CN111150487A - 微波消融针及微波消融治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波消融针及微波消融治疗仪，微波消融针所包含的微波辐射天线具有独特的多发射环结构，该辐射结构具有很高的辐射效率，通过调节天线的结构参数，可以调节和改善微波消融区域的形状和大小，具有很高的实用价值和推广意义。微波消融治疗仪包含的高频尖峰脉冲抑制模块、同轴隔离模块、浪涌保护器具有降低驻波比，提高微波输出效率的功能，同时还可以改善微波消融区域的形状和大小。本发明主要应用于微波消融治疗，可以用来对人体的肿瘤、结节、以及其他肌肉、脂肪、血管等组织进行消融治疗。

Description

微波消融针及微波消融治疗仪

技术领域

本发明涉及一种对肿瘤进行消融治疗的医疗器械，涉及微波消融治疗仪和配套使用的微波消融针。

背景技术

微波消融技术是近十年以来发展起来的一项新技术，是现代医学影像和微波技术的结合。其治疗机理是在B超、CT或MRI引导下，将针状的辐射器（称之为“微波消融针”）直接插入到肿瘤组织的内部，肿瘤组织中的极性分子和离子在交变微波场的作用下剧烈振动、磨擦产生大量热量，直接加热肿瘤组织，用热凝的方法使肿瘤组织变性、坏死，以达到灭活肿瘤组织的目的。由于其疗效显著，操作简便，创口小，目前已经在实体肿瘤的微创治疗中得到越来越广泛的应用。

随着临床的不断深入，人们对于微波消融治疗仪和微波消融针(微波辐射天线)提出了越来越高的要求。例如：要求微波消融治疗仪性能稳定，界面友好，操作简便，能快速准确地显示治疗部位的各种实时参数，并拥有各种安全保护功能；使用微波消融针插入肿瘤组织治疗时，一方面希望消融针能输出稳定且较大的微波功率，以便能有效加热肿瘤组织，一方面要求针管越来越细，以便在穿刺时对穿刺路径上的血管、神经等组织的损伤达到最小；还要求消融区域的形状尽可能接近圆形，即与肿瘤的形状相匹配，从而使治疗效果达到最佳。

而目前市场上的微波消融治疗仪，有不少仍采用以磁控管为核心的微波源，该类型的微波消融治疗仪体积大，工作电压高达4000V，寿命只有500-1000个小时。其输出功率随着时间衰减严重；中心控制模块采用的CPU也速度慢，性能差。目前的微波消融针针管的外径一般约为2.2mm，其内部微波传输部分是刚性（或半刚性）同轴电缆，该同轴电缆由金属外导体(屏蔽作用)、金属内导体(传输微波作用)和内、外导体间的塑料绝缘层组成。通常在同轴电缆的前端剥去一段金属外导体，留下内外导体间的塑料绝缘层和金属内导体，金属内导体接微波消融针的针尖，针尖为微波辐射端。由于刚性同轴电缆前端连接的微波消融针的针尖不受金属外导体的屏蔽，因此微波能量可由此辐射出去，肿瘤吸收微波后，会产生高温消融，灭活肿瘤细胞。但是，作为天线一极的针尖由于形状细长，辐射形成的微波场为细长型，使消融区域的形状也是细长型。此外，同轴电缆的截面积与其可承载的微波能量是成正比的，在微波频率一定的情况下，微波消融针输出给肿瘤组织的微波能量越多，可凝固的组织范围越大。因此要想加大肿瘤消融的范围，不但需要增加同轴电缆的直径，还需增加作为辐射天线的针头的表面积。而实践表明，采用较粗的微波消融针进行临床穿刺，将不可避免地会对穿刺路径中的血管、神经或其它组织造成严重伤害，发生组织器官大出血的几率会增高，从而增加了手术操作的复杂性和危险性。因此目前国内、外大多使用直径小于2.2mm的微波消融针，当其同轴电缆被强制增大传导输出功率时，会导致电流过大而发热，可能导致同轴电缆烧毁，甚至可能导致消融针针杆周围正常组织被烫伤。因此，除了必须对微波消融针的针头采取冷却措施外，通过合理设计提高微波天线的辐射效率势在必行。

公告号为CN204708984U，名称为“一种高强度微波消融针”的实用新型专利，其中公开了一种水冷型微波消融针，其陶瓷针头内的辐射天线和针杆之间很难实现阻抗匹配，微波会在该结构内形成反射，导致微波天线辐射效率低，且消融区域不是球形，影响消融效果。公告号为CN101711705A，名称为“微波消融针及其微波消融治疗仪”的发明专利，其中公开的针管采用毛细管的方式进行水循环冷却，然而，毛细管的进水量太少，对针头的冷却效果不佳。还有采用隙缝天线作为微波发射天线，由于天线面积太小，发射效率较低，难以获得满意的消融效果。

