CN104507409B - 用于微波消融系统的微波测温 - Google Patents

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Abstract

一种微波消融系统，结合了耦合到微波传输网络的微波测温计以测量噪声温度，其中微波传输网络把微波发生器连接到微波施加器。噪声温度被处理，以便分理出噪声温度的成分，包括被治疗的组织的噪声温度和微波传输网络的噪声温度。噪声温度可以在微波发生器生成微波信号的时候或者在微波信号关闭的时段由辐射计测量。微波消融系统可以配置为具有一个或多个可在微波施加器和微波发生器之间连接的测温网络模块的模块化系统。或者，模块化系统包括微波发生器、微波施加器，以及结合微波测温网络模块的微波电缆。

Description

用于微波消融系统的微波测温
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年6月22日提交的美国临时专利申请No.61/663,099、于2013年4月8日提交的美国临时专利申请No.61/809,634以及于2013年6月20日提交的美国临时专利申请No.61/837,633的权益和优先权，这些申请当中每一个的全部内容都通过引用被结合于此，用于所有目的。
技术领域
本公开内容涉及微波消融系统中的微波测温。
背景技术
电磁辐射可以被用来加热并破坏肿瘤细胞。治疗可以涉及把消融探针插入识别出癌肿瘤的组织。一旦消融探针被适当地定位，消融探针就把电磁辐射发射到消融探针周围的组织中。
在诸如癌症的疾病的治疗当中，已经发现某些类型的肿瘤细胞在比通常对健康细胞造成损害的温度略低的升高的温度变性。已知的治疗方法，诸如高温疗法，把患病的细胞加热至高于41℃的温度，同时维持相邻的健康细胞低于不可逆细胞破坏发生的温度。这些方法涉及施加电磁辐射来加热或消融组织。
已经开发出了用于各种用途和应用的利用电磁辐射的电外科设备。通常，用在消融手术中的装置包括充当能量源的功率发生源，例如微波或射频(RF)电外科发生器，及用于把能量指向目标组织的外科器械(例如，具有天线组件的微波消融探针)。发生器和外科器械通常由电缆组件操作耦合到一起，其中电缆组件具有多个导体，用于把能量从发生器发送到器械，并且用于在器械和发生器之间传送控制、反馈和识别信号。
有几种类型可以在组织消融应用中使用的微波探针在使用中，例如，单极、双极和螺旋形。在单极和双极天线组件中，微波能量一般垂直地远离导体的轴辐射。单极天线组件通常包括单个细长的导体。典型的双极天线组件包括两个细长的导体，这两个导体线性对齐并且关于彼此端到端定位，其间放置电绝缘体。螺旋形天线组件包括各种维度，例如直径和长度，的螺旋形导体配置。螺旋形天线组件的主要操作模式是其中由螺旋线辐射出的场在与螺旋线轴垂直的平面内最大的正常模式(宽边)，以及其中最大辐射沿螺旋线轴的轴向模式(直列式)。
为了实现期望的外科结果，特定类型的组织消融手术可以指示特定的消融体积。消融体积与天线设计、天线性能、天线阻抗、消融时间和瓦数以及组织特性，例如组织阻抗，相关。
因为使恶性细胞变性所需的温度与通常对健康细胞造成伤害的温度之间的小温差，所以需要精确的温度测量来产生更可预测的温度分布，以便在最小化对要施加微波能量的组织周围健康组织的伤害的同时根除肿瘤细胞。可植入的测温探针，诸如热电偶或光纤，通常用来测量组织温度。但是，这些测量局限于测温探针的测量点周围小体积的组织。
发明内容
一方面，本公开内容的特征在于微波测温网络模块。微波测温网络模块包括外罩、耦合到外罩的第一端的第一连接器组件和耦合到外罩的第二端的第二连接器组件、耦合在第一连接器组件和第二连接器组件之间的微波传输线，以及部署在外罩中的耦合网络和辐射计。耦合网络把传播通过微波传输线的信号的一部分耦合到辐射计，辐射计处理信号的这部分，以获得噪声温度信号。
微波测温网络模块可以包括耦合到辐射计的控制器。控制器可以基于噪声温度信号确定温度值。微波测温网络模块可以包括耦合在第一连接器组件和第二连接器组件之间的数据总线。控制器可以耦合到数据总线并且可以把温度值发送到连接到第一连接器组件或第二连接器组件的微波消融系统的至少一个部件。
微波测温网络模块可以包括部署在外罩上的显示器和耦合到显示器的显示驱动器，并且控制器可以控制显示驱动器显示温度值。微波测温网络模块可以包括温度选择器，用于选择在其要切断微波信号的温度。如果该温度值大于选定的温度，则控制器可以向耦合到微波测温网络模块的微波发生器发送切断消息。温度值可以代表被治疗的组织的温度或者微波消融系统部件的一部分的温度。
微波测温网络模块可以包括耦合在第一连接器组件和第二连接器组件之间的电源线，用于在第一连接器组件和第二连接器组件之间运送功率信号。
在另一方面，本公开内容的特征在于微波消融系统。微波消融系统包括生成微波能量的微波发生器、耦合到微波发生器的输送微波能量以便消融组织的微波施加器，以及具有连接器的微波测温模块，该连接器连接到微波消融系统的在微波发生器和微波施加器之间的另一部件。微波测温模块包括测量从微波施加器传播到微波发生器的噪声温度信号的辐射计。
微波施加器可以包括天线、耦合到天线的手柄组件，以及耦合到手柄组件的连接器组件。微波测温模块可以集成到微波施加器的连接器组件中或者集成到微波发生器中。
微波消融系统可以包括具有第一连接器组件和第二连接器组件的微波电缆。微波测温计可以集成到第一连接器组件或第二连接器组件中。微波电缆可以是可重用的电缆。微波电缆可以包括用于存储设备识别数据和测温数据的电路。微波测温模块可以包括具有控制器、耦合到控制器的显示驱动器和耦合到显示驱动器的显示器的控制接口电路。控制器可以与辐射计通信。
微波消融系统可以包括控制接口模块。控制接口模块可以包括与微波测温模块通信的控制器、耦合到控制器的显示驱动器，以及耦合到显示驱动器的显示器。控制接口可以具有可连接到微波发生器的对应数据连接器的数据连接器。控制接口可以集成到微波发生器中。
在还有另一方面，本公开内容的特征在于包括测温网络模块的电缆。电缆包括微波传输线、耦合到微波传输线的第一端的第一电缆连接器组件和耦合到微波传输线的第二端的第二电缆连接器组件，以及部署在第一电缆连接器组件中并且耦合到微波传输线的第一端的测温网络模块。测温网络模块包括辐射计和配置为把传播通过微波传输线的信号的一部分耦合到辐射计的微波耦合网络。辐射计可以处理信号的该部分，以确定噪声温度信号。
电缆可以包括耦合在第一电缆连接器组件和第二电缆连接器组件之间的数据总线。测温网络模块可以包括耦合到数据总线的控制器。控制器可以基于噪声温度信号确定温度值并且把该温度值发送到连接到第一电缆组件或第二电缆组件的微波消融系统的至少一个部件。电缆可以包括显示驱动器和耦合到显示驱动器的显示器。控制器可以基于噪声温度信号确定温度值并且控制显示驱动器显示该温度值。
电缆可以包括温度选择器，用于选择在其要切断微波信号的温度。控制器可以基于噪声温度信号确定温度值，并且如果该温度值大于选定的温度，则控制器经数据总线向耦合到电缆的微波发生器发送切断消息。温度值可以代表被治疗的组织的温度或者微波消融系统部件的一部分的温度。
电缆可以包括耦合在第一电缆连接器组件和第二电缆连接器组件之间的电源线，用于在第一电缆连接器组件和第二电缆连接器组件之间运送功率信号。
附图说明
当参考附图阅读其各种实施例的描述时，本文公开的具有流体冷却探针组件的能量输送设备以及包括该设备的系统的目标和特征将对本领域普通技术人员变得显然，其中：
图1是根据本公开内容实施例的微波消融系统的框图；
图2是根据本公开内容实施例、结合图1微波消融系统的辐射计的微波发生器和微波施加器的框图；
图3A-3C是示出图1和2的耦合电路的实施例的框图；
图4A是根据本公开内容实施例的图1和2的辐射计的电路框图；
图4B是根据本公开内容另一种实施例的图1和2的辐射计的电路框图；
图5是用在图1微波消融系统中的微波测温网络的框图；
图6是根据本公开内容实施例、根据图5微波测温网络的拆分配置的辐射计模块的框图；
图7是根据本公开内容实施例、根据图5微波测温网络的拆分配置的辐射计控制器模块的框图；
图8是根据本公开内容实施例的图1微波消融系统的微波施加器的框图；
