Недбайло Ю. А. АТ НДІ радіотехнічних вимірювань, м. Харків – 61118, а / я 1118, Україна Тел. + 38 (0572) 269541; e-mail: nedbaylo@niiri.kharkov.com

Анотація – Описано мікромодульному радіометричний термометр для контролю температури при СВЧ гіпертермії і термотерапії апаратами АЛМГП-01.

I. Вступ

Метод СВЧ гіпертермії знаходить застосування при лікуванні новоутворень досить давно, в тому числі в урології та онкології.

Температурний режим сеансу СВЧ гіпертермії, має важливе значення, оскільки лікувальний ефект досягається при прогріванні тканин простати в інтервалі температур 55 .. 60 ° С і більше [1]. Для контролю температури тканин, що піддаються тепловій дії, використовують волоконно-оптичні термометри та радіометри [2,3], яким притаманні як переваги, так і недоліки. Загальним недоліком цих спеціалізованих пристроїв є їх висока вартість. Що з’явилися останнім часом радіочастотні інтегральні модулі високого ступеня інтеграції – «front end» та інші, дозволяють при невисоких витратах створювати закінчені пристрої, що задовольняють високим вимогам, що пред’являються до них

Метою даної роботи була розробка недорогого радіотермометрії для апаратів НВЧ гіпертермії на основі серійно випускаються інтегральних модулів.

II. Основна частина

Радіометр виконаний за схемою модуляційного приймача прямого посилення на частоту 915 МГц з робочою смугою частот 100 МГц у вигляді окремого пристрою, що входить до складу апарату АЛМГП-

1 РАДМІР. Структурна схема радіометра представлена ​​на рис.1. Радіовипромінювання тіла, прийняте антеною випромінювача апарату СВЧ гіпертермії, розташованої в уретральном або ректальному катетері, через плечі 2, 3 феритового циркулятора X і високочастотний комутатор К надходить на вхід радіометра. Модулятор М, розташований на вході радіометра, з частотою 1 кГц по черзі підключає до входу малошумні підсилювача МШУ сигнал від антени або сигнал від еталонного резистора R. Модульований шумовий сигнал посилюється МШУ потім високочастотним підсилювачем УВЧ, детектируется транзисторним квадратичним детектором КД. Після синхронного фільтра СФ і синхронного детектора СД сигнал надходить на аналого-цифровий перетворювач в БКУ і далі на ПЕОМ, де відображається на моніторі у вигляді графіка і в цифровому вигляді. Модулятор і МШУ виконані на інтегральному модулі RF2403, що має вбудований pin комутатор і МШУ з коефіцієнтом шуму по антенному входу 2,7 дБ, а УВЧ виконаний на модулях RF2306 фірми RF micro devices. Блок генерування БГ, блок контролю та управління БКУ, а також циркулятор X і антена випромінювача А, показані на рис.1, входять до складу апарату АЛМГП-01. Вимірювання температури проводиться в моменти короткочасного відключення СВЧ генератора. На час роботи СВЧ-генератора модулятор М замикається, плече 3 циркулятора X відключається ВЧ комутатором К від входу радіометра і підключається до узгодженої навантаженні L, на якій розсіюється потужність, відбита від антени випромінювача. При цьому навантаження L нагрівається і тому не може бути використана в якості еталонного резистора.

Рис. 1. Структурна схема радіометра:

БГ – блок генерування; БКУ – блок контролю і управління; А – випромінювач; L – навантаження;

X – феритовий циркулятор; К – комутатор;

М – модулятор; МШУ – малошумливий підсилювач; УВЧ-підсилювач; КД-квадратичний детектор; СФ-синхронний фільтр; СД – синхронний детектор;

R-еталонний резистор.

Fig. 1. Block diagram of the radiometer:

GU – generator unit; TCU – treatment control and processing unit; A – antenna; X – ferrite circulator; К – switcher; M – modulator; LNA – low-noise amplifier; RFA

–   amplifier; CD – detector; SF – synchronous filter; PLD

–   phase-lock detector; L – load; R – standard resistor

Втрати у вхідний ланцюга приймача, складають не більше 3 дБ, а наведена до входу шумова температура Твх дорівнює 300 К. Прийнявши смугу високочастотної частини радіометра Afe4 рівної 100 МГц, діапазон зміни температури ЛТВх рівним 50 К (діапазон вимірюваних температур 25-75С), а час усереднення т рівним 1 с, можна оцінити флюктуа-ционную чутливість модуляційного радіометра бТмодпо відомою формулою:

гДе AFH4=l/4x _ енергетична ширина спектра

низькочастотної частини радіометра.

