Пристрій для надвисокочастотної гіпертермії

УКРАЇНА 15518 «„ C1 (19) (5D5A61N1/40 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ НАДВИСОКОЧАСТОТНОЇ ГІПЕРТЕРМІЇ 1 (20)94322067, 17.06.93 (21)4842883/SU (22)21.06.90 (24) 30.06.97 (46) 30.06.97. Бюл. № З (56) 1. Девятк ов Н. Д. и др. Аппаратура для гипертермии. - Электронная промышленность, 1986, №1, с. 65-72. 2. Чиве М. , Пла нк о М. , Ж ио Г. и др. Микроволновая гипертермия под контролем С6Ч радиометрии. Технические вопросы и первые клинические результаты. 3. Авторское свидетельство СССР № 1678390 позаявке№ 4677094/14, кл.А6Ш1/40, 1989. (72) Чаплін Ана толі й Федорович, Гоблик Ві к тор Ва сильович, Рица * Богдан Євге нович , Се ме нистий Костя нтин Сергійович (73) Де ржа вний уні ве рсите т "Льві вська політехніка" (UA) (57) Устройство для СВЧ-гипертермии, соде ржа ще е две к ольце вые а нте нные решетки, ко входу одной из которых подключен выход генератора СВЧ-колебаний, а внутри другой размещен фантом органа человека, радиометрический приемник с индикатором температур л, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен с модулирующим входом генератора СВЧ колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в устройство введены коммутатор, фильтр, фазочувствительный детектор и генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с модулирующими входами ком* мутатора и фазочувствительного детектора, выходы кольцевых антенных решеток подключены ко входам коммутатора, выход которого через последовательно соединенные радиометрический приемник, фильтр и фазочувствительный детектор подключен ко входу широтно-импульсного модулятора. сл сл Винахід належить до медичної техніки І може бути використаний в онкології для лі к ува ння , з лояк і сних новоутворі в внутрішніх органів людини. ВІДОМІ пристрої для надвисокочастотної (НВЧ) гіпертермії [1,2], які складаються з генератора НВЧ-коливань, антенної системи з радіометричним приймачем та Індикатором температури органа чи ділянки тіла людини, який нагрівають. Однак вказані пристрої мають низьку точність підтримання температури хворого органа та небезпек у пере грі ву його при лікуванні, внаслідок відсутностґкола автоматичного зворотного зв'язку по температурі. Найбільш близьким за технічною суттю та о т р и м у в а ни м е фек том до запропонованого пристрою є пристрій для гі пертермії [3], що ск ла дається з двох кільцевих антенних решіток, в одній з яких розміщений хворий орган, а у другій - його фантом, генератора НВЧ-коливань, двох ра ді оме трич них прийма ч і в, схе ми порівняння, широтно-імпульсного модулятора та індикатора температури нагріваного органа чи ділянки тіла людини. Однак відомий пристрій-прототип має недоста тню точні сть пі дтримання те мператури хворого органу, зумовлену наявністю двох каналів підсилення сигналів, 15518 кожен з яких складається з антенної решітки І радіометричного приймача, неідентичність параметрів яких приводить до додаткової Інструментальної похибки пристрою. В основу винаходу покладена задача 5 вдосконалення пристрою для надвисокоча стотної гіпертермії, в якому за рахунок створення одного спі льного каналу підсилення сигналів кільцевих антенних решіток забезпечується зменшення 10 Інс трумента льно ї похибки прис трою, внаслідок чого підвищується точність підтримання заданої температури хворого органу, що приводить до підвищення ефек тивності лікування. 