一種相控陣微波能量傳送裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種相控陣微波能量傳送裝置，包括：控制部；分別連接到該控制部的掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部；微波源，所述掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部分別連接到該微波源；以及相控陣天線(xiàn)部和波帶片發(fā)射部，分別連接到所述微波源，并且該相控陣天線(xiàn)部還連接到所述掃描定位部和測(cè)溫部。利用本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置，能夠精確地定位感興趣的特定目標(biāo)，并以最佳的加熱方案，向該特定目標(biāo)傳送微波能量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種相控陣微波能量傳送裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用相控陣天線(xiàn)進(jìn)行微波能量傳送的相控陣微波能量傳送裝置和方法。該裝置能夠用于微波能量定向傳送、微波CT檢測(cè)、微波熱療等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)人體器官或生物組織進(jìn)行檢測(cè)的方法通常有X射線(xiàn)檢測(cè)、核磁共振檢測(cè)、超聲檢測(cè)等。利用相控陣天線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)也已存在；美國(guó)專(zhuān)利4，528，854公開(kāi)了一種用于超聲診斷裝置的相控陣接收器，用于從接受超聲波的傳感器元件來(lái)改變輸出電壓的相位，并合成這些電壓來(lái)改變超聲波的方向和其他特性。但此裝置由于大的不連續(xù)性限制了超聲波成像的效率。
[0003]微波檢測(cè)主要是以微波作為信息載體，利用生物組織中的生物電磁特性(介電常數(shù)，電導(dǎo)率等)進(jìn)行圖像重構(gòu)。由于介電常數(shù)大小與生物組織含水量密切相關(guān)，故微波成像非常適合對(duì)生物組織成像，獲得其它成像手段無(wú)法獲得的信息。微波成像具有安全、成本低、理論上可對(duì)溫度變化進(jìn)行成像等特點(diǎn)。此外，利用現(xiàn)有的檢測(cè)成像技術(shù)，大多只能重構(gòu)出二維圖像，在目標(biāo)組織定位方面仍然存在偏差，無(wú)法測(cè)出目標(biāo)組織的深度。
[0004]利用微波對(duì)人體或生物組織進(jìn)行加熱治療已有應(yīng)用。在傳統(tǒng)的熱療技術(shù)中，對(duì)深層組織進(jìn)行高溫治療可能造成表皮組織灼傷，因此，如何對(duì)深層的組織進(jìn)行加熱而不傷及表皮組織或其他組織，是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。中國(guó)專(zhuān)利ZL90106492.0公開(kāi)了一種微波透熱法以及裝置，它是根據(jù)微波功率密度的規(guī)律，在現(xiàn)有貼近式透熱法的基礎(chǔ)上，將微波輻射器的口面離開(kāi)人體被透熱部位表皮15-70cm的距離，同時(shí)，在微波輻射器口面前加一聚焦裝置，并加大微波電源的輸出功率，且連續(xù)輸出功率。該方法與裝置能較好地解決透熱深度淺、表皮易灼傷、加熱不均勻等問(wèn)題。但是，該裝置不能對(duì)生物組織加熱的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控，也無(wú)法調(diào)節(jié)聚焦深度`，入射角度和發(fā)射功率，因此不能達(dá)到有效的加熱治療效果。此外，現(xiàn)有的加熱微波源大都采用單頻率進(jìn)行加熱，而目標(biāo)組織細(xì)胞(例如，腫瘤細(xì)胞)在一段時(shí)間后容易適應(yīng)此頻率，從而達(dá)不到有效滅活的治療效果。
[0005]其次，近年來(lái)，非熱效應(yīng)的應(yīng)用已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注。而市場(chǎng)上鮮有能夠同時(shí)進(jìn)行熱療和非熱治療的設(shè)備。生物組織在接受微波低強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間輻射或高強(qiáng)度脈沖式輻射后，體溫雖未發(fā)生明顯上升但也會(huì)產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)稱(chēng)之為非熱效應(yīng)，非熱效應(yīng)所需的輻射功率大大低于熱效應(yīng)所需的功率水平。微波非熱效應(yīng)的作用機(jī)制從物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)兩個(gè)角度來(lái)看大致包括跨膜離子回旋諧振理論、粒子對(duì)膜的穿透理論、生物系統(tǒng)相干電振蕩理論、細(xì)胞電信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論等等。