DE1163993B - Decimeter wave stem radiator for medical treatment - Google Patents
Decimeter wave stem radiator for medical treatmentInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. KL: HOSgBoarding school KL: HOSg
Deutsche Kl.: 21 g -24/02 German class: 21 g -24/02
Nummer: 1163 993Number: 1163 993
Aktenzeichen: P 24672 VIII c / 21 gFile number: P 24672 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 23. März 1960Filing date: March 23, 1960
Auslegetag: 27. Februar 1964Opening day: February 27, 1964
Die Erfindung betrifft einen Dezimeterwellen-Stielstrahler für medizinische Behandlung durch dielektrische Erwärmung, bestehend aus einem A/4-langen Topfkreis mit einem örtlich unterbrochenen, zylindrischen Außenleiter. Die Heilwirkung durch Wärme, die durch lokalisierte Hochfrequenzstrahlung größerer Wellenlänge im Körper erzeugt wird, ist bekannt. Vielfach können die herkömmlichen Verfahren der hochfrequenten Erwärmung bei der Körperbehandlung nicht angewandt werden, weil die bisher bekannten Strahler für medizinische Behandlungszwecke bezüglich ihrer Größe und ihrer Abmessungen für dieses Anwendungsgebiet ungeeignet sind.The invention relates to a decimeter wave stem radiator for medical treatment by dielectric Heating, consisting of a 1/4 long cup circle with a locally interrupted, cylindrical one Outer conductor. The healing effect of heat, that of localized high-frequency radiation is greater Wavelength generated in the body is known. In many cases, the conventional methods of High-frequency heating cannot be used in body treatment because the previously known ones Radiators for medical treatment purposes with regard to their size and dimensions for this area of application are unsuitable.
Im Dezimetergebiet von 400 bis 500 MHz ist es bereits nicht mehr möglich, mit konzentrierten Bauelementen, wie Spulen und Kondensatoren, zu arbeiten, so daß koaxiale Topfkreise verwendet werden, die in entsprechender Gestaltung die dielektrischen und magnetischen Wechselfelder in den Körper einkoppeln. Die Ankopplung der Topfkreise an den Generator kann beliebig gewählt werden, wesentlich ist nur, daß die Kopplung zum Körper so gut ist, daß ein möglichst großer Teil der zugeführten Hochfrequenz in Wärme umgewandelt wird, wobei anzustreben ist, daß die Energie in einer bestimmten Richtung und Tiefe wirksam wird.In the decimeter range from 400 to 500 MHz, it is no longer possible to use concentrated components, like coils and capacitors, so that coaxial well circles are used which, in an appropriate design, couple the dielectric and magnetic alternating fields into the body. The coupling of the pot circles to the generator can be chosen arbitrarily, essentially is only that the coupling to the body is so good that as large a part of the high frequency as possible is converted into heat, the aim being that the energy is in a certain Direction and depth takes effect.
So ist z.B. eine hohlkörperartige, mit einer einseitigen Öffnung versehene Elektrode bekannt, die als Topfkreis für die vorgesehene Frequenz aufgebaut ist, wobei die Enden der inneren Leiterteile die Topfkreiskapazität bilden und angenähert in der Öffnung des Topfkreises liegen. Da die Öffnung sich über die Gesamtlänge der Elektrode erstreckt und einseitig ist, ist diese Elektrode nur für die Bestrahlung äußerer Körperpartien geeignet und läßt sich wegen ihrer Größe nicht in Körperhöhlen einführen.For example, a hollow body-like electrode provided with an opening on one side is known which is called Cup circle is built up for the intended frequency, the ends of the inner conductor parts having the cup circle capacity form and lie approximately in the opening of the pot circle. Since the opening is about the Overall length of the electrode extends and is unilateral, this electrode is only external for irradiation Body parts suitable and cannot be introduced into body cavities because of their size.
