专利名称：高频磁场治疗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的高频磁场治疗装置属于医疗用高频治疗设备。它包括高频功率源和将高频电流转换为作用于人体的高频磁场的磁场辐射器。
背景技术：
本发明所涉及的高频主要指短波和超短波频段，频率从数MHz到数百MHz，这一范围的电磁波波长从1米到数十米，它涵盖了分配给射频医疗设备使用的6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz等频段。根据电磁场理论，距离辐射源小于λ/2π(λ为波长)的空间，属于近场范围。当辐射器为电偶极子时，在近场产生的是高频电场，譬如高频电压加在一组平行的电容极板上，极板间空间产生几乎是纯粹的高频电场；当辐射器是磁偶极子时，在近场产生的是高频磁场，譬如高频电流通过线圈时，线圈附近主要是高频磁场。
适当强度的高频电场或磁场作用于人体组织都能产生热及非热效应，都有可能产生有益的治疗效果。但是高频电场和高频磁场作用于人体不同类型组织时的吸收及生热状况却有所不同。
对于含水量低导电性差的脂肪和含水量高导电性较好的肌肉及其它器官，高频电场大部分将落在脂肪层并通过介质损耗发热；相反，高频磁场则大部分落在肌肉及内部组织上并通过涡流损耗发热。
高频电场作用于人体，依次通过脂肪和肌肉组织，其能量主要耗损在脂肪上，造成脂肪发热，加之脂肪缺少血液流动散热，脂肪的温升要明显高于肌肉及内部器官，而一般说来，对脂肪加热并没有治疗作用。对于小功率设备，由于脂肪对高频电场的吸收耗损使治疗效率大为降低，对于大中功率设备如热疗治癌机则由于脂肪过热而目标组织却难以达到治疗最佳温度。
由于脂肪层对于高频磁场相当“透明”，高频磁场可较少损耗地透过脂肪作用到内部组织上产生治疗作用。同样，使用高频磁场代替高频电场对肿瘤进行热疗，则有助于克服脂肪过热的瓶颈。
但是，由于技术上的原因，产生高频磁场难度较大，现有高频治疗设备多数是基于利用开放的电容极板产生高频电场的技术方案。
目前产生高频磁场的技术，一种方法是将绝缘导线在人体治疗部位绕成线圈，高频设备输出的高频电流通过线圈产生高频磁场作用于人体，利用设备内部的可变电容器与线圈调谐，这种方法使用不便、效率低，且在人体很多部位使用受到局限；另一种方法是将导线绕成平面螺旋形，连同调谐电容器封装在同一外壳中，通过同轴电缆接入高频设备，平面线圈辐射高频磁场作用于人体，这种方法使用较为方便，效率也较前一方法高，应用比较多。
但是该技术仍有不少问题平面螺旋线圈具有一定的电感，随直径加大电感急剧增加，在大的高频电流通过时，由于电感的存在，线圈两端出现较高的高频电压，线圈同时成为电偶极子，在辐射高频磁场同时还辐射相当能量的高频电场；由于电感大，相应的调谐电容就很小，辐射线圈靠近人体时的分布电容使辐射器失谐，这就需要人为手动调节或采用结构较为复杂的自动调谐装置。在产生频率较高、口径较大高频磁场时该技术实施难度将很大。
文献1(孙延林.一种新型高频磁疗机.电子科学技术.15卷10期.22-24页.1985.10)提出一种工作频率为40.68MHz的高频磁疗机，利用一个高频大功率陶瓷电容器与平面螺旋线圈实现调谐，为消除电场，更为减少分布电容的影响，该技术在线圈前加电屏蔽从而产生附加损耗。因使用固定电容器无法实现准确调谐，如采用法定分配的固定工作频率，辐射器将工作在失谐状态。即使调到谐振，并使辐射器与高频功率源及电缆阻抗匹配，谐振元件谐振时的功率伏安数可达输入功率的百倍以上，一个100W的辐射器电容器应能承受10000VA以上的无功功率，能承受此功率陶瓷电容器将十分庞大，陶瓷电容器的介质损耗也很可观。实际上，该辐射器工作于失谐和失配状态，效率较低。
发明内容
根据电磁场理论，辐射线圈面积一定时空间某点的磁场强度正比于辐射线圈电流和匝数的乘积。
现有高频磁场辐射器技术的出发点有一个误区为了增强磁场，提高辐射效率，就要增加线圈匝数。其实，匝数多，线圈电感也将大幅度加大，这就带来阻抗高电流难以增大，谐振电压高产生不需要的电场，谐振电容器容量小易失谐、线圈损耗加大等问题。
