CN116058960A - 微波天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微波天线，涉及医疗器械的技术领域，微波天线包括：辐射头，其包括：露出部分，其轴向长度的取值范围为1mm‑4mm；与露出部分近端连接且与露出部分同轴的装配柱；其长度的取值范围为1mm‑4mm；远端与装配柱的外壁套接的介质环，其包括：由远至近彼此连接的大外径部分和小外径部分；大外径部分和小外径部分的轴向长度的取值范围为5mm‑9mm和6mm‑8mm；位于介质环内，且远端与装配柱插接的射频线缆；射频线缆的外壁与介质环的内壁之间的配合间隙≤0.1mm；套接在小外径部分外侧的天线主体；天线主体的内壁与小外径部分的外壁之间的配合间隙≤0.1mm。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种微波天线。
背景技术
微波消融技术在肝癌、甲状腺结节的应用逐渐普及，相比于传统的外科手术治疗方式，微波消融治疗技术有它独有的优势：微创、手术时间短、术后恢复快、对患者二次伤害小，对小肿瘤患者可以得到单次彻底灭活的目的。
通过微波天线治疗消化道息肉操作方法如下：①首先内镜寻及病灶，操作孔导入微波天线，在直视下将微波天线辐射头伸出内镜远端，两者保持1.5cm以上距离，以免热力损伤内镜。②采用微波功率为50～90W，时间为3-5s/次。③直视下将辐射头抵近息肉蒂部或顶部采用多点多次放射状烧灼方式，反复烧灼至蒂部完全凝固或断离，拔出天线。对于广基或亚蒂息肉以烧灼表面为主，对于稍大息肉则以烧灼基部为主，均能达到很好的治疗效果。
如图1所示，然而现有技术中的微波天线的辐射热场位于靠近端部而非完全位于辐射头101端部的位置，这样，就会在端部和辐射热场之间产生无效区，无效区越长，治疗效果越差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波天线，以缓解现有的微波天线的辐射热场不位于端部的技术问题。
本发明实施例提供的一种微波天线，包括：
辐射头；所述辐射头包括：
露出部分；所述露出部分的轴向长度L2的取值范围为1mm-4mm；与露出部分近端连接且与所述露出部分同轴的装配柱；所述装配柱的长度的取值范围为1mm-4mm；
远端与装配柱的外壁套接的介质环；所述介质环包括：
由远至近彼此连接的大外径部分和小外径部分；所述大外径部分的轴向长度L3的取值范围为5mm-9mm；所述小外径部分的轴向长度L4的取值范围为6mm-8mm，同时，L3与L4满足：L3+L4＝λ，
其中，λ为频率为f的微波在有损介质中的波长；
位于所述介质环内，且远端与装配柱插接的射频线缆；所述射频线缆的外壁与所述介质环的内壁之间的配合间隙X1≤0.1mm；
套接在所述小外径部分外侧的天线主体；所述天线主体的内壁与所述小外径部分的外壁之间的配合间隙X2≤0.1mm；
所述辐射头、介质环、射频线缆之间的配合间隙内设置有填充介质。
在一个可以实施的方案中，所述辐射头的轴向长度L1的取值范围为3mm-8mm。
在一个可以实施的方案中，所述露出部分的最大外径小于2.8mm。
在一个可以实施的方案中，所述露出部分为陀螺状；
或者，所述露出部分为圆头状。
在一个可以实施的方案中，包括手柄，所述天线主体连接在介质环和手柄之间，所述天线主体可弯曲。
在一个可以实施的方案中，所述天线主体包括：
结构管，所述结构管的远端与小外径部分套接，所述结构管的近端与手柄连接，所述射频线缆位于所述结构管内侧。
在一个可以实施的方案中，所述天线主体还包括：
位于所述结构管内侧的供水管；所述射频线缆位于供水管内侧；
所述供水管与射频线缆之间的间隙形成水循环的给水腔道；
所述供水管与结构管之间的间隙则形成水循环的回水腔道。
在一个可以实施的方案中，所述介质环的近端和供水管的远端之间具有温度检测单元。
在一个可以实施的方案中，所述手柄上设置有与所述给水腔道连接连接的进水结构，设置有与所述回水腔道连接的排水结构。
在一个可以实施的方案中，所述供水管的壁厚小于等于0.1mm。