发明内容

针对以上技术上的缺陷和不足，本发明提出一种微波消融针及与之配套使用的微波消融治疗仪，以解决传统的微波辐射天线因辐射效率低导致消融效果不佳的问题。

本发明的技术实现方案如下：

一种微波消融针，包括：消融针头、消融针管、同轴电缆、尾盒、微波电缆接头、进水接头以及出水接头；所述消融针管的前端与消融针头连接，消融针管的末端进入所述尾盒内；所述同轴电缆贯穿于所述消融针管内，且同轴电缆的末端在所述尾盒内与所述微波电缆接头电连接；所述微波电缆接头、进水接头以及出水接头均设置于所述尾盒上。

进一步地，所述微波消融针还包括：金属体，所述金属体在所述同轴电缆的最前端，且与同轴电缆的内导体电连接；在靠近所述金属体的一段同轴电缆的绝缘层上安装有两个互相平行、且环绕同轴电缆的金属环，分别称为前环与后环，前环紧靠所述金属体，且与所述金属体电连接，后环通过导线与同轴电缆的后外导体电连接；由所述前环、后环、以及金属体构成的微波辐射天线置于所述消融针头内，微波从金属体、前环与后环构成的微波辐射天线向外发射。

本发明所述微波消融针，由金属体和至少两个金属环构成的微波辐射天线具有多发射环结构，在相同条件下和无需增加同轴电缆直径的情况下大大地提高了辐射效率，消融区域面积更大，从而提高了消融效果，避免了同轴电缆被强制增大输出功率而导致易发热烧毁的问题；同时，调节前环、后环的宽度，前环与后环之间的间距，以及后环与同轴电缆的后外导体之间的间距可以调节和改变消融区域的形状和大小，进一步提高了消融效果，而无需增加同轴电缆的直径和消融针头的表面积，尽可能地避免了对穿刺路径中血管、神经或其他组织的伤害，降低了手术操作的复杂性和风险性；所述微波辐射天线制作简单，构思精巧、具有很高的实用价值和推广意义。

进一步地，还可以在微波辐射天线中采用多个金属环的的模式：在前环和后环之间安装第三个或多个金属环；多金属环模式的实现方式为：在所述同轴电缆上剔除两段以上该同轴电缆的外导体，形成多个有外导体构成的、互相平行的金属环，或者剥去一段所述同轴电缆的外导体，在同轴电缆的绝缘层上套装多个金属环，根据需要，中间环既可与前环电连接，亦可与后环电连接。

还可以采用其他方式如腐蚀等制作具有双发射环结构的微波辐射天线。

进一步地，所述微波辐射天线的前环的宽度为1.0～12.5mm，最佳值为1.5mm～6.5mm ；后环的宽度为1.5～12.5mm，最佳值为4.0mm到9.8mm之间；前环与后环之间的间距为0.5～13mm，最佳值为1.5mm到5.0 mm之间；后环与同轴电缆的后外导体之间的间距为1.0～32mm，最佳值为6.5mm到18mm之间。

后环与同轴电缆的后外导体之间的间距要尽可能大，大于6mm，这样可以减小外导体对微波辐射天线的电场影响，同时也能改善和调节消融区域的形状。

进一步地，所述前环与后环的宽度相等，微波辐射天线产生球形或椭球形的消融区域；所述前环与后环的宽度不相等，微波辐射天线产生纺锤形的或水滴状的消融区域；调节所述前环与后环之间的间距和后环与同轴电缆的后外导体之间的间距来调节所述消融区域的大小的形状。

市面上的微波消融针基本上都是从窗口和缝隙向外发射微波，而本发明主要是通过金属球、前环与后环共同组成的微波辐射天线来向外发射微波。相较于市面上的其它产品，本发明大大提高了微波辐射天线的辐射效率，相同条件下的发射功率也可以更大，消融面积更大。该微波辐射天线的另一个优势是，通过调节辐射天线中的前环宽度W1、后环宽度W2、前后环之间的间距D1、以及后环与同轴电缆的后外导体之间的间距D2，可以方便地改变消融区域的形状和大小。

进一步地，所述金属体是直径与所述同轴电缆的外径相同金属球、金属椭球或其他形状的金属体；或者该金属体是直径与所述同轴电缆的外径不相同金属球、金属椭球或其他形状的金属体；所述金属体的直径与所述同轴电缆的内导体外径之比为0.5：1～3：1，优选0.8：1～1.5：1；这种比例便于将金属体、内导体和最前端的导电环焊接在一起。

进一步地，所述的消融针头由耐高温非金属材料制作，所述微波辐射天线同轴设于所述消融针头的中心对称孔内；所述微波辐射天线同轴设于所述消融针头的中心对称孔内；在消融针头尾部与消融针管的连接处设有金属材料制成的前隔离环，前隔离环环绕剥去外导体的同轴电缆，与同轴电缆的绝缘层紧密接触，且与内针管电连接；在尾盒与消融针管的连接处设有金属材料制成的后隔离环，后隔离环环绕外针管，且与外针管电连接。

