專利名稱：包括探針用于測(cè)量患者組織中的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括探針用于測(cè)量患者組織中的諸如溫度梯度、熱導(dǎo)或熱容之類的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療保健中，有益的是能夠在各種過(guò)程期間區(qū)別不同的組織。這種過(guò)程的一個(gè)實(shí)例是活檢。活檢能因?yàn)闃颖静皇窃谡_位置采集的而失敗。用于在活檢期間區(qū)分健康組織和惡性組織的裝置可以有助于檢查樣本是否在正確位置采集。這樣，可以增加成功活檢的數(shù)量。另一個(gè)實(shí)例是發(fā)炎組織的治療。在某些情況下，例如在治療由炎癥造成的下背痛期間，需要在炎癥位置施用藥物。如果該藥物在錯(cuò)誤的位置釋放，則治療是無(wú)效的。因此用于改進(jìn)對(duì)受影響組織的定位的技術(shù)將改進(jìn)對(duì)發(fā)炎組織的治療。第三個(gè)實(shí)例是在消融過(guò)程期間區(qū)分消融組織和非消融組織。該區(qū)分可能對(duì)監(jiān)視消融過(guò)程和驗(yàn)證目標(biāo)組織是否已被完全消融是有用的。患者組織的熱行為，如溫度梯度、熱導(dǎo)和熱容，可以用于區(qū)分不同的組織類型。例如已知腫瘤組織的溫度比未受影響的周圍組織的溫度高大約0. 5°C至1. 8°C。組織的熱導(dǎo)率在消融之后可例如從0. 6Iffm^r1降低到0. SWnT1IT1tj在現(xiàn)有技術(shù)中，已知提供了帶有裝置用于測(cè)量患者身體中組織的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療器械。然而，這樣的現(xiàn)有技術(shù)方式可能存在不足，比如需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)布置或溫度測(cè)量裝置附接到醫(yī)療設(shè)備的實(shí)際核心、不足的溫度測(cè)量精確度、限制為有限數(shù)量的溫度測(cè)量類型或用于生產(chǎn)這樣的醫(yī)療器械的高成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，可能需要可以克服至少一些所述現(xiàn)有技術(shù)的不足的一種包括探針用于測(cè)量患者組織中的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備。特別地，可能需要一種包括探針用于測(cè)量患者組織中的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備，其中該探針可以容易地且廉價(jià)地被制造并且可以容易地附接到該醫(yī)療設(shè)備的核心，并且該探針允許精確、可靠和/或快速測(cè)量一個(gè)或多個(gè)溫度數(shù)據(jù)類型，比如溫度梯度、熱導(dǎo)和熱容。這些需要可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種包括探針用于測(cè)量患者身體內(nèi)組織的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備。其中，該探針包括附接到醫(yī)療設(shè)備核心的柔性襯底，該柔性襯底包括一個(gè)或多個(gè)熱電堆。本發(fā)明的要點(diǎn)可被視為基于下述思想
本發(fā)明涉及具有新型溫度傳感器或溫度探針的醫(yī)療設(shè)備，比如針、鏡、導(dǎo)管以及任何其他手術(shù)工具，所述溫度傳感器或溫度探針用于確定諸如發(fā)炎組織或癌組織之類的組織差異。這里，該傳感器或探針包含柔性襯底，該柔性襯底包括熱電堆(將在下面進(jìn)一步詳細(xì)解釋)陣列，該熱電堆陣列可以通過(guò)使用例如circonflex (圓周柔性)技術(shù)作為啟用 (enabling)技術(shù)來(lái)集成在硅襯底上并且轉(zhuǎn)印到柔性聚合物載體進(jìn)行制造。該傳感器或探針可以應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的核心，該醫(yī)療設(shè)備可以包括例如手術(shù)器械或針、鏡、導(dǎo)管等。相比常規(guī)的溫度感測(cè)裝置，這種特定傳感器或探針的使用可能具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn) (a)第一優(yōu)點(diǎn)可以是熱電堆是基本無(wú)偏差(offset free)。