專利名稱：：用于醫(yī)學切除的微波天線的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)學切除的微波天線。特別地，涉及一種適合于心臟切除的天線。在進一步的方面中，還涉及用于制造這種天線的方法。
背景技術：
：心臟由三種類型的心臟組織構成心房肌、心室肌和特化的激勵和傳導組織。心臟的心房和心室肌通常同步地激動。每個心臟周期開始于由位于右心房后壁內的竇房(SA)結產生動作電位。這些動作電位通過特化的傳導組織擴展到整個心房肌，產生收縮。動作電位通常不是直接從心房肌擴散到心室肌。而是，在心房肌肉組織內傳導的動作電位到達房室(AV)結及其相關纖維，它們接收并延遲脈沖。來自AV結的電位被傳導到His-普肯野(HIS)肌束，該結構將脈沖攜帶到心室肌肉組織，導致它們伴隨著心房肌的收縮而同步收縮。心律失常是一個用于表示心臟跳動不規(guī)則的術語。心率失常通常是由于在心臟房室內形成了不正常的電連接或回路。例如，心率失?；芈房梢試@靜脈或者動脈形成。心率的不正常增加被稱作突發(fā)性心動過速。這可能是由于心房、AV結、HIS肌束或者心室內的過敏性病灶(irritablefocus)造成的。心動過速可能是由于再進入機制(re-entrantmechanism)發(fā)起和維持的，或者可能是通過反復引灼一個孤立的病灶導致的。心房纖維性顫動發(fā)生于心臟的心房內，更特別地，發(fā)生于存在肺靜脈的區(qū)域。它是一種最常見的具有高致死率的心率失常。在80歲以上的老年人群中，發(fā)病率為大約10％。中風的全部患者中，在他們到達醫(yī)院時，有三分之一處于心房纖維性顫動。心房纖維性顫動導致通往大腦的心耳(atria)凝結，從而導致中風。如果患者在心臟病發(fā)作之后進入心房纖維性顫動，則致死率加倍。全部患有心房纖維性顫動的患者中，如果不進行治療，則中風或類似問題的風險率為大約每年5％。每年，全球有數百萬人受到心率失常的影響。許多人能夠接受治療并且沒有生命危險，然而美國每年仍然聲稱有大約500,000人死于此。目前的醫(yī)療護理依賴于藥物治療，其成功率最高為50％。而且，這些患者可能會受到來自藥物治療的副作用，有時甚至是威脅生命的副作用的困擾。切除心率失常的回路是一種成功的用于恢復正常心率的方法。許多不同的切除方式都可以用于切除心率失常的回路。心臟切除涉及利用熱在心肌組織內產生一個傷口，并且被成功地用于切除心率失常的回路。在切除之前，繪制心臟電激勵序列圖形，從而定位心率失常的位點或者附屬支路。一種過時的切除方法是使用高壓直流除纖維顫動器放電。這種方法需要全身麻醉，并會破壞某些心臟組織。最近，導管心臟切除成為了一種重要的治療心率失常、心臟雙心率失常(cardiacdiarrhythmia)和心動過速的方法。該治療方法涉及將導管引入到靜脈中，并操縱它到達心臟。然后通過導管將切除系統(tǒng)引入到待被切除組織的切除源位置。射頻(RF)導管切除系統(tǒng)利用數百kHz范圍的頻率作為切除能源，并且目前可以獲得各種基于RF的導管和電源用于電生理學。然而，RF會具有幾種限制，包括能量在表面組織內快速消散，導致傷口較淺，從而不能到達更深層的心率失常組織。另一個限制是，在能量發(fā)射電極上有形成凝結的危險。使用光能和超聲能作為切除源也獲得了有限的成功。微波能也已經被提出。然而，已經證實，使用導管切除極難以治療心房心率失常，因為它需要產生足夠長且足夠深的線形傷口，以便在兩個傳導結之間提供絕緣的通道。如果不能形成有效而連續(xù)的線形傷口，那么心臟的不良電信號可能會發(fā)現可替換的路徑。這會在該程序之后導致心率失常的重新發(fā)生。
發(fā)明內容本發(fā)明是一種用于醫(yī)學導管切除的微波天線，包括具有內導體、外導體和電介質絕緣體的傳輸線，電介質絕緣體在內和外導體之間提供絕緣。能量發(fā)射天線元件位于傳輸線的遠端用于發(fā)射微波能。該天線元件的內導體電耦連傳輸線的內導體，并且電介質絕緣體套包圍內導體。一個導電帽電連接內導體的遠端，并且該帽圍繞一定長度的絕緣體。帽的尺寸是確定的，以便在天線元件和傳輸線之間提供阻抗匹配。合適的阻抗匹配不僅使反射最小化，而且能夠在天線元件內建立駐波，其有助于產生高能量的內場?？梢源_定金屬帽的特殊尺寸，包括如下的一個或多個帽的長度被帽包圍的絕緣體套的長度帽的半徑(由絕緣體確定的內徑)天線元件構進傳輸線的端部，并且帽可以被焊接在傳輸線的內導體上，以便保證與天線的高度的物理完整性。特別地，可以從傳輸線的遠端除去第一長度的外導體以便產生天線元件?？梢詮脑撨h端除去更短長度的電介質絕緣體，從而暴露一定長度的用于固定帽的內導體。在該實例中，待確定的尺寸可以進一步包括暴露在絕緣體套的遠端與帽之間的內導體的長度。在一個實施例中，天線元件可以配備有多個沿著長度方向以狹縫分隔的導電環(huán)，例如銅或金。