CN113303901A - 微波消融装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波消融装置和系统。该微波消融装置包括控制器、微波发生器、微波波导和微波天线；所述微波发生器用于生成微波；所述微波波导分别与所述微波发生器和所述微波天线连接，将所述微波传输至所述微波天线；所述微波天线用于发射所述微波，形成多束微波束；所述控制器与所述微波发生器电连接，所述控制器用于控制所述微波发生器通过所述微波天线发射的多束微波束聚焦在目标部位并形成消融区。本发明解决了微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部、对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。

Description

微波消融装置和系统
技术领域
本发明实施例涉及微波消融技术，尤其涉及一种微波消融装置和系统。
背景技术
现有的微波消融方法是将一根特制的微波针，经皮穿刺到肿瘤中心区域，在微波针的某一点形成微波，由它释放的微波磁场可以使周围的分子高速旋转运动并摩擦升温，从而使组织凝固、脱水坏死，达到治疗的目的。
将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成很大的创伤，尤其是对于身体深处的肿瘤消融，会造成更大的创伤。
发明内容
本发明提供一种微波消融装置和系统，以实现减少消融过程中产生的创伤的效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种微波消融装置，该微波消融装置包括控制器、微波发生器、微波波导和微波天线；
所述微波发生器用于生成微波；
所述微波波导分别与所述微波发生器和所述微波天线连接，将所述微波传输至所述微波天线；
所述微波天线用于发射所述微波，形成多束微波束；
所述控制器与所述微波发生器电连接，所述控制器用于控制所述微波发生器通过所述微波天线发射的多束微波束聚焦在目标部位并形成消融区。
在本发明的可选实施例中，所述微波发生器的数量为多个，多个微波发生器沿环形分布；
所述微波波导和所述微波天线的数量与所述微波发生器相同，所述微波发生器、微波波导和所述微波天线对应连接；
所述控制器具体用于控制多个所述微波发生器通过对应的所述微波天线发射的多束微波束聚焦在目标部位并形成消融区。
在本发明的可选实施例中，所述微波波导为环形结构，所述微波波导具有多个微波发射口，所述微波天线的数量与微波发射口的数量相同，且与各所述微波发射口对应连接；
所述控制器具体用于控制所述微波发生器通过多个所述微波天线发射的多束微波束聚焦在目标部位并形成消融区。
在本发明的可选实施例中，所述微波天线具有微波引导通道，所述微波引导通道与所述微波发射口连通。
在本发明的可选实施例中，所述微波引导通道的口径由靠近微波发射口的一端至远离微波发射口的一端逐渐增大。
在本发明的可选实施例中，所述微波天线背离所述微波波导的一端连接有限束器。
在本发明的可选实施例中，所述微波消融装置还包括变压器和交流电源，所述变压器分别与所述交流电源、所述微波发生器以及所述控制器电连接；
所述控制器具体用于控制所述变压器的输出电压，以使所述微波发生器的发射功率处于预设范围内。
在本发明的可选实施例中，所述微波消融装置还包括功率传感器，所述功率传感器与所述微波发生器的磁控管连接，用于监测所述微波发生器的发射功率；
所述控制器具体用于实时获取功率传感器监测的微波发生器的发射功率。
在本发明的可选实施例中，所述控制器具体用于：
实时监测所述消融区的消融温度，并在消融温度高于预设温度范围时进行调控，以使消融温度处于预设温度范围。
在本发明的可选实施例中，所述微波消融装置还包括核磁共振仪，所述核磁共振仪与所述控制器电连接，所述核磁共振仪用于实时扫描消融区的消融温度；
所述控制器具体用于实时获取核磁共振仪扫描的所述消融区的消融温度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种微波消融系统，包括本发明任一实施例所述的微波消融装置，该微波消融系统还包括机架和用于放置消融对象的承载结构；所述承载结构设置在机架上并可相对于所述机架沿X轴、Y轴、Z轴三轴进行移动；
所述微波消融装置的数量为多个，多个微波消融装置用于在承载结构上的消融对象内形成多层消融区。
本发明通过微波发生器生成微波，再通过微波波导将微波传输至微波天线，然后通过微波天线发射微波形成多束微波束，最后通过控制器控制所述微波发生器通过所述微波天线发射的多束微波束聚焦在目标部位并形成消融区，利用聚焦原理将体外微波束进行聚焦到体内的目标部位，达到局部消融的目的，不需要使用微波针穿刺进入人体内部，将有创的微波消融手术改变为了无创的微波消融手术，解决微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的消融示意图；
图3是本发明实施例二中提供的一种微波消融装置的消融示意图；
图4是本发明实施例三中提供的一种微波消融装置的结构示意图；
图5是本发明实施例四中提供的一种微波消融系统的结构示意图。