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)熱敏電阻不會(huì)存在。 在多個(gè)傳感器(即熱電堆)將被用在一個(gè)探針上以比較來(lái)自不同區(qū)域的數(shù)據(jù)的情況下，這可能是特別有利的；(b)第二優(yōu)點(diǎn)可以是這種類型的傳感器或探針的精確度。多個(gè)硅IC加工而成的熱電偶可被串聯(lián)地電連接以形成所謂的熱電堆。該優(yōu)點(diǎn)可以是單個(gè)熱電偶的單獨(dú)信號(hào)(近似200μν. IT1)可以被加起來(lái)，從而增加絕對(duì)信號(hào)和信噪比。如實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，這種包含例如175個(gè)面積為Smm2的熱電偶的熱電堆可以檢測(cè)ΙΟμΚ范圍內(nèi)的溫度差。與此對(duì)比， 小熱敏電阻器的典型精確度在大約十分之一開爾文；(c)第三優(yōu)點(diǎn)可以是這種溫度傳感器或探針是柔性的并且因此容易地被調(diào)適以適合于醫(yī)療器械的形狀，這簡(jiǎn)化了探針和醫(yī)療器械的集成。在下文中，將描述所提出的醫(yī)療設(shè)備的實(shí)施例的可能特征和優(yōu)點(diǎn)。此處所提出的醫(yī)療設(shè)備可以是形成該醫(yī)療設(shè)備的核心的醫(yī)療器械和用于測(cè)量溫度數(shù)據(jù)的探針的組合。換言之，包括多個(gè)熱電堆的探針可以與醫(yī)療器械上的其他功能組合。 例如，該探針可以被應(yīng)用到可以用于對(duì)組織進(jìn)行熱和光檢測(cè)的光子針。在第二實(shí)例中，該探針可以貼近醫(yī)療器械上的超聲換能器陣列來(lái)安裝，該醫(yī)療器械比如為允許(enable)局部超聲成像和溫度數(shù)據(jù)測(cè)量的導(dǎo)管或針或鏡。第三實(shí)例可以是包括超聲換能器的醫(yī)療設(shè)備，該超聲換能器用于彈性感測(cè)以檢測(cè)貼近具有熱電堆的溫度梯度感測(cè)探針的惡性組織以確定腫瘤區(qū)域。要由該探針測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)可以是不同類型的數(shù)據(jù)，這取決于要被檢查 (examine)組織的局部溫度以及溫度差異或梯度，其中該溫度數(shù)據(jù)可以受到組織本身的特性(比如經(jīng)過(guò)這里的血液循環(huán)或炎癥或腫瘤狀態(tài))的影響。例如，溫度數(shù)據(jù)可以是患者組織中的溫度梯度、絕對(duì)溫度、熱導(dǎo)率或患者組織中的熱容量或容積熱容量。該溫度數(shù)據(jù)可以是局部數(shù)據(jù)，即該溫度數(shù)據(jù)可以取決于測(cè)量它們的位置并且可以隨著地點(diǎn)的變化而變化。包括熱電堆的柔性襯底可以是具有足夠柔性以便被附接從而優(yōu)選地符合(comply with)探針將與之組合的醫(yī)療設(shè)備核心(即醫(yī)療器械)的表面的任何襯底。例如，該襯底應(yīng)當(dāng)柔軟到足以彎曲到小于5cm的曲率半徑，優(yōu)選地小于Icm的曲率半徑，且更優(yōu)選地小于2mm 的曲率半徑。而且，該柔性襯底可以具有極低的熱導(dǎo)率以避免熱流，而熱流可以降低測(cè)量的精確度。柔性襯底中所包含的熱電堆可以包括多個(gè)熱電偶。一個(gè)熱電偶可以由兩個(gè)不同成分的金屬或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)a和b組成，它們?cè)谝欢颂庍B接。如果連接處的溫度上升，同時(shí)余下的相對(duì)端保持較低的溫度，則會(huì)在余下端之間測(cè)量到開路電壓。在電氣工程和工業(yè)中，熱電偶是一種廣泛使用類型的溫度傳感器并且也可以被用作用于將熱勢(shì)差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)差的裝置。這種基于所謂的熱電效應(yīng)或塞貝克(Seebeck)效應(yīng)工作的熱電偶可能是能夠測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)(即熱端和冷端)之間的溫度差的廉價(jià)且簡(jiǎn)單的設(shè)備。通常，開路電壓隨著溫度差的增加而增加并且可以典型地對(duì)于金屬而言為每攝氏度WV和70μν之間且對(duì)于半導(dǎo)體材料而言為每攝氏度1-1000μν之間。