前隔离环是由金属材料制成的具有微波隔离功能，前隔离环环绕剥去外导体的同轴电缆，与同轴电缆的绝缘层紧密接触，同时，前隔离环与消融针管的内针管电连接；前隔离环主要隔离和阻断从微波辐射天线沿着同轴电缆反射回来的反向电磁波，降低驻波比，此外，前隔离环还具有改善消融区域形状的作用。后隔离环也是由金属材料制成的具有微波隔离功能，后隔离环环绕消融针管的外针管，且与外针管电连接；后隔离环主要隔离和阻断沿着外针管和内针管反射回来的反向电磁波，以及残余的从微波辐射天线沿着同轴电缆反射回来的反向电磁波。前后两个隔离环的设计大大减低了驻波比，提高了天线的辐射效率，改善了消融形状；更进一步的，前后两个隔离环减低了无用微波泄漏，增加了微波消融针的安全性。

进一步地，所述消融针管包括内针管、以及同轴套设于所述内针管外的外针管；所述同轴电缆设于所述内针管内，且同轴电缆与所述内针管之间保留第一间隙，所述内针管与外针管之间保留第二间隙；在靠近所述消融针头的内针管上开有出水孔，所述第一间隙与所述第二间隙通过该出水孔连通；所述尾盒的内腔被分隔成进水腔和出水腔，在进水腔与出水腔的分隔壁上设有通道垫圈，所述内针管和同轴电缆的末端穿过所述通道垫圈延伸至所述进水腔内，所述外针管的末端延伸至所述出水腔内；所述进水接头、进水腔、第一间隙、第二间隙、出水腔、以及出水接头相互连通，所述微波电缆接头设于与进水腔对应的尾盒上。

在所述尾盒与消融针管的连接处设有一与所述消融针外针管匹配的圆孔，消融针外针管可穿过该圆孔进入所述出水腔，在所述出水腔的后壁上有一金属通道垫圈，所述金属通道垫圈的中心有一与所述消融针内针管匹配的圆孔，所述消融针内针管从所述出水腔穿过该圆孔进入进水腔，所述消融针外针管尾部的端面位于出水腔中。冷却水通过进水接头流入至第一间隙内，对同轴电缆冷却后，再由出水孔流入至第二间隙内，回流至出水腔后经出水接头流出，相对于毛细管来说，第一间隙作为进水通道进水量大，第二间隙作为出水通道出水量大，提高了冷却水在消融针管内的流动速率和流动量，提高了对同轴电缆、消融针头和针杆的冷却效果，避免了消融针头和消融针杆因过热而导致对周围正常组织的伤害。

本发明还提供一种微波消融治疗仪，包括：如上所述的微波消融针。

进一步地，所述微波消融治疗仪还包括中心控制模块、循环水冷系统、微波源以及同轴隔离模块，所述中心控制模块分别与微波源和循环水冷系统电连接；所述微波消融针的微波电缆接头通过同轴隔离模块与所述微波源电连接，微波消融针的进水接头与所述循环水冷系统连接。

中心控制模块控制微波源输出微波能量，微波能量经微波同轴电缆传输至消融针尾盒上的微波电缆接头，进入尾盒内部后由同轴电缆传输至微波辐射天线，再由微波辐射天线向患者的病灶部位辐射微波能量进行加热消融，微波辐射天线采用多发射环结构，提高了辐射效率，从而提高了消融效果；循环水冷系统内的冷却水经进水接头流入至尾盒的进水腔内，再流入至第一间隙内对同轴电缆进行冷却，冷却后由靠近消融针头的出水孔流入至第二间隙内，最后经出水接头流出，第一间隙和第二间隙形成的进水通道和出水通道，水流量大，水流速度快，提高了对同轴电缆和消融针头的冷却效果。同轴隔离模块是一种微波单向器，正向传输的微波能够顺利通过，衰减少，反向传输的微波则被阻挡，极大地减少了微波反射，降低了微波输出回路的驻波比，保护了微波源中的微波器件，增强了治疗仪的可靠性；同时提高了微波输出效率，改善了消融区域的大小和圆度。

进一步地，所述微波消融治疗仪还包括浪涌保护模块和高频尖峰脉冲抑制模块，所述浪涌保护模块的输入端与外部电源连接，浪涌保护模块的输出端与所述高频尖峰脉冲抑制模块的输入端连接，所述高频尖峰脉冲抑制模块的输出端与治疗仪的电源模块连接。

浪涌保护模块和高频尖峰脉冲抑制模块设于微波消融治疗仪的网电源入口，浪涌保护模块能够抑制瞬时过电压、间接雷电和直接雷电，避免了治疗仪受到冲击而损坏，提高了安全性和抗干扰能力；高频尖峰脉冲抑制模块能够抵抗和消除网电源电路中电快速瞬变的脉冲群，确保设备不受干扰地稳定工作。