微波脈沖對(duì)細(xì)胞膜的作用可以改變跨膜電位使其發(fā)生細(xì)胞膜的可逆或不可逆性穿孔，使平時(shí)受到細(xì)胞膜限制進(jìn)入的抗癌藥物大量進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，降低了化療藥物的用量，降低了抗癌藥物對(duì)人體的毒副作用。微波可以切斷DNA、影響細(xì)胞內(nèi)第二信使的含量、影響線(xiàn)粒體的功能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。微波輻射癌病灶可以刺激患者免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，增強(qiáng)NK細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的細(xì)胞免疫力。
[0006]此外，現(xiàn)有的微波測(cè)溫技術(shù)普遍是利用傳感器進(jìn)行的有損測(cè)量，例如利用半導(dǎo)體熱敏電阻作為測(cè)溫探頭的測(cè)溫裝置，其不能夠進(jìn)行有效的深層測(cè)溫，只能測(cè)量表皮溫度，并且該測(cè)溫方法會(huì)對(duì)人體造成損傷，患者要承受較大的痛苦，容易使傷口感染。中國(guó)專(zhuān)利CN100475288C公開(kāi)了一種單極相控陣列高溫治療加熱裝置，該裝置利用位于患者身體表面的溫度傳感器來(lái)測(cè)量患者體表溫度。但該測(cè)溫裝置不能對(duì)深層組織進(jìn)行有效的測(cè)溫，也不具有實(shí)時(shí)測(cè)溫的功能，不能有效地對(duì)加熱溫度進(jìn)行監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明旨在提出一種相控陣微波能量傳送裝置和一種相控陣微波能量傳送方法，能夠?qū)崿F(xiàn)微波目標(biāo)成像，對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行靶向多頻能量傳送，并且具有實(shí)時(shí)測(cè)溫、三維成像與實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，從而可對(duì)特定目標(biāo)組織達(dá)到更加有效的能量傳送效果。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提出了一種相控陣微波能量傳送裝置，包括:控制部；分別連接到該控制部的掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部；微波源，所述掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部分別連接到該微波源；以及相控陣天線(xiàn)部和波帶片發(fā)射部，分別連接到所述微波源，并且該相控陣天線(xiàn)部還連接到所述掃描定位部和測(cè)溫部；其中，所述掃描定位部對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行掃描定位，以獲得該特定目標(biāo)的空間位置信息和圖像信息，并將該空間位置信息和圖像信息發(fā)送給所述控制部；所述微波能量傳送控制部根據(jù)由所述控制部確定的加熱方案，確定待發(fā)射微波的頻率、功率和波形；所述測(cè)溫部對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫，并將測(cè)溫結(jié)果發(fā)送給所述控制部；所述微波源根據(jù)由所述微波能量傳送控制部確定的待發(fā)射微波的頻率、功率、波形及脈沖方式，生成具有該頻率、功率、波形及脈沖方式的微波；所述相控陣天線(xiàn)部和/或所述波帶片發(fā)射部在所述微波能量傳送控制部的控制下，根據(jù)由所述掃描定位部獲得的所述特定目標(biāo)的空間位置信息，向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的微波。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提出了一種相控陣微波能量傳送方法，包括:初始化步驟，確定特定目標(biāo)的大致位置；掃描定位步驟，對(duì)所述特定目標(biāo)的上述大致位置進(jìn)行微波掃描，以得到該特定目標(biāo)的重構(gòu)圖像和精確空間位置；治療方案確定步驟，確定對(duì)于該特定目標(biāo)的待發(fā)射微波的設(shè)定頻率、功率和波形以及所述特定目標(biāo)的預(yù)期溫度和預(yù)期加熱時(shí)間；熱療微波生成步驟，生成具有所述設(shè)定功率、波形、頻率的熱療用微波；熱療微波發(fā)射步驟，將該熱療用微波發(fā)射到所述特定目標(biāo)的上述精確空間位置；熱療溫度判定步驟，判斷所述特定目標(biāo)是否達(dá)到所述預(yù)期溫度；以及熱療時(shí)間判定步驟，判斷是否到達(dá)所述預(yù)期加熱時(shí)間；其中，如果所述特定目標(biāo)沒(méi)有達(dá)到所述預(yù)期溫度，則增大微波發(fā)射功率或增加脈沖頻率，并重復(fù)執(zhí)行所述熱療溫度判定步驟；其中，如果還未達(dá)到所述預(yù)期加熱時(shí)間，則重復(fù)執(zhí)行所述熱療時(shí)間判定步驟。
