[发明专利]宽带仿生波谱治疗仪发射谱优化装置

说明书

本发明涉及一种宽带仿生波谱治疗仪发射谱优化装置。

利用电磁波辐射对人体进行治疗的波谱治疗仪，已广泛应用于临床和康复治疗中。可以例举的有远红外治疗仪、微波治疗仪、超短波治疗仪、激光治疗仪;以及每一种类型下的种种不同型号，等等。但是，由于缺乏对电磁波和人体之间相互作用机制的系统化了解，上述波谱治疗仪在选择发射波波谱时带有一定程度的盲目性和随机性，因而不能充分发挥电磁波的治疗效果，并存在着电磁波和能量的浪费现象。

本发明的目的，是在综合现有物理科学和人体科学理论成果的基础上，提出一种人体所能接受的较佳的仿生波谱选择范围，并设计出一种能获得上述仿生波谱的发射谱优化装置。

人体作为一个温度高于绝对零度的发热体，象任何物体一样，不断地向周围空间辐射着电磁波。为了设计出符合人体波谱的仿生治疗仪，首先要获得人体的辐射波谱。

文献〔张幼文，红外光学工程，上海科学技术出版社，1982，P.13〕指出，人的皮肤在环境温度下有很高的发射率，（T＝32℃时，比辐射率ε＝0.98），可以看作接近理想黑体的辐射表面，因此遵从黑体辐射理论。假设人体平均温度为37℃，则根据维恩位移定律：

λ_m＝ (a)/(T) （a为常数，T为绝对温度）

可得人体辐射的峰值波长λ_m约为9.3482μm。由于人体并非一个温度均匀系统，考虑到人体各部分温度的差别，可以得到人体辐射电磁波的峰值波长在9～10μm之间，即处于中远红外范围。

应该指出，人体辐射波谱并非局限于上述峰值范围。事实上，黑体（包括人体和其他生物体）辐射光谱是连续光谱。人体辐射光谱的发射量分布R_Bλ可以根据普朗克公式计算得到：

R Bλ = 2 πhc 2 λ 5 · 1 hc λKT - 1 e ]]>

式中：h、c、k为常数，

λ为波长，

T为绝对温度。

图1为根据上述公式计算得出的黑体辐射波谱分布。假设人的正常体温是37℃（310K），从图中可以看出，人体辐射的峰值波长为9～10μm，同时还有波长比峰值波长更短（能量约占25%）和更长（能量约占75%）的电磁波。

至此，我们得到了人体电磁波辐射波谱。根据基尔霍夫定律，对某一频率（或波长）的良好辐射体，必然也是同一频率（或波长）的良好吸收体。由此可得到如下结论：用于仿生治疗的波谱范围，应选择与人体波谱范围相同或相近的辐射波谱。

从理论上来说，一个温度与人体温度相近的绝对黑体，其辐射波谱与人体波谱最相近，但由于在该温度电磁波辐射的能量太小而难以获得理想的疗效。由此我们可以得到一个仿生治疗仪的设计目标：即其辐射波谱尽可能覆盖人体辐射波谱，并且具有足够的辐射量。

由物理学知识我们知道，一个较高温度物体的非峰值辐射量可以远高于一个较低温度物体峰值辐射量。比如，我们希望制作一个发射体，要求其辐射能量包含较丰富的10μm成份，此时，并不一定将发射体温度选择为相应于峰值波长10μm的温度290K，而可以选取一个较高的发射温度，比如T＝800K，此时峰值辐射波长虽然不是10μm，而是3.6224μm，但是在800K时，波长为10μm的发射量之值却为290K时峰值发射量的2.8倍。

由此，我们可以得出一个发明构思，即通过提高温度来获得较高的辐射能量，通过有选择地滤波来获得人体所需的辐射范围。