CN103142307A - 高性能水冷微波消融天线 - Google Patents

Abstract

高性能水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆、针杆，装套在介质管尾部的金属外导套，半刚同轴电缆从金属外导套的轴心孔内穿过后与辐射头连接，金属外导套前端套装在介质管上，针杆前端套装在外导套尾部外圆上，所述外导套与半刚同轴电缆的外导体、针杆均为欧姆接触。本发明通过金属外导套将针杆与介质管连接在一起，并且外导套与半刚同轴电缆的外导体、针杆均为欧姆接触，从而提高了本微波消融天线结构的精确性，使其空间电磁场源的边界条件，不再是不稳定的，不再是未知的，因而使本消融天线的性能和主要特性参数趋于一致和具有确定性，进而提高了本消融天线的稳定度、高效性和可靠性。

Description

高性能水冷微波消融天线

技术领域

本发明涉及一种微波消融肿瘤之医疗器械，属于医用微波技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，微波消融肿瘤已迅速发展成为临床肿瘤治疗中的一种主要手段，它能够在B超或CT等现代影像的引导下对肿瘤实施原位灭活，并具有微创、精准、高效且无毒副作用小的显著特点。由于微波消融肿瘤升温速度快、瘤内温度高、消融范围大，受碳化和血流影响小等突出优点，在实体肿瘤特别是对较大实体肿瘤的治疗中发挥着越来越重要的作用，临床应用的普及率也越来越高。

随着微波消融肿瘤的不断普及，临床医学对微波消融器械的性能及质量的要求也越来越高。目前在现有的微波消融手术器械中，暴露出了一些产品性能与质量方面的缺陷和不足：

1当微波源在采用输出高功率和较长时间的工作条件下，存在头部脱落和漏水现象。

2同一厂家同一批次的微波消融手术器械，在微波源输出微波功率和工作时间相同的条件下，消融肿瘤的体量大小不尽相同。换言之，它们的微波热效应的形状与大小不尽一致。

上述技术问题的存在，势必给治疗方案的制定，以及微波消融临床手术造成困扰，也使微波消融肿瘤的疗效大打折扣。其原因分析如下：

当微波消融不同脏器的不同肿瘤时，因为其组织、层面及细胞的结构及其周围血流的分布情况等比较复杂，使之对微波的反射、折射，以及对微波的吸收等存在着很大区别，特别是当组织发生严重的碳化或焦化时，上述缺陷将尤为突出。其中有些状况，也是临床上采用物理手段消融治疗所遇到的共性问题。

对于微波消融手术器械而言，因为它是一根医用的介入人体组织的针状微波天线，所以它必须首先具备优良的微波天线的结构与特性，才能安全而有效地达到消融肿瘤的目的。从客观的角度，来讨论和分析其特性在于：

1医用临床介入手术，要求其器械的径向几何尺寸应尽可能的小，这使得微波消融手术器械在结构设计、机械强度和刚度等方面受到一定的制约，同时也给其零件及产品的加工与制造带来一定的难度。但是，只要设计合理和工艺可靠，其产品是完全能够满足其临床的使用要求的，完全能够解决其手术器械的头部脱落和解决漏水的问题。

2针状微波消融手术器械是属于典型的单极子天线类型。在微波消融器械的前端部位是微波传输线的终端，即同轴电缆内、外导体开放型部位，从此处电磁波脱离场源，以电磁波的形式在人体组织(介质)中传播，亦称之为辐射，普通天线的电磁波是在空间传播。它的电场和磁场交替激发的变化率(频率)非常之高，医用微波工作频率为2450MHz、915MHz和433.92MHz(注：1MHz＝1×10⁶周/秒)。所以，消融天线前端部位的每一个零件所处的位置与状态，结构形状与几何尺寸等等，均将成为消融天线辐射场源的边界条件，将直接影响电磁波的辐射及辐射各方向的功率通量密度，影响电磁波在肿瘤组织介质中传播条件与状态，影响着微波能量作用肿瘤组织介质并转变成热量而升温结果，即表现为消融肿瘤的形态与体量。因此，当在微波消融天线前端部位的结构设计和制造工艺中，忽视了上述精确性的细节，忽视了可能产生的变量因素，或考虑不周密，就会使消融天线性能不稳定，造成其空间电磁场强的不确定，使其前端部位的电磁场分布参量不一致，其结果必将导致微波消融灶(热效应范围)不一致，即消融肿瘤的形态与体量的不一致，就会差异较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述现有产品的关键技术问题和质量缺陷，提出一种高性能水冷微波消融天线。