本发明实施例提供的微波天线包括：辐射头；所述辐射头包括：露出部分；所述露出部分的轴向长度L2的取值范围为1mm-4mm；与露出部分近端连接且与所述露出部分同轴的装配柱；所述装配柱的长度的取值范围为1mm-4mm；远端与装配柱的外壁套接的介质环；所述介质环包括：由远至近彼此连接的大外径部分和小外径部分；所述大外径部分的轴向长度L3的取值范围为5mm-9mm；所述小外径部分的轴向长度L4的取值范围为6mm-8mm，同时，L3与L4满足：L3+L4＝λ，其中，λ为频率为f的微波在有损介质中的波长；位于所述介质环内，且远端与装配柱插接的射频线缆；所述射频线缆的外壁与所述介质环的内壁之间的配合间隙X1≤0.1mm；套接在所述小外径部分外侧的天线主体；所述天线主体的内壁与所述小外径部分的外壁之间的配合间隙X2≤0.1mm；所述辐射头、介质环、射频线缆之间的配合间隙填充介质。通过合理优化结构尺寸，由量变产生质变，将微波热场完全移动到辐射头的端部，本方案提供的结构方案完全可以实现天线头端辐射的临床需求，辐射热场位于端部是本方案的核心，普通的微波天线微波辐射热场无法做到天线端部辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中微波天线的蛋清热凝实验图；
图2为本发明实施例提供的微波天线的示意图；
图3为本发明实施例提供的微波天线的内部结构示意图；
图4为图3中A位置的局部放大图；
图5为图3中B位置的局部放大图；
图6为本发明实施例提供的微波天线的圆头辐射头的局部剖视图；
图7为本发明实施例提供的微波天线的陀螺形辐射头的局部剖面图；
图8为本发明实施例提供的微波天线的手柄的剖视图；
图9为本发明实施例提供的微波天线的圆形辐射头的细节图；
图10为本发明实施例提供的微波天线的陀螺形辐射头的细节图；
图11为本发明实施例提供的微波天线的圆形辐射头热灼息肉部位示意图；
图12为本发明实施例提供的微波天线的陀螺形辐射头热灼息肉部位示意图；
图13为本发明实施例提供的微波天线的热场分布云图；
图14为本发明实施例提供的微波天线的蛋清热凝实验图；
图15为本发明实施例提供的微波天线的装配柱的轴向长度分别为1mm、3mm和5mm时的热场分布云图；
图16为本发明实施例提供的微波天线的露出部分的轴向长度分别为1mm、3mm和5mm时的热场分布云图；
图17为本发明实施例提供的微波天线的大外径部分的轴向长度分别为4mm、7mm和9mm时的热场分布云图；
图18为本发明实施例提供的微波天线的小外径部分的轴向长度分别为4mm、7mm和9mm时的热场分布云图；
图19为本发明实施例提供的微波天线的射频线缆的外壁与所述介质环的内壁之间的配合间隙分别为0.05mm、0.08mm和0.12mm时的热场分布云图；
图20为本发明实施例提供的微波天线的天线主体的内壁与所述小外径部分的外壁之间的配合间隙分别为0.04mm、0.08mm和0.12mm时的热场分布云图。
图标：101-辐射头；102-介质环；103-射频线缆；104-填充介质；
2-天线主体；201-结构管；202-供水管；
301-温度检测单元；302-信号传输线；303-弹性触点；
4-手柄；401-前部分；402-中部分；403-后部分；404-射频接头；5-内镜；6-烧灼部位。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2-图20所示，本实施例提供的微波天线的微波热场位置是核心，如图1所示，普通的微波天线微波辐射热场无法做到天线端部辐射，就是因为现有的微波天线的设计不够理想。根据上述，消化道息肉的烧灼手法是采用多点多次烧灼，单次烧灼时间通常不大于5s,所以，通过合理设计微波天线实现微波热场的端部辐射直接影响到手术实际疗效。
微波天线包括辐射头101、介质环102、射频线缆103、填充介质104。根据点灼的操作方式及微波辐射频率f的取值可以为2450MHz，辐射头101设计为总长L1的取值范围可以为3mm-8mm。
辐射头101的露出部分可以为陀螺状或圆头状，辐射头101的露出部分的轴向长度L2的取值范围可以为1mm-4mm。露出部分的进端端面设计有同轴的装配柱，装配柱的轴向长度宜短(L1-L2)，取值范围可以为1mm-4mm。临床常用内镜5的钳道一般小于2.8mm,所以辐射头101的最大外径OD1＜2.8mm。
如图11和图12所示，陀螺状辐射头101可以应用于稍大息肉基本的点灼，圆头辐射头101可以应用于广基息肉顶部的抵近烧灼，临床使用时，根据病灶情况选择不同形状辐射头101。
