МИКРОМОДУЛЬНЫЙ РАДИОТЕРМОМЕТР ДЛЯ АППАРАТОВ СВЧ-ГИПЕРТЕРМИИ

April 21, 2012 by admin Комментировать »

Недбайло Ю. А. АО НИИ радиотехнических измерений, г. Харьков – 61118, а/я 1118, Украина Тел. + 38 (0572) 269541; e-mail: nedbaylo@niiri.kharkov.com

Аннотация – Описан микромодульный радиометрический термометр для контроля температуры при СВЧ гипертермии и термотерапии аппаратами АЛМГП-01.

I.  Введение

Метод СВЧ гипертермии находит применение при лечении новообразований достаточно давно, в том числе в урологии и онкологии.

Температурный режим сеанса СВЧ гипертермии, имеет важное значение, поскольку лечебный эффект достигается при прогреве тканей простаты в интервале температур 55.. 60 °С и более [1]. Для контроля температуры тканей, подвергаемых тепловому воздействию, используют волоконно-оптические термометры и радиометры [2,3], которым присущи как достоинства, так и недостатки. Общим недостатком этих специализированных устройств является их высокая стоимость. Появившиеся в последнее время радиочастотные интегральные модули высокой степени интеграции – «front end» и другие, позволяют при невысоких затратах создавать законченные устройства, удовлетворяющие высоким требованиям, предъявляемым к ним

Целью данной работы являлась разработка недорогого радиотермометра для аппаратов СВЧ гипертермии на основе серийно выпускаемых интегральных модулей.

II.  Основная часть

Радиометр выполнен по схеме модуляционного приемника прямого усиления на частоту 915 МГц с рабочей полосой частот 100 МГц в виде отдельного устройства, входящего в состав аппарата АЛМГП-

1     РАДМИР. Структурная схема радиометра представлена на рис.1. Радиоизлучение тела, принимаемое антенной излучателя аппарата СВЧ гипертермии, расположенной в уретральном или ректальном катетере, через плечи 2, 3 ферритового циркулятора X и высокочастотный коммутатор К поступает на вход радиометра. Модулятор М, расположенный на входе радиометра, с частотой 1 кГц поочередно подключает ко входу малошумящего усилителя МШУ сигнал от антенны или сигнал от эталонного резистора R. Модулированный шумовой сигнал усиливается МШУ затем высокочастотным усилителем УВЧ, детектируется транзисторным квадратичным детектором КД. После синхронного фильтра СФ и синхронного детектора СД сигнал поступает на аналого- цифровой преобразователь в БКУ и далее на ПЭВМ, где отображается на мониторе в виде графика и в цифровом виде. Модулятор и МШУ выполнены на интегральном модуле RF2403, имеющем встроенный p-i-n коммутатор и МШУ с коэффициентом шума по антенному входу 2,7 дБ, а УВЧ выполнен на модулях RF2306 фирмы RF micro devices. Блок генерирования БГ, блок контроля и управления БКУ, а также циркулятор X и антенна излучателя А, показанные на рис.1, входят в состав аппарата АЛМГП-01. Измерение температуры производится в моменты кратковременного отключения СВЧ генератора. На время работы СВЧ-генератора модулятор М запирается, плечо 3 циркулятора X отключается ВЧ коммутатором К от входа радиометра и подключается к согласованной нагрузке L, на которой рассеивается мощность, отраженная от антенны излучателя. При этом нагрузка L нагревается и поэтому не может быть использована в качестве эталонного резистора.

Рис. 1. Структурная схема радиометра:

БГ – блок генерирования; БКУ – блок контроля и управления; А – излучатель; L – нагрузка;

X – ферритовый циркулятор; К – коммутатор;

М – модулятор; МШУ – малошумящий усилитель; УВЧ-усилитель; КД-квадратичный детектор; СФ- синхронный фильтр; СД – синхронный детектор;

R-эталонный резистор.

