專利名稱：基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淺表腫瘤的微波熱療技術(shù)，尤其涉及一種基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
微波熱療是指借助特定形式的微波熱療輻射器，將微波能量引導(dǎo)照射于人體的癌變部位，使之由于介質(zhì)損耗吸收微波能量而發(fā)熱升溫，達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞的DNA和RNA的復(fù)制、蛋白質(zhì)合成和腫瘤細(xì)胞的繁殖的效果，使腫瘤病變組織細(xì)胞的功能受損乃至壞死，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤治療。與其他的熱療方法相比，微波熱療具有癌變組織內(nèi)部升溫快、熱流分布更加均勻、熱療效果好、成本低、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。因此具有良好的臨床應(yīng)用前景，目前已廣泛地應(yīng)用于乳腺癌、腦腫瘤、頸部瘤、惡性黑色素瘤等淺表腫瘤的熱療。對于淺表腫瘤，多發(fā)于皮下數(shù)厘米深度之內(nèi)，通常具有較大的面積，且在皮下生物組織中呈現(xiàn)特殊的形態(tài)(傾斜狀態(tài))。如果采用微波熱療技術(shù)，需要將微波能量散布在較大的腫瘤區(qū)域，且與腫瘤形態(tài)相吻合，為此通常需要采用特定的微波天線陣列形式并適當(dāng)?shù)乜刂聘魈炀€激勵的幅度和相位，將微波能量聚焦于腫瘤區(qū)域并避免對周圍組織的損傷?，F(xiàn)有技術(shù)中的微波熱療設(shè)備，由于各微波天線之間存在耦合，且生物組織存在不均勻性，幅相的控制通常較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、加熱區(qū)域調(diào)控方便的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)，包括異向媒質(zhì)透鏡，所述異向媒質(zhì)透鏡的前面設(shè)有液體冷卻層，所述異向媒質(zhì)透鏡的后面設(shè)有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別與功率分配控制單元的多個(gè)輸出端口連接，所述功率分配控制單元與微波功率發(fā)生器連接。本發(fā)明的上述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，通過所述熱療源陣列中的多個(gè)微波天線輻射的微波在生物組織中形成各自的有效加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對生物組織中的病理區(qū)域進(jìn)行有效熱療。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)及方法。由于通過合理地配置包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，實(shí)現(xiàn)對淺表腫瘤的微波熱療?？梢酝ㄟ^調(diào)整各微波天線距透鏡的距離或通過調(diào)整各微波天線的激勵相位調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、加熱區(qū)域調(diào)控方便。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中部署多源(微波天線)形成與腫瘤形狀匹配的加熱區(qū)域的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中通過調(diào)整微波天線距透鏡的距離得到具有不同傾斜度的加熱區(qū)域的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中通過調(diào)整微波天線的激勵相位得到具有不同傾斜度的加熱區(qū)域的示意圖；圖5a為本發(fā)明實(shí)施例中對一個(gè)較大尺寸、形態(tài)復(fù)雜的腫瘤進(jìn)行熱療時(shí)，在皮膚層下生物組織中所形成的微波熱療功率分布圖；圖5b為本發(fā)明實(shí)施例中對一個(gè)較大尺寸、形態(tài)復(fù)雜的腫瘤進(jìn)行熱療時(shí)，在皮膚層下生物組織中所形成的微波熱療溫度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí)施方式