將多個(gè)熱電偶串聯(lián)連接可以形成所謂的熱電堆，該熱電堆可以把開路電壓加起來(lái)，其使得熱電堆成為非常敏感的無(wú)偏差溫度差傳感器。因此，熱電堆可被視為將熱能轉(zhuǎn)換為電能的電子設(shè)備。該熱電堆不檢測(cè)絕對(duì)溫度，而是取決于局部溫度差或溫度梯度生成輸出電壓。熱電堆的輸出電壓通常可以處于十分之一(tenth)mV或數(shù)百mV的范圍內(nèi)。用單個(gè)熱電堆或用熱電堆陣列二者配備探針都是有可能的。后一選項(xiàng)使得獲得關(guān)于沿著醫(yī)療設(shè)備的表面或沿著醫(yī)療設(shè)備的路徑的熱屬性的信息而無(wú)需移位醫(yī)療設(shè)備成為可能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)熱電堆被布置在探針的柔性襯底上，其中這些熱電堆以小于5毫米、優(yōu)選地小于Imm且更優(yōu)選地小于0. 5mm的距離彼此間隔。換言之，多個(gè)熱電堆被布置為陣列，其中各個(gè)熱電堆被布置成彼此非常靠近。由此，熱電堆的陣列覆蓋在其中可以測(cè)量溫度數(shù)據(jù)的表面，其中每個(gè)熱電堆可以測(cè)量該熱電堆與低溫地點(diǎn)接觸的第一接觸表面和該熱電堆與高溫地點(diǎn)接觸的第二接觸表面之間的溫度梯度。其中，鄰近的熱電堆之間的距離可以被解釋為相應(yīng)的熱電堆的整個(gè)接觸表面的幾何中心之間的距離。熱電堆之間的距離可以被調(diào)適以適合于待檢查組織的結(jié)構(gòu)尺寸。例如，如果期望測(cè)量具有幾毫米大小的諸如腫瘤之類的組織結(jié)構(gòu)，則相鄰熱電堆之間的距離可以具有相同量級(jí)的大小，即幾毫米或更小。因此，可以以高分辨率測(cè)量諸如溫度梯度之類的溫度數(shù)據(jù)，從而允許檢測(cè)小尺寸的組織異常。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，襯底上的至少一個(gè)熱電堆具有小于40mm2、優(yōu)選地小于4mm2且更優(yōu)選地小于Imm2且甚至更優(yōu)選地小于0. Imm2的接觸面積。每個(gè)熱電堆可以包括超過(guò)10個(gè)、優(yōu)選地超過(guò)50個(gè)且更優(yōu)選地超過(guò)100個(gè)串聯(lián)連接的熱電偶。其中，熱電堆的接觸表面可以被解釋為與待測(cè)量的局部組織區(qū)域接觸的表面，其包含高溫地點(diǎn)和低溫地點(diǎn)。制備具有技術(shù)上盡可能小的接觸表面的熱電堆可能是有利的。接觸表面越小，可以測(cè)量溫度梯度的區(qū)域越小，并且因此可以檢測(cè)組織異常的區(qū)域或尺寸就越小。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，柔性襯底包括柔性聚合物襯底。例如，可以使用諸如聚亞酰胺、聚四氟乙烯或任何其他有機(jī)材料的箔之類的柔性載體。在該載體上，可以使用金屬層、半導(dǎo)體層或聚合半導(dǎo)體層的沉積和圖案化來(lái)加工熱電偶。具有處于幾微米或更小范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)尺寸的非常小的結(jié)構(gòu)可以使用例如光刻工藝生成。帶有熱電堆的柔性載體的總厚度可以取決于應(yīng)用并且可以為200Mm直到小于20Mm且更優(yōu)選地小于IOMffl的量級(jí)，從而允許襯底的必要柔性。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，包括熱電堆的柔性襯底是通過(guò)使用硅技術(shù)生成傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)并接著將該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到柔性襯底來(lái)產(chǎn)生的。這種處理也可以被稱為所謂的 circonflex (圓周柔性)技術(shù)。在circonflex技術(shù)中，可以在SOI (絕緣體上硅)晶片上制造包括傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的電路，該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)包含金屬或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?？