer    Wellenlänge im Körper erzeugt wird, ist bekannt. Vielfach können diese Heilwirkungen bei der   Körperhöhlenbehandlung    nicht ausgenützt werden, weil die bisher bekannten Strahler für medizinische Behandlung bezüglich ihrer   Grosse    und ihrer Abmessungen für dieses Anwendungsgebiet ungeeignet sind.

   Um diesem Mangel auf dem Gebiet der   Körperhöhlenbehandlung    abzuhelfen, wird ein neuer Dezimeterwellen-Stielstrahler für medizinische Behandlung durch dielektrische Erwärmung, bestehend aus einem   X/4    langen Topfkreis mit einem örtlich unterbrochenen zylindrischen Aussenleiter vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass seine strahlende Fläche durch einen langgestreckten Aussenleiter gebildet wird, in den eine Vielzahl quer zu seiner Längsachse verlaufender Schlitze über seine Zylinderfläche verteilt angebracht sind, deren Breite und deren Abstände voneinander so gewählt sind, dass das   äussere    elektrische Feld um den Strahler und seine Spitze praktisch   gleichmässig    verteilt ist.



   Vorzugsweise kann der Stielstrahler im Dezimetergebiet von 400-500 MHz arbeiten. Die Ankopplung des Topfkreises an den Generator kann an sich beliebig gewählt werden, vorzugsweise aber natürlich so, dass die Kopplung zum Körper so gut ist, dass ein möglichst grosser Teil der zugeführten Hochfrequenz in Wärme umgewandelt wird, ohne dass der Strahler selbst   übermässig    erwärmt wird.



   Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Strahlers nach der Erfindung dar.



   Es zeigen :
Figur   1    einen induktiven Topfkreisstrahler im schematischen Längsschnitt ;
Figur 2 eine Ansich davon ;
Figur 3 einen kapazitiven Topfkreisstrahler im schematischen Längsschnitt ;
Figur 4 eine Ansicht dazu.



   Der Strahler ist letzten Endes ein Topfkreis auf koaxialer Basis, der über Schlitze mit dem zu erwärmenden Medium gekoppelt ist. Wie jeder Kreis enthält auch dieser Strahler sowohl eine Induktivität als auch eine Kapazität. Bei einem induktiv erregten Strahler nach Figur   1    und 2 besteht die Induktivität nicht nur aus der Aussenseite des Innenleiters   1    und der Innenseite des Aussenleiters 2, die beide über den   Koppelbügel    3 verbunden sind, sondern auch aus dem induktiven Anteil der Schlitze 4 und der über die Schlitze parallel geschalteten Aussenseite des Aussenleiters 2. Dazu kommt gegebenenfalls noch der zwischen   Koppelbügel    3 und Vorderende 5 des Strahlers liegende Raum.

   Dieser Raum beeinflusst aber ebenso entsprechend die einerseits zwischen Innen-und Aussenleiter liegende Kapazität, die andererseits wieder durch die Kapazität der Schlitze 4 verändert und durch deren Verlustwiderstand bedämpft wird.



   Wie bei jedem strahlenden Gebilde besitzen die Schlitze 4 einen erwünschten Strahlungs-und einen schädlichen Verlustwiderstand. Letzterer bewirkt eine   Durchlaufdämpfung,    die angenähert nach der be d kannten Formel bk = 2,4.-in Dezibel berechnet r werden kann, worin d die Wandstärke und r die halbe Schlitzbreite bedeutet. Es ist daher günstig, die Breite der Schlitze gross und die Wandstärke klein zu wählen. Bei einer Wandstärke von 0,5 mm und einer Schlitzbreite von 4 mm ergibt sich eine   Dämp-    fung   th      ; von    etwa 2,4.-= 0,6 db. Erfahrungs
2   gemäss    sind unter   1    db liegende Werte nicht mehr störend, d. h. die Dämpfung ist dann so klein, dass kein nennenswerter Verluststrom auftritt, der den Strahler erwärmt.

   Der Strahler soll durch die ausgestrahlte Hochfrequenz Wärme in einem entsprechenden Medium wie Muskelgewebe, Fettpolster u. a. erzeugen, zusätzlich auftretende Verlustwärme stört nur, da   strahlernahe    Körperteile überhitzt werden können.



