CN204600682U - 一种双频功率源微波消融仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频功率源微波消融仪，包括由人机交互模块（1）、测温模块（2）、主控模块（3）、双频功率源（4）、冷却系统（5）组成。双频功率源（4）是微波消融仪的微波功率源，其受控于主控模块（3），产生2450MHz和915MHz两个不同频段频率的微波能量；双频功率源（4）由信号发生器（41）、小信号放大器（42）、功率控制模块（43）、功率控制开关SPDT（44）、频点1功放模块（45）、频点2功放模块（46）、末级开关（47）、功率监测（48）模块组成。

Description

一种双频功率源微波消融仪

技术领域

本实用新型涉及用于微波消融治疗的单机双频率（915MHz和2450MHz）微波功率源及微波消融治疗仪。

背景技术

微波消融治疗系统包含微波消融治疗仪和微波消融针。微波消融治疗在影像引导下，微波消融针经皮穿刺到肿瘤病灶部位后。微波消融治疗仪发射的微波能量经消融治疗线传送到消融针并辐射到肿瘤病灶组织，微波使组织中的离子、   极性水分子旋转振动、相互摩擦而产生热效应，通过热的形式使肿瘤细胞灭活，以达到肿瘤治疗目的。

微波功率源是微波消融治疗仪的核心部件之一，微波功率源用于产生微波消融治疗所需特定频率的微波功率信号，国际通信联盟无线电通信局（ITU Radio communication Sector）规定使用于工科医的微波频段(ISM)有433MHz，915MHz，2450MHz，5800 MHz，24125 MHz等，受穿透深度、治疗组织微波能量的比吸收率（SAR）、消融针发射针头尺寸等因素的影响，目前国内外微波消融治疗主要使用的频段为915MHz和2450MHz。915MHz频率的微波比2450MHz频率的微波消融范围大，但是915MHz消融形态的长径和横径比值大，形态为椭圆形。而2450MHz消融形态的长径和横径比值小，形态更接近于球型，两种频率的微波消融有各自适用肿瘤形态和脏器组织。

现有的微波消融仪器存在如下不足之处：

（1）当前国内外各厂家的微波消融仪均为的单一频段，如需使用不同的频段，需要多台功率源或仪器的组合，体积大，使用、携带和运输均不方便。

（2）当前2450MHz的微波消融仪的微波发生模块主要采用磁控管，存在输出功率受网电压影响大、热稳定性差等问题。

（3）915MHz和2450MHz具有各自的消融形态特征，而肿瘤形态存在多样性和不规则性，单一频率消融临床应用存在一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种频率可自由选择和切换的微波功率源及微波消融治疗仪，可针对肿瘤部位、形态、大小、血供等条件的选用不同频段进行消融治疗，拓宽微波消融的适用范围，提高临床使用的灵活性和便捷性。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型由人机交互模块1、测温模块2、主控模块3、双频功率源4、冷却系统5组成。

人机交互模块1接收用户的操作指令和显示仪器的工作参数和状态信息，主控模块3根据人机交互模块1的操作指令，处理和协调仪器所有模块的工作。

测温模块2为治疗区域温度或/和针杆温度采集、处理模块，采集的温度值经过滤波、信号调理、ADC后，交由主控模块3分析和处理。

双频功率源4由信号发生器41、小信号放大器42、功率控制模块43、功率控制开关SPDT44、频点1功放模块45、频点2功放模块46、末级开关47、功率监测模块48组成，如图2所示。信号发生器41根据主控模块3的指令产生所需频率的微波信号，然后由小信号放大器42信号放大。放大后的信号进入功率控制模块43，功率控制模块43根据主控模块3设置的功率值，调节信号输出的幅度。功率控制43输出信号由功率控制开关SPDT44根据主控模块3设置的频点，切换到频点1功放模块45或频点2功放模块46对微波信号进行放大，以达到微波消融手术所需的微波功率。末级开关47根据主控模块3当前设置的工作的频率，连接频点1功放模块45或频点2功放模块46的输出到功率监测模块48，功率监测模块48实时监测双频功率源4输出功率和反射功率，为输出功率调节和消融针反射提供监测数据。

频点1功放模块45（915MHz）或频点2功放模块46（2450MHz）由驱动模块46-1、输入匹配46-2、放大器46-3、前级开关46-4、输出匹配46-5、隔离器46-6组成，如图3所示。驱动模块46-1对功率控制开关SPDT44输出的信号幅度放大，以使其幅度满足放大器46-3输入信号幅值的要求。输入匹配46-2是驱动模块46-1输出和放大器46-3输入之间阻抗匹配模块。放大器46-3为大功率射频放大器，把驱动模块46-1的信号幅度放大到微波输出所需的功率。输出匹配46-5是放大器46-3输出和隔离器46-6输入之间阻抗匹配模块。隔离器46-6用于末级开关47阻抗匹配和微波输出端口反射功率隔离保护。

