CN102580252A - 基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法 - Google Patents

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王刚
陶永会
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Abstract

本发明公开了一种基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法，包括异向媒质透镜，异向媒质透镜的前面设有液体冷却层，异向媒质透镜的后面设有耦合溶液，耦合溶液中布置有包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，多个独立的微波天线分别与功率分配控制单元的多个输出端口连接，功率分配控制单元与微波功率发生器连接。通过合理地配置包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，实现对浅表肿瘤的微波热疗，可以通过调整各微波天线距透镜的距离或通过调整各微波天线的激励相位调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制，系统结构简单、加热区域调控方便。

Description

基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种浅表肿瘤的微波热疗技术，尤其涉及一种基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法。
背景技术
微波热疗是指借助特定形式的微波热疗辐射器，将微波能量引导照射于人体的癌变部位，使之由于介质损耗吸收微波能量而发热升温，达到抑制肿瘤细胞的DNA和RNA的复制、蛋白质合成和肿瘤细胞的繁殖的效果，使肿瘤病变组织细胞的功能受损乃至坏死，进而实现肿瘤治疗。与其他的热疗方法相比，微波热疗具有癌变组织内部升温快、热流分布更加均匀、热疗效果好、成本低、便于操作等优点。因此具有良好的临床应用前景，目前已广泛地应用于乳腺癌、脑肿瘤、颈部瘤、恶性黑色素瘤等浅表肿瘤的热疗。
对于浅表肿瘤，多发于皮下数厘米深度之内，通常具有较大的面积，且在皮下生物组织中呈现特殊的形态(倾斜状态)。如果采用微波热疗技术，需要将微波能量散布在较大的肿瘤区域，且与肿瘤形态相吻合，为此通常需要采用特定的微波天线阵列形式并适当地控制各天线激励的幅度和相位，将微波能量聚焦于肿瘤区域并避免对周围组织的损伤。
现有技术中的微波热疗设备，由于各微波天线之间存在耦合，且生物组织存在不均匀性，幅相的控制通常较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、加热区域调控方便的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统，包括异向媒质透镜，所述异向媒质透镜的前面设有液体冷却层，所述异向媒质透镜的后面设有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，所述多个独立的微波天线分别与功率分配控制单元的多个输出端口连接，所述功率分配控制单元与微波功率发生器连接。
本发明的上述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，通过所述热疗源阵列中的多个微波天线辐射的微波在生物组织中形成各自的有效加热区域，实现对生物组织中的病理区域进行有效热疗。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统及方法。由于通过合理地配置包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，实现对浅表肿瘤的微波热疗。可以通过调整各微波天线距透镜的距离或通过调整各微波天线的激励相位调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制，系统结构简单、加热区域调控方便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中部署多源(微波天线)形成与肿瘤形状匹配的加热区域的示意图；
图3为本发明实施例中通过调整微波天线距透镜的距离得到具有不同倾斜度的加热区域的示意图；
图4为本发明实施例中通过调整微波天线的激励相位得到具有不同倾斜度的加热区域的示意图；
图5a为本发明实施例中对一个较大尺寸、形态复杂的肿瘤进行热疗时，在皮肤层下生物组织中所形成的微波热疗功率分布图；
图5b为本发明实施例中对一个较大尺寸、形态复杂的肿瘤进行热疗时，在皮肤层下生物组织中所形成的微波热疗温度分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统，其较佳的具体实施方式是：
包括异向媒质透镜，所述异向媒质透镜的前面设有液体冷却层，其特征在于，所述异向媒质透镜的后面设有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，所述多个独立的微波天线分别与功率分配控制单元的多个输出端口连接，所述功率分配控制单元与微波功率发生器连接。
所述多个独立的微波天线分别设有距离调节装置，所述距离调节装置用于调节所述微波天线与所述异向媒质透镜之间的距离。
所述多个独立的微波天线与所述功率分配控制单元之间分别设有移相器。
本发明的上述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，其较佳的具体实施方式是：
通过所述热疗源阵列中的多个微波天线辐射的微波在生物组织中形成各自的有效加热区域，实现对生物组织中的病理区域进行有效热疗。
