Способ внутриполостной радиочастотной гипертермии и устройство для его осуществления
Изобретение относится к методам и средствам физиотерапевтического воздействия на внутренние органы животных высокочастотным и сверхвысокочастотным электромагнитным полем. Радиочастотную гипертермию осуществляют посредством размещения излучателя в виде диполя вдоль полости тела животного и возбуждения волн тока в плечах диполя и электромагнитных полей в теле животного. Одновременно возбуждают дополнительные волны тока и зарядов на линии передачи электромагнитной энергии, близкие по амплитудам волнам тока и зарядов, индуцированных на линии передачи за счет электромагнитного взаимодействия с излучателем, близких и противофазным им. Устройство содержит генератор радиочастоты, выход которого через линию и распределительно-фазирующее устройство с биполярным выходом соединен с излучателем. При этом параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с ближним от ввода линии плечом диполя, превышают параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с дальним плечом диполя. Распределительно-фазирующее устройство может быть выполнено в виде индуктивно связанных контуров. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 20 ил.
Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к животноводству и ветеринарии, и предназначено для физиотерапевтического воздействия на внутренние органы животных высокoчастотным и сверхвысокочастотным электромагнитным полем. Возможно также использование предлагаемых способа и устройства в медицине.
Известен способ лечения гинекологических заболеваний [1] путем размещения одного электрода в полости тела (в прямой кишке), второго на поверхности тела и возбуждения в межэлектродном пространстве электромагнитного поля заданной экспозиции. Недостатками известного способа и устройства для лечения гинекологических заболеваний являются значительная трудоемкость из-за необходимости фиксации наружного электрода и большое паразитное излучение электромагнитной энергии в окружающее пространство. Каждый из этих недостатков затрудняет использование известного способа и устройства для физиотерапии гинекологических заболеваний животных, особенно в условиях крупных хозяйств. Известен способ микроволновой терапии, реализованный в коаксиальном аппликаторе для лечения тела гипертермией [2] и предназначенный для лечения гипертермией внутренних органов. Способ осуществляют путем размещения двух электродов различных размеров, помещенных в диэлектрический корпус, в полости тела, в частности в прямой кишке, ориентации области терапевтического воздействия на больной орган и возбуждения в околоэлектродном пространстве электромагнитного поля с зоной максимальной интенсивности преимущественно в области больного органа. В качестве прототипа принят аналогичный рассмотренному выше [2] способ лечения и профилактических заболеваний путем воздействия на половые органы УВЧ энергии от электродов, которые размещают в прямой кишке животного и возбуждают в околоэлектродном пространстве направленное электромагнитное поле, зона максимальной интенсивности которого ориентирована на половые органы [3] . Известен также ряд внутриполостных облучателей [4, 5, 6, 7, 8 - прототип на устройство], выполненных в виде диполей или в виде диполей с замедляющей (импедансной) структурой [9, 10, 11]. Устройство [4] выполнено с четвертьволновым запирающим стаканом для снижения тока по внешней поверхности кабеля и излучения в окружающее пространство. Устройство [7] выполнено с коаксиальной шайбой из поглощающего материала, которая служит для уменьшения тока по внешней поверхности и излучения в окружающее пространство. Устройства [9, 10, 11] выполнены в виде замедляющих структур, но средств снижения паразитного излучения в окружающее пространство не предусмотрено. Перечисленные способы терапии с преимущественно электрической составляющей электромагнитного поля высокой и сверхвысокой частоты [1, 2, 3], а также устройства для внутриполостной терапии [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] имеют ряд недостатков общей природы. Они состоят в слабой локализации электромагнитного поля в области расположения органов животного, на которые направлено воздействие, низкой точности дозирования облучения электромагнитным полем, воздействии электромагнитным полем на те органы животного, которые нежелательно облучать, а также на оператора, проводящего лечение, загрязнении окружающей среды электромагнитным излучением, а также в возможности травмирования тканей электромагнитным полем высокой напряженности. Указанные недостатки являются следствием того, что за счет электродинамического взаимодействия электродов и линии передачи электромагнитной энергии (ЛПЭЭ) на электродах и подводящих проводниках самой