CN115429423A - 无水微波消融针及微波消融系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无水微波消融针及微波消融系统，涉及射频消融技术领域。本发明的无水微波消融针，包括针体和设置在针体前端的针尖，针体包括由内至外依次设置的电缆、内管以及外管，内管中设置有冷却介质，冷却介质为液态金属或低熔点合金。通过采用液态金属或低熔点合金作为冷却介质来对电缆进行冷却降温，因此可取消针体中用于注入冷却水的进流管和用于循环冷却水的回流管，因此本发明的针体的结构更简单，从而有利于形成更细的针体；此外，采用液态金属或低熔点合金作为冷却介质，可取消现有技术中的冷却水循环系统以及用于控制冷却水进行循环的控制系统，从而可减小微波消融仪的体积，更利于携带，并可降低设备的复杂性。

Description

无水微波消融针及微波消融系统

技术领域

本发明涉及射频消融技术领域，特别地涉及一种无水微波消融针及微波消融系统。

背景技术

现有的微波消融系统，一般需要有冷却水系统来向消融针提供冷却水，降低消融针针杆部分的温度，使其不超过41℃，以免出现针道意外烫伤的现象，同时，也可保证微波连接部件安全的降温。图1示出了现有的微波消融系统，其包括微波消融仪1、冷却水循环系统和消融针5。其中，冷却水循环系统包括蠕动泵2、冷却水箱3、进流管4和回流管6等。微波消融仪1通过电缆7与消融针5相连，微波消融仪1控制蠕动泵2将冷却水箱3（容纳有生理盐水）中的冷却水通过进流管4泵入消融针5的针杆部分，随之冷却水通过回流管6返回至冷却水箱3中，从而完成冷却水循环，以对针杆部分进行降温。为此，消融针5中需要设计输送水管及进出水道等相应的结构，导致针体的结构较为复杂且不利于较细针体的制作；并且微波消融仪1中还需设置用于控制冷却水进行循环的控制系统，因此微波消融仪的体积较大。

发明内容

本发明提供一种无水微波消融针及微波消融系统，用于至少解决上述一个技术问题。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种无水微波消融针，包括针体和设置在所述针体前端的针尖，所述针体包括由内至外依次设置的电缆、内管以及外管，所述电缆从所述内管中穿出并与所述针尖相连；

所述内管中设置有冷却介质，所述冷却介质包裹所述电缆位于所述内管中的部分；

其中，所述冷却介质为液态金属或低熔点合金。

在一个实施方式中，还包括冷却体，所述冷却体设置在所述针体远离所述针尖的一端，所述冷却体中设置有与所述内管相连通的冷却腔，所述电缆延伸至所述冷却腔中并与射频连接器电连接。

