用于冷冻和消融生物组织的电外科器械制造技术

一种用于将微波能量施加到生物组织的电外科器械，其中所述器械能够冷冻辐射尖端部分周围的区域中的生物组织并将微波能量施加到所述冷冻组织。通过冷冻所述辐射尖端部分周围的所述区域，从所述辐射尖端部分辐射的微波能量可以低损耗地通过所述冷冻区域传输到所述冷冻区域周围的组织中。这使得治疗区域的大小增加，而无需增加递送到所述辐射尖端部分的微波能量的量。所述器械包括传输线、辐射尖端、用于传送组织冷冻流体的流体供给源以及热传递部分，所述热传递部分被布置成在所述组织冷冻流体与治疗区中的生物组织之间提供热连通。

Electrosurgical instruments for cryopreservation and ablation of biological tissues

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于冷冻和消融生物组织的电外科器械
本专利技术涉及一种使用微波能量消融生物组织的电外科探针。具体地讲，该探针可用于肺或子宫中，例如以消融肿瘤、病灶或肌瘤以及治疗哮喘。该探针可穿过外科观测装置或导管的工作通道插入，或者可用于腹腔镜手术或开放手术。
技术介绍
由于支气管树的尺寸小，尤其是朝向可能形成小结节的周边区域，因此很难进入肺部肿瘤。这导致了许多治疗选择的采用，例如化学疗法(靶向药物、抗癌药(化学治疗剂))、放射疗法(电离辐射的递送)、手术(侵入性和微创性)和射频/微波消融。用于摘除肺部肿瘤的外科手术包括肺切除术(摘除一只肺)、肺叶切除术(摘除肺叶)、袖式肺叶切除术(切除肺叶以及与其相连的部分支气管)、楔形切除术(摘除肺的楔形部分)和肺段切除术/肺段切除(切除特定肺段)。生物组织主要由水组成。人体软器官组织的水含量通常介于70％和80％之间。水分子具有永久电偶极矩，这意味着在整个分子上存在电荷不平衡。当分子旋转以使它们的电偶极矩与所施加电场的极性对准时，这种电荷不平衡使得分子响应于通过施加时变电场所生成的力而移动。在微波频率下，快速的分子振荡导致摩擦加热并且随后以热的形式耗散场能。这称为介电加热。微波消融疗法利用了这一原理，在微波消融疗法中，靶组织中的水分子通过以微波频率施加局部电磁场而迅速加热，从而导致组织凝固和细胞死亡。使用微波发射探针来治疗肺部和其他身体组织的各种病症是已知的。例如，在肺部，微波辐射可用于治疗哮喘和消融肿瘤或病灶。常规的微波消融探针被设计为经皮插入患者体内。然而，此类探针难以经皮定位到运动的肺中，这可能导致诸如气胸和血胸(分别是在胸膜腔内存在空气和血液)的并发症。其他微波消融探针可通过外科观测装置(例如，支气管镜或其他类型的内窥镜)递送至靶部位，所述外科观测装置可以延伸穿过诸如气道的体内通道。这允许进行微创治疗，微创治疗可以降低患者的死亡率并降低术中和术后并发症的发生率。期望使用探针将微波能量递送到靶组织，因为辐射部分可以定位在靶部位附近，使得较高比例的功率被传输到靶部位，并且较低比例的功率损失到周围的健康组织。这减少了治疗的副作用并且提高了效率。由于微波能量在生物组织中迅速耗散，因此生物组织通常被描述为有损耗材料。因此，从消融探针辐射的微波能量在其完全耗散之前不会在生物组织中传播太远。微波能量耗散的生物组织体积与频率有关，并且可以用称为趋肤深度的量来描述。趋肤深度被定义为距消融探针辐射天线表面的距离，在该距离处，与天线辐射的总功率相比，微波功率降低了1/e(其中e是自然对数等于一的数)。举例来讲，图5示出了在0.5–10GHz频率范围内趋肤深度与频率的曲线图，所述频率范围覆盖了典型的微波消融频率范围。使用测得的复介电常数数据计算体内肝脏的趋肤深度。如图5所示，在5.8GHz的示例性消融频率下，趋肤深度为约8mm。这意味着大部分微波能量在距辐射天线表面不到1cm的距离处耗散。因此，微波消融探针的治疗区域大小被限制在辐射天线周围的小区域内。可通过增加递送到辐射天线的微波能量的量(即，传递到天线的功率)来增加治疗区域的大小。然而，将能量传送到天线的电缆本身是有损耗的，并且通常损耗率随着电缆直径的减小而增加。这有效地限制了可以递送的能量的量，以避免由电缆加热引起的附带损害。微波能量的量的增加也会导致探针生成大量的热量，使得有必要使用冷却机制以避免损伤探针和/或患者。
技术实现思路
