脈沖微波針灸儀的原理與制作

微波針灸儀是將現(xiàn)代的微波技術與古老的針灸技術相結合的新型醫(yī)用治療儀器，具有中國特色。它除了有傳統(tǒng)的針療作用外，還有微波的熱效應、非熱效應，電磁場效應以及穴位效應。進行微波針灸，用針少，對一些頑固性疾病，如三叉神經(jīng)痛、坐骨神經(jīng)痛和面癱等療效顯著。常用的微波針灸儀都屬于連續(xù)波針灸儀，其缺點是透熱深度淺，用螺旋線輻射頭作斜刺有困難。本儀器采用脈沖式微波，能彌補上述缺點。

一、設計原理

人體組織吸收微波能量后引起的溫度上升是有條件的。只有當微波能量超過一定功率，使局部組織吸收的微波能量所轉換成的熱量多于該組織區(qū)域內(nèi)新陳代謝、血液循環(huán)以及環(huán)境流散(傳導、對流、擴散)所帶走的熱量時，才會引起該局部組織的溫度升高。微波能量進入人體某一組織(例如肌肉組織)后，能量將很快地衰減。提高透熱深度的最佳方法是不降低工作效率，也不增加輸入功率，而采用平均功率與原連續(xù)波功率相同的脈沖調(diào)制微波功率。脈沖微波針灸儀就是根據(jù)上述原理設汁而成的。

二、結構與電路

微波針灸儀在總體結構上采用中心供電形式，即將直流電源、調(diào)制電路與微波振蕩電路分別裝在各自的機盒中。直流電源與調(diào)制電路可提供3--4路的通道。微波振蕩源結構緊湊，可置于病員附近，以減少高頻電纜對微波功率的損耗。就目前所用的高頻同軸電纜而言，每米約有1.5dB的損耗。如將電纜縮短到80cm，相當于提高功率電平30％。這對小功率的振蕩源而言是相當可觀的。為保證輸出功率的穩(wěn)定，該機采用高穩(wěn)定度的直流電源。微波信號的工作頻率為915MHz，從微波生物效應特性可知，1000MHz左右的微波信號對人體的影響較大，可以起到較好的治療作用。無論從微波對人體的穿透深度、聚焦特性來說，還是從人體對微波的吸收特性、發(fā)熱效率來說，該頻率都是適宜的。微波振蕩器電路原理如圖1所示，電路采用分布參數(shù)與集中參數(shù)相結合的共基極克拉潑電路形式。

高頻功率晶體管VT1選用3DA89C，其截止頻率可達1300MHz，功率為7.5W。R1和R2選用金屬膜電阻，分別為10Ω和470Ω，RP1為2.2kΩ電位器。L1、L2，L3都是高頻扼流圈，都用Φ0.5mm漆包線在Φ2mm圓柱形絕緣體上繞10圈。C1為3300pF穿心電容器，C2為22pF瓷介電容，C3為1pF~6pF空氣可變電容器。

微帶線X1與X2都起阻抗變換作用。X1用厚1.5mm，寬10.8mm、長20mm的聚四氟乙烯印刷電路板構成。X2用厚1.5mm、 長35mm， 頭尾寬度分別為20.25mm和4.125mm的聚四氟乙烯印刷電路板構成指數(shù)微帶線。

單路直流電源的原理如圖2所示。該電路為高穩(wěn)定性直流電源，為微波信號源電路供電。穩(wěn)定直流輸出電壓為-28V。脈沖調(diào)制是本機的重要組成部分，用來調(diào)制微波功率的輸出。脈沖信號能使晶體管VT1達到可靠截止與工作兩種狀態(tài)，還需注意調(diào)節(jié)脈沖工作頻率與占空比。用5G1555作脈沖信號發(fā)生器，其電路如圖3所示，主要由一塊時基集成電路5G1555組成。 工作頻率選擇為100Hz、400Hz、700Hz和1000Hz幾種，占空系數(shù)為1.0％-90％連續(xù)可調(diào)。輸出的平均功率幅值依靠脈沖工作頻率與占空系數(shù)來調(diào)節(jié)。與針灸銀針連接的輻射頭，也采用微帶結構。帶線長度根據(jù)所用材料、介質(zhì)厚度等初步計算確定并通過實驗調(diào)整。

實驗中，控制輻射頭的駐波系數(shù)小于15。為減少環(huán)境輻射泄漏，在微帶線外覆以薄銅皮屏蔽。用微型同軸微帶接頭通過細電纜與信號源連接。