CN217593051U

CN217593051U - 一种组合式低阻抗微波消融传输组件

Info

Publication number: CN217593051U
Application number: CN202123427239.1U
Authority: CN
Inventors: 刘文婕; 刘芳; 刘中一
Original assignee: Nanjing Zhen Zhen Microwave Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Zhenyuan Medical Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2031-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种组合式低阻抗微波消融传输组件，包括主机输出接口、复合电缆连接头和复合电缆，主机输出接口固定于微波功率发生器上，复合电缆连接头固定于复合电缆两端，复合电缆连接包括微波传输通道、信号传输线路和冷却介质传输管道。优点：对于低阻抗微波消融针，可以大幅度提高主机输出微波的效率，提高微波消融手术效率。只需要一条复合电缆，彻底杜绝了管线交织缠绕的问题，降低临床使用难度。

Description

一种组合式低阻抗微波消融传输组件

技术领域

本实用新型是一种组合式低阻抗微波消融传输组件，属于微波手术设备技术领域。

背景技术

微波消融术目前已经成为治疗实体肿瘤组织的重要手段之一。微波消融术是利用微波消融针向肿瘤组织释放微波能，肿瘤组织中的极性分子(大部分是水)在微波场的作用下产生高速旋转而迅速产热达到较高的温度，引起组织脱水、凝固、蛋白变性，从而使肿瘤组织灭活失去增生能力，达到治疗的目的。

根据微波能量传输理论，要提高功率传输效率必须保证整个微波能量传输通道的特性阻抗尽可能一致。由于微波传输器材的特殊性，无论是微波功率发生器、微波传输电缆、微波组件连接器还是微波测试负载，都已经形成了工业标准，最常用的特性阻抗都是50欧姆。

但是作为微波负载的肿瘤组织的特性阻抗并不是50欧姆，而现在所有的微波消融设备的主机微波输出接口、传输电缆、微波连接器的特性阻抗都是50欧姆，主要原因是市场上只能采购到这种特性阻抗的器材。这种应用势必在传输通道内会形成微波能量反射，尤其是在消融针针头范围。轻则造成微波传输效率低下，严重的情况下因反射波形成的局部驻波很大引起针杆温度大幅度上升，甚至击穿绝缘烧毁消融针造成事故。临床应用中部分产品针头脱落与这个因素有极大的关系。

根据行业标准《医用微波设备附件的通用要求》，体内组织热凝器应具有针杆冷却措施以及针杆或者冷媒温度检测装置，防止杆温超标造成非手术部位组织烫伤。目前产品都是采用生理盐水作为消融针杆冷却介质，需要将进回水管道、检测电路、微波传输电缆分别连接，因各种管线太多，手术时容易交织牵扯，极不方便。

目前已经有机构在研制低阻抗微波消融针，但是外围的微波连接电缆、连接器依然是工业标准的50欧姆特性阻抗，势必会降低微波发射机输出功率效率。也有机构在研制采用手术室内冷空气作为消融针内的冷却介质，使用会更加方便。冷空气的处理和输送需要主机完成。

发明内容

本实用新型提出的是一种组合式低阻抗微波消融传输电缆及其阻抗匹配方法，用于连接具备冷空气产生装置的微波功率发生器和采用空气冷却方式的低阻抗微波消融针，用以提高主机微波功率的传输效率，简化消融针需要连接的管线，达到提高微波消融手术效率的目的。

本实用新型的技术解决方案：一种组合式低阻抗微波消融传输组件，包括主机输出接口1-1、复合电缆连接头2-1和复合电缆，主机输出接口固定于微波功率发生器上，包括微波同轴电缆连接插孔1101、信号线缆连接插孔1102、冷空气输出管道插孔1103、负压管道插孔1104和固定所述部件的塑胶绝缘基座，复合电缆连接头固定于复合电缆两端，包括微波同轴电缆连接插头2101、信号线缆连接插针2102、冷空气管道插头2103、负压管道插头2104和固定所述部件的塑胶绝缘基座，一端的复合电缆连接头与主机输出接口相连，另一端的复合电缆连接头与微波消融针的输入接口相连；复合电缆由内向外依次包括微波同轴电缆外导体2211、微波同轴电缆绝缘体2212、微波同轴电缆内导体2213、信号线缆222、冷空气管道223、负压管道224、主机端冷空气管道连接气嘴2231、消融针端冷空气管道连接气嘴2232、主机端负压管道连接气嘴2241、消融针端负压管道连接气嘴2242，复合电缆连接包括微波传输通道、信号传输线路和冷却介质传输管道。