可以通过调整各微波天线距透镜的距离调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制。
也可以通过以下任一种或两种方法调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制：
调整各微波天线距透镜的距离；
调整各微波天线的激励相位。
本发明利用异向媒质透镜，实现一种系统结构简单、易于控制热疗区域的微波热疗技术方案。利用异向媒质透镜对微波的聚焦特性，通过在透镜后面适当地布设多个微波热疗源(天线)，控制相邻源之间的距离，形成联合加热；根据浅表肿瘤的形状大小合理地布设源(天线)的分布；根据浅表肿瘤在生物组织中的形态(深度分布)调整各源与透镜的距离或源的相位，调控在生物组织中加热区域的倾斜度，从而实现对不同形状、不同姿态浅表肿瘤的共形热疗。由于低损耗异向媒质透镜具有较好的聚焦(以半功率宽度计)，只需考虑相邻源之间的互耦即可，因此，实现浅表肿瘤共形热疗所需的微波幅相控制方案相对简单，易于达到良好的共形热疗效果。
具体实施例：
如图1所示，是本发明新型浅表肿瘤热疗方案示意图。该方案的微波热疗系统包括微波功率发生器1，功率分配控制单元2，热疗源(微波天线)阵列3，耦合溶液4，异向媒质透镜5，及液体冷却层6。方案中热疗源阵列3由n个(多个)独立的微波天线组成，分别与功率分配控制单元2的n个输出端口连接。各微波天线的相位中心分别位于耦合溶液中，引入耦合溶液是为了减小微波在异向媒质透镜5表面的反射。热疗中，各微波天线辐射的微波会在生物组织7中形成各自的有效加热区域8。为保证疗效，任意两个相邻微波天线的相位中心间的距离应不大于临界距离。此时相邻微波天线的加热区域无缝连接，可以对生物组织7中较大的区域进行有效热疗。
如图2所示，热疗源阵列3的具体部署形式由肿瘤的形状大小确定。通过恰当地部署热疗源阵列3，便可在生物组织7中得到与肿瘤形状相匹配的加热区域8。由于异向媒质透镜具有较好的聚焦效果，仅在相邻的两个微波天线间存在耦合，因此可以方便地确定热疗源阵列3的形式。
如图3所示，如果需要热疗的浅表肿瘤在组织7内呈一定的倾斜姿态，即肿瘤不同的部位具有不同的深度，此时若要对肿瘤的适形热疗，必须要能够调整热疗源阵列3在生物组织7中所形成的热疗区域8的姿态。根据异向媒质透镜的聚焦原理，当微波天线距透镜有不同的距离时，其在透镜另一侧生物组织中的焦点相应具有不同的深度。因此可以通过调整各微波天线距透镜的距离(d1，d2，…，dn)，达到控制热疗区域姿态的目的，形成如图3所示的倾斜的热疗区域8。如果某微波天线距透镜较近，则其焦点在组织中较深部位，微波信号要到达此焦点位置会遭受较大的生物组织衰减损耗，因此，需要适当地加大该微波天线的功率，以在肿瘤区域获得一致有效的热疗效果。
如图4所示，有时调整微波天线距透镜的距离未必方便，可以通过调整各微波天线的激励相位，也可得到具有不同倾斜度的有效加热区域8。在各微波天线与功率分配控制单元2之间加入移相器9，合理地控制各微波天线的微波相位，即可在生物组织7中形成所需要的有不同倾斜度的热疗区域8。
如图5a、5b所示，为采用6个微波天线的热疗源阵列3，通过控制各微波天线的相位，在组织中所形成的微波热疗功率分布图(图5a)和温度分布图(图5b)，可以证实本发明方案的有效性。
综上，本发明通过在异向媒质透镜后部署包括多个微波天线的热疗源阵列3，根据浅表肿瘤的形状大小确定阵列的形状和规模，并适当地调整各微波天线距透镜的距离，或者调整各微波天线的激励相位，可以对尺寸、形状复杂的肿瘤进行有效的微波热疗。系统结构简单、易于控制热疗范围，可应用于不同尺寸、形态的浅表肿瘤的热疗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统，包括异向媒质透镜，所述异向媒质透镜的前面设有液体冷却层，其特征在于，所述异向媒质透镜的后面设有耦合溶液，所述耦合溶液中布置有包括多个独立的微波天线的热疗源阵列，所述多个独立的微波天线分别与功率分配控制单元的多个输出端口连接，所述功率分配控制单元与微波功率发生器连接。
2.根据权利要求1所述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统，其特征在于，所述多个独立的微波天线分别设有距离调节装置，所述距离调节装置用于调节所述微波天线与所述异向媒质透镜之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统，其特征在于，所述多个独立的微波天线与所述功率分配控制单元之间分别设有移相器。
4.一种权利要求1或2所述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，其特征在于，通过所述热疗源阵列中的多个微波天线辐射的微波在生物组织中形成各自的有效加热区域，实现对生物组织中的病理区域进行有效热疗。
5.根据权利要求4所述的实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，其特征在于，通过调整各微波天线距透镜的距离调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制。
6.一种权利要求3所述的基于异向媒质透镜的浅表肿瘤共形微波热疗的系统实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，其特征在于，通过所述热疗源阵列中的多个微波天线辐射的微波在生物组织中形成各自的有效加热区域，实现对生物组织中的病理区域进行有效热疗。
7.根据权利要求6所述的实现浅表肿瘤共形微波热疗的方法，其特征在于，通过以下任一种或两种方法调整所述热疗源阵列在生物组织中所形成的热疗区域的姿态，实现对热疗区域姿态的控制：
调整各微波天线距透镜的距离；
调整各微波天线的激励相位。
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