Патент на изобретение №2306099

(54) АНТЕННА-АППЛИКАТОР ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕННИХ ТКАНЕЙ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермографии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения. Антенна-аппликатор включает закрытый с одного конца отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, и диэлектрическую пластину, расположенную на противоположном открытом конце отрезка волновода, контактирующую с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью. Система возбуждения электромагнитных волн расположена в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком и соединена с входной частью радиотермометра. В другом варианте выполнения антенна-аппликатор включает отрезок внутреннего волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, и отрезок внешнего волновода, расположенный снаружи от отрезка внутреннего волновода. Зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично или полностью заполнен диэлектриком, отрезки внутреннего и внешнего волноводов закрыты с одного конца, а противоположный открытый конец внутреннего и внешнего волноводов находится в контакте с биологическим объектом. Антенна-аппликатор со стороны открытого конца волновода может дополнительно содержать согласующий элемент, нанесенный на диэлектрик путем металлизации. Техническим результатом изобретения является расширение области его применения, т.к. увеличение эффективной глубины измерения внутренней температуры, повышение помехозащищенности антенны обеспечивают возможность проведение измерений в помещении без специального экранирования. Кроме того, при наличии воздушного зазора между диэлектриком, заполняющим волновод, и диэлектрической пластиной, контактирующей с биологическим объектом, снижается влияние температуры антенны на результаты измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Область техники

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермографии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения. Изобретение может быть использовано в диагностических комплексах для ранней диагностики онкологических заболеваний и других патологий внутренних органов, в частности, для ранней диагностики рака молочной железы.

Уровень техники

В последние несколько десятилетий многие научные школы успешно развивали метод радиотермографии, позволяющий неинвазивно выявлять температурные аномалии внутренних тканей человека путем измерении в СВЧ-диапазоне их собственного теплового излучения.

Известно, что интенсивность электромагнитного излучения тканей в этом диапазоне частот пропорциональна их температуре. Учитывая, что ткани человека в этом диапазоне относительно прозрачны, измеряя их электромагнитное излучение, можно выявлять тепловые изменения на глубине нескольких сантиметров.

Современные диагностические комплексы, оснащенные компьютером, обычно включают в себя измеритель внутренних температур, измеритель температуры кожи, средства визуализации, обработки и оценки полученной информации. Визуализация поля температур, где каждая температура отражается на экране монитора своим определенным цветом, позволяет хорошо различать температурные аномалии, которые могут соответствовать участкам с патологией, в частности злокачественным новообразованиям (Бурдина Л.М. и др. Радиотермометрия в алгоритме комплексного обследования молочных желез, Современная онкология, том 6, № 1, 2005 г.).

Очевидно, что интенсивность принимаемого сигнала зависит от диапазона рабочих частот, свойств среды, в которой производится измерение, размера теплового источника, глубины его расположения и, в значительной мере, от антенны-аппликатора, используемой для приема собственного электромагнитного излучения биологической ткани.

Для измерения температуры внутренних тканей биологических объектов в известных системах радиотермометрии применяются различные типы антенн-аппликаторов. Широко используются вибраторные антенны, у которых вибраторы изготовлены из тонкой пружинной проволоки (Рахлин В.Л., Алова Г.Е. «Радиотермометрия в диагностике патологии молочных желез, гениталий, предстательной железы и позвоночника». Препринт № 253, Горький, 1988, НИРФИ, 1988, с.52).

Подобные антенны могут быть снабжены проводящими штырями, контактирующими с кожей человека (патент РФ № 2049424 на Устройство для приема собственного радиотеплового излучения тела человека, опубл. 10.12.1995 г.).

Такие антенны имеют хорошее согласование в широком диапазоне частот, хорошо прилегают к телу, просты в изготовлении и, главное, они почти не влияют на температуру кожи пациента в процессе измерения. К сожалению, подобные антенны обладают низкой помехозащищенностью и высоким уровнем поглощения электромагнитного поля в коже.

Аналогичный недостаток имеют микрополосковые кольцевые антенны, используемые в гипертермии. (Bahl I.J., Stuchly S.S., Stuchly M.A. «A New Microstrip Radiator for Medical Applications», IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-28, No.12, Dec. 1980).