Fig. 1. Block diagram of the radiometer:

GU – generator unit; TCU – treatment control and processing unit; A – antenna; X – ferrite circulator; К – switcher; M – modulator; LNA – low-noise amplifier; RFA

–   amplifier; CD – detector; SF – synchronous filter; PLD

–   phase-lock detector; L – load; R – standard resistor

Потери во входной цепи приемника, составляют не более 3 дБ, а приведенная ко входу шумовая температура Твх равна 300 К. Приняв полосу высокочастотной части радиометра Afe4 равной 100 МГц, диапазон изменения температуры ЛТВх равным 50 К (диапазон измеряемых температур 25-75С), а время усреднения т равным 1 с, можно оценить флюктуа- ционную чувствительность модуляционного радиометра бТмодпо известной формуле:

гДе AFH4=l/4x _ энергетическая ширина спектра

низкочастотной части радиометра.

Расчет показывает что флюктуационная чувствительность радиометра бТмод составляет 0,043 К, а погрешность измерения температуры ЗбТмод составляет 0,13 К.

Для калибровки радиометра использовали водные эталоны – сосуды Дьюара, заполненные водой. На рабочей частоте 915 МГц глубина зондирования тканей простаты составляет 3 – 5 см, что примерно равно размерам железы. Для контроля результатов измерений одновременно с измерениями радиометром проводили измерения температуры волоконно- оптическим термометром, датчики которого устанавливались в соответствующих местах уретрального и ректального каналов.

Применение радиометра для измерения температуры позволяет более точно выбирать режимы гипертермии и термотерапии, а также уменьшить травмирующее воздействие СВЧ нагрева на уретральный и ректальный каналы.

I.    Заключение

Таким образом, в работе показана возможность путем использования серийно выпускаемых интегральных модулей создать недорогой малогабаритный радиометр, расширить функциональные возможности существующего аппарата АПМГП-01, улучшить контроль температуры в зоне нагрева при СВЧ гипертермии простаты.

II.   Список литературы

[1]   Кривобородов Г. Г. Температурные режимы трансуретральной термотерпии в лечении доброкачественной гиперплазии простаты. Урология и нефрология. М:

1987, № 3.

[2]  ПоляковВ. М., Шмаленюк А. С. СВЧ-термография и перспективы ее развития – Обзор по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ, 1991, вып. 8.

[3]  Пугачев В. Ф., Троицкий Р.. и др. Радиотермометрия при внутриполостной гипертермии. Медицинская радиология, № 1, 1987.

MICROMODULAR RADIOMETER FOR THEMPERATURE MONITORING DURING MICROWAVE HYPERTHERMIA TREATMENT

Nedbaylo Yu. A.

‘Scientific-Research Institute for Radio Engineering Measurements’ Joint-Stock Company Kharkiv -61118, Box 1118, Ukraine phone: +380 (572) 269541 e-mail nedbaylo@niiri. kharkov. com

Abstract – A micromodular radiometric thermometer is described for thermal monitoring during intracavitary microwave hyperthermia treatment with ALMHP-01 Radmir apparatuses.

I.  Introduction

The paper discusses the design of an inexpensive radiometer based on front-end RFICs for implementation in the microwave hyperthermia ALMHP-01 Radmir apparatuses. This design allows for the capabilities of microwave hyperthermia equipment to be expanded and for radiometers to be used in monitoring internal body temperatures during treatment.

II.  Main part

The device under review is integrated into the ALMHP- 01 apparatuses and allows for temperature monitoring during hyperthermia treatment. The microwave radiometer schematic is presented in Fig. 1.

The radiometer has been built using a switching straight- amplification receiver circuit. The operating frequency is 915MHz, frequency range – 100MHz, fluctuation sensitivity – approximately 0.05 °C at a 1 s integration time x. A half-way dipole coaxial emitter ALMHP-01 device is used for a radiometer antenna. The temperature is measured during momentary power-offs of the generator GU. A modulator M alternately feeds the signals from the antenna A or standard resistor R to the LNA input at a 1 kHz frequency. A temperature difference signal is fed from the radiometer output to a PC to be displayed as temperature chart. The microwave device used for temperature monitoring operates in the 25…75 °C range with an accuracy no less than ±1 °C. The RF2403 and RF2306 ICs manufactured by the RF Micro Devices are implemented here. Using the radiometer for temperature monitoring allows for hyperthermia modes to be selected and for traumatic effects of microwave heating on urethral channel to be reduced.

III.  Conclusion

The paper shows the possibility of a cost-effective built-in radiometer solution for a temperature monitoring application. Technical aspects of radiometric temperature control associated with microwave hyperthermia are discussed. Along with reduced costs, the device offers expanded capabilities.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты