用于组织表征的电磁传感器制造技术

提供用于组织表征的传感器，包括：构造为在近端放置到用于表征的组织的边缘而不穿透组织的谐振器，谐振器包括在大体上平行于边缘的平面内具有等值直径尺寸Ｄ且具有特征尺寸ｄ的传导结构；和至少一个用于提供与外部系统通信的传导引线，其中谐振器构造为在对应于大约λ至大约４０λ之间的自由空气波长范围的频率处谐振，其中λ是等值直径Ｄ的至少大约十倍，且其中传感器构造为在接收到在大约λ至大约４０λ之间的范围内的信号时在组织内在近区内感应电场和磁场，近区的直径大约为Ｄ，使得在近区内的组织有效地作为谐振器的部分起作用，从而影响其谐振值，且因此在近区内的组织通过谐振器的谐振响应由其电磁特性表征。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过反射的电磁波信号的谐振用于组织表征的方法和器械。
技术介绍
已知通过电磁反射特性的组织表征以用于区分组织类型。一般地这涉及大约在微 波范围内的电磁波在同轴电缆内从电磁波发生器向待表征的组织的传播。在相对于组织的 近端处，同轴电缆可以被切割且与组织接触。替代地，可以提供多种几何形状，如同轴端部 以作为组织探头运行。例如，Burdette 等[Burdette 等，“In Vivo Probe MeasurementTechnique for Determining Dielectric Properties at VFW ThroughMicrowave Frequencies , IEEE Trans. On Microwave Theory &Techniques，MTT_28 (4) :414_427，1980]在理论和实验上描 述了探头技术的使用以现场确定半固体材料和活组织的介电特性。此方法与先前已知的方 法相比是有利的，因为1使得在活组织内的介电特性测量能在大约0. 1GHz至大约10GHz之间的连续的频 率范围内进行，2消除了对冗长的样本准备的需要，和3使得能基于实时地处理数据。Burdette的想法是使用适合于插入到活组织内的短的单极天线作为体内探头。探 头设计为具有由Teflon介电材料分开的外导体和内导体(中心导体)的同轴电缆。内导 体电缆略微长于外导体电缆，以在相对于操作者的远端尖端处造成单极电场。此尖端被插 入到其介电特性待测量的组织内。为最小化边缘效应，外导体可以接地。通过首先去除内 导体和Teflon介电材料并将其焊到外导体上且然后将探头与作为连接器中心针的中心导 体再组装而将SMA连接器接附到探头。而在拆卸时，探头导体闪蒸以镍镀层且然后镀金以 降低探头和待检查的组织内的电解液之间的化学反应。此过程实际上消除探头金属表面的 氧化且帮助最小化了在低频率下电极极化效果。授予Chan等人的美国专利5，744，971教示了将用于测量材料的介电特性的同轴 探头合适地但不排它地用于例如如帆布的艺术作品的文化材料的保护处理的非介入性监 测。探头是带有延伸到相对于操作者的远端尖端的同轴结构的针状设备。与Burdette的介 入探头相反，此探头处于体外。此同轴探头的设计与Burdette等人的探头设计略微不同。授予Skladnev等人的美国专利6，026，323描述了用于表征组织类型的探头，它将 光学测试和电测试组合在单一的设备内，能几乎同时地从非常小的组织表面区域提供光学 数据和电数据。此解决方案的关键是能几乎同时在组织的同一个小区域上进行电测量和光 学测量的仪器。每个测量涉及复杂的事件序列，包括光学刺激和电刺激组织随后对组织的响应检测、过滤和数字化；从光学信号和电信号获取特定的参数；检查错误且随后将获取 的参数分类为多种组织类型的类别；且反馈给系统操作者。探头具有中心光纤，中心光纤将 电磁辐射传导到手柄内的光检测器二极管，且中心光纤定位在一束全都位于外管内的光纤 中间。三个金电极邻近且紧靠外管的内表面定位。