最一般地，本专利技术提供了一种用于将微波能量施加到生物组织的电外科设备，其中该设备能够冷冻该设备的辐射尖端部分周围的区域中的生物组织并将微波能量施加到该冷冻组织。由于与非冷冻组织相比，冷冻组织中的水分子的振动和旋转自由度减小，因此当微波能量通过冷冻组织传输时，介电加热所损失的能量较少。所以，通过冷冻辐射尖端部分周围的区域，从辐射尖端部分辐射的微波能量可以低损耗地通过冷冻区域传输到冷冻区域周围的组织中。与常规的微波消融探针相比，这使得治疗区域的大小增加，而无需增加递送到辐射尖端部分的微波能量的量。一旦冷冻区域周围的组织被微波能量消融，则可以使冷冻区域逐渐解冻，使得冷冻区域耗散微波能量并被消融。本专利技术的设备还使得微波能量和组织冷冻的各种组合能够用于有效地消融生物组织。电外科装置可被配置成通过内窥镜的工作通道被馈送，使得其可以被用于执行微创外科手术。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于治疗生物组织的电外科器械，该器械包括：用于传送微波电磁(EM)能量的传输线；辐射尖端，该辐射尖端安装在传输线的远侧端部处以从传输线接收微波EM能量并将该微波EM能量辐射到辐射尖端周围的治疗区中；用于将组织冷冻流体传送到治疗区的流体供给源；以及热传递部分，该热传递部分被连接以在传输线的远侧端部处接收来自流体供给源的组织冷冻流体，其中热传递部分被布置成在组织冷冻流体与治疗区中的生物组织之间提供热连通，以冷冻治疗区中的生物组织。辐射尖端可包括微波天线。该天线可以是在传输线的端部上形成的常规单极天线。传输线可以是同轴传输线，例如常规的同轴电缆。同轴电缆的内导体可以连接到微波天线的辐射尖端，微波能量可以从该辐射尖端辐射。辐射尖端可包括一种或多种介电材料以提供天线的介电负载，以便增强或形成微波天线的能量发射轮廓。同轴馈电电缆包括外导体，该外导体通过介电材料与内导体分离。电外科器械可用于向其附近的物质(诸如生物组织、流体或其他材料)施加微波能量。微波能量可能会引起生物组织中的介电加热，这可用于消融天线周围局部体积中的组织。因此，通过将天线直接插入治疗区(包括例如肿瘤、病灶或肌瘤)中，可以将微波能量施加到治疗区中的组织上以将其消融。电外科器械能够使位于辐射尖端周围的治疗区中的生物组织冷冻。在本文中，如果生物组织中包含的水为冰形式，即生物组织中的水分子保持为晶体结构，则将生物组织称为“冷冻的”。如果组织中的水分子处于液态，则将组织称为“非冷冻的”。与非冷冻组织相比，冷冻组织在微波频率下具有较低的介电损耗因子，因此使其能够比非冷冻组织更有效地传输微波能量。介电损耗因子与材料的介电常数的虚部有关，并且指示材料中的能量耗散。组织冷冻流体可以是低温液体或气体，并且在本文中可以称为致冷剂。术语“致冷剂”可以指用于产生低于0℃的温度的物质。可以使用液体、气体或固体致冷剂。合适的致冷剂包括但不限于液态氮、液态二氧化碳和液态一氧化二氮。流体供给源可设置有由绝热材料制成的绝热层和/或真空套，以防止设备的其他部件被致冷剂冷却。这也可以确保仅治疗区中的组织被冷冻，并且患者的可能紧邻致冷剂传送管道的其他部位不受致冷剂的影响。可以调节组织冷冻流体通过流体供给源的流动，以控制电外科器械的冷却能力。例如，可以增加组织冷冻流体的流动以提高冷却能力，从而使治疗区中的组织冷冻。可以减少或停止组织冷冻流体的流动，以使治疗区中的组织解冻。冷却能力可以确定被冷冻的组织的体积(例如，冷却能力越大，被冷冻的组织的体积越大)。在本文中，术语“冷却能力”用于描述器械去除某个区域的热量的能力。热传递部分可被布置成使得其被由流体供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于治疗生物组织的电外科器械，所述器械包括：/n传输线，所述传输线用于传送微波电磁(EM)能量；/n辐射尖端，所述辐射尖端安装在所述传输线的远侧端部处以从所述传输线接收所述微波EM能量并将所述微波EM能量辐射到所述辐射尖端周围的治疗区中；/n流体供给源，所述流体供给源用于将组织冷冻流体传送到所述治疗区；和/n热传递部分，所述热传递部分被连接以在所述传输线的远侧端部处接收来自所述流体供给源的所述组织冷冻流体，/n其中所述热传递部分被布置成在所述组织冷冻流体与所述治疗区中的生物组织之间提供热连通，以冷冻所述治疗区中的所述生物组织。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170601 GB 1708725.51.一种用于治疗生物组织的电外科器械，所述器械包括：
传输线，所述传输线用于传送微波电磁(EM)能量；
辐射尖端，所述辐射尖端安装在所述传输线的远侧端部处以从所述传输线接收所述微波EM能量并将所述微波EM能量辐射到所述辐射尖端周围的治疗区中；
流体供给源，所述流体供给源用于将组织冷冻流体传送到所述治疗区；和
热传递部分，所述热传递部分被连接以在所述传输线的远侧端部处接收来自所述流体供给源的所述组织冷冻流体，
其中所述热传递部分被布置成在所述组织冷冻流体与所述治疗区中的生物组织之间提供热连通，以冷冻所述治疗区中的所述生物组织。


