CN112933414B - 一种体外热疗设备及其体外微波热疗天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种体外热疗设备及其体外微波热疗天线，其包括同轴输入线、至少两组微带贴片和金属导体套筒；其中，所述同轴输入线的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接，各组所述微带贴片均与所述同轴输入线相连接，且各组所述微带贴片沿所述同轴输入线的轴向布置，位于最末端的所述微带贴片贴合于患者皮肤，所述金属导体套筒套设于所述同轴输入线的外圈，且与最始端的所述微带贴片相连并形成接地端。该金属导体套筒与微带贴片一起构成接地端，保证了在体积较小时，仍然能够具有足够的接地面积，使得该天线对外部环境无特殊要求，可直接在空气中使用，保证了其能够具有较小的尺寸，为设计小型化的微波热疗设备提供了技术条件。

Description

一种体外热疗设备及其体外微波热疗天线
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种体外热疗设备及其体外微波热疗天线。
背景技术
微波热疗已逐渐成为治疗肿瘤的一种重要的技术，而微波热疗技术中最重要的环节就是热疗天线的设计，在治疗范围、治疗时间、对正常组织的影响以及系统的稳定方面都起到了关键的作用。微波热疗分为体外热疗、体内介入或插入热疗。体外热疗是指微波辐射天线位于身体外部的热疗，主要用于治疗位于身体表层及浅表层的病变组织，本设计用于乳腺癌微波热疗的天线就属于体外热疗天线，一般针对的是表浅层的肿瘤，位置大约为皮下2～3cm,如皮肤癌、乳腺肿瘤、软组织肉瘤等。
目前可用于癌症治疗的体外非侵入式微波热疗天线往往体积较大，或对外部环境有比较苛刻的要求。在使用过程中，通常要将天线放置在高介电常数的液体环境(如去离子水、蓖麻油、凝胶等等)中，且现有热疗天线体积较大，无法适应浅表肿瘤治疗时的小型化要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种体外热疗设备及其体外微波热疗天线，以至少部分解决现有技术中存在的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种体外微波热疗天线，用于体外热疗设备，包括：
同轴输入线，所述同轴输入线的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接；
至少两组微带贴片，各组所述微带贴片均与所述同轴输入线相连接，且各组所述微带贴片沿所述同轴输入线的轴向布置，位于最末端的所述微带贴片贴合于患者皮肤；
金属导体套筒，所述金属导体套筒套设于所述同轴输入线的外圈，且与最始端的所述微带贴片相连并形成接地端。
进一步地，所述同轴输入线包括：
内金属导体，所述内金属导体的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接；
外金属导体，所述外金属导体套设于所述内金属导体的外圈，并与最始端的所述微带贴片相连；
介质，所述介质设置于所述内金属导体与所述外金属导体之间。
进一步地，所述内金属导体和所述外金属导体均为铜制材料，所述介质为聚四氟乙烯。
进一步地，所述微带贴片包括：
第一微带贴片，所述第一微带贴片形成最始端的微带贴片，所述第一微带贴片与所述金属导体套筒相连并形成接地端；
第二微带贴片，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片具有间隔；
第三微带贴片，所述第三微带贴片贴合固定于所述第二微带贴片远离所述第一微带贴片的一侧，第三微带贴片形成最末端的微带贴片，并贴合于患者皮肤。
进一步地，还包括：
保护膜，所述保护膜贴合于所述第三微带贴片远离所述第二微带贴片的一侧，所述第三微带贴片通过所述保护膜贴合于患者皮肤。
进一步地，所述保护膜为耐高温特氟龙薄膜。
进一步地，所述第一微带贴片为圆环形结构，所述第一微带贴片的外半径为8-12mm，其内半径为2.04-2.08mm，厚度为2mm；
所述第一微带贴片为单面全敷铜结构，所述第一微带贴片的敷铜面与所述连接头的法兰盘贴合固定。