特別地，它可以包括沿著絕緣套的長度交替布置的絕緣環(huán)和導電環(huán)。絕緣環(huán)用于分隔導電環(huán)。第一個絕緣環(huán)被放置用于分隔鄰近的導電環(huán)與傳輸線的外導體，最后一個被放置用于分隔最后一個導電環(huán)與帽。在該配置中，可以確定一個或多個如下的附加尺寸導電環(huán)的寬度狹縫(絕緣環(huán))的寬度外導體末端與帽之間天線元件的長度。導電環(huán)可以包括傳輸線留在原位(insitu)的外導體。帽可以用一個分離的導電環(huán)制成。導電環(huán)和它們之間狹縫的尺寸同時影響從每個狹縫發(fā)射的微波能的振幅和相位。結果，可以對它們進行選擇以確定近場(near-field)分布的形狀。使全部的導電環(huán)具有相同的尺寸，它們之間的狹縫也具有相同的尺寸，可以沿著天線元件的長度產生均勻的近場分布。一個最佳的配置可以是，導電環(huán)的寬度是它們之間狹縫寬度的兩倍。這種狹縫配置的一個優(yōu)點是，在保持均勻的近場分布的同時，天線元件的長度能夠加長或縮短，使其能夠理想地為心房纖維性顫動的治療產生線形傷口。由圍繞帽的絕緣體的尺寸產生的電介質負載可以被優(yōu)化，從而保證近場終止于天線的尖端，而不是傳輸線/天線元件連接點。這可以防止在切除程序期間使傳輸線變熱。通過在狹縫和環(huán)尺寸中引入不均勻性，近場能夠向前或者向后定向。朝著天線的尖端逐漸增加狹縫和環(huán)的尺寸能夠產生前向引灼(firing)的天線。這能夠產生有利于治療，例如心動過速，的點狀傷口(spotlesion)。朝著天線的尖端逐漸減小狹縫和環(huán)的尺寸能夠產生反向引灼天線。這對于當天線的尖端處于不需要加熱的位置時是有用的。在可選擇實例中，天線元件可以加以彎曲，從而形成一個開放的環(huán)(loop)，其取向使其沿著橫斷傳輸線縱軸的方向延伸。這種天線能夠產生，例如圍繞肺靜脈的圓形傷口。在這種配置中，可以確定一個或多個如下的尺寸絕緣體套在彎曲開始之前的直長度，傳輸線與開放環(huán)之間的彎曲半徑，開放環(huán)與彎曲開始處之間的垂直距離，開放環(huán)的半徑，不被絕緣體套包圍的帽的長度，帽頂部與傳輸線之間的垂直距離。這種天線的尺寸確定了近場的形狀。近場終止于天線的尖端，以及天線元件/傳輸線連接點。當原位位于靜脈內時，能夠通過血流的冷卻效應降低不良的傳輸線/天線元件連接點的加熱。該天線可以進一步包括一個至少圍繞天線元件的特氟綸套。這保證了電安全性和生物相容性。天線通過將傳輸線饋給穿過導管被引入到切除位置。該天線可以進一步包括一個溫度傳感器，用于感測被天線切除的組織的溫度。微波發(fā)生器能夠以2.45GHz或者任何其它合適的頻率傳遞能量。還能夠提供計算機控制系統(tǒng)以監(jiān)視切除處理和控制微波發(fā)生器。微波導管心臟切除為經藥物治療無效的心率失?；颊呋蛘咛撊醵荒苓M行開心手術的患者提供一種可選擇的治療方式。其提供的治療能夠有效地進行開心手術，而不需要相關的外傷和術后強化護理。該微波天線可以用于切除、高熱和凝結治療。利用微波頻率的能量進行組織切除具有許多優(yōu)點，其中一個就是，微波能可以在天線與心肌之間不存在物理接觸的情況下被傳遞到心肌。在進一步方面中，本發(fā)明是一種用于制造用于醫(yī)學導管切除的微波天線的方法，該微波天線在使用時布置在傳輸線的末端，包括具有內導體和絕緣體圍繞套的能量發(fā)射天線元件。該方法包括如下步驟在天線元件的遠端形成一個導電帽，從而使其包圍一定長度的絕緣體套；將導電帽電耦連于天線元件的內導體；和確定帽的尺寸，從而在天線元件與傳輸線之間提供阻抗匹配?，F在將參考本發(fā)明的兩個實例，其中圖1(a)是穿過同軸環(huán)狹縫陣列天線的縱向剖面圖。圖1(b)是圖1(a)天線的端視圖。圖1(c)是圖1(a)天線的分解圖。圖2(a)是顯示跨越圖1天線的每個相應狹縫的標準化近場的簡圖。圖2(b)是顯示圖1天線反射系數的簡圖。圖2(c)是顯示圖1天線標準化SAR水平的簡圖。圖2(d)是顯示圖1天線E場矢量的圖示。圖2(e)是圖1天線的測量和模擬反射系數的簡圖。圖2(f)是顯示圖1天線的測量和模擬輸入阻抗的簡圖。圖2(g)是顯示圖1天線的測量溫度分布的簡圖。圖2(h)是顯示在各種功率設定下在各個深度測得的溫度的簡圖。圖2(i)是顯示對于不同的功率水平在各個深度獲得的最大溫度的簡圖。圖3(a)是平行環(huán)形天線的圖示。圖3(b)是圖3(a)天線的頂視圖。圖3(c)是圖3(a)天線的端視圖。圖3(d)是圖3(a)天線的右視圖。圖4(a)是圖3天線在X-Y平面的E場矢量的圖示。圖4(b)是圖3天線在X-Z平面的E場矢量的圖示。圖4(c)是環(huán)半徑對圖3天線的反射系數的影響的簡圖。圖5是圖解產生傷口的步驟的流程圖。圖6是顯示切除方式的框圖。圖7是固定功率固定時間(FPFT)切除方式的流程圖。