[发明专利]一种利用相控阵天线的微波能量传送装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用相控阵天线进行微波能量传送的微波能量传送装置和方法。该装置能够用于微波能量定向传送、微波热疗和实时测温等领域。

背景技术

利用微波对人体或生物组织进行加热治疗已有应用。在传统的热疗技术中，对深层组织进行高温治疗可能造成表皮组织灼伤，因此，如何对深层的组织进行加热而不伤及表皮组织或其他组织，是一个具有挑战性的课题。中国专利ZL90106492.0公开了一种微波透热法以及装置，它是根据微波功率密度的规律，在现有贴近式透热法的基础上，将微波辐射器的口面离开人体被透热部位表皮15-70cm的距离，同时，在微波辐射器口面前加一聚焦装置，并加大微波电源的输出功率，且连续输出功率。该方法与装置能较好地解决透热深度浅、表皮易灼伤、加热不均匀等问题。但是，该装置不能对生物组织加热的情况进行实时地监控，也无法调节聚焦深度，入射角度和发射功率，因此不能达到有效的加热治疗效果。此外，现有的加热微波源大都采用单频率进行加热，而目标组织细胞(例如，肿瘤细胞)在一段时间后容易适应此频率，从而达不到有效灭活的治疗效果。

其次，近年来，非热效应的应用已经引起越来越多的关注。而市场上鲜有能够同时进行热疗和非热治疗的设备。生物组织在接受微波低强度、长时间辐射或高强度脉冲式辐射后，体温虽未发生明显上升但也会产生一系列生物学效应称之为非热效应，非热效应所需的辐射功率大大低于热效应所需的功率水平。微波非热效应的作用机制从物理学、生物医学两个角度来看大致包括跨膜离子回旋谐振理论、粒子对膜的穿透理论、生物系统相干电振荡理论、细胞电信号转导理论等等。微波脉冲对细胞膜的作用可以改变跨膜电位使其发生细胞膜的可逆或不可逆性穿孔，使平时受到细胞膜限制进入的抗癌药物大量进入细胞内，降低了化疗药物的用量，降低了抗癌药物对人体的毒副作用。微波可以切断DNA、影响细胞内第二信使的含量、影响线粒体的功能诱导细胞凋亡。微波辐射癌病灶可以刺激患者免疫调节系统，增强NK细胞、T淋巴细胞和巨噬细胞的细胞免疫力。

此外，现有的微波测温技术普遍是利用传感器进行的有损测量，例如利用半导体热敏电阻作为测温探头的测温装置，其不能够进行有效的深层测温，只能测量表皮温度，并且该测温方法会对人体造成损伤，患者要承受较大的痛苦，容易使伤口感染。中国专利CN100475288C公开了一种单极相控阵列高温治疗加热装置，该装置利用位于患者身体表面的温度传感器来测量患者体表温度。但该测温装置不能对深层组织进行有效的测温，也不具有实时测温的功能，不能有效地对加热温度进行监控。

发明内容

鉴于现有技术中的上述不足，本发明旨在提出一种相控阵微波能量传送装置和一种相控阵微波能量传送方法，能够实现对目标组织进行靶向多频能量传送，并且具有实时测温与实时监控的功能，从而可对特定目标组织达到更加有效的能量传送效果。

根据本发明的第一个方面，提出了一种利用相控阵天线的微波能量传送装置，包括：控制部；分别连接到该控制部的微波能量传送控制部和测温部；微波源，所述微波能量传送控制部和测温部分别连接到该微波源；以及相控阵天线部和波带片发射部，分别连接到所述微波源，并且该相控阵天线部还连接到测温部；所述微波能量传送控制部根据由所述控制部确定的加热方案，确定待发射微波的频率、功率和波形；所述测温部对特定目标实施测温，并将测温结果发送给所述控制部；所述微波源根据由所述微波能量传送控制部确定的待发射微波的频率、功率、波形及脉冲方式，生成具有该频率、功率、波形及脉冲方式的微波；所述相控阵天线部和/或所述波带片发射部在所述微波能量传送控制部的控制下，根据所述特定目标的空间位置信息，向该特定目标发射由所述微波源生成的具有所述频率、功率、波形的微波。

根据本发明的第二个方面，提出了一种利用相控阵天线的微波能量传送方法，包括：初始化步骤，确定特定目标的空间位置；治疗方案确定步骤，确定对于该特定目标的待发射微波的设定频率、功率和波形以及所述特定目标的预期温度和预期加热时间；热疗微波生成步骤，生成具有所述设定功率、波形、频率的热疗用微波；热疗微波发射步骤，将该热疗用微波发射到所述特定目标的上述空间位置；热疗温度判定步骤，判断所述特定目标是否达到所述预期温度；以及热疗时间判定步骤，判断是否到达所述预期加热时间；其中，如果所述特定目标没有达到所述预期温度，则增大微波发射功率或增加脉冲频率，并重复执行所述热疗温度判定步骤；其中，如果还未达到所述预期加热时间，则重复执行所述热疗时间判定步骤。