凝固微波辐射器和系统技术方案

用于插入活体组织以提供微波消融治疗的微波辐射器包括在所述辐射器附接端和朝向辐射器插入端的天线之间延伸的微波传输线，所述传输线带有形成环绕所述传输线的封闭流体空间的外导电套。由导向套引导冷却流体在所述流体空间中循环。传感器感测冷却流体的近似温度。一部分冷却流体可以注入辐射器周围的组织以使不治疗的组织保持含水。可以通过包括为一个或多个辐射器提供调谐的功率输出的复用和功率分配电路以及检测辐射器数量和正确连接的系统，将微波功率提供给一个或多个辐射器。所述系统可以提供915MHz和2450MHz的微波能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电磁辐射(EMR)治疗。更具体地说，本专利技术涉及用于将电磁能施加到活体内的治疗位置以在所述治疗位置上对需要治疗的组织进行加热的辐射器和系统。本专利技术对于具有微波凝固(coagulation)或消融性质的治疗尤其有用。
技术介绍
众所周知，可使用电磁(EM)能加热组织来治疗疾病。在使用微波能进行组织加热时，具有微波辐射天线的辐射器相对于待治疗(加热)组织进行放置，以便从天线辐射出的 微波能穿透组织并进行加热。许多微波辐射器在本领域是公知的。当温度在足够的时间内高于正常细胞温度吋，活体组织细胞便会死亡(或坏死)。所述足够的时间一般取决于细胞的加热温度。当高于大约41. 5°C的阈值温度时，多数恶性细胞都会发生大量热损害。当高于45°C时，多数正常细胞会发生热损害。在治疗时，需要在足够的时间内使目标组织中的温度升高，以便消除目标细胞，同时使附近的健康组织保持安全的低温。为此，当使用涉及组织加热的治疗方法时，最重要是确保整个肿瘤到肿瘤边缘得到充分的肿瘤加热，同时降低关键正常组织的温度。热疗有时与其他治疗相结合，例如外科手术、离子辐射以及化疗。例如，当热疗与辐射治疗结合时，最好使病变组织内的温度保持在42到45°C。当使用组合治疗时，一般最好不要使温度太高，因为高温可能导致抗辐射治疗的微血管崩解，如果损坏血管，还会減少到达肿瘤的全身化疗量。温度太低也不行，会导致无法达到充分的治疗效果。因此，重要的是控制温度在综合治疗的希望范围内并且如果要折衷来自其他治疗的这样的组织损害则不允许将肿瘤或肿瘤周围组织的温度加热到高于45°C。在此受控温度范围内的治疗通常被称为热疗。単独通过加热杀死组织的热疗形式一般被称为凝固或消融。为了只通过加热根除癌性肿瘤，需要确保充分加热整个肿瘤。对于恶性肿瘤而言，如果留下活肿瘤细胞，便会迅速地再次生成肿瘤，使患者面临相同的问题。在一般被称为微波凝固或微波消融的治疗中，将病变组织加热到至少约55°C，并且一般高于约60°C，为了使照射时间足以杀死细胞，一般大于约一分钟。对于微波凝固和微波消融治疗，存在温度的量减，范围从受治疗组织中的高温到受治疗组织以外正常组织温度37°C。如果过度加热这类正常组织，受治疗组织体积中整体热分布的外边缘会对正常组织造成损害。因此，对于在凝固或消融体积保持极高温度的延长的凝固或消融治疗，很可能损害周围的正常组织。为了适宜地治疗目标癌性肿瘤体或其他待治疗组织体积，最重要是在足够的时间内适当地提供正确的热分布以消除肿瘤组织，同时最大程度上减小对周围关键正常组织的损害。幸运的是，有些肿瘤位置位于可通过有限区域加热来破坏的正常组织内，不会影响患者健康，例如肝组织。在这种情况下，可逐步实施凝固，并且包括在破坏有限的周围正常组织时的安全余量，从而确保消除所有恶性肿瘤。凝固和消融治疗中常见的极速加热到高温的过程利用短时间照射。这样，产生的温度分布主要取决于组织内的能量吸收分布。但是，如果这种治疗持续若干分钟，肿瘤和周围组织的血液流动和热传导将改变温度分布，从而导致较不可预测的热分布，因为无法预测这些区域中的血液流动变化。因此，重要的是优化所吸收组织加热能量的均匀性来实现更适合治疗方案的可预测温度分布。因此，在治疗前(也可以在治疗期间)用于计算由施加到组织的功率和功率的相对相位的參数导致的能量和温度分布的治疗前计划实践不仅对于凝固和消融很重要，对于热疗也很重要。如果在治疗期间使用较高的温度，可能会増加患者的不适和痛苦，因此它有助于避免过高温度，从而減少使患者镇静的需要。