商娲?，也可以使用具有熱氧化硅層的硅晶片。使用SOI晶片，熱電堆可以在摻雜單晶或多晶硅中加工而成。可替代地，對(duì)于熱電堆，也可以使用金屬或硅與諸如Al之類的金屬的組合。在設(shè)備應(yīng)當(dāng)僅僅包括熱電堆并且可能地也包括電阻器和/或加熱元件但不包括電子元件的情況下，也可以使用具有熱氧化物層的硅襯底。接著，熱電堆也可以在摻雜多晶硅中加工而成或者由金屬或多晶硅與諸如Al之類的金屬的組合加工而成。為了實(shí)現(xiàn)小的特征，典型地可以應(yīng)用光刻工藝。為了實(shí)現(xiàn)柔性設(shè)備，可以將聚合物(比如聚酰亞胺)或任何其他系統(tǒng)(比如生物相容性聚對(duì)二甲苯)應(yīng)用在上面(on top)并且可以將帶有聚酰亞胺的Si晶片臨時(shí)粘合在載體上。使用氧化硅作為蝕刻停止劑可以將該硅從背側(cè)蝕刻掉。為了接觸熱電堆，SiO2可以利用光刻處理打開(open)并且最后移除玻璃。換言之，熱電堆且可選地還有熱源和/或電阻器且進(jìn)一步可選地還有用于數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和/或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉梢曰诠杓夹g(shù)加工而成并且接著可以在后續(xù)處理步驟中被轉(zhuǎn)印到柔性載體，其中全部移除無(wú)功能作用的硅。在US6，762，510中描述了 circonf Iex技術(shù)的細(xì)節(jié)，該文獻(xiàn)的內(nèi)容通過(guò)引用于此并入。高柔性電路甚至在彎曲到小于Imm的曲率半徑之后也可以保持無(wú)缺陷。在SOI晶片上制造的電路可以使用硅技術(shù)產(chǎn)生，該硅技術(shù)允許高可靠性和很小的結(jié)構(gòu)尺寸。以此方式實(shí)現(xiàn)的設(shè)備表現(xiàn)出低熱導(dǎo)率、高精確度和小特征尺寸，從而使得大量的熱電偶可以在小區(qū)域上并行設(shè)計(jì)。該circonflex方法具有其他優(yōu)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉梢栽诠柚屑庸ざ?。Circonflex中的聚合物載體實(shí)現(xiàn)了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝F 性能。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，柔性襯底繞探針核心纏繞。由于其柔性的原因，包括熱電堆的襯底可以容易地符合探針核心(即所強(qiáng)調(diào)的醫(yī)療器械)的表面。通過(guò)繞探針核心纏繞柔性襯底，布置在該襯底上的熱電堆可以容易地附接到探針核心的表面。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該探針適于沿著感興趣的組織區(qū)域測(cè)量絕對(duì)溫度和溫度梯度中的至少一個(gè)。因此，可測(cè)量沿著組織區(qū)域的溫度變化以便定位溫度局部地強(qiáng)烈變化的區(qū)域，這可以指示例如惡性組織。而且，這些測(cè)量可以使用絕對(duì)溫度的測(cè)量來(lái)校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，探針進(jìn)一步包括至少一個(gè)適合于絕對(duì)溫度測(cè)量的電阻器。例如，包括熱電堆的襯底可以與薄膜電阻器組合。利用可以例如是具有限定的長(zhǎng)度、 寬度和高度的薄金屬層的該薄膜電阻器，根據(jù)該電阻器的溫度相關(guān)性，可以確定探針?biāo)ㄎ惶幍慕M織的絕對(duì)溫度。利用至少為最少一個(gè)電阻器確定的絕對(duì)溫度，并結(jié)合若干熱電堆的溫度梯度測(cè)量，使得能夠確定沿著感興趣的組織區(qū)域的絕對(duì)溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，探針還包括一個(gè)或多個(gè)熱源。例如，熱源可以鄰近熱電堆提供。每個(gè)熱電堆可以具有其相應(yīng)的自己的熱源。例如，電阻絲元件在施加電壓時(shí)可以充當(dāng)熱源。一個(gè)或多個(gè)熱源可以使得能夠測(cè)量所考察(underlying)組織的熱導(dǎo)率或熱容量。這里，熱源可以用于局部加熱考察的組織并且熱電堆可以用于檢測(cè)組織中由于這種局部加熱引起的溫度梯度。