DE69918430T2 - Mikrowellenapplikator - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenapplikator für die Behandlung eines Körpers mittels elektromagnetischer Mikrowellenenergie. Bei dem Körper handelt es sich bevorzugt um biologisches Gewebe, und bevorzugt wird der Applikator bei der Behandlung von Menorrhagie eingesetzt.
  • Bei Menorrhagie handelt es sich um einen bei über vierzigjährigen Frauen bekannten Zustand, der sich als exzessive Monatsblutung aus dem Endometrium, das die Innenwandung des Uterus bildet, manifestiert.
  • Die gebräuchliste Form der Behandlung ist eine Hysterektomie, bei der der gesamte Uterus entfernt wird.
  • In einer älteren Anmeldung, die unter der Nummer WO95/04385 veröffentlicht wurde, ist eine Sonde zum Anwenden einer elektromagnetischen Strahlung bei Mikrowellenfrequenz offenbart, die aus einem mit einem Dielektrikum gefüllten Wellenleiter mit einem an der Spitze freiliegenden Abschnitt, der eine Antenne definiert, besteht. In mehreren Ausführungsformen wurden die Mikrowellen jedoch in einen ersten mit Luft gefüllten Wellenleiter ausgesendet und dann in einen zweiten Wellenleiter geleitet, der das dielektrische Material enthielt. Zwischen den Wellenleitern sorgte ein verjüngter Wellenleiter für einen Übergang. Der mit einem Dielektrikum gefüllte Wellenleiter wies einen geringeren Durchmesser auf als der mit Luft gefüllte Wellenleiter auf, da bei einer gegebenen Frequenz die Wellenlänge in einem Dielektrikum kürzer ist. Daher bleibt der auf die Wellenlänge bezogene Durchmesser des Applikators beim Übergang konstant.
  • Obgleich ein solcher Applikator vollkommen ausreichend ist, wird die Bandbreite des Applikators durch die Resonanz beeinträchtigt, die in der großen Längenabmessung des mit einem Dielektrikum gefüllten Wellenleiters begründet ist. Das bedeutet, daß jegliche Änderung bei der durch die Mikrowellenquelle erzeugten Frequenz zu einem beträchtlichen Unterschied in der Effizienz des Applikators führen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Mikrowellenapplikator zum Anwenden einer elektromagnetischen Strahlung bei einer Mikrowellenfrequenz vorgesehen, der einen Wellenleiter mit einer äußeren Wellenleiterwand, die ein dielektrisches Material umschließt, das sich über ein Ausgangsende der Wellenleiterwand hinaus erstreckt, um Mikrowellenenergie auszustrahlen, und einen koaxialen Eingang aufweist, der einen inneren Leiter und eine äußere leitfähige Hülse aufweist, die den inneren Leiter umgibt, um ein Mikrowellensignal einer vorher festgelegten Frequenz an einem Eingangsende des Wellenleiters einzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß sich der innere Leiter von der äußeren leitfähigen Hülse in Längsrichtung innerhalb der Wellenleiterwand in das dielektrische Material erstreckt und mit seinem freien Ende in dem dielektrischen Material endet, und daß ein lateraler Leiter mit dem inneren Leiter verbunden ist und sich lateral von diesem von einem Punkt aus in das dielektrischen Material erstreckt, wobei der Punkt von dem freien Ende um einen vorher festgelegten Abstand beabstandet ist, so daß der Stromfluß in dem inneren Leiter und dem lateralen Leiter Mikrowellen in einer Grundmode in dem dielektrischen Material aussendet, die sich zum Ausgangsende des Wellenleiters bewegen.
  • Bevorzugt weist der Applikator einen Temperatursensor auf, der mit dem koaxialen Eingang direkt verbunden ist, um so den Verdrahtungsaufwand zu minimieren.
  • Entsprechend ist es wichtig, daß, wenn der Applikator für eine medizinische Behandlung, wie z. B. Endometriumablation, eingesetzt wird, der Applikator für jede Anwendung steril ist. Dementsprechend ist der Applikator bevorzugt mit einer mikrowellendurchlässigen Beschichtung beschichtet, die es ermöglicht, daß der Applikator in herkömmlicher Weise gereinigt werden kann.
  • Obwohl der erfindungsgemäße Mikrowellenapplikator für eine beliebige gewünschte Anwendung verwendet werden kann, wird er bevorzugt zur Endometriumablation eingesetzt. Dabei muß eine Mikrowellenenergie bei einer Frequenz auf den Applikator angewendet werden, die im wesentlichen vollständig durch das Endometrium absorbiert wird, die Betriebstemperatur überwacht werden, um sicherzustellen, daß das Gewebe des Endometriums durch den Uterushohlraum gleichmäßig koaguliert, und daher die Anwendung der Mikrowellenenergie für einen Zeitraum beibehalten werden, der ausreicht, um die Zellen des Endometriums zu zerstören.