  Infolgedessen muss der Strahler selbst kalt bleiben, so dass es auch nicht möglich ist, nach dem Prinzip der durch Schlitze oder Löcher gedämpften Leitung einen Strahler aufzubauen, sondern der Strahler muss immer ein Topfkreis sein, der durch die vorhandene   Strahlungsdämpfung    allerdings nicht die Güte eines geschlossenen Topfkreises haben kann.



   Die Erregung dieses Gebildes kann durch kapazitive oder induktive Ankopplung erfolgen. Die Bezeichnung kapazitiv entspricht ihrer Bedeutung, während bei induktiver Ankopplung es nicht unbedingt festzustellen ist, ob die   Kreiskapazität    nicht auch eine koppelnde Funktion   mitübernimmt.    Bei Strahlern   grösseren    Durchmessers, z. B. ca. 20 mm Innendurchmesser des Aussenleiters 2, hat sich die induktive Kopplung besser bewährt. Infolge der grossen Mantelfläche ist die Induktivität relativ gross, es wird also, um die Resonanzfrequenz zu erreichen, eine kleinere Kapazität benötigt, was hinwiederum nicht die notwendige Kopplung ergeben würde.



   Danach ist es bei Strahlern geringeren Durchmessers, etwa 10 mm innerhalb des Aussenleiters, so, dass infolge der kleineren Induktivitäten, die die kleineren Mantelflächen bilden, eine   grössere    Kapa  zität    benötigt wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 wird bis auf etwa 7 mm in der Mitte des Strahlers der gesamte Hohlraum durch zwei vom Aussenleiter 0,5 mm Abstand haltende   Messingblöcke    6 und 7 ausgefüllt wobei der eine (6) galvanisch am Innenleiter   1    befestigt ist, der durch beide hindurchläuft. Zur Justierung des Innenleiters in Bezug auf den Aussenleiter ist im metallischen Vorderende 5 ein verschraubbares Isolierstück 5'vorgesehen.

   Allem Anschein nach ist die durch die innere und   äussere    Mantelfläche gebildete Kapazität überwiegend Kreiskapazität, die Zwischenräume zwischen den beiden Blöcken einerseits und dem Block 7 und dem metallischen Vorderende 5 andererseits bilden vorwiegend die Koppelelemente, d. h. durch axiale Verschiebung des Blocks 7   lässt    sich der Reflexionsfaktor verändern, wobei allerdings eine Frequenzverschiebung zu beachten ist. Die   Kapazität lässt    sich nicht dadurch erhöhen, dass der Abstand zwischen den beiden Flächen der Innen-und Aussenleiter beliebig klein gemacht wird, dabei würde die   Durchlaufdämpfung    zu stark anwachsen, so dass der in der Strahlerspitze liegende Raum nicht mehr erregt werden könnte.

   Die Strahlung der Spitze wird aber dazu gebraucht, um das ganze Feld so zu beeinflussen, dass die   Gesamtstrahlung    etwa   gleichmässig    um den Strahler verteilt wird.



   Welche Kopplung angewendet wird, ist vom Strahlerdurchmesser abhängig, wobei Schlitzbreite,   Strahlerlänge    und Schlitzanzahl eine gewisse Rolle bei der Dimensionierung spielen. Bei gutem Abgleich kann ein Reflexionsfaktor von m = 0,95 erreicht werden, der Wirkungsgrad der Anpassung liegt mithin bei 99,5%.



   Der induktiv gekoppelte Strahler nach Fig. 1 und 2 ist so aufgebaut, dass der   Koppelbügel    3 aus dem Innenleiter   1    besteht, der an seinen Enden kurz vor dem Ende der Schlitze 4 ein an zwei Seiten gefiedertes und an den beiden anderen Seiten ausgeschnittenes Kontaktstück 8 trägt. Die Ausschnitte 9 sind erforderlich, damit der an der Spitze verbleibende Raum mit in den angeregten Kreis einbezogen wird und nicht vollkommen abgeschlossen tot bleibt. Unmittelbar vor diesem Kontaktstück wird ein entsprechend langes Stück 10, das die Kapazität gegen den Aussenleiter 2 bildet, auf den Innenleiter   1    aufgesetzt.