图9是根据本公开内容实施例的图1微波消融系统的电缆模块的框图；
图10是根据本公开内容实施例的图1微波消融系统的微波发生器的框图；
图11A-11C根据本公开内容实施例说明了其中微波测温网络模块是独立部件的微波消融配置系统；
图12A-12D根据本公开内容实施例说明了其中微波测温网络模块集成到微波消融系统的任意一个部件中的微波消融配置系统；
图13是根据本公开内容实施例、结合辐射计控制器的电缆的透视图；
图14是根据本公开内容实施例、包括辐射计控制器的微波施加器的透视图；
图15是根据本公开内容实施例、包括辐射计控制器的微波电缆的透视图；
图16A-16D根据本公开内容实施例说明了其中辐射计控制器模块集成到微波消融系统的微波发生器中的微波消融系统配置；
图17A-17D根据本公开内容实施例说明了其中辐射计控制器模块配置为可拆卸地连接到微波消融系统的微波发生器的微波消融系统配置；
图18是根据本公开内容其它实施例的微波消融系统的框图；
图19是根据本公开内容实施例、结合用于测量温度的热电偶的微波施加器的框图，其中温度用来控制辐射计；
图20是根据本公开内容一些实施例说明由辐射计进行的温度测量的定时的图；
图21A和21B是根据本公开内容其它实施例说明由辐射计进行的温度测量的定时的时序图；
图22是根据本公开内容还有其它实施例说明由辐射计进行的温度测量的定时的时序图；
图23是根据本公开内容实施例、操作微波消融系统的方法的流程图；
图24是根据本公开内容实施例、利用辐射计测量控制传输网络的温度的方法的流程图；及
图25是根据本公开内容另一实施例、操作微波消融系统的方法的流程图。
具体实施方式
本公开内容一般而言针对微波消融系统，该系统结合用于监视微波施加器周围的生理环境和微波传输网络的热特性的微波测温网络。微波辐射测量是一种用于测量被看作热辐射的电磁能量的技术，并且可以用来检测并测量从热源发射的微波能量。
根据本公开内容的微波消融系统组合了发送能量以便(以设定的“消融频率”)消融组织的天线，其中天线接收由发热的组织(以设定的“辐射测量频率”)发射的热噪声功率，该热噪声功率可以被变换成平均温度。如果辐射测量频率足够高(例如，3-9GHz)，则温度将在天线周围足够小的体积内(例如，1-3mm)求平均，从而允许天线被用作热电偶。
根据本公开内容的微波消融系统使用微波测温组合微波消融系统现有的传输网络来启用对组织和微波消融系统部件的热监视，而不增加微波施加器的导管的尺寸或者其杆(shaft)的横截面。这些系统提供组织温度的实时监视与反馈，这通过对消融进展、完成或者缺乏完成的实时验证来增强手术结果。系统部件温度的监视允许微波消融系统保证充分的冷却在整个手术期间都发生，由此防止潜在的设备故障或潜在的病人或用户伤害。
微波消融系统和部件的实施例是参考附图描述的。相同的标号贯穿附图的描述可以指类似或完全相同的元件。如附图中所示并且如在本描述中所使用的，术语“近端”指装置或者其部件中更靠近用户的那部分，而术语“远端”指装置或者其部件中离用户更远的那部分。
本描述可以使用短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“在一些实施例中”或者“在其它实施例中”，这些短语每个都可以指根据本公开内容的一个或多个相同或不同实施例。
电磁能量一般按照增加的能量或减小的波长而归类为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽玛射线。如在本描述中所使用的，“微波”一般指在300兆赫兹(3x108周期/秒)至300千兆赫兹(3x1011周期/秒)频率范围内的电磁波。如在本描述中所使用的，“消融手术”一般指任何消融手术，诸如像微波消融、射频(RF)消融或者微波或RF消融辅助的切除。
如在本描述中所使用的，“能量施加器”一般指可以用来从功率生成源向组织传送能量的任何设备，诸如微波或RF电外科发生器。对于本公开内容的目的而言，术语“能量施加器”与术语“能量输送设备”可互换。如在本描述中所使用的，“传输线”一般指可以用于信号从一个点到另一个点的传播的任何传输介质。如在本描述中所使用的，“流体”一般指液体、气体或者这二者。
如在本描述中所使用的，术语“控制器”指采用数字和/或模拟部件生成数字和/或模拟信号以便控制或驱动另一设备的任何电气设备。术语“控制器”可以指用于执行本文所述一些方法的数字信号处理器、微控制器，或者具有处理器、存储器和输入/输出端口的计算机。
图1是根据本公开内容实施例的微波消融系统100的框图。微波消融系统100包括微波施加器110、微波电缆120和125、耦合电路130、微波发生器140、滤波器135和辐射计160。微波发生器140生成微波信号并且经微波电缆120和125把微波信号输出到微波施加器110。微波施加器110包括至少一个天线，当微波信号施加到天线时，天线发射微波辐射。天线可以部署在肿瘤中，使得从天线发射的微波辐射可以消融肿瘤。
耦合电路130耦合在微波发生器140和微波施加器110之间，以便把噪声温度信号或者传播通过微波电缆120和125的信号的至少一部分提供给辐射计160。滤波器135隔离噪声温度信号与微波信号的至少一部分。然后，辐射计160采样噪声温度信号并且将其提供给控制器150。通过利用模数转换器(ADC)数字采样微波噪声温度信号并且缩放其结果，控制器150可以把微波噪声温度信号转换成温度读数。控制器150还可以与显示器对接，以便如以下更具体描述的那样显示温度读数。
由辐射计160测量的噪声温度可以被用来启用温度反馈控制。反馈控制可以涉及开环控制，例如基于用户的控制，或者闭环控制，例如用于自主系统，以实现期望的组织效果并且改进整体手术结果。辐射计160和控制器150还可以用来监视微波消融系统100的部件的温度。例如，辐射计160和控制器150可以用来监视微波电缆120的温度，以确保充分冷却并避免故障。
图2是根据本公开内容一些实施例的微波消融系统200的框图。微波消融系统200包括微波发生器220和耦合到微波发生器220的微波施加器210。微波施加器210包括微波天线230和耦合到微波天线230的手柄240，以允许临床医生在微波消融手术期间操纵微波天线230。
微波天线230可以体现为硬性消融导管或者柔性消融导管，以适应具体的外科手术、具体的管腔结构、具体的目标组织、临床医生的偏好等。例如，在一种实施例中，为了通过病人肺部相对窄的气道运动，具有非常柔软的消融导管可能被证明是有利的。在有些情况下，具有只稍柔软的消融导管被证明是有利的，例如，在需要消融导管刺穿或刺破组织的时候。还有，为了实现期望的柔性量，可能期望采用在标题为“Microwave Energy-DeliveryDevice and System”的美国专利申请No.13/834,581中所描述的消融导管，该申请的全部内容通过引用被结合于此。本领域技术人员应当理解，在不背离本公开内容的范围的情况下，微波天线230可以采用其它结构细节上或者简化或者更复杂的消融导管实施例。
为了获得准确的温度测量，辐射计160部署得尽可能靠近微波天线230的辐射部分，以限制不想要的噪声进入辐射计160。例如，如图2中所示，辐射计160和耦合电路130部署在微波施加器210的手柄240中。耦合电路130耦合在微波馈送传输线和天线元件之间，以便把在天线元件中传播的微波信号的至少一部分提供给辐射计160。辐射计160耦合到耦合电路130并且输出与天线230周围，例如要消融的组织，的环境温度成比例的电压信号V0。这个电压信号V0经通信线215提供给微波发生器220。
图1和2的耦合电路130可以是把能量导入辐射计160的任何微波耦合网络。图3A-3C是图1和2的耦合电路130的示例性实施例的框图。图3A是把在微波传输线中传播的信号的一部分耦合到端口3的定向耦合器300的框图。然后，信号的该部分提供给辐射计，辐射计测量信号的该部分中的噪声温度信号。图3B是在端口2和3之间切换的开关350的框图。在一些实施例中，开关350通常切换到端口2，使得微波信号提供给微波天线，并且以规律的间隔周期性地切换到端口3，使得辐射计可以获得噪声温度测量。在其它实施例中，开关350可以在微波消融手术期间预定的时间，例如在微波消融手术开始附近和结束附近，切换到端口3。开关350可以包括固态开关，诸如二极管开关，或者传送类型开关，诸如机械式继电器。
