ES2255981T3 - Dispositivo microondas para hipertermia, termoterapia y diagnosis medica. - Google Patents
Dispositivo microondas para hipertermia, termoterapia y diagnosis medica.Info
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Abstract
Sistema de tratamiento médico para el tratamiento de tejido, que comprende: una antena (22, 24, 26; 200) que dispone de un elemento radiante (202, 204, 207) configurado para transmitir energía electromagnética hacia un área deseada del tejido, comprendiendo el elemento radiante (202, 204, 207) un volumen interior (52) para recibir un fluido de intercambio de calor (62), por medio del cual se modifica la temperatura cerca del área deseada del tejido, una línea de transmisión (28, 30, 32, 206) conectada al elemento radiante (202, 204, 207) para transportar la energía electromagnética procedente de una fuente de energía electromagnética (81) hasta la fuente radiante, caracterizado por el hecho de que la línea de transmisión (28, 30, 32, 206) comprende un conducto (60) que se extiende a través de la misma para transportar el fluido intercambiador de calor (62) desde un intercambiador de calor (56) hasta el elemento radiante (202, 204, 207).
Description
Dispositivo de microondas para hipertermia,
termoterapia y diagnosis médica.
La presente invención se refiere a dispositivos
de microondas que se utilizan en hipertermia y termoterapia médicas
(que se refieren aquí de forma colectiva como "terapias de
calor"), y diagnósticos, y a procedimientos para la utilización
de dichos dispositivos, según el preámbulo de la reivindicación 1 y
como se conocen a partir de EP 0783 903.
Las terapias de calor localizado, es decir,
hipertermia (calentamiento hasta temperaturas por debajo de 45ºC) y
termoterapia (calentamiento hasta temperaturas por encima de 45ºC),
se han investigado intensamente durante las últimas dos décadas para
muchos procesos de enfermedad que comprenden hiperplasia prostática
benigna (BPH) y neoplasias.
Sin embargo, se han aplicado procedimientos para
aportar calor que comprenden fluido caliente, ultrasonido
focalizado, radio frecuencia y basados en microondas a tejidos
anormales con un éxito solamente limitado. La glándula prostática es
un órgano que se considera candidato para aplicar técnicas de aporte
de calor. Debido a que la energía de microondas se puede aplicar sin
incisión, esta aproximación es una de las que se evalúa. Además
esta técnica se puede aplicar ventajosamente en una situación de
paciente externo.
Para aplicar con seguridad la terapia de calor,
es muy importante que el calor aplicado se encuentre confinado a la
zona objetivo solamente (por ejemplo un tumor BPH), para evitar
dañar tejido u órganos sanos cercanos.
Algunos dispositivos para terapia por calor han
utilizado calentamiento por microondas, por ejemplo los que se
describen en las patentes de Estados Unidos número 4.700.716 y
4.776.086. La energía de microondas eleva la temperatura por medio
de aumentar el movimiento molecular en el interior de las
estructuras celulares. Al disminuir la frecuencia, aumenta la
penetración en los tejidos. Se han insertado sondas de antena de
microondas de pequeño diámetro en el interior del cuerpo a través de
orificios normales del cuerpo o, ocasionalmente directamente en el
tejido enfermo, utilizando catéteres huecos de
plástico.
plástico.
La patente de Estados Unidos US 4.204.549 muestra
un dispositivo para el tratamiento por hipertermia que proporciona
transmisión de energía de microondas para la irradiación de tejidos.
La energía de microondas se proporciona al lugar de tratamiento por
medio de un aplicador coaxial que comprende un conductor central
hueco y un blindaje exterior dispuesto coaxialmente sobre el
mismo.
EP 0 462 302 muestra un aplicador uretral
insertado para hipertermia prostática y antenas radiantes
controlables individualmente.
EP 0 485 323 muestra un dispositivo de
hipertermia con detectores de temperatura para detectar la
temperatura cerca del elemento radiante y proporcionar señales al
control de temperatura.
La presente invención comprende instrumentos
médicos como se definen en la reivindicación 1, los cuales utilizan
energía de microondas para proporcionar tratamiento de calor e
imágenes de diagnóstico de tejido. El término "microonda", como
aquí se utiliza, se refiere a energía electromagnética en el
espectro de frecuencias de microondas desde 300 MHz hasta 300
GHz.
Un aspecto de la presente invención es un sistema
de tratamiento médico para tratar tejido que comprende una antena
con un elemento radiante configurado para transmitir energía
electromagnética hacia una zona deseada del tejido y que comprende
un volumen interior para recibir un fluido de intercambio de calor,
modificando de esta forma la temperatura cerca de la zona deseada
del tejido.
La presente invención presenta numerosas
ventajas. Un elemento radiante con esta disposición es
multifuncional. En concreto, el elemento radiante se utiliza para
transmitir energía hacia el tejido para calentar o proporcionar una
imagen del tejido. Además, el elemento radiante sirve como un
"conducto de calor", que actúa como una fuente o drenaje de
energía térmica en la zona deseada, mejorando el control de la
temperatura del volumen de tejido que se irradia por medio de la
antena. Por tanto, se proporciona un aporte de energía de microondas
más seguro y más eficaz. Es importante reconocer que aunque el
elemento radiante sirve como un "conducto de calor", al
funcionar, puede proporcionar tanto calentamiento como enfriamiento,
dependiendo de si el fluido (por ejemplo un líquido o un gas) es
caliente o frío.
En un aspecto relacionado de la presente
invención, un sistema de tratamiento médico por calor comprende un
primer instrumento médico que dispone de un sistema de antena
configurado con un elemento radiante con la disposición que se ha
descrito en el aspecto tratado anteriormente y de un segundo
instrumento médico con un segundo sistema de antena para recibir la
energía electromagnética radiada procedente del primer instrumento
médico.
El sistema de tratamiento médico comprende una
línea de transmisión conectada al elemento radiante para transportar
la energía electromagnética desde una fuente de energía
electromagnética hasta la fuente de radiación. Un conducto se
extiende a través de la línea de transmisión para transportar el
fluido de intercambio de calor (por ejemplo refrigerante) desde un
intercambiador de calor (por ejemplo un compresor) hasta el elemento
radiante.
Las realizaciones de estos aspectos de la
presente invención pueden comprender una o más de las siguiente
características. En ciertas realizaciones, el volumen interior del
elemento radiante y el conducto se dimensionan para causar la acción
por capilaridad del fluido que fluye a través suyo.
En una realización, la línea de transmisión es
una línea de transmisión coaxial que comprende un conductor central
hueco y un blindaje exterior dispuesto coaxialmente respecto al
conductor central. La línea de transmisión coaxial comprende un
transformador que sirve como red de acople de impedancia para
maximizar la transferencia de potencia entre la fuente de energía
electromagnética y la antena. El transformador se encuentra separado
del elemento radiante un cuarto de longitud de onda a una frecuencia
de funcionamiento predeterminada y comprende una funda metálica que
rodea al blindaje exterior de la línea de transmisión coaxial. La
antena puede tener una amplia variedad de configuraciones que
comprenden disposiciones de dipolo. El sistema de tratamiento médico
comprende además un catéter con un lumen interior que se extiende
entre un extremo cercano y un extremo distante, y dimensionado para
alojar la antena.