本发明高性能水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆、针杆，所述介质管装配于辐射头的尾部圆柱体上，所述半刚同轴电缆内导体装入辐射头尾部圆柱体盲孔内并固定，其特征在于：还包括装套在介质管尾部的金属外导套，所述半刚同轴电缆从金属外导套的轴心孔内穿过后与辐射头连接，金属外导套前端套装在介质管上，针杆前端套装在外导套尾部外圆上，所述外导套与半刚同轴电缆的外导体、针杆均为欧姆接触。

本发明通过金属外导套与半刚同轴电缆的外导体的欧姆连接，使得本消融天线形成为相对统一的和精确的结构，换言之，使得本消融天线具备了几何形状相对确定的边界条件，则有利于求解天线上场源在其周围空间所产生的电磁场分布，进而有利于求解天线辐射场的问题，即有利于解决微波消融灶(热效应范围)的问题。同时，通过金属外导套与半刚同轴电缆的外导体、针杆的欧姆连接，即高温焊接，解决了消融天线前端漏水的问题。并且通过金属外导套与介质管的紧固连接，也解决了消融天线前端的头部脱落的问题。

本发明进一步的改进在于：

1、介质管外圆设置有环形凹槽，金属外导套的对应部位通过铆压变形压入所述介质管外圆的凹槽内实现金属外导套与介质管的紧固连接。

2、针杆与金属外导套通过焊接固定在一起。

3、所述介质管装与辐射头尾部的圆柱体之间填充有高温粘接剂。

4、针杆与半刚同轴电缆之间设有内水管，所述内水管与进水嘴相连，内水管与针杆的内壁之间形成为回水通道，所述回水通道与出水嘴相连。

5、天线的尾端部分包括：针杆定位套、过渡套、射频插针连接器和进水嘴、出水嘴、哈夫式柄体、柄端和柄尾，所述射频插针连接器、过渡套和针杆定位套组焊为一体。

6、天线的尾端部分包括：所述针杆定位套装配在针杆尾部，并以焊接固定。

本发明中，辐射头为铜质或不锈钢质材料的T型圆柱体，其特征为：前端为圆锥体连接圆柱体或多棱体连接圆柱体，使之具有直接剌入组织的锋利度，其尾部为圆柱体，轴心设有盲孔，并在尾部圆柱体上加工有径向孔且与盲孔打通。两垂直孔的工艺目的，在于使同轴电缆内导体与辐射头盲孔的高温焊接具有足够的连接强度。并且在同轴电缆的内导体装入辐射头的尾部盲孔后，再对其径向施加机械力，辅以压铆变形紧固之。此外，推荐采用电阻压力焊接技术，使其具有更可靠的连接强度。

本发明中，介质管为电子陶瓷材料，外圆为阶梯形的管状圆柱体，其特征为：在台肩外圆上设有两道环形凹槽，一道环形凹槽为增加其粘接强度，一道环形凹槽为机械铆压连接用，以使之与外导套装配具有足够高的连接强度，