如图3C中所示，作为选择，耦合电路130可以包括具有用于把一个或多个噪声温度频率传递到辐射计160的第一LC共振带通滤波器380和用于把微波信号传递到微波施加器的第二LC共振带通滤波器385的T型网络375。
图4A是辐射计400的电路框图，它可以在图1和2的微波消融系统中采用。辐射计400包括低噪声放大器402、本地振荡器404、频率混合器406、带通滤波器408、中频(IF)放大器410、检测器412和积分器414。低噪声放大器402放大噪声温度信号，以获得放大的噪声温度信号。本地振荡器404产生正弦波并且频率混合器406混合放大的噪声温度信号与该正弦波，以便把噪声温度信号偏移到低于微波信号的频率的中频(IF)。中频可以是在100Hz到100kHz范围内的频率，诸如10kHz。
带通滤波器408过滤从频率混合器406输出的信号，并且IF放大器410放大过滤后的信号。检测器412检测噪声温度信号，并且积分器414对检测到的噪声温度信号进行积分，以提供与微波天线周围环境温度成比例的电压信号。为了克服增益波动并提高温度测量的准确度，辐射计400可以使用具有长积分时间，诸如10ms到10s，的积分器，以及具有窄带宽B，例如中心在大约3.5GHz的±35MHz，的带通滤波器。
从辐射计400输出的电压信号可以被进一步处理，以过滤传播通过传输网络的信号，以获得噪声温度信号。例如，辐射计400可以使用时间域和/或频率域滤波技术来隔离噪声温度信号，组织的噪声温度信号，和传输网络的噪声温度信号。
图4B是根据本公开内容另一种实施例的辐射计420的电路框图。辐射计400包括在微波信号输入421与阻性负载424之间切换的开关422(也称为“Dicke调制器”)，其中阻性负载424维持在恒定的温度Tc。阻性负载424可以是部署成与传输网络热相通的热电偶，从而测量代表传输网络温度的温度。阻性负载424提供用来抵消传输网络的噪声温度的参考温度，以便隔离组织的噪声温度。开关可以是单刀双掷开关。参考发生器426生成经开关驱动器428提供给开关422的控制信号，以控制开关422的切换频率。
来自开关422的输出馈送到放大器430，该放大器430放大传递到微波信号输入421中的噪声温度信号或者传递到负载温度信号输入424中的参考温度信号。放大器430可以是低噪声放大器，使得放大器不把噪声引入噪声温度信号。来自放大器430的输出馈送到检测噪声温度信号的振幅的包络检测器432。噪声温度信号的振幅被放大器434放大并且提供给相位检测器436。参考发生器426控制相位检测器436，使得它与开关422的开关同步地操作。然后，来自相位检测器436的输出由积分器438积分，这减小噪声温度信号中波动的振幅。
在操作中，参考发生器426以比接收器增益变化发生的频率更高的频率(例如，30至1000Hz)生成方波。开关驱动器428根据生成的方波驱动开关422。通过这么做，接收器增益变化，例如放大器漂移，对接收到的噪声温度的影响被消除了。
图5是用在图1微波消融系统中的微波测温网络模块500的框图。微波测温网络模块500监视微波传输网络，例如天线，以及微波施加器周围的生理环境，例如组织，的热特性。微波测温网络模块500包括辐射计510、滤波器520、传输线连接器580a和580b、连接在传输线连接器580a和580b之间的传输线575，以及耦合到传输线575的耦合网络530。
耦合网络530把通过传输线575传播的信号的至少一部分耦合到滤波器520。这些信号包括高功率微波信号582和噪声温度信号584。滤波器520过滤由耦合网络530提供的信号，以隔离噪声温度信号584。例如，滤波器520可以隔离高频噪声温度信号，例如4GHz的噪声温度信号，与低频高功率微波信号，例如2450MHz的微波信号。滤波器520还可以过滤噪声温度信号，以便获得来自组织的噪声温度信号和来自微波消融系统的部件的噪声温度信号，诸如来自微波传输网络的噪声温度信号。时间和/或频率域信号处理技术可以用来分离高功率微波信号、来自组织的微波噪声温度，以及来自微波消融系统的部件的微波噪声温度。例如，滤波器520可以采用快速傅立叶变换(FFT)来确定噪声温度信号的振幅。
滤波器520可以是旨在隔离微波信号与噪声温度信号的各种模拟和数字电子部件。例如，滤波器520可以利用数字电路系统实现，在这种情况下滤波器520将包括用于把由耦合网络530提供的微波信号的至少一部分转换成数字形式的模数转换器(ADC)。数字电路系统可以在数字信号处理器或现场可编程门阵列(FPGA)中实现。噪声温度信号还可以分离成来自微波消融系统中的噪声温度源(例如，电缆、循环器、耦合器、滤波器、连接器、放大器等)当中每一个和来自组织的源的噪声温度。而且，控制器540可以生成用于控制微波发生器的控制信号，例如脉冲控制信号，以便调整其输出来改进或优化辐射计测量，如例如以下更具体描述的。
微波测温网络模块500还包括控制器540、用户接口(UI)550、显示驱动器560、显示器570，以及数据总线连接器515a和515b。控制器540从辐射计510接收测出的噪声温度数据并且基于测出的噪声温度数据确定温度信息。在控制器540的控制下，温度信息可以经显示驱动器560和显示器570直接显示给系统的用户，以通知用户医疗手术的实时状态，例如进展或完成。控制器540还可以使用温度信息作为到反馈算法的输入，该反馈算法设计成优化系统的整体治疗效果并确保系统的健壮性及病人和用户的安全。
由微波测温网络模块500执行的实时手术监视可以经显示器570直接向用户显示对应于消融手术状态的温度值，例如，消融完成或者未完成。由控制器540执行的系统健壮性监视可以监视微波传输网络，即，同轴传输线和天线，的温度，并且基于对微波传输网络设置的预定温度限制来限定微波输出功率。
用户接口(UI)550可以在测温网络模块500和微波消融系统的其它部件之间提供各种水平的接口，从最低限度接口到高度接口。最低限度接口的测温网络模块500可以向用户显示温度值，在这种情况下，到测温网络模块的接口将包括用于向测温网络模块500的部件以及连接到电源线连接器525a和525b的微波消融系统的其它部件分配功率的电源线连接器525a和525b。最低限度接口的测温网络模块500还将包括用于耦合到传输线575的耦合网络530。
高度接口的测温网络模块将是还包括控制器540的测温网络模块，其中控制器540充当微波消融系统的主控制器，在这种情况下，到测温网络模块500的接口包括数据总线连接器515a和515b，混合的信号控制和监视数据通过数据总线连接器515a和515b从控制器540发送到经据总线连接器515a和515b连接到测温网络模块500的微波消融系统的其它部件。例如，控制器540可以经连接器515b向微波发生器发送命令，以改变微波信号的特性或者完全停止微波信号的生成。
图5的微波测温网络模块500可以全都驻留在微波消融系统中的同一物理位置，或者微波测温网络模块500的各个元件可以位于微波消融系统中的不同位置，即，拆分配置。图6和7说明了图5微波测温网络模块500的拆分配置。图6是包括与噪声温度信号的测量关联的微波测温网络模块500的部件的测量模块600，其中噪声温度信号经耦合网络530从微波传输线675耦合。
耦合网络530可以由任何已知的微波耦合方案实现，诸如图3A的定向耦合器300、图3B的开关350、图3C的T型网络375、带通滤波器，或者双工器。滤波器520把进入辐射计510的耦合的微波能量约束成表示感兴趣的热参数的能量。滤波器520执行频谱选择，并且辐射计510包括用于检测噪声温度信号的检测器，例如图4B的检测器432。
测量模块600还包括用于与微波消融系统的其它部件接口的连接器。测量模块600包括数据总线连接器615a和615b，噪声温度信号可以通过数据总线连接器615a和615b发送到经数据总线连接器615a和615b连接到测量模块600的微波消融系统的其它部件。测量模块600还包括用于从连接到输入电源线连接器625b的微波消融系统的另一部件接收功率的输入电源线连接器625b，以及功率通过其提供给连接到电源线连接器625a的微波消融系统的又一部件的输出电源连接器625a。