Es ist weiter eine Elektrode zur Erzeugung eines hochfrequenten magnetischen Wirbelfeldes für die
Behandlung von biologischen Geweben bekanntgeworden, die aus einem Topfkreis mit einem örtlich
unterbrochenen, zylindrischen Außenleiter besteht. Dabei sind in einem Strombauch des Topfkreises
Teile des Außenleiters in der Weise entfernt, daß mindestens ein einziger Steg stehenbleibt, der sich in
Richtung des Stromflusses erstreckt. Um diesen Steg im Außenleiter bildet sich ein in das biologische Gewebe
eindringendes magnetisches Wirbelfeld. Es handelt sich demnach bei dieser Art von Behandlung
um eine induktive Erwärmung, die jedoch z.B. bei der Behandlung von Körperhöhlen auf enge Körperpartien
begrenzt ist, da ein genügendes magnetisches Wirbelfeld nur am Strombauch eines Topfkreises
Dezimeterwellen-Stielstrahler für medizinsche
BehandlungAn electrode for generating a high-frequency magnetic vortex field for the treatment of biological tissues has also become known, which electrode consists of a cup circle with a locally interrupted, cylindrical outer conductor. In this case, parts of the outer conductor are removed in a current belly of the pot circle in such a way that at least one single web remains, which extends in the direction of the current flow. A magnetic vortex field penetrating the biological tissue forms around this web in the outer conductor. This type of treatment is therefore an inductive heating, which is limited, for example, in the treatment of body cavities to narrow parts of the body, since a sufficient magnetic vortex field is only available on the belly of a pot circle
treatment
Anmelder:Applicant:
Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,Philips Patent Administration G. m. B. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Als Erfinder benannt:
Gerhard Seifert, HamburgNamed as inventor:
Gerhard Seifert, Hamburg
auftritt und demzufolge die erwähnten Stege nur in einem gegenseitigen Abstand von λ/2 angebracht werden können. Mit dieser bekannten Elektrode ist daher nicht eine etwa gleichmäßige Behandlung ausgedehnter Körperhöhlenpartien möglich.occurs and consequently the mentioned webs can only be attached at a mutual distance of λ / 2. With this known electrode an approximately uniform treatment of extensive body cavity parts is therefore not possible.
Eine weitere bekannte Elektrode dient ebenfalls zur dielektrischen Erwärmung eng begrenzter Körperpartien. Das elektrische Feld tritt dabei aus dem zylindrischen Außenleiter einer an ihrem Ende kurzgeschlossenen konzentrischen Leitung durch einen Schlitz von 2 bis 3 mm Breite aus, der über die Hälfte des Leitungsumfanges unmittelbar am Kurzschluß oder etwa im Abstand von 112 angebracht ist. Mit dieser Elektrode ist lediglich eine punktförmige, einseitig gerichtete Behandlung von Körperteilen möglich.Another known electrode is also used for dielectric heating of narrowly delimited body parts. The electric field emerges from the cylindrical outer conductor of a concentric line short-circuited at its end through a slot 2 to 3 mm wide, which is attached over half the circumference of the line directly to the short circuit or approximately at a distance of 112. With this electrode, only a punctiform, unidirectional treatment of body parts is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel auf dem Gebiet der Körperhöhlenbehandlung abzuhelfen und einen Stielstrahler zu schaffen, mit dem eine etwa gleichmäßige Behandlung ausgedehnter Körperhöhlenpartien sowohl über die Länge des Strahlers als auch um den Strahler zu ermöglichen. Die besonderen Schwierigkeiten sind darin zu sehen, daß in einem langgestreckten Topfkreisresonator (Koaxialleitungsresonator) die Stromverteilung über die Länge der Leitung nicht gleichmäßig ist, sondern Strombäuche und Stromknoten im Abstand von XIA aufweist. Daher ist nicht ohne weiteres eine gleichmäßige Energieverteilung bei einem Topfkreisresonator zu erwarten, aus dessen zylindrischem Außenleiter das elektrische Feld ringsum über eine Länge von rund einem Viertel der verwendeten Wellenlänge etwa gleichmäßig austreten soll.The invention is based on the object of remedying this deficiency in the field of body cavity treatment and of creating a stick radiator with which an approximately uniform treatment of extensive body cavity parts both over the length of the radiator and around the radiator is possible. The particular difficulties are to be seen in the fact that in an elongated pot-circle resonator (coaxial line resonator) the current distribution over the length of the line is not uniform, but rather has current bulges and current nodes at a distance of XIA . Therefore, a uniform energy distribution is not to be expected without further ado in a cup-circle resonator, from whose cylindrical outer conductor the electric field should emerge approximately uniformly over a length of around a quarter of the wavelength used.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, die Energie aus ringsum angebrachten, über die Länge des Außenleiters verteilten Querschlitzen etwa gleichmäßig austreten zu lassen, wenn es gelingt, den im Inneren des Außenleiters fließen-The invention is based on the knowledge that it is possible to use the energy from to allow transverse slots distributed over the length of the outer conductor to emerge approximately evenly, if the flow inside the outer conductor succeeds
409 510/409409 510/409
den Strom entsprechend einer gewünschten Energieverteilung zu gestalten. Dies ist einerseits durch eine günstige Wahl der Anordnung der Schlitze, andererseits durch einen entsprechend sich über die Länge des Strahlers ändernden Abstand zwischen Innen- und Außenleiter, d. h. durch eine entsprechende Form des Innenleiters möglich. Überraschenderweise hat sich dies bei einem Dezimeterwellen-Stielstrahler bestätigt, dessen strahlende Fläche gemäß der Erfindung durch einen langgestreckten Außenleiter gebildet wird, in den eine Vielzahl quer zu seiner Längsachse verlaufender Schlitze (Querschlitze) 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 etwa gleichmäßig verteilt ist.to shape the electricity according to a desired energy distribution. This is on the one hand by a favorable choice of the arrangement of the slots, on the other hand by a correspondingly over the length of the radiator changing distance between inner and outer conductor, d. H. by an appropriate form of the inner conductor possible. Surprisingly, this has been confirmed with a decimeter wave stem radiator, its radiating surface formed according to the invention by an elongated outer conductor is, in which a plurality of slots (transverse slots) running transversely to its longitudinal axis over its cylindrical surface are attached distributed, the width and spacing of which are selected from one another so that the external electric field around the radiator and its tip is approximately evenly distributed.