介质环102套装在辐射头101的装配柱上，采用耐高温，介电常数高的材料，比如：ZrO2。介质环102与辐射头101组合共同决定了天线微波辐射点的位置及辐射效率。介质环102总体为圆柱体结构，分为大外径部分和小外径部分，大外径部分的外径与辐射头101的最大外径OD1相同。大外径部分和小外径部分的轴向长度L3、L4直接影响着微波辐射热场的位置，大外径部分的轴向长度L3的取值范围可以为5mm-9mm,小外径部分的轴向长度L4的取值范围可以为6-8mm。同时，L3与L4满足：L3+L4＝λ，其中，λ为频率为f的微波在有损介质中的波长，微波的频率f可以为2450MHz，有损介质在本方案中指的是人体组织。
射频线缆103是微波功率传输线，其内导体与辐射头101电连接，介质环102套装在辐射头101及射频线缆103上，所以介质环102内径与射频线缆103外径相同。
如图6和图7所示，为了改善微波辐射天线的辐射性能，辐射头101、介质环102、射频线缆103之间的配合间隙统一填充高介电常数的填充介质104，比如：ZrO2，各配合接触面的配合间隙应X1≤0.1mm、X2≤0.1mm。
如图15-图20所示，采用控制变量的方式，对装配柱的轴向长度(L1-L2)、露出部分的轴向长度L2、大外径部分的轴向长度L3、小外径部分的轴向长度L4、射频线缆103的外壁与所述介质环102的内壁之间的配合间隙X1，以及天线主体2的内壁与所述小外径部分的外壁之间的配合间隙X2进行分别模拟。通过有限元分析软件进行电磁场、生物热的多物理场耦合分析可知本方案提供的辐射热场位于端部；通过制作样针进行蛋清(凝胶)热凝实验，亦可直观的看到本方案提供的辐射热场位于端部。
天线主体2：天线需要穿过内镜5钳道到达消化道待烧灼部位6，并随着内镜5自由摆动，则消融天线主体2为柔性结构，所以，天线主体2选用柔性材料。
天线主体2由外至内依次为结构管201、供水管202、射频线缆103。结构管201选用耐高温、安全性高的医用高分子材料，远端与介质环102的小外径部分密封配合，近端与手柄4内部的集水系统密封配合，总体长度的取值范围为600mm-1200mm之间，外径与辐射头101外径OD1相同或略小于辐射头101外径OD1，壁厚的取值范围为0.05mm-0.2mm。
供水管202近端与手柄4内部的集水系统密封配合，远端临近介质环102的小外径部分，为保证冷却效果，供水管202应具有足够薄的壁厚，以不大于0.1mm为宜，总长与结构管201大致相同，外径根据水循环回路进水与出水截面积确定。
射频线缆103的远端与辐射头101电连接，近端与手柄4内部的射频接头404电连接，形成微波能量的供给链路。
为避免天线主体2发热对内镜5造成不可逆损伤，天线主体2温度需保持在42℃以下，所以，供水管202与射频线缆103之间的间隙形成了水循环的给水腔道，而供水管202与结构管201之间的间隙则形成了水循环的回水腔道。供水与回水通过手柄4内的集水系统与外界水循环回路实现循环流通。
临床常有报道内镜5附件过温损伤内镜5的事件，因此，天线主体2上靠近辐射头101的部位设计温度检测单元301至关重要。在使用微波天线进行消化道息烧灼时，辐射头101一般需伸出内镜5端部1.5cm,因此宜在距辐射头101端部1.5cm左右位置设计上温度检测单元301。本实施例将温度检测单元301设计至介质环102的小外径部分的近端后侧，温度检测单元301的信号传输线302贯穿天线主体2，与手柄4内部的弹性触点303电连接。
天线主体2外径小于2.8mm,内腔空间紧凑，所以，温度检测单元301可以选用测温头外径小于0.5mm的热电偶、热敏电阻或光纤。信号传输线302彼此之间应充分绝缘同时具备一定的信号屏蔽功能，阻抗应足够小，以避免短路、噪声干扰造成的误报警。
手柄4内部含有集水系统，温度检测单元301的弹性触点303、射频接头404等。水循环系统的给水、回水在集水系统内部实现与外界水循环系统的循环流通。集水系统分为前部分401、中部分402和后部分403，可选医用塑料材质，也可选用金属材质，前、中部分402形成回水腔体，中后部分403形成给水腔体，手柄4内的集水系统在本领域中较为常见。温度检测单元301的信号传输线302通过集水系统中部分402的壁面穿出，并与弹性触点303电连接。射频接头404与集水系统的后部分403机械连接。
有益效果：
