CN103340684B - 半刚水冷微波消融天线 - Google Patents

Abstract

半刚水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆，装套在介质管尾部的外导套，固定在外导套后端的水腔套，所述半刚同轴电缆从外导套的轴心孔穿过，外导套与水腔套组成水热交换的空腔，在水腔套的尾部端面至少开设有三个小孔，且焊接有与小孔数目相等的毛细管，其中至少有一根毛细管为冷却水进水管，其余的为冷却水出水管，进而再通过热塑管把毛细管均布地包裹在半刚同轴电缆的周围。本发明利用单向循环流动的低温水来冷却天线前端的高热结构件，同时把微波消融区的热量和微波传输用半刚同轴电缆的热量及时地转移至体外，从而使半刚微波消融天线成为安全、高效且可靠地应用于腔道、肠道乃至血管等微波消融治疗的临床手术器械。

Description

半刚水冷微波消融天线

技术领域

本发明涉及一种微波消融治疗之医疗器械，属于医用微波技术应用领域。

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。

近几年，微波消融治疗手术也迅速拓展到了各大医院的腔道、肠道、血管和心脏等医科的临床，例如微波消融静脉曲张等。但是，现有的微波消融手术器械，存在如下缺陷：

1普通水冷微波消融天线为刚性针，不能弯曲，不适应于上述医科的临床手术。

2现有的半刚微波消融天线，结构过于简单，存在缺陷，以至阻碍了微波消融治疗在上述医科领域的推广应用，其原因分析如下：

众所周知，微波消融的手术器械是一根针状的微波天线，它能够直接介入人体内的病灶组织，辐射微波能量，致使其产生热量，升温，达到消融治疗的目的。微波消融的能量，是由微波功率源把电能转变为微波能，然后通过同轴电缆把能量输送到针状手术器械的前端，微波能量从其前端部位辐(发)射出去，之所以称之为微波消融天线，是因为它既具有消融治疗的功能，又具有典型的微波发射天线的结构及其特性。

微波消融设备的能量传输线，一般是包含两个部分：一部分是可见到的，叫做半柔型同轴电缆线，它的一端连接着微波功率源，一端连接着微波消融手术器械。另一段是看不到的，它被包藏在刚性针杆或其他保护材料的内部，是半刚型同轴电缆，它也比较软，很容易弯曲变形。虽然两种电缆的材质与结构有所不同，但是组成射频(高频)同轴电缆的基本结构要素有外导体、内导体和两者之间的绝缘介质层。

在微波传输的过程中，由于高频(交变)电场的作用，在绝缘介质层内产生极化与导电效应，引起微波能量的损耗，称之为介质损耗，其介质损耗的表现形式是将微波能转变成热能(量)。这种物理现象，当人员靠近微波消融设备连接用的同轴电缆线时，就能感觉到它的温度。在微波传输的状态下，处于室内的同轴电缆线，其介质损耗的热量可以通过与室内空气产生对流，进行释放，一般在产热与散热趋于平衡时，电缆线表皮的温度会达到45-50℃以上，其表面温度的高低与同轴电缆的性能、材质及其制作质量有关，与传输微波功率的大小、时间的长短有关。另外还会发现，在同轴电缆线与微波功率源的连接部位和同轴电缆线与手术器械的连接部位的温度更高一些，这是由于两部位的电压驻波比较大，接触电阻较大的缘故。同理，介入到人体内的包藏在微波消融手术器械内的半刚同轴电缆，短则数公分、十数公分，长则数十公分，其介质损耗热量，以及随着微波能量的不断传输，而积累起来的热量，必将形成很高的温度，或许产品设有隔热层，但不可避免的是，这个热量只能传导给消融器械(热凝器)所接触的正常组织，如腔道、肠道、血管等器官，则存在着严重的灼伤风险是显而易见的。这给手术医生带来困扰，同时当超出患者生理对温度的自行调节机能时，必将造成手术事故。