进一步地，所述第二微带贴片为铜制圆环结构，所述第二微带贴片的外半径为8-12mm，其内半径为2.04-2.08mm。
进一步地，所述第三微带贴片为单面敷铜结构，且所述第二微带贴片与所述第三微带贴片的未敷铜面相贴；
所述第三微带贴片为圆形结构，所述第三微带贴片的半径为10mm，贴片的厚度为0.8mm，且所述第三微带贴片上开设有四个矩形槽。
本发明还提供一种体外热疗设备，包括如上所述的体外微波热疗天线。
在上述一种或几种具体实施方式中，本发明所提供的体外微波热疗天线具有以下技术效果：
本发明所提供的体外微波热疗天线用于体外热疗设备，其设置有同轴输入线、至少两组微带贴片和金属导体套筒；其中，所述同轴输入线的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接，各组所述微带贴片均与所述同轴输入线相连接，且各组所述微带贴片沿所述同轴输入线的轴向布置，位于最末端的所述微带贴片贴合于患者皮肤，所述金属导体套筒套设于所述同轴输入线的外圈，且与最始端的所述微带贴片相连并形成接地端。该金属导体套筒与微带贴片一起构成接地端，保证了在体积较小时，仍然能够具有足够的接地面积，使得该天线对外部环境无特殊要求，可直接在空气中使用，保证了其能够具有较小的尺寸，为设计小型化的微波热疗设备提供了技术条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本发明所提供的体外微波热疗天线一种具体实施方式的结构示意图；
图2为图1所示体外微波热疗天线的使用状态图；
图3为图1所示体外微波热疗天线中第一微带贴片的结构示意图；
图4为图1所示体外微波热疗天线中第二微带贴片的结构示意图；
图5为图1所示体外微波热疗天线中第三微带贴片的结构示意图；
图6为图5所示第三微带贴片中矩形槽的尺寸示意图；
图7为天线实测回波损耗图。
附图标记说明：
1-外金属导体 2-介质 3-内金属导体 4-第一微带贴片 5-第二微带贴片 6-第三微带贴片 7-金属导体套筒 8-保护膜 9-皮肤 10-脂肪 11-肌肉
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
本发明所提供的体外微波热疗天线用于体外热疗设备，尤其用于治疗浅表肿瘤的热疗设备中。其通过合理的在微带贴片上开槽、加入背向微带贴片以及设计金属导体套筒以增大接地面积等方式，解决了现有肿瘤治疗的微波热疗天线体积庞大的问题，并且简化了对外部环境的要求，降低了微波热疗天线设计成本，最终达到在外部环境为空气的前提下大幅缩减天线尺寸的目的。
请参考图1，图1为本发明所提供的体外微波热疗天线一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，该体外微波热疗天线包括同轴输入线、至少两组微带贴片以及金属导体套筒7。其中，同轴输入线的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接，利用同轴输入线实现天线与设备之间的传输连接，采用同轴线进行馈电。具体地，该连接器为SMA连接器，同轴输入线具体与SMA连接器的探针端相连，且在同一个热疗设备上，可以根据需要设置多个天线，各天线分别连接在SMA连接器的探针端的不同位置。
在该具体实施方式所提供的天线中，具有至少两组微带贴片，各组所述微带贴片均与所述同轴输入线相连接，且各组所述微带贴片沿所述同轴输入线的轴向布置，位于最末端的所述微带贴片贴合于患者皮肤9。在实际产品中，同轴输入线可以自各组微带贴片中穿过，例如，各微带贴片均为中间开口的形式，同轴输入线可以在中间开口中穿过。为了保证均匀性，该中间开口优选开设在各微带贴片的中轴线上。从理论上来讲，也不局限于在中轴线开设中间开口，也可以在微带贴片的侧向开设豁口，将同轴输入线卡设在该豁口内。
所述金属导体套筒7套设于所述同轴输入线的外圈，且与最始端的所述微带贴片相连并形成接地端，以便利用金属导体套筒7和微带贴片共同形成接地端，从而保证接地端的面积足够大，满足使用要求。该金属导体套筒7可以具体为挽袖铜壳的结构形式，挽袖铜壳具体结构是一个内半径为8mm，外半径9mm，高60mm的铜壳，挽袖铜壳与最始端的所述微带贴片的敷铜面焊接在一起，共同作为微带天线的接地端。
