專利名稱：高頻磁場治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的高頻磁場治療裝置屬于醫(yī)療用高頻治療設(shè)備。它包括高頻功率源和將高頻電流轉(zhuǎn)換為作用于人體的高頻磁場的磁場輻射器。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所涉及的高頻主要指短波和超短波頻段，頻率從數(shù)MHz到數(shù)百MHz，這一范圍的電磁波波長從1米到數(shù)十米，它涵蓋了分配給射頻醫(yī)療設(shè)備使用的6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz等頻段。根據(jù)電磁場理論，距離輻射源小于λ/2π(λ為波長)的空間，屬于近場范圍。當(dāng)輻射器為電偶極子時，在近場產(chǎn)生的是高頻電場，譬如高頻電壓加在一組平行的電容極板上，極板間空間產(chǎn)生幾乎是純粹的高頻電場；當(dāng)輻射器是磁偶極子時，在近場產(chǎn)生的是高頻磁場，譬如高頻電流通過線圈時，線圈附近主要是高頻磁場。
適當(dāng)強度的高頻電場或磁場作用于人體組織都能產(chǎn)生熱及非熱效應(yīng)，都有可能產(chǎn)生有益的治療效果。但是高頻電場和高頻磁場作用于人體不同類型組織時的吸收及生熱狀況卻有所不同。
對于含水量低導(dǎo)電性差的脂肪和含水量高導(dǎo)電性較好的肌肉及其它器官，高頻電場大部分將落在脂肪層并通過介質(zhì)損耗發(fā)熱；相反，高頻磁場則大部分落在肌肉及內(nèi)部組織上并通過渦流損耗發(fā)熱。
高頻電場作用于人體，依次通過脂肪和肌肉組織，其能量主要耗損在脂肪上，造成脂肪發(fā)熱，加之脂肪缺少血液流動散熱，脂肪的溫升要明顯高于肌肉及內(nèi)部器官，而一般說來，對脂肪加熱并沒有治療作用。對于小功率設(shè)備，由于脂肪對高頻電場的吸收耗損使治療效率大為降低，對于大中功率設(shè)備如熱療治癌機則由于脂肪過熱而目標(biāo)組織卻難以達到治療最佳溫度。
由于脂肪層對于高頻磁場相當(dāng)“透明”，高頻磁場可較少損耗地透過脂肪作用到內(nèi)部組織上產(chǎn)生治療作用。同樣，使用高頻磁場代替高頻電場對腫瘤進行熱療，則有助于克服脂肪過熱的瓶頸。
但是，由于技術(shù)上的原因，產(chǎn)生高頻磁場難度較大，現(xiàn)有高頻治療設(shè)備多數(shù)是基于利用開放的電容極板產(chǎn)生高頻電場的技術(shù)方案。
目前產(chǎn)生高頻磁場的技術(shù)，一種方法是將絕緣導(dǎo)線在人體治療部位繞成線圈，高頻設(shè)備輸出的高頻電流通過線圈產(chǎn)生高頻磁場作用于人體，利用設(shè)備內(nèi)部的可變電容器與線圈調(diào)諧，這種方法使用不便、效率低，且在人體很多部位使用受到局限；另一種方法是將導(dǎo)線繞成平面螺旋形，連同調(diào)諧電容器封裝在同一外殼中，通過同軸電纜接入高頻設(shè)備，平面線圈輻射高頻磁場作用于人體，這種方法使用較為方便，效率也較前一方法高，應(yīng)用比較多。
但是該技術(shù)仍有不少問題平面螺旋線圈具有一定的電感，隨直徑加大電感急劇增加，在大的高頻電流通過時，由于電感的存在，線圈兩端出現(xiàn)較高的高頻電壓，線圈同時成為電偶極子，在輻射高頻磁場同時還輻射相當(dāng)能量的高頻電場；由于電感大，相應(yīng)的調(diào)諧電容就很小，輻射線圈靠近人體時的分布電容使輻射器失諧，這就需要人為手動調(diào)節(jié)或采用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的自動調(diào)諧裝置。在產(chǎn)生頻率較高、口徑較大高頻磁場時該技術(shù)實施難度將很大。
