CN202386782U - 同轴缝隙带扼流环的微波热疗天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型的微波热疗天线，特别涉及同轴缝隙扼流环天线；该同轴缝隙扼流环天线包括医用导管、同轴线；其特征在于还包括扼流环和离同轴线顶端一段距离处开设的环形缝隙；λ/4袖长的短路线可以避免反射波向天线末端传输，把能量集中在扼流环,到天线顶端的区域；医用导管采用箭头式的顶端形状设计，便于将天线插入生物组织进行治疗；该同轴缝隙扼流环天线热场分布均匀、有效地避免“拖尾”现象，满足微波热疗对于天线的要求。

Description

同轴缝隙带扼流环的微波热疗天线

技术领域

本实用新型属于同轴电缆馈电天线领域，特别是一种同轴缝隙带扼流环天线。

背景技术

微波热疗技术已在很多疾病的临床治疗中得到了应用，如癌症的检测、肿瘤的热疗、热凝止血等。微波热疗常分为体外热疗及体内介入或植入热疗。体外热疗是指微波辐射天线位于身体外部进行的热疗，主要用于治疗位于身体表层及浅表层的病变组织，如皮肤癌、乳腺癌、前列腺癌等。可选择微带天线、螺旋天线等结构的天线。对位于身体深部的病变组织，常采用介入或植入的方法使天线深入病变组织进行加热治疗。某些肿瘤的位置处于腔体内，如直肠、子宫、前列腺、气管等。对于这些肿瘤，可以采用无损伤的介入式治疗天线，使电磁能量直接到达病变组织，减少了对正常组织的损伤。对于非腔体部位的深层组织肿瘤，如肝癌等，可以采用通过手术植入的方式使天线进入病灶部位。介入和有损植入微波热疗常用915和2450MHz两种工作频率。1978年，Taylor研制成针状组织辐射加温天线并获得金奖后，各种进入人体腔道和插入组织的辐射天线相继在医疗实践中出现，如单极子天线、挽袖天线等，单极子天线消融肿瘤组织时产生泪滴状的热场分布，热场分布沿着天线插入方向向天线末端托的很长，存在一定的“拖尾”现象，在临床治疗时容易导致正常组织和表皮受到损害；对于挽袖天线，挽袖的增加能使天线上的电流不会流到外导体上，进而减少了能量的向后泄露。能量比单极子天线消融时较集中，反射较小。但是还是不能达到微波热疗中对天线特性的要求，针对植入式天线治疗肿瘤，天线消融时尽量产生均匀、可控、类似球形的区域。为了逼近这一目标，我们提出同轴缝隙扼流环天线。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以产生均匀的、无“拖尾”现象的热场分布，而且可以预测热场在天线纵轴方向的长度的同轴缝隙扼流环天线。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种同轴缝隙扼流环天线，采用同轴电缆馈电方式，包括导管、同轴线，同轴线由内到外依次包括内导体、内外导体间介质和外导体；在同轴线右侧（顶端）的横截面上踱一层金属，这样内导体通过这个金属面就和外导体短路相连；离同轴线顶端一段距离处开了一个环形缝隙，即把同轴线的外导体剥落，露出同轴线内外导体间的介质；在缝隙的左侧有一个长度为λ/4袖长的扼流环，扼流环是一个金属套筒，套筒的开口向右，套筒的袖长为λ/4，套筒的底部和同轴线外导体相切；带λ/4袖长的扼流环与同轴外导体之间采用介电常数为2.1-9.2的介质；整个结构置于一个医用导管里。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点： 

本实用新型因为采用扼流环和离同轴线顶端一段距离处开了一个环形缝隙，可以使天线产生均匀的、无“拖尾”现象的热场分布。

附图说明

图1是本实用新型的侧视图；

图2是本实用新型的横截面图；a：从左端看过去的横截面图；b：从右端看过去的横截面图；

图3是本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1、图3，本实用新型为一种同轴缝隙带扼流环天线，包括导管1、同轴线，同轴线由内到外依次包括内导体4、内外导体间介质3和外导体5。在同轴线右侧（顶端）的横截面上踱一层金属，金属一般用镀铜，因为价格便宜，使用成本低，其他金属也可以使用；这样内导体通过这个金属面12就和外导体5短路相连。离同轴线顶端一段距离处开了一个环形缝隙6，即把同轴线的外导体5剥落，露出同轴线内外导体间的介质3。

在缝隙的左侧有一个长度为λ/4袖长的扼流环2，这个扼流环实际上就是一个金属套筒，金属一般用镀铜，因为价格便宜，使用成本低，其他金属也可以使用，套筒的开口向右，套筒的袖长9为λ/4，套筒的底部10和同轴线外导体5相切；也就是，λ/4袖长的扼流环2与外导体5短路相连，那么在λ/4袖长的扼流环2的右侧即是开路状态。