冷却系统5由主控模块3控制，为消融针针杆提供冷却循环，防止针道正常部位组织被烫伤。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型具有2450MHz和915MHz两个频段任意选择使用，且功放模块共用一个散热模块，缩小了功率源体积，提高仪器使用、组合的灵活性。

2、本实用新型解决单一频率消融临床应用的局限性：两种频率具有不同的消融范围和形态，据此，可针对不同脏器、形态、大小、血供的肿瘤，选用不同频段进行消融治疗。

3、 本实用新型微波功率源采用全固态器件，频谱纯度好、稳定性强，功率输出准确性高、安全性好。

附图说明

图1 是本实用新型的微波消融仪的原理框图。

图2 是本实用新型的双频功率源的原理框图。

图3 是本实用新型的双频功率源的频点1和频点2功放模块的原理框图。

图4 是本实用新型的双频功率源的功率控制开关SPDT44原理框图。

图5 是本实用新型的人机交互模块原理框图。

图6 是本实用新型的测温模块原理框图。

图7 是发明的冷却系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

人机交互模块1由显示模块11和按键模块12组成，如图5所示。显示模块用于显示微波消融的治疗参数和工作状态，可选用LCD显示,也可选用OLED、段式数码管、LED等显示。按键模块12用于接收用户的操作指令，可选用机械按键，如面膜按键或轻触开关，也可选用触控面板，如电阻触控或电容触控面板。

测温模块2由温度传感器21、信号调理22、ADC22组成，如图6所示。温度传感器21采集针杆温度或组织温度信号后，由信号调理22把采集的温度信号转换后电压信号滤波、放大处理后，输出到ADC23进行模数转换，转换后的信号由主控模块3进行处理。ADC23为模拟-数字信号转换器，把信号调理22的模拟信号转换为数字信号，ADC23可以根据主控模块3类型，选用内置集成的ADC。也可选用外置独立的ADC芯片（如型号：AD7724，AD7610，ADS8323）。

双频功率源4由信号发生器41、小信号放大42、功率控制43、功率控制开关SPDT44、频点1功放模块45、频点2功放模块46、末级开关47、功率监测模块48组成。信号发生器41根据主控模块3的指令产生所需频率的微波信号，信号发生器41可以采用PLL+VCO宽带振荡源（如型号HMC830LP6GE，TRF3765，LMX2485Q-Q1等），频率范围均覆盖了900MHz~2500MHz，可满足915MHz和2450MHz两个频率信号的产生。

信号发生器41产生的微波频率信号由小信号放大器42进行信号小功率放大，以使信号幅度满足后需模块幅值处理要求。小信号放大器42可采用小信号晶体放大管(如型号：AT41435)，也可以使用集成放大器（如型号：MMG3004，HE575B,HE397B等）。

小信号放大器42输出信号进入功率控制模块43，功率控制模块43根据主控模块3设置的功率值，调节信号输出的幅度，最终实现功率源输出端口的功率调节。功率控制模块43可采用电压调节衰减器（Voltage Variable Attenuators）（如型号：HMC346，HMC346C8，MAAVSS0007，MADP-007167-12250T等）。也可采用多级PIN管组成衰减网络。

功率控制模块43输出信号由功率控制开关SPDT44根据主控模块3设置的频点，切换到频点1功放模块45或频点2功放模块46,如图4所示。功率控制43输出信号经过隔直电容C1进入切换开关K1，若当前频率选择的为频点1，则A端接高电平，B端接低电平，开关切换到a端，信号由开关经过隔直电容C2进入频点1功放模块46；若当前频率选择的为频点2，则B端接高电平，A端接低电平，开关切换到b端，信号由开关经过隔直电容C3进入频点2功放模块46。K1为射频单刀双投开关（如型号：HMC190BMS8,HMC221B,MASWSS0166，MASW-008899-000000等）。

频点1功放模块45或频点2功放模块46由驱动模块46-1、输入匹配46-2、放大器46-3、前级开关46-4、输出匹配46-5、隔离器46-6组成，如图3所示。驱动模块46-1对功率控制开关SPDT44输出的信号幅度放大，以使其幅度满足放大器46-3输入信号幅值的要求。驱动模块46-1可采用小功率晶体管，（如型号MRFG35003N6AT1 MRFG35005ANT1等），也可采用集成放大器(如型号：AH312，NPA1007，MAAP-010168等)。输入匹配46-2是对驱动模块46-1输出和放大器46-3输入之间的链路进行阻抗匹配，采用集总参数电路匹配。放大器46-3为大功率放大器，把驱动模块46-1的信号幅度放大到输出所需的功率，以满足消融治疗的需求。频点1可采用型号为MRF8P9300HR6（FET功率放大管）,也可采用型号为 AFV09P350-04NR3（LDMOS功率放大管），频点2可采用型号为NPT25100（功率晶体放大管），也可采用型号为MRF6S24140H（LDMOS功率放大管）。