所述复合电缆的长度、内外导体径向尺寸的比例可调。

所述信号线缆222采用聚酰亚胺基材双面电路板制作，整体厚度0.2～0.5mm，一面为满铜，一面腐蚀为均匀分布互相绝缘的导线；满铜面贴向微波同轴电缆外导体2211卷成圆柱面，搭缝用胶粘剂胶结在一起与微波同轴电缆外导体2211形成整体，信号线缆222的外周导线分别与复合电缆连接头中信号线缆连接插针2102对应端子进行电气连接。

所述冷却介质传输管道包括冷空气管道、负压管道及其与复合电缆连接头之间的转接软管、气嘴。

所述冷却介质传输管道采用柔性塑胶管，也作为复合电缆的外护套，在其内壁与负压管道224的外壁之间形成0.5～1mm的间隙，作为冷空气的流通通道；冷空气管道223的两端用胶粘剂封闭，并分别设置有主机端冷空气管道连接气嘴2231、消融针端冷空气管道连接气嘴2232，主机端冷空气管道连接气嘴2231通过软管与主机端复合电缆连接头的冷空气管道插头2103相连，消融针端冷空气管道连接气嘴2232通过软管与消融针端复合电缆连接头的冷空气管道插头相连。

所述负压管道采用柔性塑胶管，其内壁与信号线缆222的外表面之间形成0.5～1mm的间隙，作为负压装置抽气通道，主机端负压管道连接气嘴2241通过软管与主机端复合电缆连接头的负压管道插头2104相连，消融针端负压管道连接气嘴2242通过软管与消融针端复合电缆连接头的负压管道插头相连。

所述柔性塑胶管为PFA、FEP或PVC。

所述微波同轴电缆外导体2211采用铜箔胶带缠绕或者铜丝编制镀锡，微波同轴电缆绝缘体2212采用低密度四氟材料，微波同轴电缆内导体2213采用镀银铜线或者镀银铜包钢丝。

通过控制复合电缆的长度、内外导体径向尺寸的比例实现低阻抗微波消融针与微波功率发生器之间的阻抗匹配，具体方法包括如下步骤：

1)确定微波同轴电缆221的特性阻抗：

主机的输出阻抗为Z₀，微波消融针的输入阻抗为Z₁，微波同轴电缆221的特性阻抗为Z；

2)确定微波同轴电缆221长度：根据同轴线λ/4阻抗变换原理，只要保证电缆总长度为λ/4的整数倍，电缆整体就作为一个阻抗变换器，由此可得

电磁波在真空中的传输速度为c，微波同轴电缆绝缘体2212的介电常数为ε_r，微波的工作频率f，微波在微波同轴电缆221中的波长λ，微波同轴电缆221长度为L；其中k为正整数，取值取决于需要的电缆长度L；

3)确定微波同轴电缆绝缘体2212径向尺寸：

内径为d，外径为D。

本实用新型的有益效果：相对于现有技术的微波消融输出附件而言，本专利只需要一条复合电缆，彻底杜绝了管线交织缠绕的问题，降低临床使用难度。同时大幅度提高主机输出微波的效率，简化消融针需要连接的管线，提高微波消融手术效率。

附图说明

附图1是微波能量传输路径示意图。

附图2是主机输出接口结构示意图。

附图3是复合电缆连接头结构示意图。

附图4是复合电缆剖面结构示意图。

附图5是信号线缆组合状态结构示意图。

附图6是信号线缆展开状态结构示意图。

图中1是微波功率发生器、1-1是微波输出接口、2是微波传输电缆、3是微波消融针、3-1是消融针手柄微波输入接口、4是肿瘤组织。

1101是微波同轴电缆连接插孔、1102是信号线缆连接插孔、1103是冷空气输出管道插孔、1104是负压管道插孔。

2-1复合电缆连接头、2101是微波同轴电缆连接插头、2102是信号线缆连接插针、2103是冷空气管道插头、2104是负压管道插头。

221是微波同轴电缆、2211微波同轴电缆外导体、2212微波同轴电缆绝缘体、2213微波同轴电缆内导体、222是信号线缆、223是冷空气管道、224是负压管道、2241是主机端负压管道连接气嘴、2242是消融针端负压管道连接气嘴、2231是主机端冷空气管道连接气嘴、2232是消融针端冷空气管道连接气嘴。

