CN101511295A - 能量传输系统及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及出于各种应用，包括医疗过程(例如，组织消融，切除，烧灼，脉管血栓形成，心律失常和节律不整的治疗，电外科，组织切取等)，向组织传输能量的综合系统、设备和方法。在一些实施例中，提供通过能量的施加来治疗组织区域(例如，肿瘤)的系统、设备和方法。

Description

能量传输系统及其用途

技术领域

本发明涉及出于各种应用，包括医疗过程(例如，组织消融，切除，烧灼，脉管血栓形成，心律失常和节律不整的治疗，电外科，组织切取等)，向组织传输能量的综合系统，设备和方法。在一些实施例中，提供通过能量的施加来治疗组织区域(例如，肿瘤)的系统，设备和方法。

背景技术

消融是一种治疗某些组织，比如良性和恶性肿瘤，心律失常，心脏节律不整和心动过速的重要治疗策略。许多批准的消融系统使用射频(RF)能量作为消融能量源。从而，目前医生可以采用各种各样的基于RF的导管和动力源。不过，RF能量存在一些局限，包括能量在表面组织中的快速耗散，导致浅“烧蚀”，以及不能接近更深的肿瘤或无节律组织。RF消融系统的另一种局限是在能量发射电极上形成焦痂和血块的趋向，这限制了电能的进一步沉积。

微波能量是一种加热生物组织的有效能量源，用在诸如癌症治疗和在灌注之前预热血液之类的应用中。因此，鉴于传统消融技术的缺陷，近年来高度关注使用微波能量作为消融能量源。与RF相比，微波能量的优点是更深地渗透到组织中，不易烧焦，不必接地，能量沉积更可靠，组织加热更快，以及与RF相比，产生大得多的热损伤的能力(这大大简化了实际的消融过程)。因此，正在开发各种利用微波频率范围内的电磁能量作为消融能量源的设备(例如，参见美国专利No.4,641,649、5,246,438、5,405,346、5,314,466、5,800,494、5,957,969、6,471,696、6,878,147和6,962,586；上述每件专利在此整体通过引用而并入)。

不幸的是，目前的传输微波能量的设备存在缺陷。例如，由于功率和治疗时间的实际限制，目前的设备产生相当小的损伤。目前的设备具有功率极限，因为馈线的功率承载容量较小。但是，直径更大的馈线并不合乎需要，因为它们不太容易经皮肤被插入，并且会增大过程并发症发生率。对大多数应用场合，微波设备还局限于单一天线，从而限制同时治疗多个区域，或者近距离地布置几个天线以形成大的组织加热区的能力。另外，高功率下馈线的发热会导致灼伤设备插入区周围。

需要向组织区域传输能量的改进系统和设备。另外，需要能够在不存在对应微波能量损耗的情况下传输微波能量的改进系统和设备。另外，需要能够经皮肤把微波能量传输到受治疗者的组织，而没有不期望的组织灼伤的系统和设备。此外，需要在无需物理上较大的侵入式组件的情况下，传输所需量的微波能量的系统。

发明内容

本发明涉及出于各种应用，包括医疗过程(例如，组织消融，切除，烧灼，脉管血栓形成，心律失常和节律不整的治疗，电外科，组织切取等)，向组织传输能量的综合单天线和多天线系统、设备和方法。在一些实施例中，提供通过能量的施加来治疗组织区域(例如，肿瘤)的系统、设备和方法。

本发明提供采用组件向组织区域(例如，肿瘤，内腔，器官等)传输能量的系统、设备和方法。在一些实施例中，系统包含能量传输设备和下述中的一个或多个：处理器，动力源，功率分配器，成像系统，调谐系统，和温度调节系统。

本发明并不局限于特殊类型的能量传输设备。本发明预期任何已知的或者未来开发的能量传输设备在本发明系统中的应用。在一些实施例中，利用现有的商用能量传输设备。在其它实施例中，使用具有优化的特性(例如，尺寸小，优化的能量传输，优化阻抗，优化热耗散等)的改进能量传输设备。在一些这样的实施例中，能量传输设备被配置成向组织区域传送能量(例如，微波能量)。在一些实施例中，能量传输设备被配置成以优化特性阻抗来传输微波能量(例如，配置成在高于50Ω的特性阻抗下工作)(例如，在50和90Ω之间；例如大于50，...，55，56，57，58，59，60，61，62，...90Ω，最好为77Ω)(例如，参见美国专利申请序列号11/728,428；在此整体通过引用而并入)。

设备的不期望过热的一个主要来源是绝缘体的电介质加热，可能导致组织损伤。本发明的能量传输设备被设计成防止不期望的设备过热。能量传输设备并不局限于防止不期望设备过热的特殊方式。在一些实施例中，设备采用冷却剂的循环。在一些实施例中，设备被配置成检测设备内(例如，沿着外导体)的不希望的升温，并通过使冷却剂流经冷却通道，来自动或人工地降低这种不希望的升温。

在一些实施例中，能量传输设备具有改进的冷却特性。例如，在一些实施例中，设备允许使用冷却剂，而不增大设备的直径。这和使冷却剂流过外部套管或者以其它方式增大设备的直径以容纳冷却剂的流动的现有设备相反。在一些实施例中，能量传输设备中具有一个或多个冷却通道，以减少不希望的热耗散(例如，参见美国专利申请序列号No.11/728,460；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，能量传输设备中具有沿设备的整个长度或者部分长度延伸，用于通过冷却材料的循环来避免设备过热的管子(例如，针，塑料管等)。在一些实施例中，通道或管子取代位于同轴电缆的内导体和外导体之间的介电组件的材料。在一些实施例中，通道或管子替代介电材料或者基本上替代介电材料。在一些实施例中，通道或管子取代一部分的外导体。例如，在一些实施例中，外导体的一部分被除去或削去，从而产生冷却剂的流动通道。图12中表示了一个这样的实施例。在该实施例中，同轴电缆900具有外导体910、内导体920和介电材料930。在该实施例中，介电材料区940被除去，形成冷却剂流动空间。唯一剩下的围绕或基本围绕同轴电缆的外导体材料位于远端区950和近端区960。细条导体材料970连接远端区950和近端区960。在该实施例中，从位于近端区960的导体材料切割形成细通道980，以允许冷却剂流入除去外导电材料(或者被加工成不存在外导电材料)的区域940。本发明不受通道的尺寸或形状的限制，只要能够传送冷却剂。例如，在一些实施例中，通道是沿同轴电缆的长度延伸的线性通路。在一些实施例中，可以采用螺旋通道。在一些实施例中，管子或通道移除或者替代至少一部分的内导体。例如，大部分的内导体可用冷却通道替代，仅仅在设备的近端和远端附近留下小部分的金属以便调谐，其中保留的金属部分由细条导电材料连接。在一些实施例中，在内导体或外导体内形成内部空间区，以形成冷却剂的一个或多个通道。例如，可按中空的导体材料管的形式来提供内导体，冷却通道设置在中心。在这样的实施例中，内导体可用于冷却剂的流入或流出(或者流入和流出两者)。

在一些实施例中，在冷却管被放置在设备内的情况下，冷却管具有冷却剂流入和流出设备的多个通道。设备并不局限于冷却管(例如，冷却针)在介电材料内的特殊布置。在一些实施例中，冷却管沿介电材料的外缘布置，被布置在介电材料的中间，或者被布置在介电材料内的任何位置。在一些实施例中，介电材料被预先形成有被设计成容纳和固定冷却管的通道。在一些实施例中，把柄与设备连接，其中把柄被配置成控制冷却剂进出冷却管。在一些实施例中，冷却管是柔性的。在一些实施例中，冷却管是不可弯曲的。在一些实施例中，冷却管的多个部分是柔性的，而其它部分是不可弯曲的。在一些实施例中，冷却管是可压缩的。在一些实施例中，冷却管是不可压缩的。在一些实施例中，冷却管的多个部分是可压缩的，而其它部分是不可压缩的。冷却管并不局限于特殊形状或尺寸。在一些实施例中，冷却管为固定在直径等于或小于12号针的同轴电缆内的冷却针(例如，29号针或者等同尺寸)。在一些实施例中，冷却管的外部具有粘合层和/或油脂层，以便固定冷却管或者允许在设备内滑动。在一些实施例中，沿其长度方向，冷却管具有一个或多个孔，允许把冷却剂释放到设备的希望区域中。在一些实施例中，所述孔最初是用可熔材料堵塞的，使得需要特定的热度阈值来熔化该材料，并通过特殊的受到影响的一个或多个孔来释放冷却剂。从而，只有在已到达热度阈值的区域中才释放冷却剂。

在一些实施例中，冷却剂被预装入本发明的设备的天线、把柄或其它组件中。在其它实施例中，冷却剂是在使用期间添加的。在一些预装实施例中，例如在形成自保持真空的条件下，液体冷却剂被预装入天线的远端。在一些这样的实施例中，当液体冷却剂蒸发时，真空吸入更多的流体。

本发明不受采用的冷却材料的性质限制。冷却剂包括(但不限于)液体和气体。例证的冷却剂流体包括(但不限于)下述一个或多个或者它们的组合：水，甘醇，空气，惰性气体，二氧化碳，氮气，氦气，六氟化硫，离子溶液(例如，有或没有钾和其它离子的氯化钠)，葡萄糖水溶液，林格氏乳酸盐溶液，有机化学溶液(例如，乙二醇，二乙二醇，或者丙二醇)，油类(例如，矿物油，硅油，氟代烃油)，液态金属，氟利昂，卤代甲烷，液化丙烷，其它卤代烷烃，无水氨，二氧化硫。在一些实施例中，至少部分通过改变冷却剂的浓度、压力或体积来发生致冷。例如，可借助利用Joule-Thompson效应的气体冷却剂来实现冷却。在一些实施例中，冷却是由化学反应提供的。设备并不局限于特殊类型的降温化学反应。在一些实施例中，降温化学反应是吸热反应。设备并不局限于应用吸热反应来防止不期望的发热的特殊方式。在一些实施例中，使第一和第二化学物质流入设备中，以致它们相互反应，从而降低设备的温度。在一些实施例中，在第一和第二化学物质被预先装入设备中的情况下准备设备。在一些实施例中，化学物质由当需要时被除去的隔离物隔开。在一些实施例中，隔离物被配置成当暴露于预定温度或温度范围下时熔化。在这样的实施例中，只有当达到值得冷却的热度水平时，设备才启动吸热反应。在一些实施例中，多个不同的隔离物位于整个设备内，使得仅仅在设备的发生不期望发热的那些部分才发生局部冷却。在一些实施例中，使用的隔离物是包含所述两种化学物质之一的小球。在一些实施例中，隔离物是熔化以结合所述两种化学物质的壁(例如垫圈形状的圆盘)。在一些实施例中，隔离物由在预定温度下熔化的蜡制成。设备并不局限于特殊种类、类型或数量的可熔材料。在一些实施例中，可熔材料是生物相容的。设备并不局限于特殊种类、类型或数量的第一和第二化学物质，只要它们的混合可导致降温化学反应即可。在一些实施例中，第一材料包括八水合氢氧化钡晶体，第二材料是干燥的氯化铵。在一些实施例中，第一材料是水，第二材料是氯化铵。在一些实施例中，第一材料是亚硫酰(二)氯(SOCl₂)，第二材料是七水硫酸钴(II)。在一些实施例中，第一材料是水，第二材料是硝酸铵。在一些实施例中，第一材料是水，第二材料是氯化钾。在一些实施例中，第一材料是乙酸，第二材料是碳酸钠。在一些实施例中，使用通过按照降低设备外表面的热的方式来熔化流动，自己减少热的可熔材料。

在一些实施例中，能量传输设备通过随着温度升高而调整从设备发出的能量的量(例如，调整从设备共振的能量波长)，来防止不希望的发热和/或保持希望的能量传输性质。设备并不局限于调整从设备发出的能量的量的特殊方法。在一些实施例中，设备被配置成使得当设备达到某一阈值温度，或者当设备发热超过某一范围时，调整从设备共振的能量波长。设备并不局限于调整从设备共振的能量波长的特殊方法。在一些实施例中，设备中具有随着温度升高而改变体积的材料。体积的改变被用于移动或调整设备的影响能量传输的组件。例如，在一些实施例中，使用随着升温而膨胀的材料。所述膨胀被用于向外移动设备的远端(增大其与设备的近端的距离)，改变设备的能量传输性质。这尤其可用于本发明的中心馈电偶极子实施例。

在一些实施例中，本发明提供一种包含向组织传输能量的天线的设备，其中天线的远端包含中心馈电偶极子组件，所述中心馈电偶极子组件包含包容导体的刚性中空管，其中探针被固定在中空管内。在一些实施例中，中空管的直径等于或小于20号针。在一些实施例中，中空管的直径等于或小于17号针。在一些实施例中，中空管的直径等于或小于12号针。在一些实施例中，设备还包含调整传输给组织的能量的量的调谐元件。在一些实施例中，设备被配置成传输足够量的能量，以消融组织或者导致血栓形成。在一些实施例中，导体部分地在中空管内延伸。在一些实施例中，中空管的长度为λ/2，其中λ是在组织介质内的电磁场波长。在一些实施例中，在探针附近放置可膨胀材料，使得当设备温度升高时，可膨胀材料膨胀，推动探针，并改变设备的能量传输性质。在一些实施例中，可膨胀材料被置于为中心馈电偶极子设备提供谐振元件的金属盘之后(邻近金属盘)。当可膨胀材料膨胀时，金属盘被推向远端，调整设备的调谐。最好选择可膨胀材料，使得膨胀率与为获得最佳结果所希望的能量传输变化相符。不过应当明白，希望方向的任何变化可和本发明一起使用。在一些实施例中，可膨胀材料是蜡。

在一些实施例中，设备具有与设备连接的把柄，其中把柄被配置成例如控制冷却剂进出冷却通道。在一些实施例中，只有把柄被冷却。在其它实施例中，把柄和附着的天线被冷却。在一些实施例中，在一定时间之后和/或当设备达到某一阈值温度时，把柄自动使冷却剂进出冷却通道。在一些实施例中，在一定时间之后和/或当设备的温度降到某一阈值温度时，把柄自动停止冷却剂进出冷却通道。在一些实施例中，人工控制流经把柄的冷却剂。