圖8是溫度調節(jié)微波切除方式的流程圖。圖9(a)，(b)和(c)是用于三種不同切除方式的功率傳送波形的簡圖。圖10是C/V工作循環(huán)(dutycycle)脈沖切除方式的溫度和功率波形的簡圖。圖11是溫度調節(jié)脈沖切除方式的溫度和功率波形的簡圖。具體實施例方式同軸環(huán)狹縫陣列(CRSA)天線圖1顯示了用于心臟切除的同軸環(huán)狹縫陣列(CRSA)天線10的配置圖。天線10具有同軸電纜傳輸線11和形成于傳輸線11的遠端的天線元件12。同軸電纜包括內導體13、外導體14和在內導體13與外導體14之間提供絕緣的特氟綸電介質絕緣體15。絕緣體15的直徑為大約3mm，導體為大約0.91mm。通過首先在同軸電纜上除去長度為Ll+Lt+Lix的外導體14暴露出絕緣體15的套16，在傳輸線的遠端形成天線元件12。在天線元件12的遠端，除去較短長度Lix的特氟綸絕緣體套16，暴露出等長度的內導體13，即17。銅環(huán)18用直徑為rhc的銅管制成，且環(huán)的寬度為Rw。用寬度為Sw的特氟綸材料制成類似的電介質絕緣環(huán)19。出于簡化目的，只在圖1(c)中顯示了電介質隔離環(huán)19。第一電介質隔離物19滑動到暴露的絕緣體上，接著是第一銅環(huán)18。這使銅環(huán)18與外導體14電絕緣。然后重復這個程序，直到所有的電介質隔離物19和銅環(huán)18都處于各自位置，并且所有的銅環(huán)18均彼此絕緣。當最后一個絕緣環(huán)滑動到天線元件的遠端時，特氟綸套延伸超出這些環(huán)一小段距離Lt，即“攝動距離”。為了密封遠端，用中空的銅帽20部分地包圍特氟綸套，但使其遠端延伸超出特氟綸套的端部。然后，帽20的遠端和內導體13的暴露長度17均用焊槍加以預熱，然后將焊接劑熔化在環(huán)與內導體之間的中空部分21內。當焊接劑冷卻時，它將內導體與帽熔合在一起，并且帽被部分地填充電解質絕緣體。帽20整合到內導體的端部。在外導體14的末端與帽20之間，有一個天線元件12，其由被輻射發(fā)射狹縫間隔的銅環(huán)構成。帽20可以用其中一個銅環(huán)制成。天線用TFLEX-402柔性同軸電纜構建。在圖1(a)中可見，環(huán)18和19的半徑與同軸電纜外導體的半徑相同。在該圖中，帽的半徑也似乎與外導體相同。這允許容易地通過導管將天線插入到心臟。圖1(b)顯示的帽半徑可以比電纜大，因為這是一個可變的尺寸。特氟綸套(未顯示)包圍整個天線12從而完成整個結構。圖1(a)和1(b)顯示了該天線的結構參數固定尺寸●rl同軸電纜內導體的半徑，●rtTPFE電介質的半徑，●r0同軸電纜外導體的半徑，可變尺寸●rhc帽半徑，●Sw銅環(huán)之間狹縫(絕緣環(huán))的寬度，●Rw銅環(huán)的寬度，●Lix絕緣體套的遠端與帽之間暴露的內導體的長度，●Lt被帽包圍的絕緣體套的延伸長度，●Ll外導體和帽之間的天線元件的長度，●CL帽的長度。對于天線元件上任何給定的長度(由所需傷口的長度確定)，另一個可變的參數是環(huán)的數目N，其總共造成N+1個狹縫。環(huán)和狹縫的數目必須加以選擇以便獲得均勻的近場分布。為每個長度和環(huán)與狹縫的組合確定帽的尺寸。圖2(a)顯示了從多個源獲得的激勵。跨天線中每個狹縫的標準化近場分布還顯示出，沿著天線元件的長度，近場分布的大小只有小的改變。狹縫之間的間隔確定了微波輻射的相位，因此確定了其主方向。均勻的近場振幅和相分布產生了近場內的一致輻射，從而形成了線形形狀的傷口。迭代程序使用一個迭代程序確定CRSA天線結構參數的尺寸。首先，使用迭代程序獲得CRSA天線狹縫和環(huán)的最佳尺寸。天線用于產生線形傷口，調節(jié)CRSA天線的長度使之適合于傷口的長度；在本實例中，天線的長度被選擇為20mm。圖2(b)顯示了狹縫和環(huán)尺寸的改變對CRSA天線反射系數的影響。使用了5個不同的組合以獲得最佳的狹縫和環(huán)尺寸，從而獲得最低的天線回波損耗。組合如表1所示。表1用于獲得圖2(b)所示CRSA天線的反射系數的狹縫和環(huán)組合從圖2(b)可以看出，具有兩個大狹縫和一個大環(huán)(組合1)的CRSA天線不是有效的發(fā)射天線，因為它在2.45GHz下具有高能量反射。隨著環(huán)和狹縫數目的增加，有可能將2.45GHz下的CRSA天線反射降低到最小值。通過使用迭代程序，發(fā)現狹縫和環(huán)的最佳寬度為，環(huán)2mm，狹縫1mm。這如圖2(b)的組合5所示，其清晰地給出了在2.45GHz下的最低反射率。應當指出，在確定了狹縫和環(huán)的尺寸之后，要根據狹縫和環(huán)的最后尺寸調節(jié)帽的尺寸。對于每個5狹縫-環(huán)組合的帽尺寸如表2所示。表2帽尺寸(mm)圖2(c)顯示了圖2(d)CRSA天線的標準化特異吸收率(SAR)水平。