在一个实施方式中，所述冷却体的外壁上设置有散热翅片。

在一个实施方式中，所述内管的外壁与所述外管的内壁之间形成真空层。

在一个实施方式中，还包括真空转接头，所述真空转接头分别与所述针体和所述冷却体相连，所述真空转接头用于形成所述真空层。

在一个实施方式中，所述真空转接头包括：

真空隔套，其与所述外管密封相连，所述内管和所述外管之间的空间与所述真空隔套的内部连通；以及

真空封隔件，其分别与所述真空隔套和所述冷却体密封相连，所述内管延伸至所述真空隔套中并与所述真空封隔件密封连接；

其中，所述真空封隔件上设置有真空封口，所述真空封口与所述真空隔套的内部以及所述内管和所述外管之间的空间连通，通过所述真空封口可进行排气以形成所述真空层。

在一个实施方式中，所述真空封口构造为圆锥形结构，其上方设置有玻璃封块，所述玻璃封块融化后可流入所述真空封口中，待其凝固后可封堵所述真空封口。

在一个实施方式中，所述真空隔套内还设置有环状固体吸气剂，所述环状固体吸气剂围绕伸入所述真空隔套中的内管的周向设置。

在一个实施方式中，所述真空转接头或冷却体上还设置有注入接头，所述注入接头用于向所述内管中注入所述冷却介质。

在一个实施方式中，所述针体通过转接件与所述针尖密封相连，所述内管靠近所述针尖的端部与所述针尖之间设置有矩形密封环。

根据本发明的第二个方面，本发明提供一种微波消融系统，其包括微波消融仪和上述的无水微波消融针。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过采用具有良好的导热性能的液态金属或低熔点合金作为冷却介质来对电缆进行冷却降温，因此可取消针体中用于注入冷却水的进流管和用于循环冷却水的回流管，因此本发明的针体的结构更简单，从而有利于形成更细的针体；此外，采用液态金属或低熔点合金作为冷却介质，可取消现有技术中的冷却水循环系统以及用于控制冷却水进行循环的控制系统，从而可减小微波消融仪的体积，更利于携带，并可降低设备的复杂性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是现有技术中微波消融系统的结构示意图；

图2是本发明的无水消融针的立体结构图；

图3是本发明的无水消融针的主视图；

图4是本发明的无水消融针的剖视图；

图5是图4中真空隔套的剖视图；

图6是图5在A处的放大图；

图7是图5中针体的部分结构示意图；

图8是图5中真空封隔件的剖视图；

图9是图7在B处的放大图；

图10是图7在C处的放大图。

附图标记：

1、微波消融仪；2、蠕动泵；3、冷却水箱；4、进流管；5、消融针；6、回流管；7、电缆；

100、针体；101、针尖；102、转接件；103、矩形密封环；104、配合端面；

110、电缆；120、内管；130、外管；140、真空层；

121、冷却介质；122、缩颈部；

200、冷却体；

210、冷却腔；220、散热翅片；

300、射频连接器；

400、真空转接头；

410、真空隔套；411、环状固体吸气剂；412、第一台阶孔；413、第一连接孔；414、第二台阶孔；415、真空腔；416、第三连接孔；

420、真空封隔件；421、真空封口；422、玻璃封块；423、空腔；424、锥形连接件；425、第二连接孔；426、台阶；427、第一配合面；428、第四连接孔；429、柱体；

500、注入接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图2和图3所示，本发明提供一种无水微波消融针，包括针体100、设置在针体100前端的针尖101、设置在针体100后端的真空转接头400、与真空转接头400相连的冷却体200以及设置在冷却体200后端的射频连接器300。射频连接器300则与微波消融仪相连，以提供用于消融的微波。

具体来说，请结合图4和图7，针体100包括由内至外依次设置的电缆110、内管120以及外管130，电缆110、内管120以及外管130三者同轴设置，以降低装配的难度。

电缆110的一端穿过内管120并与针尖101相连，电缆110的另一端依次穿过真空转接头400和冷却体200，并与冷却体200后端的射频连接器300相连。通过射频连接器300输出微波，以在针尖101部分形成热交换区，其与指定区域进行热交换。

内管120中设置有冷却介质121，冷却介质121包裹电缆110位于内管120中的部分，从而冷却介质121可以对内管120中的电缆110进行冷却降温。

其中，冷却介质121为液态金属或低熔点合金。本发明摒弃了冷却水的冷却方式，而是采用具有良好的导热性能的液态金属或低熔点合金作为冷却介质121来对电缆110进行冷却降温，具有以下几方面的优势。

第一，由于不采用冷却水进行冷却，那么就可取消现有技术中的蠕动泵2、冷却水箱3、进流管4和回流管6等冷却水循环系统，继而可取消现有技术中微波消融仪1中用于控制冷却水进行循环的控制系统（如图1中虚线框中的部件），从而可减小微波消融仪的体积，更利于携带，并可降低设备的复杂性。

第二，本发明的冷却介质121是直接设置在内管120中，其可包覆电缆110，因此针体100中无需构造用于注入冷却水的进流管和用于循环冷却水的回流管（如图1中虚线框中的部件），因此本发明的针体100的结构更简单，从而有利于形成更细的针体100。