文獻1(孫延林.一種新型高頻磁療機.電子科學(xué)技術(shù).15卷10期.22-24頁.1985.10)提出一種工作頻率為40.68MHz的高頻磁療機，利用一個高頻大功率陶瓷電容器與平面螺旋線圈實現(xiàn)調(diào)諧，為消除電場，更為減少分布電容的影響，該技術(shù)在線圈前加電屏蔽從而產(chǎn)生附加損耗。因使用固定電容器無法實現(xiàn)準(zhǔn)確調(diào)諧，如采用法定分配的固定工作頻率，輻射器將工作在失諧狀態(tài)。即使調(diào)到諧振，并使輻射器與高頻功率源及電纜阻抗匹配，諧振元件諧振時的功率伏安數(shù)可達輸入功率的百倍以上，一個100W的輻射器電容器應(yīng)能承受10000VA以上的無功功率，能承受此功率陶瓷電容器將十分龐大，陶瓷電容器的介質(zhì)損耗也很可觀。實際上，該輻射器工作于失諧和失配狀態(tài)，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)電磁場理論，輻射線圈面積一定時空間某點的磁場強度正比于輻射線圈電流和匝數(shù)的乘積。
現(xiàn)有高頻磁場輻射器技術(shù)的出發(fā)點有一個誤區(qū)為了增強磁場，提高輻射效率，就要增加線圈匝數(shù)。其實，匝數(shù)多，線圈電感也將大幅度加大，這就帶來阻抗高電流難以增大，諧振電壓高產(chǎn)生不需要的電場，諧振電容器容量小易失諧、線圈損耗加大等問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案出發(fā)點正好相反在滿足諧振電容器結(jié)構(gòu)合理高效的前提下，盡量減少線圈匝數(shù)，使線圈電感足夠小，甚至采用多個分?jǐn)?shù)匝線圈并聯(lián)。這樣，上述弊端均不再存在，電感小了以后，在一定電壓下高頻電流就大，輻射磁場并不低，因為損耗因素減少，輻射效率將更高。同時選用各類電容器中損耗最小、無功功率容量大的空氣平板電容器作諧振電容器，并利用電容器極板作輻射線圈的支撐，將系統(tǒng)組成一個牢固的整體。
本發(fā)明提出一種高頻磁場輻射器結(jié)構(gòu)如圖1，包括一個或多個線圈1和平板式空氣電容器2，線圈可以是一個單線環(huán)，也可以是多個相同的分?jǐn)?shù)匝線圈組成線環(huán)，線環(huán)根據(jù)治療需要可以是圓形也可以是矩形或其它形狀。每個線圈一個同名端為電極101，另一個同名端為電極102。電容器2由極板201和極板202組成，電容器極板可以是圓形也可以是矩形或其它形狀。線圈的101端固定在極板201上，線圈的102端穿過極板201固定在極板202上。因所有線圈101端和極板201連接，102端和極板202連接，多個分?jǐn)?shù)匝線圈就接成了并聯(lián)。多個線圈并接后的電感為L，電容器的電容為C，輻射器的LC諧振于高頻電源的工作頻率。極板201最好用兩片，極板202用一片，電容可加大一倍，而結(jié)構(gòu)最為簡單。如果將極板201接入高頻地電位(冷端)，則極板202作為電容器熱端可封閉在“地”極板中間，對外不會有電場。與冷端極板相連的所有線圈端也是冷端，與熱端極板相連的所有線圈端也是熱端。
本發(fā)明方案中的冷端熱端并非絕對需要，如極板外部存在高頻電場對應(yīng)用無有害影響或另有它法避免其影響，極板可以懸浮而不接地，也就沒有嚴(yán)格意義上的冷端熱端。
圖2為電容器極板以及和線圈的連接示意圖，兩片201極板通過導(dǎo)電螺釘6與電極101連接在一起。極板之間加入適當(dāng)厚度的絕緣墊圈5以控制極板間距，如部分或全部使用彈性墊圈，只要壓緊或放松彈性墊圈(如用螺釘6調(diào)節(jié)松緊)，就可以改變極板間距從而微調(diào)電容器的電容量實現(xiàn)調(diào)諧。
為減少線圈后部電容器極板201產(chǎn)生的渦流損耗，極板與線圈要有適當(dāng)距離，綜合考慮輻射器的體積和輻射效率，該距離取線圈短邊的20％或更大。
對于工作頻率較低的小功率小口徑輻射器，要求的電容量可能會很大，可以在極板間加入低損耗介質(zhì)，組成平行板介質(zhì)電容器；也可以增加電容器極板片數(shù)量，如極板201為五片，極板202為四片。