侵入式微波能辐射器可以插入活体组织，将加热源置于病变组织区域内或置于其附近。侵入式辐射器帮助克服当目标组织区域位于皮肤下面(例如，前列腺(prostrate))时表面辐射器所遇到的一些困难。侵入式辐射器必须适宜放置才能局域化对希望的治疗区域周围的加热。但是，即使放置正确，也很难确保在病变组织中产生足够热量的同时不会过度加热周围健康组织。进ー步地，当辐射器在较高功率级别上操作来产生凝固和消融所需的较高温度时，辐射器一部分中从体外部引入辐射器内辐射天线位置的同轴电缆可能加热到非常高的温度，从而对辐射器到达待治疗病变组织而经过的正常组织造成热损害。因此，现有技术中使用各种对辐射器进行冷却的方法。当在现有技术中使用射频(RF)电极时，主电极以侵入方式插入身体，同时次电极以侵入方式插入身体(例如，在双极RF辐射器中)或者单独位于其他位置，或放在身体外部的皮肤上，以便射频加热电流从主电极流到次电极。在此过程中，主电极周围的组织可能干燥和烧焦。当需要将RF加热电流传输到次电极的主电极周围的组织干燥吋，电极周围组织的干燥会增加电阻，阻止加热电流的流动。此组织干燥过程然后限制电流从主电极流入干燥或烧焦组织以外的组织，从而将组织凝固区域限于形成电极周围干燥或烧焦组织之前实现的组织凝固区域。已经开发出ー种将诸如盐溶液之类的流体从这种主RF电极的尖端注入的技术，从而取代在该区域中加热的组织液，由此通过保持电极附近组织的湿度和导电性来降低对电流的电阻。这样便可持续从主电极提供希望的电流以产生希望的组织加热和凝固。此技术的实例在美国专利号6，066，134、6，112，123和6，131,577中示出。在本领域 中公知，诸如盐溶液之类的流体可以与微波天线结合使用，其中将诸如盐溶液之类的流体的注入引入主加热区域，从而通过取代主辐射区域组织中的流体来帮助保持天线的辐射阻抗和加热。此技术的实例在已发布的美国专利申请2006/0122593和2009/0248006中示出。还利用其他方法来改善在组织的微波凝固期间的阻抗匹配，例如通过频率变化(美国专利号7，594，913)和暴露的辐射天线尖端的变化(美国已发布申请2009/0131926)而实现的调整变化。还公知对于微波能辐射器，尤其是在915MHz上操作的辐射器，辐射能会形成泪滴形加热图形，该图形带有沿辐射器插入路径朝向辐射器近端，沿辐射器轴从目标加热区域延伸回正常组织的尾巴。在某些情况下，所述尾巴的范围在治疗期间变化，以及随着辐射器的定位变化(例如，辐射器的插入深度)。形成此加热尾巴以及根据可变插入深度改变凝固区域并不是所希望的结果，因为凝固区域应该在各种合理插入深度处保持一致，而且辐射器产生的加热区域应希望地具有更趋球形的形状，从而产生更趋球形的消融区域。已发现，施加到组织的微波能频率是所产生的加热和消融区域形状的ー个形成因素。微波频率915MHz和2450MHz被认为适用于热疗和消融。频率为915MHz的微波比频率为2450MHz的微波长。一般而言，已发现较长的913MHz可进入组织更深的位置，并且穿透组织时的衰减较小，从而在给定功率级别产生的加热图形大于具有较高的2450MHz频率的微波。但是，尽管较长的913MHz微波产生较大的加热图形，但是当前可用的913MHz频率微波辐射器所产生的加热图形为椭圆形并且趋向沿辐射器从天线延伸回人体外部。单个915MHz微波天线的加热或消融区域的放射直径可以小到沿辐射器的加热或消融区域一半长度。当前可用的2450MHz频率微波辐射器也产生有些像椭圆的加热图形，但是，2450MHz频率微波辐射器所产生的加热图形与915MHz频率辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.17 US 12/620,002;2010.01.18 US 12/689,195;1.