进一步地，由于取消了用于循环冷却水的管路（其材质为塑料），因此可减少非金属管件的使用，由于针体100是金属（例如，不锈钢）的细长管件，因此也可降低手术中灭菌后的解析时间。取消了用于循环冷却水的管路（其材质为塑料）后，则针体100仅需与电缆110相连，而不再需要连接水路，因此更易布针，在插针和治疗过程中的操作更加简洁。

第三，基于液态金属或低熔点合金的良好导热性能，可快速地将针尖101和电缆110中多余的热量向针体100的后端（即图3所示上端）进行传导，从而可保护针尖101不会过热。

基于此，液态金属或低熔点合金可以在外管130和电缆110之间直接充当良好的导电介质，不仅能够减少外管130的电流回流造成的发热，而且使外管130与内管120中的电缆110的屏蔽接地层（电缆110的外壁）属于同电位，从而可增大微波的回流路径、减少微波回流的阻抗，从而起到增加微波输出的效率和保障微波输出的圆度（即形成的热交换区域更接近于圆）的效果。

第四，现有的采用冷却水进行冷却的消融针的导热效率较低，因为一旦消融针的针尖部分的温度超过100℃，冷却水就会沸腾汽化。而本发明中的冷却介质121基于液态金属或低熔点合金的沸点高、不易沸腾的特点，以及金属本身的导热率比水高的优势，即使针尖101处的温度达到120℃（或更高），液态金属或低熔点合金也不会出现沸腾的现象，从而可提高导热效率。

基于此，还可以根据需要提高冷却介质121的工作温度，因为液态金属或低熔点合金可以在100℃内安全工作，同时，针体100的温度也不会超过41℃，由此可避免冷却强度过大而造成微波的输出效率降低的情况。因此，在同等输出功率的情况下，本发明的无水微波消融针能够形成更大的消融区域。

此外，适当提高冷却介质121的温度，使液态金属或低熔点合金在100℃的范围内工作，使得微波输出的热量也不会浪费，能够尽可能地作用在热交换区域，

第五，低熔点合金在吸热过程中发生相变，由固态转化为液态，因此可以利用相变潜热，从而低熔点合金作为冷却介质121能够吸收潜热，其热容更大。

具体地，液态金属例如可以是：镓（Ga，熔点29.76℃）或镓铟锡混合物等，例如可采用牌号为LMTG10B的液态金属；低熔点合金可以是由Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成的金属及其合金。

冷却体200设置在针体100远离针尖101的一端，即针体100的后端。冷却体200中设置有与内管120相连通的冷却腔210，如图4所示，电缆110的一端延伸至冷却腔210中并与射频连接器300电连接。

冷却腔210中可存储冷却介质121。冷却介质121可在内管120和冷却腔210之间流动，从而将内管120中的电缆110的热量向冷却腔210中传导，以避免电缆110过热。

进一步地，冷却体200的外壁上设置有散热翅片220，以利于热量的散发。如图1所示，散热翅片220为沿冷却腔210的周向设置的环形结构，各环形结构沿冷却腔210的轴向依次布置。

然而也可以设想，散热翅片220为沿冷却腔210的轴向延伸的散热条，各散热条沿冷却腔210的周向依次布置；或者散热翅片220还可以是沿冷却腔210的轴向螺旋延伸的一体式散热筋。

冷却体200可采用铜等金属材料制成，以利于导热和增大散热效率。冷却体200与射频连接器300之间采用激光焊接密封相连。待冷却体200的冷却腔210被密封后，其与热管类似，从而可加速冷却介质121的冷却循环。由此，冷却介质121在密闭通道内流动导热，可以将针尖101及针体100的发热传导至冷却腔210。此外，由于冷却体200与射频连接器300焊接，则冷却介质121还可对射频连接器300进行冷却。

如图2-图4所示，冷却体200的直径远大于针体100的直径，因此冷却体200可以有一定的质量进行吸热散热，并且其与针尖101处进行热交换的区域较远，因此也不会影响针道和针尖101的换热。

