[發明專利]一種生物大體射頻加熱方法及裝置

無效

• 申請號: 201210230559.4
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102740519A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 黃文華;梁鐵柱;郭國禎;蘇建倉;謝學軍;孫鈞;王康懿;李佳偉
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H05B6/00
• 分類號: H05B6/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬射頻加熱技術，具體涉及一種將射頻應用于生物大體的熱療和均勻加熱處理的技術。

背景技術

微波是頻率在300MHz-300GHz范圍內的電磁波。微波加熱的物理基礎是電介質在電磁場中存在介質損耗，所消耗的能量以熱的形式沉積在介質中，微波加熱是一種直接與介質進行能量傳遞的加熱原理。因此，微波加熱廣泛應用于工業加熱處理、食品加工、藥材處理和醫療等方面。目前微波加熱主要采用的頻率是915MHz和2450MHz，加熱的方式是通過散射多角度輻照對加熱區的物料進行整體加熱。與其它加熱方式相比，微波加熱的主要優點是相關組織內部加熱時間快和熱流分布均勻，加熱過程無污染、零排放，直接加熱高效率和加熱功率精確可控等顯著優勢。但是，由于微波加熱涉及微波的傳輸耦合以及功率耗散等問題，因此，微波頻率不同，對不同材料的加熱效果有所不同。一般來講微波頻率越高，能有效穿透生物有機材料的深度下降，能量的損耗效率（吸收率）增加。特別是2450MHz的微波對水分子存在共振吸收效應，對含水物質的加熱效率高，速度快。但是隨著微波頻率的升高，對大尺寸物體的加熱均勻性下降，中心部位的耗散功率存在低谷，如圖1所示，不適合大尺寸物體的加熱應用。而當微波頻率太低，一方面對加熱工作區域尺寸要求很大，否則，微波無法傳播；另一方面，材料對微波的吸收率下降，加熱效率和速度下降，不適合小尺寸材料的加熱。綜合起來，微波加熱領域主要采用的頻段集中在900MHz~3GHz之間。

近年來，生物醫學對熱處理，尤其是熱療產生了濃厚的興趣。而基于生物活體的加熱處理及熱療對加熱過程的可控性和安全性有極高的要求，生物大體加熱及熱療不同于通常的工業加熱和食品加熱，生物大體的熱療是對生物活體整體進行加熱，對加熱過程有其特有的要求。首先是安全性及副作用控制，對生物活體的加熱首要的問題是確保加熱過程的安全，同時盡量減少副作用的產生。這就對加熱方式提出了很高的要求，主要包括：加熱過程的功率精確可控，對關鍵部位可有效隔離防護等。其次是對生物大體加熱部位和加熱功率分布均勻性要嚴格控制。這就要求加熱的功率可有效深入生物大體內部，也可以根據需要在特定的區域形成強加熱區域或不加熱區，還可以對生物大體整體從里到外均勻加熱等。最后是加熱設備不能有能量泄露，確保周邊工作人員的安全。傳統微波的加熱方法難以直接采用。存在的問題包括：1、生物大體的尺寸一般在分米~米量級，常用的微波加熱仍然難以深入生物體內部，難以滿足加熱均勻性要求；2、傳統微波加熱采用散射腔的方式加熱，不能按要求穩定可靠控制加熱功率的分布；3、微波加熱腔無法開孔保護生物體部分重點部位，不能滿足高安全性的要求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種生物大體射頻加熱方法，改善生物大體加熱的均勻性、可控性和安全性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：采用頻率為150MHz-200MHz的射頻對生物大體進行加熱。

所述的加熱采用諧振腔式加熱。

本發明還提供一種實現上述方法的裝置，包括射頻源和諧振腔，諧振腔為一個封閉腔體，諧振腔電磁場分布可調節，射頻源安裝在諧振腔一端，射頻源頻率為150MHz-200MHz，生物大體置于射頻諧振腔內。

所述的射頻源輸出功率為50W-2000W。

所述的射頻源頻率連續可調；功率連續可調。

所述的諧振腔開有一個直徑在15cm以內的通孔，通孔與射頻源關于諧振腔體積中心對稱分布。

所述的諧振腔為一面對稱腔體，開有兩個直徑在15cm以內的通孔，兩個通孔關于對稱平面對稱分布，且射頻源位于諧振腔的對稱平面內。

本發明的有益效果是：本發明提出采用頻率為150MHz-200MHz的射頻加熱人體或其他動物大體，進行生物大體的射頻熱療或整體均勻加熱處理。150MHz-200MHz的射頻對生物大體加熱采用了電磁場對生物大體介質極化反轉振蕩吸能機理，與微波加熱的不同之處在于，射頻加熱中水分子共振吸收效應很弱，生物介質對該頻段的適度低吸收率帶來了更好的穿透力和更均勻的能量耗散分布等優勢。該頻段對牛、羊和人等生物大體的有效透射深度可達10cm以上，可更好地實現里外同時加熱，加熱功率分布更均勻，綜合加熱效果比915MHz、2450MHz等微波加熱更優、更安全。