专利名称：低快速解冻低温保存的血液血液成分及细胞组织的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及解冻一种冷冻物质的方法和装置，更具体地说，它涉及一种通过电磁波照射使鲜冻血、血液成分及细胞组织快速并卫生地解冻的方法和装置。
血浆的及时供应是任何外伤治疗方案的一个基本要求。由于血浆在室温下保存的时间仅以几小时计，此后会发生变质，所以血浆冷冻已成为惯常作法。典型情况是，血浆在抽取后要在六小时之内冷冻在容积250毫升的聚氯乙烯袋中，随后该鲜冻血浆以约-30℃的温度进行储存。如果冷冻得正确，血浆可保存长达五年之久。
鲜冻血浆过程基本上解决了血浆的保存问题，在使用中解冻血浆的过程仍有一定的困难。当其它血液成分如整个血液或悬浮体粒子正在解冻时，细胞就可能被损伤，这是一个必须注意的问题。但是对于血浆，其细胞结构解冻后的生存能力并不重要，但凝固蛋白质的存活时间却极为重要。最普遍接受的解决鲜冻血浆的方法是将冻血浆袋浸泡在热水槽中。通过水槽中的30℃-37℃水与冻血浆袋的充分接受及不断地搅动，一袋或一个“单位”的冻血浆通常可在30至45分钟内化开。
这一过程存在一些问题。首先，把袋浸放在未消毒的水槽中会弄脏袋口，以致把化冻的血浆从袋中倒出时使血浆污染。另外，不整袋倒出就会使水流入口袋因而污染血浆。还有，泡水的过程不能加快，比如用较高温度的水浸泡，因为要加速该过程而提高热度会导致产生物理应力并可能破坏血浆中正常的蛋白质结构。需要三十至四十五分钟的解冻期间，这对使用冷冻血浆进行外伤急救治疗是不符合实际要求的，外科急救的病人可能急需血浆而等不起冷冻血浆这样长的化开时间。结果，为了治疗上的便利，通常的做法是预测血浆的需求而提前化开一定数量的血浆。但由于血浆一旦化开就不可能再安全地冻上上，这样如果预测的需要量没有达到，则按预期用量所化开的血浆就要有所废掉。
这样，就需要有一种化开鲜冻血浆的卫生方法和装置，以不致污染袋口和袋内物。
更进一步的需要提供一种足够快地化冻鲜冻血浆的方法和装置，它可以允许血浆在实际使用的瞬间之前一直保持冷冻状态。
采用微波炉化开袋中的冷冻血液的方法已经有了许多尝试，其中包括采用那些用于加工食物的普通腔式微波炉。但是，人们都知道，腔式微波炉有许多缺点。如果这些缺点对化冻食品仅仅只是有点不方便的话，那么对于医用的血液成份的化冻他们就变得至关重要了。谐振腔里的微波碰撞腔壁，其入射波和反射波的叠加能产生驻波。在腔内某些位置上入射与反射的电磁波相互加强，而在另一些位置上入射波与反射波相消。这样在一个典型的谐振腔中就可能有很多入射波与反射波相互加强的电磁波“热点”，也有很多入射波与反射波相互抵消的“冷”点。这种贯串于炉腔的不均匀电磁场分布会导致放入物体的某些部分加热的比另一些部分快，从而产生化冻不均匀。
如果这不足以构成问题的话，许多物质，包括血浆，当它们从固态转变到液态时会表现出极不同的吸收性和介电特性。液体血浆吸收电磁能的速度比冷冻血浆快近17倍。这样，在不均匀加热冷冻血浆时，如果该物质的一定部分开始化冻并转变成液态，则该部分将开始以明显快于其周围仍冻着的部分的速度吸收电磁能量。进而，随着液态血浆吸收能量的增加，用于加热其相邻区域的剩素能量就会减少。这样，不仅液态血浆加热得热了，而相邻区域的冷冻血浆的加热却反而慢了。吸收特性的变化加剧了不均匀加热带来的问题并导致所谓的“热失衡”现象。
另外，电磁波在带有不同介电特性和磁特性的两种绝缘物质的界面处也会产生反射。液态血浆的介电常数大约为冷冻血浆的十倍。这样，随着一定量的冷冻血浆为微波所加热，在液态血浆与固态血浆间的界面上会产生介电的不连续。射在这样界面上的电磁波部分地透射到第二种材料中，部分地反射回第一种材料中。这种反射破坏了电磁场并可能进一步引起艳冻血浆的不均匀加热。
为克服这种谐振腔带来的不均匀加热问题，已有过许多努力。其中一个方法是，一袋血浆按数个三十秒钟的周期放于微波炉中，在这些周期以外的时间间隔内，把袋从炉中取出人工搅动十秒钟，以掺和袋中的不均匀加热部分。但是，这个方法没有消除其在电磁能辐照期间的热失衡问题，同时手工搅动袋子会产生不能确定的效果。
美国专利(专利号4，336，435)公布了一种为克服这些问题而使用的装置，它在炉腔内设置了四根旋转轴。一袋血浆夹到一个专用的袋夹具上，而这个袋夹固定在一根旋转轴上，每一根旋转轴可以带有一个袋夹，这样可以同时允许多达四袋血浆化冻。在化冻期内，旋转轴带动各血浆袋作旋转振动。当血浆是固体的时候，这种搅动使血浆避免了任何部分持续辐照在微波的“热点”或“冷点”下。随着血浆开始化冻，这种搅动力图使血浆的冻结部分与化开部分相互掺合以求温度均匀。各旋转轴都联接一个温度探头监测各袋的温度以防过热。然而，该装置向旋转轴附近的血浆袋传递的振动较小。因而靠近旋转轴的血浆受到的搅动及该血浆的这种往返于微波“热点”和“冷点”的运动不够充分。这样，该装置没有充分有效地避免血浆的局部过热问题。还有，因为血浆袋要固定在一个袋夹具中，所以血浆必须冻在一种特定的夹具形装置中以保证形成一种可接收的袋形，而冻成不规则形状的血浆袋则不能固定在该装置上。
另一种采用腔式微波炉化冻的偿试是专利号为4，742，202的美国专利，它公开了一种装在炉腔内的装置，该装置包括一个能持住血浆袋的托盘，该托盘沿着一个相对炉底盘呈峰和谷形的三维曲折轨道转动。绕该轨道运动的同时，该托盘还可以相对一水平面做来回的滚动。滚动的托盘上的血浆容器绕该轨道的传送可以避免血浆持续地辐照在炉腔中的微波“热点”和“冷点”之下。传送的目的是搅动血浆容器，使之足以将液体中热的部分与冷的部分混合。但这种装置对于避免血浆局部过热问题仍不是完全有效。还有，这种装置使用的血浆袋夹具类似于前面所说的美国专利NO4，336，435中公开的那种夹具，因而要求血浆袋冷冻后的外部轮廓符合这种夹具。
与采用腔式微波炉相关联的又一个难题是，冷冻物辐照时间的长短取决于冷冻物的数量。在一个腔式谐振器中，电磁波将会不断在腔内反射直至被要化冻的物质吸收。如果有两袋血浆要同时在炉内接受辐照，则当只有一袋时，在腔内反射直至被第一袋吸收的一部分电磁能现在被第二袋吸收了，且不会再辐照到第一袋这样每袋的化冻时间变长了，因此，必须考虑化冻物体的总量以控制腔式微波炉中一定单位量的鲜冻血浆的化冻时间。在外伤治疗中常出现的急救条件下，有可能出现一定量的冷冻物所用辐照时间的计算错误。例如，一旦当一袋血浆放入炉中却用了两袋所需时间来化冻，就会导致被化冻物质的过热和破坏。
在前述的美国专利No4，336，435中，与各旋转轴相接的温度探头，被用来考虑化冻血浆量的大小，通过监测各袋温度和控制辐照时间来防止血浆过度加热。但是，如前所述，这种装置对避免血浆在化冻过程中受损并不完全有效，因为探头探到的只是袋上一点的温度而不能知道袋中远离测点的局部过热情况。
这样就需要有一种微波装置，它可迅速使血浆化冻并能避免被化冻物质的加热不均匀，同时这种装置可以排除因被加热物数量不同，辐照时间变化而出现错误的可能性。
为设计出一种能克服腔式微波炉的这些问题的装置，人们已做过一些努力。有一种这样的装置，其中的一个微波辐照器带有一个朝上的喇叭形天线，并且其底座上装有一微波源。喇叭形天线通过其截面发射出微波，从而通过喇叭孔提供了一种强度近似均匀的电磁场。另外，该喇叭形天线引出的微波实质上沿线性途径传播，最大限度地减小了微波反射，从而消除了发射波与反射波迭加产生的驻波。这样，最大限度地减小了微波的“热点”和“冷点”。天线喇叭上充满硅颗粒，或者说砂，它们是一种半固体材料，其介电常数基本等于冷冻血浆的介电常数。冷冻血浆袋置于喇叭口处，直接放在喇叭所装的砂子上。由于硅颗粒最大限度地减小了微波源与袋中物在介电性上的不连续，这种硅颗粒可形成有效耦合使微波能量传到冷冻血浆。其余的砂子倒在血浆袋顶部以最大限度减小血浆袋在微波源的远端表面上的介电不连续。装入喇叭的和血浆周围的砂子的作用是使微波能量有效地耦合到冷冻血浆中去。
但这种辐照器设计有一些缺点。首先，为了减小血浆袋与放在其上的砂子之间的介电不连续，在冷冻血浆时就必须特别小心使血浆袋十分平。任何冻成不规整形状的血浆容器都将导致袋与砂之间的空隙，产生介电性的间断从而使部分发射来的波反射回去从而出现非均匀加热。另外，在持续使用后，喇叭中的砂子结块，改变其介电性能并破坏能量分布。还有一些问题产生于袋与砂的直接接触。要求把砂子倒在血浆袋上是不干净的并可导致无法想象的后果。冷冻袋外部的任何污染都可能被砂子粘在袋口上而当血浆以后倒出时就会受到污染最后，血浆袋周围的砂子起到着隔热作用，使产生的局部热量无法散开。
