CN113576657B - 一种医用消融天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用消融天线，包括微波复合辐射头、介质环、辐射天线主体、水腔盒、射频连接器、温度传感器。内嵌电热导体套装于穿刺辐射套中构成微波复合辐射头，介质环设置在微波复合辐射头与辐射天线主体之间。辐射天线主体为结构管，内部含给水管、微波传输电缆。手柄内含水腔盒、射频连接器、温度传感器。进水接头和出水接头固定于水腔盒，由进水接头、进水腔、给水管与微波传输线缆之间的间隙、给水管与辐射天线主体的结构管之间的间隙、出水腔和出水接头构成水循环通道。射频连接器、微波传输线缆、微波复合辐射头电连接。温度传感器连接温度传感器接口。手柄内引出线缆的方向可以是辐射天线主体的轴向，或者是辐射天线主体的垂直向。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用微创消融装置，即一种医用消融天线。
背景技术
随着微波消融技术的日趋成熟，微波消融治疗肿瘤已在临床上得到普遍应用。近些年来，微波消融术不再仅仅局限于肝癌的消融治疗，还在逐步应用于肺癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、骨癌、子宫肌瘤等实体肿瘤的治疗。
作为一种相对成熟的微创消融设备，微波消融天线分为直柄、弯柄两种结构形式，直柄结构的微波消融天线主要应用于甲状腺、乳腺等浅表病灶的消融治疗，弯柄结构的微波消融天线主要应用于深层病灶的消融治疗，这两种天线的本体结构(天线杆部分)大致相同，但是手柄内部结构有差异，直接造成内部零部件通用性差，工艺无法兼容，生产成本过高，此外，因手柄内部水循环结构过多的使用焊接和胶黏工艺，胶量及焊接一致性难以保证，导致次品率过高，消融天线在术中漏水事件也经常发生，密封可靠性差。
其次，天线的尖端微波发射结构，因结构设计局限，大多采用不锈钢或氧化锆陶瓷等材料，但不锈钢的加工成本很高，且不宜大功率使用，临床上的断针事件时有发生；氧化锆陶瓷则在装配过程中则有过多的粘接工艺，工序繁杂，且可靠性不高，致使消融天线的安全性过分依赖于粘结剂的耐高温性能及工艺稳定性。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、密封可靠、弯柄、直柄两种结构形式通用性强，同时，尖端微波发射结构生产工艺简单、成本低廉、安全性高的医用消融天线。
本发明的技术方案：
本发明提供的医用消融天线包含辐射天线、手柄两部分。
辐射天线包含微波复合辐射头、介质环、辐射天线主体。微波复合辐射头由穿刺辐射套和内嵌电热导体两部分构成。穿刺辐射套尖端为圆锥状结构或者棱状结构，尾端设有内孔。内嵌电热导体为圆柱状结构，尾端带有盲孔。内嵌电热导体内嵌于穿刺辐射套的内孔中，并在穿刺辐射套外表面环形均匀铆压，从而将穿刺辐射套与内嵌电热导体压接为一体，其具有良好的导电导热性能。介质环设置在微波复合辐射头与辐射天线主体之间，并套装在内嵌电热导体上，介质环起到阻抗匹配和电气绝缘的作用。辐射天线主体为结构管，内部有给水管和微波传输电缆，辐射天线主体前端套装于介质环上。微波传输电缆前端的内导体内装于内嵌电热导体的盲孔内并通过机械铆压固定，实现电连接。
手柄由水腔盒、射频连接器、温度传感器、温度传感器接口及手柄壳体构成。
水腔盒固定于手柄壳体上，辐射天线主体的结构管尾端密封固定于水腔盒的前壁，给水管尾端密封固定于水腔盒的内壁，微波传输电缆贯穿给水管的整体，并从水腔盒后壁穿出，水腔盒后壁与微波传输线缆之间的缝隙通过焊接密封；进水接头和出水接头位于水腔盒上。在水腔盒内，内壁与后壁之间形成进水腔道，前壁与内壁之间形成出水腔道。冷却水从进水接头进入进水腔道，然后通过给水管内与微波传输线缆之间的间隙流至辐射天线主体的前端，然后在给水管前端折返，通过辐射天线主体的结构管内与给水管之间的间隙回流至出水腔道，然后经出水接头流至手柄壳体外部，从而构成流动的循环水起到对辐射天线主体的冷却作用。
射频连接器固定于手柄壳体，其与微波传输线缆电连接，射频连接器用于接入射频功率信号；温度传感器位于手柄内部，依附在辐射天线主体的结构管外表面，通过导线连接到固定在手柄壳体上的温度传感器接口。固定在手柄壳体上的射频连接器和温度传感器接口，在方向上使引出线缆平行于辐射天线主体方向，或者垂直于辐射天线主体方向，从而构成直柄、弯柄两种结构外形。
