способ радиочастотной гипертермии электромагнитным полем и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ радиочастотной гипертермии электромагнитным полем путем размещения вблизи поверхности тела животного облучающих электровод, подведения к ним энергии от генератора, возбуждения в системе облучающие электроды - тело животного переменных полей, зарядов и токов, отличающийся тем, что на расстоянии от облучающих электродов, много меньшем длины волны, размещают дополнительную группу излучателей с амплитудной характеристикой направленности излучения системы дополнительная группа излучателей - тело животного подобной характеристике направленности излучения системы облучающие электроды - тело животного и близкую к противофазной ей, при этом амплитуду напряженности электромагнитного поля в максимумах характеристики направленности системы дополнительная группа излучателей - тело животного устанавливают в пределах от нуля до удвоенной амплитуды напряженности электромагнитного поля в максимумах характеристики направленности системы облучающие электроды - тело животного.

2. Устройство для радиочастотной гипертермии электромагнитным полем, содержащее генератор радиочастоты, облучающие электроды, размещенные с зазором от поверхности тела животного, отличающееся тем, что на расстоянии от облучающих электродов, много длины волны, размещена дополнительная группа излучателей и введено распределительно-фазирующее устройство, вход которого соединен с выходом генератора, одни разнополярные выходы соединены с облучающими электродами, а вторые разнополярные выходы соединены с дополнительными излучателями, при этом величина зазора между поверхностью тела животного и излучателями дополнительной группы не менее величины зазора между поверхностью тела животного и облучающими электродами.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что распределительно-фазирующее устройство выполнено в виде многополюсника, содержащего делитель мощности, выходы которого через последовательно соединенные фазовращателя и согласующие цепи соединены соответственно с облучающими электродами и дополнительной группой излучателей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к животноводству и ветеринарии и предназначено для физиотерапевтического воздействия радиочастотным электромагнитным полем. Возможно также использование предлагаемых способа и устройства в медицине.

Известен способ радиочастотной гипертермии электромагнитным полем [1] (прототип на способ) путем размещения вблизи поверхности тела облучающих электродов и возбуждения в межэлектродном пространстве электромагнитного поля заданной экспозиции и устройства для его осуществления [2, 3, 4, 5], содержащие генератор высокой частоты и соединенные с его выходом разнополярные облучающие электроды.

Недостатками известных способа и устройств для его осуществления являются большое неконтролируемое излучение электромагнитной энергии на здоровые органы и в окружающее пространство, мощность которого может достигать до 75% от мощности, вырабатываемой генератором высокой частоты [6], и, как следствие большого излучения, низкая точность дозирования облучения тела животного.

Известен ряд устройств [7, 8, 9, 10], в которых частично снижено излучение на здоровые органы и в окружающее пространство путем экранирования зоны облучения. Однако, известные устройства не могут обеспечить эффективного экранирования, особенно при поперечном наложении облучающих электродов из-за малых размеров экранов. Для эффективного экранирования источника излучения необходимо, чтобы размеры экранов, незамкнутых вокруг источника излучения, были соизмеримы с длиной волны [11, 12]. В противном случае индуцированные полем электродов токи в экране не могут компенсировать излучение облучающих электродов.

В качестве прототипа выбрано устройство [13], каждый облучающий электрод которого снабжен экраном. Это устройство также обладает указанными выше недостатками.