测量模块600还包括连接到测温网络模块的传输线575两端的传输线连接器680a和680b。传输线连接器680a和680b用于在微波消融系统的部件之间连接测量模块600，使得耦合网络530可以获得由微波发生器1000发送到微波施加器800的微波信号的一部分。例如，如图17A中所说明的，测量模块600可以直接连接在微波发生器1000和微波施加器800之间。或者，测量模块600可以直接连接到微波施加器800，但是通过连接到微波电缆900而间接地连接到微波发生器1000，其中微波电缆900又连接到微波发生器1000。
图7说明了图5微波测温网络模块500的拆分配置的控制模块700。控制模块700包括与微波测温网络模块500的“智能”关联的元件和用户接口(UI)电子器件。“智能”包括经数据总线连接器715从辐射计510接收温度测量，例如数字形式的噪声温度信号，并且通过控制微波输出对温度信号作出反应以便实现期望系统响应的控制器540。控制器540可以以提高辐射计510性能和准确度的方式经数据总线连接器715与微波发生器1000通信。例如，控制器540可以控制微波发生器1000脉动产生高功率微波治疗能量，使得辐射计可以在脉冲之间取得噪声温度测量，如以下更具体描述的。
当例如微波消融系统的任何部件被误用时，耦合到用户接口550的控制器540可以在达到限制或值，诸如对于安全或者对于设备健壮性的目标组织温度或微波施加器温度限制时，提醒用户热状态，例如，显示的温度值，或者停止某些系统功能，例如停止MW功率输出。控制器540还包括用于从微波消融系统的另一模块接收功率的电源线连接器725。例如，电源线连接器725可以连接到图10微波发生器1000的电源线连接器1025b，以便从微波发生器1000的功率分配单元1045接收功率。
一般而言，图5-7的微波测温网络模块500、600和700分别可以由调节后的电源供电，其中调节后的电源是由连接到网络模块的微波消融系统的一个部件提供的。例如，微波测温网络模块500、600和700可以从微波发生器1000的电源1050和功率调节器1040接收功率。或者，这些微波测温网络模块500、600和700可以由它们自己的电源和功率调节电路系统，例如电池、太阳能或主电源，供电。
图8是向组织输送微波治疗能量以便治疗与组织关联的疾病或不期望医疗状况的微波施加器800的框图。微波施加器800包括用于输送微波能量的探针或天线810、施加器电路820、用户接口840、手柄或套筒830、输入和输出流体冷却与缓冲端口850、数据总线连接器815、电源线连接器825，以及传输线连接器880。天线810经传输线连接器880接收微波信号。
施加器电路820可以包括热电偶缓冲器、微波激活开关、和/或存储设备识别信息的存储器(例如，EEPROM)。热电偶缓冲器把热电偶(例如，图20的热电偶2001、2002和2004)的电压转换成代表热电偶电压的缓冲电压，这种电压对干扰不太灵敏。设备识别信息可以由微波发生器，例如图10的微波发生器1000，用来确保只有正确识别出的微波施加器800连接到微波发生器。此外，存储器可以存储微波施加器800的操作参数(例如，时间、功率和剂量限制)以及关于微波施加器800的使用情况的信息。使用情况监视可以使得能够限制微波施加器800超过设备单次使用或者一定次数激活的重用。
微波激活开关连接到用户接口840中的用户可选择的激活按钮。当用户选择激活按钮时，微波激活开关闭合，以允许微波信号传播到微波施加器800的天线810。施加器电路820连接到数据总线连接器815，使得它能够与连接到数据总线连接器815的微波消融系统的设备通信。例如，施加器电路820可以把设备识别信息提供给连接到数据总线连接器815的微波发生器。施加器电路820还经电源线连接器880接收功率。
输入和输出冷却与缓冲端口850连接到流体系统(未示出)，该流体系统把冷却流体提供给天线810，以控制消融体积的尺寸和形状。冷却流体可以包括介电材料，以控制功率向组织的传送。流体系统可以包括蓄液池、用于把冷却流体泵送通过输入和输出冷却与缓冲端口850的流体泵、用于运送冷却流体的管道，以及传感器(未示出)。流体系统的例子在共同受让的美国专利申请No.12/566,299中具体描述，该申请通过引用被结合于此。
图9是用于向微波施加器800运送高功率微波信号的电缆900的框图。可以是可重用电缆的电缆900包括电缆电路系统910、连接到电缆电路系统910的用户接口920、数据总线连接器915a和915b、电源线连接器925a和925b，以及传输线连接器980a和980b。连接器915a、915b、925a、925b、980a和980b可以配置为连接到微波消融系统的任何部件，诸如微波测温网络模块500、微波施加器800、微波发生器1000，的对应连接器。
如下所述，微波测温网络模块500可以集成到可重用的电缆中。就像图8的施加器电路820，电缆电路系统910可以支持设备识别、热电偶缓冲，和/或微波激活。电缆电路系统910还可以经数据总线连接器915a和915b与微波消融系统中的其它部件通信。
图10是根据本公开内容实施例的微波发生器1000的框图。微波发生器1000包括微波信号发生器1010、耦合到微波信号发生器1010的输出的微波模块放大器1020、耦合到微波模块放大器的输出的传输线连接器1082，以及用于连接到耦合到图8微波施加器800的另一电缆的同轴电缆连接器组件。微波信号发生器1010生成微波信号，该微波信号被微波模块放大器1020放大，以产生高功率微波信号582。高功率微波信号582经传输线连接器1082从微波发生器1000输出。如本文所述，传输线连接器1082连接到微波消融系统的另一部件，例如图9的电缆900，电缆900把高功率微波信号582运送到微波施加器，例如图8的微波施加器800。
微波发生器1000还包括用于给微波消融系统的各个部件供电的功率系统。该功率系统包括电源1050、功率调节器1040，以及功率分配电路1045。电源1050把来自主电源连接器1078的交流电流(AC)转换成直流电流(DC)，其中主电源连接器1078可以经主电源线(未示出)连接到标准AC插座。功率调节器1040把来自电源1050的DC输出转换成调节后的各种功率电平的DC。
功率调节器1040把低功率DC提供给微波信号发生器1010、系统控制器1060，以及功率分配电路1045。功率分配电路1045又把功率提供给电源线连接器1025a和1025b，用于向连接到微波发生器1000的部件提供功率。特别地，功率分配电路1045经电源线连接器1025b向外部控制与监视电路系统，诸如图7的控制模块700，提供低功率DC。功率分配电路1045还向微波施加器800以及直接或间接连接到电源线连接器1025a和1025b的微波消融系统的其它部件提供低功率DC。功率调节器1040还向微波模块放大器1020提供高功率DC，其中微波模块放大器1020经传输线连接器1082输出高功率微波信号582。
系统控制器1060连接到微波信号发生器1010，以控制从微波模块放大器1020输出的微波信号582的相位、频率和其它参数。系统控制器1060还连接到数据总线连接器1015a和1015b，以启用微波发生器1000和连接到微波发生器1000的微波消融系统的各个部件，包括本公开内容的微波测温网络模块500，之间的通信。在实施例中，系统控制器1060可以通过数据总线连接器1015a和1015b接收反馈信号，以控制高功率微波信号582的参数。例如，图5的微波测温网络模块500的控制器540可以例如通过脉动产生、停止或改变高功率微波信号582来控制高功率微波信号582。
微波发生器1000还包括输入和输出设备，包括显示器1030和显示驱动器1035。系统控制器1060控制显示驱动器1035在显示器1030上显示关于微波消融系统的操作的信息。微波发生器1000还包括用于连接到脚踏控制器的脚踏连接器1076。系统控制器1060从脚踏控制器接收用于控制来自微波发生器1000的输出的命令信号。
