本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，特別涉及一種適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列。

背景技術(shù)：

1、微波加熱治療是一種利用微波對人體組織產(chǎn)生生物熱效應(yīng)，針對病灶部位進(jìn)行局部或全身加熱的治療方法。其原理是將病灶組織加熱到有效治療溫度范圍，從而減緩病灶細(xì)胞的分裂速度，并加速其死亡。局部加熱還可以作為放射治療和化學(xué)治療的輔助療法。這一方案已被廣泛研究并應(yīng)用于臨床治療。大量研究表明，熱療聯(lián)合放射治療或化療可以提高腫瘤的局部控制率和患者的生存率。此外，研究還表明，對病灶組織進(jìn)行局部或全身加熱能夠有效提升人體免疫力、微循環(huán)和代謝速度。微波能量對人體組織進(jìn)行加熱的方式主要有體內(nèi)加熱和體外加熱兩種。體內(nèi)加熱通過將探針式輻射器植入人體組織內(nèi)部，利用其輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)直接對病灶組織進(jìn)行消融，但這種方式會對患者造成損傷。相比之下，體外加熱通過放置在人體外部的輻射器，將輻射的微波能量穿透至病灶組織，實現(xiàn)加熱，避免了對患者的創(chuàng)傷。聚焦式輻射器是一種更為有效的體外熱療方式，通過體外微波輻射器陣列，將微波能量聚焦到病灶組織上進(jìn)行局部加熱，從而有效提高能量利用效率。

2、目前，大多輻射器陣列聚焦方法并不適用于復(fù)雜環(huán)境下的能量聚焦設(shè)計。特別地，針對于人體小腿部加熱的應(yīng)用環(huán)境，傳統(tǒng)方法不能考慮腔體內(nèi)復(fù)雜的多徑效應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，利用設(shè)計的環(huán)形輻射器陣列，對人體小腿實施聚焦式加熱。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，包括多個微帶輻射器單元；其中，所述多個微帶輻射器單元旋轉(zhuǎn)對稱布置；

4、所述微帶輻射器單元包括介質(zhì)基板、開槽矩形金屬貼片、矩形金屬貼片以及同軸饋電端口以及饋電探針；其中，所述介質(zhì)基板具有相背的第一表面和第二表面，所述開槽矩形金屬貼片作為輻射體，設(shè)置于所述第一表面，所述矩形金屬貼片作為接地面，設(shè)置于所述第二表面，所述同軸饋電端口設(shè)置于所述第二表面，所述同軸饋電端口處通過饋電探針貫穿所述介質(zhì)基板，所述饋電探針與所述開槽矩形金屬貼片焊接。

5、進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板的材料為介電材料。

6、進(jìn)一步地，所述開槽矩形金屬貼片刻蝕于所述介質(zhì)基板第一表面，在所述開槽矩形金屬貼片是在原矩形金屬貼片的長邊進(jìn)行開槽處理。

7、進(jìn)一步地，所述矩形金屬貼片刻蝕于所述第二表面，作為接地面。

8、進(jìn)一步地，所述同軸饋電端口輸入阻抗為50ω，所述饋電探針與所述開槽矩形金屬貼片焊接。

9、進(jìn)一步地，所述微帶輻射器單元設(shè)置為八個。

10、進(jìn)一步地，還包括圓柱面金屬反射板，圓柱面亞克力板，以及圓柱面端口金屬反射板；多個微帶輻射器單元旋轉(zhuǎn)對稱布置以形成腔體，所述圓柱面金屬反射板設(shè)置于所述腔體的外側(cè)，所述圓柱面亞克力板設(shè)置于所述腔體的內(nèi)側(cè)，所述圓柱面端口金屬反射板設(shè)置于所述腔體兩端。

11、進(jìn)一步地，所述圓柱面金屬反射板，圓柱面半徑為200～300mm，圓柱面高為300～500mm，用于屏蔽腔體內(nèi)的微波能量向外輻射。

12、進(jìn)一步地，所述圓柱面亞克力板，圓柱面半徑為150～250mm，圓柱面高為300～500mm，用于對小腿和環(huán)形輻射器陣列進(jìn)行空間隔離。

13、進(jìn)一步地，所述圓柱面端口反射板為圓環(huán)面金屬板，用于固定環(huán)形輻射器陣列，以及減少微波能量向腔體兩端輻射，提升系統(tǒng)電磁兼容性。