Цель предлагаемого изобретения состоит в уменьшении загрязнения окружающей среды электромагнитным излучением при одновременном увеличении точности дозирования мощности облучения электромагнитным полем.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе радиочастотной гипертермии электромагнитным полем путем размещения вблизи поверхности тела животного облучающих электродов, подведения к ним при помощи линии передачи электромагнитной энергии (ЛПЭЭ) от генератора, возбуждения в системе облучающие электроды - тело животного переменных полей зарядов и токов, на расстоянии от облучающих электродов много меньше длины волны размещают дополнительную группу излучателей с амплитудной характеристикой направленности излучения системы дополнительная группа излучателей - тело животного подобной амплитудной характеристике направленности излучения системы облучающие электроды - тело животного и близкую к противофазной фазовой характеристике направленности электромагнитного поля, при этом амплитуду напряженности электромагнитного поля в максимумах характеристики направленности системы дополнительная группа излучателей - тело животного устанавливают в пределах от нуля до удвоенной амплитуды напряженности электромагнитного поля в максимумах диаграммы направленности системы облучающие электроды - тело. Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для радиочастотной гипертермии электромагнитным полем, содержащее генератор и облучающие электроды, размещенные с зазором от поверхности тела животного, введена дополнительная группа излучателей, размещенная от облучающих электродов на расстоянии много меньшем длины волны и введено распределительно-фазирующее устройство, вход которого соединен с выходом генератора, одни разнополярные выходы соединены с облучающими электродами, а вторые разнополярные выходы соединены с излучателями дополнительной группы, при этом величина диэлектрического зазора между поверхностью тела животного и излучателями дополнительной группы не менее величины зазора между поверхностью тела животного и облучающими электродами. Распределительно-фазирующее устройство выполнено в виде многополюсника, содержащего делитель мощности, выходы которого через последовательно соединенные фазовращатели и согласующие цепи соединены соответственно с облучающими электродами и дополнительной группой излучателей.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает уменьшение загрязнения окружающей среды и увеличение точности дозирования мощности облучения электромагнитным полем.

В заявляемом устройстве указанные свойства обеспечиваются введением дополнительных элементов - дополнительной группы излучателей, размещением их с величиной зазора от поверхности тела животного не менее величины зазора между поверхностью тела животного и облучающими электродами основной группы, связью группы дополнительных излучателей с генератором высокой частоты через распределительно-фазирующее устройство. Указанные свойства обусловлены также тем, что в заявляемом способе, при указанных режимах, поле излучения системы дополнительная группа излучателей - тело компенсирует поле излучения системы, состоящей из группы облучающих электродов и тела животного. В результате доля суммарной мощности излучения в пространство уменьшается и увеличивается доля мощности, поглощаемая тканями животного.

В известных способах и устройствах радиочастотной гипертермии доля мощности паразитного неконтролируемого излучения электромагнитной энергии на здоровые органы и в окружающее пространство может составлять до 75% от мощности, вырабатываемой генератором. Измерить соотношение мощности паразитного излучения и мощности облучения больного органа в процессе сеанса лечения практически невозможно. Следовательно, в известных способах и устройствах невозможно установить точную дозу облучения тела животного. Например, при изменении доли мощности излучения с 50 до 75% мощность, поглощаемая тканями животного, изменяется с 50 до 25%, т.е. в 2 раза. В заявляемом способе паразитное излучение системы облучающие электроды - тело животного компенсируется излучением системы дополнительная группа излучателей - тело животного. В результате мощность, поглощаемая телом, приближается к выходной мощности генератора высокой частоты, которую легко контролировать и, следовательно, легко точно дозировать.

В заявляемых способе и устройстве точность дозирования выше и в случае неполной компенсации паразитного излучения. Так, если результирующая мощность излучения изменится вдвое с 5 до 10% от вырабатываемой радиочастотным генератором, то поглощенная мощность изменится всего лишь с 95 до 90% выходной мощности генератора.

На фиг. 1 схематически изображен вариант устройства для радиочастотной гипертермии с кольцевыми электродами. На фиг. 2, 3 изображен вариант устройства для радиочастотной гипертермии с одинаковыми зазорами до тела основных электродов и дополнительных излучателей. На фиг. 4 представлены расчетные зависимости напряженности поля излучения. На фиг. 5 приведена блок-схема распределительно-фазирующего устройства. На фиг. 6 представлен вариант схемы распределительно-фазирующего устройства.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг. 1. На чертеже в качестве примера представлены сечения кольцевых электродов.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1, выход которого через распределительно-фазирующее устройство 2 соединен с группой разнополярных облучающих электродов 3, 4, размещенных с зазором от поверхности тела, например, на сосках вымени 5 животного. На расстоянии много меньше длины волны от облучающих электродов 3, 4 размещена дополнительная группа излучателей 6, 7 подобных облучающим электродам 3, 4 с зазором от поверхности тела животного, превышающим зазор между электродами 3, 4 основной группы и телом животного. Излучатели 6, 7 дополнительной группы соединены с дополнительными разнополярными выходами распределительно-фазирующего устройства 2.