   Der Strahler ist etwa   7/4    lang, der   Kapazitätsbelag    etwa   X/10    bei einem Innendurchmesser des Aussenleiters 2 von   ),/32.    Die Breite der Schlitze 4 ist ca. 4,5 mm bei einem Schlitzabstand von   ca.    1,5 mm. Eine Aufnahme der Ortskurve, die unter Belastung erfolgte, ergab ein   Stehwellenverhältnis    von n = 0,95 bei der Sollfrequenz.



   Die Schlitze erstrecken sich in ihrer Länge bei beiden Ausführungsbeispielen über den halben Umfang des zylindrischen Aussenleiters und sind in ihrer Lage um   120  zueinander    versetzt.



  



  Decimeter wave stem radiator for medical treatment
The healing effect through heat, which is generated in the body by localized high-frequency radiation of greater wavelengths, is known. In many cases, these healing effects cannot be used in body cavity treatment because the previously known radiators for medical treatment are unsuitable for this area of application with regard to their size and dimensions.

   In order to remedy this deficiency in the field of body cavity treatment, a new decimeter wave stem radiator for medical treatment by dielectric heating, consisting of a X / 4 long cup circle with a locally interrupted cylindrical outer conductor, is proposed, which is characterized by the fact that its radiating surface has a elongated outer conductor is formed, in which a large number of slots running transversely to its longitudinal axis are distributed over its cylindrical surface, the width and spacing of which are selected so that the external electric field around the radiator and its tip is practically evenly distributed.



   The stem radiator can preferably work in the decimeter range of 400-500 MHz. The coupling of the pot circle to the generator can be chosen arbitrarily, but of course preferably so that the coupling to the body is so good that the largest possible part of the supplied high frequency is converted into heat without the radiator itself being excessively heated.



   The drawing shows exemplary embodiments of the radiator according to the invention.



   Show it :
FIG. 1 shows an inductive circular pot radiator in a schematic longitudinal section;
Figure 2 is a view thereof;
FIG. 3 shows a capacitive circular pot radiator in a schematic longitudinal section;
Figure 4 is a view of this.



   The radiator is ultimately a cup circle on a coaxial basis, which is coupled to the medium to be heated via slots. Like every circle, this radiator contains both an inductance and a capacitance. In an inductively excited radiator according to Figures 1 and 2, the inductance consists not only of the outside of the inner conductor 1 and the inside of the outer conductor 2, both of which are connected via the coupling bracket 3, but also of the inductive portion of the slots 4 and the Slots on the outside of the outer conductor 2 connected in parallel. In addition, the space between the coupling bracket 3 and the front end 5 of the radiator may also be added.

   However, this space also correspondingly influences the capacitance lying between the inner and outer conductors on the one hand, which on the other hand is changed again by the capacitance of the slots 4 and attenuated by their loss resistance.



   As with any radiating structure, the slots 4 have a desirable radiation resistance and a harmful loss resistance. The latter causes throughput attenuation, which can be calculated approximately according to the known formula bk = 2.4 in decibels, where d is the wall thickness and r is half the slot width. It is therefore beneficial to choose the width of the slots large and the wall thickness small. With a wall thickness of 0.5 mm and a slot width of 4 mm there is a damping th; of about 2.4 - = 0.6 db. Experience
2 according to values below 1 db are no longer disturbing, i.e. H. the attenuation is then so small that there is no significant leakage current that heats the radiator.

   The radiator is supposed to use the emitted high frequency heat in a corresponding medium such as muscle tissue, fat pads, etc. a. Generate, additional heat loss is only disturbing because body parts near the radiator can be overheated.



  As a result, the radiator itself must remain cold, so that it is not possible to build a radiator according to the principle of the line dampened by slots or holes, but the radiator must always be a pot circle, which due to the existing radiation attenuation does not have the quality of a closed one Pot circle can have.