这样需要有一种电磁辐照器，它可迅速、安全、卫生地使冷冻血浆化冻。
还需有一种电磁能量辐照器，它可适用于非规则形状的袋中冻血浆的化冻需要。
另外还需有一种电磁辐照器，它能消除介电不连续，以不使被化冻物体产生热隔离而引起热失衡。
如下所述，本发明在鲜冻血浆的化冻方面克服了现有技术方法和装置中种种问题。一般地说，本发明提供了一种卫生的方法和装置，它可迅速地化开冷冻的血液成分而不会污染包装袋和袋口。由于这种方法和装置能迅速化冻，因此血浆在其真正需要之前可一直冷冻保存血浆在从冷藏柜中拿出后的两分钟内即可化冻。这种方法及装置可使被化冻物体均匀加热，其化冻时间与化冻物质的数量无关。
更明确地说，本发明包括一种用电磁波辐照法使鲜冷血浆迅速和卫生地解冻的方法和装置。本发明的装置包括一个电磁波辐照器，它在被化冻物周围形成均匀的电磁场。传播电磁波的介质的介电性能均一，且其介电特性实质上与冷冻血浆的相同。因此，冷冻血浆可有效地与电磁场耦合。均匀的磁场及能量有效地耦合到冷冻血浆中去，这二者的结合使血浆均匀化冻。该装置防止了任何第一次穿过时未被冷冻血浆吸收的微波能量再反射回血浆中扰乱该能量场。最后，该装置还提供了一种热阻尼效应，吸收和消耗任何局部过热能量而使血浆均匀化冻。
更具体地说，本发明的装置包括一个中空波导，在其一端装有一个电磁波能源，它可有选择地操纵发射出电磁波。该波导发出并传送电磁波，使之经对应的另一端口向外发散。波导通过任何一种或几种结合的方案在端口处形成一种相当均匀的能量分布。首先，由常规的RF喇叭形天线发射的电磁波的传播方式在其端口处形成一种显著的“中心强”式能量分布，即能量的分布在其端口中心处最强，沿电磁强度方向即H一场方向向边缘逐步减弱。为了克服这种不均匀的能量分布，本发明的最佳实施例中的波导限定并引导微波以多个奇数传播模传播即，以第1，3，5模传播。波导所具有的形状使这种多个奇数传播模的累加效应可从波导端口产生出一个近似均匀的电磁场。另外，本发明考虑采用一种能量再分配装置，它或者用一个传统的喇叭天线，或者用本发明最佳实施例的多个奇数模波导来改动波导端口的电磁场，以提供一种更均匀的能量分布。这种能量再分布或由反射完成或由折射完成。例如，可在波导内沿E-场方向放置一个金属丝栅格，控制相邻金属线间的间隔以在高能区反射能量及在低能区通过能量。另外，也可在端口放一个含有不同介电性能的光学元件的不均匀(differential)介电透镜，它用来折射电磁波。或者在与端口相邻的喇叭边缘处装入具有不同介电常数的物质以完成类似的折射。
在血浆袋表面出现的介电特性的不连续会产生反射并破坏能量场。为排除这种不连续，把血浆袋用具有与冷冻血浆介电特性相似的薄膜封闭起来，进而在波导中灌入液体介电材料，其介电性与冷冻血浆的封装材料的介电性能基本相同。因此，所有在电磁源与放在波导端口的冷冻血浆封装材料之间的介电性能的不连续问题均被排除了。在波导端口放一充满同样液态介电物质的盖帽组件，以消除沿电磁能源的远端的血浆容器表面上介电性能不连续的问题。因此，血浆容器暴露在基本上具有均匀强度的电磁场中，避免了电磁场的“热点”和“冷点”的问题。在局部过热情况下，液体介电物质作为热阻尼器，吸收和消耗冷冻血浆中任何不均匀热，便得血浆能均匀受热。
因此，本发明的目的就是提供一种鲜冻血浆解冻的改进方法及装置。
本发明的进一步目的是提供一种快速使鲜冻血浆解冻的方法及装置，使血浆可以一直冷藏保存到真正需要的时刻。
本发明的另一目的是提供一种鲜冻血浆卫生地解冻的方法和装置，使血浆袋口和血浆本身不受污染。
本发明还有另一目的就是提供一种电磁波辐照器，用来使冻血浆均匀化冻而不出现局部过热。
另一个本发明的目的是提供一种电磁波辐照器，用来快速、卫生地化解鲜冻血浆，避免微波“热点”与“冷点”。
本发明还有另一目的，就是提供一种电磁波辐照器，以一个均匀电磁场来化解鲜冻血浆。
本发明的进一步目的是提供一种快速化解鲜冻血浆的微波装置，这种装置可避免被化物质的不均匀受热，并排除了因化冻物数量不同继而所需辐照时间不同而可能产生的差错。
本发明的另一目的是提供一种快速、安全和卫生地化解冷冻血浆的电磁辐照器。
本发明还有一目的，这就是提供一种适用于不规则形状的血浆袋的化解冷冻血浆的电磁波辐照器，本发明的另一目的是提供一种电磁波辐照器，它可消除介电特性的不连续，而不会形成被化物质热隔离和加剧热失衡现象。
本发明的其它目的、特征、及优越性在结合附图及所附权利要求书阅读本发明后便会一目了然。
图1.是根据本发明制成的血浆解冻装置的一个最佳实施例的剖视图;
图2.是图1所示的血浆解冷装置的波导和盖帽组件的透视图;
图3.是图1所示的血浆解冻装置的波导的俯视图;
图4.是图1所示的血浆解冻装置的波导的正视图。
图5.是图1所示的血浆解冻装置的波导的侧视图;
图6.是图1所示的血浆解冻装置的部分侧面剖视图，示出了从波导上端放下了的盖帽组件;
图7.是图1所示的血浆解冻装置中的能量再分配栅的平面图;
图8.是图1所示的血浆化冻解置的气动系统示意图;
图9.是图1所示的血浆解冻装置中的RF(射频)吸收器冷却系统示意图。
图10.是图1所示的血浆解冷装置中充满波导和盖帽的绝缘油的流程图。
图11.是图1所示的血浆解冻装置中的电系流示意图。
图12.是本发明的另一实施例的介电透镜组件的剖视图。
图13.是图12所示的介电透镜组件去掉上面的隔板之后的俯视图。
图14.是本发明中的波导管的又一个实施例。
现在来参照附图详细描述本发明。首先参考图1，图1中示出了根据本发明的血浆解冻装置10的一个实施例。这个血浆解冻装置10有一机柜12，机柜12的前面板的中央开有一缺口13，便于操作人员放入或取出血浆容器。机柜12的中央装有一个喇叭形辐射器16，该喇叭形辐射器16的下部20上装有一磁控管18，磁控管18的作用是产生电磁波能量，并以电磁波的形式辐射出去，喇叭形辐射器16的作用是一个波导，它把位于其下部20的磁控管18产生的微波能量引向它的上部17。喇叭形辐射器16的上端口上装有一个支撑架14。与喇叭形辐射器16配合工作的一个盖帽组件24通过4根导柱26、托壁52、顶住54和左、右气缸28、29支撑在支撑架14上。正象下面参照图2将要解释的那样，安装在支撑架14上的左、右气动气缸28、29使盖帽组件上升或下降。有关这个盖帽组件的功能、结构和工作情况将在下面参照图6作更具体的描述。
支撑架14下方的柜12壁上装有一个空气压缩机30、一个贮气罐31和一个浪涌调整罐32，所有这些都是用于驱动气动气缸28、29从而升起或降下盖帽组件24的气动系统中的组成部分。这个气动系统的工作情况将在下面结合图8作更详细的讨论。
装在柜12的底部的还有一个油冷却散热器34、一个冷冻系统散热器35和一个引导流过散热器32、35气流的风扇36。一个储存器/泵组件38装在机柜12的底板上。冷却系统散热器35和储存器/泵组件38都与位于机柜12顶部、盖帽组件24之上的一个近场RF吸收器40进行着流体交换。冷却系统散热器35、储存器/泵组件38和近场RF吸收器40构成了一个冷却系统，这个系统的工作情况将在下面结合图9讨论时作更详细的描述。油冷散热器34是一个油冷系统的组成部分，这个油冷系统的工作情况将在下面结合图10进行详细描述。
近场RF吸收器40由能透过电磁波的材料如胶质玻璃构成。近场RF吸收器40的底壁41有一系列连续的平行凹坑42，这些凹坑的壁与水平方向的夹角大于45°。近场RF吸收器40限定出一个适合于盛装一定量的水或能吸收电磁能量的其他合适的液体的储存区44。多个内折流板46垂挂在吸收器40的上壁48上，并向下伸展插入储存区44中。内折流板46的下端与吸收器40的底壁41有一定间距，从而形成了一条流体在储存区中流动时必须循环的曲折通路。
现在参看图2，该图更清楚地示出了盖帽组件24的安装情况。正象前面指出的那样，盖帽组件24安装在四根引导轴26上，这四个引导轴26的上端与上、下盖帽组件安装板50、51相固定，同时成套筒式地安装在架14上的孔中。这些引导轴26的下端装上二个托臂52中的一个上;而这个托壁52则分别与左、右气动气缸28、29的顶杆54固定住。气缸顶杆54具有带螺纹的顶端，通过螺母53与托壁52相固定。托壁52的高度调整可通过适当地调整气缸顶杆54的螺纹端上的螺母53来实现。
气缸28和29固定地安装在支撑架14的下方。当气缸28，29被驱动到伸出顶杆54时，托壁52向下移动。通过引导轴26与托壁52联接的盖帽组件即如此地对着喇叭辐射体16的上端17向下移位。相反，当气缸28、29被驱动而缩回顶杆54时，托臂52向上抽回，迫使引导轴26也向上运动从而提升盖帽组件24从喇叭形辐射器16的顶端17上离开。驱动气缸28，29从而升降盖帽组件24的机构将在下面结合图8作详细解释。