能夠看出，跨CRSA天線的整個長度，SAR水平基本上保持平坦。當描繪近場流時，即E場矢量，也能夠看到這種平坦的特征，見圖2(d)。能夠看出，跨越每個狹縫的E場流非常平坦，借此產生均勻分布的SAR。還應當指出，通過優(yōu)化位于CRSA天線末端的帽內的電介質負載的尺寸，有可能使E場終止于天線的尖端，而不是同軸電纜/天線連接點。這保證了同軸電纜在切除程序期間不會被不良地加熱。圖2(e)顯示了CRSA天線的模擬和測量反射系數。顯然，利用優(yōu)化的狹縫、環(huán)和電介質帽尺寸，在2.45GHz的工作頻率下，CRSA天線給出了非常低的反射。這表明，CRSA天線能夠有效而高效地將微波能量耦合到心肌內。該圖所示CRSA天線的另一個特征是，它顯示了寬3dB的阻抗帶寬。包圍組織的電介質性能可以隨著溫度而改變從而導致天線性能變化，這一點是重要的。通過保證CRSA天線具有寬的3dB阻抗帶寬，這些改變不會降低CRSA天線的功效。圖2(f)顯示了CRSA天線跨1-5GHz頻率范圍的模擬和測量輸入阻抗。能夠看出，CRSA天線在2.45GHz下的輸入阻抗非常接近50Ω的源阻抗。因為優(yōu)化的CRSA天線與微波發(fā)生器的輸入阻抗相匹配，所以它能夠沒有太多反射地輸送微波能量。CRSA天線的最終優(yōu)化尺寸如表3所列。表3最終CRSA天線參數尺寸(mm)CRSA天線熱分析圖2(g)顯示了CRSA天線在80瓦輸入功率下的時空熱分布。能夠看出，在施加微波能量20秒之后，探針到達的溫度是80度。這表明，CRSA能夠有效地將微波能量施加到心肌內，借此降低切除的持續(xù)時間。圖2(h)顯示了利用不同的功率設定同時持續(xù)時間為30秒時，心肌組織各種深度下的測量溫度。能夠看出，利用100瓦的外加功率(菱形線)，組織表面的溫度接近85℃。溫度隨著組織深度的增加而逐漸降低。在深入心肌10mm處，利用100、80、60、40和20瓦獲得的溫度分別為59℃，57℃，55℃，48℃和39℃。從該功率-溫度曲線能夠看出，60瓦的輸入功率足以使CRSA天線獲得不可逆的透壁傷口。另外，輻射不可以不必要地加熱周圍的組織。同樣從圖2(h)可以顯見，隨著功率從40瓦增加到60瓦，組織內可獲得的溫度之間存在差異。由于優(yōu)良的阻抗匹配，外加功率增加50％，心肌組織表面的溫度增加大約15℃，深入組織10mm處的溫度增加8℃。天線的這種熱性質是期望的，因為這意味著，CRSA天線適合于寬范圍的熱治療應用。因為60瓦或更大的外加功率的熱曲線超過55℃，所以能夠向CRSA天線施加高功率從而產生壞死組織，同時能夠向CRSA天線施加較低的功率設置(40瓦或者更低)用于高熱應用。最后，圖2(i)顯示了對于不同的功率設定在心肌組織內1，4，7和10mm處記錄的溫度。再一次，利用60瓦功率，所記錄的溫度已經超過了55℃，這意味著，60瓦是用于組織壞死的CRSA天線的最佳功率設定。場變化跨均勻間隔的狹縫和金屬環(huán)產生均勻激勵的能力被進一步開發(fā)，以限定由CRSA天線產生的近場分布的形狀。通過在導電與絕緣環(huán)尺寸中引入不均勻性，能夠增大朝向CRSA尖端的E場水平，同時通過使用窄的狹縫和環(huán)尺寸使天線/電纜連接點附近的E場水平最小化。狹縫和環(huán)的尺寸隨著接近CRSA天線的尖端而逐漸增加。這里有效地使CRSA天線成為前向引灼天線。通過反轉CRSA天線上狹縫和環(huán)的尺寸能夠獲得對近場分布的相反的影響。對于產生在室性心動過速治療中使用的短線形傷口以及點形傷口，前向引灼天線是有利的。對于在天線/電纜連接點附近而不是朝向天線的尖端產生傷口，反向引灼天線是有利的，這對于當例如天線的尖端延伸到應當使加熱最小化的區(qū)域時是有利的。其中一個實例是，在為治療心房纖維性顫動切除房室結期間，天線的尖端延伸超過了三尖瓣數值。平行環(huán)(PL)天線平行環(huán)(PL)天線30的配置如圖3(a)-3(d)所示，用和圖1相同的指代數字表示相應的結構。該天線用于產生圍繞肺靜脈的圓形傷口。其稱作平行環(huán)天線，是因為環(huán)形天線部分的中心軸31平行于同軸電纜的軸32。PL天線的結構參數是固定尺寸●rl同軸電纜內導體的半徑，●rtTPFE電介質的半徑，●r0同軸電纜外導體的半徑，可變尺寸●rhc帽半徑，●D1帽頂與傳輸線之間的垂直距離，●D2開放環(huán)與彎曲開始處之間的垂直距離，●D3彎曲開始之前的絕緣體套的直長度，●Lix絕緣體套的遠端與帽之間暴露的內導體的長度，●Lt被帽包圍的絕緣體套的延伸長度，●D5未包圍絕緣體套的帽的長度(D5＝DT-D4)，●L1外導體和帽之間的天線元件的長度，●Cl帽的長度，●Lir開放環(huán)的半徑●Br傳輸線與開放環(huán)之間的彎曲半徑可變參數如前地利用迭代程序加以確定。環(huán)形天線被設計成產生圍繞整個環(huán)形元件但沿著同軸電纜部分延伸非常小的近場。