При работе устройства для радиочастотной гипертермии электромагнитным полем в теле 5 и в окружающем пространстве возбуждается электромагнитное поле, созданное переменными токами, протекающими в основных электродах 3, 4, а также электромагнитное поле, созданное токами дополнительных излучателей 6, 7. Кроме того, в окружающем пространстве возбуждается электромагнитное поле, созданное токами в теле животного, индуцированными как основными облучающими электродами 3, 4, так и дополнительными излучателями 6, 7. Поскольку в приведенном примере величина зазора между телом 5 животного и излучателями 6, 7 дополнительной группы превышает величину зазора между телом 5 животного и электродами 3, 4 основной группы, то доля мощности, подводимой к группе дополнительных излучателей 6, 7, и излучаемая в окружающее пространство превышает долю мощности, подводимую к группе основных облучающих электродов 3, 4 и также излучаемую в окружающее пространство. Подобие излучателей 6, 7 дополнительной группы и их расположения электродам 3, 4 и расположению основной группы обеспечивают подобие их амплитудных характеристик направленности излучения. В таком случае для компенсации поля излучения в окружающее пространство устанавливают разность фаз колебаний между токами системы основные облучающие электроды 3, 4 - тело 5 и токами системы дополнительные излучатели 6, 7 - тело 5, близкую к 180^o, а амплитуду напряженности поля в максимумах характеристики направленности системы дополнительная группа излучателей 6, 7 - тело 5 устанавливают близкой к амплитуде напряженности поля в максимумах характеристики направленности системы облучающие электроды 3, 4 - тело 5. Изменение амплитуды напряженности поля в максимумах характеристики направленности системы дополнительная группа излучателей 6, 7 - тело в пределах от нуля до удвоенной амплитуды напряженности поля в максимумах характеристики направленности системы основные облучающие электроды 3, 4 - тело 5 позволяет уменьшить величину результирующего поля излучения. За пределами указанного соотношения результирующее поле излучения превышает исходное независимо от фазовых соотношений токов основных электродов 3, 4 и дополнительных излучателей 6, 7.

В приведенном на фиг. 1 устройстве максимальная глубина компенсации излученного поля достигается, если форма дополнительных излучателей подобна форме основных электродов, при этом они могут отличаться размерами. Например, если основные облучающие электроды выполнены в виде цилиндрического или конического кольца, в частности эластичного, то дополнительные излучатели целесообразно выполнить кольцевыми, соосными с основными, и отличающимися от основных по диаметру. При этом высота их может быть меньше, равна или больше высоты основных электродов. Глубина компенсации, однако, практически не уменьшится, если дополнительные излучатели будут выполнены в виде части колец, размещенных симметрично по отношению к основным излучателям при совпадающих видах симметрии.

На фиг. 2, 3 схематически изображен вариант устройства для радиочастотной гипертермии с одинаковыми зазорами до тела основных электродов и дополнительных излучателей. При этом на фиг. 2 показан вид снизу электродов, размещенных на сосках вымени животного, а на фиг. 3 - диагональное сечение.

Устройство (фиг. 2, 3) содержит генератор 8, выход которого через распределительно-фазирующее устройство 9 соединен с группой разнополярных электродов 10, 11 и 12, 13, размещенных с зазором от поверхности тела 14. Дополнительная группа излучателей 15, 16 и 17, 18 подобна основной группе электродов 10, 11 и 12, 13 и повернута вокруг центра между сосками вымени на 180^o. Излучатели 15, 16 и 17, 18 дополнительной группы соединены с дополнительными разнополярными выходами распределительно-фазирующего устройства 9.

На фиг. 5 приведена блок-схема распределительно-фазирующего устройства, которое может быть выполнено, например, с использованием стандартных элементов - делителя мощности 19 [14, стр. 113], выходы которого соединены с последовательно соединенными фазовращателями 20, 21 [14, стр. 152] и согласующими цепями 22, 23 [14, стр. 44]. В частности, в диапазоне метровых волн распределительно-фазирующее устройство для реализации устройства для гипертермии (фиг. 2, 3) можно выполнить на контурах (фиг. 6), одновременно выполняющих роль согласующих элементов и содержащих первичный контур с последовательно соединенными конденсатором 24 и катушкой индуктивности 25 и связанного с ним индуктивной связью вторичного контура с катушкой индуктивности 26 и конденсатором 27.