1、微波发生器；2、微波波导；201、微波发射口；3、微波天线；301、引导通道；4、控制器；6、变压器；7、交流电源；8、功率传感器；9、核磁共振仪；10、限束器；11、消融区；12、微波束；20、微波消融装置；21、承载结构；22、机架；23、消融对象。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的结构示意图。本发明实施例提供了一种微波消融装置，包括控制器4、微波发生器1、微波波导2和微波天线3。
微波发生器1用于生成微波。
微波波导2分别与微波发生器1和微波天线3连接，将微波传输至微波天线3。
微波天线3用于发射微波，形成多束微波束12。
控制器4与微波发生器1电连接，控制器4用于控制微波发生器1通过微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11。
其中，微波发生器1通常包括磁控管(图中未示出)，磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，微波发生器1通过其包括的磁控管便可生成微波。
由于微波频率极高，一般工作在厘米波或毫米波波段，用普通的电缆或导线传输会产生很大损耗，因此微波的馈送采用截面为矩形或圆形的金属管道，称为微波波导2，微波波导2通过分别与微波发生器1和微波天线3连接，能够将微波传输至微波天线3。
微波天线3指工作于米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线。微波天线3用于形成多束微波束12，对于单束微波束12而言，能量不高，从而单束微波束12在传输路径上强度较弱。而多束微波束12聚焦在同一位置时强度较大，通过控制器4控制微波发生器1通过微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11，能够实现对目标部位的消融。
进一步的，图2是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的消融示意图，如图2所示，微波发生器1的数量为多个，多个微波发生器1沿环形分布；微波波导2和微波天线3的数量与微波发生器1相同，微波发生器1、微波波导2(图2中未示出)和微波天线3(图2中未示出)对应连接。
控制器4具体用于控制多个微波发生器1通过对应的微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11。
其中，微波发生器1、微波波导2和微波天线3对应连接指多个微波发生器1中的每个微波发生器1均通过一个微波波导2与一个微波天线3连接。每个微波发生器1都能通过对应的微波天线3发射出一束微波束12，由于微波发生器1的数量为多个，多个微波天线3便可发射出与微波天线3数量相等的微波。
由于多个微波发生器1沿环状分布，所以多个微波发生器1对应的微波天线3所发出的微波束12能够在环状分布结构的中心处聚焦。使用时调整微波发生器1与目标部位的相对位置，使目标部位处于多个微波发生器1形成的环状分布结构的中心处，多个微波发生器1通过微波天线3发出的多束微波束12便可在目标部位聚焦并形成消融区11。目标部位具体的可为肿瘤部位、甲状腺结节部位等，只要是需要进行消融的部位即可，在此不做具体限定。
例如，如图2所示，微波发生器1的数量为八个，八个微波发生器1呈环状分布，八个微波发生器1通过微波天线3发射出的微波束12便可在目标部位聚焦并形成消融区11。
本实施例的技术方案，多个微波发生器1通过多个微波天线3发射多束微波束12，最后通过控制器4控制多个微波发生器1通过对应的微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11，利用聚焦原理将体外微波束12进行聚焦到体内的目标部位，达到局部消融的目的，不需要使用微波针穿刺进入人体内部，将有创的微波消融手术改变为了无创的微波消融手术，解决微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种微波消融装置的结构示意图，本实施例以上述实施例为基础，与上述实施例相同或相应的装置及术语的解释，在本实施例中不再赘述。
参见图3，在上述实施例的基础上，本实施例中的微波波导2为环形结构，微波波导2具有多个微波发射口201，微波天线3的数量与微波发射口201的数量相同，且与各微波发射口201对应连接。
控制器4具体用于控制微波发生器1通过多个微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11。
其中，微波发生器1产生的微波会传输至微波波导2并沿微波波导2传输。由于微波波导2具有多个微波发射口201且每个微波发射口201均连接有一个微波天线3，微波发生器1传输至微波波导2的微波能够通过多个微波天线3发射多束微波束12。微波波导2为环形，多束微波束12会在微波波导2的中心处聚焦。
使用时调整微波发生器1与目标部位的相对位置，使目标部位处于环形波导的中心处，多个微波发生器1通过微波天线3发出的多束微波束12便可在目标部位聚焦并形成消融区11。
进一步的，微波天线3具有微波引导通道301，微波引导通道301与微波发射口201连通。
其中，微波引导通道301能够使微波束12定向发射，微波束12能够更为精准的发射至目标位置进行聚焦。