本发明中，外导套为铜质或不锈钢质材料，其内、外圆均为阶梯形的管状圆柱体，其特征为：前端是薄壁管状，当装配到介质管的台肩外圆上，在相对于介质管的台肩外圆上的环形凹槽位置，施以多点机械压力，使薄壁管产生内凸变形，以防止两者之轴向窜动和径向摆动，另事先在外导套的内表面与介质管的外圆台肩圆柱面和环形凹槽内涂以高温粘接剂，进一步辅以紧固连接。在其台肩外圆的根部设有环形凹槽，当针杆装配在其表面，采用高温焊接固定时，槽内空间可存适量锡料，以使之具有足够的焊接强度和气密性。其轴心孔装配在半刚同轴电缆的外导体上，采用高温焊接固定，在轴心孔尾端设有倒角，用作为焊料熔化时导流，进一步使外导套与同轴电缆外导体之间具有可靠的机械连接和电连接，以及具有良好的导热性和气密性。

本发明中，针杆为不锈钢质薄壁无缝钢管，其特征为：其前端装套在外导套的尾部台肩外圆上，采用高温焊接固定之。因高温焊接是对针杆内壁与外导套的台肩外圆配合表面，则利用设在外导套的环形凹槽，可进一步增强之焊接牢固度、抗拉强度和气密性，同时外观上可保持针杆与外导套的对接表面的流畅、光滑。此外，对外导套与针杆的连接，可采用激光焊接技术。

本发明中，通过两根内水管与进水嘴连通，冷却水可直接注入消融天线的最前端，利用针杆内壁与半刚同轴电缆、内水管之间形成的空腔作回水通道，实现对消融天线高热前端和半刚同轴电缆的最佳单循环冷却效果。

本发明中所述高温焊接技术，推荐选用无铅高温焊锡丝，应用恒温电烙铁，或半自动焊接，以保证其具有足够的焊接强度和良好的导电、导热性能，且无虚焊现象，气密性好，不漏水，不渗水。

本发明所述高温粘接剂，推荐采用单组份环氧树脂胶，如选用国产的6133C单组份耐高温环氧树脂胶，其特点为介电常数低，防潮防水，且粘接强度高和耐高温性能好等。

本发明高性能水冷微波消融天线的独到之处，最关键在于：本微波消融天线部位结构，其中特别是外导套零件的涉入，利用该零件的位置、状态、结构形状与几何尺寸的统一性和精确性，以及装配工艺与质量的可靠性，使本微波消融天线的空间电磁场的边界条件，不再是不稳定的，不再是未知的，从而使本消融天线的性能和主要特性参数趋于一致和具有确定性，进而提高了本消融天线的稳定度、高效性和可靠性。

本发明高性能水冷微波消融天线对临床消融肿瘤的体量，即消融灶范围，达到一致性和规律性的预期效果，同时为推进微波消融肿瘤的智能化奠定了硬件方面的技术基础。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例一的前端结构示意图。

图2是本发明实施例一的尾部结构示意图。

图3是本发明实施例二的前端结构示意图。

图4是本发明实施例二的尾部结构示意图。

图中的标号示意如下：1-辐射头，2-介质管，3-半刚同轴电缆，4-外导套，5-针杆，6-内水管，7-针杆定位套，8-过渡套，9-射频插针连接器，10-柄尾，11-进水嘴，12-出水嘴，13-哈夫式柄体，14-柄端，15-隔水套。

具体实施方式

实施例一

如图1、图2所示，本实施例高性能水冷微波消融天线，其组成包括：辐射头1，介质管2，半刚同轴电缆3，外导套4，针杆5，内水管6，针杆定位套7，过渡套8，射频插针连接器9，柄尾10，进水嘴11，出水嘴12，哈夫式柄体13，柄端14。

如图1所示，半刚同轴电缆3的内导体装入辐射头1的尾部圆柱体的盲孔采用焊接并辅以打点铆压，予以固定。介质管2装配在辐射头1的尾部圆柱体上，涂以粘接剂固定。外导套4装套在介质管2的台肩外圆上，以多点机械力压铆和辅以粘接剂固定，同时外导套4的轴心孔装配在半刚同轴电缆3的外导体上，并以焊接固定。两根内水管6为深入到消融天线的前端的进水管。针杆5的前端装套在外导套的外圆上，对针杆5的内孔与外导套4的台肩外圆连接紧固，采用高温焊接技术。