在一些实施例中，能量传输设备中具有中心馈电偶极子组件(例如，参见美国专利申请序列号11/728,457；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，能量传输设备包含具有传输和发射能量的多个区段的导管(例如，参见美国专利申请号11/237,430、11/237,136和11/236,985；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，能量传输设备包含具有优化的调谐能力以减少反射热损耗的三轴微波探头(例如，参见美国专利号7,101,369；另外参见美国专利申请号10/834,802、11/236,985、11/237,136、11/237,430、11/440,331、11/452,637、11/502,783、11/514,628；和国际专利申请号PCT/US05/14534；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，能量传输设备通过以空气或其它气体作为介电芯的同轴传输线(例如，同轴电缆)发射能量(例如，参见美国专利申请号11/236,985；在此整体通过引用而并入)。在一些这样的实施例中，在使用前可以除去支承内导体和外导体之间的设备结构的材料。例如，在一些实施例中，材料由在使用前或者使用中被除去的可溶化或者可熔化材料制成。在一些实施例中，材料是可熔的，并在使用中被除去(当暴露于热量之下时)，以便随着时间(例如，响应组织中的温度变化等)而优化设备的能量传输性质。

本发明并不局限于特殊的同轴传输线形状。事实上，在一些实施例中，同轴传输线和/或介电元件的形状是可调整的，以适应特殊的需要。在一些实施例中，同轴传输线和/或介电元件的横截面形状为圆形。在一些实施例中，所述横截面形状不是圆形(例如，椭圆形等)。这种形状可应用于整个同轴电缆，或者可以只应用于一个或多个子组件。例如，在圆形外导体中可以放置椭圆形介电材料。其优点是形成可用于循环冷却剂的两个通道。作为另一例子，在圆形外导体中可以布置正方形/矩形介电材料。其优点是可以形成四个通道。可以采用横截面的不同多边形形状(例如，五边形，六边形等)来形成不同数目和形状的通道。在电缆的整个长度范围内，横截面形状不必相同。在一些实施例中，对电缆的第一区域(例如，近端区域)应用第一形状，对电缆的第二区域(例如，远端区域)应用第二形状。也可采用不规则形状。例如，在圆形外导体中可以采用具有沿其长度延伸的齿状凹槽的介电材料，以形成任意希望尺寸和形状的单一通道。在一些实施例中，通道形成把冷却剂、针或者其它希望的组件装进设备中的空间，而不增大设备的最终外径。

同样地，在一些实施例中，沿其长度方向或者对于其长度的一个或多个分段，本发明的天线具有非圆形横截面形状。在一些实施例中，天线不是圆柱体，但是包含为圆柱体的同轴电缆。在其它实施例中，天线不是圆柱体，并包含不是圆柱体的同轴电缆(例如，与天线的形状匹配，或者具有不同的非圆柱体形状)。在一些实施例中，除了其它原因之外，具有拥有非圆柱体形状的任意一个或多个组件(例如，套管、天线的外壳、同轴电缆的外导体、同轴电缆的介电材料、同轴电缆的内导体)允许在设备中形成可用于循环冷却剂的一个或多个通道。非圆形形状，尤其是在天线的外径方面具有非圆形形状也可用于某些医疗或其它应用。例如，可以选择一种形状，以使柔性达到最大，或者可以接近体内的特定部位。还可选择形状来优化能量传输。还可选择形状(例如，非圆柱形状)，以使设备，尤其是小直径设备的刚性和/或强度达到最大。

在一些实施例中，本发明提供一种包含天线的设备，其中天线包含包围内导体的外导体，其中内导体用来接收和传输能量，其中外导体中具有沿外导体环绕布置的至少一个间隙，其中沿天线的长度产生多个能量峰，能量峰的位置由间隙的位置来控制。在一些实施例中，能量是微波能量和/或射频能量。在一些实施例中，外导体中具有两个间隙。在一些实施例中，天线包含置于内导体和外导体之间的介电层。在一些实施例中，介电层具有接近于零的传导率。在一些实施例中，设备还包含探针。在一些实施例中，内导体的直径约为0.013英寸或者更小。

在一些实施例中，用材料填充设备的外导体或者外表面中的任何间隙或不一致处或不平整处，以形成光滑、均匀或者基本上光滑、均匀的外表面。在一些实施例中，使用耐热树脂来填充间隙、不一致处和/或不平整处。在一些实施例中，树脂是生物相容的。在其它实施例中，树脂是生物不相容的，但是可被涂覆有生物相容材料。在一些实施例中，树脂可被配置成任何希望的尺寸或形状。从而，当被硬化时，树脂可被用于提供设备的尖锐探针尖端，或者任何其它希望的物理形状。

在一些实施例中，设备包含尖锐的探针尖端。所述尖端可由任何材料制成。在一些实施例中，尖端由硬化的树脂制成。在一些实施例中，所述尖端是金属。在一些这样的实施例中，金属尖端是天线的金属部分的延伸，并且是电活性的。

在一些实施例中，能量传输设备被配置成在包含处理器、动力源、具有单独控制对每个天线的功率传输的能力的功率分配器、成像系统、调谐系统和/或温度调整系统的系统内向组织区域传输能量。

本发明并不局限于特殊类型的处理器。在一些实施例中，处理器用于从系统的组件，例如，温度监视系统、能量传输设备、组织阻抗监视组件等接收信息，向用户显示这样的信息，以及操作(例如，控制)系统的其它组件。在一些实施例中，处理器被配置成在包含能量传输设备、动力源、功率分配器、成像系统、调谐系统和/或温度调整系统的系统内工作。

本发明并不局限于特殊类型的动力源。在一些实施例中，动力源被配置成提供任何所需类型的能量(例如，微波能量，射频能量，辐射，冷冻能量，电穿孔，高强度聚集超声波，和/或它们的混合)。在一些实施例中，动力源利用功率分配器，以允许向两个或者更多的能量传输设备传输能量。在一些实施例中，动力源被配置成在包含功率分配器、处理器、能量传输设备、成像系统、调谐系统和/或温度调整系统的系统内工作。

本发明并不局限于特殊类型的成像系统。在一些实施例中，成像系统利用成像设备(例如，内窥镜设备，立体定向计算机辅助神经外科导航设备，热传感器定位系统，运动速率传感器，导引线系统，术中超声波，荧光透视法，计算机化X线断层摄影术磁共振成像，核医学成像设备三角成像，热声成像，红外和/或激光成像，电磁成像)(例如，参见美国专利号6,817,976、6,577,903和5,697,949、5,603,697，及国际专利申请号WO06/005,579；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，系统利用内窥相机，成像组件，和/或允许或帮助放置、定位和/或监视与本发明的能量系统一起使用的任意物品的导航系统。在一些实施例中，成像系统被配置成提供能量传输系统的特殊组件的位置信息(例如，能量传输设备的位置)。在一些实施例中，成像系统被配置成在包含处理器、能量传输设备、动力源、调谐系统和/或温度调整系统的系统内工作。

本发明并不局限于特殊的调谐系统。在一些实施例中，调谐系统被配置成允许在能量传输系统内调整变量(例如，传送的能量的量，传送的能量的频率，传送给设置在系统中的多个能量设备中的一个或多个的能量，提供的冷却剂的量或种类等等)。在一些实施例中，调谐系统包含不断或者在多个时间点向用户或者向监视能量传输设备的功能的处理器提供反馈的传感器。传感器可以记录和/或报告任何数量的性质，包括(但不限于)系统的组件的一个或多个位置处的发热，组织处的发热，组织的性质，等等。传感器可以采取诸如CT，超声波，磁共振成像，荧光透视，核医学成像或者任何其它成像设备之类的成像设备的形式。在一些实施例中，尤其是对于研究应用，系统记录并保存供未来优化系统，和/或在特殊条件下优化能量传输之用的信息(例如，患者类型，组织种类，目标区域的大小和形状，目标区域的位置等)。在一些实施例中，调谐系统被配置成在包含处理器、能量传输设备、动力源、成像系统和/或温度调整系统的系统内工作。在一些实施例中，成像或其它控制组件向消融设备提供反馈，使得能够调整功率输出(或者其它控制参数)，从而提供最佳的组织响应。

本发明并不局限于特殊的温度调整系统。在一些实施例中，温度调整系统用来降低医疗过程(例如，组织消融)中系统的各个组件(例如，能量传输设备)的不期望发热，或者把目标组织保持在某一温度范围内。在一些实施例中，温度调整系统被配置成在包含处理器、能量传输设备、动力源、功率分配器、调谐系统和/或成像系统的系统内工作。

在一些实施例中，系统还包括监视系统的各个组件(例如能量传输设备)和/或组织区域的温度或反射功率的温度监视或反射功率监视系统。在一些实施例中，如果温度或者反射能量的量超过预定值，那么监视系统用于变更(例如，阻止，减少)对特殊组织区域的能量传输。在一些实施例中，温度监视系统被用于变更(例如，增大，减少，维持)对特殊组织区域的能量传输，以便把组织或能量传输设备保持在优选温度或者保持在优选温度范围内。

在一些实施例中，系统还包括防止使用先前使用过的组件(例如，非无菌能量传输设备)、识别系统的组件的性质使得系统的其它组件可被恰当地调整用于相容性或者优化功能的识别或跟踪系统。在一些实施例中，系统读取与本发明的系统的组件相关联的条形码或者其它信息传达元件。

本发明不受在系统中使用的组件或者采用的用途的类型的限制。事实上，可按照任何希望的方式来配置设备。同样地，系统和设备可用在要传送能量的任何应用中。这样的应用包括任何医疗、兽医和研究应用。不过，本发明的系统和设备可用在农业环境、制造环境、机械环境、或者要传输能量的任何其它应用中。

在一些实施例中，系统被配置用于能量的经皮传输、血管内传输、心脏内传输、腹腔镜传输、或者手术传输。在一些实施例中，为向目标组织或者区域传送能量而配置系统。本发明不受目标组织或区域的性质的限制。用途包括(但不限于)心律失常的治疗，肿瘤消融(良性和恶性)，术中出血的控制，外伤性出血的控制，任何其它出血控制，软组织的切除，组织切除和切取，静脉曲张的治疗，管腔内组织消融(例如，治疗食道病变，比如Barrett食管和食道腺瘤)，骨肿瘤，正常骨骼和良性骨质情况的治疗，眼内应用，在整容手术中的应用，中枢神经系统病变(包括脑瘤和电紊乱)的治疗，绝育过程(例如，输卵管的消融)，和任何目的的血管或组织的烧灼。在一些实施例中，外科手术应用包括消融治疗(例如，实现凝固性坏死)。在一些实施例中，外科手术应用包括对靶，例如转移瘤的肿瘤消融。在一些实施例中，设备被配置成在对组织或器官的损害最小的情况下，移动和定位在任何希望的位置，包括(但不限于)脑，脖颈，胸，腹和骨盆。在一些实施例中，系统被配置成通过计算机化X线断层摄影术，超声波，磁共振成像，荧光透视法等等来实现定向传输。

在一些实施例中，本发明提供治疗组织区域的方法，包括提供组织区域和这里描述的系统(例如，能量传输设备，和下述组件中的至少一个：处理器，动力源，功率分配器，温度监视器，成像器，调谐系统，和/或降温系统)；把能量传输设备的一部分放置在组织区域附近，以及用能量传输设备向组织区域传输一定量的能量。在一些实施例中，组织区域是肿瘤。在一些实施例中，能量的传输导致组织区域的消融和/或血管的栓塞，和/或组织区域的电穿孔。在一些实施例中，组织区域是肿瘤。在一些实施例中，组织区域包含心脏，肝脏，生殖器，胃，肺，大肠，小肠，脑，脖颈，骨骼，肾，肌肉，腱，血管，前列腺，膀胱和脊髓中的一个或多个。在一些实施例中，处理器从传感器和监视器接收信息，并控制系统的其它组件。在一些实施例中，酌情改变动力源的能量输出，以实现优化治疗。在一些设置一个以上能量传输组件的实施例中，传给每个能量传输组件的能量的量被优化，以实现希望的结果。在一些实施例中，系统的温度由温度传感器监视，当温度达到或逼近阈值时，通过激活降温系统来降低温度。在一些实施例中，成像系统向处理器提供信息，所述信息被显示给系统的用户，并可用在反馈回路中以控制系统的输出。

在一些实施例中，以不同的强度和从设备内的不同位置向组织区域传送能量。例如，可通过设备的一个部分来治疗组织区域的某些区域，同时通过设备的不同部分来治疗组织的其它区域。另外，设备的两个或者更多区域可同时向特定组织区域传送能量，以便实现相长相位干涉(例如，发射的能量实现协同效应)。在其它实施例中，设备的两个或者更多区域可传送能量，以便实现相消干涉效应。在一些实施例中，所述方法还提供用于实现相长相位干涉和/或相消相位干涉的辅助设备。在一些实施例中，一个或多个设备之间的相位干涉(例如，相长相位干涉，相消相位干涉)由处理器、调谐元件、用户和/或功率分配器来控制。

本发明的系统、设备和方法可以和其它系统、设备和方法一起使用。例如，本发明的系统、设备和方法可以和其它消融设备、其它医疗设备、诊断方法和试剂、成像方法和试剂、以及治疗方法和试剂一起使用。使用可以是同时的，或者在另一干预之前或之后发生。本发明设想和任何其它医疗干预一起使用本发明的系统、设备和方法。

另外，需要向用户提供反馈并允许各个系统组件之间的通信的集成消融和成像系统。在消融过程中可以调整系统参数，以优化能量传输。另外，用户能够更准确地确定治疗过程何时成功地完成，降低治疗不成功和/或与治疗相关的并发症的可能性。

附图说明

图1表示本发明的一个实施例中的能量传输系统的示意图。

图2表示本发明的一些实施例中的同轴传输线和/或介电元件的各种形状。

图3A和3B显示具有分割区段的同轴传输线实施例，所述分割区段具有由可熔壁隔开以防止不希望的设备发热(例如，沿着外导体的发热)的第一和第二材料。

图4A和4B显示具有由可熔壁隔开的分割区段的同轴传输线实施例，所述可熔壁包含防止不希望的设备发热(例如，沿着外导体的发热)的第一和第二材料(所述材料被配置成当混合时，产生降温化学反应)。