  • Die Verwendung der Mikrowellenleistung zur Erwärmung des Endometriums weist zwei wichtige Vorteile auf. Erstens wird die elektromagnetische Strahlung bei Mikrowellenfrequenz durch das Gewebe gut absorbiert, und bei etwa 8-12 GHz wird die gesamte Mikrowellenleistung in einer etwa 5 mm dicken Gewebeschicht absorbiert, und die Erwärmung durch Mikrowellen kann sich dabei unmöglich über diesen Bereich hinaus erstrecken. Dies ist für die Behandlung des etwa 5 mm dicken Endometriums ideal. Zweitens ist die zum Erreichen der Solltemperatur erforderliche Menge an Leistung aufgrund dieser starken Absorption relativ gering.
  • Zudem weist der verbesserte Applikator der vorliegenden Erfindung gegenüber dem zuvor in der vorstehenden älteren Anmeldung offenbarten Applikator folgende zwei Hauptvorteile auf:
    • (i) Der Wellenleiter ist kürzer, da durch Ausbilden einer Mischform zwischen einem koaxialen Eingang und einem mit einem Dielektrikum gefüllten Wellenleiter der Abstand zwischen der Überleitung und der Abstrahlspitze sehr viel kürzer ist. Dies verringert wiederum die Menge des erforderlichen dielektrischen Materials, was für eine verbesserte Bandbreite und Applikatoreffizienz sorgt; und
    • (ii) es ist möglich, den Applikator flexibel zu gestalten.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nun mit Hilfe eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen schematischen Seitenaufriß eines bevorzugten Mikrowellenapplikators gemäß der Erfindung; und
  • 2 ist eine schematische Draufsicht auf den Wellenleiter von 1, die die Mikrowellenfelder darstellt.
  • In 1 weist ein Mikrowellenapplikator (1) einen Wellenleiter (2) mit einem runden Querschnitt auf, der mit einem dielektrischen Material (3) gefüllt ist. Der Wellenleiter (2) endet kurz vor dem Ende des Applikators (1), und ein Abschnitt (4) des Dielektrikums erstreckt sich von dort, um eine Antennenabstrahlspitze für die Mikrowellenenergie auszubilden. Dieses entfernt von der Spitze (4) befindliche Ende des Wellenleiters ist mit einem Koaxialkabel (5) verbunden, das den Wellenleiter mit Leistung versorgt. Der innere Leiter (6) des Kabels (5) erstreckt sich axial in das Dielektrikum (3) entlang der Achse des Wellenleiters (2), um so die Mikrowellen in dem Wellenleiter (2) direkt zu erregen. Der äußere Leiter (17) des Kabels (5) ist mit der äußeren Leiterwand (7) des Wellenleiters verbunden. Der Leiter (6) endet in dem Wellenleiter, und ein lateraler Leiter (8) erstreckt sich radial vom Leiter (6) durch die äußere Wand (7) und soll bewirken, daß die Mikrowellen in das dielektrische Material (3) ausgesendet werden, wobei die Magnetfelder (14) und die elektrischen Felder (15) wie in 2 dargestellt ausgerichtet sind.
  • Das Koaxialkabel (5) kann mit Luft befüllt sein, ist jedoch, wie in 1 dargestellt ist, mit einem Dielektrikum (16) befüllt, wobei dieses jedoch kurz vor dem Dielektrikum (3) des Wellenleiters (2) endet, um einen Luftspalt (8) zu belassen, der eine axiale Ausdehnung des Dielektrikums (16) unterbringt, wenn der Applikator während des Gebrauchs, entweder bei der Behandlung oder beim Sterilisieren, erwärmt wird.
  • Die axiale Abmessung L1 des Luftspalts (18) und die axialen Abmessungen L2 und L3 des Leiters (6) innerhalb des Wellenleiters (2) zu beiden Seiten des Leiters (8) sind allesamt so ausgewählt, daß die Reaktanz der durch den Leiter (8) gebildeten Schleife abgestimmt wird und dadurch Rückwärtsreflektionen verringert werden und ein Aussenden der Mikrowellen in den Wellenleiter in Vorwärtsrichtung verbessert wird.
  • Der Leiter (8) gelangt durch die äußere Wellenleiterwand (7) und wird dabei durch eine Isolierung (9) isoliert.