該熱源可以與探針上的單個(gè)熱電堆組合或者可以與探針上的每個(gè)熱電堆組合。在后一種情況下，可以沿著醫(yī)療設(shè)備的相應(yīng)表面或者相應(yīng)路徑獲得關(guān)于熱導(dǎo)率和熱容量的信息而無(wú)需移位醫(yī)療設(shè)備。如果熱電堆以彼此相距這樣的距離分布以使得不同熱電堆的熱源不會(huì)造成測(cè)量信號(hào)的干擾，則這可能是有利的。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)熱源集成在柔性襯底中。特別地，在柔性襯底是硅襯底的情況下，可以使用相同的技術(shù)(即硅技術(shù))產(chǎn)生熱電堆(一個(gè)或者多個(gè))和熱源(一個(gè)或者多個(gè))，并且優(yōu)選地可以在相同的處理步驟中產(chǎn)生熱電堆(一個(gè)或者多個(gè))和熱源(一個(gè)或者多個(gè))。而且，熱源(一個(gè)或者多個(gè))可以以對(duì)應(yīng)于熱電堆(一個(gè)或者多個(gè))的空間(dimensional)尺寸的空間尺寸來(lái)形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，探針適于測(cè)量患者組織中的熱導(dǎo)率。為此目的，可以提供熱源和熱電堆。該熱源臨時(shí)局部地加熱患者的組織并且該熱電堆可以用于通過(guò)監(jiān)視熱源鄰域內(nèi)的溫度梯度來(lái)確定熱量在患者組織上如何散布。根據(jù)受測(cè)量位置和時(shí)間二者影響的溫度梯度的變化，可以就患者組織的局部熱導(dǎo)率得出結(jié)論。由此，可以就患者組織的其他特性(比如其密度或水含量，該信息隨后可以提供例如關(guān)于其惡性的信息)得出結(jié)論。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，探針適于測(cè)量患者組織中容積熱容量。再次，可以提供熱源和熱電堆。在臨時(shí)地且局部地加熱患者組織之后，熱電堆可以用于確定組織的反應(yīng)， 即所提供的熱量隨時(shí)間的散布。由此可以導(dǎo)出關(guān)于所考慮組織的熱容量的信息，該信息隨后還可以提供關(guān)于患者組織上其他特性的信息。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該探針與醫(yī)療設(shè)備核心(即與溫度探針機(jī)械地耦合的所考慮的醫(yī)療器械)熱隔離。這種熱隔離可以防止從醫(yī)療設(shè)備到溫度探針的不期望的熱傳輸。該熱隔離可以由介于醫(yī)療設(shè)備核心與承載熱電堆的襯底之間的單獨(dú)隔離層提供。可替代地，探針本身可以用熱隔離合成材料制成。該熱隔離可以降低醫(yī)療核心設(shè)備對(duì)探針的熱影響，否則這種熱影響可能干擾探針溫度測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，探針適用于無(wú)線傳輸關(guān)于熱電堆中測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。換言之，該探針可以包含用于無(wú)線傳輸關(guān)于由所述堆之一或探針的多個(gè)堆中的每一個(gè)測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)的信息的裝置。這里，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸可以在探針中的發(fā)射器與醫(yī)療設(shè)備核心內(nèi)所包含的接收器之間發(fā)生，該接收器接著可以將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c其連接并且置于患者外部的分析設(shè)備?？商娲?，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸可以直接在探針和外部分析設(shè)備之間發(fā)生。在探針與空間分離的接收器之間使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸可以省略針對(duì)探針直接布線的必要性，否則這種直接布線可以充當(dāng)例如醫(yī)療設(shè)備核心與溫度探針之間的熱橋。