CN113425406A - 一种智能双频微波消融治疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能微波消融治疗系统包括智能微波消融针和微波消融仪，所述智能微波消融针包括消融针针体、射频连接器、手柄和电路板，可配套微波消融仪433MHz和2450MHz进行工作，具有微波辐射、水冷循环、温度检测、数据通信的功能。所述消融针的射频连接器接收微波能量，经针体上PTFE介质套管发射微波；所述水冷循环模块经消融针进出水管、满注针杆实现水冷功能；所述温度检测模块经热敏电阻将针体温度数据传输至电路板；所述数据通信模块经电路板与微波消融仪交互，传输运行参数。经实验验证，智能微波消融针可适配0‑100W功率运行，最大消融区域直径可到9cm。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种智能双频微波消融治疗系统。
背景技术
微波消融是一种耐受性良好的技术，治疗恶性肝肿瘤的主要并发症发生率较低。使用冷却轴天线，以及更少的微波消融次数，可以帮助最大限度地减少主要的并发症。
微波消融利用介电滞后产生热量；这种加热机制与射频消融有很大不同，射频消融在电流通过离子组织介质时通过电阻加热产生热量。射频加热需要导电路径，受限于低电导率区域，只能加热紧邻电极的组织。
目前市场上的微波消融治疗系统情况如下：
微波消融针及其微波消融治疗仪使用时，医生在超声波、CT等引导装置的监视或引导下，手动将消融针插入肿瘤的病灶的中心部位，而后回到微波消融仪上设置消融参数设置进行消融；而本发明可直接在智能消融针上设置消融参数，即医生插入消融针后，可直接启动消融，无需再回到微波消融仪上进行操作，具有方便、简易的特点。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种智能双频微波消融治疗系统，该系统可以直接在消融针上设置消融参数，具有方便、简易的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，包括：智能微波消融针和微波消融仪；
所述智能微波消融针包括消融针针体、手柄、电路板、微波辐射模块、水冷循环模块、温度检测模块和数据通信模块；
所述微波辐射模块接收微波能量，经消融针针体上PTFE介质套管发射微波；
所述水冷循环模块经进水管和出水管，将冷却介质满注针杆实现水冷；
所述温度检测模块包括热敏电阻，热敏电阻将消融针针体温度数据传输至电路板；
所述数据通信模块在电路板与微波消融仪之间交互，传输运行参数；
所述微波消融仪包括电源12、固态微波源13、工控机14、蠕动泵15、主控板16、和后面板20，所述主控板16连接电源12、固态微波源13、工控机14、蠕动泵15、指示灯17、微波消融仪按键18和显示屏19。
进一步地，所述智能微波消融针的数据通信模块将接受的指令向主控板下发控制参数，主控板控制固态微波源输出功率进行热消融，并将固态微波源的输出功率反馈给主控板；
所述蠕动泵与进水管和出水管连接，主控板控制蠕动泵转动从而利用进水管和出水管为消融针针体进行冷却，并将蠕动泵的转向、转速参数反馈给主控板，
所述智能微波消融针的数据通信模块将温度检测模块采集的消融针针体的温度和热消融区域组织的温度反馈给主控板，主控板将参数传送给工控机。
进一步地，所述智能微波消融针包括射频连接器1、同轴电缆2、消融针头3、PTFE介质套管4、针杆5、进水管6、出水管7和手柄8，所述消融针头3设置于针杆5的顶部，所述针杆5的另一端穿入手柄8，所述同轴电缆2位于针杆5内，且同轴电缆2的一端与针头3固定相连；所述同轴电缆2的另一端穿过手柄8与位于手柄尾部的射频连接器1相接，所述手柄8上设置有进水管6和出水管7，进水管6和出水管7均与针杆5内相通；所述针杆5中段的外壁上包裹PTFE介质套管4。
进一步地，所述手柄8内设置有水腔22，所述针杆5的尾端插入手柄8内的水腔22，所述同轴电缆2的尾端穿出针杆5的尾端，穿过水腔22与射频连接器1相接。
进一步地，所述智能微波消融针包括热敏电阻、数据通信模块、电路板9和智能微波消融针按键10，所述热敏电阻、数据通信模块和智能微波消融针按键10均电连接电路板9，所述热敏电阻介于水腔22和针杆连接处，当处于消融状态时，电路板9接受热敏电阻传送的阻值信息，经二分查找算法，索引对应温度，实现温度检测功能。
