Р.В. Шаймарданов

УСТРОЙСТВА ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ МИКРОВОЛНОВОЙ
ТЕРМОТЕРАПИИ ВНУТРИПОЛОСТНЫХ ОРГАНОВ
Р.В. Шаймарданов
Московский институт электроники и математики
Национальный исследовательский институт
Высшая школа экономики
E-mail: [email protected]
В настоящее время электронные приборы и устройства, основанные на
использовании замедляющих систем (ЗС) и возбуждаемых в них
электромагнитных
волн,
получили
широкое
распространение
в
микроволновой электронике. Они также успешно применяются при создании
новых элементов радиочастотных и микроволновых трактов, контрольноизмерительных приборов и устройств, электромагнитного нагрева
материалов и изделий и т.д. [1, 2].
Одним из перспективных направлений применения ЗС является
возможность их использования в биологии и медицине в качестве антенн и
излучателей для радиочастотной и микроволновой физиотерапии,
радиотермии и томографии, чувствительных элементов для медицинской
диагностики, устройств для стерилизации и термообработки [3, 4].
Преимущества применения ЗС в биологии и медицине основаны на
электродинамических и конструктивных особенностях структур, которые
следуют из распределения электромагнитного поля вблизи их поверхностей.
Изменение их конфигурации обеспечивает концентрацию электромагнитного
поля вблизи поверхности, а также проникновение энергии на заданную
глубину в биотканях, и сопровождается пропорциональным коэффициенту
замедления увеличением эффективности взаимодействия.
Практическая
реализация
особенностей
замедленных
электромагнитных волн позволила научной группе под руководством
профессора Пчельникова Ю.Н. разработать и создать ряд внутриполостных и
наружных излучателей и электродов на спиральных ЗС для радиочастотной и
микроволновой физиотерапии (рис.1) [1- 4].
Рис.1. Спиральный электрод для внутриполостной физиотерапии.
Несмотря на преимущества таких электродов и излучателей, они имеют
и отдельные недостатки. Так равномерное распределение излучения по
поперечному сечению электрода не позволяет оказывать локальное
воздействие на определенный орган (например, на предстательную железу).
Другим недостатком является малая эффективность излучения, вызванная
наличием воздушного зазора между внешним проводником излучателя и
поверхностью облучаемого участка тела пациента.
Компенсировать указанные недостатки удается заменив спиральный
проводник ребристым стержнем [5, 6]. При этом уменьшение коэффициента
замедления приводит к пропорциональному снижению излучения в
азимутальном направлении. На рис.2 показан излучатель с конструкцией
внешнего экрана в виде цилиндра с продольным щелевым разрезом, угол
раскрыва которого равномерно увеличивается от нуля со стороны
коаксиального ввода до угла 180-360 градусов на рабочем конце излучателя.
Рис.2. Вариант внутриполостного излучателя для урологии.
Наличие зазора между внешним проводником резонатора и
поверхностью облучаемого участка тела пациента может приводить к
существенному уменьшению интенсивности излучения, вызванному как
резким спадом амплитуды поля электромагнитной волны от поверхности
внешнего проводника, так и экранирующим действием поверхности тела.
При заполнении внутреннего пространства излучателя многослойной
диэлектрической средой с линейно уменьшающимся от поверхности
ребристого стержня до поверхности секторного цилиндра волновым
сопротивлением, достигается его согласование с телом пациента, что
увеличивает эффективность облучения.
Результаты компьютерного моделирования излучателя в программе
Ansoft HFSS v.12 приведены в виде распределений магнитного (рис.3) и
электрического (рис.4) полей вблизи его поверхности. Полученные
зависимости наглядно демонстрируют снижение излучения в азимутальном
направлении, что обеспечивает возможность эффективного локального
облучения определенного участка тела пациента.
Рис.3. Распределение магнитного поля
вблизи поверхности электрода.
Рис.4. Распределение электрического
поля вблизи поверхности электрода.
Рассмотренные и проанализированные особенности применения ЗС в
биологии и медицине позволяют создавать высокоэффективные электроды и
излучатели для радиочастотной и микроволновой терапии, гипертермии,
стерилизации и термообработки, диагностики и т.д. Технологии на базе
замедляющих систем обеспечивают новые функциональные возможности
устройств – они просты, экономически эффективны и позволяют работать на
относительно низких частотах. Возможность концентрации энергии вблизи
поверхности ЗС, а также возможность преимущественного сосредоточения
энергии электрического или магнитного поля в заданной области позволяют
обеспечить более высокую эффективность воздействия требуемым
излучением, чем биомедицинские устройства на отрезках волноводных или
коаксиальных линий.
Библиографический список
1. Елизаров А.А. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с
использованием электродинамических замедляющих систем / А.А. Елизаров, Ю.Н.
Пчельников. М.: Радио и связь, 2002. 200 с.
2. Елизаров А.А. Технологические процессы и устройства на замедленных
электромагнитных волнах: современное состояние и тенденции развития / А.А.
Елизаров // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 1998. Т.1. №1.
С.41-49.
3. Medical application of slow-wave structures / Yu.N. Pchelnikov // 40th Annual Microwave
Symposium Proceedings. August 9-11, 2006. P.1-5.
4. Medical application of slow electromagnetic waves / Yu.N. Pchelnikov, A.A. Yelizarov //
Proceedings International University Conference "Electronics and Radiophysics of UltraHigh Frequencies (UHF-99)". St.Petersburg, May 24-28, 1999. P.464-467.
5. Елизаров А.А., Р.В.Шаймарданов Исследование электрода для трансуретральной
микроволновой термотерапии на основе замедляющей системы типа коаксиальный
ребристый стержень // Труды LXVII Научной сессии, посвященной Дню радио.
Москва, 2012. С.369-372.
6. А.А.Елизаров, Р.В.Шаймарданов, Д.А.Нестерова Исследование электрода на основе
коаксиальной ребристой линии для лечения доброкачественной гиперплазии простаты
// Медицинская физика и инновации в медицине: материалы V Троицкой конф.
ТКМФ-5. Троицк, 2012. Т.2. С.294-296.
Сведения об авторах
Шаймарданов Руслан Варисович – аспирант 4 г.о., дата рождения:
20.04.1988г., [email protected], +7 (916) 914-12-55.
Вид доклада: устный (/ стендовый)