15 Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій, який має дві кільцеві решітки, до входу одної з яких підключений генератор НВЧ-коливань, а всередині другої розміщений фантом органа людини, 20 радіометричний приймач з індикатором тем ператури, широтно-імпульсний модулятор, вихід якого з'єднаний з модулювальним вхо дом генератора НВЧ-коливань, згідно вина ходу, введені комутатор, фільтр, 25 фазочутливий детектор- і генератор прямокутних імпульсів, виходи як ого з'єднані з модулювальними входами комута тора І фазочутливого детектора, виходи кільцевих антенних решіток під'єднані до ЗО входів комутатора, вихід якого через пос лідовно з'єднані і радіометричний приймач, фільтр і фазочутливий детектор підключений до входу широтно-імпульсного модулятора. 35 Введення комутатора, фільтра, фазочут ливого детектора І генератора прямокутних Імпульсів у вказаному зв'язку дозволило ут ворити один спільний канал підсилення сиг налів антенних решіток. 40 Наявність у пристрої лише одного спільного канапу підсилення І перетворення сигналів обох кільцевих антенних решіток приб лизно в два рази зни жує інструментальну похибку, яка наявна у 45 прототипі і зумовлена неідентичністю параметрів двох каналів підсилення сигналів антен. Підвище ння точності підтримання температури хворого органа підвищує ефективність лікування хворого та 50 знижує ризик нанести шкоду його здоров'ю внаслідок небажаного перегріву. Структурна схема пристрою для НВЧгіпертермії зображена на кресленні. Пристрій складається з двох антенних 55 решіток 112, фантома 3 людського тіла або органу, який підлягає лікуванню, комутатора 4, радіометричного приймача 5, індикатора 6 температури, фільтра 7, генератора 8 прямокутних Імпульсів, фазочутливого де тектора 9, широтно-імпульсного модулятора 10 І генератора 11 НВЧ-коливань. Виходи кільцевих антенних решіток 1 12 під'єднані до входів комутатора 4. Фантом З людського тіла чи органа, який підлягає лікуванню, поміщений в кільцеву антенну решітку 2. Вихід комутатора 4 з'єднаний з входом радіометричного приймача 5, вихід якого підключений через фільтр 7 до входу фазочутливого детектора 9. Вихід генератора 8 прямокутних імпульсів підключений до модулювальних входів комутатора 4 І фазочутливого детектора 9, вихід якого через широтно-імпульсний модулятор 10 з'єднаний з входом генератора 11 НВЧколивань. Вихід генератора 11 підключений до входу першої кільцевої антенної решітки 1, в якому поміщають людину або її хворий орган. Для вимірювання температури хворого органу в процесі лікування до виходу радіо метричн ого при ймача 5 підключений індикатор 6 температури. Температура фантома 3, розміщеного в кільцевій антенній решітці 2, підтримується стабільною на визначеному рівні (наприклад, 42°С), достатньому для лікування клітин хворого організму, за допомогою стороннього термостатуючого пристрою або нагрівача. При цьому вказана температура повинна підтримуватись не в повному об'ємі фантома 3, а лише у тій його частині, де знаходиться фокус електромагнітного поля кільцевої антенноТ решітки 2. У даному пристрої фантом 3 разом з антенною решіткою 2 відіграють роль джерела опорного сигналу (опорної температури), по відношенню до як ого підтримується температура в заданій ділянці хворого органу. Пристрій працює наступним чином. У кільцевій антенній решітці 1 розміщують хворого або його хворий орган І фіксують електромагнітне випромінювання генератора 11 НВЧ-коливань в ділянці тіла людини чи його органа, який підлягає гіпертермії. Одночасно в кільцевій антенній решітці 2 розміщують фантом 3 тіла людини чи його органа, діелектричні параметри якого в об'ємі ділянки нагріву якомога точніше повторюють аналогічні параметри хворого органу, який лікують. Матеріалом фантома З може служити, наприклад, пластилін, гліцерін, вода І т.