微波发生器1000还结合用于连接到远端温度探针(未示出)的温度探针连接器1080。如下所述，远端温度探针可以用来测量病人的温度，以获得病人的温度测量，用于校准微波测温网络模块500的温度测量。温度探针连接器1080还可以接受T型热电偶布置。微波测温网络模块500的控制器可以把辐射计输出调节成T型信号。这个特征可以用来经前面板的7段显示器向用户显示温度。
图11A-11C和12A-12D说明了利用图5微波测温网络模块500的微波消融系统的不同示例配置。如图11A-11C和12A-12D中所示，测温网络模块500沿微波发生器1000和微波施加器800之间的微波传输路径部署。
图11A-11C说明了其中微波测温网络模块500是微波消融系统中的独立部件的配置，其中微波消融系统被分成彼此可连接的三个或四个独立部件。在图11A中，微波测温网络模块可连接在微波施加器和微波发生器模块之间。图11A的配置可以在便携式微波消融系统中使用，其中例如，微波发生器1000和微波测温网络模块500部署在便携式微波消融系统的手柄中，微波施加器800可连接到手柄，并且微波测温网络模块500可连接到手柄，使得微波测温网络模块500连接在微波施加器800和微波发生器1000之间。
在图11B中，微波测温网络模块可连接到电缆900的远端并且可连接到微波施加器800。在图11C中，微波测温网络模块500可连接到电缆900的近端并且可连接到微波发生器1000。
图12A-12D说明了其中微波测温网络模块500集成到微波消融系统的任一部件中的配置，其中微波消融系统被分成彼此可连接的两个或三个独立部件。在图12A中，测量模块600也是可连接在微波施加器800和微波发生器1000之间的独立部件。在图12A中，微波测温网络模块500集成到微波施加器800中。在图12B中，微波测温网络模块500集成到微波发生器1000中。在图12C中，微波测温网络模块500集成到位于电缆900远端的连接器组件中。在图12D中，微波测温网络模块500集成到位于电缆900近端的连接器组件中。
图13是结合图5所示微波测温网络模块500的电路系统的独立微波测温网络模块1300的透视图。微波测温网络模块1300包括位于其近端的连接器1320，用于直接连接到微波发生器1000，如图11A和11C的配置中所示，或者用于连接到微波电缆900，如图11B的配置中所示。
第一连接器集成同心的数据总线连接器1324与同轴连接器1322，以启用测温网络模块1300和微波发生器之间的通信。测温网络模块1300包括显示器1350以及具有选择器1330和开关1360的用户接口。显示器1350显示由例如控制器540基于热测量确定的温度，其中热测量由图5的测温网络模块500的辐射计510获得。
选择器1330包括旋钮1335，该旋钮1335允许用户选择微波功率在其被切断的温度限制。当控制器540确定测出的温度超过选定的温度限制时，控制器540可以向微波发生器1000发送切断的消息。或者，电缆可以包括开关(未示出)，当控制器540确定测出的温度超过选定的温度限制时，开关打开，以断开来自微波施加器的微波功率。开关1360允许用户接通或切断到微波施加器800的功率。在一些实施例中，显示器1350是触摸屏显示器，并且选择器1330和/或开关1360实现为触摸屏显示器中的“虚拟”选择器和/或开关。在其它实施例中，选择器1330和/或开关1360实现为物理选择器和/或开关。
微波测温网络模块1300包括位于其远端的另一个连接器1310，用于直接连接到微波施加器800，如图11A和11B的配置中所示，或者用于连接到微波电缆900，如图11C的配置中所示。类似于连接器1320，连接器1310集成同心的数据总线连接器1314与同轴连接器1312，以启用测温网络模块1300和微波施加器800之间的通信。连接器1310可以配置为扭转以锁定或解锁与微波施加器的连接。
图14是把图5的微波测温网络模块500结合到微波施加器的连接器组件1405中的微波施加器1400的透视图。连接器组件1405连接到具有辐射部分1410的探针1408。类似于图13，连接器组件1405包括显示温度测量的显示器和允许用户改变温度设置并切断提供给探针1408以便使辐射部分1410发射微波辐射的微波信号的用户接口。
连接器组件1405包括类似于图13的连接器1310和1320的连接器1406，该连接器1406配置为直接连接到微波发生器1000，如图12A的配置中所示，或者经微波电缆连接到微波发生器1000。温度测量数据可以经连接器1406的数据总线发送到微波发生器1000。
图15是微波电缆组件1500的透视图，包括同轴电缆1501、附连到同轴电缆1501的近端的连接器组件1503，及附连到同轴电缆1501的远端的连接器组件1505。在这种实施例中，图5微波测温网络模块500的部件结合到微波电缆组件1500的连接器组件1505中，如图12C的配置中所示。类似于图14的连接器组件1405，连接器组件1505包括显示温度测量的显示器以及允许用户改变温度设置并切断由微波电缆组件1500运送的微波信号的用户接口。
或者，微波测温网络模块500可以结合到位于微波电缆组件1500的近端的连接器组件1503中，如图12D的配置中所示。连接器组件1503和1505分别包括连接器1504和1506，类似于图13的连接器1310和1320。如图12C的配置中所示，连接器1504配置为直接连接到微波发生器1000，并且连接器1506配置为直接连接到微波施加器800。在这种配置中，温度数据可以经连接器1504的数据总线发送到微波发生器1000。
把微波测温网络模块500的部件结合到微波电缆中最小化为结合根据本公开内容的微波测温而需要对微波施加器800和/或微波发生器1000所做的改变的数目。在有些情况下，系统控制器1060的电路系统简单地重新配置为从微波测温网络模块500的控制器540接收温度数据。
图16A-16D和17A-17D说明了利用如图6和7所说明的微波测温网络模块的拆分配置的微波消融系统的不同示例配置。如图16A-16D和17A-17D中所示，测量模块600沿微波发生器1000和微波施加器800之间的微波传输线部署。控制模块700可以部署在消融系统中任何地方。
图16A-16D说明了其中控制模块700集成到微波发生器1000中并且微波消融系统被分成彼此可连接的三个独立部件的配置。在图12A中，测量模块600集成到电缆900的远端中。在图12B中，测量模块600集成到微波施加器800中。在图12C中，测量模块600可连接到电缆900的近端。在图12D中，测量模块是连接在微波施加器和微波发生器之间的独立部件。图12D的配置可以在便携式微波消融系统中使用，其中，例如，微波发生器1000和控制模块700部署在便携式微波消融系统的手柄中，微波施加器800可连接到手柄，并且测量模块600可连接到手柄，使得测量模块600连接在微波施加器800和微波发生器1000之间。
图17A-17D说明了其中控制模块700是可连接到微波发生器1000的独立部件并且微波消融系统被分成彼此可连接的三个或四个独立部件的配置。在图17A中，测量模块600也是可连接在微波施加器800和微波发生器1000之间的独立部件。在图17B中，测量模块600集成到微波施加器800中。在图17C中，测量模块600集成到电缆900的远端中。
在图17D中，微波消融系统被分成三个独立的部件，其中测量模块600集成到微波发生器1000中。就像图16D的配置，图17D的配置可以在便携式微波消融系统中使用，其中，例如，微波发生器1000和测量模块600部署在便携式微波消融系统的手柄中，微波施加器800可连接到手柄，使得微波施加器800连接到测量模块600，并且控制模块700可连接到手柄，使得控制模块700连接到微波发生器1000。
图18是根据本公开内容其它实施例的微波消融系统1800的框图。除微波消融系统1800包括滤波器1802和1804之外，微波消融系统1800与图1所示的微波消融系统100相同，其中滤波器1802和1804受控制器150的控制。第一滤波器1802可以分离噪声温度信号与高功率微波信号。然后，第二滤波器1804可以从输出自第一滤波器1802的噪声温度提取组织的噪声温度和传输网络的噪声温度。