正象图2中示出的那样，在波导16上端的开口72中设置一个金属栅55。这个金属栅的结构和功能将在以后结合图7的讨论。
现在转向图3-5，喇叭形辐射器16是一能保持RF能量并且有一个空腔56的空波导。喇叭形辐射器16的第一或称低端部分58的截面呈矩形，这一低端部分58的第一对相对壁60、61和第二对相对壁62、63基本上是平行的。在示出的这个实施例中，喇叭形辐射器16的低端部分58的截面的尺寸是1.4吋乘以7.75吋，长度为18.1吋。第一部分58的低端的末尾是一个反射器(backshort)64。第一部分58的上端在连接处67开口通向第二或者叫上喇叭形部分66。这第二部分66具有向喇叭16的上端17方向向外扩张的平壁68-71。这些壁68-71限出矩形截面，其面积在向喇叭形16的上端17的方向上逐渐增加。喇叭形辐射器16的上端17处有一开口72，在示出的本实施例中该开口的尺寸为5.6吋乘以9.6吋。喇叭形辐射器16在其上端17处具有一个向外延伸的外法兰73。
如前所述，磁控管18装在喇叭形辐射器16的低端部分的下口20附近。本实施例中采用的磁控管18是1900瓦的商用磁控管它可有选择地在空波导16中产生微波。磁控管18包括一个外壳74，此外壳74通过螺栓固定在波导16的下口20的壁60上。用螺栓固定在磁控管外壳74上的一个冷却风扇75将气流导通到磁控管外壳内，对磁控管进行冷却。
磁控管18的能量引出装置或者叫天线78设置在喇叭形辐射器的第一部分58中。磁控管18的最大辐射点79在本实施例中位于距磁控管的安装面1.21吋，安装磁控管时应该使最大辐射点位于空波导16的低端部分58的截面的中心。喇叭形辐射器16约束并导引磁控管18产生的微波沿其纵轴(如图5的线81表示)重合的传播轴体播。
采用喇叭形辐射器16的目的是在辐射器的开口72上提供基本上均匀强度的电磁场。熟悉本技术领域的人员都知道一个波导在典型情况下能支持多种谐波模式的波传播。单模工作时，在波导的截面上会产生不均匀的功率密度。本发明中采用了大多数波导应用中设法避免的多谐波模式工作或者叫“多模”工作，从而在传播轴的一个预定位置上的波导截面内产生更均匀的功率密度。偶数谐波的横向电场模式会在波导的截面内产生非均匀的功率密度。因此，本最佳实施例中的喇叭形辐射器被构成只传播奇数的横向电场模式，比方说，三和五传播模式。从而在开口中产生更均匀的功率密度。为了促使纯奇数模式的产生和传播，本实施例中的喇叭形辐射器16的第一或叫下端部分58在E一场方向上比较窄(由图3中的箭头82所示)。传播多个奇次电场模式的累加效果是辐射器的开口72中沿微波的电磁强度方向即H-场方向(如箭头83所示)产生基本上均匀强度的电磁场。设计和选择能达到上述目标的喇叭辐射器在本技术领域内属于普通技术，因此，这里只概括地加以描述。
选择本实施例中的喇叭状辐射器16的长度时先选定一个一次、三次和五次模式同相的长度。在本实施例中，这样选定的长度是从反射器64至开口72长30.8吋。其次，使磁控管天线78的位置与反射器64间隔一个距离。可以看出，在传播轴81上可能有好几个点满足这个相位要求。但是，应该选择距离第一、第二辐射器部分58、66的连接处67，亦即辐射器16开始外倾的地方至少一个波长的一个点。这个一个波长的要求有助于上述那些模式的产生及传播。熟悉本技术领域的人员还可看出，天线78至反射器64之间的间隔也决定了赋予各个传输模式的相对功率。在本实施例，磁控管天线78距反射器64为3.85吋。
现在参照图6，在波导16顶端的开口72内装有一个金属栅55。跨在金属栅55的上方的开口72处有一个隔膜84。该隔膜84由介电常数基本上等于冻血浆的介电常数(2.7)的弹性材料制成。在本实施例中，该隔膜大约0.007吋厚，由聚氯乙烯材料制成。隔膜84完全盖住辐射器16的上端17，且其周围边沿是防水密封的。下面可以看到，这块隔膜84起二个作用密封住喇叭状辐射器以及在辐射器16的开口72内为最多2袋冻血浆85提供支撑面。
盖帽组件24的低端86是开口的，在其中限定出一个空腔88盖帽组件24的低端86的尺寸和形状与喇叭形辐射器16的上端的尺寸和形状基本上对应。前面已经提出，盖帽组件24被安装成能够动使其下端86能对着喇叭形辐射器16的上端17相啮合。一个与装在波导的开口72上的柔性隔膜86相似的由相同的柔性PVC材料制成的柔性隔膜90盖住了盖帽空腔88底部开口。柔性膜片90与盖帽组件24之间的密封是防水的，因此，室腔88中能盛装液体。盖帽组件24的顶端装有向下检测的一系列光纤传感器91有关光纤传感器91的工作情况将在以后更详细地说明。
图7中示出了设置在辐射器16的上端17紧邻着开口72的金属栅55。该金属栅55的作用是在波导16的开口72处对电磁波形进行再分配。在磁控管的功率设置较低(如500-600瓦)时通过多个奇数次谐波模式的相加效应而产生的能量分布在开口72处基本上是均匀的;但当功率设置较高时，开口处的功率分布中的差异就会被放大而变得更为明显。这样，在较高的功率设置时，电磁波形必须经过“细调”，从而消除这样的差异。
金属栅55通过提供许多导电单元92限定出许多之间的缝隙93来起来波形再分配的作用。这些导电单元92被设置在峰值功率区域，对入射到缝隙93中的微波能量能起到反射作用。这样，“峰值”位置的能量强度被衰减，整个开口中的能量分布就会变得更均匀。
在本实施例中，金属栅55由一块介电常数约为2.7的酚醛塑料作的印刷电路板构成。多个缝隙93是由对电路板的导电覆层进行蚀刻而在一定地方留下导电元件92而形成的。
可以看出，控制相邻导电元件92之间的间隔或导电元件宽度或者二者并施，就可以控制穿过栅55的能量的数量和位置。在本实施例中，越靠近栅的中央，导电元件92之间间隔就越小，因为在栅的中央，波导16所产生的功率分布趋向于最高。为使流过栅55的液体维持对隔膜84的压力，在构成金属栅的电路板上可以形成多个小孔。
另一种构成金属栅的方法是在一矩形框架上固定许多平行的金属丝。这些金属丝从而就构成了导电元件，它们之间的间隔就构成了许多缝隙。入射在这些金属丝上的微波能量将被反射掉，且其余的能量则穿过金属丝上的微波能量将被反射掉，且其余的能量则穿过金属丝之间的间隔。
图8是用于升降盖帽组件24的气动系统示意图。该气动系统包括一个空气压缩机30，用于向储气罐31中提供压缩空气，空气压缩机30和储气罐31已在图1中示出。在空压机30和储气罐31之间的通路95上装有一个潮湿分离器94，用于截留空气压缩时产生的雾汽。在压缩机30和储气罐之间的管路上还有一个检查/卸载阀96。在最初启动空气压缩机30时，打开检查/卸载阀96使管路95通向环境空气。管路95通向大气后，空气压缩机30还不能带动负载。只有等压缩机30达到工作速度后，才能关闭检查/卸载阀96把压缩空气导向储气罐31。通过这种在压缩机30启动时卸去负载的方法，就能使用比压缩机被迫带负载启动时所需的电机要小的压缩机电机。
在离开储气罐31的管路97上装有一个压力开关98，用来使空压机30工作与停转，从而在储气罐中维持合适的压力。在本实施例中，这个压力开关98在罐31中的压力低于75Psi(磅/平方英寸)时启动空压机30，在罐中的压力达到85Psi时关闭空压力达到85Psi时关闭空压机30。这样，压力开关98能将罐31中的压力维持在75-85Psi。
压力开关98的下游是一个T形接头100，这个接头把单一的管路97分为左、右两个支路101，102。左支路101中包括一个用于提供30Psi管压的在线调节器。沿调节器104的下游是一个常闭的和通电时打开的电磁阀105。电磁阀105闭合时，左支路101中的空气压力就排放到环境大气中。一旦电磁阀105通电，排放即结束，电磁阀105以外的管路106即被充压。左支路101在接头108处又分成两根管子109，110，管子109通向左侧气缸28的上部端口112，管子110通向右侧气缸29的上部端口114。
右支路102中包括一个用于把右支路的压力永久维持在119Psi的在线调节阀116。调节阀116的下游是已在图1中示出过的浪涌调节罐32。从浪涌调节罐32出来的通路120在接头121处又分出两个管子122，123。管子122通向左侧气缸28的下端口，管子123通向右气缸29的下端口126。