进一步地，所述微波治疗仪还包括与所述中心控制模块电连接的第一测温探头和第二测温探头，所述第一测温探头设于消融针管内，用于检测消融针管的温度，所述第二测温探头用于在治疗时检测消融部位的温度。

所述第一测温探头和第二测温探头均采用铂电阻作为感温元件，线性好、精密度高、老化小。

进一步地，所述微波源是以LDMOS器件作为核心的固态微波源。

该微波源可以承受100%反射功率，具有驻波、过电流和超温等保护功能，且微波泄露小，能够满足辐射安全标准。

进一步地，所述微波源外壳上设有功率测量与控制接线端子，方便与计算机和单片机的连接。

进一步地，所述中心控制模块包括显示屏，所述显示屏为触摸图形显示屏，它集显示与触摸控制为一体。

进一步地，所述循环水冷系统由所述蠕动泵驱动冷却水，经水管到达消融针尾盒上的进水接头，由该接头进入进水腔，再沿消融针管的第一间隙流至针头部位，由位于针头部位的消融针内针管上的出水孔流出至第二间隙，沿第二间隙回流至出水腔，出水接头与出水腔相通，冷却水由出水接头导出后，再沿回流水管返回冷却水源，形成循环。

所述微波消融治疗仪的面板上有一个微波输出端子和两个测温探头的输入端子。从所述微波输出端子可以通过微波同轴电缆与所述微波消融针尾盒上的微波电缆接头相连接。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的一种微波消融针及微波消融治疗仪，通过双（或多）金属环与金属体构成的具有多发射环结构的微波辐射天线，在无需增加同轴电缆直径的情况下大大地提高了辐射效率，从而提高了消融效果，避免了同轴电缆被强制增大输出功率而导致易发热烧毁的问题；同时，调节双环的宽度，前环与后环之间的间距，以及后环与同轴电缆的后外导体之间的间距可以调节和改变消融区域的形状和大小，进一步提高了消融效果，而无需增加同轴电缆的直径和消融针头的表面积，尽可能地避免了对穿刺路径中血管、神经或其他组织的伤害，降低了手术操作的复杂性和风险性；所述微波辐射天线设计精巧、制作简单、具有很高的实用价值和推广意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中微波消融针的结构示意图；

图2是本发明实施例中微波辐射天线的结构示意图；

图3是本发明实施例中微波消融治疗仪的结构框图；

图4是本发明实施例中微波消融治疗仪的外观图；

其中，1-尾盒，2-进水腔，3-通道垫圈，4-出水腔，5-外针管，6-内针管，7-同轴电缆，8-微波辐射天线，9-消融针头，10-进水接头，11-出水接头，12-微波电缆接头，13-耦合套管，14-后隔离环，15-金属体，16-前环，17-后环，18-绝缘层，19-导线，20-内导体，21-后外导体，22-机壳，23-蠕动泵，24-触摸显示屏，25-操作面板，26-光标调节旋钮，27-参数调节旋钮，28-微波输出插座，29-第一测温探头插座，30-第二测温探头插座，31-电源开关，32-出水孔，33-前隔离环。

实施方式

如图1和图2所示，本发明所提供的一种微波消融针，包括消融针头9、消融针管、同轴电缆7、尾盒1、微波电缆接头12、进水接头10、出水接头11以及金属体15。金属体15与同轴电缆7最前端的内导体20电连接（通过电焊连接），在靠近金属体15的同轴电缆7上平行地设有前环16和后环17；前环16紧靠金属体15，且与金属体15电连接（通过电焊连接），后环17通过导线19与同轴电缆7的后外导体21电连接；由前环16、后环17以及金属体15构成的微波辐射天线8同轴置于消融针头9的中心对称孔内。消融针管的前端与消融针头9连接。消融针管包括内针管6、以及同轴套设于内针管6外的外针管5；同轴电缆7贯穿于内针管6内，且同轴电缆7与内针管6之间保留第一间隙，内针管6与外针管5之间保留第二间隙；在靠近消融针头9的内针管6上开有出水孔32；尾盒1的内腔被分隔为进水腔2与出水腔4，进水腔2和出水腔4的分隔壁上装有通道垫圈3，内针管6和同轴电缆7的末端穿过通道垫圈3延伸至进水腔2内，外针管5的末端延伸至出水腔4内；进水接头10、进水腔2、第一间隙、第二间隙、出水腔4、以及出水接头11相互连通；微波电缆接头12通过耦合套管13与同轴电缆7的末端连接，且微波电缆接头12设于与进水腔2对应的尾盒1上。