必須注意，已經(jīng)參考本發(fā)明的不同實(shí)施例并且還部分地就本發(fā)明設(shè)備的制作過(guò)程描述了本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從上述和下面的描述推斷除非另外指出，除了屬于一個(gè)實(shí)施例的特征的任意組合之外，與不同實(shí)施例相關(guān)的或與制造方法相關(guān)的特征之間的任何組合也被認(rèn)為是利用本申請(qǐng)公開的。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將就如附圖所示的特定實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述，但是本發(fā)明不限于這些特定實(shí)施例。圖1示出熱電堆。圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括溫度測(cè)量探針的醫(yī)療設(shè)備的細(xì)節(jié)。圖3示出包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的若干個(gè)溫度探針的活檢針在布置在患者組織內(nèi)的熱點(diǎn)上時(shí)的布置。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含用于醫(yī)療設(shè)備的熱源的溫度測(cè)量探針的特定實(shí)施例。圖5示出取決于穿過(guò)腫瘤的線上的位置的溫度和溫度梯度的分布。附圖的繪制僅僅是示意性的并且未按比例繪制。附圖中相似的原件用相似的附圖標(biāo)記指示。
具體實(shí)施方式
圖1從原理上示出熱電堆101。提供了以例如線纜103、105形式的兩個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。 線纜103、105的材料可以是金屬或半導(dǎo)體。根據(jù)熱電效應(yīng)(也被稱為塞貝克效應(yīng))，當(dāng)導(dǎo)體經(jīng)受熱梯度時(shí)，它將在其端部之間生成電壓。測(cè)量該電壓的任何嘗試必需涉及將另一個(gè)導(dǎo)體連接到“熱”端。該附加導(dǎo)體隨后也將體驗(yàn)溫度梯度并且發(fā)展出將與原始電壓相對(duì)的它自己的電壓。該效應(yīng)的大小依賴于所使用的材料。針對(duì)相應(yīng)的線纜103、105使用不同的材料來(lái)完成電路創(chuàng)建了其中兩個(gè)腿生成不同電壓的電路，這導(dǎo)致可用于測(cè)量的、電壓方面的小差異。當(dāng)兩條線纜103、105彼此連接的第一端107被放置在具有第一溫度的地點(diǎn)處，例如放置在高溫地點(diǎn)H處時(shí)，線纜103、105的其他端置于處于不同溫度的地點(diǎn)處，例如低溫地點(diǎn)L處。由于熱點(diǎn)效應(yīng)，可以測(cè)量線纜103、105的相應(yīng)端處的端子109、111之間的開路電壓V。該開路電壓隨著溫度增加并且因此可以給出關(guān)于高溫地點(diǎn)與低溫地點(diǎn)之間的溫度差的指示。在圖2中，示意性示出了醫(yī)療設(shè)備1 (比如活檢針)的布置。包括與圖1所示的熱電偶101相似且串聯(lián)連接的多個(gè)熱電偶101的熱電堆7在柔性襯底3中實(shí)現(xiàn)，以便形成溫度探針2。柔性襯底包括具有例如ΙΟμπι厚度的薄聚合物載體或circonflex載體(其中上面已經(jīng)描述了該疊層(stack))。在該載體上，對(duì)應(yīng)于線纜103、105的導(dǎo)線已經(jīng)使用常規(guī)的光刻技術(shù)(比如光刻法)制備了，從而允許熱電堆7的非常小的結(jié)構(gòu)尺寸。例如，整個(gè)熱電堆7 可以在襯底3的表面上在小于Imm2的面積內(nèi)制備。此外，用作熱源9的加熱器布置在襯底3上處于熱電堆的一端鄰域中的適當(dāng)位置。 使用熱源9，可以局部加熱鄰近襯底3的組織。由于襯底3的高柔性，襯底3可以圍繞醫(yī)療設(shè)備(即活檢針)的尖端纏繞。這里，包括多個(gè)熱電堆7的若干個(gè)襯底3可以附接到用作醫(yī)療設(shè)備核心5的活檢針的核心。使用所有這些熱電堆作為溫度傳感器，可以測(cè)量沿著活檢針的尖端的局部溫度梯度。圖3示意性示出活檢針1的布置，該活檢針包括三個(gè)置于沿著該針的縱向延伸的不同位置處的溫度測(cè)量探針2。針1的表面與周圍患者組織11機(jī)械接觸。在該周圍組織 11內(nèi)，可能存在腫瘤T。因此，針1可以定位以使得它穿越(traverse)該腫瘤組織T。正常組織11中的溫度分布不同于腫瘤組織T內(nèi)的溫度。