控制器150可以提供调谐、选通和其它信号，以控制第一滤波器1802和第二滤波器1804过滤由耦合电路提供的微波能量的方式。第二滤波器1804还可以配置为分离出传输网络噪声温度或组织噪声温度的成分。例如，传输网络的不同部件可以产生处于不同频率的噪声温度信号。通过分析处于不同频率的噪声温度信号，第二滤波器1804可以采用频率域技术来确定传输网络的每个部件的噪声温度。或者，第二滤波器1804可以采用时间域和频率域技术二者来隔离来自有意来源，诸如微波发生器1000，与来自其它噪声温度源，诸如电缆和组织，的噪声温度信号。
在有些情况下，来自传输网络，例如微波施加器和/或微波电缆，的噪声温度会模糊组织的噪声温度。为了克服这个问题，从微波发生器输出的信号在关闭时段可以被关闭，并且辐射计可以在这个关闭时段内监视温度。此外，传输网络可以或者通过环境冷却或者通过主动流体冷却被快速地冷却，以允许分离传输网络噪声温度与组织噪声温度。一旦传输网络被充分冷却，辐射计就可以测量温度，以获得组织的噪声温度。
如由图19的图1900所说明的，当微波能量源在时间t＝0关闭时，噪声温度1902的幅度代表传输网络和组织的噪声温度的组合。随着传输网络或者通过环境冷却或者通过主动流体冷却被冷却，该噪声温度的幅度快速下降，如由噪声温度曲线的陡斜率1904所说明的。一旦传输网络冷却到使噪声温度的幅度代表组织温度1906的点，例如在时间t＝t1，辐射计就可以测量噪声温度，以获得仅组织的噪声温度。温度曲线的缓斜率1908是由于组织温度下降。然后，微波信号在时间t＝t2返回，以继续组织治疗。
传输网络的噪声温度可以通过在例如在图19的图1900中的时间t＝0发生器关闭之后首先立即测量温度获得。这个温度表示传输网络和组织的组合温度。因而，为了获得传输网络的温度，组织噪声温度从在发生器关闭之后立即测量的噪声温度中减去。
冷却流体的流可以在时间t＝t2切断，而不是开启微波信号，这将导致噪声温度曲线随着冷却流体温度升高至组织温度而升高。冷却流体温度的这种升高将在冷却流体温度等于组织温度时跌落(roll-off)。这个跌落点可以进一步用来指示组织温度。然后，如果还没有达到期望的温度，则微波信号将在时间t＝t3开启。
图20示出了具有热电偶的微波施加器2000，其中，为了确定何时温度的幅度代表组织温度，热电偶用于取得传输网络和冷却流体的温度测量。微波施加器2000包括位于流体入口2011的、用于测量进入流体入口2011的流体温度的第一热电偶2001和位于流体出口2012的、用于测量离开流体出口2012的流体温度的第二热电偶2002。微波施加器2000还包括位于沿传输网络的适当位置的第三热电偶2004，以便准确地测量传输网络的代表性温度。例如，第三热电偶2004可以位于传输网络的同轴电缆连接器2006的内部导体2008附近。
热电偶2001、2002和2004用来测量冷却流体和传输网络的温度，以便确定由辐射计测量的噪声温度何时表示组织温度。这些组织测量可以经通信接口2010发送到在微波施加器2000外面的控制器，例如图5的测温网络模块500的控制器540，使得控制器可以控制辐射计测量。具体而言，当控制器确定如由热电偶2004测量的传输网络的温度与如由热电偶2001和2002测量的冷却流体的温度相同时，传输网络不再贡献噪声温度。在这个时间点，组织可以是噪声温度的唯一贡献者。因而，控制器可以控制辐射计测量这个时间点的噪声温度，
以获得组织噪声温度。
或者，当流经入口的冷却流体的温度(如由热电偶2001测量的)与流经出口的冷却流体的温度(如由热电偶2002测量的)相同时，
控制器可以控制辐射计测量噪声温度，以获得组织温度测量。作为另一种选择，当温度曲线的斜率稳定到图19的组织温度斜率1908时，
控制器可以控制辐射计测量噪声温度，如以下更具体描述的。
图21A和21B是根据本发明其它实施例说明由辐射计进行的温度测量的定时的时序图。如图21A中所说明的，由微波发生器生成的微波信号可以是处于最大发生器峰值功率的脉宽调制(PWM)信号2102，以提供可变的平均功率。关闭时间2104和开启时间2106之和定义PWM信号2102的周期t，其中1/t是PWM调制频率，它可以在1KHz和100kHz之间，并且微波频率在500MHz和15GHz之间。PWM信号2102的平均输出功率Paverage由以下等式给出：
其中Pmax是最大峰值功率。
如图21B中所示，根据本公开内容的辐射计可以在微波PWM信号的关闭时间内采样微波消融系统的噪声温度。只要PWM信号的占空比小于100％，就存在辐射计可以采样噪声温度的关闭时间。通过在关闭时间内采样噪声温度，噪声温度信号在时间上与高功率微波治疗能量隔离。
在其它实施例中，微波消融系统可以附加地关闭微波信号持续延长的时间段(例如，5至60秒)，从而允许系统冷却(或者主动或者被动)并且允许辐射计测量时变噪声温度曲线，如以上在图19中所描述的。这是由图22的时序图说明的。图18的控制器150可以配置为控制微波发生器140持续第一时段2212生成为脉宽调制(PWM)信号的微波信号2202，并且持续第二时段2222关闭PWM信号。同时，控制器150或者微波发生器140的控制器可以改变PWM信号的占空比，以改变输出功率。而且，控制器150可以控制辐射计160在沿微波信号2202的各个点2204测量噪声温度，以获得噪声温度测量信号2206。
具体而言，控制器150可以控制辐射计160在PWM关闭时段2214中测量噪声温度，以监视微波消融系统的最大噪声温度。用于PWM关闭时段2214的噪声温度测量2216可以作为反馈提供给控制器，例如图5和7的控制器540，该控制器可以控制从微波发生器输出的微波信号。例如，噪声温度测量2216可以由控制器540用来减小PWM信号2212的占空比、把传输网络温度保持在可接受的限度内、确保微波消融系统的充分冷却，或者防止误用。控制器540可以确定是否有任何噪声温度测量2216大于预定的噪声温度值，并且，如果确定有任何噪声温度测量2216大于预定的噪声温度值，则可以切断微波信号或减小PWM微波信号的占空比。
此外，辐射计可以配置为当微波信号被关闭时在第二时段2222中取得更长的连续样本2224。结果产生的噪声温度曲线2226可以用来分离各种噪声温度贡献，例如，通过如上所述地观察传输网络的冷却行为，分离传输网络噪声温度与组织噪声温度。通过周期性地切断微波PWM信号，例如，每30-60秒，系统控制器允许传输网络以及微波消融系统的其它部件冷却，并且系统控制器可以避免为了把传输网络和系统的其它部件的温度降低到合适的温度水平而减小PWM信号的占空比。
如果微波信号被关闭的时段2222是PWM打开时间2212的一小部分，则输送到微波施加器的平均功率可以维持高或者接近发生器放大器的最大输出功率。例如，如果最大输出功率Pmax是115W并且微波信号关闭时间是每1分钟当中5秒，而PWM信号具有95％的占空比，则来自发生器的平均微波输出功率Pavg是：
图23是根据本公开内容实施例、用于操作微波消融系统的方法2300的流程图。在方法2300在步骤2301中开始之后，在步骤2302中PWM微波信号经传输网络提供给天线。PWM微波信号可以由微波发生器生成，该微波发生器调整PWM微波信号的占空比，以获得实现期望组织效果的功率水平。在步骤2304中，噪声温度在PWM微波信号的关闭时段内被辐射计测量。在步骤2306中，确定期间PWM微波信号被提供给天线的第一预定时段是否已过去。如果第一预定时段还没有过去，则方法2300继续在步骤2302中提供PMW信号并且在步骤2304中测量噪声温度。
如果第一预定时段已经过去，则在步骤2308中关闭PWM微波信号，这使得传输网络被来自微波消融系统的流体冷却系统的冷却流体快速冷却。在步骤2310中，冷却流体的温度和传输网络的温度被测量，例如，由图20的热电偶2001、2002和2004测量。在步骤2312中，确定冷却流体的温度是否等于或基本上等于传输网络的温度。如果确定冷却流体的温度等于或基本上等于传输网络的温度，则在步骤2313中切断冷却流体的流。在辐射计或天线周围流动的冷却流体会使得难以测量组织噪声温度。切断冷却流体的流允许组织加热在辐射计或消融区周围的停滞冷却流体，把冷却流体带到组织温度或者接近组织的温度，从而提高了组织噪声温度测量的准确度。在冷却流体流被切断之后的冷却流体的温度曲线(例如，斜率和最大跌落)可以用来指示组织治疗的成功完成。