El sistema de tratamiento médico comprende una
pluralidad de antenas, cada una con un elemento radiante para
transmitir energía electromagnética hacia la zona deseada. En
ciertas realizaciones, las antenas están formadas como una
disposición colineal de antenas. En este caso, cada una de las
antenas se configura para radiar energía electromagnética con una
amplitud y fase características seleccionadas de forma que la
energía transmitida, al sumarse, se dirige hacia la zona
seleccionada del tejido. Se proporcionan uno o más detectores de
temperatura para detectar la temperatura en una localización cercana
al elemento radiante. En respuesta a la temperatura detectada, los
detectores proporcionan señales al intercambiador de calor para
controlar la cantidad de fluido entregado al volumen interior del
elemento radiante. Cada detector de temperatura se localiza
preferiblemente para asociarse con una zona diferente del elemento
radiante.
La energía electromagnética proporcionada por la
fuente tiene una frecuencia en un rango entre 0,3 y 10 GHz y un
nivel de potencia dentro de un rango entre aproximadamente 100 mW y
150 Watt.
Se describe también un procedimiento para el
tratamiento de tejido con el sistema de tratamiento médico
anteriormente descrito que comprende las siguientes etapas. El
primer instrumento médico se dispone en el interior de un primer
orificio corporal. El segundo instrumento médico se dispone en el
interior de un segundo orificio corporal. A continuación se aplica
energía electromagnética al primer instrumento médico para calentar
una zona deseada del tejido con el segundo instrumento médico
recibiendo la energía electromagnética transmitida por el primer
instrumento médico y que atraviesa el tejido. Las zonas cercanas al
tejido se enfrían con el primer instrumento médico.
Otras características y ventajas de la presente
invención se harán aparentes a partir de las figuras, la siguiente
descripción detallada y las reivindicaciones.
La figura 1 es una vista lateral esquemática de
un dispositivo de antena de microondas según una realización de la
presente invención, que se utiliza dentro de un catéter en forma de
globo. Las líneas de transmisión se muestran como líneas
ocultas.
La figura 2 es una vista lateral esquemática de
las antenas que se utilizan en el dispositivo de la figura 1.
La figura 2A es una vista lateral esquemática de
las antenas de la figura 2, que muestra el diagrama de radiación que
se obtiene durante la utilización.
La figura 3 es un diagrama esquemático que
muestra la electrónica que se utiliza en una fuente de microondas
adecuada para la utilización en el dispositivo de la figura 1.
La figura 4 es una vista lateral en sección de
una disposición de antena adecuada para la utilización en el
dispositivo de la figura 1, en la cual una de las antenas sirve
también como conducto de calor.
La figura 5 es una vista en perspectiva de una
realización alternativa de una antena.
La figura 6 es una vista lateral en sección de la
antena que se muestra en la figura 5.
La figura 7 es una vista en sección transversal
del extremo cercano de la antena a lo largo de las líneas
7-7 de la figura 6.
La figura 8 es una vista lateral del dipolo
magnético de la antena que se muestra en la figura 5.
La figuras 9A y 9B ilustran realizaciones
alternativas de dipolos activos adecuados para la utilización con la
antena que se muestra en la figura 5.
La figura 10A es una vista en sección, en forma
parcialmente esquemática, de un sistema de antena de microondas de
reconocimiento.
La figura 10B es una vista en sección, en forma
parcialmente esquemática, del extremo distante del sistema de antena
de microondas de reconocimiento de la figura 10A.
La figura 10C es una representación en vista
esquemática del extremo distante del sistema de antena de microondas
de reconocimiento de la figura 10A.
La figura 11 es una vista lateral en sección de
una realización alternativa de un sistema médico de microondas para
tratamiento y diagnosis de tejido.
La figura 12 es una vista en sección del tramo de
globo prostático del sistema que se muestra en la figura 11 en
condición desinflada.
La figura 13 es una vista en sección del tramo de
globo prostático del sistema que se muestra en la figura 11 en
condición inflada.
La figura 14 es una vista en sección del tramo de
globo de vejiga del sistema que se muestra en la figura 11 en
condición inflada.
La figura 15 es una vista altamente esquemática
del tracto urinario masculino, que ilustra la utilización de dos
dispositivos de antena de microondas según la presente invención
para visualizar y/o calentar la glándula prostática.
Las figuras 16A y 16B son una vista en sección y
una vista lateral, respectivamente, que ilustran la utilización de
dos dispositivos de antena de microondas para visualizar y/o
calentar la glándula prostática.
En referencia a la figura 1, el sistema de antena
de microondas 10 comprende una disposición colineal de antena 12 que
se utiliza en el interior de un catéter 14. La disposición 12 se
configura para focalizar con más precisión la dirección y el nivel
de energía electromagnética que se radia a partir de la disposición,
proporcionando de esta forma un calentamiento bien controlado de la
zona objetivo. El catéter 14 comprende una zona de globo 16,
montada en el extremo de un tubo 18, que define un lumen interior
20, y que se construye para insertarse dentro de una zona del
cuerpo, típicamente a través de un orificio o pasaje del cuerpo. La
disposición de antena 12 comprende tres antenas 22, 24, 26, que se
muestran con más detalle en la figura 2 y que se describen a
continuación.
Las antenas 22, 24 y 26 se conectan por medio de
líneas de transmisión coaxiales 28, 30 y 32, respectivamente, a un
sistema de potencia S1 que genera energía de microondas. Un sistema
de microondas S1 preferido se muestra en la figura 3 y se trata a
continuación. Las señales eléctricas representativas de la
temperatura medida por los sensores 29, 31, 33 y 35 se reciben y
procesan por medio de una unidad de control de temperatura 52 que
genera una señal de control para el sistema de potencia de
microondas S1. En respuesta a esta señal de control, el sistema de
potencia de microondas aumenta o reduce la potencia que entrega a
cada antena 22, 24, 26 o disposición 12. Como se tratará a
continuación con referencia a la figura 4, en ciertas realizaciones,
un conducto de calor S3 se conecta a las antenas 22, 24, 26 para
controlar la temperatura exacta en la interficie dispositivo/tejido.
Un ordenador 5 se conecta a través de un conductor común 7 a un
sistema de potencia de microondas S1, una unidad de control de
temperatura S2 y un sistema de conducto de calor S3. En el ordenador
5 se almacena un programa de ordenador y, en respuesta a las señales
representativas de la potencia y la temperatura, controla la
potencia S1, el control de temperatura S2, y el sistema de conducto
de calor S3.
Como se muestra en las figuras 2 y 2a, la
disposición de antena 12 comprende, además de las antenas 22, 24,
26, un reflector de RF 34 y tres directores de RF 36, 38 y 40. El
reflector de RF 34 y el director de RF 40 se proporcionan en el
extremo de los miembros dieléctricos 42, 44 (cables o tubos
dieléctricos), mientras que los otros directores de RF se extienden
a partir de miembros fijados a los extremos distantes de las antenas
24 y 26 sobre la misma línea coaxial. El reflector y los directores
de RF se construyen por medio de formar un revestimiento metálico
sobre el cable o tubo dieléctrico. Los reflectores y directores
sirven para mejorar la directividad y ganancia de las antenas 22,
24, 26. Por ejemplo, el reflector 34 se encuentra situado detrás de
la antena 22 mientras que el director 36 se encuentra situado
delante de la antena para formar una disposición Yagi de tres
elementos. La longitud del reflector 34 es generalmente comparable a
la longitud de las antenas mientras que la longitud del director 36
es generalmente más corta (por ejemplo 75% de la longitud de la
antena).