可以看出，右支路102，进而左、右气缸28、29的下端口124、126总是充压在11Psi。当电磁阀105未通电时，左支路101中的空气压力被泄掉，这样左、右气缸28、29的上端口112、114均未加压。因此，右支路102中的11Psi的压力就将加在气缸28、29的下端口124、126上，迫使活塞130上升，推杆54回缩，从而把盖帽组件24举到高位。当电磁阀105通电时，左支路101及气缸28、29的上端口112、114均被加压在30Psi，足够克服活塞130下方的11Psi的压力而使活塞向下移动，使顶杆54伸出，从而使盖帽装置24降低。当活塞130向下移动时，气缸28、29下端口的空气被沿管子122、123压回至浪涌调节罐118中。
该气动系统的设计中具有的特点是要使左支路101充压，电磁阀105必须通电。这个特点的好处在于如果系统断电，电磁阀105就会自动关闭，从而排放掉左支路101中的压力。即使此时空气压缩机30不工作，浪涌调节罐32中储藏的压缩空气也足够使右支路102加压而使盖帽组件24回到高位。在气动系统故障时，盖帽组件就可能回不到高位。
图9是用于对近场RF吸收器40中的水进行冷却的冷却系统示意图。水在吸收器水槽44中绕折流板46循环，从而吸收了到达吸收器的任何电磁能量。接着，水被抽出吸收器，到达冷却系统散热器35;风扇36产生的气流吹到该散热器上，从而吹散了热量，使水冷却。然后冷却的水被泵入水罐/水泵分组件38中的水贮存器131中。然后，水贮存器131中的水被水泵132泵回RF吸收器40之中。在本实施例中，水泵132以每分钟3加仑的速度使水在冷却系统中循环。该冷却系统中还包括一个补充/排水阀133，此阀平时关闭，只是在给冷却系统补充水或排水时才扰开。
图10是给波导16和盖帽组件24加载的液态介电材料的流程图。空波导16的内部56充满一种介电常数大致等于冻血浆的介电常数(2.7)的油。在本实施例中，上述的介质油是硅油，在工业上也称叫“变压器油”和“速调管油”。沿着喇叭形轴射器16传播的电磁波基本上能穿过这种介质油，因此，介质油不会被微波能量加热。但是，介质油对磁控管18所产生的热量能起到一个“吸热体”的作用，被以传导方式加热。由于盖住喇叭形辐射器的开口72的柔性隔膜在加热至高于100°F时会发生变形，因而使必须使介质油冷却，以耗散从磁控管吸收到的热量。
从图10可看出，油从波导16中通过位于该辐射器的下端20的管路140抽出。油泵142使管路140中的油通过散热器34进行循环。如图1所示，风扇36把空气吹过散热器34，从而当油在其内部循环时使油冷却。散热器34的风扇36已示于图1。接着，经冷却后的油通过管路144回到喇叭形辐射器16的上端17。
盖帽组件24中同样也充满了介质油。但是，由于盖帽组件24中的油与磁控管无热力偶合，因此，这些盖帽组件中的油不会被磁控管以传导方式加热，不象波导16中油的情况，故不需要冷却。
从图10中还可看出，喇叭形辐射器16的上端17的稍上方设置有辐射器油箱146，该油箱146通过管路148与喇叭形辐射器进行液体交换。同样，在盖帽组件24的稍上方设有一个盖帽油箱150，并通过管路152与盖帽组件液体相通这二个油箱146，130的上端均开口通向环境大气。作用在油箱146，150中油上的重力会通过管路148、152产生一个正向液压，这个液压能在柔性隔膜84，90上施加一个压力，而可得到下述优点。隔膜84，90上的压力大小可通过控制油箱146、150中的油量来控制。
图11是本发明最佳实施例的电气系统示意图。本例中由220-240V的交流电压通过电源线路160、164和中性线162供电。线路160和164分别接有20安的熔丝163、164，其后分别变成导线165和166。导线165经过常开测试开关167和继电器170的常开触点的并联组合后接至一个分线排168上。另一分线排176通过一个10安培熔丝177接到中性线162上。用于驱动冷却风扇75的磁控管冷却吹风电动机172用于驱动风扇36的吸收器/油冷吹风电动机173、用于驱动泵32的水冷却泵电动机174和用于驱动泵142的油冷却泵电动机175皆并联连接在分线排168和176之间。在本实施例中，电动机172-175工作于110V交流电压。一旦测试开关169闭合或者继电器170被激励，电动机172-175就投入工作。空压机电动机180与空气开关98相串联后接在中性线162和熔丝后导线166之间，用以驱动空压机30。空压机电动机180也是在110V变流电源下工作的，而且是空气开关98一经闭合就工作。有关电动机172-175。空压机电动机180和空气开关98的工作已如前述。
变压器182的初级182a与一个磁控管热保护断路器183串联后接在中性线162和熔丝后导线165之间。变压器182的二个次级182b、182c是为一个控制器184提供电能。在本最佳实施例中，变压器182采用的是第45507号Keystone变压器，控制器184是Litton控制器，图号为D-0500000101，改型-A。磁控管18一旦过热，断路器183就会切断变压器182的电源，从而使控制器184暂时失效。
控制器184的信号输入插脚1和2由导线186及187分别连接到常开关185a。开关185a是联锁开关组件(如Litton，图NO.45585A)的一部分。当门13打开时，开关185a和185d闭合，而开关185b及185c打开。控制器184的输出插脚3和4分别经导线200及201连接到继电器170的线圈两端。控制器184的输出插脚7由导线202连接到温度控制器192的控制输入。控制器184的输出插脚8和温度控制器192的输出端分别通过导线203及203接到隔离耦合器三端双向可控硅开关(TRIAC)电路193。温度控制器192的作用是作为磁控管214的安全装置。在该最佳实施例中，温度控制器192用的是Spectralogic，Inc.PartNo.LBLD001。该温度控制器192首先用通过纤维光学操纵的光敏二极管来核对口袋的颜色，然后用AdvancedFiberOptics，Inc生产的红外纤维光学温度探测器来检查口袋的温度若探测器探测出口袋是深色的，就说明这是血液(而不是血浆)已被放入仪器上，三端双向可控硅开关将不开启。若探测器探测出口袋的颜色是浅的，那末，这不是血液，红外纤维光学探测器就探测原始的口袋温度，然后微处理机就根据这最初的袋温而设定化冻温度。微处理机随着化冻的继续通过红外纤维光学控测器监控袋温度，并在袋温到达30℃时关断磁控管。
导体165还通过继电器191的常开触点及开关185c的常开触点连接到导线205。导线205与三端双向可控硅开关193的一个输出端相连，并接到连接在导线205及166之间的初级绕组207a上。绕组207a具有220～240伏的交流输入电压。导线205还通过开关185d连接到导线166。
开关185c和185d与继电器191的触点及熔断器163及164结合起来形成了一个安全联锁系统，使得在门13打开、开关185c未在关闭位置时，或者在发生任何能引起继电器191触点停留在关闭状态的情况时，使本装置不能工作。当门13打开时，开关185d关闭，这样，若开关185c没能关闭且继电器191的触点仍保持关闭，在导线165和166之间就会出现短路，因而熔断器163或164就会烧断，或两者都烧断，从而切断了变压器207的电源，并中断产生微波辐射。门13的打开关闭了开关185a并打开了开关185b、185c。开关185a的关闭使控制器184与继电器170之间断路。开关185b的打开释放了继电器191并切断了温度控制器192的通路。开关185c的打开切断了三端双向可控硅开关193和变压器207的电源。继电器191释放后也要切断三端双向可控硅开关193和变压器207的电源。因此，联锁开关组件185起到的作用是保证在门打开时，立即中断微波的产生和辐射。
三端双向可控硅开关193的另一个电源端子通过导线206接到变压器220的初级线圈220a。该初级线圈220a另一端通过变压器端子保护断路器221。通过和导线166连接到110伏交流电源，如果变压器220开始过热，则断路器221即打开而断开变压器220的电源。变压器207和220各有两个次级线圈207b、207c及220b、220c。变压器207是工业用灯丝变压器，而变压器220是工业用灯丝及高压变压器。一个4微法，600伏电容器210连接在变压器207的次级线圈207c的两端。次级线圈207c的一端与中性线162相连。次级线圈207c与电容器210结合起来降低线路160和161上产生的噪声。
