專利名稱：在醫(yī)療及手術(shù)中用于高熱的并帶有微型扼流圈的填隙微波天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及最小侵入的外科技術(shù)，在醫(yī)療及手術(shù)中特別是在腫瘤學(xué)中用于填隙的、經(jīng)皮的、腹腔鏡的、內(nèi)窺鏡的和內(nèi)科手術(shù)應(yīng)用中。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及用于高熱的在從37℃至100℃下運行的裝備有“收集器”(通常稱為扼流圈)的單極或雙極共軸型微波天線，該扼流圈用于阻擋朝發(fā)生器返回的反射波的傳播。
此外，本發(fā)明涉及這種天線的構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
三十多年來在腫瘤學(xué)中高熱是用來治療癌癥的方法(Hahn GM，Hyperthermia and Cancer，Plenum Press，in the York，1982)。它包括對癌細(xì)胞進(jìn)行加熱以直接使它們壞死或使用其它的輔助方法比如放射療法、化學(xué)療法或其它的外科技術(shù)。
為加熱組織，尤其是為治療表面損傷，首先使用通過位于人體之外的源產(chǎn)生的電磁波。
最近已經(jīng)使用較薄的設(shè)備，在這些設(shè)備中在幾百MHz和幾千MHz之間(通常在2450MHz上)運行的微波天線在同軸管中執(zhí)行以用于填隙的、經(jīng)皮的、腹腔鏡的、內(nèi)窺鏡的和內(nèi)科手術(shù)應(yīng)用，并且適合于深度損傷的局部治療(Iskander M & Tumeh AM，DesignOptimization of Interstitial Antennas，IEEE Transactions on BiomedicalEngineering，1989，238-246)。
這種天線通常插入在損傷部位中以使用導(dǎo)液管或金屬針在回波掃描導(dǎo)管、TAC、NMR或其它的計算機成像技術(shù)下進(jìn)行治療。它們適合于結(jié)合使用藥物、離子波和/或外科切除。
這些微波天線通常使用柔性或半剛性同軸管制造，對這些同軸管在一端上進(jìn)行改進(jìn)以將微波功率傳輸給組織以產(chǎn)生高熱。
在附圖1中，所示為插入在活檢針中的天線的軸向截面。在該附圖的右邊上在它的有源部分中，天線適合于被構(gòu)造成輻射偶極或單極天線。更準(zhǔn)確地說，2是同軸管的外部導(dǎo)體，3是使外部導(dǎo)體與中心導(dǎo)體4絕緣的電介質(zhì)層。7所示的點是饋電點，即通常稱為“饋電”的天線的有源部分，在該部分中發(fā)射功率通常為最大。
通過以常規(guī)的天線加熱生物組織(不橫貫較大的血管)可以獲得的等溫面具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，例如通過在一端上切割同軸管的外部導(dǎo)體2的一部分并使電介質(zhì)層3未覆蓋形成這種等溫面，如附圖1所描述。它們在附圖的平面上的投影是橢圓，中心的透射最大，如上文所說，在天線的饋電點7附近，切割同軸管的外部導(dǎo)體2的遠(yuǎn)端部分。虛線投影8的表面表示通過在純理論的情況下通過這種類型的天線輻射的組織的等溫表面。
實際上，由于在加熱時介質(zhì)的電介質(zhì)特性變化的緣故以及與電磁波的導(dǎo)向傳播有關(guān)的其它原因，天線的阻抗從未完美地與它所運行的介質(zhì)的阻抗匹配過。在微波功率的輸送的過程中總存在沿天線的外部導(dǎo)體從有源端部朝發(fā)生器返回的反向波，造成加熱圖形的反向加長。虛曲線9表示與這種作用相對應(yīng)的反向加長的等溫面的投影。這種缺陷妨礙了在天線的有源部分附近的熱產(chǎn)生的適當(dāng)集中并對使用這種技術(shù)帶來了極大的限制。
通常在每次克服這種缺陷時給天線裝備稱為扼流圈或收集器的設(shè)備，并通常用于阻止反射的功率的反向傳播的無線電廣播天線中(例如參見Reintjes JF & Coate GT，雷達(dá)原理Principles of Radar，McGraw-Hill Book Company，in the York 1952，p851)。