如图5和图7所示，内管120的外壁与外管130的内壁之间形成真空层140（请详细参见图10）。由于冷却介质121在传导热量时，会使针体100的温度升高，为了避免灼伤，在内管120和外管130之间形成真空层140来起到绝热的效果。

具体地，外管130可以采用壁厚为0.1mm的毛细管，保证其内壁与内管120的外壁之间具有0.1mm的间隙，该间隙用于形成真空层140。

上述的真空层140通过真空转接头400来形成。如图4所示，真空转接头400包括真空隔套410和真空封隔件420。

请结合图4、图5和图6，真空隔套410构造为大致锥形的结构，其中设置有真空腔415，真空隔套410的下端设置有第一连接孔413，第一连接孔413为台阶孔，其在第一台阶处形成第一台阶孔412，在第二台阶处形成第二台阶孔414。如图6所示，内管120和外管130设置在第一连接孔413中，内管120贯穿第一连接孔413并伸入真空腔415中，外管130的端部则与第一台阶相抵接，从而外管130和内管120之间的空间与第一台阶孔412相连通，继而与第二台阶孔414和真空腔415相连通。

第二台阶孔414为锥形孔，其朝向真空腔415的一侧直径变大，从而更有利于将外管130和内管120之间的空间中的气体排出。

外管130的外壁与第一连接孔413的内壁之间可通过焊接等方式形成密封相连。

或者可选地，第一连接孔413也可构造为其他结构，例如第一连接孔413仅设置一级台阶，即仅设置第二台阶孔414而并不设置第一台阶孔412，此时外管130可通过其自身长度进行定位。

如图5所示，真空隔套410的真空腔415内还设置有环状固体吸气剂411，环状固体吸气剂411围绕伸入真空隔套410中的内管120的周向设置。当环状固体吸气剂411被激活时，可吸附残余气体。

真空封隔件420分别与真空隔套410和冷却体200密封相连。具体地，请结合图4和图8，真空封隔件420包括具有空腔423的柱体429和设置在柱体429的空腔423中的锥形连接件424，其中，锥形连接件424设置在真空隔套410的真空腔415中。

请结合图5和图8，柱体429与真空隔套410中的第三连接孔416相配合，具体地，柱体429的侧壁上设置有第一配合面427，其与第三连接孔416中的内壁相配合，柱体429的下端与第三连接孔416的台阶面相抵接，从而指示柱体429在真空隔套410中安装到位。柱体429与第三连接孔416也可通过焊接等方式形成密封相连。

结合图4和图8，柱体429的上端设置有第四连接孔428，其与冷却体200的下端配合连接，当冷却体200的下端面与第四连接孔428的台阶面相抵接时，可指示柱体429与冷却体200安装到位。

结合图4、图6和图8，锥形连接件424的下端构造为锥形结构，其设置在第一连接孔413的上方，当对通过第一台阶孔412和第二台阶孔414对外管130和内管120之间的空间进行排气时，该锥形结构可起到引导气流的作用。

请继续参见图4和图8，锥形连接件424中设置有第二连接孔425，第二连接孔425构造为台阶孔。电缆110贯穿第二连接孔425，内管120设置在第二连接孔425中，并与第二连接孔425流体连通。内管120的上端面与第二连接孔425中的台阶426相抵接，从而指示内管120与第二连接孔425安装到位。此外，内管120的外壁可与锥形连接件424通过焊接等方式形成密封相连。

第二连接孔425还与冷却体200的冷却腔210相连通，从而冷却腔210通过第二连接孔425与内管120流体连通。冷却腔210中的冷却介质121可通过第二连接孔425进入内管120中。