Для диагностики заболеваний молочных желез в диапазоне 1 ГГц с успехом используется микрополосковая антенна, у которой диэлектрическое основание, на которое нанесена топология излучателя, помещено в цилиндрический экран (заявка PCT WO 2004/080298, опубликованная 23.09.2004). Как правило, в качестве диэлектрического основания используется материал с высоким значением диэлектрической проницаемости, малыми потерями и низкой теплопроводностью. В этом случае антенна не оказывает сильного влияния на температуру кожи. Наличие экрана позволяет снизить уровень обратного излучения.

Однако использование подобных антенн в диапазоне частот выше 3 ГГц затруднено ввиду сильного поглощения электромагнитной энергии в коже и, соответственно, низкой глубины измерения.

Наиболее широко в радиотермографии используются контактные волноводные антенны-аппликаторы в виде прямоугольного волновода открытого с одного конца, контактирующего с пациентом. Волновод заполняют диэлектриком с высоким значением диэлектрической проницаемости (A.H. Barrett & Ph. C. Myers, “Subcutaneous Temperature: A method of Noninvasive Sensing”, Science, Nov. 14, 1975, vol. 190, pp. 669-671).

В способе обнаружения опухолей молочной железы по патенту США № 5779635 (K. Carr) используется матрица из нескольких антенн, включающих систему приема электромагнитного излучения, размещенную в частично заполненном диэлектриком прямоугольном волноводе, имеющем один закрытый конец и другой, открытый, обращенный к пациенту конец.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является антенна для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей, имеющая открытый с одного конца прямоугольный волновод, заполненный диэлектриком, и размещенную в волноводе систему возбуждения электромагнитных волн, соединенную с входной частью радиотермометра (J. W. Hand, G.M. J. Van Leeuwen, S. Mizushina, J.B. Van de Kamer, K. Maruyama, T. Sugiura, D.V. Azzopardi, A.D. Edwards, “Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modelling, Phys Med. Biol. (2001), рр. 1885-1903).

Подобные волноводные антенны весьма просты и при этом имеют хорошие электрические параметры: высокий уровень согласования в широком диапазоне частот и малые потери.

К недостаткам этих антенн следует отнести плохую помехозащищенность, что затрудняет их использование без специального экранирования помещения, а также сильное влияние температуры антенны на температуру кожи и, в конечном счете, на результаты измерения, и, в ряде случаев, недостаточную глубину измерений. Использование больших волноводных фланцев несколько исправляет ситуацию с защитой от помех, но увеличивает габариты антенны, что во многих случаях недопустимо. Сильное влияние температуры антенны на температуру кожи приводит к тому, что волноводная антенна, перед измерениями имеющая температуру окружающей среды, охлаждает кожу пациента во время обследования и, в конечном счете, снижает измеряемую температуру. Для устранения этого недостатка антенну-аппликатор иногда подогревают до температуры кожи пациента, но это усложняет конструкцию аппликатора и, в общем случае, не решает задачу, поскольку температура кожи у всех пациентов разная.

К. Carr в своем патенте, посвященном выявлению рака молочной железы с помощью радиотермографии (патент США № 5779635), для снижения теплового контакта между кожей пациента и антенной предлагает использовать тонкую бумажную прокладку, которую перед измерением необходимо положить на тело пациента. Это не всегда удобно, т.к. в процессе диагностики важно, чтобы молочные железы были открыты и охлаждались окружающим воздухом. При наличии салфетки естественная вентиляция кожи снижается, в результате охлаждение молочных желез осуществляется недостаточно эффективно.

Для увеличения глубины измерения обычно рекомендуется увеличивать размер волновода. С одной стороны, это не всегда допустимо, поскольку при проведении измерений необходимо обеспечить хороший контакт открытого конца волновода с биообъектом, во многих случаях имеющим поверхность сложной формы. С другой стороны, увеличение размера прямоугольного волновода ограничено появлением высших типов волн в прямоугольном волноводе.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является усовершенствование антенны для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей, увеличение эффективной глубины измерения антенны-аппликатора за счет снижения доли мощности, принимаемой из кожных слоев пациента, повышение помехозащищенности антенны и уменьшение влияние температуры антенны на результаты измерений.

Один аспект заявленного изобретения касается варианта устройства антенны-аппликатора для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта, включающей закрытый с одного конца отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком,

диэлектрическую пластину, расположенную на противоположном открытом конце отрезка волновода, контактирующую с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью,

систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью радиотермометра.

Антенна-аппликатор может содержать один или несколько отрезков волновода, каждый из которых частично или полностью заполнен диэлектриком, последовательно соединенных друг с другом, имеющих разное поперечное сечение. Волновод или один или несколько из его последовательно соединенных отрезков могут быть круглым волноводом.