[0010]利用本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置和相控陣微波能量傳送方法，能夠精確地確定特定目標(biāo)的空間位置，并將具有優(yōu)選功率、頻率和波形的微波靶向地照射到該特定目標(biāo)。同時(shí)，能夠?qū)υ撎囟繕?biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫， 確保了在微波能量傳送的過(guò)程中的安全性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是示出本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置的結(jié)構(gòu)框圖；[0012]圖2是示出微波源的結(jié)構(gòu)及其與其他部件的連接關(guān)系的圖；
[0013]圖3是示出波帶片發(fā)射部的原理的示意圖；
[0014]圖4是示出全息照相原理的示意圖；
[0015]圖5是本發(fā)明的微波衍射型掃描定位部的結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖6是示出本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置的操作實(shí)例的流程圖；
[0017]圖7是示出本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置的另一操作實(shí)例的流程圖；以及
[0018]圖8是示出本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置的又一操作實(shí)例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面，將參照附圖具體描述本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10包括分別與控制部11相連的掃描定位部12、微波能量傳送控制部13和測(cè)溫部14。該掃描定位部12、微波能量傳送控制部13和測(cè)溫部14共同連接到微波源16，該微波源16直接連接到相控陣天線(xiàn)部17和波帶片發(fā)射部18。相控陣天線(xiàn)部17還與掃描定位部12和測(cè)溫部14相連接。此外，控制部11還與一顯示及存儲(chǔ)部15相連接。
[0021]掃描定位部12利用微波透射原理或微波衍射原理，對(duì)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的特定目標(biāo)(例如，人體內(nèi)或動(dòng)物體的特定組織，或者離體組織，或者植物體等等)進(jìn)行掃描定位，獲得該特定目標(biāo)的空間位置信息和圖像信息?；蛘撸搾呙瓒ㄎ徊?2可以參照其他掃描定位設(shè)備(例如，超聲設(shè)備、核磁共振設(shè)備等)的定位結(jié)果，獲得該特定目標(biāo)的位置和圖像信息。
[0022]微波能量傳送控制部13根據(jù)由掃描定位部12確定的該特定目標(biāo)的位置信息，利用相控陣天線(xiàn)或波帶片，進(jìn)行微波能`量的定向傳送。測(cè)溫部14采用常規(guī)的紅外測(cè)溫技術(shù)，或者微波測(cè)溫技術(shù)，對(duì)所述特定目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，從而獲得該特定目標(biāo)的三維熱分布圖。當(dāng)采用微波測(cè)溫技術(shù)時(shí)，該測(cè)溫部14利用比吸收率與溫度成正比例的關(guān)系，將特定目標(biāo)對(duì)于微波能量的比吸收率轉(zhuǎn)換為溫度。
[0023]微波源16是一種頻率可調(diào)、輸出波形可調(diào)的微波發(fā)生設(shè)備，可進(jìn)一步包括掃頻微波源和能量傳輸微波源，分別用于掃描定位部12的掃描成像和微波能量傳送控制部13的微波傳送。與微波源16相連接的相控陣天線(xiàn)部17和波帶片發(fā)射部18用于向特定目標(biāo)發(fā)射滿(mǎn)足聚焦方向、功率大小、波形形狀等要求的微波。
[0024]控制部11對(duì)本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10的各模塊操作進(jìn)行控制。此外，顯示及存儲(chǔ)部15用于以圖形方式顯示掃描定位、測(cè)溫等結(jié)果，并對(duì)各種操作和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0025]下面，將分別對(duì)本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10的上述各模塊的結(jié)構(gòu)和操作，以及整體操作進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]微波源
[0027]如圖2所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，微波源16包括掃頻微波源161和能量傳輸微波源162。該掃頻微波源161與前述的掃描定位部12、微波能量傳送控制部13、測(cè)溫部14和相控陣天線(xiàn)部17相連接；而該能量傳輸微波源162與前述的微波能量傳送控制部13、測(cè)溫部14以及下述的相控陣天線(xiàn)部17和波帶片發(fā)射部18相連接。