而且，其他特性(比如熱容量和熱導(dǎo)率) 可能依賴于組織類型是惡性還是非惡性。因此，使用附接到針1表面的探針2，可以測(cè)量溫度梯度以及局部熱容量或熱導(dǎo)率的分布。應(yīng)當(dāng)注意，在圖3中，僅僅示意性標(biāo)識(shí)了溫度測(cè)量探針2的布置及其尺寸。當(dāng)然， 包括熱電堆7并且用作探針2的可能襯底3可以實(shí)現(xiàn)為比附圖中所表示的尺寸小得多并且可以比所表示的彼此近得多地布置在醫(yī)療設(shè)備1的表面上。因此，可以以高分辨率獲取測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)的分布。圖4示出使用circonflex技術(shù)制備的探針2的實(shí)例。在柔性薄膜襯底3上，布置了包括多個(gè)(比如100個(gè))熱電偶的熱電堆裝置7。如在圖4的放大部分中所見，制備了具有典型尺寸的不同材料的導(dǎo)線103、105以致于在區(qū)域107中重疊從而形成單個(gè)熱電偶，其中所述典型尺寸為長(zhǎng)度為幾毫米下至幾百微米且寬度為若干微米上至數(shù)十微米。當(dāng)?shù)谝恢丿B區(qū)域107布置在探針2的高溫地點(diǎn)H上時(shí)，線纜103、105的相對(duì)端布置在低溫地點(diǎn)L上。 形成熱電堆7的多個(gè)熱電偶101的串聯(lián)連接的各個(gè)端連接到端子13。探針2在襯底3的表面上包括作為可選熱源9的兩個(gè)附加加熱器。這些加熱器在高溫地點(diǎn)H和低溫地點(diǎn)L處靠近熱電堆7的相應(yīng)側(cè)提供并且可以用于加熱相應(yīng)的局部區(qū)域。因此，高溫地點(diǎn)H可以使用與其鄰近的熱源9加熱，同時(shí)只要鄰近低溫地點(diǎn)L的熱源9 被關(guān)閉，則低溫地點(diǎn)L可以保持在原始溫度。當(dāng)然，該溫度布置也可以通過(guò)改變相應(yīng)熱源9 的開關(guān)狀態(tài)而被倒置。每個(gè)熱源9可以通過(guò)電阻絲模式提供，其中該電阻絲模式在相應(yīng)端處連接到端子15。此外，提供了電阻器17。這些電阻器17適于測(cè)量鄰近熱電堆7的位置處的絕對(duì)溫度。電阻器17連接到焊盤19，在此處可抓住(gripped)電阻器的電信號(hào)。參照?qǐng)D5，將解釋使用根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)療設(shè)備的測(cè)量過(guò)程。在圖5的上部的圖中， 示出了取決于惡性組織內(nèi)的位置的局部溫度。盡管在正常組織處溫度恒定地處于第一、較低水平，但是在鄰近腫瘤的區(qū)域中溫度局部地增加。如圖5的下部的圖中可見，該圖表示溫度梯度對(duì)穿過(guò)腫瘤的線上的位置的依賴性，溫度梯度在腫瘤的邊緣上特別加重了。 使用根據(jù)本發(fā)明的在其表面處具有溫度測(cè)量探針的醫(yī)療設(shè)備，可以以高分辨率局部地測(cè)量這種增加的溫度梯度，從而給出關(guān)于惡性組織的局部邊緣的精確信息。最后，簡(jiǎn)短地描述了可以使用根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的不同測(cè)量方法?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用無(wú)源測(cè)量來(lái)確定溫度梯度，同時(shí)熱導(dǎo)率或熱容量?jī)H可以通過(guò)有源測(cè)量來(lái)確定。首先，將示范性描述無(wú)源測(cè)量。單個(gè)熱電堆可以給出關(guān)于與該熱電堆接觸的組織中的局部溫度梯度的信息。該類型的測(cè)量可以用于確定溫度波動(dòng)而且用于確定病變 (lesion)的邊緣。例如，如上面就圖5進(jìn)一步描述的那樣，這種無(wú)源溫度梯度測(cè)量可以用于確定腫瘤的精確位置和邊緣。有源測(cè)量包括對(duì)熱導(dǎo)率或熱容量的測(cè)量。當(dāng)加熱器9被設(shè)置為稍高于周圍組織的溫度時(shí)，可以根據(jù)熱電堆正沿著其尺寸測(cè)量的溫度梯度來(lái)確定熱導(dǎo)率。溫度梯度、熱導(dǎo)率和所施加的熱之間的關(guān)系是由熱方程給出的，該熱方程在穩(wěn)定情況下由下式給出
權(quán)利要求