图5表示配置成控制冷却剂进出冷却通道的把柄的示意图。

图6表示具有冷却通道的同轴电缆实施例的横截面示意图。

图7表示置于具有外导体和介电材料的能量发射设备内的冷却剂循环管(例如，冷却针，导管)。

图8示意表示本发明的设备(例如，消融设备的天线)的远端，所述设备包含本发明的中心馈电偶极子组件。

图9表示温度测量站的测试设置和位置。如图所示，对于所有实验，消融针轴为20.5cm。探头1、2和3位于邻近不锈钢针的尖端4、8和12cm的位置。

图10表示具有异常高(6.5％)反射功率的35％下(从13:40到13:50，微波“开启”)的治疗。探头3最初刚好在肝组织之外被置于空气中。

图11表示具有异常高(6.5％)反射功率的45％下(从14:58到15:08，微波“开启”)的10分钟治疗。站4的峰值温度为40.25℃。

图12表示在本发明的一个实施例中，其外导体的一部分被除去以产生冷却剂流动空间的同轴电缆。

图13表示输入/输出箱、传送套管和过程设备中枢的示意图。

具体实施方式

本发明涉及出于各种应用，包括医疗过程(例如，组织消融，切除，烧灼，脉管血栓形成，空腔性脏器的管腔内消融，治疗心律失常的心脏消融，电外科，组织切取，整容手术，眼内应用等)，向组织传输能量(例如，微波能量，射频能量)的综合系统、设备和方法。具体地说，本发明提供传输微波能量的系统，包括动力源、功率分配器、处理器、能量发射设备、冷却系统、成像系统、温度监视系统和/或跟踪系统。在一些实施例中，提供通过使用本发明的能量传输系统来治疗组织区域(例如，肿瘤)的系统、设备和方法。

本发明的系统可以结合在各种系统/成套工具实施例内。例如，本发明提供包含发生器、功率分配系统、功率分配器、能量施加器中的一个或多个以及任意一个或多个附属组件(例如，手术器械，参与治疗过程的软件，处理器，温度监视设备等)的系统。本发明并不局限于任何特殊的附属组件。

本发明的系统可用在涉及向组织区域传输能量的任何医疗过程(例如，经由皮肤的或者外科技术过程)中。系统并不局限于治疗特定种类或类型的组织区域(例如，脑，肝脏，心脏，血管，脚，肺，骨头等)。例如，本发明的系统在消融肿瘤区域方面得到应用。其它的治疗包括(但不限于)心律失常的治疗，肿瘤消融(良性和恶性)，术中出血的控制，外伤性出血的控制，任何其它出血控制，软组织的切除，组织切除和切取，静脉曲张的治疗，管腔内组织消融(例如，治疗食道病变，比如Barrett食管和食道腺瘤)，骨肿瘤，正常骨骼和良性骨质情况的治疗，眼内应用，在整容手术中的应用，中枢神经系统病变(包括脑瘤和电紊乱)的治疗，绝育过程(例如，输卵管的消融)，和任何目的的血管或组织的烧灼。在一些实施例中，外科手术应用包括消融治疗(例如，实现凝固性坏死)。在一些实施例中，外科手术应用包括对靶，例如原发性瘤或转移瘤的肿瘤消融。在一些实施例中，外科手术包括出血的控制(例如，电烙术)。在一些实施例中，外科手术应用包括组织切割或者切除。在一些实施例中，设备被配置成在对组织或器官的损害最小的情况下，移动和定位在任何希望的位置，包括(但不限于)脑，脖颈，胸，腹，骨盆和四肢。在一些实施例中，设备被配置成通过计算机化X线断层摄影术，超声波，磁共振成像，荧光透视法等等来实现引导传输。

下面提供的例证实施例利用医疗应用(例如，通过微波能量的传输来消融组织)来说明本发明的系统。不过，应认识到，本发明的系统并不局限于医疗应用。系统可用在要求向负载传输能量的任何环境中(例如，农业环境，制造环境，研究环境等)。例证实施例利用微波能量来描述本发明的系统。应认识到，本发明的系统并不局限于特殊类型的能量(例如，射频能量，微波能量，聚焦超声波能量，激光，等离子体)。

本发明的系统并不局限于任何特殊组件或者组件数量。在一些实施例中，本发明的系统包括(但不限于包括)动力源，功率分配器，处理器，具有天线的能量传输设备，冷却系统，成像系统和/或跟踪系统。当使用多个天线时，系统可被用于分别独立地控制每个天线。

图1表示本发明的例证系统。如图所示，能量传输系统包括动力源，传输线，功率分配组件(例如，功率分配器)，处理器，成像系统，温度监视系统和能量传输设备。在一些实施例中，如图所示，能量传输系统的组件经传输线、电缆等被连接。在一些实施例中，能量传输设备越过无菌区屏障与动力源，功率分配器，处理器，成像系统，温度监视系统分离。

在下述章节中更详细地说明能量传输系统的例证组件：I.动力源；II.能量传输设备；III.处理器；IV.成像系统；V.调谐系统；VI.温度调整系统；VII.识别系统；VIII.温度监视设备；和IX.应用。

I.动力源

在本发明的能量传输系统内使用的能量是通过动力源供给的。本发明并不局限于特殊种类或类型的动力源。在一些实施例中，动力源被配置成向本发明的能量传输系统的一个或多个组件(例如，消融设备)提供能量。动力源并不局限于特定种类的能量(例如，射频能量，微波能量，辐射能量，激光，聚焦超声波等等)。动力源并不局限于提供特定量的能量或者以特定的传输速率提供能量。在一些实施例中，动力源被配置成向用于组织消融的能量传输设备提供能量。

本发明并不局限于特定种类的动力源。在一些实施例中，动力源被配置成提供所需种类的能量(例如，微波能量，射频能量，辐射，冷冻能量，电穿孔，高强度聚集超声波，和/或它们的混合)。在一些实施例中，动力源提供的能量的种类是微波能量。在一些实施例中，动力源向用于组织消融的消融设备提供微波能量。在组织消融中使用微波能量具有众多优点。例如，微波具有宽的功率密度场(例如，取决于施加的能量的波长，在天线周围大约2厘米)，以及相应的较大有效加热区，从而便于在目标区内和在血管周围区域中都实现均匀的组织消融(例如，参见国际申请号WO2006/004585；这里整体通过引用而并入)。另外，微波能量具有利用多个探头来消融较大组织区域或者组织的多个区域的能力，同时组织加热更快。微波能量具有穿透组织，从而在表面加热较小的情况下产生较深损伤的能力。与射频能量相比，能量传输时间较短，并且探头能够充分加热组织，从而产生深度可预测和可控的均匀且对称的损伤。当在导管附近使用时，微波能量通常是安全的。另外，当其辐射穿过组织、体液/血液以及空气时，微波并不依赖于电传导。于是，能够在组织、内腔、肺和血管中使用微波能量。

在一些实施例中，动力源是能量发生器。在一些实施例中，所述发生器被配置成提供差不多100瓦的频率从915MHz到2.45GHz的微波能量，不过本发明并不局限于此。1-3GHz范围内的固态微波发生器非常昂贵。于是，在一些实施例中，微波炉中常用的那种常规磁控管被选作发生器。不过，应认识到可用任何其它适当的微波能源替代。在一些实施例中，发生器的种类包括(但不限于)可从Cober-Muegge，LLC，Norwalk，Connecticut，USA获得的发生器，Sairem发生器，和Gerling Applied Engineering发生器。在一些实施例中，发生器具有至少大约60瓦有效功率(例如，50，55，56，57，58，59，60，61，62，65，70，100，500，1000瓦)。对于更高功率的操作，发生器能够提供大约300瓦(例如，200瓦，280，290，300，310，320，350，400，750瓦)。在使用多个天线的一些实施例中，发生器能够提供和所需能量一样多的能量(例如，400瓦，500，750，1000，2000，10000瓦)。

在一些实施例中，动力源借助功率分配系统里分配能量(例如，从发生器收集的能量)。本发明并不局限于特殊的功率分配系统。在一些实施例中，功率分配系统被配置成向用于组织消融的能量传输设备(例如，组织消融导管)提供能量。功率分配系统并不局限于从发生器收集能量的特殊方式。功率分配系统并不局限于向消融设备提供能量的特殊方式。在一些实施例中，功率分配系统被配置成变换发生器的特性阻抗，使得它与能量传输设备(例如，组织消融导管)的特性阻抗匹配。

在一些实施例中，功率分配系统配置有可变功率分配器，以便向能量传输设备的不同区域，或者向不同的能量传输设备(例如，组织消融导管)提供变化的能量级。在一些实施例中，以系统的独立组件的形式提供功率分配器。在一些实施例中，功率分配器被用于向多个能量传输设备供给单独的能量信号。在一些实施例中，功率分配器隔离传送给每个能量传输设备的能量，使得如果设备之一由于温度偏差增大而经历负载增大，那么传送给该设备的能量被改变(例如，减小，停止)，而传送给间隔设备的能量不变。本发明并不局限于特殊种类或类型的功率分配器。在一些实施例中，功率分配器是由SM Electronics设计的。在一些实施例中，功率分配器被配置成从功率发生器接收能量，并把能量提供给另外的系统组件(例如，能量传输设备)。在一些实施例中，功率分配器能够与一个或多个另外的系统组件(例如，1，2，3，4，5，7，10，15，20，25，50，100，500...)连接。在一些实施例中，功率分配器被配置成向能量传输设备内的不同区域传送数量可变的能量，以便从能量传输设备的不同区域传送数量可变的能量。在一些实施例中，功率分配器被用于向用于治疗组织区域的多个能量传输设备提供数量可变的能量。在一些实施例中，功率分配器被配置成在包含处理器、能量传输设备、温度调整系统、功率分配器、调谐系统和/或成像系统的系统内工作。在一些实施例中，功率分配器能够处理最大的发生器输出加上例如25％(例如，20％，30％，50％)。在一些实施例中，功率分配器是额定功率1000瓦的2-4通道功率分配器。

在一些实施例中，当采用多个天线时，本发明的系统可被配置成同时或顺序(例如，借助开关)运转所述多个天线。在一些实施例中，系统被配置成调整场的相位用于相长或相消干涉。也可对单个天线内的不同元件应用相位调整。

II.能量传输设备

本发明的能量传输设备预期使用被配置成传输(例如，发射)能量的任意种类的设备(例如，消融设备，外科手术设备等)(例如，参见美国专利号7,101,369、7,033,352、6,893,436、6,878,147、6,823,218、6,817,999、6,635,055、6,471,696、6,383,182、6,312,427、6,287,302、6,277,113、6,251,128、6,245,062、6,026,331、6,016,811、5,810,803、5,800,494、5,788,692、5,405,346、4,494,539、美国专利申请序列号11/728,460、11/728,457、11/728,428、11/237,136、11/236,985、10/980，699、10/961,994、10/961,761、10/834,802、10/370,179、09/847,181；英国专利申请号2,406,521、2,388,039；欧洲专利号1395190；和国际专利申请号WO06/008481，WO06/002943，WO05/034783，WO04/112628，WO04/033039，WO04/026122，WO03/088858，WO03/039385，WO95/04385；上述所有专利和专利申请均在此整体通过引用而并入)。这样的设备包括为能量发射配置的任意医疗、兽医和研究应用设备，以及在农业环境，制造环境，机械环境，或者要传输能量的任何其它应用中使用的设备。

在一些实施例中，系统利用其中具有配置成发射能量(例如，微波能量，射频能量，辐射能量)的天线的能量传输设备。系统并不局限于特殊种类或设计的天线(例如，消融设备，外科手术设备等)。在一些实施例中，系统利用具有线形天线的能量传输设备(例如参见美国专利号6,878,147、4,494,539、美国专利申请序列号11/728,460、11/728,457、11/728,428、10/961,994、10/961,761；和国际专利申请号WO03/039385；上述专利和专利申请均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，系统利用具有非线形天线的能量传输设备(例如参见美国专利号6,251,128、6,016,811和5,800,494，美国专利申请序列号09/847,181，和国际专利申请号WO03/088858；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，天线具有喇叭形反射组件(例如参见美国专利号6,527,768、6,287,302；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，天线具有定向反射罩(例如参见美国专利号6,312,427；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，天线中具有固定组件，以便把能量传输设备固定在特定组织区域内(例如参见美国专利号6,364,876和5,741,249；均在此整体通过引用而并入)。

一般来说，配置成发射能量的天线包含同轴传输线。设备并不局限于同轴传输线的特殊配置。同轴传输线的例子包括(但不限于)由Pasternack，Micro-coax和SRC Cables开发的同轴传输线。在一些实施例中，同轴传输线具有中心导体、介电元件和外导体(例如，外部屏蔽)。在一些实施例中，系统利用具有柔性同轴传输线的天线(例如，为了安置在肺静脉周围或者穿过管状结构)(例如参见美国专利号7,033,352、6,893,436、6,817,999、6,251,128、5,810,803、5,800,494；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，系统利用具有刚性同轴传输线的天线(例如参见美国专利号6,878,147、美国专利申请序列号10/961,994、10/961,761和国际专利申请号WO03/039385；均在此整体通过引用而并入)。

本发明并不局限于特殊的同轴传输线形状。实际上，在一些实施例中，同轴传输线和/或介电元件的形状被选择和/或是可调节的，以适应特殊需要。图2表示同轴传输线和/或介电元件可采取的各种非限制性形状中的一些形状。

在一些实施例中，外导体是20号针或者直径类似于20号针的组件。最好，对于经皮应用来说，外导体不大于16号针(例如，不大于18号针)。在一些实施例中，外导体为17号针。不过，在一些实施例中，酌情使用更大的设备。例如，在一些实施例中，使用12号直径。本发明不受外导体的尺寸的限制。在一些实施例中，外导体被配置成固定在一系列更大的针内，以便参与医疗过程(例如，参与组织活检)(例如参见美国专利号6,652,520、6,582,486、6,355,033、6,306,132；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，中心导体被配置成延伸到外导体之外，以便把能量传送到希望的位置。在一些实施例中，考虑到最小的功率耗散，馈线特性阻抗的一部分或者全部被优化，而不管端接于其远端的天线的类型。