射频连接器由T形套、外卡套、内芯、内卡套、绝缘套构成。T形套与微波传输线缆的外导体连通焊接，内芯与微波传输线缆的内导体连通焊接，外卡套装配于手柄壳体，绝缘套套装在内芯上，内卡套套装在绝缘套上。射频连接器中的T形套、外卡套、内芯、内卡套选用铜合金材料，通过镀金增强电特性，绝缘套选用PTFE材料。
微波复合辐射头的长度是3～16mm，对应的微波功率源频率为2450MHz。或者微波复合辐射头的长度是11～25mm，对应的微波功率源频率为915MHz。使得电参数匹配更佳。
内嵌电热导体(111)选用铜合金材料。
辐射天线主体结构管外表面设有体现长度的刻度标识。
水腔盒在其前壁的外侧设有固定安装辐射天线主体的导向孔。
本发明提供的医用消融天线含以下优点：
1、水腔盒直柄、弯柄两种结构形式，结构紧凑且密封可靠性好，易生产。
2、辐射天线内部冷却水流通道为套装结构，通过微波传输线缆、给水管、结构管彼此之间的配合间隙形成进水、回水腔道，空间利用率高，水流量大，冷却效果好。
3、通过将微波复合辐射头的内嵌电热导体降低微波复合辐射头整体的温度进而减少或避免消融时组织的焦化程度，增大消融形态的圆度。
4、除手柄外壳外，所有的结构件，弯柄、直柄结构形式的消融天线全部通用，可大大降低生产成本，简化工艺过程。
附图说明
图1为本发明医用消融天线轴测图；
图2为本发明医用消融天线侧视图；
图3为本发明医用消融天线俯视图；
图4为本发明医用消融天线剖视图；
图5为本发明医用消融天线主体前端剖面图；
图6为本发明医用消融天线后端俯视剖面图；
图7为本发明医用消融天线中的射频连接器结构图；
图8为本发明医用消融天线中的弹簧针(座)结构图；
图9为本发明医用消融天线直柄结构剖面图。
具体实施方式
本发明提供的医用消融天线结构紧凑、可靠性高，下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供的医用消融天线包含辐射天线100、手柄200两部分，如图1、2所示。
辐射天线100包含微波复合辐射头、介质环120、辐射天线主体130三部分，如图5所示。
在图5中，微波复合辐射头分为穿刺辐射套110、内嵌电热导体111两部分。内嵌电热导体111为尾端带有盲孔的圆柱状结构，盲孔孔径0.2-0.5mm，深度2-6mm，本实施例中盲孔孔径为0.34mm，深度4mm，电热导体111套装于穿刺辐射套110的内孔中。穿刺辐射套110尖端为圆锥状结构，外径1.0-2.6mm，长度3-25mm，外表面通过喷砂处理以增强外表面涂层附着力，同时增强超声下显影效果，其外径1.9mm，长度12mm。将内嵌电热导体111放入在穿刺辐穿刺辐射套110对应的孔内并在其外表面环形均匀铆压，从而将穿刺辐射套110与内嵌电热导体111压接为一体，二者压接在一起后可承受20N的轴向拉力不脱离。本实施例中，内嵌电热导体111优先选用电、热特性好的铜合金，穿刺辐射套110选用刚性好的医用不锈钢。为了防止穿刺辐射套110与组织的粘连，其外表面有铁氟龙或派瑞林纳米涂层，热缩氟塑料等也可以起到很好的防粘连效果。
介质环120设置在微波复合辐射头110与辐射天线主体130之间，并套装在内嵌电热导体111上，选用耐高温的医用高分子材料，如PTFE(聚四氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)等，也可选用医用陶瓷，如氧化锆，可承受500℃以上高温。
辐射天线主体130为结构管，内部含给水管160、微波传输电缆140。结构管前端套装于介质环120上，可选用医用不锈钢、PTFE、PEEK、玻璃纤维等材料，主要作用是为穿刺时提供支持力并保护内部零部件，外径一般为1.0-2.6mm，长度通常介于60-260mm之间，如果选用PTFE、PEEK等柔性高分子材料，可以根据临床需要延长至2000mm。优选医用不锈钢304材质，能为穿刺时提供足够的支持力，且刚性好，外径1.9mm，长度200mm。