在附圖2中以11表示的這種設(shè)備是通過將一端上設(shè)置天線的同軸管的外部導(dǎo)體和在反饋點7附近設(shè)置短回路金屬管12獲得的λ/4長的同軸導(dǎo)向部分，λ是的發(fā)射波的波長。在附圖2中，1是天線的金屬導(dǎo)針板，2是天線的外部導(dǎo)體，3是絕緣材料，以及4是中心導(dǎo)體。
在這種情況下，以13表示的反向反射波在天線的外部表面行進(jìn)，進(jìn)入扼流圈11，在短回路中在它的端部反射它自己，并在之后λ/2的總的通路再次處于扼流圈的進(jìn)口處但相位與在入口處的相位相反，結(jié)果導(dǎo)致了零密度。在天線裝備了扼流圈11時獲得的等溫面以附圖2的連續(xù)曲線表示。
實際上，如圖所示，扼流圈11的引入使天線的直徑以及針1的直徑實質(zhì)增加，因此在要求最小的侵入式手術(shù)時，比如在門診患者部門、在反復(fù)治療過程中等，限制了它的應(yīng)用。
由于制造的原因，以及由于材料的阻抗限制，在某些限制下不能減小扼流圈的輻射尺寸。
此外，在治療過程中溫度的變化引起的介質(zhì)的電介質(zhì)特性的變化的情況下，或者在天線的頻率變化的情況下，在微波發(fā)生器具有可調(diào)節(jié)的頻率時，扼流圈不能被加長或縮短，以便總是長為四分之一波長。因此固定了已有的扼流圈的阻抗，由此在改變操作溫度時不能完全有效地消除返回波。
此外高熱的應(yīng)用通常與局部溫度的測量相關(guān)。實際上，需要測量癌癥損傷或要治療的其它損傷的加熱溫度以保護(hù)附近的健康組織和控制天線的實際加熱功率。
通常，將溫度傳感器(在附圖2中以20表示)插入到手術(shù)區(qū)中。例如，使用金屬熱電偶。但是，在通過天線輸送能量的過程中并不能引入它們，因為在熱電偶的金屬中的渦流的緣故，并且該熱電偶過熱由此影響了測量。此外，熱電偶的存在改變了微波場的干擾，改變了加熱，在通過天線輸送能量的過程中不能引入，因為在熱電偶的金屬中的渦流的緣故，并且該熱電偶過熱由此影響了測量。此外，熱電偶的存在改變了微波場的干擾，改變了加熱模式。因此，以金屬熱電偶測量溫度的缺陷是必須經(jīng)常停止能量輸送?？商鎿Q的是，公知的是，光纖傳感器沒有金屬并且不受場的影響或不干擾它，但它的缺陷是昂貴并且易碎。在金屬熱電偶或光纖傳感器的兩種情況下，存在的進(jìn)一步缺陷是需要引入進(jìn)一步的導(dǎo)液管以將傳感器導(dǎo)入進(jìn)手術(shù)區(qū)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在醫(yī)療及手術(shù)中使用的同軸管微波天線，該天線具有收集器或扼流圈以阻擋朝發(fā)生器的反射波的反向傳播，其中相對于已有技術(shù)來說使這個收集器小型化是可能的，以便允許用于最少侵入的應(yīng)用。
在本發(fā)明的另一目的是提供一種在介質(zhì)波長變化的情況下允許扼流圈加長或縮短、以用于更正確的操作的天線。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種允許測量手術(shù)區(qū)的溫度的天線。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種以簡單的結(jié)構(gòu)制造這種小型化的天線的方法。
本發(fā)明的這些目的和其它的目的通過根據(jù)本發(fā)明的天線實現(xiàn)，該天線可以插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中，該天線具有-內(nèi)導(dǎo)體；
-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，-在端部部分附近在外部導(dǎo)體外部安裝的扼流圈，該扼流圈包括直徑比外部導(dǎo)體更大的同軸導(dǎo)電部分，-將同軸導(dǎo)體連接到外部導(dǎo)體的導(dǎo)體套環(huán)，該導(dǎo)體套環(huán)沿與端部部分相對的同軸導(dǎo)電部分設(shè)置，-該天線的特征在于扼流圈的同軸導(dǎo)電部分在相同的金屬針中。
