[发明专利]阿基米德螺旋线探头微波诊断仪

说明书

本发明系一种运用微波技术的医疗诊断系统。

本世纪七十年代，微波辐射计开始应用于生物医学领域，如美国麻省理工学院BarretA.H，P.C.Myers等人将微波辐射计用于诊断乳腺癌，许多国家在进行肿瘤热疗中的微波无损测温研究，美国专利US4346716和欧洲专利EU114094所报道的微波热测量装置是现有乳腺癌诊断设备中较完善的系统。美国专利US4346716的微波探测系统为双模系统，用1.6GH₂微波局部加热检测部位，并用4.7GH₂辐射计检测肿瘤。该系统用介质填充的双矩形波导作为探头，发射探头为较大口径矩形波导、检测探头为较小口径矩形波导，两矩形波导宽边共基线。该系统探头工作在C波段，取H₁₀模线性极化波方式，探测深度有限，对入体深部组织的肿瘤如食道癌等无效;有源部分发射微波对人体有害，不能多次使用，既使探头不与人体待查部位 接触，浅露的微波也使长期进行操作的人员受到损害;有源系统与辐射计系统之间相互影响，要解决此电磁兼容问题增加电路复杂程度和造价。

鉴于人体深部组织肿瘤的微波热辐射强度很小（约10^-11Wm^-2HZ^-1Sr^-2），经多层媒质传输衰减后到达体表甚为微弱，如何探测并提取这种微弱的微波热辐射信息就是微波诊断仪的关键问题。本发明针对现有技术中矩形波导或圆波导探头接收人体组织微波热辐射效率不高，设计出能有效接收深部肿瘤微波辐射信息的最佳探头，并要设计出低噪声、高增益、高稳定的微波热辐射亮温计量系统，在进行信息处理时，争取尽可能大的可资用信息，以提供一种无损伤、无有害辐射、智能化的深部肿瘤诊断仪器。

本发明的微波诊断仪，由微波波辐射信息提取部分及信息处理系统两大部分组成。微波热辐射信息提取部分包括探头、环行器、Dicke开关、匹配负载、微波放大链、微波检波及固态噪声源等部分。信息处理系统包括平方律检波、交流放大、同步积分、同步检波、直流放大、积分运算放大器、A/D转换器和微处理机、打印机等部分。

在平面分层媒质的微波热辐射传递特性研究中，利用Shell定律，针对某特定频率，由波数圆作出人体肌肉组织中肿瘤的自发电磁热辐射轨迹图，可以定性觉察到皮肤表面会出现正向射线、折线和爬行线，即在皮肤的外侧会呈现复杂的椭球极化波。故可推知用圆极化波探头更有利接收有耗生物分层媒质中的电磁热辐射信息。据此，本发明设计的探头由探头基片和探头基片座构成，探头基片为镀铜介质片，其表面为镀铜层经腐蚀工艺形成的微带线，微带线轨迹为阿基米德螺旋线，满足极坐标方程L＝aΦ，式中Φ为旋转角度，a为常数，其取值范围为0.5-1.5mm/rad，探头基片介质层厚度为0.125-0.25λe，其中λe＝，λ为工作波波长，ε为介质介电常数，上述探头基片置于探头基片座上，探头基片座为杯状体，横截面是圆形，为防止爬行热辐射噪声波干扰，还可以采用带有抗流槽的探头基片座。

除设计专门的探头外，本发明为保证系统的低噪声和高稳定性，还采取下述一些措施：设计专门的薄膜电阻用作匹配负载，该薄膜电阻经镀膜沉积于陶瓷基片上，其阻值范围为45-55Ω，使得驻波比≤1.08，陶瓷基片上还附有热敏电阻，上述元件置于由云母片、加热电阻丝、石棉带等组成的恒温槽内。

为减小同轴电缆连线及一系列接头带来的插入损耗，探头直接与热信息提取部分前端元件构成一个组件，某些情况下为使用方便，探头必须通过电缆连线与热信息提取部分前端元件连接时，则采用多屏蔽层同轴电缆，该多屏蔽层同轴电缆具有两层或三层铜网屏蔽层，两端通过阻抗过渡段与同轴电缆插头（座）连结。为使此段多屏蔽层同轴电缆耐弯折，其最外层为橡胶绝缘层，再套入金属软管内。

为避免大电流方波激励源在Dicke开关内导体上产生感应方波成为虚波假信号，本发明可以采用平头接头同轴电缆连接器连接Dicke开关和前置RF放大器，该平头接头同轴电缆连接器可采用市售标准器件。

本发明还可以在Dicke开关二输入臂之间采用电子隔离技术，防止有用噪声信号和零平衡注入噪声一起串到匹配负载一端，即在固态噪声源的恒流源电路上加中断电路，使得Dicke开关接通匹配负载时，断开固态噪声源;在断开匹配负载时，接通固态噪声波。