如图2所示为微波消融天线的尾部结构。半刚同轴电缆3的尾端与射频插针连接器9焊接。过渡套6通过其端口装配在射频插针连接器9的端部外圆上，予以焊接固定，在过渡套6上焊接有进水嘴11和出水嘴12，在进水嘴11上的两根内水管6直接伸到消融天线的前端，针杆定位套7通过其端面子口与过渡套8端部外圆装配并焊接固定，定位套7的轴心孔与针杆5外表面焊接。至此，组成为消融天线的冷却水路和微波能量输入的环节。

本实施例高性能水冷微波消融天线，装配过程如下：

先将外导套4装配在介质管2的台肩外圆上，事先在两者接合面上涂抹粘接剂，再使用专用工夹具，相对于介质管2的台肩外圆的环形凹槽位置施以多点机械力压铆，以使外导套4内壁产生内凸变形，构成紧固连接的“介质管组件”。

按工艺长度截取两根内水管6，将其一端焊接在进水嘴11的端口内，再将进水嘴11连同两根内水管6和出水嘴12分别对位焊接在过渡套8上，组成“水路组件”。

将半刚同轴电缆3的内导体装入辐射头1的尾部圆柱体的盲孔中，采用高温焊接并辅以打点铆压，予以固定。将“介质管组件”沿半刚同轴电缆3的外导体表面推装到辐射头1的尾部圆柱体上，事先应在辐射器1的尾部圆柱表面涂以粘接剂，对外导套4的轴心孔尾端与同轴电缆3的外导体结合处，采用高温焊接固定。将针杆5沿同轴电缆3表面推至外导套4的台肩外圆上，采用高温锡焊，重点保证针杆5前端内孔与外导套4的配合部位的焊接质量，即足够的抗拉强度和气密性，且两者对接处不得有锡焊料溢出至两者对接表面。

本实施例尾部装配依次为：先将半刚同轴电缆3的尾端装入射频插针连接器9的端孔，利用射频插针连接器的工艺孔，将两者内导体焊接牢固，再将同轴电缆3的外导体与射频插针连接器9的端孔焊接牢固。接着将“水路组件”的过渡套8的端口套装到射频插针连接器9的端部外圆上，采用锡焊接牢固。再将针杆定位套7沿针杆5推到“水路组件”前端，利用两者对接的端口和外圆，采用焊接固定之。

在上述装配过程中，凡采用焊接技术之处，不得有虚焊现象，焊缝不得漏水或渗水。结束上述“消融天线组件”的装配之后，即进行产品性能和技术指标检验，执行国家医药行业标准的要求。

最后，将“消融天线组件”对位装入哈夫式柄体13内之后，打胶固定，在较合另一半哈夫式柄体13，继而胶合柄端14和柄尾10。至此，结束本实施例一装配，执行GB2828抽样检验，或进行全项目全检。

实施例二

如图3、图4所示，本实施例高性能水冷微波消融天线，其组成包括：辐射头1，介质管2，半刚同轴电缆3，外导套4，针杆5，内水管6，针杆定位套7，隔水套15、射频插针连接器9，柄尾10，进水嘴11，出水嘴12，哈夫式柄体13，柄端14。

本实施例与实施例一的区别在于：两实施例的冷却水进出结构不同。如图3、图4所示，本发明冷却水是从进水嘴11先进入隔水套15与射频插针连接器9组成的腔体内，再经半刚同轴电缆3的表面与内水管6的外壁之间空隙，注入到消融天线的前端，然后从内水管6的外壁与针杆4的内壁之间空隙流回针杆定位套7与隔水套15组成的空腔内，最后经出水嘴12流出。