在一些实施例中，能量传输设备具备近端部分和远端部分，其中远端部分是可拆卸的，并且是按能够连接到中心近端部分的各种不同配置提供的。例如，在一些实施例中，近端部分包含把柄和与系统的其它组件(例如，动力源)的接口，以及远端部分包含具有希望性质的可拆卸天线。可提供为不同应用配置的多个不同天线并附在把柄单元上用于适当的指示。

在一些实施例中，设备被配置成附加以可拆卸的把柄。本发明并不局限于特殊种类的可拆卸把柄。在一些实施例中，可拆卸的把柄被配置成与多个设备连接(例如，1，2，3，4，5，10，20，50...)，以便控制经这些设备的能量传输。

在一些实施例中，设备被设计成物理环绕特定的组织区域以便传输能量(例如，可使设备柔性成形围绕特定组织区域)。例如，在一些实施例中，可围绕血管(例如，肺静脉)使设备柔性成形，以便向组织内的准确区域传送能量。

在一些实施例中，以连接于相同或不同动力源的两个或者更多独立天线的形式来提供能量传输设备。在一些实施例中，不同的天线附在相同的把柄上，而在其它实施例中，为每个天线提供不同的把柄。在一些实施例中，在患者体内同时或者连续(例如，开关)使用多个天线，以便在患者体内传送所需强度和几何形状的能量。在一些实施例中，天线是可个别控制的。在一些实施例中，多个天线可由单个用户通过计算机操作或者由多个用户操作。

在一些实施例中，能量传输设备被设计成在无菌区内工作。本发明并不局限于特殊的无菌区环境。在一些实施例中，无菌区包括环绕受治疗者的区域(例如，手术台)。在一些实施例中，无菌区包括只允许使用无菌物品(例如，无菌设备，无菌辅助工具，无菌身体部位)的任何区域。在一些实施例中，无菌区包括易受病菌感染的任何区域。在一些实施例中，无菌区中具有在无菌区和非无菌区之间建立屏障的无菌区屏障。本发明并不局限于特殊的无菌区屏障。在一些实施例中，无菌区屏障是环绕正在经历涉及本发明的系统的过程(例如，组织消融)的受治疗者的消毒盖布。在一些实施例中，房间是无菌的，并提供无菌区。在一些实施例中，无菌区屏障由本发明的系统的用户(例如，医师)建立。在一些实施例中，无菌区屏障阻止非无菌物品进入无菌区。在一些实施例中，能量传输设备设置在无菌区中，而系统的一个或多个其它组件(例如，动力源)不包含在无菌区中。

在一些实施例中，能量传输设备中具有用于防止能量传输设备的不期望使用的保护传感器。能量传输设备并不局限于特殊种类或类型的保护传感器。在一些实施例中，能量传输设备中具有用于测量能量传输设备和/或接触能量传输设备的组织的温度的温度传感器。在一些实施例中，当温度达到某一水平时，传感器经由例如处理器向用户报警。在一些实施例中，能量传输设备中具有用于检测能量传输设备与皮肤(例如，皮肤的外表面)的接触的皮肤接触传感器。在一些实施例中，当与非所要求的皮肤接触时，皮肤接触传感器经由处理器向用户报警。在一些实施例中，能量传输设备中具有用于检测能量传输设备与环境空气的接触(例如，通过测量流过该设备的电流的反射功率的检测)的空气接触传感器。在一些实施例中，当与非所要求的空气接触时，皮肤接触传感器经由处理器向用户报警。在一些实施例中，传感器被用于在检测到不希望的事件(例如，接触皮肤，接触空气，不期望的温度升高/降低)时，阻止能量传输设备的使用(例如，通过自动降低或者阻止功率传输)。在一些实施例中，传感器与处理器通信，使得在没有不希望的事件的情况下，处理器显示通知(例如，绿光)。在一些实施例中，传感器与处理器通信，使得在存在不希望的事件的情况下，处理器显示通知(例如，红光)，并识别该不希望的事件。

在一些实施例中，在制造商的推荐额定功率之上使用能量传输设备。在一些实施例中，应用这里描述的冷却技术，以允许更高的能量传输。本发明并不局限于特殊的功率增加量。在一些实施例中，额定功率超过制造商的推荐值的5倍或者更大(例如，5x，6x，10x，15x，20x，等等)。

另外，本发明的设备被配置成在不同的时间(例如，由用户控制的时间)和不同的能量密度(例如，由用户控制的能量密度)从设备的不同区域(例如，外导体区段间隙，下面更详细地说明)传输能量。对设备的这种控制允许能量传输场的相位调整，以便在特殊的组织区域实现相长相位干涉，或者在特殊的组织区域实现相消相位干涉。例如，用户可以采用通过两个(或者更多的)接近放置的外导体区段的能量传输，以便实现组合的能量强度(例如，相长相位干涉)。这种组合能量强度在深的或者密集的组织区域中尤其有用。另外，可通过利用两个(或者更多的)设备来实现这种组合能量强度。在一些实施例中，一个或多个设备之间的相位干涉(例如，相长相位干涉，相消相位干涉)由处理器、调谐元件、用户和/或功率分配器来控制。从而，用户能够控制通过设备的不同区域的能量释放，并控制通过设备的每个区域传输的能量的量，以便准确地刻蚀消融区。

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用具有优化的特性阻抗的能量传输设备，具有冷却通道的能量传输设备，具有中心馈电偶极子的能量传输设备，和具有天线组件的线性阵列的能量传输设备(分别在上文和下文中详细说明)。

如上在发明内容中所述，本发明提供各种冷却设备的方法。一些实施例采用当熔化时允许进行吸热反应的化学物质的接触的可熔化屏障。图3中表示了这种实施例的一个例子。图3A和3B显示具有分割区段的同轴传输线(例如，通道)的区域，第一和第二材料由可熔壁隔开以防止不希望的设备发热(例如沿着外导体的发热)。图3A和3B描述配置成在本发明的任意能量传输设备内使用的标准同轴传输线300。如图3A中所示，同轴传输线300具有中心导体310、介电材料320和外导体330。另外，同轴传输线300中具有由壁350(例如，可熔蜡壁)隔开的四个分割区段340。分割区段340被分成第一分割区段360和第二分割区段370。在一些实施例中，如图3A中所示，第一分割区段360和第二分割区段370被连续交错。如图3A中所示，第一分割区段360包含第一材料(阴影类型1)，第二分割区段370包含第二材料(阴影类型2)。壁350避免第一材料和第二材料混合。图3B表示在某一事件(例如，在分割区段340之一处的升温)之后，图3A中描述的同轴传输线300。如图所示，壁350之一已熔化，从而允许包含在区域360中的第一材料和包含在区域370中的第二材料混合。图3B还示出未熔化的壁350，其中温度升高未达到某一温度阈值之上。

图4表示备选实施例。图4A和4B显示具有由可熔壁隔离的分割区段的同轴传输线实施例，所述可熔壁包含防止不希望的设备发热(例如，沿外导体的发热)的第一和第二材料(例如，配置成当混合时产生降温化学反应的材料)。图4A和4B表示配置成在本发明的任意能量传输设备内使用的同轴传输线400。如图4A中所示，同轴传输线400具有中心导体410、介电材料420和外导体430。另外，同轴传输线400中具有由壁450隔离的四个分割区段440。壁450都包含与第二材料470分离的第一材料460。图4B表示在某一事件(例如，在分割区段440之一处的升温)之后，图4A中描述的同轴传输线400。如图所示，壁450之一已熔化，从而允许相邻分割区段440内的第一材料460和第二材料470的混合。图4B还示出未熔化的壁450，其中温度升高未达到某一温度阈值之上。

在一些实施例中，设备还包括把天线固定在特定组织区域的锚固元件。设备并不局限于特殊种类的锚固元件。在一些实施例中，锚固元件是可充气气球(例如，气球的充气把天线固定在特定组织区域)。利用充气气球作为锚固元件的另一优点在于当气球充气时，抑制到特定区域的血流或气流。这种气流或血流抑制在心脏消融过程和涉及肺组织、血管组织和胃肠组织的消融过程中特别有用。在一些实施例中，锚固元件是被设计成接合(例如，抓住)特定组织区域的天线的扩展。其它例子包括(但不限于)在美国专利号6,364,876和5,741,249中描述的锚固元件；上述美国专利均在此整体通过引用而并入。

从而，在一些实施例中，本发明的设备用在具有大量气流和/或血流的组织区域(例如，肺组织，心脏组织，胃肠组织，血管组织)的消融中。在一些涉及具有大量气流和/或血流的组织区域的消融的实施例中，还利用一个元件来抑制到该组织区域的气流和/或血流。本发明并不局限于特殊的气流和/或血流抑制元件。在一些实施例中，设备与气管内/支气管内导管结合。在一些实施例中，与设备附接的气球在组织区域被充气，以便把设备固定在希望的组织区域内，并抑制到希望的组织区域的血流和/或气流。

从而，在一些实施例中，本发明的系统、设备和方法提供与形成通道闭塞(例如，支气管闭塞)的组件耦接的消融设备。闭塞组件(例如，可充气气球)可被直接安装在消融系统上，或者可以和与系统相关联的另一组件(例如，气管内或支气管内导管)结合使用。

在一些实施例中，本发明的设备可被安在另外的医疗过程设备上。例如，所述设备可被安装在内窥镜、血管内导管或者腹腔镜上。在一些实施例中，设备被安装在可操纵的导管上。在一些实施例中，柔性导管被安装在内窥镜、血管内导管或者腹腔镜上。例如，在一些实施例中，柔性导管具有允许按需要弯曲和转向以便导航到希望的治疗位置的多个接合点(例如，类似于蜈蚣)。

具有优化的特性阻抗的能量传输设备

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用被配置成借助优化的特性阻抗来传输微波能量的设备(例如，参见美国专利申请序列号11/728,428；在此整体通过引用而并入)。这种设备被配置成以大于50Ω的特性阻抗(例如，在50和90Ω之间；例如大于50，...，55，56，57，58，59，60，61，62，...90Ω，最好为77Ω)工作。

配置成以优化的特性阻抗工作的能量传输设备在组织消融过程方面特别有用，与非优化设备相比提供许多优点。例如，目前可获得的利用微波能量的医疗设备的主要缺陷是能量通过传输线不合要求地耗散到受治疗者的组织，导致不希望的烧伤。这种微波能量损失起因于目前可获得的医疗设备的设计局限。医疗设备内的同轴传输线的标准阻抗为50Ω或更低。通常，由于具有有限传导率值的介电材料的存在，阻抗低于50Ω的同轴传输线具有数量较大的热损失。从而，具有阻抗为50Ω或更低的同轴传输线的医疗设备沿传输线具有数量较大的热损失。特别地，利用微波能量的医疗设备通过其中具有环绕内导体的介电材料(例如，聚四氟乙烯或者说PTFE)的同轴电缆传输能量。诸如PTFE之类的介电材料具有有限的传导率，导致传输线的不合要求的发热。当持续能够实现组织消融的足量时间来供给必需数量的能量时更是如此。配置成以优化的特性阻抗工作的能量传输设备通过没有或者基本上没有固体介电绝缘体，克服了这种限制。例如，利用空气代替传统的介电绝缘体得到以77Ω工作的有效设备。在一些实施例中，设备采用传导率接近于零的介电材料(例如，空气，水，惰性气体，真空，部分真空，或者它们的组合)。通过使用具有传导率接近于零的介电材料的同轴传输线，这种设备内的传输线的总温度被显著降低，从而大大减少了不希望的组织加热。

另外，通过提供具有传导率接近于零的介电材料的同轴传输线，并避免使用典型的介电聚合物，同轴传输线可被设计成使得能够装在细针(例如，18-20号针)内。一般来说，由于介电材料体积大，配置成传输微波能量的医疗设备被设计成装在较大的针内。由于探头尺寸较大(14号)，和由唯一的商用设备(Microtaze，Nippon Shoji，Osaka，Japan，2.450MHz，1.6毫米直径，60秒钟70瓦)产生的较小的坏死区(直径1.6毫米)(Seki T等，Cancer 74：817(1994))的缘故，微波消融一直未在临床上被广泛应用。其它设备使用外部冷却水套，这也增大了探头的尺寸，并且会增大组织损伤。当在胸腹中使用时，这些较大的探头尺寸增大了并发症的风险。

具有冷却通道的能量传输设备

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用具有冷却通道的能量传输设备(例如，参见美国专利号6,461,351和美国专利申请序列号11/728,460；均在此整体通过引用而并入)。特别地，本发明的能量传输系统利用具有通过使冷却材料流经同轴组件的介电和/或内或外导体而致冷的同轴传输线的设备。在一些实施例中，设备被配置成在允许冷却剂通过的同时，使设备的直径降至最小。在一些实施例中，这是通过用通过其传输冷却剂的通道替换内或外导体条和/或固体介电材料条来实现的。在一些实施例中，通过沿着同轴电缆的长度，从一个或多个(例如，两个，三个，四个)区域剥去外或内导体和/或固体介电材料，来产生所述通道。由于外或内导体和/或固体介电材料的被除去部分产生传输冷却剂的通道，因此剥离后的组件装在与除去外或内导体和/或固体介电材料之前相比较小的外导体内。这提供了具有由此得到的所有优点的较小设备。在一些采用多个通道的实施例中，可通过一个或多个通道，沿交替的方向进行冷却剂传输。这种设备的一个优点是不必增大同轴电缆的直径以容纳冷却剂。这允许使用侵入性最小的冷却设备，并且允许接近否则不可接近或者接近时存在不希望的风险的身体部位。冷却剂的使用还允许传输更多的能量和/或时间延长的能量传输。上面在发明内容中描述了另外的冷却实施例。

在一些实施例中，设备具有附在设备上的把柄，其中所述把柄被配置成控制冷却剂进出冷却剂通道。在一些实施例中，在一定时间之后和/或当设备达到某一阈值温度时，把柄自动使冷却剂进入和离开冷却通道。在一些实施例中，在一定时间之后和/或当设备的温度降到某一阈值温度以下时，把柄自动停止冷却剂进出冷却通道。在一些实施例中，把柄由人工控制，以调节冷却剂流量。