Los sensores de temperatura se disponen en varios
puntos dentro de la disposición de antena 12. En concreto, el sensor
29 se dispone en el extremo distante, el sensor 31 en el extremo
cercano, el sensor 33 en el centro, y el sensor 35 a lo largo de una
pared de la disposición de antena para situarse en la pared rectal
opuesta a los sensores de uretra 29, 31, 33 y 35, y pueden ser en
forma de sensores de fibra óptica rodeados por una envoltura
exterior dieléctrica. Un ejemplo de un sensor de fibra óptica de
este tipo se describe en US 4.700.716.
La disposición de antena 12, así como los
reflectores y los directores de RF que se muestran en la figura 2,
se fijan en posición por medio de encapsular la disposición en un
material sólido en el interior de un tubo, por ejemplo, por medio de
situar la disposición dentro de un tubo y rellenar el tubo con un
polímero líquido, endurecible, de TEFLON®. El tubo que contiene la
disposición se puede insertar a continuación fácilmente dentro del
catéter 14 para su utilización por parte de un médico.
Como se muestra en la figura 2A, cada una de las
antenas 22, 24, 26 representan elementos radiantes individuales
espaciados adecuadamente uno respecto al otro a lo largo de un eje
longitudinal 43 del catéter 14 para formar la disposición colineal.
En realizaciones preferidas, cada antena se encuentra separada de
una antena adyacente por un cuarto de longitud de onda
(\lambda/4), aproximadamente 1,115 cm a 915 MHz (en tejido con un
alto contenido de agua). Aunque se podrían utilizar otras formas de
antena, en esta realización, las antenas 22, 24, 26 son antenas de
dipolo. La amplitud y fase relativas de las señales eléctricas
proporcionadas a cada antena desde el sistema de microondas S1 se
controlan para obtener un diagrama de radiación resultante que es el
producto de la superposición de los diagramas de radiación de cada
antena. En esencia, cada antena se controla de forma independiente
de forma que sus campos eléctricos respectivos se suman
constructivamente dentro, y destructivamente fuera, de la zona
objetivo. Debido a que la amplitud y la fase relativas se controlan
electrónicamente por parte del sistema de microondas S1, se dice que
la disposición lineal 12 es una disposición de exploración
electrónica. Con esta aproximación, un diagrama de radiación con una
anchura de haz y dirección que se desean estrechos proporcionan
relativamente un calentamiento de alta temperatura y focalizado de
la zona objetivo.
Además, por medio de variar la amplitud y fase
relativas de las señales eléctricas que se proporcionan a cada
antena 22, 24, 26, se puede generar un diagrama de radiación sobre
un margen relativamente ancho. Por ejemplo, como se muestra en la
figura 2A, el diagrama de radiación 41 se muestra que se desliza
entre las posiciones 41a, 41b y 41c.
Para ilustrar la mejora que se logra por medio de
la disposición colineal, se realizaron cálculos a 915 MHz con las
antenas 22, 26 en oposición de fase respecto a la antena 24. La
anchura de haz a mitad de potencia (HPBW) se midió de 20º, en
comparación con los 45º de un único dipolo. Otra ventaja observada
durante estas medidas fue que los lóbulos laterales del diagrama de
radiación resultante se suprimieron significativamente en medios
con pérdidas (por ejemplo tejido con un alto contenido de agua), en
relación con lo que se observaba a partir de un único dipolo. Esta
anchura de haz significativamente más estrecha permite al usuario
una mayor flexibilidad para dirigir el haz, controlando de esta
forma el calentamiento del material.
Como se muestra en la figura 3, un sistema de
potencia de microondas preferido S1 comprende cuatro puertos de
entrada 80, 82, 84, 86, acoplados a una fuente de potencia de
microondas de cuatro canales 88 capaz de proporcionar
aproximadamente 12 Watt de potencia de onda continua a 915 MHz a
cada una de las antenas individuales 28, 30, 32 de la disposición de
antena 12. Nótese que en esta realización, debido a que la
disposición 12 comprende solamente tres antenas, se encuentra
disponible un puerto de más para el caso de que uno de los puertos
se averíe. Cada puerto se encuentra acoplado a una salida respectiva
de la fuente 88 a través de acopladores bidireccionales individuales
90. Una fracción (por ejemplo 20 dB) de la fuente de potencia de
microondas 80 se deriva de los acopladores 90 y se proporciona a un
voltímetro vectorial 92 a través de una secuencia de conmutadores
rotativos 94, 96, 98. Un controlador de conmutador 100 se utiliza
para seleccionar uno de los puertos 80, 82, 84, 86 que se examinan
en cualquier momento dado. Un atenuador de 30 dB se conecta a la
salida del conmutador rotativo 98 para proteger al voltímetro 92 de
niveles de potencia excesivos. Como arriba se ha indicado, el
ordenador 5 se utiliza para controlar los componentes del sistema S1
que comprenden la fuente de potencia 80, el voltímetro vectorial 92
y el controlador de conmutador 100, a través del conductor común
7.
Aunque no es necesario para lograr diagramas de
radiación extremadamente directivos, en ciertas realizaciones, cada
antena 22, 24, 26 de la disposición 12 puede servir también como un
"conducto de calor". El conducto de calor sirve como una fuente
o drenaje de energía térmica en una zona deseada, de forma que se
logra un control incluso mayor de temperatura en la interficie del
conducto de calor y el material adyacente. Es importante reconocer
que aunque el dispositivo se denomina un "conducto de calor",
al funcionar, puede proporcionar tanto calentamiento como
enfriamiento, dependiendo de si el fluido (por ejemplo un líquido o
un gas) se encuentra caliente o frío.
En referencia a la figura 4, para propósitos de
ilustración, la antena 22 de la disposición 12 se muestra con la
estructura para proporcionar un control de temperatura por conducto
de calor. El conducto de calor 50 comprende una zona de antena y
enfriamiento 52, un intercambiador de calor 56 y una línea de
transmisión de RF coaxial flexible 58 que conecta el tramo de antena
52 a la fuente de potencia de microondas S1. El tramo de antena 52
está formado por un conducto hueco conductor 60 y una envoltura
dieléctrica 70 que se extiende sustancialmente a lo largo de toda la
longitud del conducto. Como se ha descrito anteriormente en relación
con las figuras 1, 2, 2A, el conducto 60 es una parte de la línea de
transmisión coaxial 28 para transmitir energía desde la fuente S1 a
la zona de antena y enfriamiento 52. Cuando se utiliza como conducto
de calor, el conducto funciona también como una mecha capilar para
un líquido o gas 62 que pasa a través suyo. La acción capilar se
alcanza por medio de tener un tramo 66 de diámetro relativamente
mayor en la zona de antena, para proporcionar enfriamiento por
evaporación, y un tramo de "mecha" de diámetro relativamente
menor 67 que se extiende entre el tramo 66 y el intercambiador de
calor 56. El tramo de diámetro mayor 66 tiene una longitud de
aproximadamente \lambda/2. En una unión 71, el tramo de mecha 67
se extiende más allá de la línea de transmisión 58 hasta el
intercambiador de calor 56 en la forma de un tubo dieléctrico
69.
