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Strahler für die therapeutische Behandlung im elektromagnetischen
Strahlungsfeld Die Erfindung betrifft einen Strahler für die therapeutische Behandlung
im elektromagnetischen Strahlungsfeld von Zentimeter- oder Dezimeterwellen, bestehend
aus einem parabolischen oder kegelstumpfförmigen, metallischen oder metallisierten,
tiefen Reflektor und einer in dessen Achse angeordneten Wendelantenne als Strahlerelement.
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Bei der Hochfrequenztherapie, die mit Zentimeter-oder Dezimeterwellen
arbeitet, werden handliche Strahler benutzt, die die Hochfrequenzenergie mehr oder
weniger stark gebündeft abstrahlen und sie auf eine vorgegebene Fläche des zu behandelnden
Körpers konzentrieren. In- der Praxis werden für diesen Zweck vorwiegend Strahler
verwendet, die aus einem metallischen Reflektor bestehen, in welchen ein geeignetes
Strahlerelement angeordnet ist. Für das Strahlerelement sind schon verschiedene
Ausbildungen vorgeschlagen worden, deren Zweckmäßigkeit unter anderem von der jeweils
benutzten Frequenz und dem Applikationszweck abhängt. Zu diesen bekanten Vorschlägen
gehört~beispièlsweise die Ausbildung des Strahlerelementes als strahlende Leckerleitung,
als einfacher Dipol und als zylindrische Wendel antenne.
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Außer der Abstrahlung eines einigermaßen gebündelten Hochfrequenzfeldes
muß ein für die Hochfrequenztherapie geeigneter Strahler aber noch einige weitere
Bedingungen erfüllen; zu diesen Bedingungen gehört in erster Linie die Forderung
nach einer geringen Rückwirkung bei Änderungen des Abstandes des bestrahlten Körperteiles
vom Strahler. Das bedeutet, daß sich der Fußpunktwiderstand des Strahlers möglichst
wenig ändert, wenn man den Abstand des Strahlers von der zu behandelnden Körperstelle
vergrößert oder verkleinert. Eine geringe Abhängigkeit des Fußpunktwiderstandes
von dem Abstand des Strahlers von dem zu behandelnden Objekt ist aber wichtig, weil
jede solche .2inderung die Anpassung des Strahlers stören kann. Jede Störung der
Anpassung wiederum kann zu unerwünschten Rückwirkungen auf den Hochfrequenzgenerator
führen und den Wirkungsgrad des Strahlers verschlechtern.
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Außerdem soll der Strahler die Eigenschaft haben, daß sich seine
Belastung, insbesondere bei der Bestrahlung von Extremitäten, wie Armen und Beinen,
nicht mit seiner relativen Lage zum bestrahlten Körperteil ändert. Alle diese Voraussetzungen
erfüllt das bekannte Strahlerelement nach Art einer Wendelantenne verhältnismäßig
gut. Die Wendelantenne als Strahlerelement hat aber den Nachteil, daß ihre Abmessungen
in Richtung der Abstrahlung verhältnis-
mäßig groß sind. Die axiale Länge der Wendel
und der Durchmesser des Reflektors müssen etwa gleich der benutzten Wellenlänge
sein. Das würde, ins- -besondere bei Benutzung großer Wellenlängen, zu unhandlich
großen Strahlern führen. So müßte beispielsweise ein Strahler mit einer Wendelantenne
als Strahlerelement für ein Therapiegerät, -das mit einer Wellenlänge von 69 cm
(etwa 433 MHz) arbeitet, untragbare Dimensionen annehmen. Für solche Fälle kann
daher die an sich günstige Wendelantennne als Strahlerelement nicht angewendet werden.
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Die Erfindung schlägt nun einen neuartigen Strahler für die Hochfrequenztherapie
vor, der noch günstigere Eigenschaften als ein Strahler mit einer Wendelantenne
aufweist und außerdem den Vorteil hat, daß seine Abmessungen wesentlich kleiner
als die eines Strahlers mit einer Wendelantenne als Strahlerelement sind.
