CN114652434A - 一种基于mems微针束的多窗口微波消融方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法和装置，采用MEMS加工技术制造刚性空心微针，通过金属化内壁使微针具有微波波导功能，同时微针上加工有周期排列的开放结构形成微波发射窗口；刚性微针束被安装在所需尺寸的注射针头内部，首先通过注射针头将微针束送进人体内部，到达目标细胞外围；通过推进装置将刚性微针束插入到目标细胞中，微针束互相之间具有初始角度，插入覆盖整个目标细胞。本发明通过设置微针束互相之间具有初始角度，可缩小辐射强度，利用移动对靶向区域范围覆盖，减少损毁肝脏细胞范围，完整作用于靶向区域，提高消融覆盖率。

Description

一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法及其装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法及其装置。

背景技术

微波消融技术已经广泛应用于临床医学中，通过微波源控制其输出功率来达到尖端升温效果，使病灶处目标细胞蛋白质变性凝固，达到杀死目标细胞的治疗效果。它是在超声的影像引导下，进行肝癌病灶的精准定位。然后将微波消融针，插入到肝癌的核心部位。通常是建议全身麻醉来减少术中的疼痛不适。整个治疗的操作是由超声介入科医生在超声室来进行,当微波消融针通电后，消融针会产生微波电磁场，在微波电磁场的作用下，覆盖区域内的肿瘤组织当中的水分子，蛋白质分子等极性分子会产生高速的震动，分子之间相互碰撞摩擦，在短时间内产生高温，使得肝癌组织的肿瘤细胞发生凝固坏死，从而达到热消融肝癌的目的，相较于大范围的切除手术以及化疗放疗带来的强烈副作用，微波消融技术可以显著提高患者治疗效率和生活质量。

其中消融针是主要的消融部件，现有的消融针中通过穿刺送入一定深度后实现微波消融，消融区域较大时，需要实现穿刺深入，但是，目前的微波消融技术在治疗目标时，在消融范围较大时效果较差，

现有技术中采用常规尺寸的针，所以只可能有单个针头对应一个发射窗口，无法控制相位，只能控制微波幅度和持续时间，因为现有治疗思路是将微波发射窗口集中在目标中心，以球形热扩散的方式向外扩散，但目标中心通常难以精确定位，且目标形状并不总是理想球体，所以导致了消融手术效果有时达不到预期。因此需要一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提出一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于MEMS的微针消融针，所述消融针采用MEMS加工技术制造而成，微针消融针针体是具有金属化内壁的刚性空心微针，所述针体上排布有多个开放结构，所述多个开放结构形成微波发射窗口。

进一步地，所述多个开放结构呈周期性排列。

进一步地,相邻的所述微针消融针之间具有预设初始角度。

进一步地，所述预设初始角度范围为-150-150度。

一种基于MEMS微针消融系统，其特征在于，所述的基于MEMS的微针消融针束、微波功率模块、微波发生源，所述微针消融针束中的每一微针消融针通过各自的微细导线连接至微波功率模块，所述微波功率模块与所述微波发生源连接，所述微波功率模块向所述微针消融针输入特定幅度和相位的微波，使各微针消融针的微波发射窗口之间形成电磁波耦合效应，使到达微波辐射区域的各波束同相叠加。

一种基于MEMS微针束的多窗口微波耦合发射方法，包括以下步骤：

A采用MEMS加工技术制造刚性空心微针，通过金属化内壁使微针具有微波波导功能，同时微针上加工有周期排列的开放结构形成微波发射窗口；

B.刚性微针束被安装在所需尺寸的注射针头内部，首先通过注射针头将微针束送进人体内部，到达目标细胞外围；

C通过推进装置将刚性微针束插入到目标细胞中；

D微针束互相之间具有初始角度，插入目标细胞后使得两个或多个所述微针束的发射窗口之间的微波相位相干覆盖整个目标细胞。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置微针束互相之间具有初始角度，可缩小辐射强度，利用移动对靶向区域范围覆盖，减少损毁肝脏细胞范围，完整作用于靶向区域，提高消融覆盖率。

附图说明

图1为本发明的工作示意图；

图2为本发明的微针束结构示意图；

图3为本发明的微针束的B部放大示意图；

图中：1-目标细胞，2-微波发射窗口，3-刚性空心微针，4-微针束，5-微波发生源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，一种基于MEMS的微针消融针，所述消融针采用MEMS加工技术制造而成，微针消融针针体是具有金属化内壁的刚性空心微针，所述针体上排布有多个开放结构，所述多个开放结构形成微波发射窗口。

在本实施例中，所述多个开放结构呈周期性排列,所述微针消融针束由多个所述的微针消融针组合成束装结构，相邻的所述微针消融针之间具有预设初始角度，所述预设初始角度范围为60度。

