一种可变频的微波热疗装置的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，更具体地说，它涉及一种可变频的微波热疗装置。

背景技术：

手术、放疗治、化疗及免疫治疗是常用的治疗恶性肿瘤的四种方式，但仍有约三分之一的患者由于肿瘤得不到有效控制而死亡。近年来，又有了一种新的治疗方法—热疗，可以将肿瘤愈率提高。微波热疗装置是一种利用微波对各种疾病进行治疗的新型医疗仪器。

人体正常组织在体温升高的情况下，血管扩张，血流加速，散热较快。由于机体的这种调节作用，保证了在体温升高时，甚至在体温达到41.5～43℃时，组织损伤不大，且能够修复。然而肿瘤组织则不然，肿瘤内血管形态异常，杂乱扭曲、易受压变形，形成血栓或栓塞，加之肿瘤内的血管多由单层细胞组成，脆弱易破。由于这些新生血管是发育不全的畸形血管，在受热后失去自我调节作用，静脉也不能加快回流，肿瘤局部血液淤滞，血流量仅为正常组织的1%～15%，致使肿瘤组织散热困难，温度升高。肿瘤组织的温度往往高于邻近正常组织温度8～10℃。同样进行局部加热，若正常组织温度升高到40℃，那么瘤体内的温度则可升高到48°c左右，这一温度足可使肿瘤细胞受热致死，而正常组织却不受损害。而微波是分米波、厘米波、毫米波的总称，其波长范围为0.1-100厘米，微波具有穿透能力，当微波照射到肿瘤组织后，能够被肿瘤组织吸收并转化成热能，从而达到治疗肿瘤的目的。

基于上述原理，微波热疗装置能够发射微波，对肿瘤进行治疗。而不同频率的微波穿透人体的深度不同，微波频率越低，透过人体的深度越深。目前，较为常用的微波频率为433mhz、915mhz和2450mhz，分别对应于人体的深部热疗、全身热疗和浅表热疗，能够治疗不同程度的肿瘤。目前，微波热疗装置包括微波发生器、辐射器和三维人体运动床，微波发生器发出的微波通过微波传输电缆从辐射器中辐射出去，三维人体运动床放置于辐射器下方，医护人员根据患者情况调整三维人体运动床，使得患者能够与辐射器保持合适的距离。但是微波发生器发射的微波频率较为单一，不能够用一台微波热疗装置就实现多种肿瘤的治疗，通用性不高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可变频的微波热疗装置，可调节微波的频率以提高该设备的通用性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种可变频的微波热疗装置，包括机体，所述机体上设置有微波源和微波辐射器，所述微波源和所述微波辐射器通过微波传输系统连接，所述微波辐射器下方设置有三维人体运动床体，所述三维人体运动床体由控制组件驱动，所述微波源包括设置于所述机体内的固态微波源和微波变频装置，所述固态微波源用于发射固定频率的初始微波信号，并与所述微波变频装置微波连接，所述微波变频装置的输出端通过所述微波传输系统连接于所述微波辐射器；与所述微波变频装置信号连接有频率选择装置。

通过采用上述技术方案，医护人员将病人安排至三维人体运动床体上，病人躺下后，调节三维人体运动床体的位置，使人体能位于适当位置；之后医护人员根据病人的具体情况通过频率选择装置选择相应的微波频率，固态微波源输出的初始微波信号经过微波变频装置变频后，获得相应的频率的微波，该微波信号经过微波传输系统输入微波辐射器，由微波辐射器发射微波，对三维人体运动床体上的病人进行治疗；微波变频装置的设置提高了该能够适用于不同情况的病人的治疗。