  • Ein Thermoelement (10) auf der Außenseite der Abstrahlspitze (4) zum Erfassen der Betriebstemperatur ist ebenfalls in 1 gezeigt. Um sich einen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand zu ersparen, ist das Thermoelement (10) zudem durch eine Verbindung (19) mit dem äußeren Leiter (17) des Koaxialkabels (5) bei (11) und durch eine Verbindung (20) außerhalb der Wand (7) mit dem mittleren Leiter (6) des Kabels (5) über den lateralen Leiter (8) und eine Verbindung (12) an dessen äußerem Ende direkt verbunden. Dementsprechend gelangt das Signal des Thermoelements auf dem selben Koaxialkabel (5) nach außen, das die Mikrowellenleistung zur Abstrahlspitze (4) bringt. Eine herkömmliche Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) wird verwendet, um das Gleichstromsignal von dem Koaxialkabel zu erfassen und zu extrahieren.
  • Wenngleich nicht abgebildet, ist der Applikator (1) mit einer mikrowellendurchlässigen Schutzbeschichtung aus PTFE oder einem anderen geeigneten Material versehen. Das temperaturerfassende Thermoelement (10) ist zwischen der Beschichtung und dem dielektrischen Material vorgesehen sowie von dem dielektrischen Material isoliert.
  • Die bevorzugte Verwendung des Applikators der vorliegenden Erfindung, die in der vorstehenden veröffentlichen Anmeldung WO95/04385 offenbart ist, wobei der Applikator mit einer Mikrowellenfrequenzeingabe im Mikrowellenspektrum versorgt wird, bevorzugt im Bereich 8-12 GHz, umfaßt einen Mikrowellenfrequenzgenerator und -verstärker.

Claims (12)

  1. Ein Mikrowellenapplikator zum Anwenden einer elektromagnetischen Strahlung bei einer Mikrowellenfrequenz, der einen Wellenleiter (2) mit einer äußeren Wellenleiterwand (7), die ein dielektrisches Material (3) umschließt, das sich über ein Ausgangsende der Wellenleiterwand hinaus erstreckt, um Mikrowellenenergie auszustrahlen, und einen koaxialen Eingang (5) aufweist, der einen inneren Leiter (6) und eine äußere leitfähige Hülse (17) aufweist, die den inneren Leiter (6) umgibt, um ein Mikrowellensignal einer vorher festgelegten Frequenz an einem Eingangsende des Wellenleiters (2) einzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß sich der innere Leiter (6) von der äußeren leitfähigen Hülse (17) in Längsrichtung innerhalb der Wellenleiterwand (7) in das dielektrische Material (3) erstreckt und mit seinem freien Ende in dem dielektrischen Material (3) endet, und daß ein lateraler Leiter (8) mit dem inneren Leiter (6) verbunden ist und sich lateral von diesem von einem Punkt aus in das dielektrischen Material (3) erstreckt, wobei der Punkt von dem freien Ende um einen vorher festgelegten Abstand beabstandet ist, so daß der Stromfluß in dem inneren Leiter (6) und dem lateralen Leiter (8) Mikrowellen in einer Grundmode in dem dielektrischen Material (3) aussendet, die sich zum Ausgangsende des Wellenleiters (2) bewegen.
  2. Ein Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1, bei dem sich der innere Leiter (6) axial in der Mitte des Wellenleiters (2) erstreckt.
  3. Ein Mikrowellenapplikator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich der laterale Leiter (8) bis zur Wellenleiterwand (7) erstreckt.
  4. Ein Mikrowellenapplikator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der laterale Leiter (8) in einem zentralen Bereich entlang der Länge des inneren Leiters (3) im Wellenleiter (2) angeordnet ist.
  5. Ein Mikrowellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sich der laterale Leiter (8) durch eine Öffnung in der Wellenleiterwand (7) erstreckt und von der Wellenleiterwand (7) elektrisch isoliert (9) ist.
  6. Ein Mikrowellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der koaxiale Eingang (5) ein mit einem Dielektrikum gefülltes Kabel ist, in dem das Dielektrikum (16) kurz vor dem Wellenleiter (2) abschließt, um so einen Luftzwischenraum (18) zu hinterlassen.
  7. Einen Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Sensor (10) auf dem Applikator befestigt ist und der Sensorsignalausgang mit dem koaxialen Eingang (5) verbunden ist.
  8. Ein Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der für medizinische Zwecke geeignet ist.
  9. Ein Mikrowellenapplikator nach Anspruch 8, der für den Einsatz als Ablator geeignet ist.
  10. Ein Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiter (2) ein Wellenleiter mit rundem Querschnitt ist.
  11. Ein Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der koaxiale Eingang (5) im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweist wie die Wellenleiterwand (2).
  12. Ein Mikrowellenapplikator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der laterale Leiter (8) mit dem inneren Leiter (6) an einer Position verbunden ist, um so die Übertragung der Mikrowellenenergie zum Wellenleiter (2) zu verbessern.
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