进一步地，所述进水管6通过进水毛细管21与针杆5内相通。
进一步地，所述进水管6与进水毛细管21的连接处、水腔22顶部与手柄8顶部的接触处，水腔22尾部与射频连接器1的连接处均设置有环氧树脂胶24密封。
进一步地，所述固态微波源13包括433MHz输出通道和2450MHz输出通道。
进一步地，所述同轴电缆2为半刚性同轴电缆，所述针杆5的材质为不锈钢，所述手柄8的材质为环氧树脂。
进一步地，所述智能微波消融针连接微波消融仪上微波输出接口，固态微波源发射的微波能量经射频连接器1、半刚性同轴电缆传递至PTFE介质套管、辐射缝隙能切割电流线，建立激励射频电磁场进行能量辐射。
进一步地，所述水冷循环模块：微波消融仪启动蠕动泵，挤压冷却水管，带动水循环；冷却水从消融针进水管注入，沿着进水毛细管到达针体工作部分，然后沿着针杆流出，从而达到冷却天线后端部分的效果。当水满注针杆和塑料四通接头23后就会从出水管中流出，从而实现微波消融针的循环水冷。
进一步地，所述智能微波消融针的数据通信模块：电路板遵循通信协议，通过SPI模块与微波消融仪的主控板通信；将消融时间、消融功率设定传输至主控板，在消融时将温度数据传输至主控板，实现数据通信的功能。
进一步地，智能微波消融针属于金属端单极天线(MTM)，天线前端的内导体与铜质穿刺头焊接在一起。长度L为64mm(5λeff/8)，有效前端长度Leff14mm，前端裸露长度Ls1为4mm(λeff/25)，缝隙宽度Ls2为10mm(λeff/2)。
进一步地，所述固态微波源包括依次电性连接的微波信号发生器、时间功率控制调节电路、阻抗匹配器、微波源驱动电路和功率放大器，所述功率放大器的输出端通过同轴电缆与消融针电性相连，所述固态微波源还包括微处理器，所述微处理器分别与主控板和时间功率控制调节电路电性连接，根据消融针传输的消融参数经主控板控制微波信号输出的功率和时间。
进一步地，所述温度检测模块包括依次电性连接的测温针、测温电路和AD转换器，所述AD转换器的输出端电性连接电路板；所述测温电路包括分压电路和低通滤波电路，所述分压电路的输入端与测温针电性连接，分压电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明可直接在消融针上设置消融参数，具有方便、简易的特点。
(2)本发明在消融针内部嵌入电路板，直接与微波消融仪进行交互。
附图说明
图1是本发明的智能微波消融针的结构示意图。
图2是本发明的微波消融仪的侧面结构示意图。
图3是本发明的智能微波消融针的局部结构示意图。
图4是本发明的智能微波消融针手柄的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示，其中图1的左侧为针杆5的顶部(消融针头3)，右侧为针杆5的尾部(手柄8)，手柄8的右侧为尾部(射频连接器1)；
一种智能双频微波消融治疗系统，包括：智能微波消融针和微波消融仪；
所述智能微波消融针包括消融针针体、手柄、电路板、微波辐射模块、水冷循环模块、温度检测模块和数据通信模块；所述微波辐射模块接收微波能量，经消融针针体上PTFE介质套管发射微波；所述水冷循环模块经进水管和出水管，将冷却介质满注针杆实现水冷；所述温度检测模块包括热敏电阻，热敏电阻将消融针针体温度数据传输至电路板；所述数据通信模块在电路板与微波消融仪之间交互，传输运行参数。
进一步地，所述微波消融仪包括电源12、固态微波源13、工控机14、蠕动泵15、主控板16、指示灯17、微波消融仪按键18、显示屏19和后面板20，所述主控板16连接电源12、固态微波源13、工控机14、蠕动泵15、指示灯17、微波消融仪按键18和显示屏19；所述微波消融仪为一个车体，车体底部设置有滚轮，车体的背后设置有后面板20，车体的顶部设置有显示屏19，车体的面板上设置有指示灯17和微波消融仪按键18，所述车体内由下至上依次放置电源12、固态微波源13、工控机14、蠕动泵15和主控板16；所述智能微波消融针的数据通信模块将接受的指令向主控板下发控制参数，主控板控制固态微波源输出功率进行热消融，并将固态微波源的输出功率反馈给主控板；所述固态微波源13包括433MHz输出通道和2450MHz输出通道；所述蠕动泵与进水管和出水管连接，主控板控制蠕动泵转动从而利用进水管和出水管为消融针针体进行冷却，并将蠕动泵的转向、转速参数反馈给主控板，所述智能微波消融针的数据通信模块将温度检测模块采集的消融针针体的温度和热消融区域组织的温度反馈给主控板，主控板将参数传送给工控机。