进一步的，所述微波变频装置包括：

鉴相器，其输入端耦接于所述固态微波源和预分频器，用于比较所述固态微波源输出的初始微波信号和所述预分频器输出的分频信号，输出端输出第一比较信号；

环路滤波器，耦接于所述鉴相器以接收所述第一比较信号，用于滤除所述第一比较信号的高频及干扰成分，并输出控制信号；

压控振荡器，耦接于所述环路滤波器以接收所述控制信号，输出控制微波信号；

预分频器，其输入端耦接于所述压控振荡器以接收所述控制微波信号，输出端输出分频信号至所述鉴相器；

第一控制器，耦接于所述预分频器，用于控制所述预分频器的分频次数；

当所述分频次数改变，所述压控振荡器输出的控制微波信号频率相应改变。

通过采用上述技术方案，鉴相器的输入端接收的初始微波信号和分频信号的相位进行比较后，输出第一比较信号至环路滤波器，其中第一比较信号为电压信号，该电压信号中包含高频及干扰成分，经过环路滤波器滤波后形成压控振荡器的控制信号，由于压控振荡器的输出频率与其输入的控制信号成比例关系，所以控制信号的大小直接影响压控振荡器的输出的控制微波信号的频率；另外，预分频器接收控制微波信号并对其做相应的处理，使得输出的分频信号能够根据分频次数满足相关关系；而分频信号作为输入信号输入鉴相器中，整体构成反馈系统，可改变鉴相器输出的第一比较信号；第一控制器可控制预分频器的分频次数，从而改变分频信号的频率，最终达到改变控制微波信号的输出频率的目的。

进一步的，所述频率选择装置包括设置于机体上的三个调频按钮，所述调频按钮均与所述第一控制器电信号连接，用于触发第一控制器控制所述预分频器的分频次数。

通过采用上述技术方案，第一控制器接收调频按钮对应的信号，可调整预分频器的分频次数，从而改变分频信号的频率，最终达到输出对应频率的微波信号的目的。

进一步的，所述微波热疗装置还包括耦接于所述微波变频装置的压控衰减器，所述压控衰减器接收所述微波变频装置输出的控制微波信号，用于调节所述控制微波信号的输出功率。

通过采用上述技术方案，医护人员利用压控衰减器可根据病人的具体情况调节控制微波信号的输出功率，提高该微波热疗装置的适用性。

进一步的，所述压控衰减器包括：

第一二极管d1，其阴极耦接于所述微波变频装置的输出端；

第二二极管d2，其阳极耦接于所述第一二极管d1的阳极;

第三二极管d3，其阴极耦接于所述第一二极管d1的阴极与所述微波变频装置输出端的连接点；

第四二极管d4，其阳极耦接于所述第三二极管d3的阳极，阴极耦接于所述第二二极管d2的阴极并输出处理微波信号；

所述第一二极管d1和所述第二二极管d2的连接点输入可调偏置电压；所述第三二极管d3和所述第四二极管d4的连接点输入固定偏置电压。

通过采用上述技术方案，改变可调偏置电压，可对微波变频装置输出的控制微波信号进行不同程度的衰减，从而调节系统最终的输出频率。

进一步的，所述微波热疗装置还包括输入端耦接于所述压控衰减器输出端的功率放大器，所述功率放大器的输出端通过所述微波传输系统连接于所述微波辐射器。

通过采用上述技术方案，功率放大器可提高能源的利用率。

进一步的，所述机体上位于所述三维人体运动床体上方位置设置有距离传感器，所述距离传感器用于检测三维人体运动床体上的人体与所述微波辐射器之间的距离，并输出距离检测信号至所述控制组件以控制所述三维人体运动床体的升降。

通过采用上述技术方案，距离传感器的设置，能够检测微波辐射器与人体之间的距离，输出相应的距离检测信号至控制组件中，控制三维人体运动床体的升降，使得床体上的病人在一开始就能够基本处于设定的位置，减少医护人员的操作；并且由于病人与微波辐射器的距离基本一致，能够提高微波辐射治疗的精确性。

进一步的，所述控制组件包括：

基准电压生成电路，用于生成与所述距离检测信号比较的基准电压；

比较器，其输入端分别耦接于所述基准电压生成电路和所述距离传感器，以接收所述基准电压和所述距离检测信号，输出端输出第二比较信号；

第二控制器，其输入端耦接于所述比较器的输出端以接收所述第二比较信号，并输出控制信号至驱动所述三维人体运动床体运动的驱动组件，控制所述三维人体运动床体运动的升降。

通过采用上述技术方案，距离检测信号为电压信号，当其与基准电压输入比较器中进行比较后，若是距离检测信号大于设置的基准电压，说明三维人体运动床体与微波辐射器之间的距离较远，比较器的输出端输出高电平的第二比较信号至第二控制器中，由第二控制器输出驱动床体升降的控制信号，驱动组件接收控制信号后，驱动三维人体运动床体朝着微波辐射器运动，直到床体上的人体到达设定的位置，驱动组件停止工作。