微波治疗仪在外科、介入治疗科的应用越来越普遍，在部分医院及科研单位的不断推动下，微波在消化道息肉烧灼、消化道梗塞治疗等方面也进行了一些实践。实践证明，微波天线烧灼在治疗小息肉(特别是0.8mm以下)、多发、广基息肉方面相比于高频烧灼等治疗方式具有更新概率的穿孔、出血情况。所以，微波治疗消化道类疾病也是临床的一个应用方向，本实施例提供的微波天线主要解决三个问题：
(1)微波天线主体2柔性，同时内部设计有水循环回路，根据样品实测，柔性消融天线水流量高于60ml/min，温度低于40℃，完全满足实际临床需要(≤42℃)；
(2)微波天线的辐射热场位于天线头端，这也是本方案设计的核心，通过合理优化结构尺寸，本发明提供的结构方案完全可以实现天线头端辐射的临床需求。
通过有限元分析软件进行电磁场、生物热的多物理场耦合分析可获知不同结构尺寸数据时的热场分布云图，实现结构尺寸搭配的最佳组合。如图13所示有限元分析结果，本发明提供的柔性天线辐射热场位于端部；如图14所示，通过制作样针进行蛋清(凝胶)热凝实验，亦可直观的看到本发明提供的柔性天线辐射热场位于端部。
(3)微波天线靠近辐射头101的部位设计有温度监测单元，通过该温度监测单元可以实时掌握天线主体2的温度，免于内镜5热损伤。
基于临床实际需要，本实施例提供的微波天线进行了有针对性的改进，在手术疗效、安全性方面有质的提高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分402或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种微波天线，其特征在于，包括：
辐射头(101)；所述辐射头(101)包括：
露出部分；所述露出部分的轴向长度L2的取值范围为1mm-4mm；
与露出部分近端连接且与所述露出部分同轴的装配柱；所述装配柱的长度的取值范围为1mm-4mm；
远端与装配柱的外壁套接的介质环(102)；所述介质环(102)包括：
由远至近彼此连接的大外径部分和小外径部分；所述大外径部分的轴向长度L3的取值范围为5mm-9mm；所述小外径部分的轴向长度L4的取值范围为6mm-8mm，同时，L3与L4满足：L3+L4＝λ，
其中，λ为频率为f的微波在有损介质中的波长；
位于所述介质环(102)内，且远端与装配柱插接的射频线缆(103)；所述射频线缆(103)的外壁与所述介质环(102)的内壁之间的配合间隙X1≤0.1mm；
套接在所述小外径部分外侧的天线主体(2)；所述天线主体(2)的内壁与所述小外径部分的外壁之间的配合间隙X2≤0.1mm；
所述辐射头(101)、介质环(102)、射频线缆(103)之间的配合间隙内设置有填充介质(104)。
2.根据权利要求1所述的微波天线，其特征在于，所述辐射头(101)的轴向长度L1的取值范围为3mm-8mm。
3.根据权利要求1所述的微波天线，其特征在于，所述露出部分的最大外径小于2.8mm。
4.根据权利要求1所述的微波天线，其特征在于，所述露出部分为陀螺状；
或者，所述露出部分为圆头状。
5.根据权利要求1所述的微波天线，其特征在于，包括手柄(4)，所述天线主体(2)连接在介质环(102)和手柄(4)之间，所述天线主体(2)可弯曲。
6.根据权利要求5所述的微波天线，其特征在于，所述天线主体(2)包括：
结构管(201)，所述结构管(201)的远端与小外径部分套接，所述结构管(201)的近端与手柄(4)连接，所述射频线缆(103)位于所述结构管(201)内侧。
7.根据权利要求6所述的微波天线，其特征在于，所述天线主体(2)还包括：
位于所述结构管(201)内侧的供水管(202)；所述射频线缆(103)位于供水管(202)内侧；
所述供水管(202)与射频线缆(103)之间的间隙形成水循环的给水腔道；
所述供水管(202)与结构管(201)之间的间隙则形成水循环的回水腔道。
8.根据权利要求7所述的微波天线，其特征在于，所述介质环(102)的近端和供水管(202)的远端之间具有温度检测单元(301)。
9.根据权利要求7所述的微波天线，其特征在于，所述手柄(4)上设置有与所述给水腔道连接连接的进水结构，设置有与所述回水腔道连接的排水结构。
10.根据权利要求7所述的微波天线，其特征在于，所述供水管(202)的壁厚小于等于0.1mm。
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