Система возбуждения электромагнитных волн может быть соединена с входной частью радиотермометра коаксиальным кабелем, причем внешний проводник коаксиального кабеля может быть короткозамкнуто соединен с боковой стенкой или с закрытым концом волновода.

Волновод может содержать один или несколько последовательно соединенных отрезков внутреннего волновода и дополнительно расположенные снаружи от внутреннего волновода один или нескольких отрезков внешнего волновода.

Другой аспект изобретения касается варианта выполнения устройства антенны-аппликатора для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта, включающего

отрезок внутреннего волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком,

отрезок внешнего волновода, расположенный снаружи от отрезка внутреннего волновода,

причем зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично или полностью заполнен диэлектриком, отрезки внутреннего и внешнего волноводов закрыты с одного конца, а противоположный открытый конец внутреннего и внешнего волноводов находится в контакте с биологическим объектом,

систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную во внутреннем волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью радиотермометра.

В этом варианте выполнения антенна-аппликатор также может содержать один или несколько последовательно соединенных отрезков внутреннего волновода, имеющих разное поперечное сечение, с расположенным снаружи одним или несколькими отрезками внешнего волновода с разным поперечным сечением. Отрезки как внешнего, так и внутреннего волноводов могут быть выполнены в виде отрезков круглого волновода, имеющих различное поперечное сечение.

Зазор между одним или несколькими отрезками внутреннего и одним или несколькими отрезками внешнего волноводов может быть выполнен переменной толщины и быть полностью или частично заполнен одним или несколькими диэлектриками.

Во втором варианте выполнения система возбуждения электромагнитных волн также соединяется с входной частью радиотермометра преимущественно коаксиальным кабелем и внешний проводник коаксиального кабеля может быть короткозамкнуто соединен со стенкой или с закрытым концом волновода.

В данном варианте выполнения антенна-аппликатор может быть дополнительно снабжена диэлектрической пластиной, расположенной на конце отрезка внешнего волновода, контактирующего с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектрическим материалом, заполняющим внутренний волновод, может быть выполнен зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью.

Антенна-аппликатор как в первом, так и во втором варианте выполнения, со стороны открытого конца волновода, контактирующего с биологическим объектом, может дополнительно содержать согласующий элемент, нанесенный на диэлектрик путем металлизации.

Техническим результатом изобретения для всех вариантов выполнения антенны-аппликатора является увеличение эффективной глубины измерения внутренней температуры, повышение помехозащищенности антенны, что обеспечивает возможность проведения измерений с использованием заявленной антенны в помещении без специального экранирования. Кроме того, при наличии воздушного зазора между диэлектриком, заполняющим волновод, и диэлектрической пластиной, контактирующей с биологическим объектом, снижается влияние температуры антенны на результаты измерений.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена предлагаемая антенна-аппликатор с воздушным зазором, включающая два отрезка круглого волновода.

На фиг.2 представлена предлагаемая антенна-аппликатор с воздушным зазором, имеющая один отрезок волновода и коаксиальный кабель, проходящий через боковую стенку волновода.

На фиг.3 представлен второй вариант предлагаемой антенны-аппликатора с одним отрезком внутреннего и внешнего волновода, причем зазор между внутренним и внешним волноводами частично заполнен диэлектриком в виде вертикально слоя, размещенного на внутренней стенке отрезка внешнего волновода.

На фиг.4 представлена антенна-аппликатор с отрезками внутреннего и внешнего волноводов, дополнительно снабженная диэлектрической пластиной и воздушным зазором между диэлектрической пластиной и диэлектриком.

На фиг.5 представлена антенна-аппликатор, имеющая общий закрытый конец отрезков внутреннего и внешнего волноводов, диэлектрическую пластину, установленную с зазором относительно диэлектрика, и согласующий элемент.

На фиг.6 представлено поперечное сечение антенны-аппликатора фиг.5 по линии А-А для показа согласующего элемента.

Подробное описание изобретения

Антенна-аппликатор на основе круглого волновода, представленная на фиг.1, содержит первый отрезок круглого волновода (1) меньшего диаметра, частично заполненный диэлектриком (2), примыкающий к нему второй отрезок круглого волновода большего диаметра и систему возбуждения (3) электромагнитных волн, размещенную в волноводе. Волновод имеет один закрытый торцевой конец (6) и другой открытый торцевой конец, контактирующий с биообъектом (8). Система возбуждения (3), которая в данном случае может быть выполнена в виде щелевого излучателя, например в форме бабочки, размещена между закрытым концом волновода (6) и диэлектриком (2) путем нанесения на диэлектрик топологии излучателя системы возбуждения. Излучатель, который может иметь и другие формы, соединен с входной частью радиотермометра с помощью коаксиального кабеля (7).