有利的是，套環(huán)與該金屬針滑動接觸，因此扼流圈的長度可以改變。
可取的是，緊接套環(huán)且在端部部分附近，天線具有在扼流圈中的電介質(zhì)層的塑料護(hù)套。
該護(hù)套可以具有抗粘連的材料和從金屬針突伸的長度，防止在高溫加熱治療的過程中外部部分粘連到組織上。
有利的是，提供熱電偶使其穿過扼流圈和護(hù)套，所說的熱電偶與所說的同軸管的外部導(dǎo)體接觸并具有從所說的護(hù)套伸出進(jìn)入天線的反饋區(qū)的敏感端部。
根據(jù)本發(fā)明的零一方面，一種制造在同軸管天線上具有可變長度的扼流圈的方法，該天線插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中，該天線具有-內(nèi)導(dǎo)體；-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，其特征在于在天線上在該端部部分附近提供導(dǎo)電套環(huán)，由此導(dǎo)電套環(huán)在金屬針中滑動。
可取的是，緊接套環(huán)且在端部部分附近，塑料護(hù)套設(shè)置在扼流圈中具有電介質(zhì)層的天線上。
天線的護(hù)套和電介質(zhì)層有利是PTFE。
套環(huán)可以由焊接到天線的外部導(dǎo)體的金屬制成。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，可以插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中的天線包括-內(nèi)導(dǎo)體；-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，-在端部部分附近在外部導(dǎo)體之外上安裝的扼流圈，該扼流圈包括直徑比外部導(dǎo)體更大的同軸導(dǎo)電部分，-特征在于提供穿過扼流圈的熱電偶，所說的熱電偶與所說的外部導(dǎo)體接觸并具有從所說的扼流圈伸出并伸入天線的反饋區(qū)的敏感端部。


參考后面的附圖，通過對本發(fā)明的實施例(解釋性的而不是限制性的)的描述，根據(jù)本發(fā)明的填隙微波天線及其制造方法的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點將會更加清楚，在附圖中附圖3所示為天線第二發(fā)明的截面軸視圖；附圖4所示為附圖3的天線的分解視圖；附圖5所示為將熱電偶加入其中的附圖3的天線，該熱電偶與扼流圈交叉并突伸進(jìn)入反饋區(qū)。
具體實施例方式
在附圖3中所示為根據(jù)本發(fā)明插入在金屬管中的天線的截面，該金屬管存在于活檢針1中，例如一個14Gauge的外徑＝mm2.1的針。
在該附圖中右邊天線的有源部分中它是輻射偶極子或單偶極子。更準(zhǔn)確地說，天線由具有外部導(dǎo)體2的同軸管、電介質(zhì)層3和沉入在電介質(zhì)層3中的中心導(dǎo)體4形成，該電介質(zhì)層3與外部導(dǎo)體2絕緣。正如大家十分公知的是，外部導(dǎo)體2和以7表示的端點是天線有源部分的饋電點，所說的反饋點在gergo techico中，在其中發(fā)射的功率通常最大。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種絕緣塑料護(hù)套5和套環(huán)金屬6。更具體地說，這個結(jié)果可以如下獲得-在天線2上的外部導(dǎo)體上的saldando，在預(yù)定位置上的金屬套環(huán)6，-通過設(shè)置覆蓋在從反饋點7到套環(huán)6的部分中的外部導(dǎo)體2的塑料護(hù)套5，-使用相同的金屬針1的內(nèi)壁，在內(nèi)壁中插入天線以容納并導(dǎo)向套環(huán)6和護(hù)套5，尤其是套環(huán)6處于與金屬針1的內(nèi)壁電接觸。
本發(fā)明允許以容易的且低廉的方式制造具有扼流圈的小型化微波天線，它適合于在醫(yī)療及手術(shù)中用于深度損傷的局部治療。在實際中，與金屬針1結(jié)合，套環(huán)6和護(hù)套5可以獲得可變長度的扼流圈并將天線的外部直徑的增加減小到最小。