14、進(jìn)一步地，以設(shè)定的激勵分布同時激勵各個微帶輻射器單元的同軸饋電端口，對小腿組織實施聚焦式加熱。

15、進(jìn)一步地，所述設(shè)定的激勵分布通過如下方法確定：

16、將小腿模型置于環(huán)形輻射器陣列形成的腔體內(nèi)；其中，所述小腿模型包括由外到內(nèi)依次連接的皮膚層、肌肉層以及骨骼層；

17、提取各個微帶輻射器單元在小腿模型區(qū)域的電場，并構(gòu)建廣義功率傳輸函數(shù)；

18、利用特征值方程優(yōu)化所述廣義功率傳輸函數(shù)的極值獲得最佳激勵分布，以所述最佳激勵分布作為設(shè)定的激勵分布。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明提出一種適用于人體小腿組織加熱的環(huán)形輻射器陣列，其工作頻率為433mhz。利用433mhz微波的穿透性，小腿組織高介電常數(shù)特性和環(huán)形輻射陣列的最佳激勵分布，使得環(huán)形輻射器陣列將輻射的微波能量有效聚焦到小腿組織內(nèi)部，實現(xiàn)聚焦式加熱，利于降低所述腔體內(nèi)的微波能量向外輻射，提升了微波加熱系統(tǒng)的能量利用效率和電磁兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，包括多個微帶輻射器單元；其中，所述多個微帶輻射器單元旋轉(zhuǎn)對稱布置；

2.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述介質(zhì)基板的材料為介電材料。

3.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述開槽矩形金屬貼片刻蝕于所述介質(zhì)基板第一表面。

4.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述矩形金屬貼片刻蝕于所述介質(zhì)基板第二表面。

5.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述同軸饋電端口輸入阻抗為50ω，所述饋電探針與所述開槽矩形金屬貼片焊接。

6.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述微帶輻射器單元設(shè)置為八個。

7.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，還包括圓柱面金屬反射板，圓柱面亞克力板以及圓柱面端口金屬反射板；多個微帶輻射器單元旋轉(zhuǎn)對稱布置以形成腔體，所述圓柱面金屬反射板設(shè)置于所述腔體的外側(cè)，所述圓柱面亞克力板設(shè)置于所述腔體的內(nèi)側(cè)，所述圓柱面端口金屬反射板設(shè)置于所述腔體兩端。

8.如權(quán)利要求7所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述圓柱面金屬反射板的圓柱面半徑為200～300mm，圓柱面高為300～500mm，用于屏蔽腔體內(nèi)的微波能量向外輻射。

9.如權(quán)利要求7所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述圓柱面亞克力板的圓柱面半徑為150～250mm，圓柱面高為300～500mm，用于對小腿和環(huán)形輻射器陣列進(jìn)行空間隔離。

10.如權(quán)利要求7所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述圓柱面端口金屬反射板用于固定環(huán)形輻射器陣列，以及減少微波能量向腔體的兩端輻射。

11.如權(quán)利要求1所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，采用設(shè)定的激勵分布同時激勵各個微帶輻射器單元的同軸饋電端口，實施聚焦式加熱。

12.如權(quán)利要求11所述的適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，其特征在于，所述設(shè)定的激勵分布通過如下方法確定：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種適用于人體小腿部加熱的環(huán)形輻射器陣列，包括多個微帶輻射器單元；其中，所述多個微帶輻射器單元旋轉(zhuǎn)對稱布置；所述微帶輻射器單元包括介質(zhì)基板、開槽矩形金屬貼片、矩形金屬貼片、同軸饋電端口以及饋電探針；其中，所述介質(zhì)基板具有相背的第一表面和第二表面，所述開槽矩形金屬貼片作為輻射體，設(shè)置于所述第一表面，所述矩形金屬貼片作為接地面，設(shè)置于所述第二表面，所述同軸饋電端口設(shè)置于所述第二表面，所述同軸饋電端口作為能量輸入端口，通過饋電探針貫穿所述介質(zhì)基板，所述饋電探針與所述開槽矩形金屬貼片連接。本發(fā)明可以對人體小腿組織實施聚焦式加熱，在醫(yī)療和理療領(lǐng)域產(chǎn)生應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：王身云,孫秋虎,馬耀杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9