При работе устройства токи основных электродов 10, 11, 12, 13 и дополнительных излучателей 15, 16, 17, 18 индуцируют в теле животного токи, близкие к встречным, но разнесенным в пространстве, а в окружающем пространстве возбуждают поля, близкие по амплитудам и взаимнопротивофазные. В результате в окружающем пространстве обеспечивается глубокая компенсация поля излучения и вся мощность, вырабатываемая генератором высокой частоты, рассеивается в теле.

На фиг. 4 представлены расчетные зависимости напряженности поля излучения различных способов и устройств для гипертермии электромагнитным полем. При этом кривая А соответствует заявленному способу, осуществленному устройством на фиг. 2, 3. Кривые Б, И соответствуют известным способам и устройствам гипертермии [3, 4]. Сопоставление кривых, соответствующих заявленным способу и устройству, с кривыми для известных устройств показывает, что заявленные способ и устройство по сравнению с известными позволяют компенсировать излученное поле на 25 - 35 дБ уже на расстоянии 0,2 длины волны, что на частоте 40,68 МГц не превышает полутора метров.

Заявленное устройство для радиочастотной гипертермии электромагнитным полем может быть выполнено с дополнительным экраном, отделяющим электроды и излучатели от окружающей среды. При этом глубина компенсации поля излучения снижается незначительно, однако токи на теневой стороне экрана значительно ослаблены и его можно касаться руками, что обеспечивает определенные удобства при эксплуатации.

Дополнительным преимуществом заявляемых технических решений является, например, возможность использования любого стандартного доильного оборудования для гипертермии вымени коров при лечении маститов. При реализации заявляемого устройства на доильном оборудовании с металлическими гильзами доильных стаканов облучающие электроды могут быть размещены у внешней верхней поверхности присоска доильного стакана, а дополнительные излучатели - между плоскостью электрода и гильзой. При этом отпадает необходимость замыкания проводником гильз доильных стаканов, в результате чего повышается надежность устройства за счет исключения гальванического контакта.

Источники информации

1. И.Г. Шеметило, М.Г. Воробьев. Современные методы электро- и светолечения. Л. изд. "Медицина", 1980 г., стр. 113 (прототип на способ).

2. Н.М. Ливенцев. Электромедицинская аппаратура. М.: изд. Медицина, 1964 г., стр. 183 - 187.

3. Авторское свидетельство СССР N 914067, кл. A 61 N 1/06, A 01 J 7/00, БИ N 11, 1982 г.

4. Авторское свидетельство СССР N 1113054, кл. A 01 J 7/00, БИ N 34, 1984 г.

5. Авторское свидетельство СССР N 889010, кл. A 61 N 1/04, БИ N 46, 1981 г.

6. А. Д. Белов, И.М. Беляков, В.А. Лукьяновский. Физиотерапия и физиопрофилактика болезней животных: Справочное издание - М.: Колос, 1983 г., стр. 65.

7. Заявка Японии N 2-20261, кл. A 61 N 1/06, 1/40, 1990. Изобретения стран мира, 1991 N 6 вып. 7.

8. Авторское свидетельство СССР N 1528509, кл. A 61 N 5/02, БИ 46, 1989.

9. Авторское свидетельство СССР N 1648503, кл. A 61 N 5/02, БИ N 18, 1991 г.

10. Авторское свидетельство СССР N 1673133, кл. A 61 N 1/06, БИ N 32, 1991 г.

11. Ф. Б. Черный. Распространение радиоволн. М. "Советское радио", 1972 г., стр. 48 - 54.

12. В.М. Давыдочкин. Синтез широкополосных экранов по заданным частотным характеристикам. В сб. Теория дифракции и распространения волн. VII Всесоюзный симпозиум по дифракции и распространению волн. Москва - 1977 г. том 2, стр. 102 - 106.

13. Заявка N 4232572/15, 1987 г. кл. A 01 J 7/00, A 61 N 1/06. Положительное решение 3.01.1989 г. (прототип на устройство), авт. св. 1546023, опубл. 1990.

14. Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. М. Высшая школа, 1988 г.