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Zu diesem Zweck wird ein Strahler der eingangs genannten Art, bestehend
aus einem parabolischen oder kegelstumpfförmigen, metallischen oder metallisierten,
tiefen Reflektor und einer in dessen Achse angeordneten Wendelantenne als Strahlerelement,
dadurch verbessert, daß gemäß der Erfindung als Strahlerelement eine aus der Nachrichtentechnik
bekannte, sich konisch erweiternde Wendelantenne, die aus einer auseinandergezogenen,
von einem Leiter gebildeten Spirale oder aus einer auseinandergezogenen, aus zwei
solchen ineinandergeschachtelten, um 180° gegeneinander versetzten Spiralen gebildeten
Doppelspirale besteht, verwendet ist, daß . dieses
Strahlerelement
aus mindestens fünf Windungen besteht, mit seinem erweiterten Ende in die Abstrahlrichtung
weist und das erweiterte Wendelende einen Durchmesser von annähernd i/s der Betriebswellenlänge
hat, wobei die Tiefe des Reflektors annähernd /n bis 1/5 der Betriebswellenlänge
beträgt.
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Konische Wendelantennen, die aus einer einfachen Spirale auseinandergezogen
sind und deren erweitertes Ende in die Abstrahlrichtung des Reflektors weist, werden
in der Nachrichtentechnik bereits verwendet.
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Auch konische Wendelantennen, die aus zwei ineinandergeschachtelten,
um 1800 gegeneinander versetzten Spiralen gebildeten Doppelspiralen bestehen und
deren kleineres Ende in die Abstrahlrichtung weist, sind aus der Nachrichtentechnik
her bekannt.
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Aus dieser Tatsache geht aber nicht hervor, daß solche Strahler für
die therapeutische Behandlung im elektromagnetischen Strahlungsfeld von Zentimeter-oder
Dezimeterwellen ganz besonders günstig sind, weil sie ein ganz unerwartetes Maß
an Rückwirkungsfreiheit zeigen, das noch über dasjenige der bekannten zylindrischen
Wendelantenne hinausgeht.
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Das Problem der Rückwirkungsfreiheit tritt ja in der - Nachrichtentechnik
-überhaupt nicht auf, weil hier die Antennen in den freien Raum strahlen und irgendwelche
Einflüsse eines bestrahlten Gegenstandes auf den Strahler nicht eintreten können.
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Der Fußpunktwiderstand des erfindungsgemäßen Strahlers ist von Abstand,
Größe und Art des bestrahlten Gegenstandes in hohem Maße unabhängig.
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Auch mit der Frequenz ändert sich dieser Fußpunktwiderstand nur wenig.
Dies ist bei der Hochfreauenztherapie von Bedeutung, weil sich die Frequenz des
Hochfrequenzgenerators, der im allgemeinen keine besonderen Stabilisierungsmittel
aufweist, mit der Belastung, also in Abhängigkeit von der Art und dem Abstand des
bestrahlten Körpers, in gewissen Grenzen ändert. Um aber in der Praxis eine konstante
Leistungsabgabe des Strahlers zu erzielen, ist es wichtig, daß der Fußpunktwiderstand
des Strahlers in gewissen Grenzen von der Frequenz möglichst unabhängig ist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Strahlers sind seine sehr
kleinen Abmessungen, so daß er auch für niedrige Frequenzen empfehlenswert ist.
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Dieser Umstand macht den Strahler für die Hochfrequenztherapie mit
einer Wellenlänge von 69 cm (433 Milz) sehr gut geeignet.
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Das erweiterte Ende der konischen Wendelanfenne hat einen äußeren
Durchmesser von nur ungefähr einem Drittel der angewendeten Wellenlänge. Da der
Durchmesser des Reflektors nicht nennenswert größer als dieser Durchmesser der Wendel
antenne zu sein braucht, liegt auch dieser in der Größenordnung von t/a der Betriebswellenlänge.
Für die Tiefe des Revektors genügt ein Wert von annähernd tIn bis t/s der Betriebswellenlänge.
Derartige kleine Abmessungen sind mit anderen bekannten Strahlern, auch nicht mit
einem zylindrischen Wendeistrahler zu erreichen.
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Die konisch auseinandergezogene Spirale oder Doppelspirale des erfindungsgemäßen
Strahlerelementes kann beispielsweise aus Draht, aus Band oder aus einem anderen
elektrischen Leiter geeigneter Art gebogen oder gewickelt sein. Die Windungszahl
der Spirale bzw. jeder Spirale der Doppelspirale soll mindestens fünf betragen,
damit die Feldstärke am Rand des Strahlerelementes bereits wieder ausreichend klein
geworden ist. Das äußere Ende der Spi-
rale bzw. die äußeren Enden der Doppelspirale
können entweder offen oder mit dem Reflektor verbunden sein.