這一特征使環(huán)形天線能夠產生沿著肺靜脈壁的圓形傷口。近場被限制在PL天線環(huán)形元件部分的證據如E場流的矢量描圖所示，見圖4(a)和(b)。在X-Y平面上能夠看出，從PL天線的環(huán)形部分發(fā)射的E場使用帽作為返回路徑。遠離環(huán)形天線饋給部分，圍繞環(huán)形天線的大部分區(qū)域暴露于相同水平的SAR。這由于如下事實而成為可能，即如E場所示，圍繞環(huán)形天線部分的區(qū)域非常平坦。直接圍繞PL天線的區(qū)域具有非常高水平的SAR，大部分熱量產生于此。SAR值隨著離開PL天線環(huán)形部分的距離的增加而快速降低，并且當E場到達離開PL天線的最遠點時，SAR值已經降低到小于50％，在用于切除的短時內，這不足以對組織產生任何不可逆的傷口。直接圍繞肺靜脈的區(qū)域被加熱，而肺靜脈外部的組織雖然也被加熱，但是不會對肺靜脈外部的組織產生不可逆的傷口，這是PL天線的一個理想的安全特征。另一方面，從環(huán)形天線彎曲部分發(fā)射的近場使用同軸電纜/天線連接點作為返回路徑，這正如如所預期。由于PL天線的復雜性，需要兩個返回路徑以便將近場限制在PL天線的環(huán)形部分。盡管使用電纜/天線連接點作為部分近場的返回路徑能夠導致圍繞電纜/天線連接點區(qū)域形成熱點，但是肺靜脈內的血流速度足夠高，從而能夠對PL天線提供足夠的冷卻。迭代程序為了產生這種結果，使用迭代程序對該PL天線進行優(yōu)化。PL天線有許多可變的結構參數，且全部都能夠被優(yōu)化。為了加速優(yōu)化程序，PL天線的迭代優(yōu)化程序被分成兩個部分。首先，優(yōu)化開放環(huán)的半徑Lir。獲得各種環(huán)尺寸的反射系數，見圖4(c)，其根據開放環(huán)的半徑描繪了PL天線的反射系數。從圖4(c)顯見，環(huán)的尺寸強烈地影響環(huán)形天線的反射系數。有兩個局部最小值，但是因為16mm的直徑對于插入到肺靜脈中是過大的，所以Lir選擇為9mm。一旦獲得了環(huán)的最佳尺寸，迭代程序便繼續(xù)根據環(huán)部分獲得的尺寸優(yōu)化彎曲半徑Br。然后優(yōu)化PL天線的帽。其它的尺寸，例如彎曲之前暴露的絕緣體的量D3和帽中絕緣體和內導體的量，對天線的回波損耗具有直接影響，也要加以優(yōu)化。PL天線環(huán)形部分彎曲開始之前離開電纜/天線連接點的距離，由于結構的限制被限定為不小于3mm且不超過10mm。微波切除系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)圖5顯示了用于產生傷口的程序。首先，通過微波發(fā)生器產生微波能，50。然后通過微波天線12和同軸電纜將能量傳遞到心肌組織，52。部分傳遞的能量被心肌組織吸收，部分傳遞的能量在周圍材料中被反射或者喪失，54。然后，被組織吸收的能量導致組織溫度增加，56，達到產生組織壞死的點，58，隨后形成傷口。接口卡接口卡將微波發(fā)生器的遙控接口，見表4，連接于筆記本電腦，從而自動監(jiān)視前向/反射功率、切除持續(xù)時間和發(fā)生器的開關。使用一系列接口將微波發(fā)生器連接于筆記本電腦，從而加以遙控。表4遙控接口引腳分配為了保護筆記本電腦免受可能由來自負載的反射功率導致的功率沖擊，筆記本電腦利用位于數字數據線和兩個模擬前向和反射功率監(jiān)視線上的光隔離器晶體管與微波發(fā)生器隔離。為了提供足夠的電流以驅動光隔離器以及接口卡中的多路復用器開關，從微波發(fā)生器的引腳俘獲+15伏特的DC。使用電壓調節(jié)器提供經過調節(jié)的+5伏DC，從而供給光隔離器和多路復用器開關。接口卡還提供一個RS-232終端以連接溫度測量系統(tǒng)，用于記錄和監(jiān)視切除期間的溫度。為筆記本電腦提供圖形用戶界面?？刂坪捅O(jiān)視軟件圖6顯示了微波切除控制和監(jiān)視軟件的機構。微波能量傳遞到心肌的方式取決于心臟病專家選擇的切除模式。第一種切除模式60需要微波發(fā)生器輸出一個預定水平的能量達預定的時間。參考圖7，設定功率輸出。一個模擬測量計顯示實際的傳遞功率。為了增加功率傳遞模式的靈活性，功率能夠實時地增加或降低。即使微波發(fā)生器能夠產生250瓦，但出于安全的原因，最大的功率輸出仍然電子地限制在100瓦。然后以秒為單位設定切除持續(xù)時間，72。類似于功率設定，在切除期間能夠根據心臟病專家的決定實時地增加或降低總切除時間。一旦限定了功率和時間，便可以按下運行/停止引灼開關，74，從而開始切除前檢查序列，76。切除前檢查序列包括檢查功率設定是否高于80瓦，78，和時間是否超過60秒，80。如果檢測到了這種組合，那么便發(fā)出警報，并且心臟病專家需要驗證輸入的功率/時間組合，82。