Cuando se utiliza en aplicaciones en las que se
requiere enfriamiento, el intercambiador de calor 56 actúa como un
condensador que dispone de un refrigerante (por ejemplo fluido
criogénico). Un mecanismo de presión 57 bajo control del ordenador 5
se utiliza para controlar la cantidad y velocidad a la que se
entrega el fluido a la zona de enfriado 52. Como se ha tratado
anteriormente, en respuesta a las señales eléctricas procedentes de
la unidad de control de temperatura S2, el ordenador 5 controla el
sistema de microondas S1 para generar señales eléctricas con la
amplitud y fase apropiadas para proporcionar un haz focalizado en la
dirección de la zona objetivo. En realizaciones que disponen de un
conducto de calor 50, el ordenador 5 controla también el
intercambiador de calor S3 para transportar fluido refrigerante al
interior de la zona de antena y enfriado 52 para eliminar calor,
permitiendo de esta forma el ajuste rápido y preciso de la
temperatura en la interficie entre la zona de enfriado y el material
circundante.
Por medio de construir una o más de las antenas
22, 24, 26 como un conducto de calor, las características de
calentamiento relativamente alto y focalizado proporcionadas por
cada antena de la disposición 12 se pueden controlar con una
precisión incluso mayor por medio de entregar de forma rápida y
fiable fluido refrigerante o calentador a la zona objetivo, haciendo
disminuir o aumentar, respectivamente, la temperatura de la zona
objetivo. Más detalles referentes al funcionamiento termodinámico de
los conductos de calor adecuados para la utilización en la
disposición de antena 12 se describen en US 5.591.162, titulada
"Treatment Method Using a Micro Heat Pipe Catheter".
En ciertas aplicaciones, la disposición de antena
12 puede comprender transformadores 46, 48, situados entre las
antenas 22, 24 y el sistema de potencia de microondas S1. Estos
transformadores presentan una impedancia bien adaptada al sistema de
potencia S1 dentro de un margen de frecuencia predeterminado. Los
transformadores 46, 48 se encuentran separados de las antenas
respectivas 22, 24 por un cuarto de longitud de onda. El
transformador 54 se proporciona por medio de la combinación del
conducto 60, una cubierta exterior coaxial conductora 64, la
cubierta dieléctrica 70, y un cilindro metálico 73. La cubierta
exterior coaxial conductora 64 rodea a la cubierta dieléctrica 70 y
se extiende a lo largo de la longitud del conducto 60 hasta que
termina en un punto justo antes del tramo de diámetro mayor 66. El
cilindro metálico 73 es de aproximadamente un cuarto de longitud de
onda de longitud y cubre la cubierta exterior coaxial conductora 64,
cortocircuitando eléctricamente de esta forma el par de miembros en
el punto A. Este cortocircuito eléctrico presenta un circuito
abierto efectivo (alta impedancia) a lo largo de la línea de
transmisión a un cuarto de longitud de onda de distancia del
cortocircuito.
El transformador 54 minimiza la potencia
reflejada observada por la fuente de potencia de microondas S1. De
forma igualmente importante, el transformador 54 evita también la
pérdida de corrientes de antena a lo largo de la estructura exterior
de la disposición 12. Por medio de la selección apropiada de los
parámetros de funcionamiento, el transformador 54 se puede diseñar
para proporcionar tanto un coeficiente de reflexión mínimo como un
mínimo de pérdida dentro del mismo rango de frecuencia.
La utilización de transformadores 46, 48 no se
encuentra limitada a una disposición de antena con un conducto de
calor. Por el contrario, todas las ventajas que proporciona la
utilización de transformadores de este tipo, como arriba se ha
descrito, se logran cuando el sistema de antena 10 de la figura 1 no
comprende un sistema de conducto de calor S3.
Para la utilización del sistema de antena de
microondas 10, un médico introduciría el catéter 14 dentro de una
zona deseada del cuerpo de un paciente, utilizando un orificio del
cuerpo, como la uretra. A continuación el médico activaría la fuente
de energía de microondas S1 para entregar energía a una zona de
objetivo adyacente al orificio corporal. Durante el calentamiento,
el ordenador 5 monitoriza la información recogida por la unidad de
control de temperatura S2 y ajusta en consecuencia la cantidad de
energía que entrega la fuente de energía de microondas S1. En
realizaciones que comprenden un conducto de calor, el ordenador 5
también controla la entrega de fluido al lugar de la terapia, por
ejemplo por medio de proporcionar señales de control apropiadas al
mecanismo de presión 57. La tasa de calor aportado se ajusta a la
conductividad térmica del tejido y al grado en el que difunde el
tejido.
En referencia a la figura 5, se muestra otra
realización de una antena 200 adecuada para la utilización dentro de
la disposición de antena 12. Es importante tener en cuenta que
aunque solamente se muestra una antena, se pueden extender varias
antenas a través de un catéter. La antena 200 comprende un par de
elementos radiantes, sirviendo uno de los cuales como dipolo
excitador móvil 202, y sirviendo el otro como elemento de dipolo
magnético 204. Esta configuración permite que el cirujano ajuste la
posición del dipolo excitador 202 en relación al elemento de dipolo
magnético 204 de forma que ambos elementos radian juntos con un
acople de impedancias casi perfecto, haciendo máxima de esta forma
la eficiencia de transferencia de potencia al tejido circundante.
Como era el caso con la realización que se muestra en las figuras
1-4, la antena 200 se dispone sola o con antenas
similares dentro del catéter 205 que dispone de un tramo de globo
inflado 203.
En referencia a las figuras 6 y 7, el dipolo
excitador 202 comprende una línea de transmisión
micro-coaxial 206 que se extiende desde un extremo
próximo 208 conectado al puerto correspondiente de la fuente de
potencia S1 hasta un elemento de dipolo 207 alimentado por el
centro. El dipolo alimentado por el centro 207 se define por medio
de un intersticio 209 formado por medio de eliminar un tramo de
conductor externo 210 a una distancia de un cuarto de longitud de
onda (a la frecuencia de funcionamiento deseada) desde un extremo
distante 211 de la antena 200.
La línea de transmisión 206 comprende un
conductor central 208 separado de un conductor externo 210 por medio
del dieléctrico 212 para proporcionar una línea de transmisión con
una impedancia característica de 50 \Omega. El dipolo activo 202
comprende también un transformador de impedancia bifurcado 214
definido por un blindaje conductor 216, que se extiende a lo largo
de un tramo de la línea de transmisión 206. El blindaje conductor
216, que puede ser trenzado o en forma de miembro sólido, se dispone
alrededor y separado del conductor exterior 210 de la línea de
transmisión 206 por medio de una capa dieléctrica 218. El
transformador de impedancia 214 asegura un buen acople de impedancia
entre el elemento de dipolo 207 alimentado por el centro del dipolo
activo 202 y la línea de transmisión 206 (50 \Omega). Una
descripción más completa de la construcción y el funcionamiento
teórico de un transformador de impedancia similar y su aplicación en
un instrumento médico se puede encontrar en US 4.776.086, titulado
"Method and Apparatus for Hyperthermia Treatment".
En referencia a la figura 8, el dipolo magnético
204 es en forma de bobinado helicoidal 213 que, en esta realización,
presenta 21 vueltas bobinadas alrededor de un eje longitudinal 220
del elemento 204 y tiene un diámetro ligeramente mayor que el
diámetro exterior del dipolo alimentado por el centro 207. En el
capítulo 7 de "The Helical Antenna" de Antennas por J.