进一步的，所述机体上还设置有若干用于微调所述三维人体运动床体的微调按钮，所述微调按钮均电信号连接于所述第二控制器以调节所述三维人体运动床体的位置。

通过采用上述技术方案，医护人员可利用微调按钮对三维人体运动床体进行三维方向上的微调，使得床体上的人能够处于更加适应治疗的位置。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、通过微波变频装置的设置，医护人员能够根据病人的实际情况选择相应的微波频率，可提高微波热疗装置的通用性；

2、直接通过调频按钮选择微波输出频率，操作简单方便；

3、压控衰减器的设置能够调节微波信号的输出功率，提高该微波热疗装置的适用性；

4、功率放大器的设置可提高能源的利用率；

5、距离传感器的设置能够检测微波辐射器与人体之间的距离，系统可根据检测的信号自动将三维人体运动床体上的病人送至设定位置，可在减少医护人员操作的同时使人体处于相对较为合适的位置；

6、医护人员可利用微调按钮对三维人体运动床体进行三维方向上的微调，使得床体上的人能够处于更加适应治疗的位置。

附图说明

图1为本发明的整理结构示意图；

图2为本发明原理框图；

图3为图1中a部的放大示意图；

图4为压控衰减器的电路原理图；

图5为功率放大器的电路原理图。

附图标记：1、机体；2、微波源；3、微波辐射器；4、三维人体运动床体；5、控制组件；6、固态微波源；7、微波变频装置；8、鉴相器；9、环路滤波器；10、压控振荡器；11、预分频器；12、第一控制器；13、调频按钮；14、压控衰减器；15、功率放大器；16、距离传感器；17、基准电压生成电路；18、比较器；19、第二控制器；20、微调按钮；21、机头；22、控制面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

一种可变频的微波热疗装置，参照图1，包括机体1，机体1内部设置有微波源2和微波辐射器3（微波源2和微波辐射器3在图1中未示出），且微波源2和微波辐射器3通过微波传输系统连接。机体1左上侧设置有机头21，微波辐射器3设置于机头21内靠近下方位置，在机头21的下方位置设置有供病人躺下的三维人体运动床体4，三维人体运动床体4由控制组件5驱动，可带动病人在三维方向上运动，使得病人能够位于较为合适的治疗位置。微波源2输出的微波通过微波传输系统传输至微波辐射器3，然后再利用微波辐射器3将微波朝着三维人体运动床体4上辐射，从而达到治疗肿瘤的目的。由于不同微波频率对应人体的治疗程度不同，所以为了使该微波热疗装置能够适应于不同程度肿瘤的治疗，提高设备的通用性，本发明的目的在于提供一种可变频的微波热疗装置。

参照图2，微波源2包括固态微波源6和微波变频装置7，固态微波源6能够发出固定频率的初始微波信号，微波变频装置7与该固态微波源6微波连接，可改变初始微波信号的频率。其中，微波变频装置7包括鉴相器8、环路滤波器9、压控振荡器10、预分频器11和第一控制器12，鉴相器8具有两个输入端，且其两个输入端耦接于固态微波源6和预分频器11，可分别接收并比较微波固态源输出的初始微波信号和预分频器11输出的分频信号，输出端输出第一比较信号，初始微波信号和分频信号在鉴相器8中进行相位比较后，输出电压形式的第一比较信号至环路滤波器9。环路滤波器9耦接于鉴相器8以接收第一比较信号，可滤除第一比较信号的高频及干扰成分并输出控制信号；压控振荡器10耦接于环路滤波器9以接收控制信号并输出控制微波信号；预分频器11的输入端耦接于压控振荡器10以接收控制微波信号，输出端输出分频信号至鉴相器8；第一控制器12耦接于预分频器11，可控制预分频器11的分频次数；其中，当分频次数改变，压控振荡器10输出的控制微波信号频率相应改变。