一种插入活体组织以对所述活体组织内的病变组织进行热疗的微波辐射器，所述微波辐射器包括 伸长的辐射器主体，所述主体具有插入活体组织区域的插入端以及与微波能的源附连的附接端； 用于辐射微波能的天线，被设置为朝向所述伸长的辐射器主体的所述插入端； 微波能传输线，位于所述伸长的辐射器主体内以将微波能从所述辐射器的附接端导向所述天线，所述微波能传输线具有外表面以及内导体和外导体； 外导电套，围绕所述微波能传输线的外表面延伸并与其间隔以形成所述伸长的辐射器主体的一部分的外部并在所述微波传输线的外表面和所述外导电套的内表面之间形成冷却流体空间； 导向套，同心环绕所述微波能传输线的所述外表面和所述外导电套的所述内表面并与所述微波能传输线的所述外表面和所述外导电套的所述内表面间隔，以将所述冷却流体空间的至少一部分分为沿所述微波能传输线的所述外表面的内冷却流体空间和沿所述外导电套的所述内表面的外冷却流体空间，所述内冷却流体空间与所述外冷却流体空间连通，从而所述导向套适合于在所述冷却流体空间内引导冷却流体流以冷却所述微波能传输线和所述外导电套； 导电辐射器尖端，形成所述辐射器主体的所述插入端并电耦合到所述传输线的内导体；以及 介电材料，位于所述导电套和所述传导尖端之间并接合所述导电套和所述传导尖端以使所述导电尖端与所述导电套和所述微波传输线的外导体电绝缘。2.如权利要求I中所述的插入活体组织的微波辐射器，其中所述介电材料在所述外导电套和同轴微波传输线的外导体之间延伸以形成朝向所述辐射器的插入端的冷却流体空间的末端。3.如权利要求2中所述的插入活体组织的微波辐射器，其中所述冷却流体空间沿所述微波能传输线在到达所述天线之前终止。4.如权利要求I中所述的插入活体组织的微波辐射器，还包括用于将流体从所述伸长的辐射器主体注入所述伸长的辐射器主体周围的近端组织区域以便在对病变组织进行热疗期间保持所述近端组织区域中的水分的装置，所述近端组织区域邻近希望的加热区域的近邻近端并且从所述希望的加热区域的近邻近端向近侧延伸。5.如权利要求4中所述的插入活体组织的微波辐射器，其中所述用于将冷却流体从所述伸长的辐射器主体注入所述近端组织区域的装置包括与所述伸长的辐射器主体中的朝向所述近端组织区域打开的一个或多个开口连通的冷却流体源。6.如权利要求I中所述的插入活体组织的微波辐射器，还包括被设置为在所述辐射器的操作期间当所述冷却流体空间内存在冷却流体时测量冷却流体的近似温度的温度传感器。7.如权利要求I中所述的插入活体组织的微波辐射器，其中所述天线产生辐射器加热区域以加热所述辐射器加热区域周围的组织，并且其中所述伸长的辐射器主体还包括在所述伸长的辐射器主体外部显示并沿所述伸长的辐射器主体相距规则间隔的深度标记，所述深度标记作为所述伸长的辐射器主体和所述加热区域插入活体的深度的指引，并且还包括在所述伸长的辐射器主体外部上显示的位于所述加热区域和所述辐射器的附接端之间且与所述加热区域相距预定距离的警告标记，以便在所述辐射器从人体拔出期间在所述加热区域接近人体皮肤时警告用户。8.一种用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，所述系统包括 a)微波产生器,用于输出微波能； b)同轴微波能供应电缆，耦合到所述微波产生器以便将所述微波能从所述微波产生器提供给微波辐射器； c)至少一个微波辐射器； d)系统控制器，用于控制系统操作；以及 e)微波能分配器电路，所述分配器电路具有与所述微波产生器相连的微波能输入以及适合于通过所述同轴微波能供应电缆连接到至少一个微波辐射器的多个输出端口，其中所述多个输出端口之一是在至少一个微波福射器为与所述功率分配器电路相连的单个微波辐射器时使用的单连接输出端口，并且所述多个输出端口中的其余输出端口是在至少一个微波辐射器为与所述功率分配器电路的两个或多个多连接输出端口相连的两个或多个微波辐射器时使用的多连接输出端口，并且其中所述单连接输出端口被阻抗匹配和调谐以在使用单个辐射器时提供有效能量传输，其中所述多连接输出端口被阻抗匹配和调谐以在使用从提供的多个输出端口中的两个端口到全部端口的任意端口上的多个辐射器时提供有效能量传输。9.如权利要求8中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述功率分配器电路包括一个单连接输出端口和三个多连接输出端口以允许将单个辐射器连接到所述一个单连接输出端口，将两个辐射器连接到所述功率分配器电路的所述多连接输出端口中的两个，或者将三个辐射器连接到所述功率分配器电路的多连接输出端口中的三个以提供一个、两个或三个与所述功率分配器电路相连的辐射器。