微波传输线缆优先选用最小弯曲半径不大于1mm的半刚性射频电缆，要求外导体为100％屏蔽的无缝铜管，阻抗匹配50±1.5ohm，外径0.5-2.0mm。本实施例中的微波传输线缆140选用外径1.1mm，其内导体141内装于内嵌电热导体111的盲孔内并通过机械铆压固定，压接后二者之间应能承受10N以上的轴向拉力不脱离。在介质环120尾端，辐射天线主体130的结构管与微波传输电缆140之间用条状焊锡通过高频焊保证彼此间的密封。给水管160可选用304、316等医用不锈钢毛细管，也可选用PI(聚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)等材料，为了保证供水量，其内径应比微波传输电缆140外径大0.1mm以上，给水管160外径应比结构管内径小0.1mm以上。参照图5，给水管160与微波传输电缆140之间形成进水通道，进水在给水管远端折返，通过结构管与给水管之间形成的出水通道返流。这里优选医用不锈钢304作为给水管160材质。外套于微波传输电缆140上，为了保证供水量，其内径比微波传输电缆140大0.3mm，外径应比结构管130内径小0.2mm。给水管160与微波传输电缆140之间形成进水通道，进水在给水管160前端折返，通过结构管130与给水管160之间形成的出水通道返流。
由于内嵌电热导体111选用导热性能很好的铜合金，通过进水通道流进的冷却水能对内嵌电热导体111进行很好的降温，进而对穿刺辐射套110进行一定程度的物理降温，减轻或避免消融组织的焦化程度，增强消融形态的圆度。
为了便于控制消融天线的插入组织深度，可以在结构管130外表面增加体现长度刻度的标识，可通过雕刻、喷涂、压印等工艺实现。本实施例通过激光雕刻实现。为了避免与组织发生黏连，可以在结构管130外表面包覆PTFE薄膜层、喷涂铁氟龙或派瑞林纳米涂层。
手柄部分200内含水腔盒300、射频连接器、温度传感器401、温度传感器接口及手柄壳体240，如图6所示。水腔盒300固定于手柄壳体240上,其上有前壁301、中壁302、后壁303，水腔盒300选用铜合金材质，内壁302与后壁303之间形成进水腔道306，前壁301与内壁302之间形成出水腔道307。辐射天线主体130的结构管尾端内装在前壁301上，并通过焊接工艺密封固定，前壁301的外侧可以设有导向孔或导向槽，以便于结构管稳固地安装在前壁301上。给水管160尾端内装在内壁302上，二者通过焊接工艺密封固定。微波传输电缆140贯穿给水管160的整体，从后壁303穿出，后壁303与微波传输线缆140之间的缝隙通过焊接或胶黏等工艺密封。
水腔盒300上设有进水接头211和出水接头210，如图3所示。进水接头211与进水腔道306相通，出水接头210与出水腔道307相通。冷却水从进水接头211进入进水腔道306，然后通过给水管160与微波传输线缆140之间的间隙流至辐射天线主体130的前端，然后在给水管160前端折返，通过给水管160与结构管130之间的间隙回流至出水腔道307，然后经出水接头210流至手柄壳体240外部，从而构成流动的循环水起到对辐射天线主体130冷却的效果。
水腔盒300可选用铜合金、铝合金等易于加工金属材料，也可选用ABS、PP等工程塑料。如果水腔盒300选用金属材质可以通过焊接工艺将二者固定，如果选用工程塑料材质可以选用热熔或黏贴等工艺。
射频连接器固定于手柄壳体240，射频连接器与微波微波传输线缆140电连接，射频连接器含T形套225、外卡套223、内芯222、内卡套221、绝缘套220，如图7所示。其中，T形套225与微波传输线缆140的外导体143焊接，内芯222与微波传输线缆140的内导体141焊接，外卡套223装配于手柄壳体240上，绝缘套220套装在内芯222上，内卡套221套装在绝缘套220上。本实施例中，射频连接器中的T形套225、外卡套223、内芯222、内卡套221选用铜合金材料，通过镀金增强电特性，绝缘套220选用PTFE材料。
温度传感器401位于手柄200内部，依附在辐射天线主体130的结构管外部，本实施例选用热敏电阻。温度传感器接口如图8所示，为弹簧针230。弹簧针230可轴向弹性伸缩，与温度传感器401的导线通过焊接方式电连接。弹簧针230通过卡座231固定在手柄壳体240上。
由于本发明医用消融天线所有的零部件，弯柄结构、直柄结构具有很强的通用性，所以只要更换手柄外壳240，可以很容易的将弯柄结构消融天线如图4改为直柄结构消融天线如图9，最大限度的兼容二者的结构及工艺，且结构简单，可靠性高。
本发明提供的医用消融天线，可以通过改变微波复合辐射头的长度控制微波在组织中的辐射，以适应人体不同脏器，不同大小病灶；此外，通过改变微波复合辐射头长度可使本发明所述的医用消融天线在2450MHz、915MHz两种微波频率下工作，通用性强。