除了圖1采用2個近1/2匝線圈的輻射器外，圖3、圖4提出了不同數(shù)量線圈的輻射器簡圖，只要需要，線圈個數(shù)還可以增多。輻射器口徑越大，工作頻率越高，線圈個數(shù)就用得越多。對于個數(shù)少的線圈，可以增加工藝支撐件，如圖2及圖3，絕緣柱7一頭支撐線圈，一頭接入調(diào)節(jié)螺釘，既可增大強度又便于調(diào)諧。
為了將高頻電流引入輻射器，可在線圈內(nèi)置一個耦合環(huán)10，通過同軸電纜11接入高頻發(fā)生器12，見圖5，極板和線圈可以懸浮，也可將一個極板接地。改變耦合環(huán)的直徑和位置可改變輻射器的輸入阻抗，實現(xiàn)與電纜及高頻功率源的阻抗匹配。圖6所示輻射器，將同軸電纜的外皮13接極板201(接地)，芯線14接入任何一個線圈的某部位抽頭15(匯電點)送入高頻電流，調(diào)節(jié)抽頭位置可以改變輻射器的輸入阻抗。
圖7是極板202的一種可選方案，使用雙面復(fù)金屬的絕緣板采用PCB生產(chǎn)技術(shù)制作極板202。其特點是極板202上與201板相連的支撐墊圈5的周圍的導(dǎo)電層被去除。這樣，極板之間的墊圈5與極板202的導(dǎo)電層17之間就有足夠大的絕緣間隙18，即使該墊圈與極板201同電位也無妨，墊圈材料的選用只要考慮其機械性能而不用考慮其電性能。
圖8是一種具有同相功率合成功能的雙輸入的輻射器，具有結(jié)構(gòu)呈中心對稱的兩個線圈，每個線圈有一個抽頭作匯電點，兩路頻率和相位均相同的高頻電流通過匯電點15輸入，產(chǎn)生的高頻磁場相疊加，能量倍增，這適用于大功率的治療使用。由于兩個線圈通過電容器極板并聯(lián)在一起，如果切除其中一路輸入，就如同圖6輻射器仍然可以工作只是功率減半。
圖9是一種具有反相功率合成功能的雙輸入的輻射器，兩路頻率相同但相位相反的高頻電流輸入結(jié)構(gòu)呈軸對稱的兩個線圈，產(chǎn)生的高頻磁場也能相疊加，能量倍增。
圖10的輻射器有四個約1/4匝線圈組成的線環(huán)，電容器極板中部開孔，使人體肢體或軀干可以穿入線環(huán)?？梢园礃O板上虛線把電容器連同各個線圈分成可移動但又在電氣上相連的幾部分，便于張開套入人體的胸部、腹部等部位。匯電點根據(jù)需要可以是一個，也可以是兩個或四個，在輻射器上實現(xiàn)功率合成，特別適用于大功率高頻治癌裝置。
采用本發(fā)明技術(shù)方案的高頻磁場輻射器線圈的電感極小，單個線圈可以只有分?jǐn)?shù)匝，電感本來就小，再將其并聯(lián)，則電感更小，整個線圈電感僅有平面螺旋線圈的數(shù)分之一到數(shù)十分之一，只要增加線圈個數(shù)，電感幾乎可以小到任意值，即使大直徑的輻射器也是如此。諧振電容器容量選在數(shù)百到上千微微法，電容器就可采用損耗最小的空氣電容器，根據(jù)工作頻率，相應(yīng)的線圈電感在幾十毫微亨到幾十微亨，。按本設(shè)計方案可制作有效口徑數(shù)厘米到數(shù)十厘米甚至更大的高頻磁場輻射器，滿足各種類型治療的需要。
由于電感極小加上電容器可以完全封閉，輻射器產(chǎn)生的高頻電場與高頻磁場相比微乎其微，完全不需要另加屏蔽，可以用普通工程塑料制作輻射器外殼。對于多數(shù)磁場輻射器，調(diào)諧電容器電容達到數(shù)百微微法，而輻射線圈對人體產(chǎn)生的附加電容僅微微法量級，不會影響調(diào)諧，輻射器線圈組成的線環(huán)粗大、又通過多個電極及絕緣支撐件用螺釘與電容器極板緊固成整體，制造調(diào)整好加上外殼后的輻射器能承受相當(dāng)?shù)臋C械震動沖撞和冷熱變化而不會失去調(diào)諧。在輻射器整個使用壽命期不需要再行調(diào)諧。
這種輻射器線圈匝數(shù)少，分布電容極小，導(dǎo)線粗壯，臨近效應(yīng)小，因此Q值可以很大，平板空氣電容器Q值也很大，因此輻射器諧振Q極高，損耗很小，可以承受大功率輻射。