10.如权利要求9中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述系统包括多个与所述微波产生器相连的功率分配器电路以便为所述系统提供多余三个的福射器。11.如权利要求8中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，还包括与至少一个辐射器中的每个辐射器关联的温度传感器，所述温度传感器适合于产生指示所述温度传感器感测的温度的温度传感器信号；将所述温度传感器耦合到所述微波能供应电缆的耦合电路，所述耦合电路适合于分离温度传感器信号和所述微波能和组合温度传感器信号和所述微波能，由此温度传感器信号沿具有所述微波能的同轴微波能供应电缆传输，并且其中所述功率分配器电路还是用于将控制器耦合到所述微波能供应电缆的复用器电路，所述复用器电路适合于分离温度传感器信号和所述微波能和组合温度传感器信号和所述微波能，由此将沿具有所述微波能的所述微波能供应电缆传输的温度传感器信号导引到所述系统控制器以及从所述系统控制器导引温度传感器信号。12.如权利要求11中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述复用器和功率分配器电路针对每个输出端口分离所述温度传感器信号与所述微波能，由此针对每个与所述输出端口相连的辐射器沿具有微波能的微波能供应电缆传输的所述温度传感器信号被单独导引到所述系统控制器，并且其中所述系统控制器被设计为确定辐射器与哪个输出端ロ相连，从端ロ接收指示辐射器与该端ロ相连的所述温度传感器信号，并且其中所述控制器被设计为通过确定连接到所述复用器和功率分配器电路的辐射器数目以及与辐射器相连的特定输出端ロ，确定仅当检测到单个辐射器时所述单个辐射器是否正确地连接到所述单个连接辐射器输出端ロ以及当检测到多个辐射器时所述多个辐射器是否正确地仅连接到所述多连接辐射器输出端ロ，并且提供指示所述辐射器是否未正确连接的输出信号。13.如权利要求8中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述用于输出微波能的微波产生器以915MHz频率输出微波能,并且还包括用于以2450MHz的第二频率输出微波能的第二微波产生器、单个第二频率微波辐射器，以及耦合到所述第ニ微波产生器以便将所述微波能从所述第二微波产生器提供给所述第二频率微波辐射器的第二频率同轴微波能供应电缆。14.如权利要求13中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述系统控制器控制所述微波产生器和所述第二微波产生器的操作。15.如权利要求14中所述的用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，其中所述系统控制器在任何特定时间操作所述微波产生器或所述第二微波产生器。16.ー种用于对活体内的病变组织进行热疗的微波治疗系统，所述系统包括 a)微波产生器,用于输出微波能； b)同轴微波能供应电缆，耦合到所述微波产生器以便将所述微波能从所述微波产生器提供给微波辐射器； c)微波福射器，包括 i)伸长的辐射器主体，所述主体具有用于插入活体组织区域的插入端以及用干与所述同轴微波能供应电缆附接的附接端； )用于辐射微波能的天线，被设置为朝向所述辐射器主体的插入端； iii)微波能传输线，位于所述伸长的辐射器主体内以将微波能从所述辐射器的所述附接端导向所述天线，所述微波能传输线具有外表面以及内导体和外导体； iv)温度传感器，适合于产生指示由所述温度传感器感测的温度的温度传感器信号； V)耦合电路，所述耦合电路将所述温度传感器耦合到所述微波能供应电缆，并且适合于分离温度传感器信号和微波能和组合温度传感器信号和微波能，由此温度传感器信号沿具有所述微波能的所述同轴微波能供应电缆传输； d)系统控制器，用于在考虑所述温度传感器信号的情况下控...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·F·特纳，T·L·尤德，B·汗密尔顿，
申请(专利权)人：BSD医药公司，
类型：发明
国别省市：