CN108904042B - 可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针和微波消融仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针和消融仪，微波消融针包括针头、针杆和手柄，针头连接在针杆前端，针头的中心贯穿连接有压力探针，压力探针通过压敏材料与同轴电缆连接，同轴电缆一端位于针杆内，另一端与信号接口连接，在同轴电缆四周设有进水管道、出水管道和微气泡水管道，进水管道与出水管道的一端相互连通形成循坏，另一端与进水道口和出水道口相连通，所述微气泡水管道的一端连接微气泡水出口，另一端连接微气泡灌注道口；所述针头外围上设有热敏电阻，针杆的前端部设有电极头，热敏电阻和电极头均与同轴电缆相连。本发明可判断针尖是否已经刺破包膜组织，以及在超声图像上可判断消融针的有效作用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波消融针及微波消融治疗仪，具体是一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针和微波消融仪，属于医疗设备领域。
背景技术
微波消融针在进行穿刺治疗的时候，当途经的生物组织为包膜结构时，其在较小的力度下并不会被刺破，仅在微波针的压力作用下移位，此时从医学影像上很难判断微波针是否已经通过包膜，给治疗带来安全隐患。
同时，传统的微波消融针所带的测温功能，仅能测出测温元器件所在位置的温度，对生物组织内的温度分布或者温度分布区域无法进行判断，操作者无法比较方便得调节微波消融所需的功率。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针和微波消融仪。
本发明采取的技术方案如下：
一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，包括针头、针杆和手柄，所述针头连接在针杆前端，针头的中心贯穿连接有压力探针，所述压力探针的前端伸出针头，后端伸入针杆前端部并连接压敏材料后与同轴电缆连接，所述同轴电缆一端位于针杆内，另一端伸入手柄与信号接口连接，在同轴电缆四周的针杆内设有进水管道、出水管道和微气泡水管道，所述进水管道与出水管道的一端相互连通形成循坏，另一端分别连接至进水腔和出水腔并与位于进水腔和出水腔上的进水道口和出水道口相连通，所述微气泡水管道的一端连接位于针杆上的微气泡水出口，另一端连接至进水腔并与位于进水腔上的微气泡灌注道口相连通；所述针头的外围上设有热敏电阻，针杆的前端部设有电极头，所述热敏电阻和电极头均通过线缆与所述同轴电缆相连。
进一步的，所述针杆前端与针头之间设有绝缘介质。
进一步的，所述进水管道、出水管道的前端连通处设有堵水轴，所述堵水轴外侧与针杆内壁密封连接，堵水轴的内侧密封套接在压敏材料和同轴电缆上。
进一步的，所述进水管道、出水管道和微气泡水管道分别通过进水道口、出水道口和微气泡灌注道口与外部水箱连接。
进一步的，所述针杆与手柄的连接处设有保护套。
进一步的，所述电极头为微波加热元件，通过微波加热元件产生微波场而实现加热。
一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融治疗仪，其包括上述的微波消融针以及与该微波消融针相连接的微波消融主机，所述微波消融针和微波消融主机通过信号接口进行压力、温度和微波信号的传输。
本发明的有益效果是：
(1)压力探测可感知针尖当前所受的压力，操作者可观察是否出现压力值的突变而判断针尖是否已经刺破包膜组织；
(2)微气泡水的灌注，在治疗区域内分布了大量微气泡，这些微气泡在成像超声的声压作用下会破裂而产生很强的超声回波效应，并且微气泡的破裂声压阈值与温度有关。在无温差的区域微气泡的破裂是均匀分布的，而有温差的区域内则是温度较高的地方微气泡破裂比较多，从而在超声图像上形成回波强烈区，以此判断消融针的有效作用范围。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是微波消融针的针头与针杆部结构示意图，
图2是微波消融针的整体结构示意图。
图3是微波消融治疗仪的原理框图。
图4是人机交互模块原理框图。
图5是测温模块原理框图。
图6是测压模块原理框图。
图7是功率源原理框图。
图8是冷却系统和气泡水系统原理框图。
图9是微气泡水指示温度范围示意。
图中标记为：1-压力探针，2-针头，3-热敏电阻，4-热敏电阻电缆，5-绝缘介质，6-电极头，7-堵水轴，8-压敏材料，9-针杆，10-进出水道隔管，11-进水管道，12-出水管道，13-微气泡水管道，14-同轴电缆，15-微气泡水出口，16-保护套，17-进水腔，18-出水腔，19-手柄，20-微气泡灌注道口，21-进水道口，22-出水道口，23-压力、温度检测系统和微波发射的信号接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
如图1和图2所示，一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，包括针头2、针杆9和手柄19，所述针头2连接在针杆9前端，针头2的中心贯穿连接有压力探针1，所述压力探针1的前端伸出针头2，后端伸入针杆9前端部并通过压敏材料8与同轴电缆14连接，所述同轴电缆14一端位于针杆9内，另一端伸入手柄19与信号接口23连接，在同轴电缆14四周的针杆9内设有进水管道11、出水管道12和微气泡水管道13，所述进水管道11与出水管道12的一端相互连通形成循坏，另一端分别连接至进水腔17和出水腔18并与位于进水腔17和出水腔18上的进水道口21和出水道口22相连通，所述微气泡水管道13的一端连接位于针杆9上的微气泡水出口15，另一端连接至进水腔17并与位于进水腔17上的微气泡灌注道口20相连通；所述针头2的外围上设有热敏电阻3，针杆9的前端部设有电极头6，所述热敏电阻3和电极头6均通过线缆与所述同轴电缆14相连。