Розрахунок показує що флюктуационная чутливість радіометра бТмод становить 0,043 К, а похибка вимірювання температури ЗбТмод становить 0,13 К.

Для калібрування радіометра використовували водні еталони – судини Дьюара, заповнені водою. На робочій частоті 915 МГц глибина зондування тканин простати складає 3 – 5 см, що приблизно дорівнює розмірам залози. Для контролю результатів вимірювань одночасно з вимірюваннями радіометром проводили вимірювання температури волоконно-оптичним термометром, датчики якого встановлювалися у відповідних місцях уретрального і ректального каналів.

Застосування радіометра для вимірювання температури дозволяє більш точно вибирати режими гіпертермії і термотерапії, а також зменшити травмуючий вплив НВЧ нагріву на уретральний і ректальний канали.

I. Висновок

Таким чином, в роботі показана можливість шляхом використання серійно випускаються інтегральних модулів створити недорогий малогабаритний радіометр, розширити функціональні можливості існуючого апарату АПМГП-01, покращити контроль температури в зоні нагріву при СВЧ гіпертермії простати.

II. Список літератури

[1] Кривобородов Г. Г. Температурні режими трансуретральної термотерпіі в лікуванні доброякісної гіперплазії простати. Урологія і нефрологія. М:

1987, № 3.

[2] ПоляковВ. М., Шмаленюк А. С. СВЧ-термографія та перспективи її розвитку – Огляд по електронній техніці. Сер. 1. Електроніка СВЧ, 1991, вип. 8.

[3] Пугачов В. Ф., Троїцький Р.. та ін радіотермометрії при внутрішньопорожнинний гіпертермії. Медична радіологія, № 1, 1987.

MICROMODULAR RADIOMETER FOR THEMPERATURE MONITORING DURING MICROWAVE HYPERTHERMIA TREATMENT

Nedbaylo Yu. A.

‘Scientific-Research Institute for Radio Engineering Measurements’ Joint-Stock Company Kharkiv -61118, Box 1118, Ukraine phone: +380 (572) 269541 e-mail nedbaylo@niiri. kharkov. com

Abstract – A micromodular radiometric thermometer is described for thermal monitoring during intracavitary microwave hyperthermia treatment with ALMHP-01 Radmir apparatuses.

I.  Introduction

The paper discusses the design of an inexpensive radiometer based on front-end RFICs for implementation in the microwave hyperthermia ALMHP-01 Radmir apparatuses. This design allows for the capabilities of microwave hyperthermia equipment to be expanded and for radiometers to be used in monitoring internal body temperatures during treatment.

II.  Main part

The device under review is integrated into the ALMHP- 01 apparatuses and allows for temperature monitoring during hyperthermia treatment. The microwave radiometer schematic is presented in Fig. 1.

The radiometer has been built using a switching straight- amplification receiver circuit. The operating frequency is 915MHz, frequency range – 100MHz, fluctuation sensitivity – approximately 0.05 °C at a 1 s integration time x. A half-way dipole coaxial emitter ALMHP-01 device is used for a radiometer antenna. The temperature is measured during momentary power-offs of the generator GU. A modulator M alternately feeds the signals from the antenna A or standard resistor R to the LNA input at a 1 kHz frequency. A temperature difference signal is fed from the radiometer output to a PC to be displayed as temperature chart. The microwave device used for temperature monitoring operates in the 25…75 °C range with an accuracy no less than ±1 °C. The RF2403 and RF2306 ICs manufactured by the RF Micro Devices are implemented here. Using the radiometer for temperature monitoring allows for hyperthermia modes to be selected and for traumatic effects of microwave heating on urethral channel to be reduced.

III.  Conclusion

The paper shows the possibility of a cost-effective built-in radiometer solution for a temperature monitoring application. Technical aspects of radiometric temperature control associated with microwave hyperthermia are discussed. Along with reduced costs, the device offers expanded capabilities.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»