以上，就是现有的微波消融天线不能在上述临床上进行正常推广与应用的根本性缺陷和关键性技术问题。

2011年12月31日，国家颁布的医药行业标准YY0838-2011《微波热凝设备》中第5.9条“热凝器表面温度”规定：“介入热凝设备的热凝器与正常组织接触部分的温度不超过45℃”。以此“热凝器表面温度”被正是列为微波热凝设备产品质量的考核项，是具有否决性的技术指标。实施日期为2013年6月1日。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是：克服上述现有产品的技术缺陷，提出一种半刚水冷微波消融天线。

本发明半刚水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆，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外导套、固定在外导套后端的水腔套，所述半刚同轴电缆外导体沿轴向从外导套的轴心孔中穿过，所述外导套后端与水腔套组成用于进行水热交换的空腔，在水腔套的尾部端面至少开设有三个小孔，与小孔数目相等的毛细管的前端分别与小孔焊接，所述毛细管分布在半刚同轴电缆外导体的周围，其中至少有一根毛细管的尾端与消融天线的进水嘴相连，其余毛细管的后端与消融天线的出水嘴相连。

本发明通过单向循环冷却水流冷却天线高热的前端，并及时转移热量，降低使用过程中天线头部的温度。

本发明进一步的改进在于：

1、还具有半刚同轴电缆轴向间隔设置的定心卡圈，所述定心卡圈将毛细管均布在半刚同轴电缆周围，相邻定心卡圈之间通过热塑管将毛细管与半刚同轴电缆固定。

2、天线的外护套管前端通过紧固环固定在外导套上。

3、外导套的前端为金属薄壁管状，所述金属薄壁管套装于介质管外，所述介质管外圆设置有环形凹槽，外导套的金属薄壁管的对应部位通过压铆变形压入所述介质管外圆的凹槽内实现外导套与介质管的紧固连接。

4、通过高温焊接将半刚同轴电缆内导体与辐射头尾部圆柱体盲孔焊接牢固。

5、辐射头尾部圆柱体与介质管内孔之间填充耐高温粘接剂。

6、天线的尾端部分包括：T形定位片、支架、射频插针连接器、出水嘴、进水嘴、哈夫式柄体、柄端和柄尾，所述T形定位片装配在消融天线尾部的半刚同轴电缆和毛细管上并以焊接固定，所述射频插针连接器的内、外导体分别与半刚同轴电缆的内、外导体焊接。

7、所述射频插针连接器、进水嘴和出水嘴焊接于所述支架上，通过T形定位片和支架的定位将射频插针连接器、进水嘴和出水嘴装配并胶合在哈夫式柄体内。

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：前端是半圆头椎体连接圆柱体，以使之进入人体腔道、或肠道、血管等，不致损伤其组织，其尾端为圆柱体，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经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，为外圆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，一道环形凹槽的空间用于填充粘接剂，一道环形凹槽的空间为卡住与之配合的外导套被压铆变形的材料。目的是使之与外导套装配具有足够的连接强度，

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，其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，使之产生内凸变形，以防止外导套与介质管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之间和环形凹槽内涂以高温粘接剂，进一步辅以紧固连接。外导套的外圆的第一层台肩上设有环形凹槽，作为紧固环箍卡外护套管的紧固用。在其外圆的第二层和第三层台肩外圆上装配并焊接水腔套。其轴心孔是装配在半刚同轴电缆的外导体上，采用高温焊接固定，使之具有可靠的机械连接、电连接和有良好的导热性能。

本发明中，水腔套为铜质或不锈钢质材料，似透底的瓶盖形，在其似瓶盖的端面至少设有三个小孔，其特征为：其装盖在外导套的外圆是第二、三层台肩外圆上，采用高温焊接，组成为消融天线前端的“水热交换腔”。