В качестве диэлектрика, по меньшей мере, частично заполняющего волновод, могут быть использованы различные типы высокочастотной керамики, например РФ 10, ГБ-7, ТБНС, ТЛ0, либо органические диэлектрики, например дифлар или флан.

На открытом торцевом конце отрезка волновода большего диаметра, контактирующего с биологическим объектом (8), расположена диэлектрическая пластина (4) с воздушным зазором (5) между диэлектриком и диэлектрической пластиной. Зазор также может быть заполнен не воздухом, а другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью, например пенополиэтиленом.

Электромагнитная энергия, поступающая от биологического объекта (8) через диэлектрическую пластину (4) и воздушный зазор (5) на открытом торцевом конце, поступает в волновод (1), заполненный диэлектриком (2). Затем электромагнитное поле поступает в систему возбуждения (3) и далее через коаксиальный кабель (7) на вход приемной системы радиотермометра.

Зазор между диэлектриком, заполняющим волновод и диэлектрической пластиной, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом, выполняет несколько функций.

Во-первых, он снижает уровень продольной компоненты электрического поля в апертуре антенны и тем самым увеличивает глубину измерения радиотермометра.

Во-вторых, он существенно снижает влияние температуры антенны на результаты измерения. Без использования специальных схем подогрева аппликатора его температура перед началом измерений близка к температуре окружающей среды. Температура кожи пациента, как правило, на 5-15 градусов выше температуры окружающей среды. В обычном волноводном аппликаторе массивная диэлектрическая вставка, заполняющая волновод и обладающая большим теплосодержанием, охлаждает кожу пациента и, в конечном счете, существенно снижает яркостную температуру. Процесс диагностики, как правило, состоит в измерении внутренней температуры более чем в 20 точках пациента и занимает несколько минут. За это время аппликатор, находясь в тепловом контакте с кожей пациента, постепенно нагревается, и его влияние на температуру кожи пациента снижается. Таким образом, погрешность измерения меняется в процессе измерения.

Наличие зазора существенно снижает влияние температуры диэлектрика, заполняющего волновод, на температуру диэлектрической пластины, контактирующей с телом. Диэлектрическая пластина обладает малым теплосодержанием и не оказывает существенного влияния на результаты измерения. Если пластину изготовить из материала с низкой теплопроводностью, например из ситалла или пластика, то ее влияние на измеряемую температуру будет еще меньше.

На фиг.2 показана антенна-аппликатор, конструкция которой в основном такая же, как и антенны, показанной на фиг.1, особенностью которой является система возбуждения в виде штыря и коаксиальный кабель, соединяющий систему возбуждения с радиотермометром, проходящий через боковую стенку волновода.

На фиг.3 показан второй вариант предлагаемой антенны-аппликатора, имеющей низкий уровень обратного излучения и повышенную глубину измерения, состоящей из отрезка внутреннего волновода (1), частично заполненного диэлектриком (2), системы возбуждения электромагнитных волн (3), и отрезка внешнего волновода (9), расположенного снаружи поверх внутреннего волновода (1). Один конец внешнего и внутреннего волноводов закрыт (6), а второй контактирует с биообъектом (8). Система возбуждения (3) соединена с входной частью радиотермометра с помощью коаксиального кабеля (7).

Зазор между внутренним и внешним волноводами частично заполнен диэлектриком (10) в данном примере в виде вертикально слоя, размещенного на внутренней стенке отрезка внешнего волновода. Но слой диэлектрика при частичном заполнении зазора может быть расположен как вертикально, параллельно одной из стенок зазора, так и горизонтально, перпендикулярно стенке волновода, оставляя незаполненной полость в зазоре сверху и/или снизу от слоя диэлектрика.