经过环路滤波器9滤波后形成压控振荡器10的控制信号，由于压控振荡器10的输出频率与其输入的控制信号成比例关系，所以控制信号的大小直接影响压控振荡器10的输出的控制微波信号的频率；另外，预分频器11接收控制微波信号并对其做相应的处理，使得输出的分频信号能够根据分频次数满足相关关系；而分频信号作为输入信号输入鉴相器8中，整体构成反馈系统，可改变鉴相器8输出的第一比较信号；第一控制器12可控制预分频器11的分频次数，从而改变分频信号的频率，最终达到改变控制微波信号的输出频率的目的。

本实施例中，固态微波源6的输出初始微波信号频率可采用433mhz，且预分频器11采用分数型的分频器，即分频次数可以为分数，则控制微波信号的频率f为433mhz×n，n为分频次数。

为了便于医护人员选择相应的频率，在机头21上设有与微波变频装置7信号的频率选择装置。结合图2和图3，在机头21位置设置了控制面板22，频率选择装置采用与第一控制器12电信号连接的调频按钮13，其中，调频按钮13设置有3个，分别对应微波频率为433mhz、915mhz和2450mhz，从而可对应于人体的深部热疗、全身热疗和浅表热疗，能够治疗不同程度的肿瘤。当医护人员选择相应的调频按钮13时，第一控制器12接收相应的输入信号，并根据该输入信号对应输出相应的分频次数，从而达到改变输出频率的目的。

另外，为了进一步提高该设备的适用性，微波热疗装置还包括耦接于微波变频装置7的压控衰减器14，压控衰减器14接收微波变频装置7输出的控制微波信号，可调节控制微波信号的输出功率。其中，参照图4，压控衰减器14包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、可调偏置电压vc和固定偏置电压v+。电容c1一端耦接于微波变频装置7的输出端，另一端耦接于第一二极管d1的阴极，第一二极管d1的阳极耦接于第二二极管d2的阳极，第二二极管d2的阴极耦接于电容c2的一端，电容c2的另一端耦接于输出端，输出处理微波信号；电容c1和第一二极管d1阴极的连接点耦接有电阻r1和第三二极管d3的阴极，第三二极管d3的阳极耦接于电容c4的一端，且第三二极管d3阳极与电容c4的连接点串联有电阻r4和电阻r5；电容c2和第二二极管d2阴极的连接点耦接有电阻r2和第四二极管d4的阴极，第四二极管d4的阳极耦接于电容c5的一端，且第四二极管d4阳极与电容c5的连接点耦接于电阻r5的另一端；电阻r1、电容c4、电容c5和电阻r2的另一端均接地；另外，需要说明的是，电阻r4和电阻r5的连接点耦接于固定偏置电压v+，第一二极管d1的第二二极管d2的连接点依次串联有电阻r3和电容c4，且电阻r3和电容c4的连接点处耦接有可调偏置电压vc。

第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4均采用pin型二极管，当可调偏置电压vc小于固定偏置电压v+时，第三二极管d3和第四二极管d4导通，第一二极管d1和第二二极管d2截止，压控振荡器10输出的控制微波信号在该压控衰减器14内的方向是电容c1→第三二极管d3→电阻r4→电阻r5→第四二极管d4→电容c2，然后输出处理微波信号。此时第三二极管d3和第四二极管d4对微波信号等效为线性电阻，可调偏置电压vc从0增大至固定偏置电压v+时，第三二极管d3和第四二极管d4上的电流减小，第三二极管d3和第四二极管d4的等效电阻值减小，从而使衰减量减小，处理微波信号增大。