1.一種包括探針(2)用于測(cè)量患者身體內(nèi)組織(11)的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備(1)，該探針(2)包括附接到醫(yī)療設(shè)備核心(5)的柔性襯底(3)，該柔性襯底(3)包括一個(gè)或多個(gè)熱電堆(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中多個(gè)熱電堆(7)布置所述柔性襯底(3)上，其中所述熱電堆以小于5毫米距離彼此間隔。
3.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述襯底(3)上的熱電堆(7)中的至少一個(gè)具有小于40mm2的接觸表面。
4.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備， 其中所述柔性襯底(3)包括聚合物襯底。
5.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中包括所述熱電堆的所述柔性襯底是通過(guò)使用硅技術(shù)生成傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)并接著將該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到所述柔性襯底來(lái)產(chǎn)生的。
6.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述柔性襯底(3)繞所述醫(yī)療設(shè)備核心(5)纏繞。
7.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針(2)適于測(cè)量沿著感興趣的組織區(qū)域的絕對(duì)溫度和溫度梯度中至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針進(jìn)一步包括至少一個(gè)適合于絕對(duì)溫度測(cè)量的電阻器(17)。
9.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備， 其中探針(2)還包括熱源(9)。
10.如權(quán)利要求9所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述熱源(9)集成在所述柔性襯底(3)中。
11.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針(2)適于測(cè)量患者組織中的熱導(dǎo)率。
12.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針(2)適于測(cè)量患者組織中容積熱容量。
13.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針(2 )與所述醫(yī)療設(shè)備核心(5 )熱隔離。
14.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其中所述探針(2)適用于無(wú)線傳輸關(guān)于熱電堆(7)中測(cè)量的溫度的數(shù)據(jù)。
全文摘要
提出了一種包括探針用于測(cè)量患者身體內(nèi)組織的溫度數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備。該探針(2)包括附接到醫(yī)療設(shè)備核心(5)的柔性襯底(3)，該柔性襯底(3)包括一個(gè)或多個(gè)熱電堆(7)并且可以進(jìn)一步包括用于測(cè)量絕對(duì)溫度的電阻器和用于局部加熱的熱源。該熱電堆可以直接在柔性聚合物載體上加工而成或可替代地在硅襯底上加工而成并且被轉(zhuǎn)印到柔性載體(3)，從而實(shí)現(xiàn)了高柔性襯底(3)和用于熱電堆(7)以及可能地用于電阻器和熱源的非常小的結(jié)構(gòu)尺寸二者。因此，對(duì)與醫(yī)療設(shè)備接觸的組織的溫度梯度的測(cè)量可以在高分辨率(resolution)下執(zhí)行，從而允許對(duì)例如由于惡性組織引起的溫度異常進(jìn)行可靠檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102209491SQ200980144878
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, B·馬塞利斯, C·M·范希施, D·巴比克, J·M·倫森, J·R·哈爾特森, M·克利 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司