   The excitation of this structure can be done by capacitive or inductive coupling. The term capacitive corresponds to its meaning, while in the case of inductive coupling it is not absolutely necessary to determine whether the circuit capacitance also takes on a coupling function. For larger diameter radiators, e.g. B. about 20 mm inside diameter of the outer conductor 2, the inductive coupling has proven better. As a result of the large surface area, the inductance is relatively large, so a smaller capacitance is required to achieve the resonance frequency, which in turn would not result in the necessary coupling.



   According to this, with radiators with a smaller diameter, about 10 mm inside the outer conductor, a greater capacity is required due to the smaller inductances that form the smaller lateral surfaces. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the entire cavity is filled up to about 7 mm in the center of the radiator by two brass blocks 6 and 7 which are 0.5 mm apart from the outer conductor, one (6) being galvanically attached to the inner conductor 1, that runs through both. To adjust the inner conductor with respect to the outer conductor, a screwable insulating piece 5 ′ is provided in the metallic front end 5.

   It appears that the capacitance formed by the inner and outer jacket surface is predominantly circular capacitance; the spaces between the two blocks on the one hand and the block 7 and the metallic front end 5 on the other hand predominantly form the coupling elements, i.e. H. The reflection factor can be changed by axially shifting the block 7, although a frequency shift must be taken into account. The capacitance cannot be increased by making the distance between the two surfaces of the inner and outer conductors as small as desired; the throughput attenuation would increase too much, so that the space in the radiator tip could no longer be excited.

   The radiation from the tip is needed to influence the entire field in such a way that the total radiation is distributed approximately evenly around the radiator.



   Which coupling is used depends on the emitter diameter, with slot width, emitter length and number of slots playing a certain role in the dimensioning. With a good adjustment, a reflection factor of m = 0.95 can be achieved, the efficiency of the adjustment is therefore 99.5%.



   The inductively coupled radiator according to FIGS. 1 and 2 is constructed in such a way that the coupling bracket 3 consists of the inner conductor 1, which at its ends just before the end of the slots 4 has a contact piece 8 which is feathered on two sides and cut out on the other two sides . The cutouts 9 are necessary so that the space remaining at the top is included in the excited circle and does not remain dead completely closed. Immediately in front of this contact piece, a correspondingly long piece 10, which forms the capacitance against the outer conductor 2, is placed on the inner conductor 1.

   The radiator is about 7/4 long, the capacitance per unit length is about X / 10 with an inner diameter of the outer conductor 2 of), / 32. The width of the slots 4 is approximately 4.5 mm with a slot spacing of approximately 1.5 mm. A recording of the locus, which took place under load, showed a standing wave ratio of n = 0.95 at the target frequency.



   The length of the slots in both exemplary embodiments extends over half the circumference of the cylindrical outer conductor and their position is offset by 120 to one another.

Claims

PATENT CLAIM Decimeter wave stem radiator for medical treatment by dielectric heating, consisting of a) ./4 long cup circle with a locally interrupted cylindrical outer conductor, characterized in that its radiating surface is formed by an elongated outer conductor in which a large number of slots running transversely to its longitudinal axis are attached distributed over its cylindrical surface, the width and spacing of which are selected so that the external electric field around the radiator and its tip is practically evenly distributed.

SUBCLAIMS 1. Decimeter wave stem emitter according to claim, characterized in that the pot circle is designed for inductive excitation.

2. Decimeter wave stem radiator according to claim, characterized in that the cup circle is designed for capacitive excitation.

3. Decimeter wave stem radiator according to claim, characterized in that the slots extend over half the circumference of the cylindrical outer conductor and are offset from one another in their position.

4. Decimeter wave stem radiator according to dependent claim 3, characterized in that the slot width is greater than the mutual slot spacing.

5. Decimeter wave stem radiator according to claim and dependent claims 3 or 4, characterized in that the throughput attenuation of the slots is d bk = 2.4- <1 db, where d is the wall thickness of the r cylindrical outer conductor and 2 r is the width of the slots.

6. Decimeter wave stem radiator according to claim, characterized in that the excitation of the space lying in the radiator tip is determined by the distance between the inner surface of the outer conductor and the outer surface of the inner conductor.