进一步地，所述智能微波消融针包括射频连接器1、同轴电缆2、消融针头3、PTFE介质套管4、针杆5、进水管6、出水管7和手柄8，所述消融针头3设置于针杆5的顶部，所述针杆5的另一端穿入手柄8，所述同轴电缆2位于针杆5内，且同轴电缆2的一端与针头3固定相连；所述同轴电缆2的另一端穿过手柄8与位于手柄尾部的射频连接器1相接，所述手柄8上设置有进水管6和出水管7，进水管6和出水管7均与针杆5内相通；所述进水管6通过进水毛细管21与针杆5内相通；所述针杆5中段的外壁上包裹PTFE介质套管4。所述进水管6与进水毛细管21的连接处、水腔22顶部与手柄8顶部的接触处，水腔22尾部与射频连接器1的连接处均设置有环氧树脂胶24密封。
进一步地，所述手柄8内设置有水腔22，所述针杆5的尾端插入手柄8内的水腔22，所述同轴电缆2的尾端穿出针杆5的尾端，穿过水腔22与射频连接器1相接。
进一步地，所述智能微波消融针包括热敏电阻、数据通信模块、电路板9和智能微波消融针按键10，所述热敏电阻、数据通信模块和智能微波消融针按键10均电连接电路板9，所述热敏电阻介于水腔22和针杆连接处，当处于消融状态时，电路板9接受热敏电阻传送的阻值信息，经二分查找算法，索引对应温度，实现温度检测功能。
进一步地，所述同轴电缆2为半刚性同轴电缆，所述针杆5的材质为不锈钢，所述手柄8的材质为环氧树脂。
进一步地，所述智能微波消融针连接微波消融仪上微波输出接口，固态微波源发射的微波能量经射频连接器1、半刚性同轴电缆传递至PTFE介质套管、辐射缝隙能切割电流线，建立激励射频电磁场进行能量辐射。
进一步地，所述水冷循环模块：微波消融仪启动蠕动泵，挤压冷却水管，带动水循环；冷却水从消融针进水管注入，沿着进水毛细管到达针体工作部分，然后沿着针杆流出，从而达到冷却天线后端部分的效果。当水满注针杆和塑料四通接头23后就会从出水管中流出，从而实现微波消融针的循环水冷。
进一步地，所述智能微波消融针的数据通信模块：电路板遵循通信协议，通过SPI模块与微波消融仪的主控板通信；将消融时间、消融功率设定传输至主控板，在消融时将温度数据传输至主控板，实现数据通信的功能。
进一步地，智能微波消融针属于金属端单极天线(MTM)，天线前端的内导体与铜质穿刺头焊接在一起。长度L为64mm(5λeff/8)，有效前端长度Leff14mm，前端裸露长度Ls1为4mm(λeff/25)，缝隙宽度Ls2为10mm(λeff/2)。
进一步地，所述固态微波源包括依次电性连接的微波信号发生器、时间功率控制调节电路、阻抗匹配器、微波源驱动电路和功率放大器，所述功率放大器的输出端通过同轴电缆与消融针电性相连，所述固态微波源还包括微处理器，所述微处理器分别与主控板和时间功率控制调节电路电性连接，根据消融针传输的消融参数经主控板控制微波信号输出的功率和时间。
进一步地，所述温度检测模块包括依次电性连接的测温针、测温电路和AD转换器，所述AD转换器的输出端电性连接电路板；所述测温电路包括分压电路和低通滤波电路，所述分压电路的输入端与测温针电性连接，分压电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接。
显示屏19用于人机交互，操作人员通过消融针按键设置各模块的工作参数(如消融模式、消融时间)，再将参数传递给主控板16运行调度。
优选地，微波源采用电压驱动方式，控制433MHz输出通道和2450MHz输出通道输出功率。其分设的12芯控制接口，用以实现功率设置、通道选择、通道开启、故障告警、电压指示和对地连通的功能。
优选地，测温模块由测温针、测温电路、ADC组成；测温针采集杆温和组织温度，经分压电路和低通滤波电路后将采集的温度信号转换为电压信号，最后通过ADC传送至电路板10处理。
优选地，RS485通信模块的输入端与主控板电性相连，RS485通信模块的输出端电性连接蠕动泵驱动电路的输入端，蠕动泵驱动电路的输出端电性连接电机的驱动端，泵头与电机的输出轴机械连接。
优选地，主控板16接受以上所有工作参数后，按照通信协议对数据进行封装，然后通过UART通信发送至PC端软件，进而在显示屏19上显示。