图5表示配置成控制冷却剂进出冷却通道的把柄的示意图。如图5中所示，把柄500与具有冷却通道520的同轴传输线510接合。把柄500中具有冷却剂输入通道530、冷却剂输出通道540、第一阻塞组件550(例如螺丝或销)和第二阻塞组件560，第一阻塞组件550被配置成阻止流经该阻塞组件之后的通道520。冷却剂输入通道530被配置成向冷却通道520提供冷却剂。冷却剂输出通道540被配置成从冷却通道520排除冷却剂(例如，已循环并且从设备带走热量的冷却剂)。冷却剂输入通道530和冷却剂输出通道540并不局限于特定尺寸或者提供和排除冷却剂的手段。第一阻塞组件550和第二阻塞组件560并不局限于特殊尺寸或形状。在一些实施例中，第一阻塞组件550和第二阻塞组件560都为圆形，并且尺寸与冷却剂输入通道530和冷却剂输出通道540的直径匹配。在一些实施例中，第一阻塞组件550和第二阻塞组件560被用于阻止冷却剂回流到把柄500的某一区域。在一些实施例中，阻塞组件被配置成使得只有一部分(例如1％，5％，10％，20％，50％，75％，85％，95％，99％)的通道被阻塞。仅仅阻塞一部分通道允许用户改变冷却通道500内的压力梯度。

具有冷却通道的能量传输设备便于调节同轴传输线的特性阻抗。特别地，可调节冷却剂(或者通过通道的非冷却剂材料)的介电性质，以变更隔离外导体和内导体的介电介质的体积复介质常数。从而，在医疗过程中实现特性阻抗的改变，从而优化能量传输，组织效果，温度，或者系统、设备或应用的其它所需性质。在其它实施例中，在医疗过程之前，根据希望的参数来选择流动材料，并在整个医疗过程中保持所述流动材料。从而，这种设备提供在待调整的变化的介电环境中辐射，从而在变化的环境中共振，以允许天线的自适应调谐，从而保证操作的峰值效率的天线。需要时，流体流动还允许往来于同轴电缆传热。在一些实施例中，通道或中空的外部区域包含真空或部分真空。在一些实施例中，通过用材料(例如，提供所需结果的任意材料)填充真空来改变阻抗。可在一个或多个时刻或者连续地进行调整。

具有冷却通道的能量传输设备并不局限于通道的特殊方面。在一些实施例中，通道被切割穿过仅仅一部分的外或内导体和/或固体介电材料，使得流动的材料与内或外导体和剩余的介电材料接触。在一些实施例中，沿同轴电缆的长度方向，通道是线性的。在一些实施例中，通道是非线性的。在使用一个以上通道的一些实施例中，通道相互并行延伸。在其它实施例中，通道并不并行。在一些实施例中，通道彼此相交。在一些实施例中，通道除去50％以上(例如，60％，70％，80％，等等)的外或内导体和/或固体介电材料。在一些实施例中，通道基本上除去所有的外或内导体和/或固体介电材料。

具有冷却通道的能量传输设备并不受流经外或内导体和/或固体介电材料的材料的性质的限制。在一些实施例中，选择该材料，以使控制设备的特性阻抗的能力达到最大，使往来于同轴电缆的传热达到最大，或者优化特性阻抗的控制和传热的组合。在一些实施例中，流经外或内导体和/或固体介电材料的材料是液体。在一些实施例中，所述材料是气体。在一些实施例中，所述材料是液体或气体的组合。本发明并不局限于液体或气体的使用。在一些实施例中，所述材料是浆料、凝胶或类似物。在一些实施例中，使用冷却剂流体。可以使用目前已知的或者以后开发的任何冷却剂流体。例证的冷却剂流体包括(但不限于)下述一个或多个或者它们的组合：水，甘醇，空气，惰性气体，二氧化碳，氮气，氦气，六氟化硫，离子溶液(例如，有或没有钾和其它离子的氯化钠)，葡萄糖水溶液，林格氏乳酸盐溶液，有机化学溶液(例如，乙二醇，二乙二醇，或者丙二醇)，油类(例如，矿物油，硅油，氟代烃油)，液态金属，氟利昂，卤代甲烷，液化丙烷，其它卤代烷烃，无水氨，二氧化硫。在一些实施例中，在被输入能量传输设备中之前，冷却剂流体被预冷。在一些实施例中，在进入能量传输设备中之后，用冷却单元使冷却剂流体冷却。在一些实施例中，经过介电材料的材料被设计成当与另外的材料接触时，产生吸热反应。

具有冷却通道的能量传输设备被配置成允许控制通过设备的流体灌输的参数。在一些实施例中，设备由用户(例如，治疗医师或技师)酌情人工调整。在一些实施例中，所述调整是自动的。在一些实施例中，设备被配以传感器或者和传感器一起使用，所述传感器向用户或者自动化系统提供信息(例如，所述系统包括接收所述信息并相应调整流体灌输或其它设备参数的处理器和/或软件)。可调整的参数包括(但不限于)流体的灌输速度、离子或者影响流体性质(例如，介电性，传热性，流速等)的其它成分的浓度、流体的温度、流体的种类、混合比(例如，用于精确微调或冷却的气体/液体的混合物)。从而，具有冷却通道的能量传输设备被配置成采用能够改变一个或多个所需参数的反馈回路来更准确地调整设备(例如，天线)，或者加快流体的灌输，如果设备、设备的各个部分或者受治疗者的组织达到不希望的温度(或者某一温度持续不合要求的一段时间)的话。

与目前可以获得的系统和设备相比，具有冷却通道的能量传输设备具有许多优点。例如，通过向同轴传输线提供挖出的并且能够基本上除去大量固体介电材料的通道，同轴传输线可被设计成能够装在很小的针(例如，18-20号或者更小的针)内。一般来说，由于介电材料的体积较大，配置成传输微波能量的医疗设备被设计成装在较大的针内。其它设备使用也会增大探头尺寸并且能够增大组织损伤的外部冷却水套。当用在胸腹中时，这些较大的探头尺寸增大了并发症的风险。在本发明的一些实施例中，设备的进入被治疗者体内的部分的最大外径为16-18号或者更小(20号或者更小)。

图6表示标准同轴电缆实施例和本发明的具有冷却通道的实施例的横截面示意图。如图6中所示，提供常规的同轴电缆600和本发明的两个例证同轴电缆610及620。同轴电缆通常由三个分离的空间构成：金属内导体630、金属外导体650、以及它们之间的空间。金属内导体630和金属外导体650之间的空间通常填充低损耗介电材料640(例如，聚四氟乙烯或者说PTFE)以机械支持内导体，并用外导体保持所述低损耗介电材料640。同轴电缆的特性电阻由内导体的直径和介电材料的直径(即，外导体的内径)之比，以及金属内导体630和金属外导体650之间的空间的介电常数决定。通常，由于构成该空间的固体聚合物的缘故，所述介电常数是固定的。但是，在本发明的实施例中，具有可变介电常数(或者传导率)的流体至少部分占据该空间，从而允许调整电缆的特性电阻。

仍然参见图6，在本发明的一个实施例中，同轴电缆610把介电材料的外部除去，从而产生介于介电材料640和外导体650之间的通道。在所示的实施例中，通过添加被配置成保持外导体650和固体介电材料640之间的空间的支承线660，产生的空间被分成四个不同的通道670。支承线660可由任何希望的材料制成，并且可以是和固体介电材料640相同或不同的材料。在一些实施例中，为了避免设备的不合要求的发热(例如，外导体的不合要求的发热)，支承线660由生物相容的可熔材料(例如，蜡)制成。多个通道的存在使一个或多个通道允许沿一个方向(朝着电缆的近端)的流动，一个或多个其它通道允许沿相反方向(朝着电缆的远端)的流动。

仍然参见图6，在另一实施例中，同轴电缆620把相当大部分的固体介电材料640除去。通过在四个侧面的每一面，把固体介电材料640向下剥离到内导体630的表面，可产生这种实施例。在另一实施例中，对内导体630应用介电材料640的剥离，以产生该结构。在本实施例中，产生四个通道670。通过除去相当大量的介电材料640，外导体650的直径被显著减小。剩余的介电材料640形成的边角提供相对于内导体630保持外导体650的位置的支承。在本实施例中，同轴电缆620和设备的总直径被显著减小。

在一些实施例中，设备具有通过插入配置成在本发明的任意能量散发设备的介电部分或者内或外导体中循环冷却剂的管而形成的冷却通道。图7表示布置在具有外导体720、介电材料730和内导体740的能量散发设备710内的冷却剂循环管700(例如，冷却液针，导管)。如图7中所示，管700沿介电材料730的外缘和外导体720的内缘布置，内导体740近似布置在介电材料730的中心。在一些实施例中，管700被布置在介电材料730内，使得不接触外导体720。在一些实施例中，管700具有多个通道(未示出)，以便在管700内重新循环冷却剂，而不使冷却剂进入介电材料730和/或外导体720，从而用管700的外部来冷却介电材料730和/或外导体720。

具有中心馈电偶极子的能量传输设备

在一些实施例中，本发明的能量传输设备利用采用中心馈电偶极子组件的能量传输设备(例如，参见美国专利申请序列号11/728,457；在此整体通过引用而并入)。设备并不局限于特殊的配置。在一些实施例中，设备中具有通过能量(例如，微波能量)的施加来加热组织区域的中心馈电偶极子。在一些实施例中，这种设备具有与中空管(例如，内径至少为外径的50％；例如，内径基本与外径相似)连接的同轴电缆。同轴电缆可以是标准同轴电缆，或者可以是其中具有传导率接近于零的介电成分(例如空气)的同轴电缆。中空管并不局限于特殊的设计配置。在一些实施例中，中空管采取例如20号针(的直径的)形状。最好，中空管由固体的刚性传导材料(例如，许多金属、涂覆导体的陶瓷或聚合物等)制成。在一些实施例中，中空管配有尖端，或者在其远端增加探针，以便在不使用套管的情况下，直接把设备插入组织区中。中空管并不局限于特殊的成分(例如，金属，塑料，陶瓷)。在一些实施例中，中空管包含铜或具有其它硬化金属的铜合金，银或具有其它硬化金属的银合金，镀金的铜，镀金属的Macor(可切削陶瓷)，镀金属的硬化聚合物，和/或它们的组合。

在一些实施例中，中心馈电偶极子被配置成响应于发热而调整能量传输特性，以便在整个过程中提供更加优化的能量传输。在一些实施例中，这是通过使用响应于温度变化而改变体积，使得材料体积的变化改变设备的能量传输特性的材料来实现的。在一些实施例中，在设备中放置可膨胀的材料，使得响应于发热，中心馈电偶极子组件的共振部分或者探针沿着设备被推送到远端。这改变了设备的调谐，以保持更加优化的能量传输。如果需要的话，可通过设置阻止延伸到特定点之外的锁定机构来限制最大移动量。

采用中心馈电偶极子组件的能量传输设备不受中空管与同轴电缆的连接方式的限制。在一些实施例中，位于同轴电缆馈线的远端的一部分外导体被除去，暴露一定区域的固体介电材料。中空管可被放置在暴露的介电材料上，并用任意手段附在暴露的介电材料上。在一些实施例中，形成外导体和中空管之间的物理间隙。在一些实施例中，中空管与馈线在其中心点电容或电导地连接，使得当被插入组织中时，中空管的电气长度构成频率谐振结构。

使用中，采用中心馈电偶极子组件的能量传输设备被配置成使得在中空管的开口远端产生电场最大值。在一些实施例中，中空管的远端具有尖的形状，以便帮助设备插入受治疗者体内并进入组织区域。在一些实施例中，整个设备坚硬，以便于直接到目标点的直线和直接插入。在一些实施例中，该结构在～2.45GHz下共振，由该频率下的反射系数(在馈线的近端测量)的最小值来表征。通过改变设备的尺寸(例如，长度，馈电点，直径，间隙等)和天线的材料(介电材料，导体等)，可改变共振频率。希望频率下的低反射系数保证了从天线到环绕天线的介质的有效能量传输。

最好，中空管长度为λ/2，其中λ是所关心的介质中的电磁场波长(例如在肝脏中，对2.45GHz来说是～18cm)，以便在介质内共振。在一些实施例中，中空管的长度近似λ/2，其中λ是所关心的介质中的电磁场波长，以便在介质内共振，使得在近端的功率反射的最小值被测量。不过，可以采用偏离该长度的长度，以产生共振波长(例如，当周围的材料被改变时)。最好，在其远端位于管中心的情况下，延伸同轴电缆的内导体(例如，在离管端部λ/4处)，并这样配置同轴电缆的内导体，使得内导体在管中心保持电接触，尽管允许偏离该位置(例如，以产生共振波长)。

本发明的中空管部分可具有各种形状。在一些实施例中，在整个长度范围内，管是圆柱形的。在一些实施例中，管从中心位置逐渐变细，使得与其中心相比，在其端部具有较小的直径。在远端具有较小的尖端有助于刺入受治疗者以到达目标区。在中空管的形状偏离圆柱形的一些实施例中，管在其纵向中心的任意一侧保持对称结构。不过，设备并不受中空管形状的限制，只要实现功能性(即，向目标区传输希望的能量的能力)即可。

在一些实施例中，中心馈电偶极子组件可被增加到各种消融设备的远端，以提供这里描述的优点。同样地，各种设备可被修改，以接受本发明的中心馈电偶极子组件。

在一些实施例中，设备具有较小的外径。在一些实施例中，本发明的中心馈电偶极子组件被直接用于把设备的侵入式组件插入受治疗者体内。在一些这样的实施例中，设备并不包含套管，从而侵入式组件可具有更小的外径。例如，侵入式组件可被设计成使得它装在很小的针(例如18-20号或者更小的针)内，或者和上述很小的针一样大小。

图8示意表示本发明的设备800(例如，消融设备的天线)的远端，所述设备包含本发明的中心馈电偶极子组件810。本领域的技术人员会理解实现本发明的物理和/或功能特性的各种备选配置。如图所示，中心馈电偶极子设备800中具有中空管815、同轴传输线820(例如，同轴电缆)和探针890。中心馈电偶极子设备800并不局限于特殊的尺寸。在一些实施例中，中心馈电偶极子设备800的尺寸小到足以放置在组织区域(例如，肝脏)，以便向组织区域传输能量(例如，微波能量)。