事實上，與附圖2的扼流圈類似，在附圖3中波13從反饋點7開始反射回并在天線的外部行進(jìn)，進(jìn)入形成在針1和外部導(dǎo)體4之間形成的扼流圈，在短回路中在套環(huán)6上反射它自己，并且在總的λ/2的通路再次處于扼流圈的入口上并且相對于在入口的波在相位上反相之后，獲得零強度。在溫度上升或其它的原因的情況下波長的變化可以通過相對于針1改變套環(huán)6的位置而校正它，因此扼流圈總是λ/4長。在一定的范圍內(nèi)，在運行的過程中天線的阻抗的變化可以以相同的方式補償，即改變扼流圈的長度，然后改變在扼流圈和反饋點之間的部分的長度。
還示出了在天線配備了根據(jù)本發(fā)明的扼流圈時在這種情況下通過天線的虛線的軸向管和通過其插入天線的針導(dǎo)管的內(nèi)壁1實現(xiàn)的等溫面。
更準(zhǔn)確地說，金屬套環(huán)6保持與針導(dǎo)管1的內(nèi)壁的電接觸，因此是一種移動的旁路。
護(hù)套5具有如下的功能-它是長為λ/4的同軸波導(dǎo)，用于給天線提供有效的扼流，-它是在天線針中滑動的中心元件，-在扼流圈的外部部分中，在高溫加熱治療的過程中避免了組織的粘連，并且它不允許它們與不同于天線在其中滑動的針導(dǎo)管的金屬表面相接觸。
參考附圖5，根據(jù)本發(fā)明的不同的實施例，熱電偶21穿過套環(huán)6和形成扼流圈的護(hù)套5。熱電偶21與形成天線的同軸管的外部導(dǎo)體2相接觸，并具有從護(hù)套5伸出并突伸進(jìn)入天線的反饋區(qū)10的敏感端部22。熱電偶的另一端部通過插頭23連接到?jīng)]有示出的溫度測量儀表。
根據(jù)本發(fā)明的熱電偶21不影響天線的運行。實際上，熱電偶與同軸的導(dǎo)體2的金屬成一體。因此，在實際中屏蔽了熱電偶22。
熱電偶21可以是普通的金屬熱電偶，它由金屬護(hù)套形成，在該金屬護(hù)套中不同的金屬導(dǎo)體連接在敏感端22。這種金屬熱電偶不昂貴，比光纖傳感器低廉得多(例如氟化物光學(xué)傳感器)。
熱電偶21的進(jìn)一步的優(yōu)點在于外部熱電偶不必通過附加的導(dǎo)管插入到部位中，特別是在產(chǎn)生高熱的饋送的過程中在手術(shù)區(qū)中能夠直接進(jìn)行測量。
熱電偶21也可以放置在不同于在附圖3至5中所示的高熱天線的高熱天線中。
前文具體的實施例的描述完全揭示了根據(jù)前述觀點的本發(fā)明，因此他人通過應(yīng)用當(dāng)前的知識能夠修改和/或改變用于不同應(yīng)用的實施例，且勿需做進(jìn)一步的研究且不會脫離本發(fā)明，因此應(yīng)該理解的是這種改變和修改被認(rèn)為與上述的具體的實施例是等效的。在此所描述的實現(xiàn)不同的功能的裝置和材料可以具有不同的特征，并且不會因此而脫離本發(fā)明。因此應(yīng)該理解的是在此所使用的術(shù)語僅是用于描述的目的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.在醫(yī)療及手術(shù)中用于填隙的、經(jīng)皮的、腹腔鏡的、內(nèi)窺鏡的和內(nèi)科手術(shù)應(yīng)用的同軸微波天線，特別是用于在腫瘤學(xué)中的急性高熱，所說的天線可以插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中，所說的天線具有-內(nèi)導(dǎo)體；-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，-在所說的端部部分附近在外部導(dǎo)體外部安裝的扼流圈，所說的扼流圈包括直徑比外部導(dǎo)體更大的同軸導(dǎo)電部分，-將所說的軸向?qū)w連接到外部導(dǎo)體的導(dǎo)體套環(huán)，所說的導(dǎo)電套環(huán)沿與所說的端部部分相對的同軸導(dǎo)電部分設(shè)置，其特征在于-扼流圈的同軸導(dǎo)電部分在所說的金屬針中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所說的套環(huán)與所說的金屬針滑動接觸，由此可以改變扼流圈的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