次级线圈207b的一端经导体213接到磁控管18灯丝的一端，其另一端通过导体212与变压器220的次级线圈220b的一端相连。次级线圈220b的另一端经导体217与磁控管214灯丝的另一端相连接，并连接到二极管215的阳极和电容器216的一端。高压次级线圈220c的一端与二极管223的阳极及二极管215的阴极相连。该线圈220c的另一端通过导体222与电容器216的另一端及电容器224的一端。电容器224的另一端和二极管223的阴极均连接到中性线162。磁控管18的阳极也与中性线162相连。二极管215和223为HVPR10-148350整流管，额定电压6千伏，额定电流650毫安。电容器216和224的额定值是9400微法和2500伏。二极管215和电容器216构成了一个半波整流器，而二极管223和电容器224也构成了一个半波整流器。各整流器技立于另一个而工作它们串联起来形成一个电压倍增器，向磁控管214提供工作电压。
应该注意的是变压器207接受导体165和166之间的220伏全电压，而三端双向可控硅开关193以常规方法向变压器220施加或切断工作电压。因此，变压器220可以得到220伏全电压或没有工作电压，这取决于控制器184和温度控制器192。典型的情况是，当磁控管提供一射频输出电压时，磁控管上的灯丝电压就被降低，以防止灯丝过热和烧穿。因而，变压器207、220的次级线圈207b和220b相反连接，以便在三端双向可控硅开关193向变压器220提供工作电压时，次级线圈220b提供的这个相反电压减少了次级线圈207b提供的灯丝电压。然而，当三端双向可控硅开关193不向变压器220提供工作电压时，由次级线圈220b提供的相反电压即为零，而磁控管214将得到次级线圈207b提供的全电压。为了保证灯丝适当加热，控制器184在变压器220上被施加电压之前约1/2秒向灯丝变压器207提供电压。
现在来看装置10的工作情况，把一袋冷冻血浆85放在喇叭形辐射器16顶部的隔板84的上表面上。当操作者关上门13并启动继电器179时，盖帽24中的纤维光学探测器91光探测隔膜84上的物体是否是深色。若是，探测器91就向控制器184送出信号确定隔膜84上的物质不是血浆，则控制器184不工作。如果探测器91探测到在隔膜84上的不是深色物质，就开始工作。
这时，充气系统开始工作。控制器184送出关闭电磁阀105的信号并给气缸28和29的上部出口112和114充压。活塞130上表面上的压力足以使活塞沿棒54向下移动，并使盖帽组件24相对于喇叭形辐射器16的上端部17降低。若压力开关98检测出贮气罐31中的压力在什么时候小于75磅/吋2，空压机30就开始工作。首先打开检验/减压阀96，把线路95的出口通到环境空间，把空压机30中的气排出以便容易起动。当空压机30已达到工作速度时，关闭检验/减压阀96，直接把压缩空气送到贮器罐31中。当压力开关98检测出贮气罐31中的空气已达到85磅/吋2时，关断压缩机。
当盖帽组件24相对于喇叭形辐射器16的上端17迅速下降时时，盖帽组件24下端86上的柔性隔膜90接触到冷冻血浆袋85的上表面。袋85的下表面被迫对着隔膜84向下压。接着，喇叭形辐射器膜片84向下移动，装在喇叭形辐射器16中相应体积的变压器油趋于从辐射器16的空腔56中排出并进入辐射器的油箱146中。然而，辐射器16中变压器油的高粘性阻止油迅速排出，从而保持了隔膜84向上的压力，并压推隔膜使其与袋85的下表面紧密地一致。
辐射器隔膜84对盖帽组件24的下向压力的阻力，使血浆袋85对盖帽隔膜90施加一个相反的向上的力。膜片90随着血浆袋85的上表面受到对着隔膜90的力而向上移动。盖帽组件24的空腔88中的变压器油相应的体积因而趋于被排出空腔并流入油箱150。不过，由于液态变压器油的粘度很高而阻止其迅速排出空腔88，从而对盖帽隔膜90保持着向下的压力，这就迫使隔膜与血浆袋85的上表面紧密一致。
随着盖帽组件24如此降低，血浆袋85即由能消除绝缘不连续性的空气袋和隔膜84、90在所有侧面紧密地包围住，隔膜84、90的可弯曲性和变压器油所施加的压力使得这些隔膜能紧密地和甚至形状相当差的血浆袋相一致，就象把血浆袋冻成不规则形状时那样。
当盖帽组件24降低，靠隔膜84和90把血浆袋85封住时，磁控管18开始激励。电磁波向上传播通过辐射器16中的变压器油并蔓延穿过辐射器的横截面。波导管16的形状保证波传播的第一、第三和第五谐波型模，这些模的累加效应在波导孔72中产生了强度基本均匀的电磁场。当入射到格栅55的导电元件92上的微波被反射，而入射在窄缝93上的波通过格栅时，这个设在孔72下面的格栅55即对该磁场进行微调。放在辐射器隔板84上的血浆袋85受到在微波电磁强度的方向上基本均匀的磁场的作用。从而基本消除了不均匀电磁照射的区域或“热点”。
由于装在辐射器16内的液态绝缘材料的介电性质与隔膜84相同，因此，在该液态绝缘材料和隔膜的下表面之间的界面上不会产生介电不连续性。此外，由聚氯乙烯构成的血浆袋85具有与隔膜84类似的介电特性。因此，在其界面上也不存在介电不连续性。与此类似，袋85中的冻血浆、盖帽隔膜90和盖帽组件24的空腔88中的液态绝缘介质都有类似的介电性质，以致在磁控管18和盖帽组件24的上端之间的任何位置上都不存在介电不连续性，因此不会引起微波的反射而破坏能量的分布。
未被血浆吸收并传播通过袋85的那部分微波能量将碰到盖帽组件24的上端。因为该组件的上端面是由微波能穿透的材料构成的，电磁波的主要部分将传播通过盖帽组件的该上端面。不过，因为空气与组件上端面的界面(这是不同介电性质的材料之间的界面)，一定百分比的微波将被向下反射回到盖帽组件中去。在该实施例中，估计有50%的电磁能将通过血浆袋85，约15%的能量或入射在血浆袋下表面上的能量中的7.5%要反射回到盖帽组件24中。为了收回这一反射能量，把盖帽组件24的上表面放置在离磁控管一个整数波长加1/4或3/4波长的地方。这样，从组件上端面反射的波将与入射波同相位。这些被反射的能量在再次通过袋85时，将有约50%的能量再被血浆吸收，这样就只有约3.75%的微波能返回辐射器16。这一反射的能量是十分小的，使得磁控管不大可能过热。
传播通过盖帽组件24上端面的微波照射到机柜12的上端面内的近场射频吸收器40上。大部分入射电磁波通过吸收器的由胶质玻璃构成的下壁41而进入水罐44。少量的反射波被反射到射频吸收器下表面的另一壁上，这是因为该吸收器下表面的下壁41的角度造成的，而且大多数反射波通过该第二壁而射到水罐44。只有一部分入射电磁波被反射离开第二个壁。因而，大量的电磁能量通过进入水箱44，并在那里被水吸收。
近场射频吸收器40中的水在它吸收电磁能量时被加热。为了散热，将水循环到散热器35中，由冷却风扇36提供的空气向下通过散热器将水冷却。然后再把冷却后的水循环到储水槽131，再从那里返回射频吸收器40。
当袋85中的血浆在微波照射下开始化冻，并从固体变成液态时血浆的介电性质发生了根本的改变。液态血浆的介电常数比冻血浆高许多倍，以致于血浆以较高的速度吸收能量并热得很快。然而，由于血浆的整个体积是被基本均匀地照射的，所以血浆的局部迅速液化并使热从周围的冰冻血浆中逃出的问题得到了缓解。因此，本发明的优点是血浆袋由变压器油紧紧地包围，变压器油起着热阻尼器的作用。因而很大程度上阻止了热失衡现象。
在经过适当时间的加热之后，控制电路切断磁控管18，电磁阀105上的电流被切断，该阀打开，把气体环路的左支路101通过大气中。因而，右支路102中的压力足以迫使压缩气缸28、29的活塞130向上移动，缩回连杆54并使盖帽组件24上升离开辐射器16的上端面。现在可以将化冰了的血浆袋85从装置中取出。
图12、13公开了本发明另一实施例的不同的介电透镜组件250，该组件可用来代替金属格栅55用于分布辐射器16的波导开口72处的电磁场。透镜组件250包括支撑片252、下镜片253、中镜片254和上镜片255;它们都重叠地叠放在一起。四个镜片252-255都由刚性聚氯乙烯材料构成。支撑片252直接安装在射频辐射器16的凸缘73上，其大小要盖住辐射器16的波导开口。支撑片252上有许多孔258形成在其中间部位260上，以允许变压器油流过装入波导管。