本实施例中，所述针杆9前端与针头2之间设有绝缘介质5。所述进水管道11、出水管道12的前端连通处设有堵水轴7，所述堵水轴7外侧与针杆9内壁密封连接，堵水轴7的内侧密封套接在压敏材料8和同轴电缆14上。所述进水管道11、出水管道12和微气泡水管道13分别通过进水道口21、出水道口22和微气泡灌注道口20与外部水箱连接。所述针杆9与手柄19的连接处设有保护套16。所述电极头6为微波加热元件，通过微波加热元件产生微波场而实现加热。
实施例二
一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融治疗仪，其包括实施例一中所述的微波消融针以及与该微波消融针相连接的微波消融主机，所述微波消融针和微波消融主机通过信号接口进行压力、温度和微波信号的传输。
本发明的工作原理如下：
如图3所示，为实现微波消融的功率输出、冷却、测温以及本方案特有的测压和气泡水灌注，在微波消融主机中包括：主控模块、功率源、冷却系统、气泡水模块、人机交互模块、测温模块、测压模块。
如图4所示，人机交互模块包括显示模块和按键模块两个部分，显示模块接显示屏用于显示系统状态，按键模块用于操作者向机器发送操作指令。
如图5所示，微波消融针上的热敏电阻在温度变化时会产生相应的电信号变化，此信号传入到主机后，先经过信号调理，过滤掉干扰信号，然后进行模数转换(ADC)，转换后的数字信号被传入主控模块作为调节功率的依据。
如图6所示，微波消融针尖端的压力探针，在把消融针穿刺到指定位置的时候，其会将压力传递到压敏材料上，压敏材料会产生相应的电信号变化。依据压敏材料的特性，此信号可以为电容值或电阻值。此信号传入到主机，经过信号调理，过滤掉干扰信号，然后进行模数转换(ADC)，转换后的数字信号被传入主控模块然后显示到显示屏上，操作者可根据压力值是否有突变来判断消融针是否已经刺破包膜组织。
如图7所示，微波消融仪的功率由一个功率源发出。先由一个信号发生器产生和消融针相适应的频率的波形，然后该信号在功放模块中被放大为大功率信号。此处，功放模块的放大量是由功率控制模块控制的，其接收来自主控模块的控制信息并转换为具体的控制操作对功放模块形成控制。经功率放大后的信号会经过功率检测模块，以确定其是否达到了预设的放大量。最后该信号经线缆传输到微波消融针上的电极。
如图8所示，系统中冷却水和微气泡水的灌注由蠕动泵驱动水管实现。首先由主控模块根据算法判断冷却水和微气泡水的需求量，然后发送控制信号给驱动模块，由其驱动电机按规定的转速工作，电机带动泵头转动，泵头在转动过程中通过有规律的挤压水管实现冷却水和微气泡水的泵出。
如图9所示，微气泡水，是一种内含微气泡的水，微气泡是一种体积很小且中空的膜状物质。微气泡在达到一定阈值的压力下会破裂。
在做微波消融针治疗的时候，一般采用超声波成像的方式进行引导和监测。超声波是一种机械波，会在生物组织内产生压力，称为声压，当声压达到一定的阈值后就会造成微气泡的破裂，并大量反射超声波，在超声图像上产生明显的回波信号而被观察到。微气泡的破裂，温度是一个重要的影响因素，温度越高的环境，微气泡破裂所需的压力阈值越小。由此可根据超声图像上看到温度较高区域的超声波回波更强烈，图像更亮。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，包括针头、针杆和手柄，其特征在于，所述针头连接在针杆前端，针头的中心贯穿连接有压力探针，所述压力探针的前端伸出针头，后端伸入针杆前端部并连接压敏材料后与同轴电缆连接，所述同轴电缆一端位于针杆内，另一端伸入手柄与信号接口连接，在同轴电缆四周的针杆内设有进水管道、出水管道和微气泡水管道，所述进水管道与出水管道的一端相互连通形成循坏，另一端分别连接至进水腔和出水腔并与位于进水腔和出水腔上的进水道口和出水道口相连通，所述微气泡水管道的一端连接位于针杆上的微气泡水出口，另一端连接至进水腔并与位于进水腔上的微气泡灌注道口相连通；所述针头的外围上设有热敏电阻，针杆的前端部设有电极头，所述热敏电阻和电极头均通过线缆与所述同轴电缆相连；所述电极头为微波加热元件，通过微波加热元件产生微波场而实现加热；
所述压力探针在消融针穿刺到指定位置的时候，其会将压力传递到压敏材料上，压敏材料会产生相应的电信号变化，此信号传入到主机，经过信号调理，过滤掉干扰信号，然后进行模数转换，转换后的数字信号被传入主控模块然后显示到显示屏上，操作者根据压力值是否有突变来判断消融针是否已经刺破包膜组织。
2.根据权利要求1所述的可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，其特征在于所述针杆前端与针头之间设有绝缘介质。
3.根据权利要求1所述的可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，其特征在于所述进水管道、出水管道的前端连通处设有堵水轴，所述堵水轴外侧与针杆内壁密封连接，堵水轴的内侧密封套接在压敏材料和同轴电缆上。
4.根据权利要求1所述的可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，其特征在于所述进水管道、出水管道和微气泡水管道分别通过进水道口、出水道口和微气泡灌注道口与外部水箱连接。
5.根据权利要求1所述的可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融针，其特征在于所述针杆与手柄的连接处设有保护套。
6.一种可反馈穿刺压力和示踪温度场的微波消融仪，其特征在于包括上述权利要求1至5任一项所述的微波消融针以及与该微波消融针相连接的微波消融主机，所述微波消融针和微波消融主机通过信号接口进行压力、温度和微波信号的传输。
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