中緊接著所說的套環(huán)并在所說的端部部分附近，提供一種塑料護(hù)套，該塑料護(hù)套是在扼流圈中的電介質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所說的護(hù)套具有抗粘性材料和從金屬針突伸的長度，以防止在高溫加熱治療的過程中外部部分粘連到組織上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中提供熱電偶使其穿過套環(huán)和形成扼流圈的護(hù)套，所說的熱電偶與所說的同軸管的外部導(dǎo)體接觸并具有從所說的護(hù)套伸出進(jìn)入天線的反饋區(qū)的敏感端部。
6.一種制造在同軸管天線上具有可變長度的扼流圈的方法，該天線在醫(yī)療及手術(shù)中用于填隙的、經(jīng)皮的、腹腔鏡的、內(nèi)窺鏡的和內(nèi)科手術(shù)應(yīng)用，特別是用于在腫瘤學(xué)中的急性高熱，所說的天線插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中，所說的天線具有-內(nèi)導(dǎo)體；-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，其特征在于在天線上在所說的端部部分附近提供導(dǎo)電套環(huán)，由此所說的導(dǎo)電套環(huán)在所說的金屬針中滑動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中緊接所說的套環(huán)且在所說的端部部分附近，塑料護(hù)套設(shè)置在該天線上，該天線是所說的扼流圈中的電介質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中天線的所說的護(hù)套和電介質(zhì)層是PTFE。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所說的套環(huán)由焊接到天線的外部導(dǎo)體的金屬制成。
10.一種用于高熱的并可以插入在將天線引入到目標(biāo)組織中所需的金屬針中的天線，包括-內(nèi)導(dǎo)體；-在內(nèi)導(dǎo)體的整個長度上套著該內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)層，-除了端部部分以外同軸地覆蓋著電介質(zhì)層的外部導(dǎo)體，-在端部部分附近在外部導(dǎo)體外部安裝的扼流圈，該扼流圈包括直徑比外部導(dǎo)體更大的同軸導(dǎo)電部分，其特征在于提供穿過扼流圈的熱電偶，所說的熱電偶與所說的外部導(dǎo)體接觸并具有從所說的扼流圈伸出并伸入天線的反饋區(qū)的敏感端部。
全文摘要
本發(fā)明涉及最小侵入的外科技術(shù)。它提供了一種制造用于單極或偶極同軸型的、用于經(jīng)皮的急劇高熱微波應(yīng)用的天線，該天線具有收集器(通常稱為扼流圈)以阻擋反向反射的波朝發(fā)生器傳播。該裝置的小型化允許在醫(yī)療以及手術(shù)中、尤其應(yīng)用于腫瘤時最小侵入地實施填隙高熱應(yīng)用。制造該天線的方法提供將天線(2，3，4)引入目標(biāo)組織中的金屬針(1)。在天線(2)的外部導(dǎo)體(4)上，金屬套環(huán)(6)連接在預(yù)定的位置；應(yīng)用塑料護(hù)套(5)以覆蓋在反饋點(7)和套環(huán)(6)之間的部分中的外部導(dǎo)體(2)；然后使用在其中插入天線的金屬針(1)的內(nèi)壁用于容納并導(dǎo)向套環(huán)(6)和護(hù)套(5)；具體地，套環(huán)(6)與金屬針(1)的內(nèi)壁電連接。可以實現(xiàn)具有可變長度并且直徑小型化的扼流圈的天線。通過直接突伸在“反饋”區(qū)中的扼流圈可以引入熱電偶(21)。
文檔編號H01Q1/44GK1489807SQ02804379
公開日2004年4月14日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者伊吉諾·隆奇, 伊吉諾 隆奇 申請人:意大利國家研究會