这些镜片253-255的外部尺寸基本与辐射器凸缘73的外部尺寸相一致。下镜片253的中心部位形成有矩形窗口，中镜片254的中心部位上形成的矩形窗口稍大一些，而上镜片255中心部位上形成的矩形窗口还要大些。不同尺寸的矩形窗口的作用是使透镜组件250在周边上是四个镜片的厚度，而在中间部位逐渐变成只有一个镜片的厚度。上、中、下镜片253-255在它们的上下表面上各有一高介电的涂覆层。这种高介电的镜片在工业上是众所周知的，可以从许多生产厂商那里买到。镜片252-255上的涂覆层的介电常数约为30。252-255四个镜片都有许多形成在周边上的相应的同轴孔262，因而可以把这些镜片用螺栓固定在辐射器16的凸缘73上。当透镜组件250这样安装在波导管的凸缘73上之后，把隔膜84安装在上透镜255上。
该不同介电的透镜组件250使穿过波导管的波导孔的电磁场重新公布，其方式与光学透镜分布光的方式一样。在每个透镜表面，聚氯乙烯镜片材料和涂覆在镜片253-255表面的介质之间的介电差异使电磁波发生折射。由此得到的能量在波导孔整个中心部位基本上是均匀的，而在辐射器的周边处急剧减弱。
图14公开了本发明又一个实施例280。在该实施例中，波导管16的两个侧面装有高介电常数的材料282，用以重新分布电磁场。该例中所装的材料由Emerson&Cumming制造，商标为“Eccoflo”，其介电常数约为16。波导16外部边缘的电磁波入射在所装材料282上，并被反射回到波导管的波导孔的中心部位。由辐射器内装材料282所提供的能量分布在波导管的波导开口中央部位基本上是均匀的，并向着周边迅速减弱。
应该知道，最佳实施例中辐射器16提供了波传播的多重奇数谐波模式，它能以低的电力设置在波导开口的中心部位提供基本均匀的电磁场，而不同导电格栅55、不均匀的介电透镜250或辐射器内装材料282。同样，只提供一个波传播模式的波导也能以低的电力设置，在用导电格栅55、介电透镜250或辐射器内装材料282使波形扭曲而提供基本均匀的电磁场。然而，在使用传播的多个奇数谐波模式再加上波形重分布装置时，电力设置最经济。
这里所用的“上”或“下”应理解为仅是为了叙述方便，并不意味着对本发明装置有任何方向上的限制。特别是，把波导和盖帽组件颠倒过来以使磁控管在波导的下端，而辐射器的喇叭形端面在底部时，可以获得一定的优点。这时，盖帽组件就转到对着辐射器的下端了。其优点是，当血浆开始化冻时，比固体血浆致密的液态血浆将向袋底流动并离开磁控管较远。因此，液态血浆就不会挡住远离微波源的冻血浆。而冻血浆就介于微波源和液态血浆之间，籍此接受全部的微波能的照射，且有点挡住液态血浆。这样的取向进一步起到阻止热逃逸的作用。
上面所述的详细说明不应把本发明限制在任何特殊的实施例中。例如，最佳实施例的微波辐照源使用磁控管来产生微波，但应清楚，用其它合适的装置(如调速管)也能代换。类似地，也可以用带有限制制动的线性拖动装置来代替实施例中所公开的压缩气缸来升起和降低盖帽组件。此外，最佳实施例中所公开的红外纤维光学探测器，也可以使用其他合适的传感器件来代替。
在最佳实施例中公开的微波辐照器具体用于使冻血浆化冻，应该明白，本发明可以容易地用来使其它冷冻保存的流体和组织(如全血、红血球或冷冻的心脏瓣膜)，而不离开本发明权利要求的构思和范围。
最后，应该知道，本领域的普通技术人员可以对本发明作其他的改进而不偏离本发明权利要求的构思和范围。
权利要求
1.一种用于解冻冷冻物质的装置，包括一个选择地产生微波的微波发生器；一个空波导，用于限制和导向所述微波以多个奇数传输模式传播，所述的波导限定出一个传播轴，结果在所述传播轴的预定点上，所述多个奇数传输型式的累积效果在所述波导的一个预定横截面上产生出一个近似均匀的电磁场，所述的波导还在其内容限出一个储存区，可将液态电介质充入所述储存区；一个第一柔性隔膜，由于在其上支撑被融化的冷冻物质，所述第一柔性隔膜对于所述传播轴横向地被安装在沿着所述传播轴的预定点上；一个其末端具有开口的盖帽组件，在其内限定出一个空腔，所述盖帽组件包括一个第一柔性隔膜，它密封所述盖帽组件的所述一端上的开口，在所述盖部件中的所述空腔里能够盛装液体，所述的盖帽组件被安装得与所述中空波导邻接，它可移动使在所述盖帽组件的所述一端上的第二柔性隔膜与支撑在所述第一柔性隔膜上的被化冻物质相啮合；这样，当把要解冻的所述物质放在所述第一和第二柔性隔膜之间并将所述盖帽组件移动时，所述柔性隔膜与要化冻的所述物质紧紧地贴合，结果所述第一和第二隔膜完全密封了要化冻的所述物质；当要化冻的所述物质这样地密封在所述第一和第二柔性隔膜之间间，在所述中空波导中所述储存区和所述盖帽组件里的所述空腔都充满液态电介质时，要化冻的所述物质被所述液态电介质包围着；这样，在所述传播轴的所述预定丝上的所述电磁场加热了要化冻的所述物质。
2.根据权利要求1的装置，还包括盛装在所述中空波导的所述储存器里和所述盖帽组件中的所述空腔内的一种油，所述油的介电常数基本上等于该被化冻物质的介电常数。
3.根据权利要求1的装置，还包括一个可操作地与所述波导连接的装置，用于重新分配所产生的微波，以使在所述微波的电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述孔径，提供一个更均匀的电磁场。
4.根据权利要求3的解冻装置，其中与所述波导可操作地连接的装置，用于重新分配所产生的微波，以使在所述微波的电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述开孔上，提供一个基本均匀电磁场该装置包括一个导体栅，相对于所述传播轴基本横向地安装，用于反射在预定位置上的电磁波。
5.根据权利要求4的解冻装置，其中相对于所述传播轴基本横向安装的所述导体栅在其上界限出许多缝隙。
6.根据权利要求3的解冻化装置，其中与所述波导可操作地连接的、用于重新分配所产生的微波、以使在所述微波电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述开孔上、提供一个基本均匀电磁场的装置，它包括一个用于折射所述电磁波的装置，以提供一个实质上均匀的电磁场。
7.根据权利要求6的解冻装置，其中所述的折射装置包括一种不均匀的介电聚焦介质。
8.根据权利要求7的融化装置，其中所述的非均匀介电聚焦物质包括一个绝缘透镜，相对于所产生微波的传播方向基本横向地安装它由一种与装在其中的物质的介电常数不同的物质构成。
9.根据权利要求7的解冻装置，其中所述的非均匀介电聚焦物质包括安置在所述空波导内在紧贴其外边的位置上的一种材料，用于折射所述的电磁波，以提供一个基本均匀的电磁场。
10.根据权利要求1的解冻装置，还包括一个微波吸收器，安装在所述盖帽组件之上，以便把未被所述受融化物质吸收的微波消除掉。
11.根据权利要求1的解冻装置，还包括与所述中空波导中的所述储存器和所述盖帽组件里的所述空腔连接的液体调节装置，当将一种液体介电物质充入所述储存器和所述空腔时，通过所述的液体调节装置可使所述柔性隔膜保持一个希望的压力，以补偿由于所述被融化物质的置换引起的该液体介电物质的体积变化。
12.根据权利要求1的解冻装置，其中所述的空波导包括一个射频(RF)辐射器。
13.根据权利要求1的解冻装置，其中所述的第一和第二柔性隔膜是由其介电常数基本上与被化冻物质相等的物质组成的，从而可以消除在所述隔膜和所述被融物质之间的界面上的介电不连续。
14.根据权利要求1的装置，还包括用于防止穿过所述被化冻物质的主要部分微波被射到所述中空波导的装置。
15.根据权利要求14的装置，其中用于防止穿过所述被化冻物质的所述主要部分微波被反射到所述中空波导的装置包括一个水箱安放在沿所述传播轴的一点上，与来自所述微波发生器的所述波导的所述预定横截面相对。
16.根据权利要求15的装置，其中所述的水箱包括与所述传播轴成小于45°角的下壁，从而使被一个所述下壁反射出的任何微波都被所述的角度的另一壁反射到所述箱中。
17.根据权利要求1的装置，还包括一个包围所述装置的射频屏蔽柜，使所述微波发生器产生的微波保持在所述柜中。
18.根据权利要求1的装置，还包括当解冻被融物质时的用于检测所述被解冻融合冻物质温度的装置，当所述冷冻物质达到预定的温度时，撤消对所述微波产生器的激励。