D. Kraus McGraw Hill Publishing Co.(1988) se describen estructuras
de antenas helicoidales similares al bobinado helicoidal 213. Los
efectos de la impedancia de carga sobre antenas bobinadas
helicoidales se describen en el capítulo 2 "Wire Antennas" de
Small Antennas por K. Fujimoto et al., Research
Studies Press Ltd. (1987). En US 5.755.754, titulado "Device and
Method for Asymmetrical Thermal Therapy with Helical Dipole
Microwave Antenna", se describe una aproximación a la utilización
de una antena helicoidal para el tratamiento térmico de tejido.
Los condensadores 222 se encuentran conectados
eléctricamente entre vueltas predeterminadas del bobinado helicoidal
213. Aunque el conductor largo helicoidal 213 tiene una longitud (L)
que es significativamente menor que media longitud de onda, la
situación adecuada de los condensadores 222 a lo largo de la
longitud del bobinado helicoidal 213 proporciona una distribución de
corriente similar a una estructura radiante de media longitud de
onda. Sin impedancia de carga, se requeriría un bobinado helicoidal
de longitud mucho mayor para la resonancia y la radiación eficiente
a la frecuencia de funcionamiento deseada.
Como se ha indicado anteriormente, debido a que
el dipolo activo 202 es móvil dentro del dipolo magnético 204, el
cirujano puede situar axialmente el dipolo activo 202 para optimizar
el acople de impedancia entre los elementos, haciendo máxima de esta
forma la transferencia de energía de microondas al dipolo magnético
y, a su vez, al lugar quirúrgico que se desea calentar. El
movimiento axial es crítico porque las propiedades dieléctricas del
tejido mismo cambian cuando se calienta, causando de esta forma un
cambio en sus características de impedancia. Por tanto, la posición
óptima del dipolo activo 202 en relación con el dipolo magnético 204
es probable que cambie cuando cambia la temperatura del tejido. En
la utilización, el cirujano ajusta la posición axial del dipolo
activo utilizando un mecanismo de control mecánico preciso, como un
micrómetro 224 (figura 5), cuando monitoriza un indicador 226
(figura 5) que muestra la calidad del acople de impedancia (por
ejemplo un indicador de coeficiente de reflexión). Es importante
tener en cuenta que el movimiento del dipolo activo 202 dentro del
dipolo magnético 204 puede hacer cambiar dramáticamente la magnitud
de la reactancia en relación a la impedancia (por ejemplo 50
\Omega) del dipolo alimentado por el centro 207. Sin embargo,
independientemente de la posición y la magnitud relativa de la
reactancia, la distribución de corriente y el diagrama de radiación
resultante deberían ser sustancialmente los mismos.
En referencia a las figuras 9A y 9B, se muestran
construcciones alternativas de un dipolo activo 202a, 202b. En
concreto, el dipolo activo 202a se presenta en forma de una espira
blindada de vuelta única de Faraday, mientras que el dipolo activo
202b se forma como una espira de múltiples vueltas. El dipolo activo
202b puede comprender elementos adicionales de carga capacitiva
conectados entre una o más espiras.
Desde un punto de vista de onda electromagnética,
el dipolo magnético 204 es flotante (es decir, no tiene plano de
tierra) y se excita en modo T_{0} por medio del dipolo activo 202.
La excitación de esta forma es similar a la excitación de una guía
de ondas rectangular en modo TE_{10} con un monopolo eléctrico
situado a lo largo de la línea central de una pared ancha de la guía
de ondas.
En la utilización, la antena 200 se introduce en
el lugar quirúrgico a través del catéter 205. La potencia eléctrica
se aplica al dipolo activo 202 desde la fuente de potencia S1. Por
medio de observar en el indicador 126 la cantidad de potencia
reflejada, el cirujano ajusta la posición del dipolo activo 202
dentro del dipolo magnético 204 utilizando el micrómetro 224.
Cuando el nivel de potencia reflejada se encuentra en un mínimo el
cirujano se asegura de que ha encontrado la posición óptima.
En referencia a la figura
10A-10C, se muestra una antena receptora 250 para
detectar energía radiada desde, por ejemplo, la antena 200. La
antena receptora 250 comprende un montaje de diodo 252 situado en el
extremo distante de la antena receptora 250. El montaje de diodo 252
comprende elementos rectificadores en forma de diodos 254, que
tienen sus cátodos 256 conectados en un nodo distante común 258. Los
ánodos 260 de los diodos 254 se conectan a uno de los conductores
262, que sirven como elementos para la recepción y el transporte de
energía de la onda electromagnética a los diodos. Los extremos
opuestos de los conductores 262 se conectan a un conductor externo
268 de una línea de transmisión micro-coaxial 266 a
través de una arandela conductora 270. Cada cátodo de los diodos 254
se conecta a un conductor central 264 de la línea de transmisión
micro-coaxial 266. La línea de transmisión 266 tiene
la misma construcción que la línea de transmisión 206 de la antena
200 (ver la figura 6). Específicamente, la línea de transmisión 266
comprende un conductor externo 268 separado del conductor central
264 por un dieléctrico (que no se muestra) para proporcionar una
impedancia característica de 50 \Omega. Un transformador de
impedancia bifurcado 272 definido por un blindaje conductor 274 se
extiende a lo largo de un tramo de la línea de transmisión 266. El
blindaje conductor 274, que puede ser trenzado o en forma de miembro
sólido, se dispone alrededor y separado del conductor externo 268 de
la línea de transmisión 266 por medio de una capa dieléctrica 278.
El transformador de impedancia 272 asegura un buen acople de
impedancia entre el montaje de diodo 252 y la línea de transmisión
266.
Cada diodo 254 rectifica las ondas
electromagnéticas recibidas a lo largo de su conductor asociado 262
y produce una señal de corriente continua (DC). La corriente
generada por cada diodo 254 se suma en el nodo 258 y se transporta
al sistema de medida (que no se muestra) a través de una línea de
transmisión coaxial 266. Los diodos 254 pueden estar encapsulados o
encerrados para dar soporte mecánico al montaje
252.
252.
En referencia a las figuras
11-14, se muestra un sistema médico de microondas
300 bien adaptado en concreto para la utilización con la antena 200.
El sistema 300 comprende un catéter 302 con un globo yagi inflable
304 y un globo de fijado inflable 306. Como se tratará en mayor
detalle más adelante el globo de fijado 306, al funcionar, se
utiliza para fijar mecánicamente la posición del catéter dentro de
un orificio corporal, como la uretra. Cuando se dispone en el recto,
un catéter rectal se puede fijar en posición por medio de medios
externos. Por otro lado, el globo yagi 304 se utiliza para controlar
el aporte de energía radiada desde la antena 200 al tejido
circundante. En concreto, por medio de variar la cantidad de fluido
(por ejemplo agua) y por tanto, la cantidad de material dieléctrico
entre la antena radiante y el tejido, se controla el diagrama de
radiación de la energía procedente de la antena. El fluido puede
servir también como medio de drenaje de calor para extraer calor de
la antena. Por supuesto, proporcionar aditivos al fluido o utilizar
un fluido diferente (por ejemplo salino) puede mejorar el efecto de
drenaje de calor.
En ciertas aplicaciones, la temperatura del
fluido o la constante dieléctrica del fluido se puede controlar para
aumentar la eficacia del tratamiento. Por ejemplo, por medio de
cambiar la salinidad del agua utilizada para inflar el globo yagi
304, se puede modular la constante dieléctrica.