Шумовой сигнал, поступающий от биообъекта (8) через открытый конец внутреннего волновода (1), заполненного диэлектриком (2), поступает в систему возбуждения (3) и далее через коаксиальный кабель (7) на вход приемной системы радиотермометра. Кроме этого, со стороны окружающего пространства на антенну-аппликатор поступают помехи. В реальном медицинском центре в окружающем пространстве всегда существуют электромагнитные поля, создаваемые различными радиоэлектронными приборами: компьютерами, радиотелефонами, сотовыми телефонами, люминесцентными лампами и т.д. По отношению к радиотермометру эти колебания являются помехами. Отрезок внешнего волновода (9) является «ловушкой» для этих помех, поступающих из открытого пространства. Он представляет собой четвертьволновый резонатор, короткозамкнутый со стороны, противоположной биообъекту. Если длину отрезка внешнего волновода выбрать таким образом, чтобы его резонансная частота была равна центральной частоте рабочего диапазона прибора, то это устройство будет представлять собой режекторный фильтр для помех, поступающих из открытого пространства. Очевидно, что резонансная частота режекторного фильтра зависит от длины резонатора (9), его поперечных размеров и диэлектрического заполнения.

Уровень обратного излучения предлагаемого аппликатора на 12 дБ ниже волноводных аппликаторов, известных из уровня техники. При его использовании в диапазоне 3-4 ГГц помехи, создаваемые большинством персональных компьютеров, не оказывают влияния на результаты измерения. Это позволяет проводить измерения в помещении, где работают персональные компьютеры.

На фиг.4 представлен аппликатор, имеющий высокую помехозащищенность, низкий уровень продольной компоненты поля в апертуре антенны и незначительное влияние температуры антенны на измеряемую температуры и повышенную глубину измерения. Он состоит из отрезка внутреннего волновода (1), частично или полностью заполненного диэлектриком (2), системы возбуждения электромагнитных волн (3), отрезка внешнего волновода (9), частично заполненных диэлектриком (10), расположенного снаружи от отрезка внутреннего волновода, диэлектрической пластины (4), контактирующей с биологическим объектом (8), расположенной на торце отрезка внешнего волновода (9). Между диэлектрической пластиной (4) и диэлектриком (2), заполняющим внутренний волновод (1), имеется зазор (5), заполненный воздухом или другим диэлектриком с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью, а противоположные торцевые концы внешнего и внутреннего волноводов закрыты (6). Система возбуждения (3) соединена с входной частью радиотермометра с помощью коаксиального кабеля (7).

Электромагнитная энергия, поступающая от биообъекта (8), через диэлектрическую пластину (4) и воздушный зазор (5) поступает в волновод (1), заполненный диэлектриком (2). Затем электромагнитное поле поступает в систему возбуждения (3) и далее через коаксиальный кабель (7) на вход приемной системы радиотермометра.

На фиг.5 представлена антенна-аппликатор, конструкция которой аналогична антенне по фиг.4, но дополнительно включающая согласующий элемент (11), нанесенный снизу на заполняющий волновод диэлектрик со стороны открытого конца, более подробно показанный на поперечном сечении, представленном на фиг.6.

Согласующий элемент (11) представляет собой слой металлизации в виде круга, эллипса, ромба или других фигур, нанесенный на диэлектрик.

Согласующий элемент позволяет обеспечить хорошее согласование антенны-аппликатора в широком диапазоне частот для тканей с различной диэлектрической проницаемостью.

При реализации антенны-аппликатора согласно изобретению могут быть использованы любые подходящие системы возбуждения волновода, например в виде штыря, щелевые излучатели, микрополосковые вибраторы. Для круглого волновода можно использовать щелевой излучатель в форме «бабочки». При этом диаметр волновода выбирается таким образом, чтобы в нем мог распространяться основной тип волны H₁₁, в то же время высшие типы волн, возникающие в системе возбуждения, были запредельными и не могли распространяться в волноводе. Это снижает уровень продольной компоненты поля в апертуре антенны. Следует отметить, что вектор Пойтинга для продольной компоненты поля направлен вдоль кожи пациента, таким образом, энергия, связанная с этой компонентой поля, не распространяется в глубь тела, а распространяется вдоль поверхности кожи. Известно, что проводимость кожи в СВЧ-диапазоне в 3-7 раз выше проводимости тканей молочной железы, поэтому продольная компонента поля в коже имеет повышенное рассеивание. В результате повышается вклад температуры кожных слоев в измеряемую температуру и, как следствие, понижается вклад глубинных слоев. Кроме этого, высокий уровень продольной компоненты поля расширяет диаграмму антенны, что снижает пространственное разрешение радиотермометра и снижает выявляемость небольших температурных аномалий, расположенных на глубине нескольких сантиметров.