ЛПЭЭ, а также на поверхности генератора и поверхности тела животного индуцируются паразитные токи и заряды. Все эти процессы создают вторичное паразитное неконтролируемое электромагнитное поле в окружающих тканях и в пространстве. На фиг. 1 в качестве примеров приведены результаты расчетов амплитуды возбуждения индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ. Расчеты проведены для модели, изображенной на фиг. 2. Излучатель содержит два электрода 1, 2, образующих два плеча диполя, подключенных к выходу генератора 3. ЛПЭЭ 4 расположена параллельно диполю на расстоянии d от него и не имеет с ним гальванической связи. Отсутствие гальванической связи ЛПЭЭ с излучателем позволяет оценить степень локализации электромагнитного поля в облучаемой зоне в известном способе лечения и профилактики гинекологических заболеваний животных. Для анализа эффектов паразитного возбуждения излучателя и подводящей линии должны быть строго описаны эффекты электродинамического взаимодействия элементов линии и излучателя. С этой целью излучатель и линия представлялись в виде системы N тонких прямолинейных соединенных между собой проводников. В качестве математической модели была использована система интегральных уравнений галленовского типа, которая для системы N тонких прямолинейных проводников имеет вид [12]:![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108116.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108117.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108118.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108119.gif)
Um - напряжение источника возбуждения;
Ln - длина n-го излучателя;
ln - координата источника возбуждения на n-ом излучателе;
k - волновое число. При рассмотрении соединения проводников необходимо введение дополнительных уравнений, полученных из условия равенства скалярных потенциалов в точках соединения проводников. Выражение функции скалярного потенциала имеет следующий вид:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108120.gif)
Методика расчета, основанная на интегральных уравнениях галленовского типа, является достаточно эффективной, дает результаты расчета, хорошо соответствующие экспериментальным данным. Рассматриваемая система интегральных уравнений решалась методом коллокации. Функция тока представлялась в кусочно-треугольном базисе. Программа расчета составлена на языке СИ. Решение проводилось на персональной ЭВМ типа IBM PC/AT. Результаты расчета представлены на фиг. 1, где по оси абсцисс отложена отнесенная к длине волны
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108121.gif)
где
Iл - амплитуда волны тока на ЛПЭЭ, индуцированная за счет электромагнитного взаимодействия с излучателем,
Iдоп - амплитуда дополнительной волны тока,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
i - мнимая единица,
e - основание натурального логарифма. Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для внутриполостной радиочастотной гипертермии, содержащее генератор радиочастоты и соединенный с его выходом через ЛПЭЭ излучатель в виде диполя, размещенный вдоль диэлектрического корпуса внутри его, введено распределительно-фазирующее устройство, вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты через ЛПЭЭ, а биполярный выход соединен с разнополюсными плечами диполя, при этом параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с ближним от ввода ЛПЭЭ плечом диполя, превышают параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с дальним от ввода ЛПЭЭ плечом диполя. Поставленная цель достигается также тем, что между ЛПЭЭ и дальним плечом диполя включен дополнительный элемент связи. Дополнительный элемент связи может быть выполнен в виде проводника, электродинамически связанного с дальним от ввода ЛПЭЭ плечом диполя и соединенным с оплеткой кабеля ЛПЭЭ непосредственно или через реактивный двухполюсник. Дополнительный элемент связи может быть выполнен в виде реактивного двухполюсника, соединенного одним выходом с оплеткой кабеля ЛПЭЭ, а другим - с реактивным делителем, включенным между полюсами выхода распределительно-фазирующего устройства. Поставленная цель может быть достигнута тем, что распределительно-фазирующее устройство выполнено в виде индуктивно связанных входного контура и выходного контура, при этом величина электромагнитной связи между полюсом распределительно-фазирующего устройства, соединенным с ближним плечом диполя и входным контуром, превышает величину связи между полюсом распределительно-фазирующего устройства, соединенным с дальним плечом диполя и входным контуром, а оплетка кабеля ЛПЭЭ соединена конденсатором с реактивным делителем, соединенным своими входами с биполярным выходом распределительно-фазирующего устройства. Поставленная цель может быть достигнута тем, что излучатель