所述消融针采用MEMS加工技术制造而成的MEMS微针才能制作多窗口，以及多个微针组合成束装结构；常规针本身就是金属的，而MEMS微针本身是硅材质，需要金属化内壁后才能传导微波，同相叠加的关键在于初始角度以及根据反馈回来的信号通过后期计算精确设定每个窗口的相位。

一种基于MEMS微针束的多窗口微波消融方法，

本发明包括以下步骤：

A采用MEMS加工技术制造刚性空心微针，通过金属化内壁使微针具有微波波导功能，同时微针上加工有周期排列的开放结构形成微波发射窗口；

B.刚性微针束被安装在所需尺寸的注射针头内部，首先通过注射针头将微针束送进人体内部，到达目标细胞外围；

C通过推进装置将刚性微针束插入到目标细胞中；

D微针束互相之间具有初始角度，插入覆盖整个目标细胞，使目标内特定区域热作用增强，而区域外微波相互抵消从而保护正常组织。

一种基于MEMS微针消融针体，包括空心微针、耦合器、ADC信号处理器和微波发生源，所述空心微针的电流输入端与所述耦合器的电流输出端连接，所述耦合器的输出端与ADC信号处理器的输入端连接，所述ADC信号处理器的输出端与微波强度输入面板的输入端连接。

在本实施例子中，所述空心微针和微波发生源之间设置有隔离件，所述隔离件用以使所述金属针体电气隔离，以使所述空心微针有周期排列的开放结构。

在本实施例子中，所述隔离件部分包覆所述微波发生源。

在本实施例子中，所述空心微针和微波发生源之间设置有隔离件，所述隔离件用以使所述金属针体电气隔离，以使所述空心微针有周期排列的开放结构微波功率经耦合器的定向耦合器，即主馈线输送到MEMS微针消融针；输出的微波功率经耦合器的正向耦合器耦合部分输出功率，经过正向检波处理器检波处理，DAC转换后，将数字信号转化为模拟信号，模拟信号经过功率源放大为输入每一根微针的大功率微波信号，每一路信号的相位由最开始的数字信号控制，以实现靶向性，MEMS微针消融针的反射功率由耦合器的反向耦合器耦合部分反射功率，经过反向检波处理器检波处理，ADC转换后，获得检波的数字信号，数字信号由ADC信号处理器转换为微波反射功率值；ADC信号处理器根据监测微波输出功率值和MEMS微针消融针的反射功率值，实时计算出实际通过MEMS微针消融针注入消融组织的能量，调整或者切断微波消融治疗仪的输出功率。

本发明中消融针使用时，通过将穿刺针头安装在消融针针体端部，将穿刺针头穿刺至肝脏的靶向区域部分，此时辐射的范围位于靶向区域的范围内，然后打开辐射器，作用于靶向区域，缓慢推进针头逐渐覆盖整个靶向区域，使靶向区域内的肝脏细胞组织覆盖微波电磁场，使得区域内的肿瘤组织当中的水分子，蛋白质分子等极性分子产生高速的震动，肿瘤细胞发生凝固坏死，从而达到热消融肝癌的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于MEMS的微针消融针，其特征在于，所述消融针采用MEMS加工技术制造而成，微针消融针针体是具有金属化内壁的刚性空心微针，所述针体上排布有多个开放结构，所述多个开放结构形成微波发射窗口。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS的微针消融针，其特征在于，所述多个开放结构呈周期性排列。

3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS的微针消融针束，其特征在于，相邻的所述微针消融针之间具有预设初始角度。

4.根据权利要求3所述的基于MEMS的微针消融针束，其特征在于，所述预设初始角度范围为-105-150度。

5.一种基于MEMS微针消融系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于MEMS的微针消融针束、微波功率模块、微波发生源，所述微针消融针束中的每一微针消融针通过各自的微细导线连接至微波功率模块，所述微波功率模块与所述微波发生源连接，所述微波功率模块向所述微针消融针输入特定幅度和相位的微波，使各微针消融针的微波发射窗口之间形成电磁波耦合效应，使到达微波辐射区域的各波束同相叠加。

6.一种基于MEMS微针束的多窗口微波耦合发射方法，其特征在于，

A采用MEMS加工技术制造刚性空心微针，通过金属化内壁使微针具有微波波导功能，同时微针上加工有周期排列的开放结构形成微波发射窗口；

B.刚性微针束被安装在所需尺寸的注射针头内部，首先通过注射针头将微针束送进人体内部，到达目标细胞外围；

C通过推进装置将刚性微针束插入到目标细胞中；

D微针束互相之间具有初始角度，插入目标细胞后使得两个或多个所述微针束的发射窗口之间的微波相位相干覆盖整个目标细胞。

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