[0028]當(dāng)本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10進(jìn)行掃描定位操作時(shí)，使用所述掃頻微波源161生成具有期望頻率、脈沖寬度和功率的微波脈沖。該掃頻微波源161利用一個(gè)(主頻是915MHz)或兩個(gè)(主頻是915MHz、2450MHz)大功率微波源進(jìn)行接力掃頻覆蓋，掃頻范圍是0.9~3.0GHz，掃頻精度小于ΙΚΗζ，并且所述該掃頻微波源161的輸出功率在100瓦到1000瓦范圍內(nèi)可調(diào)?？紤]到掃頻深度和不造成皮膚灼傷的要求，需要通過(guò)增大輸出功率來(lái)增加微波穿透深度，通過(guò)減小脈沖寬度來(lái)降低能量吸收(例如，對(duì)人體進(jìn)行照射時(shí)，可避免對(duì)人體表皮造成灼傷)。因此，掃頻微波源161能夠輸出高峰值功率的窄脈沖，其中脈沖寬度在納秒級(jí)。在此情況下，由前述的掃描定位部12根據(jù)掃描需求，對(duì)該掃頻微波源161的掃頻范圍，掃頻精度和輸出功率進(jìn)行控制。
[0029]而當(dāng)本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10進(jìn)行微波能量傳輸操作或者微波測(cè)溫操作或者這兩個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行時(shí)，則使所述能量傳輸微波源162生成具有期望頻率、脈沖寬度和功率的微波脈沖或連續(xù)波。該能量傳輸微波源162選用一個(gè)以上半導(dǎo)體可掃頻微波源接力覆蓋，使微波頻率范圍從P波段達(dá)到K波段，即從230MHZ-26.5GHz。輸出功率可由毫瓦(mW)級(jí)經(jīng)放大器放大至100瓦(100W)級(jí)。同時(shí)，在需要的情況下，可調(diào)用所述掃頻微波源161兼做能量傳輸微波源，以達(dá)到最大輸出功率達(dá)到千瓦(KW)級(jí)的要求。在此情況下，由前述的微波能量傳送控制部13根據(jù)微波能量傳送的需求，對(duì)該能量傳輸微波源162的發(fā)射頻率、微波波形和輸出功率等進(jìn)行控制。
[0030]由微波源16生成的微波，將被通過(guò)波導(dǎo)管或微波發(fā)射器等傳送至相控陣天線(xiàn)部17或波帶片發(fā)射部18 (將在下文中詳述)。在主要以熱療為目的的情況下，將利用波帶片發(fā)射部18進(jìn)行微波的聚焦和發(fā)射，而在主要以非熱效應(yīng)為目的的情況下，將利用相控陣天線(xiàn)部17進(jìn)行微波的發(fā)射。此外，當(dāng)需要更大功率的能量傳送時(shí)，也可同時(shí)將掃頻微波源161和能量傳輸微波源162共同作為能量傳輸微波源使用。例如，在需要對(duì)某特定目標(biāo)進(jìn)行大功率微波加熱的情況下，可以通過(guò)微波能量傳送控制部13同時(shí)對(duì)掃頻微波源161和能量傳輸微波源162的掃頻范圍、掃頻精度和輸出功率進(jìn)行控制，并通過(guò)相應(yīng)的微波發(fā)射裝置(下文中將詳細(xì)描述的相控陣天線(xiàn)部17和波帶片發(fā)射部18)向該特定目標(biāo)發(fā)射微波。
`[0031]相控陣天線(xiàn)部
[0032]相控陣天線(xiàn)部17連接到前述掃頻微波源161和能量傳輸微波源162以及掃描定位部12和測(cè)溫部14。該相控陣天線(xiàn)部17用于在前述掃描定位部12和測(cè)溫部14的控制下，向特定目標(biāo)靶向地輻射特定聚焦方向、頻率、功率、波形的電磁波，并接收電磁波經(jīng)特定目標(biāo)后的反射波(例如，在微波測(cè)溫操作中)。
[0033]相控陣天線(xiàn)是通過(guò)移相器來(lái)控制陣列天線(xiàn)中各輻射單元的饋電相位，從而改變天線(xiàn)方向圖形狀的天線(xiàn)。本發(fā)明的相控陣天線(xiàn)部17可以配置為單區(qū)的結(jié)構(gòu)，也可以配置為包括多個(gè)分區(qū)的結(jié)構(gòu)。例如，相控陣天線(xiàn)部17可以配置為包括:A型矩形單面陣天線(xiàn)，其配置成128個(gè)以上的發(fā)射/接收組件，排列方式為(8*8) *n組；B型矩形單面陣天線(xiàn)，其配置成128個(gè)以下的發(fā)射/接收組件，排列方式為(4*4) *n組；C型拱形單面陣天線(xiàn)，其配置成128個(gè)以上的發(fā)射/接收組件。
[0034]上述單面陣天線(xiàn)的組合方式可以是，一個(gè)A型矩形單面陣天線(xiàn)搭配一個(gè)以上的B型矩形單面陣天線(xiàn)等其他可選的組合方式，并且各型天線(xiàn)均為可切換式。例如，一種單面陣天線(xiàn)是配有AA、AB、AC三個(gè)以上具有128個(gè)及以上波束的適應(yīng)不同頻率的共面陣天線(xiàn)，并且配有可切換的BA、BB、BC三個(gè)以上具有128個(gè)及以下波束的共面陣天線(xiàn)，其中各波束相位可以是相干和不相干。
[0035]通過(guò)這樣的配置，本發(fā)明的相控陣天線(xiàn)部17可以實(shí)現(xiàn)多區(qū)域分別可控的技術(shù)效果。例如，可以?xún)H選擇開(kāi)啟相控陣天線(xiàn)的部分區(qū)域進(jìn)行操作，而其余部分不工作；或者，可以控制相控陣天線(xiàn)的不同區(qū)域，以不同的頻率、功率、波形來(lái)向不同的目標(biāo)發(fā)射微波。