выполнен в виде замедляющей структуры, один из элементов центральной зоны которой соединен с одним из полюсов распределительно-фазирующего устройства, а один из последующих элементов соединен со вторым полюсом распределительно-фазирующего устройства. В заявляемом способе, при указанных режимах, индуцированные волны токов и зарядов в плечах диполя и ЛПЭЭ, возникающие за счет электромагнитного взаимодействия, компенсируются дополнительными волнами токов и зарядов, возбуждаемыми генератором в ЛПЭЭ и плечах диполя через распределительно-фазирующее устройство. Компенсация индуцированных волн тока и зарядов снижает неконтролируемое излучение, уменьшает воздействие на здоровые ткани животного, на оператора и окружающую среду, что в свою очередь увеличивает долю выходной мощности генератора, затрачиваемую на облучение больного органа. Так как выходную мощность генератора легко контролировать и регулировать, то точность дозирования мощности облучения электромагнитным полем увеличивается. Кроме этого, в результате уменьшения тока по оплетке ЛПЭЭ уменьшается электромагнитное взаимодействие токов диполя с токами по внешней поверхности ЛПЭЭ, что обеспечивает стабилизацию входного сопротивления системы диполь-ЛПЭЭ-животное, стабилизацию нагрузки генератора, выходной мощности генератора и, следовательно, повышение точности дозирования. Расчет и измерения показывают, что при оптимальных параметрах дополнительных волн тока в плечах диполя и ЛПЭЭ можно снизить мощность паразитного излучения на 10-15 лБ. На фиг. 1 приведены результаты расчетов амплитуды индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ и излучателе для модели, изображенной на фиг. 2. На фиг. 3 приведена модель возбуждения излучателя, когда выход распределительно-фазирующего устройства подключен к разрыву между плечами излучателя, а на фиг. 4 - один из возможных вариантов реализации излучателя с неравным возбуждением плеч диполя. На фиг. 5, 6, 7 приведены результаты расчетов соответственно индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ, зарядов на плечах диполя и токов на плечах диполя. На фиг. 8 приведена модель шунтового возбуждения излучателя, а на фиг. 9, 10, 11 приведены результаты расчетов соответственно индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ, зарядов и токов по диполю. На фиг. 12, 13 приведены модели излучателей с дополнительным элементом связи соответственно с питанием в разрыве между плечами вибратора и с шунтовым питанием. На фиг. 14 схематично изображено устройство для внутриполостной радиочастотной гипертермии. На фиг. 15 приведен вариант выполнения распределительно-фазирующего устройства. На фиг. 16 схематично изображен вариант устройства для внутриполостной радиочастотной гипертермии с резонансным диполем в виде замедляющей структуры и с шунтовым питанием. На фиг. 17 схематично изображен резонансный диполь в виде замедляющей структуры с шунтовым питанием и с дополнительным элементом связи между ЛПЭЭ и дальним от ввода ЛПЭЭ плечом диполя. На фиг. 18 изображен диполь в виде спиральной замедляющей структуры с шунтовым питанием и дополнительными элементами связи между ЛПЭЭ и дальним от ввода ЛПЭЭ плечом диполя. На фиг. 19, 20 приведены соответственно распределения тока вдоль ЛПЭЭ и радиальной составляющей напряженности поля, измеренные у поверхности ЛПЭЭ. Осуществление заявляемого способа радиочастотной гипертермии поясняется с помощью моделей излучателей, изображенных на фиг. 3, 4, 8, 12, 13. Модель излучателя (фиг. 3) содержит диполь, плечи 10, 11 которого соединены с одними полюсами источников радиочастотной энергии 12, 13, комплексные амплитуды которых равны
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108122.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108123.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108124.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108125.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108126.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108127.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108128.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108129.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108130.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108131.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108132.gif)
За пределы этого соотношения дополнительная волна тока не уменьшает величину индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ. На фиг. 4 приведена возможная реализация излучателя с неравным возбуждением плеч 16 и 17 диполя. Излучатель возбуждает две ЛПЭЭ 18, 19 в виде коаксиальных кабелей, центральные проводники которых соединены с плечами 16 и 17 диполя, а оплетки - между собой. На фиг. 5 в качестве примера приведены результаты расчетов индуцированного тока в проводниках ЛПЭЭ. Расчеты проведены для модели излучателя, изображенного на фиг. 3, при этом суммарная длина плеч диполя равна 0,5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108133.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108134.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108135.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108136.gif)