进一步的，微波引导通道301的口径由靠近微波发射口201的一端至远离微波发射口201的一端逐渐增大。
其中，通过使微波引导通道301的口径由靠近微波发射口201的一端至远离微波发射口201的一端逐渐增大，能够使发射出的微波束12能量不易损失。在本实施例中，微波天线3可为喇叭状，也可为圆台状，只要满足内部的微波引导通道301的口径由靠近微波发射口201的一端至远离微波发射口201的一端逐渐增大即可。
本实施例的技术方案，通过将微波波导2设置成环形结构并设置多个微波发射口201，每个微波发射口201均连接有微波天线3，从而单个微波发生器1产生的微波能够通过多个微波天线3发射出多束微波束12，最后通过控制器4控制微波发生器1通过多个微波天线3发射的多束微波束12聚焦在目标部位并形成消融区11，利用聚焦原理将体外微波束12进行聚焦到体内的目标部位，达到局部消融的目的，不需要使用微波针穿刺进入人体内部，将有创的微波消融手术改变为了无创的微波消融手术，解决微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的一种微波消融装置的结构示意图，本实施例以上述实施例为基础，与上述实施例相同或相应的装置及术语的解释，在本实施例中不再赘述。
参见图4，在上述实施例的基础上，本实施例中微波天线3背离微波波导2的一端连接有限束器10。
其中，限束器10是一种安装于微波天线3发射端前方的光学装置，其能够控制微波天线3发出的微波束12在消融部位沿着轴向的宽度，使微波束12在能够满足聚焦的前提下，尽量减少投射的范围，并能够吸收一些散乱的射线，提高微波束12的清晰度。
进一步的，微波消融装置还包括变压器6和交流电源7，变压器6分别与交流电源7、微波发生器1以及控制器4电连接。
控制器4具体用于控制变压器6的输出电压，以使微波发生器1的发射功率处于预设范围内。
其中，变压器6(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。
由于变压器6与微波发生器1电连接，所以变压器6的输出电压改变时，微波发生器1的发射功率也会相应的改变。通过控制变压器6的输出电压便可使微波发生器1的发射功率处于预设范围内。
进一步的，微波消融装置还包括功率传感器8，功率传感器8与微波发生器1的磁控管连接，用于监测微波发生器1的发射功率。
控制器4具体用于实时获取功率传感器8监测的微波发生器1的发射功率。
其中，功率传感器8是一种既能测量有功/无功功率，又能计量有功/无功电能的具有双重功能的仪表。通过使功率传感器8与微波发生器1连接，功率传感器8能够方便的检测出微波发生器1的发射功率。
具体的，其他条件不变的情况下，微波发生器1的发射功率越大，发射出的微波束12的能量也就越高，相应的微波束12聚焦点处的温度也就越高，进而消融区11的温度也就越高。为了使消融区11的温度处于预设范围，微波发生器1的发射功率也有特定的范围，通过功率传感器8监测微波发生器1的发射功率，再通过变压器6使微波发生器1的发射功率改变，能够使微波发生器1的发射功率处于预设范围内。
在上述实施例的基础上，控制器4具体用于：实时监测消融区11的消融温度，并在消融温度高于预设温度范围时进行调控，以使消融温度处于预设温度范围。
其中，消融温度有预设温度范围，消融温度过高或过低都不能很好的起到消融效果。通过监测消融区11的消融温度，并在消融温度不处于预设温度范围时进行调控，能够使消融温度处于预设温度范围，起到较好的消融效果。
消融温度的调控可以通过上述中控制变压器6的输出电压实现，以使微波发生器1的发射功率改变，进而改变消融区11的消融温度。
在上述实施例的基础上，微波消融装置还包括核磁共振仪9，核磁共振仪9与控制器4电连接，核磁共振仪9用于实时扫描消融区11的消融温度。控制器4具体用于实时获取核磁共振仪9扫描的消融区11的消融温度。
其中，核磁共振(MRI)，又叫核磁共振成像技术。原理是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像。因此，通过核磁共振仪9，能够在人体体外扫描得到人体体内的温度。
使用时通过核磁共振仪9可获得消融区11的消融温度，由于核磁共振仪9与控制器4电连接，所以控制器4能够获取核磁共振仪9扫描的消融区11的消融温度。
本实施例的技术方案，通过功率传感器8监测微波发生器1的发射功率，再通过变压器6使微波发生器1的发射功率改变，能够使微波发生器1的发射功率处于预设范围内。最后能够通过核磁共振仪9扫描消融区11的消融温度，进而通过控制器4获取消融温度，并在消融温度高于预设温度范围时进行调控，以使消融温度处于预设温度范围。解决微波消融手术中消融温度、消融区11大小、微波发生器1的发射功率难以控制在预设范围内造成消融效果不好的问题，实现将消融温度、消融区11大小、微波发生器1的发射功率控制在预设范围内使消融效果较好的效果。
实施例四
本实施例提供一种微波消融系统，图5是本发明实施例四中提供的一种微波消融系统的结构示意图，如图5所示，该系统包括上述任一实施例的微波消融装置20，该系统还包括机架22和用于放置消融对象23的承载结构21；承载结构21设置在机架22上并可相对于机架22沿X轴、Y轴、Z轴三轴进行移动。