п. матеріали, які за діелектричними властивостями близькі до аналогічних властивостей конкретного хворого органа. Нарешті, як фантом можуть бути використані біологічні препарати живої тканини тварин або людини, які повністю 15518 збігаються за параметрами з необхідними параметрами хворого органа. Генератор 11 НВЧ-коливань працює в і мпульсному реж имі , випромі нююч и порціями електромагнітну енергію, яка фо- 5 кусується І виді ляється у заданому об'ємі тіла людини. Тривалість радіоі мпульсів генератора 11 визначається режимом роботи широтно-і мпульсного модулятора 10 і залежить ві д різ ниці те мпе ра тур фа нтома З І 10 хворого органа. В паузах між радіоімпульсами кільцеві антенні решітки 1 І 2 приймають теплове випромінювання в дециметровому діапазоні хвиль, яке виходить з фантома 3 1 хворого 15 органа та з виходу антенних решіток 11 2 у вигляді напруги теплових шумів подається на входи комутатора 4. Мод у лю юч а на пру га ге не ра тора 8 прямокутних Імпульсів за допомогою кому- 20 татора 4 почергово під'єднує виходи антенних решіток 1 І 2 до входу радіометричного приймача 5. В радіометричному приймачі 5 сигнали антенних решіток 112 підсилюються, детек- 25 туються І у вигля ді напруги постійного струму, пропорційної контрольованій температурі, поступають на Індикатор 6 температури. При рі вності те мпе ратур фа нтома З І 30 хворого органа напруги на виході антенних решіток 112 рівні між собою І тому на виході радіометричного приймача 5 буде постійна на пруга, пропорці йна вимі рюва ні й те мпературі, яка фіксується Індикатором 6. При 35 цьому напруга на виході фільтра 71 фазочутливого детектора 9 рівна нулю і не впливає на тривалість вихідних Імпульсів широтноімпульсного модулятора 10. Якщо температура хворого органа буде 40 нижч а те мпе ра тури фа нтома 3, шумова на пруга на вих оді к і льце воТ а нте нно? решітки 2 буде більша напруги шумів на виході антенної реші тки 1. Завдяки комутації к ом ута торо м 4 цих на пру г, на вих о ді 45 радіометричного приймача 5 появиться меа ндр на пруги з ч а стотою ге не ра тора 8 прямокутних Імпульсів, амплітуда якого буде пропорційна різниці температур фантома З та хворого органа. Фільтр 7 з смугово-пропускаючим в ділянці частоти комутації генератора 81 тому він виді ля є першу га рмонік у меа ндра вихідної напруги радіометричного приймача 5. Як фільтр 7 може бути використаний, на прик ла д, а к тивний ф і льтр на опе ра ці й но м у пі дс и лю ва ч і , а бо резонансний підсилювач, настроєний на частоту комутації генератора 8. Фазочутливий детектор 9 перетворює першу гармоніку меандра з вихода фільтра 7 в постійну напругу, полярність якої залежить від знаку розузгодження температур ф а нто ма З І х вор о го о рга на . У розглядуваному випадку на виході фазочутливого детектора 9 буде напруга додатньої полярності, що приведе до з більше ння тривалості вихідних І мпульсів широтноімпульсного модулятора 10, підвищення інтенсивності нагріву хворого органа за допомогою генератора 11 І підвищення його температури до температури фантома 3. Аналогічно, якщо температура хворого органа буде перевищувати те мпе ратуру фантома 3, напруга на виході фазочутливого детектора 9 змінить знак на протилежний, що приве де до з менше ння трива лості вихідних Імпульсів широтно-імпульсного модуля тора 10. Це приведе до зниження Інтенсивності на гріву х ворого орга на І відповідного зниження його температури до температури фантома 3. Таким чином, температура ділянки людського тіла чи його органа, який лікується за допомогою гіпертермії, завдяки дії кола слі дк уюч ого з воротно го з в'я з к у, підтримується з заданою точністю рівною температурі фантома 3. Задана точність підтримання температури забезпечується необхідним значенням коефіцієнта передачі кола зворотного зв'язку, в яке входить фільтр 7, фазочутливий детектор 9, широтноімпульсний модулятор 10 та генератор 11 НВЧ-коливань. J 15518 w Упоря дник А. Чаплін Замовлення 4187 Техред М.Моргентал Коректор Л. Пилипенко Тираж Підписне Державне патентне відомство УкраТни, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101