Bei dem neuen Strahler ist die größte Energieumsetzung verhältnismäßig dicht am Strahler und geht dann nach den üblichen Ausbreitungsbedingungen zurück. Die Ausbreitung ist rund um den Strahler und im gleichen Verhältnis auch über die Spitze hinaus nach vorn praktisch gleichmäßig, ohne daß der Strahler selbst übermäßig erwärmt wird.With the new emitter, the greatest energy conversion is relatively close to the emitter and then goes back according to the usual propagation conditions. The spread is around the emitter and in the same proportion also over the tip practically evenly forwards, without the The heater itself is excessively heated.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des neuen Strahlers dar. Es zeigtThe drawing shows exemplary embodiments of the new radiator. It shows
Fig. 1 einen induktiven Topf kreisstrahier im schematischen Längsschnitt,1 shows an inductive pot circular tracer in a schematic longitudinal section,
F i g. 2 eine Ansicht davon,F i g. 2 is a view of
Fig. 3 einen kapazitiven Topfkreisstrahler im schematischen Längsschnitt,3 shows a capacitive circular cup radiator in a schematic longitudinal section,
Fig. 4 eine Ansicht dazu.Fig. 4 is a view of this.
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, d. h. im Strombauch erregten Strahler nach Fig. 1 und 2 besteht die Induktivität nicht nur aus der Außenseite des Innenleiters 1 und der Innenseite des Außenleiters 2, die beide über dem Koppelbügel 3 verbunden sind, sondern auch aus dem induktiven Anteil der Schlitze 4 und der über die Schlitze parallel geschalteten Außenseite des Außenleiters 2.The radiator is ultimately a pot circle on a coaxial basis, which is connected to the to be heated via slots Medium is coupled. Like every circle, this radiator also contains an inductance as well as a capacity. In the case of an inductive, i.e. H. Radiator excited in the current belly according to FIGS. 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 from the inductive component the slots 4 and the outside of the outer conductor 2 connected in parallel via the slots.
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 erwünschten Strahlungs- und schädlichen Verlustwiderstand. Letzterer ist über an sich bekannte Formeln zur Berechnung der Kamindämpfung bk bei Lochkopplungen zu erfassen. Dabei ist die Schlitzbreite r nur zur Hälfte anzusetzen. Da bk etwa 2,4 ·In addition, if necessary, there is also the space between the coupling bracket 3 and the front end 5 of the radiator. 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 is attenuated by their loss resistance. As with any radiating structure, the slots 4 have desirable radiation and harmful loss resistance. The latter can be determined using formulas known per se for calculating the chimney damping b k in the case of hole couplings. Only half of the slot width r is to be used. Since b k about 2.4
ist, muß die Schlitzbreite 2 r möglichst groß, die Wandstärke d möglichst gering gewählt werden. Bei einer Wandstärke von 0,5 mm und einer Schlitzbreite von 4 mm beträgt die Kamindämpfung bk z. B. etwais, the slot width 2 r must be as large as possible, the wall thickness d as small as possible. With a wall thickness of 0.5 mm and a slot width of 4 mm, the chimney damping is b k z. B. about
2,4 · '2 = 0,6. Erfahrungsgemäß sind unter 1 liegende Werte nicht mehr störend, d. h., die Kamindämpfung 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 Muskelgewebe, Fettpolster u. ä. 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.2.4 · ' 2 = 0.6. Experience has shown that values below 1 are no longer disturbing, ie the chimney attenuation is then so small that there is no significant leakage current that heats the radiator. The radiator is supposed to generate heat in a corresponding medium through the emitted high frequency, muscle tissue, fat pads, etc., additional heat loss only disturbs because parts of the body close to 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.