重新参见图8，中空管815并不局限于特殊的材料(例如，塑料，陶瓷，金属等)。中空管815并不局限于特殊的长度。在一些实施例中，中空管的长度为λ/2，其中λ是在所关心的介质中的电磁场波长(例如，在肝脏中，对2.45GHz来说是～18cm)。中空管815接合同轴传输线820，使得中空管815附到同轴传输线820上(下面更详细说明)。中空管815中具有中空管物质860。中空管815并不局限于特殊种类的中空管物质。在一些实施例中，中空管物质860是空气、流体或气体。

仍然参见图8，中空管815并不局限于特殊的形状(例如，圆柱形，三角形，正方形，矩形等)。在一些实施例中，中空管815的形状为针(例如，20号针，18号针)的形状。在一些实施例中，中空管815被分成两个部分，每个部分的长度可变。如图所示，中空管815被分成等长的两个部分(例如，每个部分具有λ/4的长度)。在这样的实施例中，每个部分的形状是对称的。在一些实施例中，中空管的直径等于或小于20号针，17号针，12号针等。

仍然参见图8，中空管815的远端接合探针890。设备800并不局限于特殊的探针890。在一些实施例中，探针890被设计成便于设备800的经皮插入。在一些实施例中，探针890通过在中空管815内滑动来接合中空管815，使得探针890被固定。

仍然参见图8，同轴传输线820并不局限于特殊种类的材料。在一些实施例中，近端同轴传输线820由商业标准0.047英寸半刚性同轴电缆构成。在一些实施例中，同轴传输线820被镀覆金属(例如，镀银，镀铜)，不过本发明并不局限于此。近端同轴传输线820并不局限于特定的长度。

仍然参见图8，在一些实施例中，同轴传输线820具有同轴中心导体830、同轴介电材料840和同轴外导体850。在一些实施例中，同轴中心导体830被配置成沿其长度传导冷却液。在一些实施例中，同轴中心导体830是中空的。在一些实施例中，同轴中心导体830的直径为0.012英寸。在一些实施例中，同轴介电材料840是聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施例中，同轴介电材料840具有接近于零的传导率(例如，空气，流体，气体)。

仍然参见图8，同轴传输线820的远端被配置成接合中空管815的近端。在一些实施例中，同轴中心导体830和同轴介电材料840延伸到中空管815的中心。在一些实施例中，与同轴介电材料840相比，同轴中心导体830进一步延伸到中空管815中。同轴中心导体820并不局限于到中空管815中的特定延伸量。在一些实施例中，同轴中心导体820延伸到中空管815中的长度为λ/4。同轴传输线820的远端并不局限于接合中空管815的近端的特殊方式。在一些实施例中，中空管的近端接合同轴介电材料840，以便用同轴传输线820固定中空管815。在同轴介电材料具有接近于零的传导率的一些实施例中，中空管815不是用同轴传输线820固定的。在一些实施例中，同轴中心导体830的远端直接地或者通过与传导材料870接触来接合中空管815的管壁，传导材料870可由与同轴中心导体相同的材料或者不同的材料构成(例如，不同的传导材料)。

仍然参见图8，在一些实施例中，在同轴传输线外导体850的远端和中空管815之间存在间隙880，从而暴露同轴介电材料840。间隙880并不局限于特殊的尺寸或长度。在一些实施例中，间隙880保证同轴传输线880的近端和中空管815的远开口端处的电场最大值。在一些实施例中，中心馈电偶极子设备810在～2.45GHz下谐振，如在该频率下的反射系数的最小值所表征的。通过改变设备的尺寸(长度，馈电点，直径，间隙等)和材料(介电材料，导体等)，可以改变谐振频率。在该频率下的低反射系数保证了从天线到天线周围的介质的有效能量传输。

仍然参见图8，在一些实施例中，间隙880被填充材料(例如，环氧树脂)，以便桥接同轴传输线820和中空管815。设备并不局限于特殊种类或类型的实质材料。在一些实施例中，所述实质材料并不干扰通过设备的能量场的产生或发射。在一些实施例中，该材料是生物相容的，并且耐热。在一些实施例中，该材料没有或者基本上没有传导性。在一些实施例中，该材料还使同轴传输线820和中空管815与同轴中心导体830桥接。在一些实施例中，所述耐久材料是可固化树脂。在一些实施例中，该材料是牙科瓷(例如，XRV Herculite瓷釉；另外参见美国专利号6,924,325、6,890,968、6,837,712、6,709,271、6,593,395和6,395,803，均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，所述耐久材料被固化(例如，用光固化机，比如L.E.Demetron II光固化机来固化)(例如，参见美国专利号6,994,546、6,702,576、6,602,074和6,435,872)。从而，本发明提供包含固化的釉质树脂的消融设备。这种树脂是生物相容的，并且硬而强。

具有天线组件的线性阵列的能量传输设备

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用具有天线组件的线性阵列的能量传输设备(例如参见美国临时专利申请号60/831,055；在此整体通过引用而并入)。设备并不局限于特殊的配置。在一些实施例中，具有天线组件的线性阵列的能量传输设备中具有包含内导体和外导体的天线，其中外导体是以由间隙隔开的两个或者更多线性区段的形式提供的，使得区段的长度和位置被配置成优化在天线远端的能量传输。例如，在一些实施例中，天线包含从天线的近端横跨到接近远端的区域的外导体的第一区段和第一区段远端的外导体的第二区段，其中间隙隔开或部分隔开第一区段和第二区段。间隙可以完全外接外导体，或者可以仅仅部分外接外导体。在一些实施例中，第二区段的长度为λ/2，λ/4等，不过本发明并不局限于此。在一些实施例中，在第二区段的远端设置均相互由间隙隔开的一个或多个额外的(例如，第三，第四，第五)区段。在一些实施例中，天线端接与内导体电通信的导电端子端。在一些实施例中，导体端子端包含直径基本与外导体的直径相等的圆盘。这种天线沿天线的远端的长度提供能量传输的多个峰值，从而向组织的更大目标区提供范围更广的能量传输。通过选择外导体区段的长度并控制传输的能量的量，来控制峰值的位置和状态。

具有天线组件的线性阵列的能量传输设备不受天线的各个组件的性质的限制。可以使用各种组件来提供最佳性能，包括(但不限于)用于内外导体的各种材料的使用，用于内外导体之间的介电材料的各种材料的使用和配置，由各种不同方法提供的冷却剂的使用。

在一些实施例中，设备包含线性天线，其中线性天线包含包围内导体的外导体，其中内导体被设计成接收和发射能量(例如，微波能量)，其中外导体中具有沿外导体布置的一系列间隙区(例如，至少两个)，其中在间隙区内导体被暴露，其中沿着内导体传输的能量通过间隙区发出。设备并不局限于特定数目的间隙区(例如2，3，4，5，6，10，20，50)。在一些实施例中，配置间隙的定位以实现线性消融。在一些实施例中，内导体包含包围中心传输线的介电层。在一些实施例中，介电元件具有接近于零的传导率。在一些实施例中，设备还包含探针。在一些实施例中，设备还包括调整通过间隙区传送的能量的量的调节元件。在一些实施例中，当用在组织消融环境中时，设备被配置成传送足够量的能量，以消融组织区域或者导致形成血栓。

与目前可获得的系统和设备相比，具有天线组件的线性阵列的能量传输设备提供许多优点。例如，目前可获得的利用微波能量的医疗设备的一个主要缺陷在于发出的能量是局部提供的，从而妨碍在更深和更密集规模上的能量传输。本发明的设备通过提供具有在更宽和更深规模上(例如，与局部传输相反)传输能量(例如，微波能量)的天线组件的线性阵列的施加设备，克服了这种局限。这种设备在密集和/或厚的组织区域(例如，肿瘤，器官内腔)，尤其在深的组织区域(例如，较大的心脏区，脑部，骨骼)中特别有用。

III.处理器

在一些实施例中，本发明的能量传输设备利用监视和/或控制系统的一个或多个组件的处理器。在一些实施例中，处理器设置在计算机模块内。计算机模块还可包含由处理器用于实现其一个或多个功能的软件。例如，在一些实施例中，本发明的系统提供通过监视组织区域的一个或多个特性，包括(但不限于)目标组织的大小和形状，组织区域的温度等等(例如，通过反馈系统)，来调节提供给组织区域的微波能量的量的软件(例如，参见美国专利申请序列号11/728.460、11/728,457和11/728,428；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，软件被配置成实时地提供信息(例如，监视信息)。在一些实施例中，软件被配置成与本发明的能量传输系统交互作用，使得能够升高或降低(例如，调整)传送给组织区域的能量的量。在一些实施例中，软件用来把供分配的冷却剂灌注到能量传输设备中，使得在使用能量传输设备之前，冷却剂处于希望的温度。在一些实施例中，被治疗的组织的种类(例如，肝脏)被输入软件中，以便允许处理器根据预先校准用于该特定种类的组织区域的方法，调节(例如，调整)对组织区域的微波能量的传输。在其它实施例中，处理器根据特殊种类的组织区域，产生显示对系统用户有用的特性的图表或图解。在一些实施例中，处理器提供能量传输算法，以便缓慢地升高功率，从而避免由高温造成的快速除气而引起的组织破裂。在一些实施例中，处理器允许用户选择功率、治疗的持续时间、对于不同组织种类的不同治疗算法、在多天线模式下同时向天线施加功率、在天线之间切换功率传输、相干和非相干相位调整，等等。在一些实施例中，配置处理器，以便根据具有相似或者相异患者特征的在先治疗，创建与关于特殊组织区域的消融治疗有关的信息(例如，要求的能级，基于特殊患者特征的组织区域的治疗时间)的数据库。

在一些实施例中，处理器被用于根据组织特征(例如，肿瘤类型，肿瘤大小，肿瘤位置，周围血管信息，血液流量信息等)的输入，生成消融图表。在这种实施例中，处理器能够指挥能量传输设备的放置，以便根据消融图表来实现希望的消融。

在一些实施例中，提供软件包，以便与允许用户输入待治疗组织的参数(例如，肿瘤和待消融组织部分的种类，大小，位置，导管或者易损伤组织的位置，和血液流量信息)的处理器进行交互，随后在CT或者其它图像上绘出希望的消融区，从而提供希望的结果。探针可被放入组织中，计算机根据提供的信息来产生预期的消融区。这种应用可结合反馈。例如，在消融过程中，可以使用CT、MRI或者超声波成像或者温度测量法。数据被反馈到计算机中，以及参数被重新调整，以产生希望的结果。

这里使用的术语“计算机存储器”和“计算机存储装置”指的是计算机处理器可读的任何存储介质。计算机存储器的例子包括(但不限于)随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，计算机芯片，光盘(例如，紧致盘(CD)，数字视频光盘)等)，磁盘(例如，硬盘驱动器(HDD)，软盘，ZIP.RTM.盘等)，磁带和固态存储装置(例如，存储卡，“闪速”介质等)。

这里使用的术语“计算机可读介质”指的是保存并向计算机处理器提供信息(例如，数据和指令)的任意设备或系统。计算机可读介质的例子包括(但不限于)光盘，磁盘，磁带，固态介质，和通过网络流式传输媒体的服务器。

这里使用的术语“处理器”和“中央处理器”被可交换地使用，指的是能够从计算机存储装置(例如，ROM或者其它计算机存储器)读出程序，并按照程序执行一组步骤的设备。

IV.成像系统

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用包含成像设备的成像系统。能量传输系统并不局限于特殊种类的成像设备(例如，内窥镜设备，立体定向计算机辅助神经外科导航设备，热传感器定位系统，运动速率传感器，导引线系统，术中超声波，荧光透视法，计算机化X线断层摄影术磁共振成像，核医学成像设备三角成像，热声成像，红外和/或激光成像，电磁成像)(例如，参见美国专利号6,817,976、6,577,903和5,697,949、5,603,697，及国际专利申请号WO06/005,579；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，系统利用内窥相机，成像组件，和/或允许或帮助放置、定位和/或监视与本发明的能量系统一起使用的任意物品的导航系统。

在一些实施例中，能量传输系统提供为使用成像设备(例如，CT，MRI，超声波)而配置的软件。在一些实施例中，成像设备软件允许用户根据组织、脉管系统的已知热力学和电性质以及天线的位置进行预测。在一些实施例中，成像软件允许生成组织区域(例如，肿瘤，心律失常)的位置、天线位置的三维图，以及生成消融区的预测图。

在一些实施例中，本发明的成像系统被用于监视消融过程(例如，微波热消融过程，射频热消融过程)。本发明并不局限于特殊类型的监视。在一些实施例中，成像系统被用于监视在经历热消融过程的特殊组织区域内发生的消融的量。在一些实施例中，沿着消融设备(例如，能量传输设备)进行监视，使得传给特殊组织区域的能量的量取决于组织区域的成像。本发明并不局限于特殊类型的监视。本发明并不局限于用成像设备监视的内容。在一些实施例中，监视是对特殊区域的血流灌注进行成像，以便检测在热消融过程之前、之中和之后，在该区域中的变化。在一些实施例中，监视包括(但不限于)MRI成像、CT成像、超声波成像、核医学成像和荧光透视成像。例如，在一些实施例中，在热消融过程之前，向受治疗者(例如，患者)供给造影剂(例如，碘或其它适当的CT造影剂；钆螯合物或者其它适当的MRI造影剂，微泡或者其它适当的超声波造影剂等)，并对于血流灌注变化监视灌注通过正在进行消融过程的特殊组织区域的造影剂。

在一些实施例中，成像系统被设计成以任何希望的频率(例如，每秒，每分钟，每10分钟，每小时等)自动监视特殊组织区域。在一些实施例中，本发明提供用于自动获得组织区域的图像(例如，MRI成像，CT成像，超声波成像，核医学成像，荧光透视成像)，自动检测组织区域中的任何变化(例如，血流灌注，温度，坏死组织的数量等)，并根据检测结果自动调整通过能量传输设备传输给该组织区域的能量大小的软件。同样地，可应用一种算法来预测待消融的组织区域的形状和大小(例如，肿瘤形状)，使得系统推荐有效治疗该区域的消融探头的类型、数目和位置。在一些实施例中，系统被配置以导航或制导系统(例如，采用三角测量或其它定位例程)来帮助或者指导探头的放置及其使用。