19.一种用于解冻冷冻物质的装置包括一个有选择地产生微波的微波发生器;一个用于限制的导向所述微波传播的空波导，所述波导在一端具有一个开口并在其中限定了一个储存区，于是可将一种液体介电物质充入所述较导的所述储存区;一个第一柔性隔膜，覆盖着所述波导一端的所述开孔;一个盖帽组件，一端有开口，在其内限定了一个空腔，所述盖帽组件被安装得与所述空波导邻接，它可移动，使所述盖帽组件的所述一端与所述波导的所述一端相啮合;一个第二柔性隔膜，它密封在所述盖帽部件的所述一端的开口，在所述盖帽组件中的所述空腔里能够盛装液体，可用一种介电液体充入所述盖帽组件的所述空腔;与所述波导相连的用于重新分配所产生微波的装置，以使在所述微波的电磁场强的方向上，在穿过所述波导的所述开孔上，提供一个实质上均匀的电磁场;于是，当把一种要解冻的物质放在所述第一和第二柔性隔膜之间并将所述的盖帽组件移动到所述中空波导的所述一端时，所述柔性隔膜与所述被融物质紧紧地贴合在一起，结果所述的第一和第二隔膜完全密封了所述被融化的物质;当所述要解冻的物质这样地密封在所述第一和第二柔性隔膜之间并在所述中空波。中的所述储存区和所述盖帽组件里的所述壁腔都充满介电液体时，所述要融化的物质被所述液态介质包围住;于是，横跨所述空波导的所述开口的所述电磁场加热所述还要解动的物质。
20.根据权利要求19的解冻装置，还包括一个安装在所述盖帽组件之上的微波吸收器，以便把未被所述现化冻物质吸收的微波消除掉。
21.根据权利要求20的装置，其中所述的微波吸收器包括一个水箱。
22.根据权利要求9的解冻装置，还包括与所述空波导中的所述储存区和所述盖帽组件里的所述空腔可操作地连接的液体调节装置，当将一种介电液体充入所述储存区和所述空腔时，通过操作所述的液体调节装置可对所述柔性膜膜保持一个希望的压力，以补偿由于所述被化冻物质的置换引起的该介电液体中的体积变化。
23.根据权利要求19的解冻装置，其中与所述波导可操作地连接的、用于重新分配所产生的微波，以使在所述微波电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述开口上，提供一个实质上均匀的电磁场的装置，该装置包括一个导体栅，相对于所述传播轴基本横向地安装，用于反射在预定位置上的电磁波。
24.根据权利要求23的解冻装置，其中对于所述传播轴基本横向安装的所述导体栅，在其上限定了许多缝隙。
25.根据权利要求19的解冻装置，其中与所述波导相连接的，用于重新分配所产生的微波，以使在所述微波电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述开口上、提供一个实质上均匀电磁场的装置，包括一个用于折射所述电磁波的装置，以提供一个实质上均匀的电磁场。
26.根据权利要求25的解冻装置，其中所述的折射装置包括一种非均匀的介电聚焦介质。
27.根据权利要求26的解冻装置，其中所述非均匀介电聚焦物质包括一个绝缘透镜，相对于所产生微波的传播方向基本横向地安装，它由一种与装在其中的物质的介电常数不同的物质构成。
28.根据权利要求26的解冻装置，其中所述的非均匀介电聚焦介质包括安置在所述中空波导内的紧贴其外边的位置上的一种材料，用于折射所述的电磁波，以提供一个实质上均匀的电磁场。
29.根据权利要求19的解冻装置，其中所述的中空波导包括一个射频辐射器。
30.根据权利要求19的解冻装置，其中所述的第一和第二柔性薄膜是由其介电常数基本上与被化冻物质相等的物质构成的，从而消除了在所述隔膜与所述被融化物质之间的界面上的介电不连续。
31.根据权利要求19的装置，还包括一个包围所述装置的射频屏蔽倒，使所述微波发生器产生的微波保持在所述柜中。
32.根据权利要求19的装置，还包括当解冻被化物质时用于检测所述被化冻物质温度的装置，当所述冷冻物质达到预定的温度时，撤消对所述微波发生器的激励。
33.一种解冻一个容器中冷冻血浆的装置，包括一个有选择地产生微波的微波发生器;一个用于限制和导向所述微波传播的中空波导，在所述中空波导的一端有一个开口，并在其中限定了一个储存区;一个第一柔性隔膜覆盖着所述中空波导一端的所述开孔，所述的第一柔性隔膜是由其介电常数基本上等于被融冷冻血浆的物质构成的。一个盖帽组件安装得与所述中空波导邻接，它可移动与中空波导的所述一端相贴合，在所述盖帽组件内限定了一个空腔，在其一端有开口;一个第二柔性隔膜，密封在所述盖帽组件中的所述空腔一端的开口，在所述盖帽组件中的所述空腔里能够盛装液体，所述的第二柔性隔膜是由其介电常数基本上等于被融冷冻血浆的物质构成的;充在所述中空波导中的所述储存区里和所述盖帽组件中的所述空腔里的介电液体的介电常数基本上等于冷冻血浆的介电常数;在所述中空波导内安装的一种非均匀介电聚焦介质，用于折射在所述中空波导内传播的微波，以便在所述微波的电磁场强度的方向上，在穿过所述波导的所述开口上，提供一个实质上均匀的电磁场;当把一个容器的冷冻血浆放在第一和第二柔性隔膜之间，并移动所述盖帽组件使之与所述中空波导的所述一端相贴合时，所述的柔性隔膜与所述的冷冻血浆容器紧紧地贴合在一起，结果所述的第一和第二隔膜密封了冷冻血浆容器;当所述的冷冻血浆容器被这样地密封在所述第一和第二柔性隔膜之间时，所述的冷冻血浆容器被其介电常数基本等于被化物质的一种所述介电液态所包围，从而使不同介电常数物质之间的界面而导致的横跨所述波导的所述开口的电磁场的畸变，以及所述冷冻血浆容器的非均匀加热，减至最少;所述的冷冻血浆容器穿过所述波导的所述开口的电磁场加热，包围所述冷冻血浆容器的所述介电液体作为一种热调节器，吸收并消除对所述冷冻血浆内的任何非均匀加热，结果使所述冷冻血浆均匀地加热。
34.根据权利要求33的装置，其中所述的第一和第二柔性薄膜是由聚氯乙烯构成的。
35.根据权利要求33的装置，其中所述的空波导包括一个喇叭形辐射器，该辐射器具有四个基本的平侧面，向着所述的一端逐渐变细。
36.根据权利要求33的装置，其中所述的微波发生器包括一个磁控管，该磁控管具有一个天线，安装在所述中空波导的一端内，而对着该端。
37.根据权利要求33的装置，还包括一个用于防止穿过所述冷冻血浆的主要部分微波被反射回到所述中空波导的装置。
38.根据权利要求37的装置，其中所述用于防止穿过被融冷冻血浆的所述主要部分微波被反射回到所述中空波导的装置包括一个水箱，要放在所述第二柔性隔膜的侧边的一点上，与所述微波发生器相对。
39.根据权利要求38的装置，其中所述的水箱包括一些与所述传播轴成小于45°角的下壁，从而使由一个所述下壁反射出的任何微波都被所述成角度的另一壁反射到所述水箱中。
40.根据权利要求33的装置，还包括一个包围所述装置的射频屏蔽柜，从而将所述微波发生器产生的微波都保持在所述柜中。
41.根据权利要求33的装置，还包括当融化被融物质时用于检测所述冷冻血浆温度的装置，当所述冷冻血浆达到预定的温度时，撤消对所述微波发生器的激励。
42.根据权利要求23的装置，还包括检测装置，用于检测位于上述第一和第二柔性隔膜间的一容器内非血浆，并根据检测结果使所述微波发生器停止工作。
43.根据权利要求33的装置，其中，选定所述第一和第二柔性隔膜的尺寸的能容纳两容器冷冻血浆。
44.一种解冻一容器冷冻血浆的微波辐照器包括一有选择地产生电磁波的电磁能源;一个具有第一和第二端的空波导，上述电磁能源置于被较导的第一端，所述波导的第二端具有一个预定面积的开口，所述波导中限定了一个存贮区，所述波导能限制并引导微波的多个奇数模传播型式传输，这样，多个奇数膜传播的累积效应在该波导的第二端建立一实质上均匀的电磁场;第一柔性隔膜在所述波导的第二端盖住所述开口，该第一柔性隔膜由介电常数基本等于冷冻血浆的介电常数的物质构成;一个盖帽组件，其一端具有一开口，该组件装于邻近所述波导的第二端，并能移动将其一端与波导的第二端啮合，所述组件中限定了一个空腔;第二柔性隔膜将上述盖帽组件上的开口封住，这样，所述盖帽组件中的空腔能容纳液体，所述第二柔性隔膜由介电常数基本等于冷冻血浆介电常数的物质构成;一种电介液充于所述空波导的存贮区和上述盖帽组件的空腔中，其介电常数实质上等于冷冻血浆的介电常数;从而，当将一容器冷冻血浆置于所述波导第二端处的开孔，并将所述盖帽组件移动盖住所述波导的第二端时，所述第一和第二隔膜与所述一容器冷冻血浆紧密贴合，将所述一容器血浆密封;当所述一容器血浆被第一和第二柔性隔膜密封时，由于介电常数在所述电磁能源与密封膜之间不连续，使横穿所述波导开口处的电磁场畸变，致使所述一容器冷冻血浆的不均匀加热被最大限度地减小，所述一容器冷冻血浆由横穿过所述波导的开口的电磁场加热，包围所述一容器冷冻血浆的介电液体作为热调节器，吸收并耗散所述冷冻血浆中的不均匀加热;使所述冷冻血浆能被均匀加热。
45.根据权利要求44的微波辐射器，还包括防止传输通过所述冷冻血浆的所述主要部分电磁波被反射回中空波导的装置。
46.权利要求45的微波辐照器，其中，所述的防止穿过所述冷冻血浆传播的所述主要部分电磁波反射回所述中空较导的装置包括置于所述开孔上离开所述电磁能源一定距离的一点上的一箱水。