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Von besonderer Bedeutung ist die geeignete Ankopplung des Strahlerelementes
des erfindungsgemäßen Strahlers an die die Hochfrequenzenergie vom Generator zuführende
Leitung. Diese Leitung wird in der Praris meistens eine Koaxialleitung sein.
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Wenn das erfindungsgemäße Strahlerelement eine einfache Spirale ist,
kann man das innere Ende der Spirale mit dem Innenleiter der Koaxialleitung verbinden.
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Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht aber dahin, daß beim erfindungsgemäßen
Strahler das innere Ende der Spirale bzw. die beiden inneren Enden der Doppelspirale
mit »Masse« bzw. dem Außenleiter einer die Hochfrequenzenergie zuführenden Koaxialleitung
verbunden ist bzw. sind, während der Innenleiter der Koaxialleitung mit einem Punkt
der Spirale bzw. einer Spirale der Doppelspirale verbunden ist, der einen Abstand
von ungefähr R/4 oder weniger von dem inneren Ende der Spirale hat.
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Diese Art der Ankopplung hat den Vorzug, daß man durch Wahl des Verbindungspunktes
der Spirale mit dem Innenleiter der Koaxialleitung sowie durch Wahl des Blindwiderstandes
dieser Verbindungsleitung den Strahler an die Koaxialleitung anpassen kann.
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Bei einem aus einer Doppelspirale bestehenden Strahlerelement werden
bei dieser Art der Ankopplung die beiden Einzelspiralen im Gegentakt erregt.
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Es entsteht zwar eine gewisse Unsymmetrie der beiden Einzelspiralen,
die jedpch durch ungleiche Längen der Einzelspiralen wieder ausgeglichen werden
kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Strahlers dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Frontalansicht des Strahlers mit
von dem Reflektor abgenommener Schutzkappe und Fig.2 einen axialen Längsschnitt
durch den Strahler.
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Der Strahler besteht aus einem metallischen Reflektor 6; der etwa
die Fonn eines Rotationsparaboloids hat. Der Reflektor 6 ist in der Abstrahlungsrichtung
offen und hier durch eine Schutzkappe 7 aus Isolierstoff abgedeckt. Die Schutzkappe
7 dient zur unteren Begrenzung des Abstandes von dem zu behandelnden Gegenstand
und damit auch der Rückwirkung.
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Unter der Achse des Reflektors 6 ist ein Strahlerelement angeordnet,
das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine aus zwei Einzelspiralen 1 und
2 bestehende Doppelspirale ist, die nach Art einer sich konisch erweiternden Wendel
auseinandergezogen ist. Aus der Zeichnung geht hervor, wie die beiden spiegelbildlich
gleichen Einzelspiralen 1 und 2 so ineinandergelegt sind, daß immer abwechselnd
auf eine Windung der Spirale 1 eine Windung der Spirale 2 und umgekehrt folgt. Die
äußeren Enden der Einzelspiralen 1 und 2 sind in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
offen, könnten aber auch mit dem metallischen Reflektor 6 verbunden sein. Das innere
Ende 8 der Spirale 1 und das innere Ende 9 der Spirale 2 sind mit dem Außenleiter
3 einer Koaxialleitung 10 verbunden, die den Reflektor 6 in axialer Richtung durchdringt
und mittels einer nur schematisch angedeuteten Steckvorrichtung 12 mit
einem
nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator verbunden werden kann.
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Der Innenleiter 4 der Koaxialleitung 10 ist über eine Verbindungsleitung
5 mit einem Punktll der Einzelspirale 2 verbunden, dessen elektrischer Abstand von
dem inneren Ende 9 der Spirale 2 ungefähr 44 oder weniger ist. Durch entsprechende
Wahl des Punktes 11, d. h. seines elektrischen Abstandes vom inneren Ende9, sowie
durch geeignete Wahl des Bhndwiderstandes der Verbindungsleitung 5 kann die richtige
Anpassung des Strahlerelementes an die Koaxialleitung erfolgen. Statt mit der Spirale
2 könnte der Innenleiter 4 der Koaxialleitung 10 über die Verbindungsleitung S auch
mit einem Punkt der Einzelspirale 1 verbunden sein, dessen Abstand von ihrem inneren
Ende 8 44 oder weniger beträgt. Die Unsymmetrie der Ankopplung über dieVerbindungsleitung
5 kann leicht durch ungleiche Längen der Einzelspiralen 1 und 2 ausgeglichen werden.