例如，这种过程可以使用造影材料推注的增强或增强不足来跟踪消融或其它治疗过程的进展。也可以使用减法方法(类似于用于数字减影血管造影的方法)。例如，可在第一时刻获得第一图像，后续图像减去源自第一图像的一些或者全部信息，使得更易于观察组织中的变化。同样地，可以使用应用“欠采样”技术(与Nyquist采样相反)的加速成像技术。预期通过利用随着时间而获得的多个低分辨率图像，这种技术提供极好的信噪比。例如，称为HYPER(高约束投影重建)的算法可供可应用于本发明的系统的实施例的MRI之用。

由于当组织温度超过例如50℃时，基于热的治疗凝结血管，所述凝结减少了对已被完全凝结的区域的血液供给。在施用造影剂之后，被凝结的组织区域不会增强。在一些实施例中，通过给予造影剂的少量测试注射来确定造影剂到达所考虑的组织区域的时间，并确定基线增强，本发明利用成像系统自动跟踪消融过程的进展。在一些实施例中，在开始消融过程之后，随后进行一系列的少量造影剂注射(例如，就CT来说，注射300mgI/ml水溶性造影剂的最多达15次的一系列10ml推注)，在希望的恰当注射后时间(例如，根据测试注射确定)进行扫描，并通过利用感兴趣区域(ROI)来跟踪许多参数中的任意一个参数，确定目标区的造影增强，所述许多参数包括(但不限于)CT的衰减(Hounsfield单位(HU))，信号(MRI)，回声(超声波)等。成像数据并不局限于特殊的呈现方式。在一些实施例中，成像数据被呈现为衰减/信号/回声，目标组织和非目标组织之间的差异，治疗期间造影剂推注的到达时间的差异，组织灌注的变化，以及能够在注射造影材料之前和之后测量的任何其它组织性质的变化的彩色编码图或灰度图或者覆盖图。本发明的方法并不局限于选择的ROI，相反可被推广到任何图像内的所有像素。像素可以是彩色编码的，或者用于表明哪里已发生和正在发生组织变化的覆盖图。当组织性质变化时，像素可改变颜色(或者其它性质)，从而给出治疗进展的近实时显示。这种方法也可被推广到图像显示的3d/4d方法。

在一些实施例中，待治疗的区域被呈现在计算机覆盖图上，以及不同颜色或者阴影的第二覆盖图产生治疗进展的近实时显示。在一些实施例中，所述呈现和成像是自动化的，使得存在治疗技术(RF，MW，HIFU，激光，冰冻等)的反馈回路，从而根据成像结果来调节功率(或者任何其它控制参数)。例如，如果对目标区的灌注降到目标水平，那么可以减小或者停止功率。例如，这种实施例适用于多施加器系统，因为对相控阵系统中的单个施加器或元件调节功率/时间/频率/占空比，从而产生组织治疗的准确刻蚀区。相反，在一些实施例中，这些方法被用于选择将不处理的区域(例如，需要避开的易损伤组织，比如胆管，肠等)。在这种实施例中，所述方法监视要避开的区域中的组织变化，并利用警报(例如，可视和/或可听的警报)警告用户(例如，治疗医师)要保护的组织有损伤的危险。在一些实施例中，反馈回路被用于修改功率或者任何其它参数，以避免继续损伤选择的不处理的组织区域。在一些实施例中，保护组织区域免于消融是通过设置阈值，比如易损伤区域中的目标ROI，或者使用计算机覆盖图来定义用户希望的“不处理”区来实现的。

V.调谐系统

在一些实施例中，本发明的能量传输设备利用调谐元件来调整传输给组织区域的能量的量。在一些实施例中，调谐元件由系统用户人工调整。在一些实施例中，调谐系统被合并到能量传输设备中，以便允许用户酌情调整设备的能量传输(例如，参见美国专利号5,957,969、5,405,346；均在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，相对于希望的组织预调谐设备，并在整个治疗过程中固定不变。在一些实施例中，调谐系统被设计成匹配发生器和能量传输设备之间的阻抗(例如，参见美国专利号5,364,392；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，调谐元件由本发明的处理器自动调整和控制(例如，参见美国专利号5,693,082；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，考虑到许多希望的因素，包括(但不限于)目标组织的发热、性质和/或位置，希望的损伤大小，治疗时间的长短，与敏感器官区或血管的邻近等等，处理器随着时间调整能量传输，从而在整个过程中提供恒定的能量。在一些实施例中，系统包含不断地或者多个时间点地向用户或者向监视设备的功能的处理器提供反馈的传感器。传感器可以记录和/或报告许多性质，包括(但不限于)在系统的一个组件的一个或多个位置的发热，在组织的发热，组织的性质，等等。传感器可以采取诸如CT，超声波，磁共振成像或任何其它成像设备之类的成像设备的形式。在一些实施例中，尤其是对于研究应用，系统记录并保存供未来优化系统，和/或在特殊条件下优化能量传输之用的信息(例如，患者类型，组织种类，目标区的大小和形状，目标区的位置等)。

VI.温度调整系统

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用冷却系统，以减少能量传输设备(例如，组织消融导管)内及沿着能量传输设备的不合要求的发热。本发明的系统并不局限于特殊的冷却系统机构。在一些实施例中，系统被设计成在整个能量传输设备内循环冷却剂(例如，空气，液体等)，使得同轴传输线和天线温度被降低。在一些实施例中，系统利用其中具有用于容纳冷却剂循环的通道的能量传输设备。在一些实施例中，系统提供缠绕天线或者天线的多个部分，以便外部冷却天线的冷却套(例如，参见美国专利申请号11/053,987；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，系统利用具有在天线周围的传导覆盖物的能量传输设备，以便限制热量消散到周围组织(例如，参见美国专利号5,358,515；在此整体通过引用而并入)。在一些实施例中，当循环冷却剂时，冷却剂被输出到例如废物容器中。在一些实施例中，当循环冷却剂时，冷却剂被再循环。

在一些实施例中，连同能量传输设备一起，系统利用可膨胀气球，以便迫使组织远离天线表面(例如，参见美国专利申请号11/053,987；在此整体通过引用而并入)。

在一些实施例中，系统利用配置成附在能量传输设备上，以便减少能量传输设备内及沿着能量传输设备的不希望发热的设备(例如，参见美国专利申请号11/237,430；在此整体通过引用而并入)。

VII.识别系统

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用与系统的一个或多个组件相关联的识别元件(例如，RFID元件，条形码等)。在一些实施例中，识别元件传送与系统的特定组件有关的信息。本发明不受传送的信息的限制。在一些实施例中，传送的信息包括(但不限于)组件的种类(例如，制造商，尺寸，能耗评级，组织配置等)，该组件之前是否已被使用(例如，以便保证不使用非无菌组件)，组件的位置，患者特有的信息等等。在一些实施例中，信息被本发明的处理器读取。在一些这样的实施例中，处理器配置系统的其它组件，以便与包含识别元件的组件一起使用或者最佳地一起使用。

在一些实施例中，能量传输设备上具有标记(例如，划线，色彩设计，蚀刻，着色的对比剂标记，和/或凸纹)，以便改进特殊能量传输设备的识别(例如，改进位于具有相似外观的其它设备附近的特殊设备的识别)。在多个设备被插入患者体内的情况下，标记特别有用。在这种情况下，尤其是在设备以各种角度相互交叉的情况下，治疗医师难以关联位于患者体外的设备的哪个近端对应于位于患者体内的设备的哪个远端。在一些实施例中，在设备的近端存在标记(例如，数字)，使得医师可看到该标记，在设备的远端存在第二标记(例如，对应于该数字的标记)，使得当在体内存在时，成像设备可看到该第二标记。在一些实施例中，当采用一组天线时，该组天线的各个天线在近端和远端都被编号(例如，1，2，3，4等)。在一些实施例中，把柄被编号，在使用之前，编号匹配的可拆卸(例如，一次性)天线与把柄连接。在一些实施例中，系统的处理器确保把柄和天线被正确地匹配(例如，依据RFID标签或其它装置)。在一些实施例中，当天线是一次性的时，当一次性组件应已被丢弃时，如果试图重新使用该一次性组件，那么系统会提供报警。在一些实施例中，标记改进任意类型的检测系统，包括(但不限于)MRI、CRT和超声波检测系统中的识别。

本发明的能量传输系统并不局限于特殊种类的跟踪设备。在一些实施例中，使用GPS和GPS相关设备。在一些实施例中，使用RFID和RFID相关设备。在一些实施例中，使用条形码。

在这种实施例中，在使用具有识别元件的设备之前，要求在使用这种设备之前的授权(例如，代码的输入，条形码的扫描)。在一些实施例中，信息元件识别某一元件之前已被使用，并向处理器发送信息，以锁定(例如，阻止)系统的使用，直到提供新的无菌组件为止。

VIII.温度监视系统

在一些实施例中，本发明的能量传输系统利用温度监视系统。在一些实施例中，温度监视系统被用于监视能量传输设备的温度(例如，借助温度传感器)。在一些实施例中，温度监视系统被用于监视组织区域(例如，被治疗的组织，周围组织)的温度。在一些实施例中，温度监视系统被设计成与处理器通信，以便把温度信息给用户或者提供给处理器，以允许处理器恰当调整系统。

IX.其它组件

本发明的系统还可采用直接或者间接利用或者帮助本发明的特征的一个或多个附加组件。例如，在一些实施例中，一个或多个监视设备被用于监视和/或报告系统的任意一个或多个组件的功能。另外，可直接或间接地与本发明的设备一起使用的任意医疗设备或系统可包含为该系统的一部分。这样的组件包括(但不限于)杀菌系统，设备和组件；其它手术，诊断或监视设备或系统；计算机设备；手册，指令，标签和指南；机器人设备；等等。

在一些实施例中，系统采用提供与本发明系统的各个组件的连通性有关的材料的泵，贮液器，管道，接线或者其它组件。例如，任意种类的泵可被用于向本发明的天线供给气体或液体冷却剂。本发明的系统中可以采用包含冷却剂的气体或液体处理罐。

在一些实施例中，按照减少不希望的表现问题(例如，与无组织的能量传输系统应用源相关联的纠缠、杂乱和危及无菌性)的方式，来提供能量传输系统(例如，能量传输设备，处理器，动力源，成像系统，温度调整系统，温度监视系统和/或识别系统)和所有关联的能量传输系统应用源(例如，提供能量，气体，冷却剂，液体，压力和通信的电缆，导线，软线，管，导管)。本发明并不局限于提供能量传输系统和能量传输系统应用源，以减少不希望的表现问题的特殊方式。在一些实施例中，如图13中所示，利用输入/输出箱1300、传送套管1310、过程设备中枢1320来组织能量传输系统和能量传输系统应用源。

本发明并不局限于特殊种类或类型的输入/输出箱。在一些实施例中，输出/输出箱包含动力源和冷却剂供应源。在一些实施例中，输入/输出箱位于治疗患者的无菌区之外。在一些实施例中，输入/输出箱位于治疗患者的房间之外。在一些实施例中，一条或多条电缆连接输入/输出箱和过程设备中枢。在一些实施例中，使用单一电缆(例如，传送套管)。例如，在一些这样的实施例中，传送套管包含往来于输入/输出箱传送能量和冷却剂的组件。在一些实施例中，在不对医疗人员造成物理障碍的情况下，传送套管与过程设备中枢连接(例如，在地面下，头顶上延伸)。

本发明并不局限于特殊种类或类型的过程设备中枢。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成从输入/输出箱或者其它源接收动力、冷却剂或者其它要素。在一些实施例中，过程设备中枢提供物理上位于患者附近的控制中心，以便实现下述任意一个或多个：向医疗设备提供能量，把冷却剂循环到医疗设备，收集和处理数据(例如，成像数据，能量传输数据，安全监控数据，温度数据等等)，以及提供便利医疗过程的任何其它功能。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成接合传送套管，以便接收相关的能量传输系统应用源。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成接收各种能量传输系统应用源，并将其分配给适用的设备(例如，能量传输设备，成像系统，温度调节系统，温度监视系统，和/或识别系统)。例如，在一些实施例中，过程设备中枢被配置成从能量传输系统应用源接收微波能量和冷却剂，并把微波能量和冷却剂分配给能量传输设备。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成酌情开启或关闭、校准和调节(例如，自动地或者人工地)特殊的能量传输系统应用源的数量。在一些实施例中，过程设备中枢中具有酌情调节(例如，人工或自动地开启，关闭，校准)特殊的能量传输系统应用源的数量的功率分配器。在一些实施例中，过程设备中枢中具有用于按照希望的方式提供能量传输系统应用源的软件。在一些实施例中，过程设备中枢具有指示每个能量传输系统应用源的相关特性的显示区。在一些实施例中，与能量传输系统相关联的处理器位于过程设备中枢中。在一些实施例中，与能量传输系统相关联的动力源位于过程设备中枢中。在一些实施例中，过程设备中枢具有当发生不希望的事件(例如，不希望的发热，不希望的泄漏，不希望的压力变化等)时，自动阻止一个或多个能量传输系统应用源的传感器。