微波消融针还包括前隔离环33和后隔离环14，前隔离环33设于消融针管与消融针头9的连接处，后隔离环14设于尾盒1与消融针管的连接处。前隔离环33由金属材料制成，具有微波隔离功能，前隔离环33环绕剥去外导体的同轴电缆7，与同轴电缆的绝缘层18紧密接触，同时，前隔离环33与消融针管的内针管6电连接；前隔离环33主要隔离和阻断从微波辐射天线8沿着同轴电缆7反射回来的反向电磁波，降低驻波比，此外，前隔离环33还具有改善消融形状的作用。后隔离环14也是由金属材料制成的具有微波隔离功能，后隔离环14环绕消融针管的外针管5，且与外针管5电连接；后隔离环14主要隔离和阻断沿着外针管5和内针管6反射回来的反向电磁波，以及残余的从微波辐射天线8沿着同轴电缆7反射回来的反向电磁波。前后两个隔离环的设计大大减低了驻波比，提高了天线的辐射效率，改善了消融形状；更进一步的，前后两个隔离环减低了无用微波泄漏，增加了微波消融针的安全性。

微波天线中金属环的设置方式有多种，可以为：在同轴电缆7上剔除两段该同轴电缆的外导体，形成由外导体构成的前环16和后环17（如图2所示），或者剥去一段同轴电缆的外导体，在同轴电缆的绝缘层18上套装前环16和后环17。

由前环16、后环17和金属体15构成的微波辐射天线8具有双发射环结构，在无需增加同轴电缆直径的情况下大大地提高了辐射效率，从而提高了消融效果，同时调节前环16和后环17的宽度，前环16与后环17之间的间距，以及后环17与同轴电缆的后外导体21之间的间距可以调节和改变消融区域的形状和大小。当前环16与后环17的宽度相等时，微波辐射天线8产生球形或椭球形的消融区域；当前环16与后环17的宽度不相等，微波辐射天线8产生纺锤形或水滴状的消融区域；通过调节前环16与后环17之间的间距、后环17与同轴电缆的后外导体21之间的间距可以来调节消融区域的短轴和长轴的长短，实现了消融区域大小的调节。

设前环16的宽度为W1，后环17的宽度为W2，前环16与后环17之间的间距为D1，后环17与其后同轴电缆外导体21之间的间距为D2，那么W1的优选范围为1.5～6.5mm，W2的优选范围为4～9.8mm，D1的优选范围为1.5～5.0 mm，D2的优选范围为6.5～18mm。

一、微波消融针的优选实施例：

微波消融针的核心是针头处的微波辐射天线，根据待消融区域的大小和形状，可以通过改变图3中的外针管直径d、W1、W2、D1、以及D2的数值，设计各种相应的微波辐射天线，如下表1所示。表1是优选的两组微波消融针的参数：

改变d、D1、D2、W1、W2可以制作各种规格的微波消融针，以适应各种形状的待消融区域。

上表实施例中两种消融针的外针管分别采用直径为1.6mm和1.8mm的医用不锈钢管，针头由陶瓷材料制作。采用直径为1.8mm的医用不锈钢管作为外针管时，位于针头中心对称孔中的微波辐射天线的制作方法是：采用一根外径为1.19mm的半刚性同轴电缆，在该同轴电缆的最前端焊接一直径约为1.2mm的铜质金属球，在同轴电缆紧靠金属球处采用切割的方式保留一段宽度为6mm的外导体，该段外导体即构成微波辐射天线的前环，金属球与前环采用电焊接连接。在距离前环4mm处采用同样的方法制作后环，后环宽度为6mm，前环与后环之间的外导体全部剔除，露出绝缘层。后环的后面再剔除16mm的外导体，使得后环与同轴电缆的后外导体的间距为16mm。最后用一根长度稍大于16mm的金属导线电焊连接后环与同轴电缆的后外导体。复合天线部分（微波辐射天线）装入针头，针头的尾部安装有金属材料制成的具有微波隔离功能的前隔离环，前隔离环的尾部制作成圆锥形，且前隔离环环绕剥去外导体的同轴电缆，与同轴电缆的绝缘层紧密接触，同时，它与内针管电连接。这样，金属球、前环与后环就构成一个微波辐射天线，微波辐射天线所辐射的微波被约束在前环与后环的周围空间，可以得到满意的消融区域和良好的辐射效率，易于调节消融形状。前隔离环隔离和阻断了从微波辐射天线沿着微波电缆反射回来的反向电磁波，降低了驻波比。此外，前隔离环还改善了消融形状。

本实施例中，金属体可以是直径或横截面积与同轴电缆的外径或横截面积相同的金属球、金属椭球或其他形状的金属体，也可以是直径或横截面积与同轴电缆的外径或横截面积不相同金属球、金属椭球或其他形状的金属体；金属体的直径或横截面积与同轴电缆的外径之比为0.5：1～3：1，优选0.8：1～1.5：1。