是包括異向媒質(zhì)透鏡，所述異向媒質(zhì)透鏡的前面設(shè)有液體冷卻層，其特征在于，所述異向媒質(zhì)透鏡的后面設(shè)有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別與功率分配控制單元的多個(gè)輸出端口連接，所述功率分配控制單元與微波功率發(fā)生器連接。所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別設(shè)有距離調(diào)節(jié)裝置，所述距離調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述微波天線與所述異向媒質(zhì)透鏡之間的距離。所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線與所述功率分配控制單元之間分別設(shè)有移相器。本發(fā)明的上述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，其較佳的具體實(shí)施方式
是通過所述熱療源陣列中的多個(gè)微波天線輻射的微波在生物組織中形成各自的有效加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對生物組織中的病理區(qū)域進(jìn)行有效熱療?？梢酝ㄟ^調(diào)整各微波天線距透鏡的距離調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制。也可以通過以下任一種或兩種方法調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制調(diào)整各微波天線距透鏡的距離；調(diào)整各微波天線的激勵相位。本發(fā)明利用異向媒質(zhì)透鏡，實(shí)現(xiàn)一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制熱療區(qū)域的微波熱療技術(shù)方案。利用異向媒質(zhì)透鏡對微波的聚焦特性，通過在透鏡后面適當(dāng)?shù)夭荚O(shè)多個(gè)微波熱療源(天線)，控制相鄰源之間的距離，形成聯(lián)合加熱；根據(jù)淺表腫瘤的形狀大小合理地布設(shè)源(天線)的分布；根據(jù)淺表腫瘤在生物組織中的形態(tài)(深度分布)調(diào)整各源與透鏡的距離或源的相位，調(diào)控在生物組織中加熱區(qū)域的傾斜度，從而實(shí)現(xiàn)對不同形狀、不同姿態(tài)淺表腫瘤的共形熱療。由于低損耗異向媒質(zhì)透鏡具有較好的聚焦(以半功率寬度計(jì))，只需考慮相鄰源之間的互耦即可，因此，實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形熱療所需的微波幅相控制方案相對簡單，易于達(dá)到良好的共形熱療效果。具體實(shí)施例如圖I所示，是本發(fā)明新型淺表腫瘤熱療方案示意圖。該方案的微波熱療系統(tǒng)包括微波功率發(fā)生器1，功率分配控制單元2，熱療源(微波天線)陣列3，耦合溶液4，異向媒質(zhì)透鏡5，及液體冷卻層6。方案中熱療源陣列3由η個(gè)(多個(gè))獨(dú)立的微波天線組成，分別與功率分配控制單元2的η個(gè)輸出端口連接。各微波天線的相位中心分別位于耦合溶液中，引入耦合溶液是為了減小微波在異向媒質(zhì)透鏡5表面的反射。熱療中，各微波天線輻射的微波會在生物組織7中形成各自的有效加熱區(qū)域8。為保證療效，任意兩個(gè)相鄰微波天線的相位中心間的距離應(yīng)不大于臨界距離。此時(shí)相鄰微波天線的加熱區(qū)域無縫連接，可以對生物組織7中較大的區(qū)域進(jìn)行有效熱療。如圖2所示，熱療源陣列3的具體部署形式由腫瘤的形狀大小確定。通過恰當(dāng)?shù)夭渴馃岑熢搓嚵?，便可在生物組織7中得到與腫瘤形狀相匹配的加熱區(qū)域8。由于異向媒質(zhì)透鏡具有較好的聚焦效果，僅在相鄰的兩個(gè)微波天線間存在耦合，因此可以方便地確定熱療源陣列3的形式。如圖3所示，如果需要熱療的淺表腫瘤在組織7內(nèi)呈一定的傾斜姿態(tài)，即腫瘤不同的部位具有不同的深度，此時(shí)若要對腫瘤的適形熱療，必須要能夠調(diào)整熱療源陣列3在生物組織7中所形成的熱療區(qū)域8的姿態(tài)。根據(jù)異向媒質(zhì)透鏡的聚焦原理，當(dāng)微波天線距透鏡有不同的距離時(shí)，其在透鏡另一側(cè)生物組織中的焦點(diǎn)相應(yīng)具有不同的深度。因此可以通過調(diào)整各微波天線距透鏡的距離(dl，d2，…，dn)，達(dá)到控制熱療區(qū)域姿態(tài)的目的，形成如圖3所示的傾斜的熱療區(qū)域8。如果某微波天線距透鏡較近，則其焦點(diǎn)在組織中較深部位， 微波信號要到達(dá)此焦點(diǎn)位置會遭受較大的生物組織衰減損耗，因此，需要適當(dāng)?shù)丶哟笤撐⒉ㄌ炀€的功率，以在腫瘤區(qū)域獲得一致有效的熱療效果。如圖4所示，有時(shí)調(diào)整微波天線距透鏡的距離未必方便，可以通過調(diào)整各微波天線的激勵相位，也可得到具有不同傾斜度的有效加熱區(qū)域8。在各微波天線與功率分配控制單元2之間加入移相器9，合理地控制各微波天線的微波相位，即可在生物組織7中形成所需要的有不同傾斜度的熱療區(qū)域8。