在步骤2313中切断冷却流体的流之后，在步骤2314中，噪声温度被辐射计测量并且被记录为组织的噪声温度。在冷却流体的流被切断持续预定的时间量之后，组织的噪声温度可以被辐射计测量。
在步骤2316中，在返回到步骤2302以开启PWM微波信号之前，方法2300一直等到第二预定时段过去。第二预定时段可以在5秒和5分钟的范围内。第二预定时段可以在整个消融手术期间变化。例如，相对短的第二预定时段，例如5秒，可以在消融手术期间使用几次，以监视组织治疗的实时进展，而不显著地延迟手术时间。在较短的时段内，流体流可以被切断很短时间量或者流体流可以完全不切断。然后，在消融手术之后，第二预定时段可以较长，例如5分钟，以观察消融手术的最后结果并且确认实现了期望的结果。在较长的时段内，流体流可以被切断。
图24是根据本公开内容实施例、可以利用在用于操作微波消融系统的PWM微波信号的关闭时段内由辐射计获得的噪声温度测量与2300的方法一起用于控制传输网络温度的方法2400的流程图。就像在图23的方法2300中，在步骤2302中，具有期望脉冲宽度的PWM微波信号经传输网络提供给天线。
在步骤2304中，在PWM微波信号的关闭时段内，噪声温度被辐射计测量。在步骤2402中，确定由辐射计测出的噪声温度是否大于预定的最大温度。如果是，则在步骤2404中减小PWM微波信号的占空比，以便使传输网络的温度降低。或者，冷却流体的流速可以增加，从而增加传输网络的冷却速率。作为另一种选择，PWM微波信号可以关闭持续预定的时段，以允许传输网络冷却。
图25是根据本公开内容另一种实施例操作微波消融系统的方法的流程图。在方法2500在步骤2501中开始之后，在步骤2302中，微波信号经传输网络提供给天线。在步骤2506中，确定期间微波信号被提供给天线的第一预定时段是否已过去。依赖于手术类型，该第一预定时段可以在3秒和1分钟的范围内或者更长。例如，对于大体积消融，第一预定时段将更长，而对于肾脏去神经治疗，这个时段将更长。如果第一预定时段还没有过去，则方法2500继续在步骤2502中向天线提供微波信号。
如果第一预定时段已经过去，则在步骤2506中微波信号被关闭并且在步骤2508中由辐射计测量第一噪声温度。第一噪声温度可以在微波信号关闭之后立即测量。在步骤2510中，测量噪声温度并且计算噪声温度曲线的斜率。噪声温度曲线的斜率可以基于当前的噪声温度以及一个或多个之前的噪声温度测量来计算。在步骤2512中，确定计算出的斜率是否近似地等于指示传输网络的温度已达到参考温度并且测出的噪声温度表示组织的噪声温度的预定斜率。如果确定计算出的斜率没有近似地等于预定斜率，则方法2500返回步骤2510，以测量噪声温度并计算噪声温度曲线的斜率。
如果在步骤2512中确定计算出的斜率近似等于预定的斜率，则在步骤2514中由辐射计测量第二噪声温度，并且将其记录为组织的噪声温度。在步骤2516中，第一噪声温度与第二噪声温度之差被确定并被记录为传输网络的噪声温度。然后，在步骤2518中，在返回到步骤2502以开启微波信号之前，方法2500一直等到第二预定时段过去。
上述微波消融系统能够把微波能量指向组织中，并且可以适于用在各种过程和手术中。上述微波消融系统可以适于供手辅助的、内窥镜和腹腔镜外科手术使用。上述微波消融系统还可以适于在开放式外科应用中使用。
本公开内容的一方面是上述微波消融系统对治疗肺部的癌症和其它疾病的使用。由于肺部通道的弯路、外围肺部通道极小的尺寸以及在诊断过程和治疗期间肺部的运动，肺部疾病，尤其是由于吸烟造成的癌症，的定位和治疗相当具有挑战性。
识别癌性或患病目标组织的有效方法涉及使用计算机断层(CT)图像。CT作为诊断工具的使用现在已经成为例程，并且CT结果现在常常是医生关于病变尺寸和位置可获得的信息的主要来源。这种信息被医生用于计划手术过程，诸如活组织切片检查，但是仅仅可用作“离线”信息，这种信息通常必须在开始手术之前凭医生的能力最好地记住。如下所述，除了输入目标信息，与CT数据的集成还提供改进的系统功能，由此大大方便了到所识别出的目标的通路的计划以及提供导航通过身体到达目标位置的能力。
根据本公开内容的微波消融系统可以采用用于构造、选择和呈现到病人体内解剖管腔网络中目标位置的通路的系统和方法。这些系统和方法特别但不是专门适于指导和导航探针，例如图8的微波施加器800，通过肺部的支气管气道。这些系统和方法包括术前和手术部分。术前部分在导航之前进行并且可以归类为通路计划。手术部分在导航期间进行并且可以归类为导航。
通路计划阶段包括三个一般性步骤，这在标题为“MICROWAVE ENERGY-DELIVERYDEVICE AND SYSTEM”的共同受让的美国申请No.13/834,581和标题为“PATHWAY PLANNINGSYSTEM AND METHOD”的美国申请No.13/838,805中更具体地描述，这两个申请当中每一个的全部内容都通过引用被结合于此。第一步骤涉及使用软件图形接口生成并查看支气管气道树(“BT”)的三维模型。第二步骤涉及，如果期望，则使用该软件图形接口在BT上自动地、半自动地或者手动地选择通路。第三步骤涉及沿着可以在显示器上可视化的路径把通路自动分段成一组航点。应当理解，气道在本文中用作支气管管腔解剖网络的例子。在这里，术语“BT”在一般性的意义上用来表示任何这种管腔网络，并且不应当认为仅仅指支气管树，虽然缩写“BT”可能不适用于其它网络。
在BT中识别出连接CT图像中气管与目标的通路之后，需要一种系统在导航阶段让微波施加器800到达目标。一种这样的系统在标题为“MICROWAVE ENERGY-DELIVERY DEVICEAND SYSTEM”的共同受让的美国申请No.13/834,581中描述。
CT数据(图像)可以用于路线计划阶段。CT数据也用于导航阶段。CT数据优于其它成像方式，因为它具有自己的坐标系统。匹配两个坐标系统，即CT的和病人的坐标系统，通常被称为配准(registration)。配准一般是通过识别在CT上和身体上或身体中都有的位置并且测量它们在两个系统中的坐标来执行的。
CT数据和病人数据的手动和半自动配准的方法在例如受让给Covidien LP并通过引用被结合于此的美国专利No.7,233,820中具体描述。虽然仍然是可行的配准方法，但是，因为尤其是手动配准稍微有点耗时并且需要多个步骤，所以许多医生依赖于本公开内容软件启用的自动配准技术。但是，在有些情况下，尤其是如果CT图像数据质量不足，则可能仍然有必要或者期望进行手动配准。
自动配准已经对许多手术变成规范，因为，虽然以上提到的配准技术的手动基准点指定高度有效，但是采样的点数的选择必需代表准确度和效率之间的折中。类似地，虽然半自动技术是可行的选项，但是它在导管组件的远端需要图像传感器，这给系统带来了增加的复杂性。
自动配准技术在共同受让的美国专利申请No.12/780,678中具体描述，该申请通过引用被结合于此。分支结构的数字图像与表示该分支结构内部传感器位置的实时指示器之间的自动配准是通过使用传感器“描绘”结构内部的数字图像来实现的。一旦收集到足够的位置数据，配准就实现了。在通过分支结构的导航必需导致附加位置数据的收集的意义上，配准是“自动的”，并且因此，配准被持续地改进。
一旦目标被识别出、通路被计划好、包括可定位导向装置的气管镜插入病人体内并且虚拟气管镜图像与气管镜的图像数据配准，系统就准备好把位置传感器导航到病人肺部内的目标。计算机提供识别目标并且绘出虚拟气管镜图像的显示器。但是，在显示器上的每个图像中出现的是从位置传感器的当前位置到目标的通路。这是在以上讨论的通路计划阶段建立的通路。通路可以由例如彩色线条表示。在每个图像中出现的还有可定位导向装置和位置传感器的远端尖端的表示。通过推进可定位导向装置并且沿着通路，医务工作者能够沿着识别出的通路到达目标。有时候，如以上所讨论的，虚拟气管镜图像不能提供足够的准确度，尤其是在肺部的胸膜边界。在这种情况下，用户可以依赖于CT图像来提供更大细节。