En esta realización, el globo de yagi 304 se
expande simétricamente. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, el
globo se puede construir para expandirse asimétricamente, por
ejemplo, con una separación entre la antena 200 y el director 330
mayor que la existente entre la antena y el reflector 328.
El catéter 302 comprende un paso central 308 que
se dimensiona para permitir que la antena 200 se extienda hasta el
globo yagi 304. En ciertas aplicaciones, el paso central 308 se
puede utilizar también para hacer pasar el catéter 302 sobre un
estilete de posicionamiento (que no se muestra). Un mecanismo de
fijación 310 para fijar la posición de la antena 200 en relación con
el globo yagi 304 se proporciona en el extremo cercano del catéter
302. Una cámara de inserción de fluido 312 y una cámara de
extracción de fluido 314 rodean el pasaje central 308 para permitir
introducir y extraer el fluido refrigerante, respectivamente, del
catéter 302 en la zona del globo yagi 306 durante el funcionamiento
de la antena 200.
Un lumen 316 se extiende a través del catéter 302
desde el globo yagi 304 hasta una válvula de jeringa 318, que se
conecta a una fuente de fluido (por ejemplo una jeringa) para inflar
el globo yagi. Un segundo lumen 320 se extiende de forma similar a
través del catéter 302 desde el globo de fijado 306 hasta una
válvula de jeringa 322, que se conecta a una fuente de fluido
separada (por ejemplo una jeringa) para inflar el globo de fijado.
Los sensores de temperatura 324 se fijan a una superficie exterior
del catéter 302 y se conectan eléctricamente a la unidad de control
de temperatura S2 (figura 1) a través de líneas de fibra óptica (que
no se muestran) situadas a través de lúmenes 326 que se extienden a
través del catéter para proporcionar señales indicativas de la
temperatura del tejido.
Como ocurría con la realización de la disposición
12 que se muestra en las figuras 1-4, los elementos
reflectores y directores se pueden utilizar para mejorar la
focalización de la energía radiada desde la antena 200 a una zona
concreta de tejido.
En referencia en concreto a la figura 12, en una
realización, uno o más reflectores 328 se pueden formar a lo largo
de la superficie interior 329 del globo yagi 304 para dirigir
cualquier energía radiada incidente sobre el reflector otra vez de
vuelta hacia la zona de tejido deseada. En esta realización, el
reflector 328 es en forma de una lámina conductora delgada que cubre
una zona angular de aproximadamente 60º. Además del reflector 328,
un director 330 en forma de una lámina conductora se forma sobre un
tramo de la superficie interior 329 opuesta diametralmente a la del
reflector 328. El director 330 cubre un área de 30º. En
realizaciones alternativas, el reflector 328 y el director 330
pueden ser en forma de una malla o un conjunto de hilos conductores.
Cambiar el volumen de fluido en el interior del globo yagi 304, hace
cambiar el diámetro del globo, así como la separación relativa entre
la antena 200 y el reflector 328 y el director
330.
330.
Esta disposición que dispone el elemento de
antena activo 200 entre un reflector 328 y un director 330
proporciona, en esencia, una antena con una directividad aumentada y
una mayor ganancia de antena, que se asocia comúnmente con las
antenas Yagi. Esta característica de ganancia aumentada, que puede
ser tanto como 6 dB, permite ventajosamente reducir la potencia de
consumo de la antena 200 en un factor de cuatro. Funcionar a
potencia reducida permite utilizar fuentes de potencia de menor
potencia y menos coste, aumenta la fiabilidad de la fuente, y
proporciona un procedimiento médico significativamente más seguro.
Además, cuando se encuentra disponible una potencia más elevada
procedente de la fuente y se desea para el calentamiento, la
característica de ganancia aumentada de la antena 200 permite una
penetración más profunda de calor en el tejido (por ejemplo la
próstata).
Como se muestra en la figura 15, el sistema de
antena de microondas 300 es particularmente atractivo para la
utilización en el tratamiento y diagnosis del cáncer de próstata así
como de la hiperplasia prostática benigna (BPH). Por ejemplo, un
cáncer de próstata 101 a menudo se origina sobre una zona posterior
de la próstata cercana a la pared rectal 102. Por tanto, el sistema
300 es útil para el tratamiento debido a que el acceso a la próstata
101 se puede alcanzar a través del recto 104 y/o la uretra 106. Por
ejemplo, el médico puede insertar el sistema de antena de microondas
300 en el interior de la uretra 106 mientras que la antena receptora
50 se dispone a través del ano 108 y dentro del recto 104, como se
muestra. En esta aplicación el sistema de antena de microondas 300
se utiliza para lograr un alto grado de uniformidad de calor a
través de la próstata 101, mientras que la antena receptora 250
monitoriza el nivel de energía radiada por el sistema de antena
300.
A continuación se describe una aproximación para
tratar o diagnosticar la próstata utilizando estos dispositivos. El
catéter 302 se introduce en primer lugar en el interior de la uretra
y se sitúa adecuadamente utilizando técnicas de posicionamiento bien
conocidas, como ultrasonido o más marcadores opacos radiológicamente
sobre el catéter 302, de forma que el globo yagi 304 se dispone
adyacente a la próstata 101. Una vez situado, el terapeuta o
cirujano introduce fluido a través de la válvula 322 para inflar el
globo de fijación 306, fijando de esta forma la posición del catéter
302 en el interior del orificio.
La antena 200 se introduce a continuación a
través del lumen central 308 hasta que el dipolo magnético 204 y el
dipolo alimentado por el centro 207 se encuentran ambos en el
interior del globo yagi 304. A continuación se aplica un nivel de
potencia relativamente bajo (por ejemplo 100 mW) a la antena desde
la fuente de potencia S1. Mientras se observa el indicador de
coeficiente de reflexión 226 (figura 5), la posición axial del
dipolo activo 202 se ajusta en relación al dipolo magnético 204
hasta que se alcanza un mínimo del coeficiente de reflexión,
asegurando de esta forma la máxima transferencia de potencia a la
próstata. La potencia aplicada procedente de la fuente de potencia
se aumenta (por ejemplo de 1 a 2 Watt) y a continuación el fluido se
introduce dentro del globo yagi 304 a través de la válvula 318 de
forma que se infla el globo yagi.
La antena receptora 250 se introduce en el recto
en una posición cercana a la próstata para detectar la energía
radiada por la antena 200 situada dentro de la uretra 104. Por
tanto, cualquier cambio en el diagrama de radiación de la antena 200
causado por un cambio en el volumen de fluido en el globo yagi 304
se puede detectar por medio de la antena receptora 250 y se observa,
por ejemplo, sobre el monitor 5a. Por tanto, el diagrama de
radiación de la antena 200 se puede alterar o modular por parte del
terapeuta. En otras aplicaciones, el nivel de potencia aplicado a la
antena 200 procedente de la fuente se puede modular para controlar
el calentamiento del tejido.
Como se ha indicado anteriormente, la constante
dieléctrica del tejido radiado cambia debido al calentamiento debido
principalmente a que cambia la cantidad de fluido en el tejido. Por
tanto, puede ser deseable para el terapeuta durante el proceso
reajustar la posición axial del dipolo activo 202 en relación con el
dipolo magnético 204 una vez más para obtener un coeficiente de
reflexión mínimo.
