電容式射頻熱療的加熱機(jī)制及自穩(wěn)幅射頻功率電源的研究.pdf

1、關(guān)于電容式射頻熱療中的加熱機(jī)制和人體不同組織的升溫規(guī)律還存在一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。本文從電磁場(chǎng)的基本原理出發(fā)，闡述了電容式射頻加熱人體組織的理論機(jī)制，指出了不能用電磁波的傳輸理論來(lái)分析射頻在人體組織中的透入深度、以及射頻加熱時(shí)利用的不是射頻電流流經(jīng)人體組織產(chǎn)生的歐姆熱，而是人體組織在高頻電磁場(chǎng)中的極化損耗。在忽略射頻極板邊緣效應(yīng)、且極板之間充有多層不同電介質(zhì)的理想情況下，分別推導(dǎo)了極板間任意兩介質(zhì)中單位體積耗散的功率比、比吸收率（SAR）比

2、、以及升溫速率比的表達(dá)式。得出了采用電容式射頻熱療時(shí)，電導(dǎo)率越大的人體組織升溫速率越小的一般規(guī)律。將已知人體肌肉、脂肪、皮質(zhì)骨的電參數(shù)和物理參數(shù)代入表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，當(dāng)采用27.12 MHz射頻加熱時(shí)，脂肪和皮質(zhì)骨的升溫速率比肌肉的升溫速率分別高出18.9倍和20.2倍，而采用40.68MHz射頻時(shí)，則是高出19.8倍和19.1倍。各組織的升溫速率極不均勻。
　　目前大功率電容式射頻熱療機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常需要根據(jù)患者的體質(zhì)

3、結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度變化等，通過(guò)調(diào)節(jié)電抗元件的參數(shù)去實(shí)現(xiàn)輸出回路阻抗的匹配，從而獲得最佳的加熱效率。但這種調(diào)節(jié)既不靈便，又容易導(dǎo)致設(shè)備的可靠性下降。為此，本文設(shè)計(jì)了一種新的基于單片機(jī)和直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)的射頻功率電源。本設(shè)計(jì)中，射頻信號(hào)來(lái)自 DDS芯片，輸出回路工作在諧振放大狀態(tài)，單片機(jī)控制系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)輸出射頻電壓的幅度，當(dāng)回路阻抗變化導(dǎo)致諧振電路失諧（或輸出阻抗失配）時(shí)，射頻輸出電壓幅度會(huì)大幅下降。此時(shí)，單片機(jī)可控制 DDS通過(guò)

4、掃頻的方式改變放大電路輸入信號(hào)的頻率，使電路在新的頻率點(diǎn)上重新建立諧振，從而控制輸出射頻電壓幅度的穩(wěn)定。文中通過(guò)理論計(jì)算和電路仿真相結(jié)合的方式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。以初始諧振參數(shù)為參考值，當(dāng)外電路電容參數(shù)變化在±5pF內(nèi)時(shí)，引起的輸出電壓幅度變化約為20％,而單獨(dú)調(diào)節(jié) DDS輸出信號(hào)的頻率變化在-1.33MHz～1.17 MHz內(nèi)，輸出電壓幅度變化也可以達(dá)到18%。這樣，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié) DDS輸出信號(hào)的頻率能夠修正由于外電路參數(shù)變化引起的輸出