虽然位置传感器的位置是实时测量的，但目标位置不是。目标一般被认为相对于由传感器实时监视的病人身体位置是固定的。但是，由于由呼吸导致的周期性胸部运动，导航准确度会降低。优选地，采取预防措施来减小这种周期性运动的影响，包括减小病人的呼吸率。此外，这种运动可以在软件中通过选择性地采样位置传感器的位置来考虑，使得测量只在周期性运动的尽头进行。病人胸部运动的尽头可以很容易通过呼吸周期中传感器的周期性移位来识别。使用最大呼气状态用于测量可能是优选的，因为这种状态通常比最大吸气状态对于呼吸周期的相对更大比例保持稳定。或者，测量可以持续地取得，并且周期性变化通过附加的处理被消除或减小。这种处理可以包括对测量应用低频过滤。或者，可以在周期性运动的一段时间上的测量的平均可以被计算，并且用来辅助逼近目标的位置。这是通过知道CT数据是关于病人在完全吸气还是呼气位置得出的而辅助的，这可以用于定位的比较和更大逼近。
一旦可定位导向装置已经成功地导航到目标位置，可定位导向装置就优选地被除去，留下护套在原位，作为把工具，例如微波施加器800，带到目标位置的导向通道。
本公开内容的计划和导航系统及方法可以采用标记。这些标记可以用于各种目的，包括识别要跟踪分析和监视的肿瘤和病变、识别已经进行活检取样的位置，以及识别要应用治疗的肿瘤或病变的边界或中心。其它用途将被本领域技术人员理解为属于本公开内容的范围。标记的放置在执行视频辅助胸腔镜手术(VATS)肺部手术的背景下特别有用，这在共同受让的美国申请No.13/834,581中更具体地描述，该申请的公开内容通过引用被结合于此。
用于植入的标记的位置识别的各种技术都可以被采用，包括透视、超声及其它成像方式。这些在标记具备由例如金构成的不透射线部分的时候特别有用。VATS手术特别有助于可视识别，尤其是当执行肺部胸膜附近组织的治疗时。提高可视化的一些技术涉及墨水或颜料注入病人体内，以识别标记的位置。这些技术对于视觉识别更倾向于是基于临床医生的特设解决办法。
作为初始问题，任何类型的标记的可视化会非常难，尤其是在变色和患病的肺部组织中。另外，对于要识别的组织的准确识别而言，传统的染料和解决办法趋于扩散太广，尤其是如果在外科手术之前标记放置超过几个小时。通常，外科手术必须在染料注入72小时内进行。另一方面，在没有某种成像方式的情况下，金基准标记就算不是不可能也很难识别，并且有时候当前可用的基准标记趋于随时间，或者甚至由于病人咳嗽，而迁移。
如在其公开内容通过引用被结合于此的、共同受让的美国申请No.13/834,581中所描述的，计划和导航系统及方法的一种实施例针对标记的放置，以促进在VATS期间感兴趣的组织的可视识别，并且因此组织可以利用以上所述的微波消融系统经皮消融。
虽然本文关于特定的计划和导航系统进行了描述，但是，在不背离本公开内容范围的情况下，也可以采用其它通路计划和导航系统。例如，在其中每个的公开内容都通过引用被结合于此的共同受让的美国专利申请No.13/477,279、13/477,291、13/477,374、13/477,395、13/477,406和13/477,417中描述的系统以及例如在当前受让给Activiewes公司的美国专利No.7,876,942中描述的那些系统。
虽然这里关于肺部组织的治疗进行了描述，但是本公开内容的实施例同样可适用于其它组织的治疗。例如，预期本公开内容的系统和方法可以用来治疗肝脏组织、肾脏组织、胰腺组织、肠胃组织、间质(interstitial masses)，以及本领域技术人员已知可以经微波消融治疗的身体的其它部分。
本公开内容中所描述的可以体现为手柄、电缆和测温模块(一般称为设备)的微波施加器可以包括一个或多个能够在其中存储用于识别设备的数据的数据存储部件(例如，EEPROM、PROM等)。所存储的数据可以包括设备的识别数据以及与设备的使用相关的数据(例如，激活的次数或者使用的时间戳)和与设备的再处理相关的数据。从数据存储部件读取的数据可以由系统的其它部件，诸如图10的微波发生器1000，读取，以确保设备与系统的其它部件兼容、被允许在特定的地理位置操作、不超过既定的使用计数或使用时间，并且合理地保证是消过毒的。
或者，设备可以包括识别设备的条形码，并且微波发生器或者微波消融系统的其它部件可以包括用于从条形码读取识别数据的条形码阅读器。然后，条形码阅读器可以把读出的识别数据提供给连接到条形码阅读器的计算机，使得计算机可以跟踪设备的使用。
防止设备的非预期使用的一种方法是限制需要设备再处理之前的使用次数。作为与单次使用设备相关的一个例子，在把设备(例如，图8的微波施加器800)连接到发生器(例如，图10的微波发生器1000)之后，或者在设备的初始使用之后，时间戳可以写到数据存储部件的数据域。这个数据域可以被持续地检查，以确保从那个时间戳开始没有经过太长时间。或者与设备的连接/激活同时，或者在从初始时间戳开始允许的使用时间过期之后，数据可以写到数据存储部件中单独的数据域。在单次使用设备的例子中，一旦数据域已经有写到其的、可以被系统其它部件读取的数据，其它部件就将拒绝允许设备的使用并且可以向用户提供设备必须送去再处理的消息。在不背离本公开内容范围的情况下，如本领域普通技术人员将认识到的，也可以使用其它使用方案。
再处理可以在授权的再处理设施中执行，在该设施中，设备可以被检查、磨损的部件可以被替换、存储在数据存储部件上的数据可以被读取，并且设备可以被消毒。从数据存储部件读取的数据可以发送回原始制造商用于检查和分析。数据存储部件可以包括识别设备已经再处理的次数的数据域。这个数据域在每次设备被再处理时更新。
设备可以被再处理的次数也可以限定。从而，在达到规定限制时，设备必须完全销毁。作为再处理的一部分，从插入另一部件或者首次激活开始的上述时间戳可以被重写，并且在下次插入另一部件时设备可用。虽然本文一般性地关于有限的例子进行了描述，但是再处理可以采取各种方案，并且数据存储部件上的多个数据域可以被读取、重写，或者使数据写到其中，以确保设备的安全性和无菌。
虽然为了说明和描述已经参考附图具体地描述了实施例，但是应当理解，发明性过程和装置不应当认为由此被限制。对本领域普通技术人员来说很显然，在不背离本公开内容范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (7)

1.一种微波测温网络模块，包括：
外罩；
第一连接器组件，耦合到所述外罩的第一端，以及第二连接器组件，耦合到所述外罩的第二端；
微波传输线，耦合在所述第一连接器组件和第二连接器组件之间；及
耦合到所述微波传输线的测量模块，所述测量模块包括部署在所述外罩中的耦合网络、辐射计和数据总线连接器，所述耦合网络被配置为把传播通过所述微波传输线的信号的一部分耦合到所述辐射计，所述辐射计配置为处理所述信号的这部分，以获得噪声温度信号，并且所述数据总线连接器被配置为将所述噪声温度信号发送到连接到所述第一连接器组件或者第二连接器组件的微波消融系统的至少一个部件。
2.如权利要求1所述的微波测温网络模块，还包括耦合到所述辐射计并且配置为基于所述噪声温度信号确定温度值的控制器。
3.如权利要求2所述的微波测温网络模块，还包括耦合在所述第一连接器组件和第二连接器组件之间的数据总线，
其中所述控制器耦合到所述数据总线并且配置为把所述温度值发送到连接到所述第一连接器组件或第二连接器组件的微波消融系统的至少一个部件。
4.如权利要求2所述的微波测温网络模块，还包括：
显示器，部署在所述外罩上；及
显示驱动器，耦合到所述显示器，
其中所述控制器控制所述显示驱动器显示所述温度值。
5.如权利要求2所述的微波测温网络模块，还包括温度选择器，所述温度选择器用于选择温度，在该温度下将切断传播通过所述微波传输线的所述信号，
其中，如果该温度值大于选定的温度，则所述控制器向耦合到所述微波测温网络模块的微波发生器发送切断消息。
6.如权利要求2所述的微波测温网络模块，其中所述温度值代表被治疗的组织的温度或者微波消融系统部件的一部分的温度。
7.如权利要求1所述的微波测温网络模块，还包括耦合在所述第一连接器组件和第二连接器组件之间并且配置为在所述第一连接器组件和第二连接器组件之间运送功率信号的电源线。
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