[0036]波帶片發(fā)射部
[0037]除了使用上述的相控陣天線(xiàn)部17向特定目標(biāo)發(fā)射微波外，本發(fā)明的相控陣微波能量傳送裝置10還可以通過(guò)波帶片發(fā)射部18對(duì)微波進(jìn)行聚焦和發(fā)射。該波帶片發(fā)射部18連接到前述的能量傳輸微波源162，用于將來(lái)自該能量傳輸微波源162的受控微波聚焦并發(fā)射至特定目標(biāo)。
[0038]所述波帶片發(fā) 射部18是利用波的衍射特性對(duì)波束進(jìn)行相干疊加，來(lái)達(dá)到對(duì)靶向目標(biāo)進(jìn)行聚焦輻射。針對(duì)不同頻率的微波，本發(fā)明的波帶片發(fā)射部18實(shí)質(zhì)上包括了多個(gè)波帶片，每一波帶片針對(duì)一特定頻率的微波。
[0039]波帶片的原理如圖3所示:
[0040]以聚焦點(diǎn)P。為中心，以r1; ιy..rN為半徑作出一系列球面，其中，
[0041]η = ζ, + —
[0042]r2 = ζ, + —
[0043]......「 ?Νλ
[0044]rN =ζ, + —
[0045]波帶片第j個(gè)波帶外緣半徑為:
[0046]Pj = 7^1
[0047]其中Zl為焦距，為了克服微波波段波帶片尺寸(~ λ)較大的限制，技術(shù)上可采用機(jī)械臂等方法，通過(guò)減小焦距達(dá)到減小波帶片尺寸的目的。
[0048]按照波的疊加原理，Ρ0點(diǎn)波場(chǎng)強(qiáng)度是各個(gè)環(huán)帶在這點(diǎn)產(chǎn)生的波強(qiáng)度之和:
[0049]
[0050]當(dāng)Ν — m (相當(dāng)于波無(wú)遮擋情況)時(shí)，
[0051]E = EJ 2
[0052]利用上述原理制作特殊的波闌:使偶(奇)數(shù)波帶全被阻，奇(偶)數(shù)波帶全暢通，各通光波帶復(fù)振幅將同相位疊加，呈現(xiàn)純相長(zhǎng)干涉，Po的振幅和波強(qiáng)會(huì)大大增加。例如一張開(kāi)放第1，3，5，...，19等十個(gè)奇數(shù)帶的波帶片，設(shè)無(wú)遮擋時(shí)匕點(diǎn)的波振幅為^^0，按半波帶法可以確定主焦點(diǎn)的振幅為
[0053]
[0054]波強(qiáng)度為
[0055]I ? {20EJ2 = 400/M
[0056]即波強(qiáng)是無(wú)遮擋情況的400倍。
[0057]通過(guò)該波帶片發(fā)射部18，可以將來(lái)自能量傳輸微波源162的受控微波聚焦至期望的聚焦尺寸，從而對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行照射。[0058]掃描定位部
[0059]掃描定位部12連接到控制部11、相控陣天線(xiàn)部17和掃頻微波源161，用于利用微波透射原理或衍射原理，對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行掃描定位。此外，該掃描定位部12對(duì)相控陣天線(xiàn)部17的發(fā)射方向、發(fā)射相位等進(jìn)行控制。
[0060]這里所說(shuō)的“特定目標(biāo)”可以是人體或動(dòng)物體內(nèi)的特定組織(例如病變區(qū)域，腫瘤等等)，各種生物離體組織、植物等等。在下文中，將分別對(duì)微波透射型掃描定位部12A(利用微波透射原理實(shí)現(xiàn))和微波衍射型掃描定位部12B (利用微波衍射原理實(shí)現(xiàn))的原理、結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行描述。
[0061]微波透射型掃描定位部12A利用微波透射原理，通過(guò)比較入射特定目標(biāo)前的入射電磁波信號(hào)與透射過(guò)特定目標(biāo)后的透射電磁波信號(hào)的振幅和相位，使特定目標(biāo)對(duì)電磁波的電學(xué)常數(shù)圖像化。此外，該微波透射型掃描定位部12A還應(yīng)用了相控陣技術(shù)，即，通過(guò)控制相控陣天線(xiàn)部17的天線(xiàn)陣分塊來(lái)實(shí)現(xiàn)多波束發(fā)射和聚焦，并且通過(guò)調(diào)整天線(xiàn)單元的相位，實(shí)現(xiàn)微波波束方向的精確調(diào)節(jié)。
[0062]在所述特定目標(biāo)是生物體組織的情況下，微波透射型掃描定位部12A通過(guò)比較入射被檢生物體組織前和透過(guò)被檢生物體組織后的微波電磁信號(hào)的振幅和相位變化，來(lái)計(jì)算被檢生物體組織的電磁波的電學(xué)常數(shù)的分布，從而進(jìn)行對(duì)被檢生物體的圖像重構(gòu)。
[0063]具體地，利用前述控制相控陣天線(xiàn)部17，可直接測(cè)出由微波源16發(fā)出的微波透過(guò)被檢生物組織后的振幅衰減常數(shù)α，以及相位常數(shù)β。設(shè)被檢生物組織的介電常數(shù)為ε，電導(dǎo)率為σ，磁導(dǎo)率為μ，微波(角)頻率為ω，則微波透過(guò)被檢生物組織后上述參數(shù)滿(mǎn)足:
【權(quán)利要求】
1.一種相控陣微波能量傳送裝置，包括: 控制部； 分別連接到該控制部的掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部； 微波源，所述掃描定位部、微波能量傳送控制部和測(cè)溫部分別連接到該微波源；以及相控陣天線(xiàn)部和波帶片發(fā)射部，分別連接到所述微波源，并且該相控陣天線(xiàn)部還連接到所述掃描定位部和測(cè)溫部； 其中，所述掃描定位部對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行掃描定位，以獲得該特定目標(biāo)的空間位置信息和圖像信息，并將該空間位置信息和圖像信息發(fā)送給所述控制部； 所述微波能量傳送控制部根據(jù)由所述控制部確定的加熱方案，確定待發(fā)射微波的頻率、功率和波形； 所述測(cè)溫部對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫，并將測(cè)溫結(jié)果發(fā)送給所述控制部； 所述微波源根據(jù)由所述微波能量傳送控制部確定的待發(fā)射微波的頻率、功率和波形，生成具有該頻率、功率和波形的待發(fā)射微波； 所述相控陣天線(xiàn)部和/或所述波帶片發(fā)射部，在所述微波能量傳送控制部的控制下，根據(jù)由所述掃描定位部獲得的所述特定目標(biāo)的空間位置信息，向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的待發(fā)射微波。
2.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，還包括一顯示及存儲(chǔ)部，用于以圖像化的形式，對(duì)由所述掃描定位部獲得的所述特定目標(biāo)的圖像信息和由所述測(cè)溫部的測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行顯示；并且，該顯示及存儲(chǔ)部還對(duì)由所述掃描定位部獲得上述特定目標(biāo)的空間位置信息和圖像信息以及由所述測(cè)溫部的測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。
3.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述微波源包括一掃頻微波源和一能量傳輸微波源； 所述掃頻微波源連接至所述掃描定位部、微波能量傳送控制部和相控陣天線(xiàn)部，用于根據(jù)由所述微波能量傳送控制部確定的待發(fā)射微波的頻率、功率和波形，生成具有該頻率、功率、波形的待發(fā)射微波； 所述能量傳輸微波源連接至所述微波能量傳送控制部、測(cè)溫部和波帶片發(fā)射部，用于根據(jù)由所述微波能量傳送控制部確定的待發(fā)射微波的頻率、功率和波形，生成具有該頻率、功率和波形的待發(fā)射微波。
4.如權(quán)利要求3所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述掃頻微波源生成頻率連續(xù)變化的微波，通過(guò)所述相控陣天線(xiàn)部發(fā)射到所述特定目標(biāo)的空間位置；同時(shí)，所述測(cè)溫部實(shí)時(shí)地測(cè)量該特定目標(biāo)的溫度，在該特定目標(biāo)的溫度出現(xiàn)最大值的時(shí)候，判定此時(shí)的微波頻率為該特定目標(biāo)的共振頻率，作為待發(fā)射微波的所述頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述相控陣天線(xiàn)部具有多個(gè)分區(qū)，用于同時(shí)向所述特定目標(biāo)發(fā)射不同頻率的微波。
6.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，所述測(cè)溫部根據(jù)下式，對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫:
PI/PO = T1/T0 ； 其中，PO是向一標(biāo)準(zhǔn)人體模型中與所述特定目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的部分輸入的微波能量；το是該標(biāo)準(zhǔn)人體模型的該相對(duì)應(yīng)的部分在吸收了 PO后的溫度；P1是所述特定目標(biāo)吸收的微波能量；T1是所述特定目標(biāo)在收了 Pl后的溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，由所述相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述能量傳輸微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的微波，并且該相控陣天線(xiàn)部還檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，由所述波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述能量傳輸微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的微波，并且所述相控陣天線(xiàn)部檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
9.如權(quán)利要求6所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，由所述相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述掃頻微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的待發(fā)射微波；同時(shí)，由所述波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射由所述能量傳輸微波源生成的具有所述頻率、功率、波形的待發(fā)射微波；并且，所述相控陣天線(xiàn)部還檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
10.如權(quán)利要求7所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述特定目標(biāo)吸收的微波能量Pi是所述相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射的微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 11.如權(quán)利要求8所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述特定目標(biāo)吸收的微波能量Pl是所述波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射的微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 12.如權(quán)利要求9所述的相`控陣微波能量傳送裝置，其中， 所述特定目標(biāo)吸收的微波能量Pl是所述波帶片發(fā)射部和所述相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射的微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 13.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，所述測(cè)溫部是紅外測(cè)溫裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的相控陣微波能量傳送裝置，其中，所述波帶片發(fā)射部具有分別對(duì)應(yīng)于不同發(fā)射頻率的多個(gè)波帶片。
15.一種相控陣微波能量傳送方法，包括: 初始化步驟SI I，確定特定目標(biāo)的大致位置； 掃描定位步驟S12，對(duì)所述特定目標(biāo)的上述大致位置進(jìn)行微波掃描，以得到該特定目標(biāo)的重構(gòu)圖像和精確空間位置； 治療方案確定步驟S13，確定對(duì)于該特定目標(biāo)的待發(fā)射微波的設(shè)定頻率、功率和波形以及所述特定目標(biāo)的預(yù)期溫度和預(yù)期加熱時(shí)間； 熱療微波生成步驟S14，生成具有所述設(shè)定功率、波形、頻率的熱療用微波； 熱療微波發(fā)射步驟S15，將該熱療用微波發(fā)射到所述特定目標(biāo)的上述精確空間位置； 熱療溫度判定步驟S16，判斷所述特定目標(biāo)是否達(dá)到所述預(yù)期溫度；以及 熱療時(shí)間判定步驟S17，判斷是否到達(dá)所述預(yù)期加熱時(shí)間； 其中，如果所述特定目標(biāo)沒(méi)有達(dá)到所述預(yù)期溫度，則增大微波發(fā)射功率或增大脈沖頻率，并重復(fù)執(zhí)行所述熱療溫度判定步驟S16 ； 其中，如果還未達(dá)到所述預(yù)期加熱時(shí)間，則重復(fù)執(zhí)行所述熱療時(shí)間判定步驟S17。
16.如權(quán)利要求15所述的相控陣微波能量傳送方法，在所述掃描定位步驟S12和所述治療方案確定步驟S13之間，還包括一共振頻率確定步驟S25，在該步驟中:生成一系列在預(yù)設(shè)頻段內(nèi)頻率連續(xù)增大的低功率微波，并將該微波通過(guò)所述波帶片發(fā)射至所述特定目標(biāo)的所述精確空間位置；測(cè)量所述特定目標(biāo)在不同頻率下的溫度；以及確定對(duì)應(yīng)于該特定目標(biāo)的最高溫度的頻率為該特定目標(biāo)的共振頻率。
17.如權(quán)利要求15所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，在治療方案確定步驟S13中，進(jìn)一步確定對(duì)于該特定目標(biāo)是否執(zhí)行非熱療方式；在確定對(duì)于該特定目標(biāo)執(zhí)行非熱療方式的情況下，在所述治療方案確定步驟S13中，進(jìn)一步確定用于非熱療方式的非熱療用微波的功率、波形、頻率；并且，所述相控陣微波能量傳送方法在所述治療方案確定步驟S13之后還包括:非熱療微波生成步驟S18，生成具有所述設(shè)定功率、波形、頻率的非熱療用微波；非熱療微波發(fā)射步驟S19，將該非熱療用微波通過(guò)相控陣天線(xiàn)發(fā)射到所述特定目標(biāo)的上述精確空間位置；非熱療溫度判定步驟S2 0，判斷所述特定目標(biāo)是否達(dá)到所述預(yù)期溫度；以及非熱療時(shí)間判定步驟S21，判斷是否到達(dá)所述預(yù)期加熱時(shí)間；其中，如果所述特定目標(biāo)沒(méi)有達(dá)到所述預(yù)期溫度，則增大微波發(fā)射功率，并重復(fù)執(zhí)行所述非熱療溫度判定步驟S20 ;并且其中，如果還未達(dá)到所述預(yù)期加熱時(shí)間，則重復(fù)執(zhí)行所述非熱療時(shí)間判定步驟S21。