本实施例中，通道垫圈3为金属垫块，在金属垫块上开设有与内针管6直径匹配的第一圆孔，第一圆孔用于内针管6和同轴电缆延伸至进水腔2内，而外针管5末端位于出水腔4内，在消融针管与尾盒1的连接部设有与外针管5直径匹配的第二圆孔，第二圆孔用于外针管5延伸至出水腔4内。在连接部还套设有后隔离环14，后隔离环14可以隔离反射波，阻断反向电磁波，降低驻波比。后隔离环14由金属材料制成，具有微波隔离功能。后隔离环14直径设计为1.8mm，其尾部制作成圆锥形，环绕外针管5安装。后隔离环14隔离和阻断了沿着外针管5和内针管6反射回来的反向电磁波，以及残余的从微波辐射天线沿着同轴电缆反射回来的反向电磁波，后隔离环14进一步降低了驻波比，提高了辐射效率。此外，后隔离环14减低了无用微波泄漏，增加了安全性。

二、微波消融治疗仪

图3是本发明的微波消融治疗仪的结构框图。该微波消融治疗仪包括中心控制模块、电源模块、循环水冷系统、微波源、同轴隔离模块、浪涌保护模块、高频尖峰脉冲抑制模块、第一测温探头、第二测温探头以及如本实施例中所述的微波消融针。中心控制模块分别与电源模块、循环水冷系统中的水泵、微波源、以及第一测温探头和第二测温探头电连接；浪涌保护模块的输入端与外部电源连接，浪涌保护模块的输出端与高频尖峰脉冲抑制模块的输入端连接，高频尖峰脉冲抑制模块的输出端与电源模块连接；微波源的输出端与同轴隔离模块的输入端连接，同轴隔离模块的输出端通过微波同轴电缆与微波消融针的微波电缆接头连接；循环水冷系统的出水端通过管路与微波消融针的进水接头连通；第一测温探头设于消融针管内，用于检测消融针管的温度，第二测温探头用于在治疗时检测消融部位的温度。

本发明的具体工作过程如下：

中心控制模块、电源模块、微波源、同轴隔离模块、浪涌保护模块以及高频尖峰脉冲抑制模块设于机壳22内，蠕动泵23设于机壳22的侧面，在机壳22的正面还有操作面板25，操作面板25上设有触摸显示屏24、微波输出插座28、第一测温探头插座29、第二测温探头插座30、光标调节旋钮26、参数调节旋钮27以及电源开关。

如图4，连接微波消融治疗仪与微波消融针：将微波同轴电缆一端插头的插入消融治疗仪面板25上的微波输出插座28，另一端插入消融针尾盒上的微波电缆接头12。

检查通过蠕动泵23的冷却水水管，将冷却水的进、出水管插入冷却水源中。

按仪器背后的电源开关，开启治疗仪电源，此时，冷却水在蠕动泵23的驱动下流动，经第二管路到达消融针尾盒上的进水腔2内，再流入至第一间隙内对同轴电缆进行冷却，冷却后由靠近消融针头的出水孔流入至第二间隙内，经出水接头流出，最后通过第三管路流回冷却水箱内。

双击触摸显示屏24上的“一键试针”按钮，可检查微波消融针的连接状态，如连接不好导致驻波比超标，界面上会给出错误提示；将微波消融针插入患者治疗部位，将第二测温探头放置在需要监控温度的部位；按触摸显示屏24上“启动治疗”按钮，进入治疗界面，旋转参数调整与返回旋钮27，和光标移动与确认旋钮26分别设定治疗功率、治疗总时间、以及控温温度。设置完毕后按触摸显示屏24上的“启动”按钮，启动微波消融治疗，此时，微波由微波输出插座28输出，经微波同轴电缆传输到消融针尾盒上的微波电缆接头，再经穿过消融针内针管的超细半刚性同轴电缆输送到消融针针头的微波天线，微波辐射天线向外辐射微波能量对病灶部位进行高效加热，达到设定的治疗时间，设备可自动停止微波功率输出，治疗结束。

微波源是以LDMOS器件作为核心的固态微波源，采用全封闭抗电磁干扰设计而成，额定输出微波功率为200W。该固态微波源内置有消除微波反射和降低驻波比的环形器和无源负载，可承受100%反射功率；该固态微波源输出的微波频率稳定度采用PLL+VCO控制，具有驻波、过电流、超温等保护功能，并且微波泄露小，能够满足辐射安全标准。固态微波源的底部侧面可以装设n型微波插座，顶部配置散热风扇，底端还配有功率测量与功率控制信号接线端子，信号电平为0—5V，可由中心控制模块测量和调节微波输出功率的大小。微波源体积为：200(L)X120(W)X150(H)。本实施例中，微波源的具体型号为WSPS-433-200M。