En referencia a las figuras 16A y 16B, se muestra
una utilización de diagnóstico del sistema de antena de microondas
300 para tratar la próstata 101. En esta aproximación, el sistema de
antena 300 se utiliza en un modo de diagnóstico para localizar los
límites del tejido, que se obtienen por medio del contraste
dieléctrico inherente entre los tejidos anormales y normales gracias
a sus contenidos de agua relativos.
En este modo de diagnóstico, el sistema de antena
de microondas 300 del tipo que se muestra en la figura 11 se hace
pasar a través de la uretra 106 mientras que la antena receptora 250
se introduce en el recto 104. La antena receptora 250 se utiliza
para recibir señales transmitidas desde el sistema de antena 300.
Las señales transmitidas desde el sistema de antena 300 son
atenuadas por las características eléctricas del tejido del medio.
Por tanto, por medio de medir ciertas características de las señales
cuando pasan a través del tejido, se pueden determinar ciertas
propiedades del material del tejido, como la constante de atenuación
eléctrica (a) en Nepers/longitud. Las características de atenuación
de las señales que atraviesan el tejido proporcionan un indicador
tanto del tipo (por ejemplo hueso, músculo, tumor) como de la
normalidad relativa de dicho tejido. Por ejemplo, un tejido muscular
sano tiene típicamente un contenido de agua menor que el tejido
canceroso. Por tanto, cuando la energía de ancho de haz estrecho
transmitida desde el sistema de antena 300 se desliza a través de
una región de tejido sano y al interior del tejido de neoplasia, así
como a través de tejido calentado y no calentado, es probable que se
observe un cambio en el valor de la constante de atenuación.
En el procedimiento anteriormente descrito, la
antena receptora 250 se situó en el interior del recto para detectar
la energía radiada a partir del sistema de antena de microondas 300.
En otros procedimientos, un sistema de antena de microondas 300 se
puede insertar tanto en el recto 104 como en la uretra 106 de forma
que la próstata 101 es irradiada desde dos posiciones
diferentes.
El ordenador 5 comprendería de forma general un
monitor de ordenador de visualización 5a (figura 1) para mostrar
lecturas continuas de los cambios de temperatura en los límites de
una ilustración simulada del órgano objetivo (por ejemplo la
próstata) o una imagen ultrasónica. Una plantilla esquemática del
órgano objetivo que representa la anatomía se representaría con
colores diferentes sobrepuestos que representan diferentes márgenes
de temperatura en diferentes zonas del órgano. Por tanto, el
terapeuta o cirujano es capaz de determinar, en tiempo real, el
lugar objetivo y la efectividad de la aplicación de calor procedente
del sistema. El monitor puede representar la temperatura detectada
por cada uno de los sensores en función del tiempo y proporcionar
puntos de inicio y final para el tratamiento.
Sobre la base de las señales recibidas a partir
de los sensores el ordenador 5 es capaz de emitir mensajes de
advertencia para representar en el monitor cuando las temperaturas
exceden valores de umbral predeterminados. El ordenador 5 puede
también apagar automáticamente la fuente de potencia S1 si, por
ejemplo, las temperaturas permanecen altas durante un período de
tiempo inaceptable o si se detecta un fallo en el sistema. El
ordenador 5 comprende también una memoria para almacenar datos
estadísticos que comprenden información sobre el paciente, datos
actuales del laboratorio, así como todos los datos recogidos durante
el procedimiento.
Un artículo por McCorkle et al. titulado
"Monitoring a Chemical Plume Remediation via the Radio Imaging
Method" proporciona un análisis matemático para determinar la
constante de atenuación
eléctrica.
eléctrica.
Los sistemas de antena que arriba se han descrito
son adecuados para esta aplicación debido a que tanto los sistemas
de antena 10 y 300 como la antena receptora 250 pueden permanecer
estacionarios haciéndose deslizar electrónicamente la dirección del
haz de energía a través de varias posiciones 110-114
por medio de variar las características de amplitud y fase de la
fuente de potencia de microondas S1. Un analizador de red 115
(figura 15), por ejemplo un analizador vectorial de red HP 8510 (un
producto de Hewlett Packard Company, Palo Alto, California) se
conecta al sistema de antena 250 para medir la impedancia en el
extremo distante del sistema de antena 250. La impedancia se utiliza
para derivar los valores de las constantes de atenuación y fase para
cada
medida.
medida.
Debería también apreciarse, sin embargo, que una
antena de transmisión de microondas se puede mover físicamente, por
ejemplo, por parte del médico, para proporcionar una serie de
valores característicos de atenuación que se pueden utilizar para
caracterizar el tejido de la zona objetivo. La antena de transmisión
puede girar alrededor de su eje para proporcionar más control
direccional del haz de energía transmitida.
Otras realizaciones se encuentran dentro del
ámbito de las reivindicaciones.
Es importante apreciar que los catéteres 14 y 302
pueden ser cualquiera de una amplia variedad de catéteres de
diferentes configuraciones y tamaños. La aplicación concreta en la
cual se utiliza el sistema de antena de microondas dictará de forma
general la elección del catéter, estilete, así como el número y la
configuración concreta de antenas. Por ejemplo, cuando se utiliza en
la uretra, se pueden utilizar catéteres flexibles de tipo Foley con
tamaños en el campo entre 18-28 F. Por otro lado,
cuando se introducen en el recto puede ser más apropiado utilizar
catéteres mayores de 22 a 32 F. El catéter rectal puede estar
acompañado de un transductor de imágenes de ultrasonidos,
incorporándose ambos en una funda de soporte. Los catéteres pueden
comprender pequeñas protuberancias situadas a lo largo de la
longitud de los catéteres para facilitar su posicionamiento durante
la introducción. Las antenas mismas son opacas radiológicamente, así
mismo, para ayudar a verificar su posición.
Además, aunque las realizaciones anteriores
describen catéteres de extremo cerrado, aplicaciones alternativas
pueden requerir la utilización de catéteres de extremo abierto para
configuraciones de actuación longitudinal. También se pueden
proporcionar simultáneamente o sucesivamente lúmenes adicionales
para introducir fluidos de irrigación o agentes terapéuticos (por
ejemplo agentes quimioterapéuticos, sensibilizadores de hipotermia
y/o térmicos) para mejorar la terapia térmica proporcionada por las
antenas.
La aproximación descrita anteriormente utilizaba
la constante de atenuación eléctrica para caracterizar el tejido.
Sin embargo, también se pueden derivar otros parámetros a partir de
las medidas de impedancia para caracterizar el tejido. Por ejemplo,
la permitividad o constante dieléctrica compleja
(\varepsilon^{*} = \varepsilon' - j\varepsilon'') como
indicador del contenido de agua en el tejido, como arriba se ha
descrito, se puede utilizar para determinar el tipo de tejido. Con
esta aproximación, se requiere generalmente un procedimiento de
calibración para establecer valores de referencia de impedancia para
varios materiales conocidos, que abarcan, por ejemplo, desde agua
destilada hasta una muestra sin agua. Entre estos dos extremos, se
pueden medir varios tipos de tejidos y neoplasias con el sistema de
antena para establecer una base de datos de valores de impedancia
para diferentes tejidos.