第二连接孔425的上侧内壁构造为锥形内壁，当冷却腔210中的冷却介质121流入第二连接孔425中时，该锥形内壁可起到导流的作用。

如图8所示，真空封隔件420的柱体429上设置有真空封口421，请结合图4和图5，真空封口421与真空隔套410的真空腔415以及内管120和外管130之间的空间连通，通过真空封口421可进行排气以形成真空层140。真空封口421构造为圆锥形结构，其上方设置有玻璃封块422，玻璃封块422未融化时为固体，其可放置在真空封口421的端口处，当其受热融化后可流入真空封口421中，待其凝固后可封堵真空封口421，从而使真空封隔件420的真空腔415以及内管120和外管130之间的空间均形成真空环境，即内管120和外管130之间形成了真空层140。

通过在针体100中形成绝热的真空层140，在冷却介质121进行导热时，外管130外壁的温度可以维持在41℃以下，从而可保护针道，避免温度过高而烫伤组织。

在形成真空层140时，将连接好的真空封隔件420、真空隔套410和针体100放入真空炉中进行排气，使内管120和外管130之间的气体以及真空腔415中的气体排除并将环状固体吸气剂411激活，最后高温使玻璃封块422（玻璃封珠）融化并封堵真空封口421，从而完成真空环境的构建和各部件之间的密封连接。

真空转接头400或冷却体200上还设置有注入接头500，注入接头500用于向内管120中注入冷却介质121。如图4所示，注入接头500设置在真空封隔件420的柱体429的侧壁上，其与柱体429的空腔423相连通。当通过注入接头500注入冷却介质121时，冷却介质121可进入柱体429的空腔423，并进入冷却体200的冷却腔210，继而可通过第二连接孔425进入内管120中。因此可以理解地，位于冷却腔210中的一部分电缆110、位于第二连接孔425中的一部分电缆110以及位于内管120中的一部分电缆110均浸没在冷却介质121中。

换言之，除针尖101处的电缆110需要起到换热的作用因而不需要进行冷却，其余部分的电缆110均需要被冷却介质121包覆，以降低其温度。此外，冷却介质121包覆电缆110，因此其仅与电缆110的外壁（即微波传输的屏蔽层）接触，因此不会引起微波泄漏及短路；并且基于其良好的导电性，还可以增加微波回路的接地可靠，并增加微波输出的圆度（即形成的热交换区域更接近于圆）。

注入接头500可采用铜管制成，待冷却介质121注入完成后，采用冷压焊接的方式将其密封。注入接头500作为一次性密封结构，其具有整体密封行，可降低冷却介质121的泄漏风险。

针体100与真空隔套410为分体结构，因此针体100可单独构造。真空隔套410与真空封隔件420可采用一体成型的方式构造，以提高结构紧凑性；或者可采用分体式结构分别进行构造。

如图7所示，针体100通过转接件102与针尖101密封相连，转接件102的一端伸入内管120和外管130之间的空间，并可分别与二者进行焊接密封，以增强内管120和外管130下端的密封性。转接件102的另一端与针尖101上端的定位台阶相抵接，并可与针尖101焊接相连。

如图9所示，内管120下端的内壁向内突出，形成缩颈部122，其直径小于其他内管120其他部位的直径，因此在此处冷却介质121的通路变窄，以利于密封。请结合图7和图9，内管120靠近针尖101的端部（即下端部）与针尖101之间设置有矩形密封环103，矩形密封环103可将内管120的下端封闭，从而将冷却介质121密封在内管120中。

因此可以理解地，冷却介质121所在的通路，其一端为内管120的下端面，而内管120的下端面由矩形密封环103封闭；冷却介质121所在通路的另一端为冷却腔210的上端面，其由射频连接器300密封，从而将冷却介质121密封在冷却体200、真空转接头400以及针体100中。

根据上述说明，冷却介质121所在的通路所涉及的部件之间采用硬密封（例如焊接）的方式进行连接，因此可减少维护的频率。并且冷却体200、真空隔套410、真空封隔件420以及内管120均为非金属管件，因此可延长保存时间，从而本发明的无水微波消融针可长效保存。