2221信号线缆柔性线路板基材、2222是信号线缆柔性线路板铜箔面、2223是信号线缆柔性线路板导线面。

具体实施方式

如附图1所示，微波能量传输路径：微波功率发生器(主机)→微波传输电缆→微波消融针→肿瘤组织。本申请提供一种组合式低阻抗微波消融传输电缆，用于连接具备冷空气产生装置的微波功率发生器和采用空气冷却方式的低阻抗微波消融针，用以提高主机微波功率的传输效率，简化消融针需要连接的管线，达到提高微波消融手术效率的目的。

包括主机输出接口、复合电缆连接头、复合电缆。

主机输出接口固定于主机上，包括微波同轴电缆连接插孔、信号线缆连接插孔、冷空气输出管道插孔、负压管道插孔以及固定这些部件的塑胶绝缘基座。

复合电缆连接头固定于复合电缆两端，包括微波同轴电缆连接插头、信号线缆连接插针、冷空气管道插头、负压管道插头以及固定这些部件的塑胶绝缘基座。一端的复合电缆连接头与主机输出接口相连，另一端的复合电缆连接头与微波消融针的输入接口相连。

复合电缆连接包括微波传输通道、信号传输线路和冷却介质传输管道。

微波传输通道由外导体、绝缘体、内导体组成。通过控制复合电缆的长度、内外导体径向尺寸的比例实现低输入阻抗微波消融针与微波功率发生器(主机)之间的阻抗匹配。

信号传输线路采用采用聚酰亚胺基材双面电路板卷绕在微波同轴电缆外导体，满铜面贴向微波同轴电缆外导体形成屏蔽层作用。导线面朝外减少微波同轴电缆泄漏微波对信号的干扰。

冷却介质传输管道包括冷空气管道、负压管道及其与复合电缆连接头之间的转接软管、气嘴。

冷却介质传输管道采用柔性塑胶管如PFA、FEP、PVC，也作为复合电缆的外护套。在其内壁与负压管道224的外壁之间形成0.5～1mm的间隙，作为冷空气的流通通道。在冷空气管道223的两端用胶粘剂封闭，并分别设置有主机端冷空气管道连接气嘴2231、消融针端冷空气管道连接气嘴2232，主机端冷空气管道连接气嘴2231通过软管与主机端复合电缆连接头(2-1)的冷空气管道插头2103相连，消融针端冷空气管道连接气嘴2232通过软管与消融针端复合电缆连接头(3-1)的冷空气管道插头相连。

负压管道采用柔性塑胶管如PFA、FEP、PVC。在其内壁与信号线缆222的外表面之间形成0.5～1mm的间隙，作为负压装置抽气通道。主机端负压管道连接气嘴2241通过软管与主机端复合电缆连接头(2-1)的负压管道插头2104相连，消融针端负压管道连接气嘴2242通过软管与消融针端复合电缆连接头(3-1)的负压管道插头相连。

下面结合附图对本实用新型技术方案进一步说明

如附图2所示，主机输出接口(1-1)固定在微波功率发生器(主机)，属于微波、信号、气体一体式组合连接器。包括处于连接器中心位置的微波同轴电缆连接插孔1101、分布在微波同轴电缆连接插孔1101外周的信号线缆连接插孔1102、冷空气输出管道插孔1103、负压管道插孔1104和固定这些插孔零件的塑胶绝缘基座。

微波同轴电缆连接插孔1101采用工业标准50欧姆孔型插拔式射频连接器，在主机内与微波功率发生器的微波输出同轴电缆相连。用于向微波消融针输出微波。

信号线缆连接插孔1102采用黄铜孔式结构，各端子在主机内与监测电路对应的电源端子、信号输入输出端子连接。用于连接微波消融针内的传感器电路。

冷空气输出管道插孔1103采用塑胶材料，在绝缘基座注塑时一体成型。在主机内与冷空气发生器的输出管道连接。用于向微波消融针输出冷却介质。

负压管道插孔1104采用塑胶材料，在绝缘基座注塑时一体成型。在主机内与负压发生器的吸气管连接。用于对微波消融针冷却回路形成负压。

同样的结构也设置在微波消融针手柄上，各功能部件与微波消融针内置功能部件连接。

实施实例：复合电缆连接头

如附图3所示，复合电缆连接头固定在复合电缆(2)的两端，复合电缆一端连接头与微波功率发生器(主机)的主机输出接口(1-1)连接，复合电缆另一端连接头与消融针输入接口(3-1)连接。

复合电缆连接头(2-1)配合样式和尺寸与主机输出接口(1-1)对应结构互补，以实现二者的插入连接。包括处于连接器中心位置的微波同轴电缆连接插头2101、分布在微波同轴电缆连接插头2101外周的信号线缆连接插针2102、冷空气输出管道空心插针2103、负压管道空心插针2104和固定这些插孔零件的塑胶绝缘基座。