本发明的技术方案出发点正好相反在满足谐振电容器结构合理高效的前提下，尽量减少线圈匝数，使线圈电感足够小，甚至采用多个分数匝线圈并联。这样，上述弊端均不再存在，电感小了以后，在一定电压下高频电流就大，辐射磁场并不低，因为损耗因素减少，辐射效率将更高。同时选用各类电容器中损耗最小、无功功率容量大的空气平板电容器作谐振电容器，并利用电容器极板作辐射线圈的支撑，将系统组成一个牢固的整体。
本发明提出一种高频磁场辐射器结构如图1，包括一个或多个线圈1和平板式空气电容器2，线圈可以是一个单线环，也可以是多个相同的分数匝线圈组成线环，线环根据治疗需要可以是圆形也可以是矩形或其它形状。每个线圈一个同名端为电极101，另一个同名端为电极102。电容器2由极板201和极板202组成，电容器极板可以是圆形也可以是矩形或其它形状。线圈的101端固定在极板201上，线圈的102端穿过极板201固定在极板202上。因所有线圈101端和极板201连接，102端和极板202连接，多个分数匝线圈就接成了并联。多个线圈并接后的电感为L，电容器的电容为C，辐射器的LC谐振于高频电源的工作频率。极板201最好用两片，极板202用一片，电容可加大一倍，而结构最为简单。如果将极板201接入高频地电位(冷端)，则极板202作为电容器热端可封闭在“地”极板中间，对外不会有电场。与冷端极板相连的所有线圈端也是冷端，与热端极板相连的所有线圈端也是热端。
本发明方案中的冷端热端并非绝对需要，如极板外部存在高频电场对应用无有害影响或另有它法避免其影响，极板可以悬浮而不接地，也就没有严格意义上的冷端热端。
图2为电容器极板以及和线圈的连接示意图，两片201极板通过导电螺钉6与电极101连接在一起。极板之间加入适当厚度的绝缘垫圈5以控制极板间距，如部分或全部使用弹性垫圈，只要压紧或放松弹性垫圈(如用螺钉6调节松紧)，就可以改变极板间距从而微调电容器的电容量实现调谐。
为减少线圈后部电容器极板201产生的涡流损耗，极板与线圈要有适当距离，综合考虑辐射器的体积和辐射效率，该距离取线圈短边的20％或更大。
对于工作频率较低的小功率小口径辐射器，要求的电容量可能会很大，可以在极板间加入低损耗介质，组成平行板介质电容器；也可以增加电容器极板片数量，如极板201为五片，极板202为四片。
除了图1采用2个近1/2匝线圈的辐射器外，图3、图4提出了不同数量线圈的辐射器简图，只要需要，线圈个数还可以增多。辐射器口径越大，工作频率越高，线圈个数就用得越多。对于个数少的线圈，可以增加工艺支撑件，如图2及图3，绝缘柱7一头支撑线圈，一头接入调节螺钉，既可增大强度又便于调谐。
为了将高频电流引入辐射器，可在线圈内置一个耦合环10，通过同轴电缆11接入高频发生器12，见图5，极板和线圈可以悬浮，也可将一个极板接地。改变耦合环的直径和位置可改变辐射器的输入阻抗，实现与电缆及高频功率源的阻抗匹配。图6所示辐射器，将同轴电缆的外皮13接极板201(接地)，芯线14接入任何一个线圈的某部位抽头15(汇电点)送入高频电流，调节抽头位置可以改变辐射器的输入阻抗。
图7是极板202的一种可选方案，使用双面复金属的绝缘板采用PCB生产技术制作极板202。其特点是极板202上与201板相连的支撑垫圈5的周围的导电层被去除。这样，极板之间的垫圈5与极板202的导电层17之间就有足够大的绝缘间隙18，即使该垫圈与极板201同电位也无妨，垫圈材料的选用只要考虑其机械性能而不用考虑其电性能。
图8是一种具有同相功率合成功能的双输入的辐射器，具有结构呈中心对称的两个线圈，每个线圈有一个抽头作汇电点，两路频率和相位均相同的高频电流通过汇电点15输入，产生的高频磁场相叠加，能量倍增，这适用于大功率的治疗使用。由于两个线圈通过电容器极板并联在一起，如果切除其中一路输入，就如同图6辐射器仍然可以工作只是功率减半。
图9是一种具有反相功率合成功能的双输入的辐射器，两路频率相同但相位相反的高频电流输入结构呈轴对称的两个线圈，产生的高频磁场也能相叠加，能量倍增。
图10的辐射器有四个约1/4匝线圈组成的线环，电容器极板中部开孔，使人体肢体或躯干可以穿入线环。可以按极板上虚线把电容器连同各个线圈分成可移动但又在电气上相连的几部分，便于张开套入人体的胸部、腹部等部位。汇电点根据需要可以是一个，也可以是两个或四个，在辐射器上实现功率合成，特别适用于大功率高频治癌装置。