如果心臟病專家證實功率/時間設定是正確的，84，那么程序繼續(xù)進行并開始切除程序。在切除期間對組織溫度進行實時顯示。然而，另一方面，如果沒有接到確認，那么程序則終止，86。一旦程序進入到切除階段，88，程序便持續(xù)執(zhí)行直到到達預定的切除持續(xù)時間，90，然后程序，從而切除程序，終止，92。應當指出，運行/停止開關還起到緊急停止開關的功能，其電子地絲線連接于空位鍵(spacebar)。一旦切除程序終止，便將記錄的溫度和功率時間設定一起保存在筆記本電腦的局部硬盤內，用于保存記錄，并且如果需要的話進行進一步的分析。在切除期間，記錄的溫度用于監(jiān)視組織溫度。如果溫度超過預定的水平，即使切除時間沒有到達，程序也會終止，從而停止切除程序。這是一個必須的安全條件，從而組織溫度不會過熱以便避免撕開或者燒焦心肌組織。第二種模式61是，根據固定的或者可變的工作周期(dutycycle)將能量脈沖傳遞到心肌。提供一個數字溫度讀出器。功率傳遞的工作周期能夠通過為開啟時間和關閉時間輸入合適的持續(xù)時間加以設定。在開啟時間期間，將微波能傳遞到心肌，在關閉時間期間，微波發(fā)生器處于備用模式。在脈沖切除程序開始之前也使用切除前檢查序列。第三種模式62是，在理想組織溫度的上下限內調節(jié)被傳遞的能量。圖8顯示了控制算法。上下溫度表示額外的控制參數，其需要被輸入，100，以實現這種方式。軟件還連續(xù)地監(jiān)視，102，和顯示，104，組織溫度。在切除期間，106，監(jiān)視組織溫度，108，看其是否接近或者超過溫度上限(UTT)。如果確實如此，則向微波發(fā)生器發(fā)出停止微波能量傳遞的指令，110。當接到該指令時，微波發(fā)生器切換到備用模式。當組織溫度降低到溫度下限(LTT)時，112，向微波發(fā)生器發(fā)出再次開始能量傳遞的指令。當接到該指令時，發(fā)生器開始向心肌傳遞微波能。該周期持續(xù)進行，直到切除時間結束。最后，第四種模式，63，允許心臟病專家完全手動地進行控制。在此能量傳遞模式下，微波發(fā)生器能夠或者通過前面板或者通過遙控筆記本電腦加以操作。另外，取消切除前檢查。然而在切除期間，仍然記錄并保存溫度數據，用于保存記錄和后處理目的。不同切除模式對傷口尺寸的影響圖9顯示了與切除模式有關的功率傳遞波形。手動模式的功率傳遞波形沒有顯示，因為傳遞到心肌的功率取決于心臟病專家對切除系統(tǒng)的操作。圖9(a)顯示了固定功率固定時間(FPFT)切除模式的功率波形。對于FPFT模式，顯然，需要以特定的時間將功率傳遞到心肌。這是最通常使用的切除模式，因為它能夠以非常短的時間傳遞大量能量，從而以更寬的傷口為代價獲得深度傷口。如果大量組織需要切除，則這種類型的切除模式是有用的。為了減小傷口的寬度，應當允許冷卻組織中不直接被微波能量加熱的區(qū)域。實現這一目的一個方法是在能量傳遞期間引入一系列的關閉周期，如圖9(b)所示。C/V工作周期的溫度和功率傳遞波形使切除模式呈脈沖方式。從圖10可以看出，在最初的功率傳遞期間，允許溫度上升直到達到組織溫度的上限(UTT)，其預定為90℃。一旦達到預定的組織溫度，便開始工作周期并脈沖產生微波能量。圖9(b)所示的功率波形具有的工作周期為5∶3，也就是說，微波發(fā)生器開啟5秒鐘而后關閉3秒鐘。注意，該切除模式中的預定溫度只能夠通過物理地調節(jié)程序編碼加以改變。從圖10顯見，允許在微波發(fā)生器處于備用(關閉)模式期間冷卻組織溫度，因此溫度降低。這具有一個效應，即不直接被微波能量加熱的組織不會被加熱太多，從而減小了由熱傳導導致的傷口寬度增加。能量傳遞脈沖的工作周期能夠是恒定的，也就是50％開啟時間和50％關閉時間，或者是可變的，如本實例所示。盡管脈沖的功率傳遞模式能夠減小傷口的寬度，但是這會以延長切除時間為代價。這是由于如下的事實，即為了獲得與使用FPFT切除方式相同的傷口深度，需要更長的時間。圖9(c)顯示了時間調節(jié)脈沖切除模式的功率傳遞波形。與圖9(b)的功率傳遞波形相似，本模式中的微波能量通過脈沖的方法加以傳遞。C/V工作周期脈沖調節(jié)與溫度調節(jié)方式之間的差異在于，不需要用于脈沖整形(train)的工作周期。而是，限定組織溫度的上下限(分別為UTTT和LTTT)。這如圖11所示。在最初的功率傳遞階段，允許溫度上升直到UTTT，然后微波發(fā)生器進入備用模式，借此停止功率傳遞。一旦筆記本電腦探測到溫度降低到LTTT值之下，則微波發(fā)生器切換回開啟位置，并再次開始功率傳遞。使用溫度調節(jié)功率傳遞模式的優(yōu)點是，傳遞到心肌組織的功率能夠適合于組織溫度的狀態(tài)。例如，由于開始微波輻射產生的高熱能，當溫度達到UTTT狀態(tài)時，微波發(fā)生器處于關閉狀態(tài)的時間變得更長。