圖1是磁場輻射器基本結(jié)構(gòu)示意圖，1為線圈，2為電容器，201和202為電容器的極板。101、102為線圈的端子或相應(yīng)的固定電極，5為墊圈，6為螺釘。
圖2是輻射器線圈端子和電容器極板連接示意圖，7為絕緣柱。
圖3是1個線圈的輻射器簡圖，視圖為從線圈方向看，未畫出電容器全部極板。
圖4是3個線圈的輻射器簡圖。
圖5是線環(huán)耦合輸入輻射器匯電示意圖，14為同軸電纜11的芯線，13為外皮。
圖6為抽頭輸入輻射器匯電示意圖，15為匯電點。
圖7是采用PCB制作技術(shù)制作的極板圖，17為制作完成的導(dǎo)電層，18為絕緣間隙。
圖8為同相功率合成輻射器，15為匯電點。
圖9為反相功率合成輻射器。
圖10為大功率，大口徑人體治療部位能進入線圈中心的輻射器，20為電容器極板與線環(huán)包容面積對應(yīng)部分開孔。
圖11是一個完整的高頻磁場治療裝置的組成示意圖，21是一個帶外殼的輻射器，22為高頻功率源，23為被治療人體，24為治療區(qū)。
圖12是采用雙輻射器的高頻磁場治療裝置，采用兩個相同的輻射器對置，接入具有兩路輸出頻率功率相同，相位相反的高頻功率源25。
具體實施例方式
圖11是本技術(shù)的一種實施方式輻射器僅畫出帶外殼的側(cè)視簡圖，采用圖1結(jié)構(gòu)，極板201改用2片，線環(huán)直徑130mm，工作頻率為27.12MHz。一個適當(dāng)輸出功率的27.12MHz功率源22通過電纜與輻射器連接，輻射器輻射面作用于人體適當(dāng)部位即可實施治療。
圖12是采用雙輻射器的一種治療裝置一個能輸出兩路相位相反、頻率和功率相同的高頻功率源，通過電纜接入兩個磁場輻射器作用于人體適當(dāng)部位實施治療。
權(quán)利要求
1.一種高頻磁場治療裝置，包括高頻功率源和高頻磁場輻射器，其特征是高頻磁場輻射器包括一個平行板電容器，一組兩端分別固定在電容器兩組極板上的輻射線圈；線圈可以是單個單線環(huán)，也可以是多個相同的分?jǐn)?shù)匝線圈被電容器極板并聯(lián)連接成的線環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻磁場輻射器，其特征是電容器極板之間加有一定厚度的墊圈，用以控制極板距離，其中部分或全部墊圈為彈性材料制成，通過壓緊或放松墊圈來調(diào)節(jié)極板間距離從而實現(xiàn)輻射器的調(diào)諧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的高頻磁場輻射器，其特征是電容器中的一塊極板是用PCB工藝制成，該板上所有與另一極板相接觸的支撐物周圍的導(dǎo)電層被去除并留有一定的絕緣空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻磁場輻射器，其特征是具有多個相同的分?jǐn)?shù)匝線圈，有兩個或兩個以上的線圈接有匯電點，每個匯電點分別接入一個頻率相同的高頻功率源，根據(jù)線圈端的不同接法，輸入同相高頻功率或反相高頻功率，實現(xiàn)功率合成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻磁場輻射器，其特征是電容器中部與線環(huán)包容的面積對應(yīng)的部分被挖空，使被治療的部位能穿入。
全文摘要
一種高頻磁場治療裝置，包括高頻功率源和高頻磁場輻射器，高頻磁場輻射器包括一個平行板電容器，一組兩端分別固定在電容器兩組極板上的輻射線圈，兩者調(diào)諧在高頻工作頻率；線圈可以是單個單線環(huán)，也可以是多個相同的分?jǐn)?shù)匝線圈被電容器極板并聯(lián)連接成的線環(huán)。由于輻射器線圈電感小，可高效率產(chǎn)生大口徑高頻磁場用于高頻透熱治療包括腫瘤熱療。
文檔編號A61N2/04GK101085393SQ20061008522
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者吳鎮(zhèn)敏 申請人:吳鎮(zhèn)敏