PL2425794T3

Electromagnetic field applicator array with integral field sensors for implicit correction of mutual coupling and mismatch

Abstract

This record has no abstract on file.

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today

1 claim: 1 independent, 0 dependent

  1. 1
    Patent claims Zastrzeżenia patentowe 1. A system for generating a predetermined distribution of an electromagnetic field in a defined volume or area, comprising a multi-channel source of power (18) at radio or microwave frequencies, a system (19) of elements (26) generating an electromagnetic field connected to said multi-channel source of power (18) or microwave, and a controller (27) feedback-coupled to control a source of power (18) at radio or microwave frequencies to obtain the desired electromagnetic field generated by each of said elements (26) so that the superimposition of the fields generated by said elements (26) generating the electromagnetic field produces the pre-replaced determined distribution of the electromagnetic field in the said determined volume, the feedback information for the controller (27) is the amplitude and phase of the electromagnetic field generated by each of the generating elements, with current or electrical sensors, magnetic or electromagnetic field sensors (4) are integrated with each of the elements (26) generating an electromagnetic field to determine directly the excitation of the element and thus indirectly the amplitude and phase of the electromagnetic field generated by each of the generating elements (26), the system further comprising many measuring devices (20), each measuring device (20) being interconnected with at least one respective sensor (4) and thus integrated with the associated generating element (26) comprising said at least one suitable sensor (4) integrated therein for determining and deriving the amplitude and phase of the signal from said at least one respective sensor (4) and thus the electromagnetic field generated by said associated element (26). 1. Układ do wytwarzania wstępnie ustalonego rozkładu pola elektromagnetycznego w zdefiniowanej objętości lub obszarze, obejmujący wielokanałowe źródło prądu (18) o częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych, układ (19) elementów (26) generujących pole elektromagnetyczne połączonych ze wspomnianym wielokanałowym źródłem prądu (18) o częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych, oraz sterownik (27) zwrotnie sprzężony do kontrolowania źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych dla uzyskania pożądanego pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez każdy z wymienionych elementów (26) tak że nałożenie pól wytwarzanych przez wymienione elementy (26) generujące pole elektromagnetyczne wytwarza wymieniony wstępnie ustalony rozkład pola elektromagnetycznego w wymienionej ustalonej objętości, przy czym informacją sprzężoną zwrotnie dla sterownika (27) jest amplituda oraz faza pola elektromagnetycznego generowanego przez każdy z elementów generujących, przy czym czujniki prądu lub elektryczne, magnetyczne lub elektromagnetyczne czujniki (4) pola są zintegrowane z każdym z elementów (26) generujących pole elektromagnetyczne dla wyznaczania bezpośrednio wzbudzenia elementu oraz w ten sposób pośrednio amplitudy oraz fazy pola elektromagnetycznego generowanego przez każdy z generujących elementów (26), przy czym układ obejmuje ponadto wiele urządzeń pomiarowych (20), przy czym każde urządzenie pomiarowe (20) jest wzajemnie połączone z co najmniej jednym odpowiednim czujnikiem (4) oraz w ten sposób jest zintegrowane z powiązanym elementem generującym (26) zawierającym wymieniony co najmniej jeden odpowiedni czujnik (4) zintegrowany w nim, dla wyznaczania oraz wyprowadzania amplitudy oraz fazy sygnału z wymienionego co najmniej jednego odpowiedniego czujnika (4) oraz w ten sposób pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez wymieniony powiązany element (26). The system according to claim The electromagnetic field generating element (26) is a conductor or slot (26) based on antenna elements or coils. Układ według zastrz. 1, w którym elementami (26) generującymi pole elektromagnetyczne jest przewodnik lub szczelina (26) na bazie elementów anteny lub cewek. 3. The system according to claim 1 or claim 2, wherein the multichannel radio frequency current source (18) is provided with control means for individually controlling amplitudes and phases (8) for producing individually controlled radio frequency output signals (11). 