如圖5a、5b所示，為采用6個(gè)微波天線的熱療源陣列3，通過控制各微波天線的相位，在組織中所形成的微波熱療功率分布圖(圖5a)和溫度分布圖(圖5b)，可以證實(shí)本發(fā)明方案的有效性。綜上，本發(fā)明通過在異向媒質(zhì)透鏡后部署包括多個(gè)微波天線的熱療源陣列3，根據(jù)淺表腫瘤的形狀大小確定陣列的形狀和規(guī)模，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各微波天線距透鏡的距離，或者調(diào)整各微波天線的激勵相位，可以對尺寸、形狀復(fù)雜的腫瘤進(jìn)行有效的微波熱療。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制熱療范圍，可應(yīng)用于不同尺寸、形態(tài)的淺表腫瘤的熱療。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)，包括異向媒質(zhì)透鏡，所述異向媒質(zhì)透鏡的前面設(shè)有液體冷卻層，其特征在于，所述異向媒質(zhì)透鏡的后面設(shè)有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別與功率分配控制單元的多個(gè)輸出端口連接，所述功率分配控制單元與微波功率發(fā)生器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別設(shè)有距離調(diào)節(jié)裝置，所述距離調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述微波天線與所述異向媒質(zhì)透鏡之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)獨(dú)立的微波天線與所述功率分配控制單元之間分別設(shè)有移相器。
4.一種權(quán)利要求I或2所述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，其特征在于，通過所述熱療源陣列中的多個(gè)微波天線輻射的微波在生物組織中形成各自的有效加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對生物組織中的病理區(qū)域進(jìn)行有效熱療。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，其特征在于，通過調(diào)整各微波天線距透鏡的距離調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制。
6.一種權(quán)利要求3所述的基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，其特征在于，通過所述熱療源陣列中的多個(gè)微波天線輻射的微波在生物組織中形成各自的有效加熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對生物組織中的病理區(qū)域進(jìn)行有效熱療。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)淺表腫瘤共形微波熱療的方法，其特征在于，通過以下任一種或兩種方法調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制調(diào)整各微波天線距透鏡的距離；調(diào)整各微波天線的激勵相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于異向媒質(zhì)透鏡的淺表腫瘤共形微波熱療的系統(tǒng)及方法，包括異向媒質(zhì)透鏡，異向媒質(zhì)透鏡的前面設(shè)有液體冷卻層，異向媒質(zhì)透鏡的后面設(shè)有耦合溶液，耦合溶液中布置有包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，多個(gè)獨(dú)立的微波天線分別與功率分配控制單元的多個(gè)輸出端口連接，功率分配控制單元與微波功率發(fā)生器連接。通過合理地配置包括多個(gè)獨(dú)立的微波天線的熱療源陣列，實(shí)現(xiàn)對淺表腫瘤的微波熱療，可以通過調(diào)整各微波天線距透鏡的距離或通過調(diào)整各微波天線的激勵相位調(diào)整所述熱療源陣列在生物組織中所形成的熱療區(qū)域的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對熱療區(qū)域姿態(tài)的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、加熱區(qū)域調(diào)控方便。
文檔編號A61N5/02GK102580252SQ201210058700
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者王剛, 陶永會 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)