47.根据权利要求44的微波辐射器，还包括一包围上述装置的射频屏蔽柜，使上述电磁能源产生的电磁波被限制在屏蔽柜中。
48.根据权利要求44的微波辐射器，还包括检测装置，用于检测冷冻血浆化冻过程中的温度，当所述冷冻血浆达到一预定温度时使上述电磁能源停止工作。
49.根据权利要求44的微波施辐照器，还包括检测装置，用于检测置于上述开口的物质是一容器非血浆，并根据检测结果使电磁能源停止工作。
50.根据权利要求44的装置，其中确定第一和第二柔性隔膜的尺寸能容纳一个容器的冷冻血浆。
51.用于解冻一容器冷冻血浆的微波辐照器包括一有选择地产生电磁波的电磁能源;一个具有第一端和第二端的空波导，所述电磁能源置于波导的第一端，所述波导在其第二端有一预定面积的开口，在所述波导内限定一存贮区，所述波导工作于发射并传输所述电磁波并能使所述电磁波横穿所述波导第二端预定面积的开口散射;一个置于上述空波导中的导体栅，用于重新分布电磁波以提供一横穿所述波导第二端处开口的与所述电磁场场强方向一致的实质上均匀的强度的电磁场;第一柔性隔膜盖住上述波导第二端处的开孔，该第一柔性隔膜由介电常数基本等于冷冻血浆的介电常数的材料构成;一个盖帽组件，其一端具有一开口，该组件装于波导第二端处的开口附近，并能移动将其一端与波导的第二端啮合，所述组件中限定出一空腔;一第二柔性隔膜将上述盖帽组件上的开口封住，这样，所述盖帽组件中的空腔能容纳液体，所述第二柔性隔膜由介电常数实质上等于冷冻血浆介电常数的材料构成;一液态电介质充于所述空波导的存贮区和所述盖帽组件的空腔中其介电常数实质上等于冷冻血浆的介电常数;从而，当一容器冷冻血浆置于所述波导第二端的开口处，并将所述盖帽组件移动盖住所述波导的第二端时，所述第一和第二柔性隔膜与所述一容器冷冻血浆紧密贴合而密封住;当所述一容器冷冻血浆被第一和第二隔膜密封时，由于介电常数在电磁能源和密封隔膜间的不连续而使横穿所述波导开口的电磁场畸变，致使所述一容器冷冻血浆的不均匀加热能最大限度地减小;以及所述一容器冷冻血浆由横穿所述波导开口的电磁波加热，包围所述一容器冷冻血浆的介电液体作为热调节器，吸收并耗散所述冷冻血浆中的任何不均匀加热，使所述冷冻血浆能被均匀加热。
52.根据权利要求51的微波辐照器，还包括防止传输通过所述冷冻血浆的所述主要部分电磁拖被反射回中空波导的装置。
53.根据权利要求52的微波辐照器，其中所述防止反射的装置包括置于所述开孔上离开所述电磁能源一定距离的一点上的箱水。
54.根据权利要求51的微波辐照器，还包括一包围所述装置的射频屏蔽柜，使所述电磁能源产生的电磁波被限制在该屏蔽柜中。
55.根据权利要求51的微波辐照器，还包括检测装置，用于检测冷冻血浆在解冻过程中的温度，当所述冷冻血浆达到一预定温度时使上述电磁能源停止工作。
56.根据权利要求51的微波辐照器，还包括检测装置，用于检测置于所述开口的物质是一容器非血浆，并根据检测结果使所述微波能源停止工作。
57.根据权利要求51的装置，其中，确定所述第一和第二柔性隔膜的尺寸以容纳二容器冷冻血浆。
58.一种化冻一容器血浆的微波辐射器包括一有选择地产生微波的电磁能源;一个具有第一和第二端的空波导，所述电磁能源置于波导的第一端，所述波导在第二端具有一预定面积的开口，在所述波导中限定一个存贮区，所述波导能限制并引导微波的多个奇数模传播，并将横穿波导第二端的具有预定面积的开口的电磁波耗散;一置于所述空波导中的导体栅，用于重新分布电磁波，以在波导第二端的开孔处提供一所述微波电磁强度方向的实质上均匀强度的电磁场;第一柔性隔膜盖住所述波导第二端的开口，该第一柔性隔膜由介电常数实质上等于冷冻血浆介电常数的物质构成;一盖帽组件，其一端有一开口，该组件装于波导第二端处的开孔附近，并能移动到其一端与波导的第二端啮合，所述组件中限定出一个空腔;一第二柔性隔膜将上述盖帽组件上的开口封住，这样，所述盖帽组件中的空腔能容纳液体，所述第二柔性隔膜将由介电常数实质上导于冷冻血浆介电常数的材料构成;一种介电液体充于上述中空波导的存贮区和上述盖帽组件的空腔中，其介电常数实质上等于冷冻血浆的介电常数;从而，当一容器血浆置于所述波导第二端的开孔处并将所述盖帽组件移动盖住所述波导的第二端时，所述第一和第二柔性隔膜与所述一容器冷冻血浆紧密贴合而密封住;当所述一容器冷冻血浆被第一和第二隔膜密封时，由于介电常数在电磁能源和密封隔膜间的不连续而使横穿所述波导开孔的电磁场畸变，致使所述一容器冷冻血浆的不均匀加热能最大限度地减小;所述一容器冷冻血浆由横穿所述波导开孔的电磁场加热，包围所述一容器冷冻血浆的介电液体作为热调节器用以吸收并耗散所述冷冻血浆中的任何不均匀加热，使上述冷冻血浆能被均匀加热。
59.根据权利要求58的微波辐照器还包括防止经冷冻血浆传播出的所述主要部分电磁波再反射回所述微波空腔内的装置。
60.根据权利要求59的微波辐照器，其中所述的防止通过冷冻血浆传播出的所述主要部分电磁波再反射回所述微波空腔内的装置包括一个安放在所述电磁能源的开孔上一点处的一箱水。
61.根据权利要求58的微波辐照器还包括一个含有所述封装所述装置的射频屏蔽柜，借此所述的电磁能源产生的电磁波被封在所述柜内。
62.根据权利要求58的微波辐照器还包括用于探测化冻过程中冷冻血浆温度的装置，当冷冻血浆达到预定温度时使所述电磁能源停止工作。
63.根据权利要求58的微波辐照器还包括用于探测放在所述开口中的物质是一容器非冷冻血浆的装置，并对探测结果作出响应，使所述电磁能源不工作。
64.根据权利要求58的装置，其中所述的第一和第二柔性隔膜的尺寸可容纳两个容器的冷冻血浆。
65.一种解冻一个容器的冷冻血浆的方法包括下述步骤用介电常数与冷冻血浆的介电常数实质上相同的电介质包住一个容器的冷冻血浆;产生微波;引导所产生的微波使之对着冷冻血浆容器方向传播通过所述电介质;散射传播穿过所述电介质并横穿一预定大小的面积的微波，该面积大小围住所述冷冻血浆的容器;以及维持多个所述微波的奇数传播模式，使所述的多个谐波模的累积效应产生出一个实质上均匀的电磁场，该均匀电磁场穿过一定大小的面积，该面积包围所述冷冻血浆的容器。
66.根据权利要求65的装置还包括使所述的发散的微波重新分布，从而在所述微波的电磁场强度方向并在所述的预定尺寸的面积内提供一个更为均匀的电磁场的步骤。
67.一种解动一个容器的冷冻血浆的方法，包括下述步骤用介电常数与冷冻血浆的介电常数实质上相同的电介质包住一容器冷冻血浆;产生微波引导所产生的微波使之对着冷冻血浆容器方向传播通过所述电介质;以及散射传播通过所述电介质并横穿一预定面积的微波，该面积围住所述容器的冷冻血浆。使散射出的微波折射从而在所述微波的电磁波强度方向上产生一个实质上均匀的电磁场通过所述预定尺寸的面积，由此，可能破坏能量分布的与所述冷冻血浆容器相邻之处的介电性能不连续性被减到最小，由此，所述的血浆容器被辐照在基本均匀的电磁场中。
68.根据权利要求67的方法，其中用介电常数与冷冻血浆的介电常数实质上相同的电介质包住所述的冷冻血浆容器的步骤包括用介电常数与冷冻血浆的介电常数实质上相同的一种液态电介质包住所述冷冻血浆。
69.根据权利要求67的方法，其中所述的使所述散射的微波重新分布的步骤包括使散射的微波通过一个导体栅。
70.权利要求67的方法，其中所述的使散射的微波重新分布的步骤包括使散射的微波通过一个介电透镜折射。
71.一种解冻一容器冷冻血浆的方法包括如下步骤用与冷冻血浆介电常数基本相同的介电液体包住所述的冷冻血浆容器;产生微波;引导所产生的微波使之对着冷冻血浆容器的方向传播通过所述的液体电介质;以及发散传播通过一预定大小的面积而穿过所述的液体电介质的微波该面积包围含有冷冻血浆的容器;由此，可能破坏所述实质上均匀的电磁场的邻近所述冷冻血浆容器处的介电性能不连续性被降到最低，以及由此，所述冷冻血浆容器在所述实质上均匀的电磁场中化冻。
全文摘要
一种快速解冻冷冻血浆的电磁波辐射器，其电磁能源和一端有开口的波导向预定区传递电磁波。波导中注入介电性与冻血浆基本相同的液态电介材料，一聚焦介质使波导中电磁波折射产生基本均匀电磁场通过波开口。盖在波导口一端包住。待化血浆容器的柔性隔膜间充满介电液。血浆由该处的均匀电磁场化冻，注入波导和盖帽中心的介电液消除介质的不连续性并起热调节作用以分散化冻血浆的局部过热。
文档编号H05B6/80GK1044747SQ8910964
公开日1990年8月15日 申请日期1989年12月30日 优先权日1988年12月30日
发明者弗兰克·M·哈姆斯, 维克托·特里普, 托马斯·B·维尔斯 申请人:莱弗布拉德高级血库系统(有限公司)