探头电缆包括许多单独的同轴导体，带 有单一的总编织屏蔽，它们封闭在医疗级硅树脂外套内。电缆的两个端部具有圆形的塑料 针公端连接器。电极和光纤直接接触组织以刺激且检测组织特征。探头尖端被抛光且平滑 且具有带轮廓的边缘。环氧树脂将尖端部分电绝缘且密封。授予Hashimshony的共同拥有的美国专利6，813，515教示了用于检查组织的探 头、方法和系统，以根据其介电特性区分组织与其他组织。方法是在检查的组织内产生边缘 电场以从组织产生反射脉冲而穿透到组织自身内的辐射可忽略；检测反射的电脉冲；和将 反射的电脉冲的电特征相对于施加的电脉冲进行比较以提供对被检查的组织的介电特性 的指示。测量设备构建为同轴探头，在探头的相对于操作者的远端尖端处带有腔，其中限制 了待检查的组织的样本。探头自身具有内导体，内导体与外导体绝缘且由外导体封闭，外导 体在一个端部处打开且在轴向方向延伸过内导体，从而在探头的相对于操作者的远端端部 处限定了打开的腔。内导体包括打开的腔内的尖端，该尖端形成有至少两个不同的直径以 增强边缘电场。授予Campbel等人的美国专利6，370，426描述了用于测量基板的相对水合的方法 和器械。对基板的电特征、施加到基板的力和在测量期间基板的温度的测量值提供了用于 确定基板的这样的相对水合的输入。在此情况中使用的传感器的结构是两个同轴导体，一 个导体沿对称轴线走向，两个导体被同轴绝缘体分开且具有在外导体外侧的同轴绝缘体。 两个导体和分开它们的绝缘体在相对于操作者的远端尖端处的垂直于对称轴线的平面处 结束，使得同轴结构接触被检查的组织但不穿透它。授予Einat等人的英国专利GB01153980描述了 RF天线，天线作为探头用于近场 识别和表征。探头具有生成了电磁场的第一和第二辐射部分，第一和第二部分大体上相对 以抑制远场辐射。当寻求近场表征时，远场抑制最小化了来自远场的贡献。授予Coldfine等人的美国专利6，380，747描述了用于处理、优化、标定和显示被 测量的介电测试法信号的方法。特性估计器通过使用仪器的方式耦联到电极结构且将感 测到的电磁响应转换为对材料的一个或多个预选特性或尺寸的估计，例如介电常数和电导 率、层厚度、或其他影响介电特性的物理特性、或其他有损耗的介电或金属物体的存在。披 露了可以以多种方式连接的介电测试法传感器以具有不同的电场有效穿透深度，但使得所 有构造具有相同的空气间隙、流体间隙或垫片升起高度，因此通过降低未知数的个数在很 大程度上改进了特性估计器的性能。传感器几何形状包括周期性结构，结构在任一时间带 有单一的提供了多个在相同的传感器覆盖区内的波长的感测元件。以上描述的系统是非谐振的，所以来自不同组织的信号之间的差异小。作为对比，授予King等人的美国专利5，227，730，授予King的美国专利 5，334，941和授予Tobias的美国专利US6411103添加了谐振元件。授予King等人的美国专利5，227，730教示了用于在体内或体外感测特别是生物 组织的有损耗的(耗散)介电材料的复数介电特性的方法和器械。此想法基于插入到测试 材料内的针状谐振传感器，以用于测量其在谐振频率处的介电特性。与以上描述的传感器相比，主要的优点是，因为谐振效果，介电常数可以以更高的精确性和分辨率测量，且在更 大的体积(立方厘米的量级)内测量。因此，谐振传感器能更好地分辨肿瘤组织和正常组 织。由King等人设计的针状谐振传感器具有偶极谐振器的形式，它平行于且邻近小型同轴 馈电电缆定位且与同轴馈电电缆电绝缘。偶极谐振器通过在电缆屏蔽内切割的电小的周向 间隙感性地耦合到微波源。通过将间隙在偶极中心处耦合到偶极，在偶极内以很好地平衡 的和对称的方式感应了电流。以供电间隙的合适设计，偶极阻抗可以很好地与同轴电缆匹 配，使得在偶极的谐振频率处从间隙的反射非常小。为调节偶极和测试介质之间的耦合程 度，薄的圆柱形介电鞘封闭了整个组件。