循环水冷系统包括冷却水箱、蠕动泵以及管路，冷却水箱的出水管为第一管路，第一管路经过蠕动泵，与微波消融针的进水接头联通，冷却水箱的进水管通过第二管路与微波消融针的出水接头连通，回流的水经出水接头和第二管路流回至冷却水箱内，形成循环，节约水资源。本实施例中，冷却水为冰生理盐水，水泵为蠕动泵，蠕动泵的具体型号为YZ25B。

高频尖峰脉冲抑制模块采用滤波与吸收相结合的设计方案。滤波电路由耐高压电阻、电容和电感设计而成，当高频尖峰脉冲到达该滤波电路时，将被它阻挡或滤除。吸收则直接采用铁氧体磁芯，将这些铁氧体磁芯套在电缆上，当电缆中有高频尖峰脉冲等干扰信号通过时，铁氧体将吸收这些干扰信号，并将吸收的电磁能转换为热能消耗掉。该高频尖峰脉冲抑制模块也采用全金属封闭设计、制作，体积为：100(L)X75(W)X25(H)。该高频尖峰脉冲抑制模块提高了微波消融仪工作的稳定性。高频尖峰脉冲抑制模块也可以选择市面上出售的通用型号，本实施例中，高频尖峰脉冲抑制模块的具体型号为JY-3*2*2.5。

同轴隔离模块是由在平行板波导中组合排列一个个铁氧体柱所构成，平行板的材质为金属铝板。微波只能沿波导正向通过同轴隔离模块，反向传输的微波将被波导中的排列的铁氧体所吸收。选购的铁氧体对于微波源工作频率2.45GHz的微波有强烈的吸收。同轴隔离模块是一种微波单向器，正向传输的微波能够顺利通过，衰减少，反向传输的微波则被阻挡，极大地减少了微波反射，降低了微波输出回路的驻波比，保护了微波源中的微波器件，增强了治疗仪的可靠性；同时提高了微波输出效率，改善了消融区域的大小和圆度。同轴隔离模块可以加工制作成一个体积为90(L)X60(W)X30(H)的微波器件，前后各装配一个BNC高频插座作为输入输出连接之用。本实施例中，同轴隔离模块采用型号为TG2126C的同轴隔离器，微波只能沿正向通过同轴隔离器，反向传输的微波将被同轴隔离器波导中排列的铁氧体所吸收。

浪涌保护模块是由放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等电子元器件组合构成，这些元件的功能各不相同。其中放电间隙由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线（PE）相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。充气放电管由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体（Ar）的玻璃管或陶瓷管内组成的。压敏电阻是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。抑制二极管具有箝位限压功能，它工作在反向击穿区，具有箝位电压低和动作响应快的优点，在这里被用作末级保护元件。扼流线圈是由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上而构成的，它被用于平衡线路中的抑制共模干扰信号（如雷电干扰）。浪涌保护模块的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在微波消融仪所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护微波消融仪不受冲击而损坏。浪涌保护模块也可以选择市面上出售的通用型号，本实施例中，浪涌保护模块的具体型号为AM-10/350。

本发明提供了一种微波消融针和配套的微波消融治疗仪，并通过上述实施例进行了说明。但应当理解的是，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的原理还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改也应视为本发明所要求保护的范围。本发明的保护范围由本发明的权利要求书进行界定。

Claims (15)

1.一种微波消融针，其特征在于，包括：消融针头（9）、消融针管、同轴电缆（7）、尾盒（1）、微波电缆接头（12）、进水接头（10）以及出水接头（11）；所述消融针管的前端与消融针头（9）连接，消融针管的末端进入所述尾盒（1）内；所述同轴电缆（7）贯穿于所述消融针管内，且同轴电缆（7）的末端在所述尾盒（1）内与所述微波电缆接头（12）电连接；所述微波电缆接头（12）、进水接头（10）以及出水接头（11）均设置于所述尾盒（1）上。

2.如权利要求1所述的一种微波消融针，其特征在于，还包括：金属体（15），所述金属体（15）安装在所述同轴电缆（7）的最前端，且与同轴电缆的内导体（20）电连接；在靠近所述金属体（15）的同轴电缆（7）的绝缘层（18）上装有两个互相平行的金属环，分别称为前环（16）与后环（17）；前环（16）紧靠所述金属体（15），且与所述金属体（15）电连接，后环（17）通过导线（19）与同轴电缆的后外导体（21）电连接；所述前环（16）、后环（17）、以及所述金属体（15）构成的微波辐射天线（8）置于所述消融针头（9）内，微波从金属体（15）、前环（16）与后环（17）构成的微波辐射天线（8）向外发射。

3.如权利要求1或2所述的一种微波消融针，其特征在于：微波辐射天线（8）设置为多金属环模式：在前环（16）和后环（17）之间安装第三个或多个金属环；多金属环模式的实现方法为：在所述同轴电缆（7）上剔除两段以上该同轴电缆（7）的外导体，形成由外导体构成的多个金属环，或者剥去一段所述同轴电缆（7）的外导体，在同轴电缆（7）的绝缘层（18）上套装多个金属环；根据需要，中间的金属环与前环（16）电连接，或者与后环（17）电连接。