本发明中，定心卡圈为圆形花瓣形薄板圆柱形注塑件，推荐选用FEP或ETFE材质，其特征为：其中心孔的周围均布着至少三个圆孔，其中心孔与周围均布的圆孔是径向连通的，中心孔用于半刚同轴电缆穿过，周围圆孔用于定位多根毛细管均布于半刚同轴电缆的周围。在半刚同轴电缆的轴线长度上，有规律并等距的装套着若干定心卡圈，以确保消融天线弯曲自如。

本发明中，热塑管，推荐选用聚四氟乙烯(PTFE)材料，其薄壁管绝缘隔热、耐高温，并具有一定弹性和柔软度。其特征为：通过热塑管把半刚同轴电缆包裹在多根毛细水管之中，使之保持良好的接触状态。为使消融天线的弯曲自如，热塑管被分为若干段，间隔于定心卡圈之间。

本发明中，外护套管为聚四氟乙烯(PTFE)薄壁管，它具有很好的密封性，不粘性，高润滑性，且绝缘隔热，对人体无毒性。其特征为：其前端通过紧固环固定在外导套的尾部外圆上，并辅以粘接剂粘接。从而使之从辐射头、介质管、外导套连同外护套管，形成为直径统一的连续的半刚性的线状微波消融手术器械。

本发明中，T形定位片为铜质T形阶梯形圆柱体，其特征为：利用其轴心孔装配在多根毛细管和半刚同轴电缆上，采用锡焊接固定。在其前端设有台肩孔，可包容并止位于外护套管，以防之过量的轴向攒动和径向摆动，同时，通过T形定位片的大外圆及其厚度，连同半刚水冷消融天线组件一并被箝制在器械的操作手柄内。

本发明所述高温焊接技术，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，良好的导电、导热性能，可靠的气密性好，无虚焊，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。

本发明中，关键在于：(一)冷却水流采取进、出水分置，冷却水直接经进水嘴、进水毛细管注入到天线前端的“水热交换腔”内，然后再沿着出水毛细管、出水嘴流出。由此，单向流动的冷却水有高效地冷却消融天线前端的高热结构件，并及时将其热量转移至体外。(二)定心卡圈和热塑管能够使多根毛细管定心包裹着半刚同轴电缆，其作用有二：①通过接触传导冷却半刚同轴电缆，及时转移热量。②两者同时成为设在高热半刚同轴电缆与人体正常组织，如腔道、肠道，血管等脏器之间的一道可靠的隔热屏障。(三)采用外护套管，使之成为定心卡圈和热塑管之外的又一层隔热屏障。

本发明半刚微波消融天线的行之有效冷却方式，并辅以可靠的多重隔热保护，将彻底消除半刚类型的微波消融(热凝)器具对正常组织的灼伤风险。可以确信地说，本发明半刚水冷微波消融天线解决了现有的微波消融手术器械的关键技术问题，使之可以安全、可靠地应用于腔道、肠道乃至血管，甚至心脏等门类的临床手术，使之真正具备了临床上的推广条件与应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例的前端结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。

图4是本发明实施例一的尾部结构示意图。

图5是图4的C-C剖视图。

图6是本发明实施例二的尾部结构示意图。

图1-图5中的标号与示意名称如下：1-辐射头，2-介质管，3-半刚同轴电缆，4-紧固环，5-外导套，6-水腔套，7-进水管，8-出水管，9-定心卡圈，10-热塑管，11-外护套管，12-T形定位片，13-支架，14-射频插针连接器，15-柄尾，16-出水嘴，17-进水嘴，18-哈夫式柄体，19-柄端。