La posibilidad de utilizar un sistema de antena
de microondas 10 en un modo de diagnóstico es una herramienta
poderosa, en concreto cuando el sistema de antena se utiliza también
para proporcionar tratamiento de hipertermia (es decir, en un modo
de calentamiento). En esencia, el modo de diagnóstico se utiliza
para identificar y aislar zonas que requieren tratamiento en el
modo de calentamiento. Por tanto, el sistema de antena 10
proporciona una aproximación dinámica, de función dual, para tratar
el tejido. La utilización de esta forma del sistema de antena 10 es
importante en concreto cuando se reconoce que las propiedades
dieléctricas del tejido cambian con la temperatura. Por medio de
alternar entre los modos de calentamiento y de diagnóstico, se puede
administrar un control preciso del nivel y dirección del calor
aplicado por la fuente de microondas. Por ejemplo, durante el
calentamiento, el contenido de agua del tejido disminuirá y, por
tanto, decrecerá la tasa a la que el tejido absorbe el calor.
Además, la disminución del contenido de agua hace que el órgano se
encoja en tamaño. En el modo de diagnóstico el cambio de tamaño y de
contenido de agua se reflejará en un cambio de la impedancia, así
como de la constante dieléctrica. Sobre la base de este cambio, las
características de amplitud y fase de las señales aplicadas a cada
antena de la disposición se pueden alterar para un control más
preciso de la dirección y el nivel de energía que se aplica al
tumor.
Como se ha indicado anteriormente, en algunos
casos, la impedancia del tejido que se trata puede cambiar
considerablemente durante el tratamiento. Si esto ocurre, el médico
puede quitar el catéter e insertar un segundo dispositivo de antena
de microondas 300 o 10 con diferentes características. Por ejemplo,
se puede sustituir por un sistema de antena de microondas con
separaciones ligeramente diferentes entre antenas adyacentes.
Aunque las figuras 6A y 6B muestran solamente un
único sistema de radiación de microondas 10, debería apreciarse que
un sistema de antena receptora separada 250 permite la utilización
de dos o más sistemas de antena de microondas 300 para proporcionar
una mayor variedad de diferentes formas de diagrama de
calentamiento.
Por ejemplo, mientras que el conducto de calor S3
se ha mostrado en la figura 4, como arriba se ha tratado, como parte
de la disposición de antena, el conducto de calor se podría
proporcionar como un dispositivo separado. Además, el conducto de
calor se puede utilizar de forma que enfríe y caliente de forma
iterativa el tejido adyacente a la antena.
También, mientras que la figura 5 muestra la
utilización de una pluralidad de dispositivos de antena de
microondas que se introducen a través de la vejiga urinaria y el
recto para el tratamiento de la próstata, procedimientos similares
se pueden utilizar en otras zonas del cuerpo, por ejemplo, el hígado
o el riñón.
Otras realizaciones se encuentran todavía dentro
del ámbito de las reivindicaciones.
Claims (18)
1. Sistema de tratamiento médico para el
tratamiento de tejido, que comprende:
una antena (22, 24, 26; 200) que dispone de un
elemento radiante (202, 204, 207) configurado para transmitir
energía electromagnética hacia un área deseada del tejido,
comprendiendo el elemento radiante (202, 204, 207) un volumen
interior (52) para recibir un fluido de intercambio de calor (62),
por medio del cual se modifica la temperatura cerca del área deseada
del tejido,
una línea de transmisión (28, 30, 32, 206)
conectada al elemento radiante (202, 204, 207) para transportar la
energía electromagnética procedente de una fuente de energía
electromagnética (81) hasta la fuente radiante,
caracterizado por el hecho de que la línea
de transmisión (28, 30, 32, 206) comprende un conducto (60) que se
extiende a través de la misma para transportar el fluido
intercambiador de calor (62) desde un intercambiador de calor (56)
hasta el elemento radiante (202, 204, 207).
2. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 en el que el volumen interior del elemento radiante
y el conducto (60) de la línea de transmisión (28, 30, 32, 206) se
dimensionan para causar la acción capilar del fluido (62) que fluye
entre el volumen interno (52) y el conducto (60).
3. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 en el que la línea de transmisión comprende un
conductor central hueco (60) y un blindaje exterior (64) dispuesto
coaxialmente respecto al conductor central.
4. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1, que comprende además un transformador (46, 48, 54)
dispuesto en el interior de la línea de transmisión coaxial (28, 30,
32, 206).
5. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 4 en el que el transformador es en la forma de una
funda metálica (73) que rodea al blindaje exterior (64) de la línea
de transmisión coaxial.
6. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 4 en el que el transformador se encuentra separado un
cuarto de longitud de onda del elemento radiante (207) a una
frecuencia de funcionamiento predeterminada.
7. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 que comprende además el intercambiador de calor
(56) que comprende un condensador y donde el fluido de intercambio
de calor (62) es un refrigerante.
8. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 en el que la antena es un dipolo.
9. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 que comprende además un catéter (302) con un
extremo cercano, un extremo lejano, y un lumen interior (316, 320)
que se extiende entre ambos, estando el catéter (302) dimensionado
para alojar la antena.
10. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 que comprende además una pluralidad de antenas,
disponiendo cada una de un elemento radiante para transmitir energía
electromagnética hacia el área deseada.
11. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 10 en el que cada una de la pluralidad de antenas se
configura para radiar energía electromagnética con una amplitud y
fase características seleccionadas de forma que la energía
transmitida, al sumarse, se dirige hacia un área deseada de
tejido.
12. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 que comprende además un detector de temperatura
(29, 31, 33, 35) para detectar la temperatura en una localización
cercana al elemento radiante y, en respuesta a la temperatura
detectada, proporcionar señales al intercambiador de calor (56) para
controlar la cantidad de fluido (62) que se aporta al volumen
interior (52) del elemento radiante.
13. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 12 que comprende además una pluralidad de detectores
de temperatura (29, 31, 33, 35), asociados cada uno a un área
diferente del elemento radiante.
14. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 en el que la energía electromagnética tiene una
frecuencia dentro de un campo entre 0,3 y 10 GHz.
15. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1 en el que la energía electromagnética tiene un
nivel de potencia dentro de un campo entre aproximadamente 100 mW y
150 W.
16. Sistema de tratamiento médico por calor de
cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:
un primer instrumento médico que comprende el
primer sistema de antena configurado para radiar energía
electromagnética hacia el tejido a calentar, disponiendo el primer
sistema de antena de un elemento radiante con un volumen interior
para recibir un fluido de intercambio de calor y hacer cambiar la
temperatura cerca del tejido; y
un segundo instrumento médico que comprende un
segundo sistema de antena (250) para recibir la energía
electromagnética radiada desde el primer instrumento médico.
17. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 1, en el que una antena (200) comprende un par de
elementos radiantes, sirviendo uno de los cuales como un dipolo
activo móvil (202) y sirviendo el otro como un elemento de dipolo
magnético (204), en el que el dipolo activo (202) comprende una
línea de transmisión micro-coaxial (206) que se
extiende desde el extremo cercano (208) conectado a un puerto
correspondiente de la fuente de potencia (S1) hasta un dipolo
alimentado por el centro (207); y en el cual el elemento de dipolo
magnético (204) es en la forma de un devanado helicoidal (213) que
se bobina alrededor de un eje longitudinal (220) del dipolo
magnético (204) y que presenta un diámetro interior ligeramente
mayor que el diámetro exterior del elemento de dipolo alimentado por
el centro (207).
18. Sistema de tratamiento médico de la
reivindicación 17, en el que el elemento de dipolo alimentado por el
centro (207) se define por medio de un intersticio (209) formado por
medio de eliminar una parte del blindaje exterior (210) a una
distancia de un cuarto de longitud de onda desde un extremo lejano
(211) de la antena (200).
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