一种大口径系列自会聚组织透镜聚焦辐射器

技术领域

本发明涉及一种用于人体组织微波理疗的微波辐射器，尤其是涉及一种大口 径系列自会聚组织透镜聚焦辐射器，属微波物理治疗技术领域。

背景技术

目前在微波物理治疗技术领域，用于人体组织微波理疗的微波治疗仪，通常 选用2450MHz、915MHz、433MHz三种工作频率。其物理穿透深度分别为1.7cm、 3cm、3.6cm，治疗过程中脂肪过热倾向依次升高。虽然915MHz、433MHz微波穿 透深度较深，但由于微波源较为昂贵，整机价格较高，一般用于微波热疗，用于 理疗时则成本太高，患者不易接受。而2450MHz微波源价格低廉，临床使用较广 泛，但由于穿透深度浅，且多为偶极子辐射器和少量的微带辐射器，口径偏小， 临床应用受到很大局限。同波导辐射器相比，偶极子和微带辐射器的热场分布不 均匀，容易形成过热点；垂直电场分量较大，增大了脂肪过热倾向；由于产生的 不是平面波，进一步降低了加热深度。因此使得2450MHz微波只能进行小范围浅 表组织的理疗。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种大口径系列自会 聚组织透镜聚焦辐射器。该系列辐射器采用工作频率为2450MHz的角锥喇叭天 线，依据应用部位的不同，选择不同的大口径尺寸。辐射器口面处按透镜天线设 计，临床应用时利用人体组织的高相对介电常数所自然形成的人体组织透镜，使 微波能量会聚于组织深处。由于采用了大口径角锥喇叭天线，热场分布较为均匀， 传输的TE10波纵向电场分量较小，脂肪受热比例较小；由于采用了组织透镜，提 高了微波的物理穿透深度；由于采用了大口径设计，在同等功率密度的限制条件 下，可以采用较大的输出功率，因此通过组织良好的热输送、热传导作用，对深 部组织可具有一定的加热能力，从而大大扩展了2450MHz微波的临床适用范围。

本发明是以如下技术方案实现的：一种大口径系列自会聚组织透镜聚焦辐射 器，该辐射器包括同轴波导转换器，其特征是：所述的同轴波导转换器与大口径 角锥喇叭天线连接，大口径角锥喇叭天线的另一端为组织会聚透镜。

所述大口径角锥喇叭天线包括不同口径的角锥喇叭天线。

所述组织会聚透镜，为利用人体组织的高相对介电常数所自然形成的人体组 织透镜，使微波能量会聚于组织深处。

本发明的优点是：该系列辐射器采用工作频率为2450MHz的角锥喇叭天线， 依据应用部位的不同，选择不同的大口径尺寸，热场分布较为均匀，传输的TE10 波纵向电场分量较小，脂肪受热比例较小；辐射器口面处按透镜天线设计，临床 应用时利用人体组织的高相对介电常数所自然形成的人体组织透镜，使微波能量 会聚于组织深处，在同等功率密度的限制条件下，可以采用较大的输出功率，因 此通过组织良好的热输送、热传导作用，对深部组织可具有一定的加热能力，从 而大大扩展了2450MHz微波的临床适用范围。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明结构示意图；

图中：1、同轴波导转换器，2、大口径角锥喇叭天线，3、组织会聚透镜，4、 人体组织。

具体实施方式

如图所示：一种大口径系列自会聚组织透镜聚焦辐射器，该辐射器包括同轴 波导转换器1，所述的同轴波导转换器与大口径角锥喇叭天线2连接，大口径角 锥喇叭天线的另一端为组织会聚透镜3。

所述大口径角锥喇叭天线包括不同口径的角锥喇叭天线。

所述组织会聚透镜，为利用人体组织的高相对介电常数所自然形成的人体组 织透镜，使微波能量会聚于组织深处。

其工作原理：同轴波导转换器：为了保证主模TE₁₀波的传输，同时抑制高次 模的传输，取标准矩形波导宽边尺寸为a=0.65λ，窄边尺寸b=a/2。

采用金属探针将同轴线能量耦合到波导内。由于探针直径影响到阻抗、频宽 和承载功率，因此选择d=0.04λ～0.08λ。

探针在波导内的深度将影响辐射功率和辐射电阻，取h≈0.25λ。

探针与波导后盖距离影响反射波与入射波之间的相位以及辐射功率和电抗， 取0.25λg＞L＞0.167λg。

大口径角锥喇叭天线：

除具有普通喇叭天线功能外，大口径角锥喇叭天线作为组织会聚透镜的馈 源，要形成准平行平面波，因此波束宽度应尽可能宽，增益应尽可能大。

取宽边A=17cm，按照最佳角锥喇叭设计，求得窄边b≈12.3cm，预期增益G ≈9.5dB，半功率波束宽度2θ_0.5H=58.7°，2θ_0.5E=57.1°。

若取宽边A=33cm，则窄边B≈25.5cm，预期增益G≈15.56dB，半功率波束 宽度2θ_0.5H=29.2°，2θ_0.5E=26.1°。

因此大口径系列取值范围可为：宽边A=17cm～33cm，窄边B=12.3cm～ 25.5cm。预期增益变化范围：G=9.5dB～15.56dB。

半功率波束宽度2θ_0.5H：58.7°～29.2°，2θ_0.5E：57.1°～26.1°。

组织会聚透镜：

组织会聚透镜将角锥喇叭天线产生的准平行平面波通过与辐射器凹面开口 表面接触的组织后在组织内形成会聚波。对于2450MHz频率来说，人体肌肉组织 的相对介电常数为47，折射系数n=6.856。根据费马原理光程相等的条件，选定 相应的焦距值，即可求得凹面透镜的表面曲率。工程上为了简单起见，根据透镜 焦距可直接选择圆形曲线表面，误差亦在可接受的范围内。