Расчетные кривые 20 и 21 приведены соответственно для известного и для заявляемого способов радиочастотной гипертермии. Нормировка тока в ЛПЭЭ приведена к току диполя в пучности. Для этого же случая на фиг. 6 приведены результаты расчетов зарядов в плечах диполя для известного способа (кривая 22) и для заявляемого способа (кривая 23) радиочастотной гипертермии, а на фиг. 7 приведены результаты расчетов тока вдоль диполя для известного способа (кривая 24) и для заявляемого способа (кривая 25). Модель излучателя, изображенного на фиг. 8, содержит неразрывный диполь 26 и ЛПЭЭ 27, с которой он соединен источниками 28 с комплексной амплитудой
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108137.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108138.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108139.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108140.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108141.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108142.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108143.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108144.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108145.gif)
1. В. М. Стругацкий. Физические факторы в акушерстве и гинекологии. Москва. Медицина. 1981 г. стр. 111-116. 2. Заявка Франции N 2451748 М.кл. A 61 N 5/02. Публикация 21.11.1980 г. 3. Патент США N 4700716, М.кл. A 61 N 5/02. Публикация 20.10.1987 г. (прототип на способ). 4. А.С.СССР N 209594 М.кл. A 61 N 5/02, A 61 F 11/00. БИ N 5 1968 г. 5. А.С.СССР N 219094 М.кл. A 61 N 1/06. БИ N 18 1968 г. 6. А. С.СССР N 265654 М.кл. A 61 N 5/04, Публикация 89.03.14 N 11 изобретения стран мира N 12 вып. 14 1990 г. 7. А.С.СССР N 787043 М.кл. A 61 N 5/02. БИ N 46 1980 г. 8. Международная заявка PCT N 91/02560 М.кл. A 61 N 5/04, H 01 Q 21/08 публикация 91.03.07 N 6 (прототип на устройство). 9. А.С.СССР N 1266548 М.кл. A 61 N 1/06. БИ N 40 1986 г. 10. А.С.СССР N 1528509 М.кл. A 61 N 5/02. БИ N 46 1989 г. 11. А.С.СССР N 1553142 М.кл. A 61 N 5/02. БИ N 12 1990 г. 12. А. В.Маторин, В.И.Поповкин, А.Ю.Торопов. Проектирование тонкопроволочных антенн с использованием ЭВМ методом интегральных уравнений. Рязань 1987 г., стр. 10.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/108146.gif)
где Iл - амплитуда волны тока на линии передачи электромагнитной энергии, индуцированная за счет электромагнитного взаимодействия с излучателем;
Iдоп - амплитуда дополнительной волны тока;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
i - мнимая единица;
e - основание натурального логарифма. 2. Устройство для внутриполостной радиочастотной гипертермии, содержащее генератор радиочастоты, линию передачи электромагнитной энергии и излучатель в виде диполя, размещенный вдоль диэлектрического корпуса внутри его, отличающееся тем, что между излучателем и линией передачи электромагнитной энергии введено распределительно-фазирующее устройство, вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты через линию передачи электромагнитной энергии, а биполярный выход - к разнополюсным плечам диполя, при этом параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с ближним от ввода линии передачи электромагнитной энергии плечом диполя, превышают параметры связи полюса распределительно-фазирующего устройства, соединенного с дальним плечом диполя. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что распределительно-фазирующее устройство выполнено в виде индуктивно связанных входного контура и выходного контура, при этом величина электромагнитной связи между полюсом распределительно-фазирующего устройства, соединенного с ближним плечом диполя и входным контуром, превышает величину связи между полюсом распределительно-фазирующего устройства, соединенного с дальним плечом диполя и входным контуром, а оплетка кабеля линии передачи электромагнитной энергии соединена реактивным двухполюсником с реактивным делителем, соединенным своими входами с биполярным выходом распределительно-фазирующего устройства. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде резонансной замедляющей структуры, один из элементов центральной зоны которой соединен с одним из полюсов распределительно-фазирующего устройства, а один из последующих элементов соединен со вторым полюсом распределительно-фазирующего устройства.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20