2.根据权利要求1所述的电外科器械，其中所述组织冷冻流体是低温液体或气体。


3.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述流体供给源被布置成使所述组织冷冻流体循环通过所述热传递部分。


4.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述流体供给源包括：用于将所述组织冷冻流体传送到所述热传递部分的递送管道，以及用于远离所述热传递部分传送所述组织冷冻流体的排放管道。


5.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述热传递部分包括用于接收所述组织冷冻流体的封闭贮存器。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的电外科器械，其中所述热传递部包括用于将所述组织冷冻流体递送到所述治疗区中的出口。


7.根据权利要求6所述的电外科器械，其中所述出口包括喷嘴，所述喷嘴被布置成将所述组织冷冻流体喷射到所述治疗区中。


8.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述传输线和所述流体供给源在共同的电缆内。


9.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述热传递部分包括组织冷冻元件，所述组织冷冻元件能够在暴露位置与缩回位置之间移动，在所述暴露位置中，所述组织冷冻元件朝远侧突出超过所述辐射尖端，在所述缩回位置中，所述组织冷冻元件从所述辐射尖端后缩。


10.根据前述权利要求中任一项所述的电外科器械，其中所述流体供给源与所述传输线集成。


11.根据权利要求10所述的电外科器械，其中所述传输线是同轴传输线，所述同轴传输线包括内导体、外导体和介电材料，所述介电材料将所述内导体和所述外导体分离，并且其中所述内导体是中空的，以提供用于所述流体供给源的通路。


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【专利技术属性】
技术研发人员：C·P·汉考克，M·怀特，帕特里克·伯恩，彼得·克莱格，P·沙阿，
申请(专利权)人：科瑞欧医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB