CN117838286A - 离体肝脏无水冷无碳化微波消融针 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，属于微波消融疗效优化领域，包括射频接头、医用双层不锈钢真空针杆、同轴电缆、绝缘介质套和针头，同轴电缆穿过医用双层不锈钢真空针杆，一端与射频接头连接，另一端与针头连接；绝缘介质套包裹在同轴电缆和针头连接位置。该微波消融针无需循环水冷，既可以减轻消融针的重量，又无需因水冷循环带走热能，因此适合选用较小的功率(20W以下)进行消融，以实现在兼顾消融区域大小的情况下同时保证无碳化。
Description
技术领域
本发明涉及微波消融疗效优化技术领域，特别涉及一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针。
背景技术
微波消融术以肿瘤常规治疗技术被纳入国际与国内肿瘤治疗指南。微波消融过程中，在有限作用范围内的直接能量沉积会导致微波天线周围组织的中心温度过高。消融病灶中的碳化很容易发生，通常会出现高度干燥的碳化组织。微波消融后的组织可分为碳化区(黑色部分)、凝固区(浅黄色)、过渡区(红色充血带)和正常区。
碳化区域会粘连消融针，拔针困难，甚至针道出血。已有研究表明，在某些器官的临床微波消融治疗中，如脾脏，拔针过程中碳化组织的挤压和撕脱会导致脏器出血。碳化区阻碍天线热量传播，影响热的扩散，限制消融治疗范围。单针球形消融是医生追求的治疗效果，碳化成分会引起术后发热、炎症且限制治疗范围，使得治疗形状偏离球形。消融后碳化组织被人体吸收，引起病人术后炎症、高烧等副作用。已有研究表明，碳化还可能引起局部和全身炎症反应以及其他不必要的副作用。
目前临床微波消融产生的碳化主要依靠病人自我代谢，应该设计新型的低功率微波消融针以此减少组织碳化。
临床上微波消融针选用的功率多为大功率(50W/60W/70W等)，这是由于目前的微波消融针为了降低消融针针杆的温度，设计有循环水冷系统，在降低消融针杆温的同时，也带走了大部分的热能，因此不得不选用较大功率进行微波消融；但使用较大功率进行微波消融会在消融后的几秒内形成160℃以上的高温(碳化阈值温度为130℃)，导致形成较大的碳化。目前尚没有无水冷的无碳化微波消融针。
发明内容
本发明提供一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，无需循环水冷，既可以减轻消融针的重量，又无需因水冷循环带走热能，适合选用较小的功率进行消融，以实现在兼顾消融区域大小的情况下同时保证无碳化。
本发明实施例提供一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，包括：
射频接头；
医用双层不锈钢真空针杆；
同轴电缆，所述同轴电缆穿过所述医用双层不锈钢真空针杆，一端与所述射频接头连接，另一端与针头连接；
绝缘介质套，所述绝缘介质套包裹在所述同轴电缆和所述针头连接位置。
在本发明的一个实施例中，所述医用双层不锈钢真空针杆为双层中空管，包括真空管外层和真空管内层管，所述真空管外层和所述真空管内层管的夹层为真空，其中，所述真空管外层的外径为2mm，所述真空管外层的内径为1.8mm，所述真空管内层管的外径为1.6mm，所述真空管内层管的内径为1.4mm。
在本发明的一个实施例中，所述同轴电缆的外径为1.19mm，包括外导体、绝缘体和内导体，直径分别为：1.19mm、0.94mm、0.29mm，外导体材料为无缝紫铜管，绝缘体材料为聚四氟乙烯，内导体材料为镀银铜包钢线。
在本发明的一个实施例中，所述微波消融针的最大功率为20W，最大消融持续时间为180s。
在本发明的一个实施例中，所述同轴电缆为半钢同轴电缆，电容为95.1PF/M，阻抗为50Ω。
在本发明的一个实施例中，所述绝缘介质套为中空两节圆柱体结构，圆柱体外径分别为2.0mm和1.35mm，内径为1.2mm。
在本发明的一个实施例中，所述针头为黄铜锥形，针头长11mm，前端锥形长度5mm，后端圆柱体长度为6mm。
本发明实施例的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，具有以下有益效果：
1、无需传统消融针的内置循环水冷结构，即可以减轻消融针的重量，又减少了制作成本和消融针的工艺难度。
2、无需因水冷循环带走热能，适合选用较小的功率(20W以下)进行消融，以实现在兼顾消融区域大小的情况下还能实现有效的无碳化，可将消融过程中的组织最大温度控制在130℃(碳化阈值温度)以下。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的结构图；
图2是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的实物图；
图3是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体猪肝仿真消融几何模型图；
图4是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体肝脏微波消融仿真效果图；
图5是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体肝脏微波消融实际效果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的结构图。
如图1所示，该离体肝脏无水冷无碳化微波消融针包括：
射频接头1；本发明实施例的射频接头为标准SMA射频接头；
医用双层不锈钢真空针杆；医用双层不锈钢真空针杆为双层中空管，包括真空管外层2和真空管内层管4，真空管外层和真空管内层管的夹层为真空3，其中，真空管外层2的外径为2mm，真空管外层2的内径为1.8mm，真空管内层管4的外径为1.6mm，真空管内层管4的内径为1.4mm；医用双层不锈钢真空针杆内部为空气5；
同轴电缆6，同轴电缆6穿过医用双层不锈钢真空针杆，一端与射频接头1连接，另一端与针头8连接；
绝缘介质套7，绝缘介质套7包裹在同轴电缆6和针头8连接位置。
在本发明的一个实施例中，同轴电缆的外径为1.19mm，包括外导体、绝缘体和内导体，直径分别为：1.19mm、0.94mm、0.29mm，外导体材料为无缝紫铜管，绝缘体材料为聚四氟乙烯(PTFE)，内导体材料为镀银铜包钢线。同轴电缆为半钢同轴电缆，电容为95.1PF/M，阻抗为50Ω。
在本发明的一个实施例中，绝缘介质套为中空两节圆柱体结构，圆柱体外径分别为2.0mm和1.35mm，内径为1.2mm，材质为聚四氟乙烯。
在本发明的一个实施例中，针头为黄铜锥形，针头长11mm，前端锥形长度5mm，后端圆柱体长度为6mm。
本发明实施例的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的最大功率为20W，最大消融持续时间为180s。该微波消融针不需要传统微波消融针的内置水冷循环结构，既可以减轻消融针的重量，又无需因水冷循环带走热能，适合选用较小的功率(20W以下)进行消融。
如图2展示了离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的实物图，1为射频接头，2为真空管外层(消融针针体)，6为同轴电缆，7为绝缘介质套，8为针头。
选用20W和10W两种功率作为消融功率，设置不同的时间进行消融。
如图3展示了离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体猪肝仿真消融几何模型图，基于COMSOL Multiphysics软件进行本发明消融针的离体猪肝消融热场仿真，消融针主要由同轴电缆(内导体、绝缘介质和外导体)、不锈钢管和穿刺针头(发射前极)以及聚四氟乙烯绝缘介质套管组成。猪肝组织设置为各向同性和均匀，形状为圆柱形。将消融针几何模型和肝组织几何模型设置为二维轴对称结构以节约计算时间。针尖前部设置为距边界40mm，肝组织的长度设置为120mm，宽度设置为60mm，以保证消融区域完整。几何模型建立之后，在COMSOL中进行网格划分，靠近消融针能量辐射点的网格设置更密，远离能量辐射点的网格设置较稀疏，最大的网格单元大小为4.44mm，最小的网格单元大小为0.015mm。
如图4展示了离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体肝脏微波消融仿真效果图，仿真消融功率为20W，时间为180s，由59℃(细胞灭活阈值温度)和130℃(碳化阈值温度)勾勒出的区域即为凝固区域和碳化区域；仿真结果中测量的凝固区域的长径和短径分别为33mm和16mm；由于仿真过程中组织最大温度为129.5℃，因此在仿真结果中并未勾画出碳化区域。
如图5展示了离体肝脏无水冷无碳化微波消融针的离体肝脏微波消融实际效果图，实际消融功率为20W，时间为180s，测量的实际凝固区域长径为34mm，短径为18mm，此外，消融后的凝固区域中未出现碳化成分(焦黑色)；与仿真结果对比，仿真结果中的凝固区域和实际的凝固区域的长径的绝对误差为1mm，短径的绝对误差为2mm。
本发明的实施例所提供的一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，可以在20W-180s的消融剂量下，形成长径为34mm、短径为18mm的椭球形无碳化凝固区域。
根据本发明实施例提出的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，包括射频接头、医用双层不锈钢真空针杆、同轴电缆、绝缘介质套和针头，同轴电缆穿过医用双层不锈钢真空针杆，一端与射频接头连接，另一端与针头连接；绝缘介质套包裹在同轴电缆和针头连接位置。该微波消融针无需循环水冷，既可以减轻消融针的重量，又无需因水冷循环带走热能，因此适合选用较小的功率(20W以下)进行消融，以实现在兼顾消融区域大小的情况下同时保证无碳化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
Claims (7)
1.一种离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，包括：
射频接头；
医用双层不锈钢真空针杆；
同轴电缆，所述同轴电缆穿过所述医用双层不锈钢真空针杆，一端与所述射频接头连接，另一端与针头连接；
绝缘介质套，所述绝缘介质套包裹在所述同轴电缆和所述针头连接位置。
2.根据权利要求1所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述医用双层不锈钢真空针杆为双层中空管，包括真空管外层和真空管内层管，所述真空管外层和所述真空管内层管的夹层为真空，其中，所述真空管外层的外径为2mm，所述真空管外层的内径为1.8mm，所述真空管内层管的外径为1.6mm，所述真空管内层管的内径为1.4mm。
3.根据权利要求1所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述同轴电缆的外径为1.19mm，包括外导体、绝缘体和内导体，直径分别为：1.19mm、0.94mm、0.29mm，外导体材料为无缝紫铜管，绝缘体材料为聚四氟乙烯，内导体材料为镀银铜包钢线。
4.根据权利要求1所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述微波消融针的最大功率为20W，最大消融持续时间为180s。
5.根据权利要求1或3所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述同轴电缆为半钢同轴电缆，电容为95.1PF/M，阻抗为50Ω。
6.根据权利要求1所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述绝缘介质套为中空两节圆柱体结构，圆柱体外径分别为2.0mm和1.35mm，内径为1.2mm。
7.根据权利要求1所述的离体肝脏无水冷无碳化微波消融针，其特征在于，所述针头为黄铜锥形，针头长11mm，前端锥形长度5mm，后端圆柱体长度为6mm。
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