具体实施方式

实施例一

如图1-图4所示，本实施例半刚水冷微波消融天线，其组成包括：辐射头1、介质管2、半刚同轴电缆3、紧固环4，外导套5、水腔套6，进水管7，出水管8，定心卡圈9，热塑管10，外护套管11，T形定位片12，(圆板形)支架13，射频插针连接器14，柄尾15，出水嘴16，进水嘴17，哈夫式柄体18，柄端19。如图1所示，半刚同轴电缆3从外导套5的轴心孔中穿过，其内导体装入辐射头1的尾部圆柱体的内孔中，并焊接、压铆，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5装套在介质管2外圆的尾部台肩外圆上，并以机械力压铆固定，辅以粘接固定，外导套5的轴心孔装配在半刚同轴电缆3的外导体上，以焊接固定。水腔套6装配在外导套5后端的台肩外圆上，采用焊接组成“水热交换空腔”。水腔套6的端面开设的三个小孔，分别焊接三根毛细管，其中一根毛细管为进水管7，两根为出水管8。装配定心卡圈9，以保持进水管7和出水管8均布于半刚同轴电缆3的周围，然后装套并热封热塑管10，以保持进水管7和出水管8均布并包裹着半刚同轴电缆3，并使之具有良好的接触状态，而后，依次装配定心卡圈9和热塑管10。

图2所示重点为定心卡圈9和热塑管10与半刚同轴电缆3的位置关系。

图3所示重点为进水管7、出水管8与半刚同轴电缆3的装配位置关系。

图4所示为本发明实施例的尾部结构，手柄外形为直柄。将铜质T形定位片12装配在三根毛细管7、8和半刚同轴电缆3的尾部，以焊接固定之，同时利用T形定位片12的前端的台肩孔包容外护套管11，以防止其过量的轴向攒动和径向摆动。将进水管7与进水嘴17焊接连通，将两根出水管8与出水嘴16焊接连通，将半刚同轴电缆3的内、外导体分别与射频插针连接器14内、外导体焊接牢固，内、外导体之间不得短路。进水嘴17、出水嘴16和射频插针连接器14分别对位焊接在圆板形支架13上。最后，通过T形定位片12的大外圆和圆板形支架13的大外圆，装卡在哈夫式柄体18的轴向内槽上，打胶，盒上另一半哈夫式柄体18，最后胶合装配柄尾15和柄端19。

本实施例一半刚水冷微波消融天线，装配过程如下：

先将外导体套5与水腔套6组焊成“水热交换空腔”，再将三根毛细管与水腔套6的端面三小孔对位焊接，形成“水腔组件”。

再将射频插针连接器14、进水嘴17和出水嘴16分别对位焊接在圆板形支架13上，组成消融天线尾部的“支架组件”。

此后进入本实施例的前端部分的装配流程：

在辐射头1的尾部圆柱体的内孔中装入半刚同轴电缆3的内导体，采用高温焊接牢固，熔锡应从辐射头的尾部外圆柱体的径向孔注入，辅以专用工具进行压铆紧固。将介质管2装配在辐射头1的尾部圆柱体上，在两者接触面上涂以高温粘接剂。将“水腔组件”装套并沿半刚同轴电缆3轴向推至介质管2的尾部台肩外圆上，使用专用铆点工具，在外导套5相对应于的介质管2外圆上的凹槽部位施以机械力压力，以约束其相对运动，形成固定连接，并事先在两接触面涂以高温粘接剂。然后，对外导套5的轴心孔与半刚同轴电缆3外导体接触部位，采用高温焊接牢固。

在高温粘接剂固化之后，整理并调直半刚同轴电缆3和三根毛细管7、8，在靠近“水热交换腔”的位置装套定心卡圈9，三根毛细管7、8应均布于半刚同轴电缆的周围，再将一段热塑管10装套在三根毛细管7、8和半刚同轴电缆3上，利用专用器具，进行热缩。接着依次装套定心卡圈9和热缩热塑管10，若干。此装配过程中，应保持三根毛细管7、8均布包裹着半刚同轴电缆3，各轴线应平行、流畅，不得歪拧。最后将外护套管11装套于外导套5的尾部台肩外圆上，箍卡紧固环4，应与外导套5的外圆环形凹槽对位，事先在其接触表面涂以常温固化的高温粘接剂。

消融天线的尾部，先将T形定位片12装套在三根毛细管7、8和半刚同轴电缆3上，当其端面台肩孔端面抵住外护套管11尾端时，以焊接固定之，熔锡应从T形定位片12的台肩外圆上的径向孔注入至毛细管和半刚同轴外导体上。此后，将进水管7与进水嘴17焊接，将两出水管8与出水嘴16焊接，将半刚同轴电缆3内、外导体分别与射频插针连接器14内、外导体进行焊接，内、外导体不得短路。

在上述装配过程中，凡采用焊接技术，应无虚焊，不漏水，不渗水。在结束“消融天线组件”的装配之后，必须进行其全性能和出厂技术指标的检验。

最后进行器械手柄的装配：以T形定位片12大外圆和圆板形支架13的大外圆分别装卡在哈夫式柄体18的内槽端面上，然后胶合另一半哈夫式柄体18，继而装配并胶合柄尾15和柄端19。

至此，结束本实施例一的装配，之后执行GB2828进行抽样检验。

实施例二

本实施例半刚水冷微波消融天线，是采用手感较好L型枪柄式手柄，其特征如图6所示。其微波消融天线的前端部分结构与实施例一相同，这里不再累述。阐述其尾部装配流程如下：

首先，将进水嘴17和出水嘴16焊接在筒形支架13上，再将L型射频插针连接器14的台肩外圆与筒形支架13端面子口对装并焊接牢固，成为“支架组件”。再将进水管7焊接到进水嘴17上和将两出水管8焊接到出水嘴16上。将半刚同轴电缆3的内、外导体分别与射频插针连接器14的内外导体焊接牢固，内、外导体之间不得短路。

在上述装配过程中，凡采用焊接技术，应无虚焊，不漏水，不渗水。在结束“消融天线组件”的装配之后，必须进行其全性能和出厂技术指标的检验。

最后进行器械手柄的装配：以T形定位片12大外圆装入哈夫式枪柄柄体18的中部夹槽中，将射频插针连接器14抵住柄体18的定位钉处，并校正、打胶，然后胶合另一半哈夫式枪柄柄体18，继而装配并胶合柄尾15和柄端19。

至此，结束本实施例二的装配，之后执行GB2828进行抽样检验。

本发明半刚水冷微波消融天线经测试和实验证明，其性能与技术指标可以同刚性水冷微波消融天线相媲美，其消融天线的外径尺寸在2.4毫米左右。如果临床要求其外径尺寸再小，可选用国外半刚同轴电缆和无缝不锈钢管等材料，预计其外径尺寸可细到2mm左右。

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 (3)

1.半刚水冷微波消融天线，包括：辐射头、介质管、半刚同轴电缆，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外导套、固定在外导套后端的水腔套，所述半刚同轴电缆外导体沿轴向从外导套的轴心孔中穿过，所述外导套后端与水腔套组成用于进行水热交换的空腔，在水腔套的尾部端面至少开设有三个小孔，与小孔数目相等的毛细管的前端分别与小孔焊接，所述毛细管分布在半刚同轴电缆外导体的周围，其中至少有一根毛细管的尾端与消融天线的进水嘴相连，其余毛细管的后端与消融天线的出水嘴相连；半刚水冷微波消融天线还具有半刚同轴电缆轴向间隔设置的定心卡圈，所述定心卡圈将毛细管均布在半刚同轴电缆周围，相邻定心卡圈之间通过热塑管将毛细管与半刚同轴电缆固定。

2.根据权利要求1所述的半刚水冷微波消融天线，其特征在于：天线的外护套管前端通过紧固环固定在外导套上。

3.根据权利要求1所述的半刚水冷微波消融天线，其特征在于：外导套的前端为金属薄壁管，所述金属薄壁管套装于介质管外，所述介质管外圆设置有环形凹槽，外导套的金属薄壁管的对应部位通过压铆变形压入所述介质管外圆的凹槽内实现外导套与介质管的紧固连接。