當組織溫度降低到接近或者低于LTTT狀態(tài)時，微波發(fā)生器處于開啟狀態(tài)的時間自動被調節(jié)，從而保持組織溫度在UTTT和LTTT之間波動。如果UTTT設定在90℃，例如圖10所示，那么切除會產生影響。如果UTTT設定在大約45℃，那么該系統(tǒng)能夠用于如下的應用，例如用于治療癌癥的高熱。另外，如果UTTT和LTTT值彼此接近，那么微波發(fā)生器能夠受控傳遞功率，使溫度位于由UTTT和LTTT限定的溫度內。這利用其它類型的切除模式是不可能的。該方法的另一個優(yōu)點是，與先前討論的其它方法相比，功率的傳遞依賴于心肌組織的冷卻條件。如果心肌組織的冷卻增加，則微波發(fā)生器處于開啟狀態(tài)的時間將多于關閉狀態(tài)。另一方面，如果組織的冷卻受阻，則微波發(fā)生器處于關閉狀態(tài)的時間將多于開啟狀態(tài)。當UTTT和LTTT之間的溫度差異降低時，利用溫度調節(jié)功率傳遞模式，組織溫度能夠保持在預定的溫度。表5顯示了利用三種功率傳遞模式獲得的傷口尺寸。表5三種功率傳遞模式的傷口比較為了獲得深度和寬度尺寸都大的傷口，FPFT是最佳的方法。然而，如寬度深度比列(W∶D)所示，FPFT還具有最大的W∶D比，意味著用FPFT方法產生的傷口的寬度比深度大得多。這種類型的功率傳遞模式非常適合于需要切除大量心率失常組織的心室內切除。另一方面，C/V工作周期脈沖(C/V脈沖)切除模式能夠獲得寬度深度比為1的W∶D比，借此減小對圍繞心率失常組織的組織不必要的損傷。然而這需要以延長切除時間為代價。溫度調節(jié)脈沖(TM脈沖)切除模式采用最長的時間獲得7mm深度的傷口。然后，它具有最低的寬度深度比，表明用TM脈沖功率傳遞模式產生的傷口的深度大于寬度，這完美地適合于圍繞心率失常組織的組織很少且應當保留的心房內切除。本領域的技術人員會意識到，在不背離本發(fā)明廣義的精神或范圍的前提下，可以對特殊實施例中顯示的本發(fā)明進行大量的變動和/或修改。因此目前的實施例只是考慮作為例證而不具有限制作用。權利要求1.一種用于醫(yī)學切除的微波天線，包括具有內導體、外導體和在內和外導體之間提供絕緣的電介質絕緣體的傳輸線，以及位于傳輸線的遠端用于發(fā)射微波近場的能量發(fā)射天線元件；其中該天線元件具有電耦連于傳輸線內導體的內導體，和圍繞內導體的電介質絕緣體套；并且其中一個導電帽電連接內導體的遠端，且該帽包圍一定長度的絕緣體套，帽的尺寸被確定為使得在天線元件和傳輸線之間提供阻抗匹配。2.根據權利要求1的天線，其中金屬帽的特定尺寸被確定為包括如下的一個或多個帽的長度；被帽包圍的絕緣體套的長度；和帽的半徑。3.根據權利要求1或2的天線，其中天線元件構建進傳輸線的端部，并且帽被固定在傳輸線的內導體上。4.根據權利要求3的天線，其中從傳輸線的遠端除去第一長度的外導體以便產生天線元件。5.根據權利要求4的天線，其中從該遠端除去更短長度的電介質絕緣體，從而暴露一定長度的用于固定帽的內導體。6.根據權利要求5的天線，其中待確定的尺寸進一步包括暴露在絕緣體套的遠端與帽之間的內導體的長度。7.根據前述任何一個權利要求的天線，其中天線元件配備有多個沿著長度方向以狹縫彼此分隔的導電環(huán)。8.根據權利要求7的天線，其中天線元件包括沿著絕緣套的長度交替布置的絕緣和導電環(huán)。9.根據權利要求8的天線，其中確定一個或多個如下的尺寸導電環(huán)的寬度狹縫的寬度外導體端部與帽之間天線元件的長度。10.根據權利要求7、8或9的天線，其中導電環(huán)由外導體環(huán)構成。11.根據權利要求7、8或9的天線，其中帽用一個導電環(huán)制成。12.根據權利要求7-11中任何一個的天線，其中導電環(huán)和它們之間的狹縫的尺寸被加以選擇以確定近場分布的形狀。13.根據權利要求12的天線，其中全部的導電環(huán)具有相同的尺寸，并且它們之間所有的狹縫具有相同的尺寸。14.根據權利要求13的天線，其中導電環(huán)的寬度是它們之間狹縫寬度的兩倍。15.根據權利要求12的天線，其中狹縫和環(huán)的尺寸朝著天線的尖端逐漸增加，形成前向引灼天線。16.根據權利要求12的天線，其中狹縫和環(huán)的尺寸朝著天線的尖端逐漸減小，形成反向引灼天線。17.根據前述任何一個權利要求的天線，其中由被帽包圍的絕緣體的尺寸所產生的電介質負載被確定為保證近場流終止于天線的尖端，而不是傳輸線/天線元件連接點。18.根據權利要求1-6中任何一個的天線，其中天線元件被彎曲從而形成一個開放環(huán)，其取向使其橫斷傳輸線的縱軸延伸。19.根據權利要求18的天線，其中通過迭代程序確定一個或多個如下的尺寸絕緣體套在彎曲開始之前的直長度，傳輸線與開放環(huán)之間的彎曲半徑，開放環(huán)與彎曲開始處之間的垂直距離，開放環(huán)的半徑，不被絕緣體套包圍的帽的長度，帽頂部與傳輸線之間的垂直距離。20.