采用本发明技术方案的高频磁场辐射器线圈的电感极小，单个线圈可以只有分数匝，电感本来就小，再将其并联，则电感更小，整个线圈电感仅有平面螺旋线圈的数分之一到数十分之一，只要增加线圈个数，电感几乎可以小到任意值，即使大直径的辐射器也是如此。谐振电容器容量选在数百到上千微微法，电容器就可采用损耗最小的空气电容器，根据工作频率，相应的线圈电感在几十毫微亨到几十微亨，。按本设计方案可制作有效口径数厘米到数十厘米甚至更大的高频磁场辐射器，满足各种类型治疗的需要。
由于电感极小加上电容器可以完全封闭，辐射器产生的高频电场与高频磁场相比微乎其微，完全不需要另加屏蔽，可以用普通工程塑料制作辐射器外壳。对于多数磁场辐射器，调谐电容器电容达到数百微微法，而辐射线圈对人体产生的附加电容仅微微法量级，不会影响调谐，辐射器线圈组成的线环粗大、又通过多个电极及绝缘支撑件用螺钉与电容器极板紧固成整体，制造调整好加上外壳后的辐射器能承受相当的机械震动冲撞和冷热变化而不会失去调谐。在辐射器整个使用寿命期不需要再行调谐。
这种辐射器线圈匝数少，分布电容极小，导线粗壮，临近效应小，因此Q值可以很大，平板空气电容器Q值也很大，因此辐射器谐振Q极高，损耗很小，可以承受大功率辐射。
图1是磁场辐射器基本结构示意图，1为线圈，2为电容器，201和202为电容器的极板。101、102为线圈的端子或相应的固定电极，5为垫圈，6为螺钉。
图2是辐射器线圈端子和电容器极板连接示意图，7为绝缘柱。
图3是1个线圈的辐射器简图，视图为从线圈方向看，未画出电容器全部极板。
图4是3个线圈的辐射器简图。
图5是线环耦合输入辐射器汇电示意图，14为同轴电缆11的芯线，13为外皮。
图6为抽头输入辐射器汇电示意图，15为汇电点。
图7是采用PCB制作技术制作的极板图，17为制作完成的导电层，18为绝缘间隙。
图8为同相功率合成辐射器，15为汇电点。
图9为反相功率合成辐射器。
图10为大功率，大口径人体治疗部位能进入线圈中心的辐射器，20为电容器极板与线环包容面积对应部分开孔。
图11是一个完整的高频磁场治疗装置的组成示意图，21是一个带外壳的辐射器，22为高频功率源，23为被治疗人体，24为治疗区。
图12是采用双辐射器的高频磁场治疗装置，采用两个相同的辐射器对置，接入具有两路输出频率功率相同，相位相反的高频功率源25。
具体实施例方式
图11是本技术的一种实施方式辐射器仅画出带外壳的侧视简图，采用图1结构，极板201改用2片，线环直径130mm，工作频率为27.12MHz。一个适当输出功率的27.12MHz功率源22通过电缆与辐射器连接，辐射器辐射面作用于人体适当部位即可实施治疗。
图12是采用双辐射器的一种治疗装置一个能输出两路相位相反、频率和功率相同的高频功率源，通过电缆接入两个磁场辐射器作用于人体适当部位实施治疗。
权利要求
1.一种高频磁场治疗装置，包括高频功率源和高频磁场辐射器，其特征是高频磁场辐射器包括一个平行板电容器，一组两端分别固定在电容器两组极板上的辐射线圈；线圈可以是单个单线环，也可以是多个相同的分数匝线圈被电容器极板并联连接成的线环。
2.根据权利要求1的高频磁场辐射器，其特征是电容器极板之间加有一定厚度的垫圈，用以控制极板距离，其中部分或全部垫圈为弹性材料制成，通过压紧或放松垫圈来调节极板间距离从而实现辐射器的调谐。
3.根据权利要求1和2的高频磁场辐射器，其特征是电容器中的一块极板是用PCB工艺制成，该板上所有与另一极板相接触的支撑物周围的导电层被去除并留有一定的绝缘空隙。
4.根据权利要求1的高频磁场辐射器，其特征是具有多个相同的分数匝线圈，有两个或两个以上的线圈接有汇电点，每个汇电点分别接入一个频率相同的高频功率源，根据线圈端的不同接法，输入同相高频功率或反相高频功率，实现功率合成。
5.根据权利要求1的高频磁场辐射器，其特征是电容器中部与线环包容的面积对应的部分被挖空，使被治疗的部位能穿入。
全文摘要
一种高频磁场治疗装置，包括高频功率源和高频磁场辐射器，高频磁场辐射器包括一个平行板电容器，一组两端分别固定在电容器两组极板上的辐射线圈，两者调谐在高频工作频率；线圈可以是单个单线环，也可以是多个相同的分数匝线圈被电容器极板并联连接成的线环。由于辐射器线圈电感小，可高效率产生大口径高频磁场用于高频透热治疗包括肿瘤热疗。
文档编号A61N2/04GK101085393SQ20061008522
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者吴镇敏 申请人:吴镇敏