微波消融装置20的数量为多个，多个微波消融装置20用于在承载结构21上的消融对象23内形成多层消融区11。
其中，承载结构21只要能满足放置消融对象23的功能即可，例如可为床板、木板、床垫等。
承载结构21与机架22的连接关系不做限定，只要能够满足承载结构21可相对于机架22沿X轴、Y轴、Z轴三轴进行移动即可。
微波消融装置20主要用于对消融对象23进行消融。多个微波消融装置20能够形成多层消融区11，根据消融对象23与消融装置的相对位置，选择对应的微波消融装置20便可对消融对象23进行精准的消融。
本实施例的技术方案，通过使承载结构21能够相对于机架22沿X轴、Y轴、Z轴三轴进行移动，所以在消融的时候，可以通过使承载结构21相对于机架22运动，以使微波消融装置20在消融对象23内部的不同位置形成消融区11，实现能够较为精准的对消融对象23进行消融的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种微波消融装置，其特征在于，包括控制器(4)、微波发生器(1)、微波波导(2)和微波天线(3)；
所述微波发生器(1)用于生成微波；
所述微波波导(2)分别与所述微波发生器(1)和所述微波天线(3)连接，将所述微波传输至所述微波天线(3)；
所述微波天线(3)用于发射所述微波，形成多束微波束(12)；
所述控制器(4)与所述微波发生器(1)电连接，所述控制器(4)用于控制所述微波发生器(1)通过所述微波天线(3)发射的多束微波束(12)聚焦在目标部位并形成消融区(11)。
2.根据权利要求1所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波发生器(1)的数量为多个，多个微波发生器(1)沿环形分布；
所述微波波导(2)和所述微波天线(3)的数量与所述微波发生器(1)相同，所述微波发生器(1)、微波波导(2)和所述微波天线(3)对应连接；
所述控制器(4)具体用于控制多个所述微波发生器(1)通过对应的所述微波天线(3)发射的多束微波束(12)聚焦在目标部位并形成消融区(11)。
3.根据权利要求1所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波波导(2)为环形结构，所述微波波导(2)具有多个微波发射口(201)，所述微波天线(3)的数量与微波发射口(201)的数量相同，且与各所述微波发射口(201)对应连接；
所述控制器(4)具体用于控制所述微波发生器(1)通过多个所述微波天线(3)发射的多束微波束(12)聚焦在目标部位并形成消融区(11)。
4.根据权利要求3所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波天线(3)具有微波引导通道(301)，所述微波引导通道(301)与所述微波发射口(201)连通。
5.根据权利要求4所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波引导通道(301)的口径由靠近微波发射口(201)的一端至远离微波发射口(201)的一端逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波天线(3)背离所述微波波导(2)的一端连接有限束器(10)。
7.根据权利要求1所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波消融装置还包括变压器(6)和交流电源(7)，所述变压器(6)分别与所述交流电源(7)、所述微波发生器(1)以及所述控制器(4)电连接；
所述控制器(4)具体用于控制所述变压器(6)的输出电压，以使所述微波发生器(1)的发射功率处于预设范围内。
8.根据权利要求7所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波消融装置还包括功率传感器(8)，所述功率传感器(8)与所述微波发生器(1)的磁控管连接，用于监测所述微波发生器(1)的发射功率；
所述控制器(4)具体用于实时获取功率传感器(8)监测的微波发生器(1)的发射功率。
9.根据权利要求1所述的微波消融装置，其特征在于，所述控制器(4)具体用于：
实时监测所述消融区(11)的消融温度，并在消融温度高于预设温度范围时进行调控，以使消融温度处于预设温度范围。
10.根据权利要求11所述的微波消融装置，其特征在于，所述微波消融装置还包括核磁共振仪(9)，所述核磁共振仪(9)与所述控制器(4)电连接，所述核磁共振仪(9)用于实时扫描消融区(11)的消融温度；
所述控制器(4)具体用于实时获取核磁共振仪(9)扫描的所述消融区(11)的消融温度。
11.一种微波消融系统，包括权利要求1-12任一项所述的微波消融装置，其特征在于，还包括机架(22)和用于放置消融对象(23)的承载结构(21)；所述承载结构(21)设置在机架(22)上并可相对于所述机架(22)沿X轴、Y轴、Z轴三轴进行移动；
所述微波消融装置的数量为多个，多个微波消融装置用于在承载结构(21)上的消融对象(23)内形成多层消融区(11)。
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