18.如權(quán)利要求15所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，由一波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射所述熱療用微波，并且由一相控陣天線(xiàn)部檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
19.如權(quán)利要求17所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，由一相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射所述非熱療用微波，并且該相控陣天線(xiàn)部還檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
20.如權(quán)利要求15所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，由一相控陣天線(xiàn)部和一波帶片發(fā)射部二者向該特定目標(biāo)發(fā)射所述非熱療用微波，并且該相控陣天線(xiàn)部還檢測(cè)從該特定目標(biāo)反射回的回波信號(hào)。
21.如權(quán)利要求18所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，在所述熱療溫度判定步驟S16中，根據(jù)下式，對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫:P1/P0 = T1/T0 ；其中，P0是向一標(biāo)準(zhǔn)人體模型中與所述特定目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的部分輸入的微波能量；το是該標(biāo)準(zhǔn)人體模型的該相對(duì)應(yīng)的部分在吸收了 Ρ0后的溫度；P1是所述特定目標(biāo)吸收的微波能量；T1是所述特定目標(biāo)在收了 P1后的溫度，其中，所述特定目標(biāo)吸收的微波能量P1是所述波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射的所述熱療用微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 22.如權(quán)利要求19所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，在所述熱療溫度判定步驟S16或所述非熱療溫度判定步驟S20中，根據(jù)下式，對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫:P1/P0 = T1/T0 ；其中，P0是向一標(biāo)準(zhǔn)人體模型中與所述特定目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的部分輸入的微波能量；το是該標(biāo)準(zhǔn)人體模型的該相對(duì)應(yīng)的部分在吸收了 P0后的升溫；P1是所述特定目標(biāo)吸收的微波能量；T1是所述特定目標(biāo)在收了 P1后的升溫，其中，所述特定目標(biāo)吸收的微波能量P1是所述相控陣天線(xiàn)部向該特定目標(biāo)發(fā)射的所述非熱療用微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 23.如權(quán)利要求20所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，在所述熱療溫度判定步驟S16中，根據(jù)下式，對(duì)所述特定目標(biāo)實(shí)施測(cè)溫:P1/P0 = T1/T0 ；其中，P0是向一標(biāo)準(zhǔn)人體模型中與所述特定目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的部分輸入的微波能量；το是該標(biāo)準(zhǔn)人體模型的該相對(duì)應(yīng)的部分在吸收了 Ρ0后的溫度；P1是所述特定目標(biāo)吸收的微波能量；T1是所述特定目標(biāo)在收了 P1后的溫度，其中，所述特定目標(biāo)吸收的微波能量P1是所述相控陣天線(xiàn)部和所述波帶片發(fā)射部向該特定目標(biāo)發(fā)射的所述熱療用微波的能量與該相控陣天線(xiàn)部接收到的所述回波信號(hào)的能量?jī)烧咧睢?br> 24.如權(quán)利要求15或17所述的相控陣微波能量傳送方法，其中，在所述熱療溫度判定步驟S16和所述非熱療溫度判定步驟S20中，利用一紅外測(cè)溫裝置檢測(cè)所述特定目標(biāo)的溫度。
【文檔編號(hào)】A61B5/01GK103656864SQ201210359496
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】丘國(guó)慈, 丘福隆, 曾毅, 郝建紅, 吳水才, 姚逸翔 申請(qǐng)人:郭運(yùn)斌, 丘國(guó)慈