当可调偏置电压vc大于固定偏置电压v+时，第一二极管d1和第二二极管d2导通，第三二极管d3和第四二极管d4截止，微波信号方向是第一二极管d1→第二二极管d2→电容c2，然后输出处理微波信号，此时第一二极管d1和第二二极管d2的等效电阻随电流的变化趋势是与第三二极管d3和第四二极管d4相反的。可调偏置电压vc从固定偏置电压v+开始继续增大时，第一二极管d1和第二二极管d2上的电流增大，第一二极管d1和第二二极管d2的等效电阻值减小，从而使衰减量继续减小，处理微波信号继续增大。

这样，可调偏置电压vc从0单调递增时，处理微波信号也单调递增，从而实现了电压对输出功率的调节。

另外，微波热疗装置还包括输入端耦接于压控衰减器14输出端的功率放大器15，功率放大器15的输出端通过微波传输系统连接于微波辐射器3，可节约能源。参照图5，为功率放大器15的电路原理图，可对从压控衰减器14输出端输出的处理微波信号进行功率放大。

另外，为了减少操作人员的工作量，使得病人躺在三维人体运动床体4后，床体能够自动上升到设定的位置，在机头21上位于三维人体运动床体4上方位置设置有距离传感器16，距离传感器16用于检测三维人体运动床体4上的人体与微波辐射器3之间的距离，并输出距离检测信号至控制组件5以控制三维人体运动床体4的升降。

本实施例中，回到图2，控制组件5包括基准电压生成电路17、比较器18和第二控制器19，基准电压生成电路17可采用分压电路，可生成与距离检测信号比较的基准电压；比较器18的输入端分别耦接于基准电压生成电路17和距离传感器16，以接收基准电压和距离检测信号，输出端输出第二比较信号；第二控制器19的输入端耦接于比较器18的输出端以接收第二比较信号，并输出控制信号至驱动三维人体运动床体4运动的驱动组件，控制三维人体运动床体4运动的升降。当距离检测信号与基准电压输入比较器18中进行比较后，若是距离检测信号大于设置的基准电压，说明三维人体运动床体4与微波辐射器3之间的距离较远，比较器18的输出端输出高电平的第二比较信号至第二控制器19中，由第二控制器19输出驱动床体升降的控制信号，驱动组件接收控制信号后，驱动三维人体运动床体4朝着微波辐射器3运动，直到床体上的人体到达设定的位置，驱动组件停止工作。需要说明的是，三维人体运动床体4的驱动组件可采用气缸，其具体结构在专利公开号为cn206543328u的中国实用新型专利中已公开，此处不再赘述。

另外，控制面板22上还设置有若干用于微调三维人体运动床体4的微调按钮20，微调按钮20均电信号连接于第二控制器19以调节三维人体运动床体4的位置，使得床体上的人能够处于更加适应治疗的位置。

本发明的工作原理：

医护人员将病人安置在三维人体运动床体4上，距离传感器16检测微波辐射器3与病人的距离，输出相应的距离检测信号至比较器18，与基准电压进行比较，若是人体与微波辐射器3之间的距离较远，则比较器18的输出端输出高电平的第二比较信号至第二控制器19中，由第二控制器19输出驱动床体升降的控制信号，将人体送至设定的位置；

然后，医护人员可利用微调按钮20对人体位置进行微调，使得人体位置更加合适；

再有工作人员根据病人的实际情况选择相应的调频按钮13，固态微波源6输出的初始微波信号和预分频器11输出的分频信号输入鉴相器8中进行相位比较后，输出第一比较信号至环路滤波器9，经过环路滤波器9滤波后形成压控振荡器10的控制信号，由于压控振荡器10的输出频率与其输入的控制信号成比例关系，所以控制信号的大小直接影响压控振荡器10的输出的控制微波信号的频率；另外，预分频器11接收控制微波信号并对其做相应的处理，使得输出的分频信号能够根据分频次数满足相关关系；而分频信号作为输入信号输入鉴相器8中，整体构成反馈系统，可改变鉴相器8输出的第一比较信号；第一控制器12可控制预分频器11的分频次数，从而改变分频信号的频率，最终达到改变控制微波信号的输出频率的目的;

变频后的信号依次经过压控衰减器14和功率放大器15后，通过微波辐射器3辐向人体辐射微波，从而达到治疗肿瘤的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。