医用外照射微波辐射器的改进和临床应用

引言

微波是近二十多年来得到迅速发展和应用的一门新技术,微波的医用疗效在医学领域中已越来越被众多的医生和患者所接受,微波技术渐已成为临床治疗的重要手段.由于微波临床治疗设备简单,费用省,安全有效,并发症少,故而有着广泛的发展前景,然而在临床应用的实践中,还有很多方面需要探索、研究和完善,以满足复杂多样的人体疾患.外照射微波辐射器被广泛应用于对慢性气管炎、关节炎、癣、外阴皮肤瘙痒等疾病的治疗.经临床观察,微波外照射治疗有确定和明显的疗效.微波是高频电磁波,具有较强的穿透加热作用,可以隔着衣裤进行照射治疗,操作方便,剂量容易得到控制.用于人体后,使小动脉和毛细血管扩张,血液循环加快,组织的供氧和营养供给加强.由炎症引起的代谢废物、致痛和诱发炎症的化学介质亦迅速得到清除,能减少局部刺激,有利于消肿止痛.同时,适度的热能使网状内皮系统功能加强,抗体、补体增加,大小吞噬作用加强,从而加强机体的免疫功能,有利于炎症的控制[1].它与药物治疗相比,几乎无任何副作用.

我们对上海、江苏等各大医院微波临床应用作跟踪调查和研究.据临床医生和病人反映,微波照射治疗疗效虽然确切,但开始照射时病人往往无感觉,随着人体对微波吸收的增加,被照射区温度会突然升高,有时造成病人的不适感.尽管照射是在安全范围之中,但给有些病人带来心理压力,甚至恐惧感.此外,目前各种微波辐射器产品虽均采用轻金属(精铝)制成,但重量都大于331g.长时间使用会使支架弹簧不易固定位置,影响疗效,甚至增加微波泄漏,因而需进一步减小辐射器体积和重量.另外,少量辐射器也存在辐照均匀度需进一步提高的问题.

1　外照射微波辐射器的分析与改进

医用微波辐射器是微波治疗设备中的关键部位.它实质上是一个特殊的微波天线.

目前大多数外照射微波辐射器是用磁控管作为微波源,经过同轴电缆传输,再通过同轴-波导转换,将传输线上的导行波转换成定向辐射,将微波能量有效地辐照到病灶组织上.而微波辐射器与被治疗组织之间的阻抗匹配是微波治疗技术中关键问题之一[2].辐射器实质上是一个同轴-波导转换器.同轴线的等效阻抗为50Ω,为便于分析,假定辐射器到被治疗组织之间是一个无耗传输线,并认为这传输线特征阻抗是自由空间波阻抗(377Ω).当工作波长一定时,照射距离以及负载的变化都相当于负载阻抗的变化.批量生产的微波辐射器的几何尺寸是确定的.因此,要使50Ω同轴线面对各种负载状况并与之相匹配,在技术上有一定难度.如果在辐射器上增加一个无耗匹配网络,并不时进行调整,将会给临床应用带来不便.最佳方案是设计一个宽带高效辐射器.在一个较大的范围内与人体病灶之间有良好的匹配.从理论上分析,天线周围的电磁场分布,与天线使用的工作频率与宽带天线的几何尺寸、形状,以及天线上的场源分布等因素有密切关系,这样,由于天线的几何形状和尺寸不同,天线的辐射性能将有差别.医用微波治疗仪的微波源采用磁控管,其工作频率为2450MHz,已确定,不能改变.病灶的多变性亦无法选择和设定.于是我们对医用微波辐射器的几何尺寸和同轴激励线在波导上的位置和激励线长短粗细作了许多改动(即改变图1中a,b,c,d,e的几何尺寸[3]).由于限制条件太多,我们经过多次改动,均无法满意地修正原有的缺点.