Claims (4)
1.一种医用消融天线，包括辐射天线(100)、手柄(200)两部分；其特征在于：
辐射天线(100)包含微波复合辐射头、介质环(120)、辐射天线主体(130)；
微波复合辐射头由穿刺辐射套(110)和内嵌电热导体(111)两部分构成；穿刺辐射套(110)尖端为圆锥状结构或者棱状结构，尾端设有内孔；内嵌电热导体(111)为圆柱状结构，尾端带有盲孔；
内嵌电热导体(111)内嵌于穿刺辐射套(110)的内孔中，并在穿刺辐射套(110)外表面环形均匀铆压，从而将穿刺辐射套(110)与内嵌电热导体(111)压接为一体；
介质环(120)设置在微波复合辐射头(110)与辐射天线主体(130)之间，并套装在内嵌电热导体(111)上；辐射天线主体(130)为结构管，内部有给水管(160)和微波传输电缆(140)，辐射天线主体(130)前端套装于介质环(120)上；
微波传输电缆(140)前端的内导体(141)内装于内嵌电热导体(111)的盲孔内并通过机械铆压固定，实现电连接；
手柄(200)由水腔盒(300)、射频连接器、温度传感器(401)、温度传感器接口及手柄壳体(240)构成；
水腔盒(300)固定于手柄壳体(240)上，辐射天线主体(130)的结构管尾端密封固定于水腔盒(300)的前壁(301)，给水管(160)尾端密封固定于水腔盒(300)的内壁(302)，微波传输电缆(140)贯穿给水管(160)的整体，并从水腔盒(300)后壁(303)穿出，水腔盒(300)后壁(303)与微波传输线缆(140)之间的缝隙通过焊接密封；进水接头(211)和出水接头(210)位于水腔盒(300)上；
在水腔盒(300)内，内壁(302)与后壁(303)之间形成进水腔道(306)，前壁(301)与内壁(302)之间形成出水腔道(307)；冷却水从进水接头(211)进入进水腔道(306)，然后通过给水管(160)内与微波传输线缆(140)之间的间隙流至辐射天线主体(130)的前端，然后在给水管(160)前端折返，通过辐射天线主体(130)结构管内与给水管(160)之间的间隙回流至出水腔道(307)，然后经出水接头(210)流至手柄壳体(240)外部，从而构成流动的循环水冷却辐射天线主体(130)；
射频连接器固定于手柄壳体(240)，其与微波传输线缆(140)电连接，射频连接器用于接入射频功率信号；温度传感器(401)位于手柄(200)内部，依附在辐射天线主体(130)的结构管外表面，通过导线连接到固定在手柄壳体(240)上的温度传感器接口；
固定在手柄壳体(240)上的射频连接器和温度传感器接口，在方向上使引出线缆平行于辐射天线主体(130)方向，或者垂直于辐射天线主体(130)方向；
射频连接器由T形套(225)、外卡套(223)、内芯(222)、内卡套(221)、绝缘套(220)构成；
T形套(225)与微波传输线缆(140)的外导体(143)焊接连通，内芯(222)与微波传输线缆(140)的内导体(141)焊接连通，外卡套(223)装配于手柄壳体(240)，绝缘套(220)套装在内芯(222)上，内卡套(221)套装在绝缘套(220)上；
射频连接器中的T形套(225)、外卡套(223)、内芯(222)、内卡套(221)选用铜合金材料，通过镀金增强电特性，绝缘套(220)选用PTFE材料；
微波复合辐射头的长度是3～16mm，对应的微波功率源频率为2450MHz；或者微波复合辐射头的长度是11～25mm，对应的微波功率源频率为915MHz。
2.根据权利要求1所述的一种医用消融天线，其特征在于：
内嵌电热导体(111)选用铜合金材料；
辐射天线主体(130)结构管外表面设有体现长度的刻度标识。
3.根据权利要求2所述的一种医用消融天线，其特征在于：
水腔盒(300)在其前壁(301)的外侧设有固定安装辐射天线主体(130)结构管的导向孔。
4.根据权利要求3所述的一种医用消融天线，其特征在于：
水腔盒300选用铜合金或铝合金金属材料，通过焊接工艺固件；
或者，水腔盒300选用ABS或PP工程塑料，通过热熔或黏贴工艺固件。
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