输出匹配46-5是对放大器46-3输出和隔离器46-6输入进行阻抗匹配，考虑到尺寸和性能的最优化，输出匹配46-5采用集总参数和分布参数电路结合模式。隔离器46-6用于和末级开关47阻抗匹配和微波输出端口反射隔离保护，隔离器46-6可以采用带状线隔离器，例如频点1采用TG0702M1-100，频点2采用TG102M3-100；也可以采用同轴隔离器，例如频点1采用TG101B，频点2采用TG101A-B。

频点1功放模块45或频点2功放模块46的输出信号由末级开关47根据当前工作频率，连接频点1功放模块45或频点2功放模块46的输出到功率监测模块48，末级开关47为大功率单刀双投开关，开关顺序应先离后合。末级开关47采用大功率同轴开关（如型号：INLO-CS1，CCS-32等）。

功率监测模块48实时监测双频功率源4的输出功率和反射功率。功率监测模块48采用耦合器检测/耦合微波输出功率和反射功率,通过检波器将检测/耦合的高频信号转换为直流电压信号进行功率幅度检测。检波器可以采用对数检波器（如型号：AD8313，HMC612LP4，HMC601LP4等），也可以采用RMS检波器（如型号：HMC1020LP4E，HMC1030LP5E，LMH2110），还可以采用二极管检波，（如型号：KD19等）。经检波器检波转换后的信号由主控模块3进行数据转换处理和功率控制。

冷却系统5由监控模块51、驱动模块52、电机53、泵头54组成，如图6所示。监控模块51接收主控模块3冷却控制指令，产生电机驱动信号给驱动模块52，驱动模块52驱动电机53以指定的转速转动。电机53主轴带动泵头54转动，泵头54为蠕动泵泵头。监控模块51实时监测、控制电机53转速及冷却系统的流量。

Claims (4)

1.一种双频功率源微波消融仪，其特征包括由人机交互模块（1）、测温模块（2）、主控模块（3）、双频功率源（4）、冷却系统（5）组成；

人机交互模块（1）接收用户的操作指令、显示仪器的工作参数和状态信息，主控模块（3）根据人机交互模块（1）的操作指令，处理和协调仪器所有模块的工作；

测温模块（2）是治疗区域温度或针杆温度采集、处理模块，采集的温度值经过滤波、信号调理和ADC后，交由主控模块（3）分析和处理；

双频功率源（4）是微波消融仪的微波功率源，其受控于主控模块（3），产生不同频率的微波能量；

冷却系统（5）由主控模块（3）控制，为消融针针杆提供冷却降温，防止针道周边正常人体组织被烫伤。

2.根据权利要求1所述的一种双频功率源微波消融仪，其特征在于所述的双频功率源（4）由信号发生器（41）、小信号放大器（42）、功率控制模块（43）、功率控制开关SPDT（44）、频点1功放模块（45）、频点2功放模块（46）、末级开关（47）、功率监测（48）模块组成；

信号发生器（41）根据主控模块（3）的指令产生所需频率的微波信号，然后由小信号放大器（42）信号放大，放大后的信号进入功率控制模块（43），功率控制模块（43）根据主控模块（3）设置的功率值，调节信号输出的幅度，功率控制模块（43）输出信号由功率控制开关SPDT（44）根据主控模块（3）设置的频点，切换到频点1功放模块（45）或频点2功放模块（46）对微波信号进行放大，以达到微波消融手术所需的微波功率；

末级开关（47）根据主控模块（3）当前设置的工作的频率，连接频点1功放模块（45）或频点2功放模块（46）的输出到功率监测模块（48），功率监测模块（48）实时监测双频功率源（4）输出功率和反射功率，为输出功率调节和消融针反射提供监测数据。

3.根据权利要求2所述的一种双频功率源微波消融仪，其特征在于所述的频点1功放模块（45）或频点2功放模块（46）由驱动模块（46-1）、输入匹配（46-2）、放大器（46-3）、前级开关（46-4）、输出匹配（46-5）、隔离器（46-6）组成；

驱动模块（46-1）对功率控制开关SPDT（44）输出的信号放大，以使其幅度满足放大器（46-3）输入信号幅值的要求，输入匹配（46-2）是驱动模块（46-1）输出和放大器（46-3）输入之间阻抗匹配模块；放大器（46-3）为大功率射频放大器，把驱动模块（46-1）的信号幅度放大到微波输出所需的功率；输出匹配（46-5）是放大器（46-3）输出和隔离器（46-6）输入之间阻抗匹配模块；隔离器（46-6）用于末级开关（47）阻抗匹配和微波输出端口反射功率隔离保护。

4.根据权利要求3所述的一种双频功率源微波消融仪，其特征在于所述的频点1功放模块（45）工作在915MHz频率上，所述的频点2功放模块（46）工作在2450MHz频率上。