本实施例高性能水冷微波消融天线，装配过程如下：

先同于实施例一装配流程，按要求，先将外导套4和介质管2组装成“介质管组件”，再将进水嘴11和出水嘴12分别与隔水套15对位组焊成“水路组件”。

然后，依次将半刚同轴电缆3的内导体装入辐射头1的尾部圆柱体的盲孔，采用焊接并辅以打点铆压予以固定。将“介质管组件”沿半刚同轴电缆3的外导体表面推装在辐射头1的尾部圆柱体上，事先应在介质管外表面涂以粘接剂，对外导套4的尾端与同轴电缆3的结合处，采用高温焊接固定。再将内水管6搭焊在外导套的尾部小外圆上。然后，将针杆5沿同轴电缆3表面推至“介质管组件”的外导套4的台肩外圆上，采用高温锡焊技术，重点保证针杆5前端内孔与外导套4的配合部位的焊接质量，即足够的抗拉强度和气密性，其外表面不得有焊锡料溢出。

本实施例尾部装配依次为，先将半刚同轴电缆3的尾端内导体装入射频插针连接器9的端孔，焊接好两者的内导体，再将同轴电缆3的外导体与射频插针连接器9的端孔焊接好。然后，将“水路组件”沿针杆5推至射频插针连接器9的端部外圆上，采用锡焊焊接牢固。再将针杆定位套7沿针杆5推到“水路组件”前端，利用两者对接的端口和外圆，采用焊接固定之。

先是半刚同轴电缆3的尾端与射频插针连接器9焊接，分别将内导体焊接好，再将同轴电缆3的外导体与连接器9的端孔焊接好。然后将“水路组件”沿针杆5的推向射频插针连接器9，当与连接器9的端部外圆对接之后，采用锡焊接牢固，而后对“水路组件”隔水套15的内孔与内水管6的配合间隙部位，同样采用锡焊接固定。最后将针杆定位套7沿针杆5推到“水路组件”前端，在两者对接的端面子口与外圆配合处，采用锡焊接固定。

在上述装配过程中，凡采用焊接技术，不得有虚焊现象，焊缝不得漏水或渗水。结束上述“消融天线组件”的装配之后，即进行产品性能和技术指标检验，执行国家医药行业标准的要求。

最后，将“消融天线组件”对位装入哈夫式柄体13内之后，打胶固定，在盖合另一半哈夫式柄体13，继而胶合柄端14和柄尾10。至此，结束本实施例一装配，可执行GB2828抽样检验，或进行全项目全检。

从实施例的样件装配和测试结果表明，本发明高性能水冷微波消融天线在其性能和主要特性参数方面，具有比较稳定的特点。通过对离体猪肝的负载实验表明，达到消融灶的体量基本一致的效果。

相信通过进一步的实验和对天线结构参数的调整，本发明高性能水冷微波消融天线一定会在其定量数据和规律性的基础上，实现其最佳的稳定度、高效性和可靠性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.高性能水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆、针杆，所述介质管装配于辐射头的尾部圆柱体上，所述半刚同轴电缆内导体装入辐射头尾部圆柱体盲孔内并固定，其特征在于：还包括装套在介质管尾部的金属外导套，所述半刚同轴电缆从金属外导套的轴心孔内穿过后与辐射头连接，金属外导套前端套装在介质管上，针杆前端套装在外导套上，所述外导套与半刚同轴电缆的外导体、针杆均为欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：介质管外圆设置有环形凹槽，金属外导套的对应部位通过铆压变形压入所述介质管外圆的凹槽内实现金属外导套与介质管的紧固连接。

3.根据权利要求1所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：针杆与金属外导套通过焊接固定在一起。

4.根据权利要求2所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：所述介质管装与辐射头尾部的圆柱体之间填充有高温粘接剂。

5.根据权利要求1所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：针杆与半刚同轴电缆之间设有内水管，所述内水管与进水嘴相连，内水管的外表面与针杆的内壁之间为回水通道，所述回水通道与出水嘴相连。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：天线的尾端部分包括：针杆定位套、过渡套、射频插针连接器和进水嘴、出水嘴、哈夫式柄体、柄端和柄尾，所述射频插针连接器、过渡套和针杆定位套组焊为一体。

7.根据权利要求6所述的高性能水冷微波消融天线，其特征在于：天线的尾端部分包括：所述针杆定位套装配在针杆尾部，并以焊接固定。

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