4.如权利要求1或2所述的一种微波消融针，其特征在于：所述微波辐射天线（8）的前环（16）的宽度为1.0～12.5mm；后环（17）的宽度为1.5～12.5mm；前环（16）与后环（17）之间的间距为0.5～13mm；后环（17）与同轴电缆（7）的后外导体（21）之间的间距为1.0～32mm。

5.如权利要求4所述的一种微波消融针，其特征在于：所述微波辐射天线（8）的前环（16）的宽度为1.5mm～6.5mm；后环（17）的宽度为4.0mm到9.8mm；前环（16）与后环（17）之间的间距为1.5mm到5mm；后环（17）与同轴电缆（7）的后外导体（21）之间的间距为6.5mm到18mm。

6.如权利要求4所述的一种微波消融针，其特征在于：所述前环（16）与后环（17）的宽度相等，微波辐射天线（8）产生球形或椭球形的消融区域；所述前环（16）与后环（17）的宽度不相等，微波辐射天线（8）产生纺锤形的或水滴状的消融区域形状；调节所述前环（16）与后环（17）之间的间距和后环（17）与同轴电缆（7）的后外导体（21）之间的间距，来调节消融区域形状的短轴和长轴的长短，从而调节消融区域的大小和形状。

7.如权利要求1或2所述的一种微波消融针，其特征在于：金属体（15）是直径与所述同轴电缆外径相同金属球或金属椭球；或者该金属体（15）是直径与所述同轴电缆外径不相同金属球或金属椭球；金属体（15）的直径与所述同轴电缆外径的比例范围为3:1到0.5:1。

8.如权利要求7所述的一种微波消融针，其特征在于：所述金属体（15）的直径与所述同轴电缆的外径的比例范围为0.8:1到1.5:1。

9.如权利要求1或2所述的一种微波消融针，其特征在于：所述的消融针头（9）由耐高温非金属材料制作；所述微波辐射天线（8）同轴设于所述消融针头（9）的中心对称孔内；在消融针头（9）尾部与消融针管的连接处设有金属材料制成的前隔离环（33），前隔离环环绕剥去外导体的同轴电缆（7），与同轴电缆的绝缘层（18）紧密接触，且与内针管（6）电连接；在尾盒（1）与消融针管的连接处设有金属材料制成的后隔离环（14），后隔离环（14）环绕外针管（5），且与外针管（5）电连接。

10.如权利要求1-9中任一所述的一种微波消融针，其特征在于：所述消融针管包括内针管（6）、以及同轴套设于所述内针管（6）外的外针管（5）；所述同轴电缆（7）设于所述内针管（6）内，且同轴电缆（7）与所述内针管（6）之间保留第一间隙，所述内针管（6）与外针管（5）之间保留第二间隙；在靠近所述消融针头（9）的内针管（6）上开有出水孔（32）；第一间隙与第二间隙通过内针管（6）上的出水孔（32）连通；所述尾盒（1）的内腔被分隔成进水腔（2）和出水腔（4），在进水腔（2）与出水腔（4）的分隔壁上设有通道垫圈（3），所述内针管（6）和同轴电缆（7）的末端穿过所述通道垫圈（3）延伸至所述进水腔（2）内，所述外针管（5）的末端延伸至所述出水腔（4）内；所述进水接头（10）、进水腔（2）、第一间隙、第二间隙、出水腔（4）以及出水接头（11）相互连通，所述微波电缆接头（12）设于与进水腔（2）对应的尾盒（1）上。

11.一种微波消融治疗仪，包含：如权利要求1-10中任一所述的微波消融针。

12.如权利要求11所述的一种微波消融治疗仪，其特征在于：还包括中心控制模块、循环水冷系统、微波源以及同轴隔离模块，所述中心控制模块分别与微波源和循环水冷系统电连接；所述微波消融针的微波电缆接头（12）通过同轴隔离模块与所述微波源电连接，微波消融针的进水接头（10）与所述循环水冷系统连接。

13.如权利要求12所述的一种微波消融治疗仪，其特征在于：还包括浪涌保护模块和高频尖峰脉冲抑制模块，所述浪涌保护模块的输入端与外部电源连接，浪涌保护模块的输出端与所述高频尖峰脉冲抑制模块的输入端连接，所述高频尖峰脉冲抑制模块的输出端与治疗仪的电源模块连接。

14.如权利要求13所述的一种微波消融治疗仪，其特征在于：还包括与所述中心控制模块电连接的第一测温探头和第二测温探头，所述第一测温探头设于消融针管内，用于检测消融针管的温度，所述第二测温探头用于在治疗时检测消融部位的温度。

15.如权利要求12所述的一种微波消融治疗仪，其特征在于：所述微波源是以LDMOS器件作为核心的固态微波源。

Images