3. Układ według zastrz. 1 albo zastrz. 2, w którym wielokanałowe źródło prądu (18) o częstotliwościach radiowych jest dostarczone wyposażone w środki sterowania do indywidualnego sterowania amplitudami oraz fazami (8) dla wytwarzania indywidualnie kontrolowanych sygnałów wyjściowych (11) o częstotliwości radiowych. 4. The system according to any of claims 1-3, in which each electromagnetic field generating element (26) is provided with a power connection (3), to which the RF output signal (11) of the multichannel RF source (18) and the integrated sensors are listed (4) for measuring the phase and amplitude of the current flowing in a metal element or field in an element based on the slots (2), which is an analogue to the current in a metal element, wherein the sensor output is an electrical signal, which is a measure of the exchanged current or field. 4. Układ według dowolnego z zastrz. 1-3, w którym każdy element (26) generujący pole elektromagnetyczne jest wyposażony w przyłącze (3) zasilania, do którego jest stosowany sygnał wyjściowy (11) prądu o częstotliwościach radiowych wielokanałowego źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych oraz w wymienione zintegrowane czujniki (4) do pomiaru fazy oraz amplitudy prądu płynącego w elemencie metalowym lub pola w elemencie opartym o szczeliny (2), które jest analogiem do prądu w elemencie metalowym, przy czym sygnałem wyjściowym czujników jest sygnał elektryczny, który jest miarą wymienionego prądu lub pola. 5. The system according to claim 2 or 4, in which the elements (26) generating the electromagnetic field are arranged in a system (19) configured in such a way that each element (26) can be excited by the output power (11) with the radio frequency of one channel of the multi-channel power source (18) on radio frequencies and in such a way that the electrical signal from the integrated sensors (4) of the field generating elements (26) is proportional to the radio frequency current or proportional to the field in the case of slit-based elements (26). 5. Układ według zastrz. 2 albo 4, w którym elementy (26) generujące pole elektromagnetyczne są usytuowane w układzie (19) skonfigurowanym w taki sposób, że każdy element (26) może być wzbudzany przez moc wyjściową (11) o częstotliwości radiowej jednego kanału wielokanałowego źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych oraz w taki sposób, że sygnał elektryczny ze zintegrowanych czujników (4) elementów (26) generujących pole jest proporcjonalny do prądu o częstotliwościach radiowych lub proporcjonalny do pola w wypadku elementów (26) opartych o szczeliny. 6. The system according to claim The device of claim 5, wherein the integrated sensors (4) provide a direct indication of the relative amplitude and phase of the electromagnetic field generated by the respective electromagnetic field generating element (26) in the presence of mutual coupling between the components, so as to ensure that the delivered fields are monitored in the presence of mutual coupling. 6. Układ według zastrz. 5, w którym zintegrowane czujniki (4) dostarczają bezpośredniego wskazania względnej amplitudy oraz fazy pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez odpowiedni element (26) generujący pole elektromagnetyczne w obecności wzajemnego sprzęgnięcia między elementami, tak aby zapewnić kontrolowanie dostarczanych pól w obecności wzajemnego sprzęgnięcia. 7. A system according to any one of the preceding claims, wherein the measuring device (20) is an in-phase / quadrature (IQ) demodulator (14) or a vector voltmeter, wherein the multiplication of the measured electrical signals by the calibration factor provides quantification of the electromagnetic field generated by each individual element (26) generating an electromagnetic field. 7. Układ według dowolnego z poprzednich zastrz., w którym urządzeniem pomiarowym (20) jest In-phase / kwadraturowy (IQ) demodulator (14) lub woltomierz wektorowy, przy czym mnożenie zmierzonych sygnałów elektrycznych przez współczynnik kalibracji dostarcza kwantyfikacji pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez każdy indywidualny element (26) generujący pole elektromagnetyczne. 8. The system according to any of claims 1-7, in which each electromagnetic field generating element (26) is integrated into the channel of the associated measuring device (20) to form an integrated module, so that each module is provided with an individual identity or serial number, so that calibration data can be smoothly assigned for each electromagnetic field generating element, the integrated modules can be replaced to enable quick repair and / or service, and wherein the individual identity provides automatic detection of various devices and assignment of calibration data. 8. Układ według dowolnego z zastrz. 1-7, w którym każdy element (26) generujący pole elektromagnetyczne jest zintegrowany z kanałem powiązanego urządzenia pomiarowego (20) dla utworzenia zintegrowanego modułu, tak że każdy moduł jest wyposażony w indywidualną tożsamość lub numer seryjny, tak że dane kalibracji mogą być płynnie przypisane do każdego elementu generującego pole elektromagnetyczne, zintegrowane moduły mogą być wymieniane dla umożliwienia szybkiej naprawy i/lub serwisowania, oraz przy czym indywidualna tożsamość zapewnia automatyczną detekcję różnych urządzeń oraz przypisywanie danych kalibracji. 9. The system according to any of claims 2, 4, 5 or 6, in which the feedback-coupled controller (27) makes it possible to correct the amplitude and phase (8) of each individual channel of the multichannel current source (18) with radio frequencies in such a way that currents or fields in the case of element slot elements ( 26) generating an electromagnetic field detected by the sensors (4) and measured by the measuring device (20) are desired currents or fields. 9. Układ według dowolnego z zastrz. 2, 4, 5 albo 6, w którym sterownik (27) sprzężony zwrotnie umożliwia korygowanie amplitudy oraz fazy (8) każdego indywidualnego kanału wielokanałowego źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych w taki sposób, że prądy lub pola w przypadku elementów szczelinowych elementu (26) generującego pole elektromagnetyczne wykrywane przez czujniki (4) oraz mierzone przez urządzenie pomiarowe (20) są prądami lub polami pożądanymi. 10. The system according to any of claims 1-9, adapted to concentrate energy at radio frequencies in one or more dielectric objects or one or more areas of one or more dielectric objects, to excite atoms, molecules or cellular structures or to increase the temperature in said one or more objects or one or more areas inside a dielectric object or objects. 10. Układ według dowolnego z zastrz. 1-9, przystosowany do skupiania energii o częstotliwościach radiowych w jednym lub większej liczbie obiektów dielektrycznych lub jednym lub większej liczbie obszarów wymienionych jednego lub większej liczby dielektrycznych obiektów, dla wzbudzenia atomów, molekuł lub struktur komórkowych lub dla podwyższenia temperatury w wymienionych jednym lub większej liczbie obiektów lub jednym lub większej liczbie obszarów wewnątrz dielektrycznego obiektu lub obiektach. 11. The system according to claim 9. The controller of claim 9, wherein the controller (27) is configured to compensate for mutual coupling and mismatch between elements generating the electromagnetic field without explicit knowledge and calculations based on mutual coupling and mismatch. 11. Układ według zastrz. 9, w którym sterownik (27) jest skonfigurowany do kompensowania wzajemnego sprzęgania oraz niedopasowania między elementami generującymi pole elektromagnetyczne bez wyraźnej wiedzy oraz obliczeń opartych o wzajemne sprzęganie oraz niedopasowanie. 12. The system according to claim 11, configured to compensate for changes in mutual coupling and mismatch due to the presence of dielectric or metal objects, in particular the patient, a water bolus (25) or supporting structures or due to a change in the position of these objects using the said electrical signal from the integrated sensors (4) of the elements (26) generating the field being proportional to the total excitation current with radio frequencies in each element (26) including mutual coupling excitations and reflections. 12. Układ według zastrz. 11, skonfigurowany do kompensowania zmian we wzajemnym sprzęganiu oraz niedopasowaniu z powodu obecności obiektów dielektrycznych lub metalowych, w szczególności pacjenta, bolusa wodnego (25) lub struktur wspierających lub z powodu zmiany w pozycji tych obiektów z zastosowaniem wymienionego sygnału elektrycznego ze zintegrowanych czujników (4) elementów (26) generujących pole będące proporcjonalne do całkowitego prądu wzbudzenia o częstotliwościach radiowych w każdym elemencie (26) łącznie ze wzbudzeniami wzajemnego sprzęgania oraz odbić. 13. The system according to claim 12, configured to determine reciprocal engagement and mismatch, described in the form of a coupling matrix, a system (19) of elements (26) generating an electromagnetic field directly by excitation (11) of each element (26) generating an electromagnetic field in turn through one channel of a multi-channel source of radio frequency (18) and the use of currents or fields measured by all measuring devices ( 20) from all integrated sensors (4) to determine said coupling matrix. 13. Układ według zastrz. 12, skonfigurowany do wyznaczania wzajemnego sprzęgnięcia oraz niedopasowania, opisanych w postaci macierzy sprzęgania, układu (19) elementów (26) generujących pole elektromagnetyczne bezpośrednio poprzez wzbudzanie (11) każdego elementu (26) generującego pole elektromagnetyczne po kolei przez jeden kanał wielokanałowego źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych oraz używanie prądów lub pól zmierzonych przez wszystkie urządzenia pomiarowe (20) ze wszystkich zintegrowanych czujników (4) dla wyznaczenia wymienionej macierzy sprzęgania. 14. The system according to claim 13 configured to use a coupling matrix to calculate the initial amplitudes and phases of the output signals (11) of a multichannel current source (18) at radio frequencies and currents or fields measured by measuring devices (20) from current sensors (4) or integral fields with elements (26) generating an electromagnetic field and to use a feedback controller (27) to fine-tune the system to provide the desired currents or fields in the elements (26) generating electromagnetic field. 14. Układ według zastrz. 13, skonfigurowany do użycia macierzy sprzęgania do obliczania początkowych amplitud oraz faz sygnałów wyjściowych (11) wielokanałowego źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych oraz prądów lub pól mierzonych przez urządzenia pomiarowe (20) z czujników (4) prądu lub pola integralnych z elementami (26) generującymi pole elektromagnetyczne oraz do zastosowania sterownika (27) sprzężonego zwrotnie do dokładnego dostrojenia układu dla zapewnienia pożądanych prądów lub pól w elementach (26) generujących pole elektromagnetyczne. 15. The system according to any of claims 1-14, in which each radio frequency output (11) from a radio frequency power source (18) can be connected to any of the individual components (26) generating an electromagnetic field and which is configured to use an integrated current or field sensor (4) to determine which radio frequency output (11) of the radio frequency power source (18) is connected to which electromagnetic field generating element and to define the correct mapping between the output (11) and the element (26). 15. Układ według dowolnego z zastrz. 1-14, w którym każde wyjście (11) częstotliwości radiowych ze źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych może być połączone z dowolnym z indywidualnych elementów (26) generujących pole elektromagnetyczne oraz który jest skonfigurowany do użycia zintegrowanego czujnika (4) prądu lub pola do ustalania, które wyjście (11) częstotliwości radiowych źródła prądu (18) o częstotliwościach radiowych jest połączone z którym elementem generującym pole elektromagnetyczne oraz do definiowania poprawnego mapowania między wyjściem (11) oraz elementem (26). Foundation of Research on Information Technologies in Society (IT'IS Foundation), Foundation of Research on Information Technologies in Society (IT'IS Foundation), Switzerland Szwajcaria Pełmocnik:Pełmocnik: EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726 EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726 EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726 Phase and amplitude control Sterowanie fazą oraz amplitudą Controller Sterownik Controller Sterownik Controller 11 Sterownik 11 Fig. 3, Fig. 3, Phase and amplitude control Sterowanie fazą oraz amplitudą Phase and amplitude control Sterowanie fazą oraz amplitudą Frequency reference Odniesienie częstotliwościowe Ϊ-. Ϊ-. ---13 ---13 EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726 Fig. 4 Fig. 4 Electric output Elektryczne wyjście EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726 Γ .. “Λ Phase and amplitude detector l<Slotted antenna with recess at the back Γ..“Λ Detektor fazy oraz amplitudy l< Antena szczelinowa z wnęką z tyłu Phase and amplitude control Sterowanie fazą oraz amplitudą Controller Sterownik Frequency reference Odniesienie częstotliwościowe Applicator system Układ aplikatora Measuring rail Szyna pomiarowa Measurement controller Sterownik pomiaru Fig. 5 Fig. 5 HSH - ,1'-'· Źródło prądu RF HrlnnkJL HSH -,1'-' · RF Power Source HrlnnkJL Control computer Komputer sterowania EP 2 425 794 B1 EP 2 425 794 B1 Z-13726 Z-13726