微波同轴电缆连接插头2101采用工业标准50欧姆针型插拔式射频连接器，在复合电缆内与微波同轴电缆221相连。用于向微波消融针传送微波。

信号线缆连接插针2102采用黄铜针式结构，各端子在复合电缆内与信号线缆222外表面的导线相连。用于向微波消融针内的传感器电路输送电源和信号传输。

冷空气输出管道空心插针2103采用塑胶材料，在绝缘基座注塑时一体成型。用于向微波消融针输出冷却介质。

负压管道空心插针2104采用塑胶材料，在绝缘基座注塑时一体成型。用于对微波消融针冷却回路形成负压。

实施实例：复合电缆

如附图4所示，复合电缆由内向外依次由以下部件构成：微波同轴电缆外导体2211、微波同轴电缆绝缘体2212、微波同轴电缆内导体2213、信号线缆222、冷空气管道223、负压管道224、主机端冷空气管道连接气嘴2231、消融针端冷空气管道连接气嘴2232、主机端负压管道连接气嘴2241、消融针端负压管道连接气嘴2242。

微波同轴电缆外导体2211采用铜箔胶带缠绕或者铜丝编制镀锡，微波同轴电缆绝缘体2212采用低密度四氟材料，微波同轴电缆内导体2213采用镀银铜线或者镀银铜包钢丝。这种结构可以保持电缆具备较好的柔韧性性。

信号线缆222采用聚酰亚胺基材双面电路板制作，整体厚度0.2～0.5mm。一面为满铜，一面腐蚀为均匀分布互相绝缘的导线，如附图5、6所示。将满铜面贴向微波同轴电缆外导体2211卷成圆柱面，搭缝用胶粘剂胶结在一起与微波同轴电缆外导体2211形成一个整体，其中满铜面起到微波同轴电缆外导体2211的屏蔽层作用。信号线缆222的外周导线分别与复合电缆连接头(2-1)中信号线缆连接插针2102对应端子进行电气连接。

冷空气管道223采用柔性塑胶管如PFA、FEP、PVC，也作为复合电缆的外护套。在其内壁与负压管道224的外壁之间形成0.5～1mm的间隙，作为冷空气的流通通道。在冷空气管道223的两端用胶粘剂封闭，并分别设置有主机端冷空气管道连接气嘴2231、消融针端冷空气管道连接气嘴2232，主机端冷空气管道连接气嘴2231通过软管与主机端复合电缆连接头(2-1)的冷空气管道插头2103相连，消融针端冷空气管道连接气嘴2232通过软管与消融针端复合电缆连接头(3-1)的冷空气管道插头相连。

负压管道224采用柔性塑胶管如PFA、FEP、PVC。在其内壁与信号线缆222的外表面之间形成0.5～1mm的间隙，作为负压装置抽气通道。主机端负压管道连接气嘴2241通过软管与主机端复合电缆连接头(2-1)的负压管道插头2104相连，消融针端负压管道连接气嘴2242通过软管与消融针端复合电缆连接头(3-1)的负压管道插头相连。

实施例1：低阻抗变换

由于主机输出接口(1-1)内的微波同轴电缆连接插孔1101、主机端复合电缆连接头(2-1)内的微波同轴电缆连接插头2101仍然是采用工业标准的50Ω特性阻抗微波连接器，因此利用复合电缆(2-1)内的微波同轴电缆221来实现主机与微波消融针之间的阻抗匹配。

第一步：确定微波同轴电缆221的特性阻抗。

主机的输出阻抗为Z₀，为已知量50Ω。

微波消融针的输入阻抗为Z₁，为已知量，假定为30Ω。

微波同轴电缆221的特性阻抗为Z。

根据同轴线阻抗变换原理，可得

第二步：确定微波同轴电缆221长度。

设：电磁波在真空中的传输速度为c，为299792458m/s。

微波同轴电缆绝缘体2212的介电常数为ε_r，取1.7。

微波的工作频率f，以微波消融常用频率2450MHz为例。

微波在微波同轴电缆221中的波长λ。

微波同轴电缆221长度为L。

根据电磁波在同轴线中传输理论可得

根据同轴线λ/4阻抗变换原理，只要保证电缆总长度为λ/4的整数倍，那么这个电缆整体就作为一个阻抗变换器。由此可得

其中k为正整数，取值取决于需要的电缆长度L。

第三步：微波同轴电缆绝缘体2212径向尺寸。

设：内径为d，外径为D

根据公式

可以得到D≈2.32d。

实施例2：复合电缆径向尺寸

假定选择d＝0.5mm，即微波同轴电缆绝缘体2212的内径，也即微波同轴电缆内导体2213的外径。

则D＝1.16mm，即微波同轴电缆绝缘体2212的外径，也即微波同轴电缆外导体2211的内径。

假定微波同轴电缆外导体2211的壁厚为0.1mm，包裹信号线缆222后的外径＝1.16+2×0.1+2×0.3＝1.96mm。其中信号线缆222厚度选择0.3mm。

包裹负压管道224的外径＝1.96+2×(0.8+0.2)＝3.96mm。其中负压管道间隙选择0.8mm，负压管道224壁厚选择0.2mm。

包裹冷空气管道223(也就是复合电缆2的护套)的外径＝3.96+2×(0.8+0.2)＝5.96mm。其中冷空气管道间隙选择0.8mm，冷空气管道223壁厚选择0.2mm。

而微波消融设备目前广泛使用的工业标准柔性微波外径基本上也在5mm以上。故本发明所实现的方案并没有增大主机与消融针之间连接电缆的尺寸，就将现有技术需要3组线缆才能完成的连接通过一条复合电缆就实现了，具有较大的临床应用价值。

Claims

1.一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是包括主机输出接口（1-1）、复合电缆连接头（2-1）和复合电缆，主机输出接口固定于微波功率发生器上，包括微波同轴电缆连接插孔（1101）、信号线缆连接插孔（1102）、冷空气输出管道插孔（1103）、负压管道插孔（1104）和塑胶绝缘基座，复合电缆连接头固定于复合电缆两端，包括微波同轴电缆连接插头（2101）、信号线缆连接插针（2102）、冷空气管道插头（2103）、负压管道插头（2104）和塑胶绝缘基座，一端的复合电缆连接头与主机输出接口相连，另一端的复合电缆连接头与微波消融针的输入接口相连；复合电缆由内向外依次包括微波同轴电缆外导体（2211）、微波同轴电缆绝缘体（2212）、微波同轴电缆内导体（2213）、信号线缆（222）、冷空气管道（223）、负压管道（224）、主机端冷空气管道连接气嘴（2231）、消融针端冷空气管道连接气嘴（2232）、主机端负压管道连接气嘴（2241）、消融针端负压管道连接气嘴（2242），复合电缆连接包括微波传输通道、信号传输线路和冷却介质传输管道。

2.根据权利要求1所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述复合电缆的长度、内外导体径向尺寸的比例可调。

3.根据权利要求1所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述信号线缆（222）采用聚酰亚胺基材双面电路板制作，整体厚度0.2~0.5mm，一面为满铜，一面腐蚀为均匀分布互相绝缘的导线；满铜面贴向微波同轴电缆外导体（2211）卷成圆柱面，搭缝用胶粘剂胶结在一起与微波同轴电缆外导体（2211）形成整体，信号线缆（222）的外周导线分别与复合电缆连接头中信号线缆连接插针（2102）对应端子进行电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述冷却介质传输管道包括冷空气管道、负压管道及其与复合电缆连接头之间的转接软管、气嘴。

5.根据权利要求1所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述冷却介质传输管道采用柔性塑胶管，也作为复合电缆的外护套，在其内壁与负压管道（224）的外壁之间形成0.5~1mm的间隙，作为冷空气的流通通道；冷空气管道（223）的两端用胶粘剂封闭，并分别设置有主机端冷空气管道连接气嘴（2231）、消融针端冷空气管道连接气嘴（2232），主机端冷空气管道连接气嘴（2231）通过软管与主机端复合电缆连接头的冷空气管道插头（2103）相连，消融针端冷空气管道连接气嘴（2232）通过软管与消融针端复合电缆连接头的冷空气管道插头相连。

6.根据权利要求5所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述负压管道采用柔性塑胶管，其内壁与信号线缆（222）的外表面之间形成0.5~1mm的间隙，作为负压装置抽气通道，主机端负压管道连接气嘴（2241）通过软管与主机端复合电缆连接头的负压管道插头（2104）相连，消融针端负压管道连接气嘴（2242）通过软管与消融针端复合电缆连接头的负压管道插头相连。

7.根据权利要求5或6所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述柔性塑胶管为PFA、FEP或PVC。

8.根据权利要求1所述的一种组合式低阻抗微波消融传输组件，其特征是所述微波同轴电缆外导体（2211）采用铜箔胶带缠绕或者铜丝编制镀锡，微波同轴电缆绝缘体（2212）采用低密度四氟材料，微波同轴电缆内导体（2213）采用镀银铜线或者镀银铜包钢丝。