这样的鞘例如可以是介电导管，同轴电缆与其接附 的偶极谐振器插入到该鞘内。授予King的美国专利5，334，941描述了高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于近区组织表征的传感器，其包括：构造为在近端放置到用于表征的组织的边缘而不穿透组织的宽带谐振器，宽带谐振器包括传导结构，传导结构在大体上平行于边缘的平面内具有等值直径尺寸Ｄ且具有大体上等于传导结构的传导材料之间的间距的特征尺寸ｄ；和至少一个用于提供与外部系统通信的传导引线，其中宽带谐振器设计为Δｆ／ｆ至少为±１５％，其中Δｆ是谐振器的反射信号的反射系数幅值具有至少１０％的改变的频率范围，ｆ是相应的谐振频率，ｆ在１００ＭＨｚ到３５０ＭＨｚ之间，所述谐振器构造为在对应于大约λ至大约４０λ之间的自由空气波长范围的频率处谐振，其中λ是等值直径Ｄ的至少大约十倍，且其中传感器构造为在接收到在大约λ至大约４０λ之间的范围内的信号时在组织内在近区内感应电场和磁场，使得在近区内的组织有效地作为宽带谐振器的部分起作用，从而影响其谐振值，使得在近区内的组织通过宽带谐振器的谐振响应由其电磁特性表征。

【技术特征摘要】
US 2005-3-29 60/665842一种用于近区组织表征的传感器，其包括构造为在近端放置到用于表征的组织的边缘而不穿透组织的宽带谐振器，宽带谐振器包括传导结构，传导结构在大体上平行于边缘的平面内具有等值直径尺寸D且具有大体上等于传导结构的传导材料之间的间距的特征尺寸d；和至少一个用于提供与外部系统通信的传导引线，其中宽带谐振器设计为Δf/f至少为±15％，其中Δf是谐振器的反射信号的反射系数幅值具有至少10％的改变的频率范围，f是相应的谐振频率，f在100MHz到350MHz之间，所述谐振器构造为在对应于大约λ至大约40λ之间的自由空气波长范围的频率处谐振，其中λ是等值直径D的至少大约十倍，且其中传感器构造为在接收到在大约λ至大约40λ之间的范围内的信号时在组织内在近区内感应电场和磁场，使得在近区内的组织有效地作为宽带谐振器的部分起作用，从而影响其谐振值，使得在近区内的组织通过宽带谐振器的谐振响应由其电磁特性表征。2. 一种用于近区组织表征的传感器，其包括构造为在近端放置到用于表征的组织的边缘而不穿透组织的宽带谐振器，宽带谐振器 包括传导结构，传导结构在大体上平行于边缘的平面内具有等值直径尺寸D且具有大体上 等于传导结构的传导材料之间的间距的特征尺寸d ；和 至少一个用于提供与外部系统通信的传导引线，其中宽带谐振器设计为Af/f至少为士 15%，其中Af是宽带谐振器的反射信号的反 射系数幅值具有至少10%的改变的频率范围，f是相应的谐振器频率，所述谐振器构造为 在对应于大约\至大约40 X之间的自由空气波长范围的频率处谐振，其中\是等值直径 D的至少大约十倍，且其中传感器构造为在接收到在大约10 X至大约30 X之间的范围内的信号时在组织 内在近区内感应电场和磁场，使得在近区内的组织有效地作为宽带谐振器的部分起作用， 从而影响其谐振值，使得在近区内的组织通过宽带谐振器的谐振响应由其电磁特性表征。3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中特征尺寸d在等值直径D的1/10至1/20 之间。4.根据权利要求1、2或3所述的传感器，其中谐振器进一步包括电子支承结构。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中谐振响应是反射信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：D哈施姆索尼，G科亨，I格利纳，
申请(专利权)人：沙丘医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]