根據前述任何一個權利要求的天線，其中天線包括一個至少圍繞天線元件的特氟綸套。21.根據前述任何一個權利要求的天線，其中天線通過饋送傳輸線穿過導管而被引入到切除位置。22.根據前述任何一個權利要求的天線，其中天線進一步包括一個溫度傳感器，用于感測被天線切除的組織的溫度。23.根據權利要求22的天線，其中微波發(fā)生器以2.45GHz傳遞能量。24.根據前述任何一個權利要求的天線，進一步包括一個計算機控制系統(tǒng)，用于監(jiān)視切除處理和控制微波發(fā)生器。25.一種用于制造用于醫(yī)學切除的微波天線的方法，該微波天線包括一個具有內導體和絕緣圍繞套并在使用時位于傳輸線端部的能量發(fā)射天線元件；其中該方法包括如下步驟在天線元件的遠端形成一個導電帽，從而使其圍繞一定長度的絕緣體套；將導電帽電耦連于天線元件的內導體；和確定該帽的尺寸以在天線元件與傳輸線之間提供阻抗匹配。26.根據權利要求25的方法，其中確定帽尺寸的步驟包括如下步驟確定帽的長度；確定被帽包圍的絕緣體套的長度；和確定帽的半徑。27.根據權利要求26或27的方法，其中天線元件被構建在傳輸線的端部，且帽被固定于傳輸線的內導體。28.根據權利要求27的方法，其中從傳輸線的遠端切除第一長度的傳輸線外導體，從而建立一個天線元件。29.根據權利要求28的方法，其中從遠端切除較短長度的傳輸線電介質絕緣體，從而暴露一定長度的內導體用于固定帽。30.根據權利要求29的方法，包括如下步驟在確定帽的尺寸步驟之前，確定絕緣體套的遠端與帽之間暴露的內導體的長度。31.根據權利要求25-30中任何一個的方法，進一步包括用沿著其長度以狹縫彼此隔離的導電環(huán)配置天線元件的步驟。32.根據權利要求31的方法，包括用絕緣環(huán)使導電環(huán)彼此隔離的步驟。33.根據權利要求32的方法，在確定帽尺寸步驟之前包括如下的步驟確定導電環(huán)的寬度；確定狹縫的寬度；和確定外導體端部與帽之間天線元件的長度。34.根據權利要求31、32或33的方法，其中導電環(huán)由傳輸線的外導體環(huán)構成。35.根據權利要求31、32或33的方法，其中帽用導電環(huán)制成。36.根據權利要求31-35中任何一個的方法，包括選擇導電環(huán)及它們之間狹縫的尺寸從而確定近場分布形狀的步驟。37.根據權利要求36的方法，其中全部的導電環(huán)具有相同的尺寸，它們之間全部的狹縫具有相同的尺寸。38.根據權利要求37的方法，其中導電環(huán)的寬度是它們之間狹縫寬度的兩倍。39.根據權利要求36的方法，其中狹縫和環(huán)尺寸向著天線的尖端逐漸增加，從而形成前向引灼天線。40.根據權利要求36的方法，其中狹縫和環(huán)的尺寸向著天線的尖端逐漸降低，從而形成后向引灼天線。41.根據權利要求25-40中任何一個的方法，包括確定由被帽包圍的絕緣體尺寸產生的電介質負載的步驟，從而保證近場流結束于天線的尖端而不是傳輸線/天線元件連接點。42.根據權利要求25-30中任何一個的方法，進一步包括使天線元件彎曲的步驟，從而形成一個開放環(huán)，其取向使其橫斷傳輸線的縱軸延伸。43.根據權利要求41的方法，進一步包括在確定帽尺寸之前確定一個或多個如下尺寸的步驟確定彎曲開始之前的絕緣體套的直長度；確定傳輸線與開放環(huán)之間的彎曲半徑；確定開放環(huán)與彎曲開始處之間的垂直距離；確定開放環(huán)的半徑；確定帽頂部與傳輸線之間的垂直距離。44.根據權利要求25-43中任何一個的方法，進一步包括將天線元件包封在特氟綸套內的步驟。45.一種控制通過微波切除器件在組織中產生的傷口的深度寬度比的方法，包括如下步驟a)向天線提供微波能；b)測量鄰近天線的組織的溫度；c)當測得溫度達到第一預定溫度時，停止向天線提供微波能；和d)當測得溫度降低到第二預定溫度時，重新開始向天線提供微波能。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于心臟切除的微波天線(10)。特別地，涉及一種適合于導管切除的天線。該天線包括具有內導體(13)、外導體(14)和電介質絕緣體(15)的傳輸線(11)，電介質絕緣體在內和外導體之間提供絕緣。能量發(fā)射天線元件(12)位于傳輸線的遠端。該天線元件的內導體(17)電耦連傳輸線的內導體，包圍內導體的電介質絕緣體套(16)以傳輸線絕緣體的形式延伸。在其遠端，一個中空的金屬帽(20)電連接內導體，并包圍一定長度的絕緣體。在進一步的方面中，還涉及制造這種天線的方法。文檔編號A61N5/02GK1784183SQ200480012174公開日2006年6月7日申請日期2004年3月26日優(yōu)先權日2003年3月26日發(fā)明者邱恒茂,阿南達·M.·薩納格瓦瑞普,斯圖爾特·P.·托馬斯,戴維·L.·羅斯,鄧肯·J.·R·蓋申請人:悉尼科技大學