具体地，上述同轴输入线包括内金属导体3、外金属导体1和介质2；其中，所述内金属导体3的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接，所述外金属导体1套设于所述内金属导体3的外圈，并与最始端的所述微带贴片相连，所述介质2设置于所述内金属导体3与所述外金属导体1之间。内金属导体3和外金属导体1均为铜制材料，介质2为聚四氟乙烯(teflon)。
在上述具体实施方式中，所述微带贴片为三组，设置三组微带贴片既能够满足使用要求，又能够尽量简化天线的结构，缩小天线的体积，理论上，微带贴片也不局限于设置三组，也可以设置四组或更多组。
以三组微带贴片为例，为了描述方便，各微带贴片分别命名为第一微带贴片4、第二微带贴片5和第三微带贴片6；其中，所述第一微带贴片4形成最始端的微带贴片，所述第一微带贴片4与所述金属导体套筒7相连并形成接地端，所述第二微带贴片5与所述第一微带贴片4具有间隔，所述第三微带贴片6贴合固定于所述第二微带贴片5远离所述第一微带贴片4的一侧，第三微带贴片6形成最末端的微带贴片，并贴合于患者皮肤9。
为了避免微带贴片与皮肤9直接接触造成烫伤，还可以在天线上设置保护膜8，所述保护膜8贴合于所述第三微带贴片6远离所述第二微带贴片5的一侧，所述第三微带贴片6通过所述保护膜8贴合于患者皮肤9。具体地，该保护膜8为耐高温特氟龙薄膜。
在实际使用过程中，为了便于加工，以节约加工成本，所述第一微带贴片4为圆环形结构，所述第一微带贴片4的外半径为8-12mm，具体优选为10nm，其内半径为2.04-2.08mm，厚度为2mm；所述第一微带贴片4为单面全敷铜结构，所述第一微带贴片4的敷铜面与所述连接头的法兰盘贴合固定。所述第二微带贴片5为铜制圆环结构，所述第二微带贴片5的外半径为8-12mm，具体优选为10nm，其内半径为2.04-2.08mm。述第三微带贴片6为单面敷铜结构，且所述第二微带贴片5与所述第三微带贴片6的未敷铜面相贴；所述第三微带贴片6为圆形结构，所述第三微带贴片6的半径为10mm，贴片的厚度为0.8mm，且所述第三微带贴片6上开设有四个矩形槽。
下面以用于乳腺癌热疗的体外微波热疗天线为例，简述该体外微波热疗天线的具体尺寸和工作过程。
如图2所示，该体外微波热疗天线的内金属导体3的半径为0.45mm，外金属导体1的半径为1.5mm，第三微带贴片6贴在皮肤9表面。治疗时打开微波源，设定馈电功率为20W，治疗10～30min，治疗期间由红外测温仪观察治疗温度和效果，肿瘤外部坏死后，治疗结束时关断微波源。为了完成性能评估，可以设计图2中所示的人体组织体模模型，其中，人体组织体模模型包括尺寸为100mm*100mm*2mm的皮肤9、100mm*100mm*5mm的脂肪10和100mm*100mm*15mm的肌肉11。
如图3所示，第一微带贴片4为外半径10mm、内半径2.06mm的单面全敷铜FR-4圆环结构，第一微带贴片4的厚度为2mm，第一微带贴片4的一面全敷铜，另一面不敷铜，其敷铜面与SMA头法兰盘贴在一起。如图4所示，第二微带贴片5为外半径10mm、内半径2.06mm的FR-4铜制圆环结构，第二微带贴片5的一面敷设有内半径6mm、外半径10mm的圆环铜，第二微带贴片5的敷铜面与第三微带贴片6的未敷铜面贴在一起，距离皮肤9表面1mm，贴片厚度2mm。如图5所示，第三微带贴片6为10mm半径的覆铜FR-4圆贴片，第三微带贴片6的外表面距离皮肤9表面0.2mm，第三微带贴片6的厚度为0.8mm，第三微带贴片6的一面敷铜、并开四个矩形槽，图6为矩形槽尺寸图，图中单位均为毫米。耐高温特氟龙薄膜分别覆盖在第一微带贴片4的裸露敷铜面和挽袖铜壳上，防止微波加热治疗过程中由于局部温度过高烫伤皮肤9。
在治疗时，可以通过同轴线传输进入微波能量，在合适的治疗时间和馈电功率下，针对表皮以下2cm左右的表浅肿瘤，进行有效地治疗。如图7所示的测试回波损耗图可以看到915M的时候回波损耗在-11.5dB左右，天线有效性较高。由此可知，本发明所提供的体外微波热疗天线的金属导体套筒7与微带贴片一起构成接地端，保证了在体积较小时，仍然能够具有足够的接地面积，使得该天线对外部环境无特殊要求，可直接在空气中使用，保证了其能够具有较小的尺寸，为设计小型化的微波热疗设备提供了技术条件。