Очевидно, что для снижения уровня продольной компоненты поля в апертуре антенны необходимо увеличивать длину запредельного волновода, что приводит к увеличению габаритов аппликатора. Воздушный зазор между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, обеспечивает дополнительную фильтрацию высших типов волн и тем самым увеличивает глубину измерения радиотермометра. Помимо перечисленных факторов, длина волновода, заполненного диэлектриком, должна обеспечить необходимый уровень согласования антенны с биообъектом.

Известно, что для увеличения глубины измерения необходимо увеличивать апертуру антенны. При этом размер волновода необходимо выбирать таким образом, чтобы в волноводе не распространялись высшие типы волн, возникающие в системе возбуждения.

По результатам измерений и расчетов, проведенных с использованием предложенной антенны-аппликатора, установлено, что уровень обратного излучения на 12 дБ ниже излучения антенны-аппликатора на базе прямоугольного волновода и предложенная антенна имеет на 20% большую глубину измерения. Глубина измерения на частоте 3,8 ГГц в биологической ткани, состоящей из кожи (при толщине кожи 2 мм), жира (при толщине жира 45 мм) и мышц, для используемых микрополосковых антенн составляет около 10 мм, для прямоугольных волноводных антенн – около 38 мм, для предлагаемой антенны-аппликатора – около 45 мм. Проведенные эксперименты также показали, что наличие воздушного зазора существенно снижает влияние температуры аппликатора на температуру кожи и, в конечном счете, снижает влияние температуры антенны на результаты измерений и уменьшает погрешность измерения внутренней температуры.

Формула изобретения

1. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта, включающая в себя закрытый с одного конца отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, диэлектрическую пластину, расположенную на противоположном открытом конце отрезка волновода, контактирующую с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью, систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью радиотермометра.

2. Антенна-аппликатор по п.1, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько последовательно соединенных отрезков волновода, имеющих разное поперечное сечение.

3. Антенна-аппликатор по п.1, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько последовательно соединенных отрезков круглого волновода, имеющих разное поперечное сечение.

4. Антенна-аппликатор по п.1, отличающаяся тем, что система возбуждения электромагнитных волн соединена с входной частью радиотермометра коаксиальным кабелем, причем внешний проводник коаксиального кабеля короткозамкнуто соединен со стенкой или с закрытым концом волновода.

5. Антенна-аппликатор по п.1, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько последовательно соединенных отрезков внутреннего волновода и расположенных снаружи от внутреннего волновода одного или нескольких отрезков внешнего волновода.

6. Антенна-аппликатор по пп.1-5, отличающаяся тем, что на диэлектрик со стороны открытого конца волновода путем металлизации нанесен согласующий элемент, обеспечивающий использование антенны-аппликатора для тканей с различной диэлектрической проницаемостью.

7. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта, включающая в себя отрезок внутреннего волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, отрезок внешнего волновода, расположенный снаружи от отрезка внутреннего волновода, причем зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично или полностью заполнен диэлектриком, отрезки внутреннего и внешнего волноводов закрыты с одного конца, а противоположный открытый конец внутреннего и внешнего волноводов находится в контакте с биологическим объектом, систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную во внутреннем волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью радиотермометра.

8. Антенна-аппликатор по п.7, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько последовательно соединенных отрезков внутреннего волновода, имеющих разное поперечное сечение, с расположенным снаружи одним или несколькими отрезками внешнего волновода с разным поперечным сечением.

9. Антенна-аппликатор по п.7, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько последовательно соединенных отрезков круглого внутреннего волновода, имеющих разное поперечное сечение, с расположенным снаружи одним или несколькими отрезками внешнего волновода с разным поперечным сечением.

10. Антенна-аппликатор по п.8, отличающаяся тем, что зазор между одним или несколькими отрезками внутреннего и внешнего волноводов выполнен переменной толщины и частично или полностью заполнен одним или несколькими диэлектриками.

11. Антенна-аппликатор по п.7, отличающаяся тем, что система возбуждения электромагнитных волн соединена с входной частью радиотермометра коаксиальным кабелем, причем внешний проводник коаксиального кабеля короткозамкнуто соединен со стенкой или с закрытым концом волновода.

12. Антенна-аппликатор по п.7, отличающаяся тем, что она содержит диэлектрическую пластину, расположенную на конце отрезка внешнего волновода, контактирующего с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим внутренний волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью.

13. Антенна-аппликатор по пп.7-12, отличающаяся тем, что на диэлектрик со стороны открытого конца волновода путем металлизации нанесен согласующий элемент, обеспечивающий использование антенны-аппликатора для тканей с различной диэлектрической проницаемостью.

РИСУНКИ