套筒内侧，从扼流环的位置到同轴线顶端填充了介电常数为2.1-9.2的介质7，常用的介质有介电常数为2.2的聚四氟乙烯，介电常数为2.6的特氟龙，介电常数为9.2的氧化铝。所以套筒袖长9的长度λ/4对应为                                                ，其中c为光速，f为工作频率。其中s和d的长度通过计算优化得出。同轴线缝隙6左端距离套筒袖长9右侧5mm-7mm。缝隙右端到同轴线顶端7mm-8.3mm。把整个结构放到一个厚度为0.55mm的医用导管1里，导管1的介电常数为2.1-2.6。导管顶端设计成箭头状以便更容易插入到生物组织内。

结合图2，本实用新型为一种同轴缝隙带扼流天线，同轴内导体4半径为0.125mm-0.2mm，外导体5半径为0.55mm-0.7mm。套筒袖长9半径为1.1mm，导管1的半径为1.65mm。

微波热疗天线的顶端到缝隙6之间的长度为7mm，缝隙6左侧到套筒袖长9右侧的距离为5mm-7mm，套筒袖长9的长度λ/4等于10mm-21mm。缝隙的作用在于让天线的能量在缝隙处辐射出来，并实现缝隙处能量最大化。带λ/4袖长的扼流环结构与同轴外导体短路相连，起到扼流的作用，部分向天线末端反射的能量又重新回到天线前端，让微波能量尽量地集中在扼流环2到天线顶端的区域，实现能量的均匀、可控。

下面结合实例对本实用新型做进一步详细的说明：

用于治疗肝肿瘤的本实用新型同轴缝隙带扼流环天线，肝肿瘤的介电常数为43.034，电导率为1.68。

天线实例1：天线总长度110mm，横截面总直径为3.55mm。天线的缝隙6宽度为1.5mm，l=10mm、s=5mm、d=7mm，从扼流环的位置到同轴线顶端填充介质7的介电常数为9.2，同轴线内导体4半径为0.125mm，外导体5半径为0.55mm，同轴内外介质3为介电常数为2.1的聚四氟乙烯，整个结构放在介电常数为2.6的特氟龙导管1中。在治疗频率为2.45GHz时，计算所得的回波损耗在-14dB左右，加热5分钟后，肿瘤吸收的SAR最大为400w/kg。

天线实例2：天线总长度110mm，横截面总直径为4mm。天线的缝隙6宽度为1mm，l=10mm、s=6.5mm、d=5mm，从扼流环的位置到同轴线顶端填充介质7的介电常数为9.2，同轴线内导体4半径为0.15mm，外导体5半径为0.743mm，同轴内外介质3为介电常数为2.6的特氟龙，整个结构放在介电常数为2.2的聚四氟乙烯导管1中。在治疗频率为2.45GHz时，计算所得的回波损耗在-12dB左右，加热5分钟后，肿瘤吸收的SAR最大为320w/kg。这两种结构的天线消融的形状类似球形，能量都集中在扼流环到天线顶端的区域，有效地避免了“拖尾”现象，消融区域的纵向范围也可以由λ/4袖长的扼流环2的底部到天线顶端的长度来预估。分别计算两种实例情况下，当天线的插入深度为35mm、50mm、75mm时，肿瘤吸收的SAR（比吸收率）几乎不变，所以用此天线治疗时，插入深度在一定范围内，不用担心因为天线的插入深度对治疗效果的影响。这种带扼流设计的微波热疗天线达到了我们预期的目标。

Claims (5)

1.一种同轴缝隙扼流环天线，采用同轴电缆馈电方式，包括导管[1]、同轴线[8]，同轴线由内到外依次包括内导体[4]、内外导体间介质[3]和外导体[5]；其特征在于：在同轴线顶端的横截面上镀一层金属，内导体通过金属面[12]和外导体[5]短路相连；离同轴线顶端一段距离处开了一个环形缝隙[6]，即把同轴线的外导体[5]剥落，露出同轴线内外导体间的介质[3]；在缝隙的左侧有一个长度为λ/4袖长的扼流环[2]，扼流环是一个金属套筒，套筒的开口向右，套筒的袖长[9]为λ/4，套筒的底部[10]和同轴线外导体[5]相切；带λ/4袖长的扼流环[2]与同轴外导体[5]之间采用介电常数为2.1-9.2的介质；整个结构置于一个医用导管[1]里。

2.根据权利要求1所述的同轴缝隙扼流环天线,其特征在于：同轴缝隙 [6]是一个宽度在2mm以内，半径为0.55mm-0.7mm的环形缝隙[6]。

3.根据权利要求1或2所述的同轴缝隙扼流环天线,其特征在于:同轴缝隙[6]右端到天线顶端的距离为7mm-8.3mm；同轴缝隙[6]左侧到λ/4袖长的扼流环[2]右端的距离是5mm-7mm。

4.根据权利要求1或2所述的同轴缝隙扼流环天线,其特征在于:内导体[4]半径为0.125mm-0.2mm，外导体[5]半径为0.55mm-0.7mm，套筒的袖长[9]半径为1.1mm ；导管[1]的厚度为0.55mm。

5.根据权利要求1或2所述的同轴缝隙环天线,其特征在于: 导管顶端设计成箭头状。

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