除了上述体外微波热疗天线，本发明还提供一种包括该体外微波热疗天线的体外热疗设备，该体外热疗设备的其他各部分结构请参考现有技术，在此不做赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种体外微波热疗天线，用于体外热疗设备，其特征在于，包括：
同轴输入线，所述同轴输入线的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接；
至少两组微带贴片，各组所述微带贴片均与所述同轴输入线相连接，且各组所述微带贴片沿所述同轴输入线的轴向布置，位于最末端的所述微带贴片贴合于患者皮肤(9)；
金属导体套筒(7)，所述金属导体套筒(7)套设于所述同轴输入线的外圈，且与最始端的所述微带贴片相连并形成接地端。
2.根据权利要求1所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述同轴输入线包括：
内金属导体(3)，所述内金属导体(3)的输入端通过连接器与所述体外热疗设备电连接；
外金属导体(1)，所述外金属导体(1)套设于所述内金属导体(3)的外圈，并与最始端的所述微带贴片相连；
介质(2)，所述介质(2)设置于所述内金属导体(3)与所述外金属导体(1)之间。
3.根据权利要求2所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述内金属导体(3)和所述外金属导体(1)均为铜制材料，所述介质(2)为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述微带贴片包括：
第一微带贴片(4)，所述第一微带贴片(4)形成最始端的微带贴片，所述第一微带贴片(4)与所述金属导体套筒(7)相连并形成接地端；
第二微带贴片(5)，所述第二微带贴片(5)与所述第一微带贴片(4)具有间隔；
第三微带贴片(6)，所述第三微带贴片(6)贴合固定于所述第二微带贴片(5)远离所述第一微带贴片(4)的一侧，第三微带贴片(6)形成最末端的微带贴片，并贴合于患者皮肤(9)。
5.根据权利要求4所述的体外微波热疗天线，其特征在于，还包括：
保护膜(8)，所述保护膜(8)贴合于所述第三微带贴片(6)远离所述第二微带贴片(5)的一侧，所述第三微带贴片(6)通过所述保护膜(8)贴合于患者皮肤(9)。
6.根据权利要求5所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述保护膜(8)为耐高温特氟龙薄膜。
7.根据权利要求4所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述第一微带贴片(4)为圆环形结构，所述第一微带贴片(4)的外半径为8-12mm，其内半径为2.04-2.08mm，厚度为2mm；
所述第一微带贴片(4)为单面全敷铜结构，所述第一微带贴片(4)的敷铜面与所述连接器的法兰盘贴合固定。
8.根据权利要求7所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述第二微带贴片(5)为铜制圆环结构，所述第二微带贴片(5)的外半径为8-12mm，其内半径为2.04-2.08mm。
9.根据权利要求7所述的体外微波热疗天线，其特征在于，所述第三微带贴片(6)为单面敷铜结构，且所述第二微带贴片(5)与所述第三微带贴片(6)的未敷铜面相贴；
所述第三微带贴片(6)为圆形结构，所述第三微带贴片(6)的半径为10mm，贴片的厚度为0.8mm，且所述第三微带贴片(6)上开设有四个矩形槽。
10.一种体外热疗设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述体外微波热疗天线。
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