在一些实施例中，过程设备中枢被设计成位于无菌环境中。在一些实施例中，过程设备中枢被置于患者的床上，患者所位于的工作台(例如，用于CT成像，MRI成像等的工作台)上，或者患者附近的其它结构上。在一些实施例中，过程设备中枢被置于独立的工作台上。在一些实施例中，过程设备中枢附着在天花板上。在一些实施例中，过程设备中枢附着在天花板上，使得用户(例如，医师)可把它移动到希望的位置(从而避免在使用中不得不把能量传输系统应用源(例如，提供能量，气体，冷却剂，液体，压力和通信的电缆，导线，软线，管子，导管)置于患者身上或其附近)。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成(无线地或者通过导线)与处理器(例如，计算机，与因特网，与蜂窝电话机，与PDA)通信。在一些实施例中，过程设备中枢上具有一个或多个灯。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成以任何希望的压力来压缩传送的冷却剂(例如，CO₂)，以使冷却剂保持在希望的压力(例如，气体的临界点)，从而改善冷却或温度保持。例如，在一些实施例中，在气体的临界点或临界点附近提供气体，以便把设备，线路，电缆或其它组件的温度保持在恒定的规定温度。在一些这样的实施例中，组件本身不被冷却，因为其温度不会从起始温度(例如，室温)下降，而是被保持在比如果没有干预，那么该组件理应的温度低的温度。例如，可在CO₂的临界点或其附近使用CO₂来保持温度，使得系统的组件足够冷，足以不灼伤组织，但是又不会被冷却或保持在明显低于室温或体温的温度，使得与组件接触的皮肤冻伤，或者以其它方式被冻伤。通过利用这种配置，允许使用较少的隔离，因为不存在必须与人或者与周围环境隔开的“冰冷”组件。在一些实施例中，过程设备中枢具有用于缩回使用和/或未使用的提供能量，气体，冷却剂，液体，压力和/或通信的电缆，导线，软线，管子，导管的收缩元件。在一些实施例中，过程设备中枢被配置成把供分配的冷却剂灌注到能量传输设备中，使得在使用能量传输设备之前，冷却剂处于希望的温度。在一些实施例中，过程设备中枢中具有配置成把供分配的冷却剂灌注到能量传输设备中，使得在使用能量传输设备之前，系统处于希望温度的软件。在一些实施例中，过程设备中枢的使用允许使用较短的电缆，导线，软线，管子和/或导管(例如，小于4英尺，3英尺，2英尺)。在一些实施例中，过程设备中枢和/或与之连接的一个或多个组件，或者其多个部分被无菌套管覆盖。

在一个例证实施例中，输入/输出箱包含一个或多个微波动力源和一个冷却剂供应源(例如，加压的二氧化碳气体)。该输入/输出箱与向过程设备中枢传送微波能量和冷却剂的单一传送套管连接。传送套管内的冷却剂线路或能量线路可相互缠绕，以便最大地冷却传送套管本身。传送套管在不会干扰护理患者的医疗小组的活动的场所，沿地板延伸到进行治疗过程的无菌区。传送套管与位于患者平躺于其上的成像工作台附近的工作台连接。该工作台是可移动的(例如，带有轮子)，并且可与成像工作台连接，使得它们一起移动。该工作台包含臂状物，所述臂状物是柔性的或者叠缩的，以便允许把臂状物放置在患者的上方。传送套管或者与传送套管连接的电缆沿着臂状物延伸到头顶位置。臂状物的末端是过程设备中枢。在一些实施例中，两个或者更多的臂状物具备两个或者更多的过程设备中枢，或者一个过程设备中枢的两个或更多子组件。过程设备中枢较小(例如，小于1立方英尺，小于10立方厘米等)，以便容易地移动和放置在患者上方。过程设备中枢包含用于控制系统的所有计算方面的处理器。设备中枢包含连接通向能量传输设备的电缆的一个或多个连接端口。电缆与端口连接。电缆是可收缩的，长度小于3英尺。使用短电缆可减少费用并避免功率损失。当不使用时，电缆悬在患者上方的空中，不与患者的身体接触。当不使用时，端口配有虚拟负载(例如，当能量传输设备不与特定端口连接时)。过程设备中枢在治疗医师的伸手可及的范围内，以致能够调节计算机控制，并且在治疗过程中能够实时地查看显示的信息。

X.能量传输系统的用途

本发明的系统并不局限于特殊用途。事实上，本发明的能量传输系统是为供在适用能量发射的任何环境中使用而设计的。这种用途包括任意医疗，兽医和研究应用。另外，本发明的系统和设备可用在农业环境，制造环境，机械环境，或者要传输能量的任何其它应用中。

在一些实施例中，为开放手术，经皮，血管内，心脏内，经内窥镜，腔内，经腹腔镜，或者手术的能量传输配置系统。在一些实施例中，为向目标组织或者区域传送能量而配置系统。在一些实施例中，提供定位板，以改善借助本发明的能量传输系统的经皮，血管内，心脏内，经腹腔镜，和/或手术的能量传输。本发明并不局限于特殊种类或类型的定位板。在一些实施例中，定位板被设计成把一个或多个能量传输设备固定在希望的身体部位，以便实现能量的经皮，血管内，心脏内，经腹腔镜，和/或手术的传输。在一些实施例中，定位板的组成是这样的，使得能够避免身体部位暴露于来自能量传输系统的不希望的加热。在一些实施例中，定位板提供帮助定位能量传输设备的指导。本发明不受目标组织或者区域的性质的限制。用途包括(但不限于)心律失常的治疗，肿瘤消融(良性和恶性)，术中出血的控制，外伤性出血的控制，任何其它出血控制，软组织的切除，组织切除和切取，静脉曲张的治疗，管腔内组织消融(例如，治疗食道病变，比如Barrett食管和食道腺瘤)，骨肿瘤，正常骨骼和良性骨质情况的治疗，眼内应用，在整容手术中的应用，中枢神经系统病变(包括脑瘤和的电紊乱)的治疗，绝育过程(例如，输卵管的消融)，和任何目的的血管或组织的烧灼。在一些实施例中，外科手术应用包括消融治疗(例如，实现凝固性坏死)。在一些实施例中，外科手术应用包括对靶，例如转移瘤的肿瘤消融。在一些实施例中，设备被配置成在对组织或器官的损害最小的情况下，移动和定位在任何希望的位置，包括(但不限于)脑，脖颈，胸，腹和骨盆。在一些实施例中，系统被配置成通过计算机化X线断层摄影术，超声波，磁共振成像，荧光透视法等等实现定向传输。

在一些实施例中，本发明提供治疗组织区域的方法，包括提供组织区域和这里描述的系统(例如，能量传输设备，和至少一个下述组件：处理器，动力源，温度监视器，成像器，调谐系统，和/或降温系统)；把一部分的能量传输设备放置在组织区域附近，以及用能量传输设备向组织区域传输一定量的能量。在一些实施例中，组织区域是肿瘤。在一些实施例中，能量的传输导致组织区域和/或血管栓塞的消融，和/或组织区域的电穿孔。在一些实施例中，组织区域是肿瘤。在一些实施例中，组织区域包含心脏，肝脏，生殖器，胃，肺，大肠，小肠，脑，脖颈，骨骼，肾，肌肉，腱，血管，前列腺，膀胱和脊髓中的一个或多个。

实验

例1

本例证明通过使用本发明的能量传输设备，经冷却通道循环冷却剂来避免不希望的组织加热。用于所有实验的消融针轴为20.5厘米。把柄组件的冷却极小，表明把柄冷却效果被很好地隔离。温度探头1、2和3都位于邻近不锈钢针的针尖4、8和12厘米处(参见图9)。对插入猪肝之后的35％功率测量，以及对插入猪肝之后的45％功率测量进行温度测量。对于35％功率测量来说，探头4在把柄本身上。对于45％功率测量来说，探头4位于针-皮肤界面，距离不锈钢针尖大约16厘米。

如图10中所示，具有无特色高(6.5％)反射功率的10分钟35％功率下的治疗表明：在探头1、2、3和把柄，设备保持在不损伤组织的温度。

如图11中所示，具有无特色高(6.5％)反射功率的10分钟45％功率下的治疗表明：在探头1、2、3和4，设备保持在不损伤组织的温度。在具有无特色高(6.5％)反射功率的10分钟45％功率下的10分钟消融后观察皮肤和脂肪层，表明没有可见的灼伤或热损伤。

例2

本例证明发生器校准。发生器校准是在工厂用Cober-Muegge完成的，并被设置成对大于150W的功率来说非常准确。磁控管作用非常像二极管：在到达临界阈值之前，增大阴极电压不会增大真空电流(正比于输出功率)，在临界阈值，真空电流随着电压快速增大。磁控管源的控制依赖于临界点附近的阴极电压的准确控制。因而，对于0-10％的功率未明确规定发生器，以及在15％以下，输出功率和理论功率百分率输入之间的相关性较差。

为了测试发生器校准，以1％为增量从0.25％开始改变功率控制转盘(对应于以3W为增量的0-75W的理论输出功率)，记录发生器的输出功率显示，并测量功率输出。考虑到测得的室温下同轴电缆、耦合器和负载的损耗，调整测量的功率输出。还对于偏移误差(即，当转盘被设置成0.0％时，发生器读数是2.0％)，调整输出显示。

对于低的功率转盘设置来说，转盘和发生器输出功率显示之间的误差较大。对于15％以上的转盘设置来说，这两个值快速收敛到小于5％的百分误差。类似地，对于15％以下的转盘设置来说，测量的输出功率明显不同于理论输出功率，不过对于15％上的转盘设置来说更准确。

例3

本例说明制造过程中，天线的设置和测试。这提供了一种在制造环境中的设置和测试方法。该方法采用液体的与组织相当的人体模型，而不是组织。

根据已关天线进行的数值测量和实验测量，已知L2变化～1mm将把反射功率从<-30dB增大到～-20-25dB。消融过程中发生的组织性质的变化可能使这种增大不太显著，从而我们会认为长度L2的0.5mm的相对容差是合理的。同样地，即使与L2相比，总的反射系数不太依赖于L1，也使用关于长度L1的0.5mm的容差。

利用用于模拟肝、肺或肾的介电性质的液体溶液，能够实现用于质量控制的天线调谐的测试(例如，参见Guy AW(1971)IEEE Trans.Microw.Theory Tech.19：189-217；在此整体通过引用而并入)。天线被沉入人体模型中，并利用1-端口测量设备或者全矢量网络分析仪(VNA)来记录反射系数。选择低于-30dB的反射系数的检定，以保证正确的调谐。

上面在说明书中提及的所有出版物和专利在此通过引用而并入。本发明的所述方法和系统的各种修改和变化对本领域的技术人员来说将变得明显，而不脱离本发明的范围和精神。尽管结合具体实施例说明了本发明，不过要求保护的发明显然不应过度局限于这样的具体实施例。事实上，实现本发明的所述方式的各种对本领域技术人员来说显而易见的修改在下述权利要求的范围之内。

Claims (31)

1、一种包含向组织传输能量的天线的设备，所述天线具有设置在同轴电缆的内导体或外导体中的冷却通道。

2、一种包含向组织传输能量的天线的设备，所述天线包含响应于热而改变体积的可膨胀材料，其中，体积的变化改变天线的能量传输特性。

3、按照权利要求2所述的设备，其中，所述天线包含中心馈电偶极子，以及所述可膨胀材料包含在所述中心馈电偶极子中。

4、一种包含向组织传输能量的天线的设备，所述天线包含第一和第二化学物质，当相互接触时，所述第一和第二化学物质产生用于冷却所述天线的吸热反应。

5、按照权利要求4所述的设备，其中，所述第一和第二化学物质由屏障相互隔开。

6、按照权利要求5所述的设备，其中，所述屏障被配置成响应于热而被除去。

7、按照权利要求4所述的设备，其中，在使用之前，所述第一和第二化学物质被预先装入所述天线。

8、按照权利要求4所述的设备，其中，在使用中，所述第一和第二化学物质被供给所述天线。

9、一种包含向组织传输能量的天线的设备，所述天线包含插入同轴电缆内的一个或多个冷却管，所述冷却管被配置成向所述天线传送冷却剂。

10、按照权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个冷却管在所述同轴电缆的外导体和介电材料之间。

11、按照权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个冷却管在所述同轴电缆的内导体和介电材料之间。

12、按照权利要求9所述的设备，其中，所述一个或多个冷却管在内导体或外导体内。

13、一种包含向组织传输能量的天线的设备，所述天线包含由同轴电缆的外导体中的间隙隔开的两个或者更多个区段，所述间隙填充有树脂。

14、按照权利要求13所述的设备，其中，所述树脂包含可固化的环氧树脂。

15、一种包含向组织传输能量的天线的设备，其中，所述天线包含同轴电缆，以及其中，所述天线具有非圆形横截面形状。

16、按照权利要求15所述的设备，其中，所述同轴电缆具有非圆形横截面形状。

17、按照权利要求16所述的设备，其中，所述同轴电缆的介电组件具有非圆形形状。

18、一种系统，包括：

a)提供能量源和冷却源的动力源组件；

b)用于从动力源组件向控制中枢传送能量和冷却剂的传输组件；和

c)从传输组件接收能量和冷却剂的便携式控制中枢，所述控制中枢布置在可放置在患者工作空间上方的活动臂上；所述控制中枢包括：i)用于调节到多个能量传输设备的能量和冷却剂传输的处理器；和ii)连接用于传输能量给能量传输设备的缆线的多个连接端口。

19、按照权利要求18所述的系统，其中，所述动力源位于无菌区之外，所述控制中枢位于无菌区之内。

20、按照权利要求18所述的系统，其中，所述动力源供给微波能量。

21、按照权利要求18所述的系统，其中，所述动力源供给射频能量。

22、一种用于监视和控制消融治疗的系统，包括：a)用于受治疗者的组织消融的一个或多个消融设备；和b)运行成像和控制程序的处理器，所述程序包括：用于监视所述一个或多个消融设备的位置的组件；用于监视所述消融设备附近的组织状态的组件；和用于向医疗人员报告组织状态信息的组件。

23、按照权利要求22所述的系统，其中，所述一个或多个消融设备包含微波能量传输设备。

24、按照权利要求22所述的系统，其中，所述一个或多个消融设备包括射频能量传输设备。

25、按照权利要求22所述的系统，其中，所述处理器提供用于显示组织区域的表示的组件。

26、按照权利要求25所述的系统，其中，所述处理器还提供允许系统的用户在所述显示的表示上选择要消融区的区域的组件。

27、按照权利要求26所述的系统，其中，所述处理器还提供用于自动处理所选区域的组件。

28、按照权利要求27所述的系统，其中，所述自动处理包括能量传输控制。

29、按照权利要求27所述的系统，其中，所述自动处理包括在一个或多个时间点监视组织状态。

30、按照权利要求29所述的系统，其中，所述监视组织包含监视所述组织中造影剂的位置。

31、按照权利要求22所述的系统，其中，所述程序组件由所述处理器运行的软件来提供。

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