Die Erregung dieses Gebildes kann durch kapazitive oder induktive Ankopplung erfolgen. Die Bezeichnung kapazitav 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. etwa 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.This structure can be excited by capacitive or inductive coupling. The designation capacitive corresponds to its importance, while with inductive coupling it is not necessarily it has to be determined whether the circuit capacitance also takes on a coupling function. at Larger diameter radiators, e.g. B. about 20 mm inner diameter of the outer conductor 2, the inductive coupling better proven. Due to the large surface area, the inductance is relatively large, it so a smaller capacitance is required in order to reach the resonance frequency, which in turn would not result in the necessary coupling.
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 Kapazität benötigt wird. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 dünne Innenleiter dabei aber durch beide hindurchläuft. Die Justierung des Innen- zum Außenleiter wird durch das Isolierstück 5' vorgenommen. 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 der metallischen Spitze 5 andererseits bilden vorwiegend die Koppelelemente, d. h. durch axiale Verschiebung des Blocks 7 läßt sich der Reflexionsfaktor verschieben, 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 sehr 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 Schlitzdurchmesser, 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%.According to this, with radiators with a smaller diameter, about 10 mm inside the outer conductor, a larger capacitance is required as a result of the smaller inductances which form the smaller lateral surfaces. In the embodiment according to FIG. 3 and 4, apart from about 7 mm in the middle of the radiator, the entire cavity is filled by two brass blocks 6 and 7 that are 0.5 mm apart from the outer conductor, one, 6, being galvanically attached to the inner conductor 1, the thin inner conductor being but runs through both. The adjustment of the inner to the outer conductor is made by the insulating piece 5 '. It appears that the capacitance formed by the inner and outer surface is mainly circular capacitance, the spaces between the two blocks on the one hand and the block 7 and the metallic tip 5 on the other hand mainly form the coupling elements, i.e. the reflection factor can be shifted by axially displacing 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 very small, the throughput attenuation would increase too much so that the space in the tip of the radiator could no longer be excited. However, the radiation from the tip is used 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, whereby the slot diameter, emitter length and number of slots play 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%.
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, an den beiden anderen Seiten ausgeschnittenes Kontaktstück 8 trägt. Die Ausschnitte 9 sind erforderlich, damit der an der Spitze verbleibende Raum mit in die angeregten Kreise einbezogen wirdThe inductively coupled radiator according to Fig. 1 and 2 is constructed so that the coupling bracket 3 from the inner conductor 1 consists of a feathered on two sides at its ends just before the end of the slots 4, on the other two sides cut contact piece 8 carries. The cutouts 9 are required so that the space remaining at the top is included in the excited circles
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und nicht vollkommen abgeschlossen tot liegenbleibt. Unmittelbar vor diesem Kontaktstück wird ein entsprechend langes Stück 10, das die Kapazität gegen den Außenleiter 2 darstellt, auf den Innenleiter 1 aufgesetzt. Der Strahler ist etwa 2/4 lang, der Kapazitätsbelag etwa 2/10 bei einem Innendurchmesser des Außenleiters 2 von i/32. Die Breite der Schlitze 4 ist etwa 4,5 mm bei einem Schlitzabstand von etwa 1,5 mm. Eine Aufnahme der Ortskurve, die unter Belastung mit einem Einschichtenphantom erfolgte, ergab ein Stehwellenverhältnis von η = 0,95 bei der Sollfrequenz.and lying dead, not completely locked up. Immediately in front of this contact piece, a correspondingly long piece 10, which represents the capacitance in relation to the outer conductor 2, is placed on the inner conductor 1. The radiator is about 2/4 long, the capacitance per unit length about 2/10 with an inner diameter of the outer conductor 2 of 1/32. 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 was carried out under load with a single-layer phantom, showed a standing wave ratio of η = 0.95 at the target frequency.
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.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 (8)
Deutsche Patentschrift Nr. 936 281;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 039 148;
österreichische Patentschrift Nr. 265 162.Considered publications:
German Patent No. 936 281;
German interpretative document No. 1 039 148;
Austrian patent specification No. 265 162.
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