优选地，微波消融仪的整个工作流程为：消融针电路板10经交互与主控板16通信下发工作信息；主控板16启动微波源控制电路使微波源输出功率实现肿瘤局部热消融，RS485通信控制蠕动泵转动实现消融针体的冷却水循环，开启ADC通道经测温电路采集温度参数进行疗效评估；最后主控板16处理各种工作状态反馈数据给工控机14。
本发明公开了一种智能微波消融治疗系统包括智能微波消融针和微波消融仪，所述智能微波消融针包括消融针针体、射频连接器、手柄和电路板，可配套微波消融仪433MHz和2450MHz进行工作，具有微波辐射、水冷循环、温度检测、数据通信的功能。所述消融针的射频连接器接收微波能量，经针体上PTFE介质套管发射微波；所述水冷循环模块经消融针进出水管、满注针杆实现水冷功能；所述温度检测模块经热敏电阻将针体温度数据传输至电路板；所述数据通信模块经电路板与微波消融仪交互，传输运行参数。经实验验证，智能微波消融针可适配0-100W功率运行，最大消融区域直径可到9cm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，包括：智能微波消融针和微波消融仪；
所述智能微波消融针包括消融针针体、手柄、电路板、微波辐射模块、水冷循环模块、温度检测模块和数据通信模块；
所述微波辐射模块接收微波能量，经消融针针体上PTFE介质套管发射微波；
所述水冷循环模块经进水管和出水管，将冷却介质满注针杆实现水冷；
所述温度检测模块包括热敏电阻，热敏电阻将消融针针体温度数据传输至电路板；
所述数据通信模块在电路板与微波消融仪之间交互，传输运行参数；
所述微波消融仪包括电源、固态微波源、工控机、蠕动泵和主控板，所述主控板连接电源、固态微波源、工控机和蠕动泵；
所述智能微波消融针的数据通信模块将接受的指令向主控板下发控制参数，主控板控制固态微波源输出功率进行热消融，并将固态微波源的输出功率反馈给主控板；
所述蠕动泵与进水管和出水管连接，主控板控制蠕动泵转动从而利用进水管和出水管为消融针针体进行冷却，并将蠕动泵的转向、转速参数反馈给主控板，
所述智能微波消融针的数据通信模块将温度检测模块采集的消融针针体的温度和热消融区域组织的温度反馈给主控板，主控板将参数传送给工控机。
2.根据权利要求1所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述智能微波消融针包括射频连接器、同轴电缆、消融针头、PTFE介质套管、针杆、进水管、出水管和手柄，所述消融针头设置于针杆的顶部，所述针杆的另一端穿入手柄，所述同轴电缆位于针杆内，且同轴电缆的一端与针头固定相连；所述同轴电缆的另一端穿过手柄与位于手柄尾部的射频连接器相接，所述手柄上设置有进水管和出水管，进水管和出水管均与针杆内相通；所述针杆中段的外壁上包裹PTFE介质套管。
3.根据权利要求2所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述手柄内设置有水腔，所述针杆的尾端插入手柄内的水腔，所述同轴电缆的尾端穿出针杆的尾端，穿过水腔与射频连接器相接。
4.根据权利要求1所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述智能微波消融针包括热敏电阻、数据通信模块、电路板和智能微波消融针按键，所述热敏电阻、数据通信模块和智能微波消融针按键均电连接电路板，所述热敏电阻介于水腔和针杆连接处，当处于消融状态时，电路板接受热敏电阻传送的阻值信息，经二分查找算法，索引对应温度，实现温度检测功能。
5.根据权利要求2所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述进水管通过进水毛细管与针杆内相通。
6.根据权利要求5所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述进水管与进水毛细管的连接处、水腔顶部与手柄顶部的接触处，水腔尾部与射频连接器的连接处均设置有环氧树脂胶密封。
7.根据权利要求1所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述固态微波源包括433MHz输出通道和2450MHz输出通道。
8.根据权利要求2所述的智能双频微波消融治疗系统，其特征在于，所述同轴电缆为半刚性同轴电缆，所述针杆的材质为不锈钢，所述手柄的材质为环氧树脂。
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