请结合图9，转接件102的内壁向内侧突出形成配合端面104，内管120的下端面与该配合端面104相抵接，从而指示内管120与转接件102安装到位。转接件102向内突出的内壁与矩形密封环103的外壁相抵接，也就是说，矩形密封环103的两端分别与内管120的下端面以及针尖101的上端面向贴合，其矩形密封环103的外壁则与转接件102的向内突出的内壁相贴合，从而转接件102、矩形密封环103、内管120以及针尖101之间形成密封连接。

外管130的外部可套设绝缘套管（未示出），其可采用焊接陶瓷制成，用于在外管130的外部形成微波绝缘。外管130和绝缘套管之间可采用激光进行焊接相连，以保证密封的可靠性，也可增大针体100与针尖101连接的可靠性。

需要说明的是，针尖101可采用现有的射频消融针的针尖，本发明对此不在赘述。

本发明还提供一种微波消融系统，其包括微波消融仪（未示出）和上述的无水微波消融针，微波消融仪与射频连接器300相连，以提供消融用微波。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种无水微波消融针，其特征在于，包括针体（100）和设置在所述针体（100）前端的针尖（101），所述针体（100）包括由内至外依次设置的电缆（110）、内管（120）以及外管（130），所述电缆（110）从所述内管（120）中穿出并与所述针尖（101）相连；

所述内管（120）中设置有冷却介质（121），所述冷却介质（121）包裹所述电缆（110）位于所述内管（120）中的部分；

其中，所述冷却介质（121）为液态金属或低熔点合金。

2.根据权利要求1所述的无水微波消融针，其特征在于，还包括冷却体（200），所述冷却体（200）设置在所述针体（100）远离所述针尖（101）的一端，所述冷却体（200）中设置有与所述内管（120）相连通的冷却腔（210），所述电缆（110）延伸至所述冷却腔（210）中并与射频连接器（300）电连接。

3.根据权利要求2所述的无水微波消融针，其特征在于，所述冷却体（200）的外壁上设置有散热翅片（220）。

4.根据权利要求2或3所述的无水微波消融针，其特征在于，所述内管（120）的外壁与所述外管（130）的内壁之间形成真空层（140）。

5.根据权利要求4所述的无水微波消融针，其特征在于，还包括真空转接头（400），所述真空转接头（400）分别与所述针体（100）和所述冷却体（200）相连，所述真空转接头（400）用于形成所述真空层（140）。

6.根据权利要求5所述的无水微波消融针，其特征在于，所述真空转接头（400）包括：

真空隔套（410），其与所述外管（130）密封相连，所述内管（120）和所述外管（130）之间的空间与所述真空隔套（410）的内部连通；以及

真空封隔件（420），其分别与所述真空隔套（410）和所述冷却体（200）密封相连，所述内管（120）延伸至所述真空隔套（410）中并与所述真空封隔件（420）密封连接；

其中，所述真空封隔件（420）上设置有真空封口（421），所述真空封口（421）与所述真空隔套（410）的内部以及所述内管（120）和所述外管（130）之间的空间连通，通过所述真空封口（421）可进行排气以形成所述真空层（140）。

7.根据权利要求6所述的无水微波消融针，其特征在于，所述真空封口（421）构造为圆锥形结构，其上方设置有玻璃封块（422），所述玻璃封块（422）融化后可流入所述真空封口（421）中，待其凝固后可封堵所述真空封口（421）。

8.根据权利要求6所述的无水微波消融针，其特征在于，所述真空隔套（410）内还设置有环状固体吸气剂（411），所述环状固体吸气剂（411）围绕伸入所述真空隔套（410）中的内管（120）的周向设置。

9.根据权利要求5所述的无水微波消融针，其特征在于，所述真空转接头（400）或冷却体（200）上还设置有注入接头（500），所述注入接头（500）用于向所述内管（120）中注入所述冷却介质（121）。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的无水微波消融针，其特征在于，所述针体（100）通过转接件（102）与所述针尖（101）密封相连，所述内管（120）靠近所述针尖（101）的端部与所述针尖（101）之间设置有矩形密封环（103）。

11.一种微波消融系统，其特征在于，其包括微波消融仪和权利要求1-10中任一项所述的无水微波消融针。

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