ES2309879T3 - Aparato de ablacion de tejidos. - Google Patents

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Abstract

Aparato quirúrgico que comprende: una fuente (1) de radiación de microondas de una primera frecuencia adecuada para la ablación de tejido; una sonda (5) para dirigir la radiación de microondas desde la fuente (1) en el tejido objeto de la ablación; un modulador (1100) que tiene un estado de paro en el que no se modula dicha radiación de microondas de la fuente (1) para que la radiación de microondas no modulada se dirija a través de la sonda (5) y un estado de marcha en el que se modula la radiación de microondas de la fuente (1) en pulsos que tienen una segunda frecuencia inferior a dicha primera frecuencia; siendo dicha segunda frecuencia adecuada para el corte de tejido y en un rango de 10 kHz a 500 MHz.

Description

Aparato de ablación de tejidos.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a un aparato y un procedimiento para la ablación de tejidos con radiación de microondas. En la presente especificación, microonda significa el rango de frecuencias que se encuentra entre los 5 GHz y los 60 GHz, ambos inclusive. Preferentemente, se utilizan 14-15 GHz para la ablación de tejidos, pero la presente invención no se limita a este rango más estrecho.
Sumario de la técnica anterior
Los procedimientos tradicionales de tratamiento del cáncer suponen extirpar el tejido canceroso mediante su corte por medio mecánico y/o por quimioterapia, seguido normalmente por radioterapia. Ambos procedimientos tienen importantes inconvenientes y pueden provocar serios traumatismos al paciente.
La aplicación de energía térmica al tejido biológico es un procedimiento efectivo para matar a las células. De este modo la presente invención propone la aplicación de microondas para calentar y de este modo llevar a cabo la ablación (destrucción) del tejido biológico. Ello presenta una interesante oportunidad para el tratamiento del cáncer así como también para de esta forma poder llevar a cabo la ablación de los tejidos cancerosos. Existe la necesidad de un aparato adecuado y un procedimiento para la ablación del tejido mediante microondas para el tratamiento del cáncer u otras condiciones.
La Patente de Estados Unidos US 6413255 describe un aparato de tratamiento de la piel en el que un dispositivo de liberación de energía libera energía en el tejido a través de una plantilla de interface del tejido. El dispositivo de liberación de energía tiene una parte de resistencia variable configurada para reducir un efecto del borde del
electrodo.
Resumen de la invención
Según la presente invención, se proporciona un aparato quirúrgico que comprende:
una fuente de radiación de microondas de una primera frecuencia adecuada para la ablación de tejidos;
una sonda para dirigir la radiación de microondas desde la fuente hacia el tejido objeto de la ablación;
un modulador que tiene un estado de paro en el que no se modula dicha radiación de microondas de la fuente y un estado de marcha en el que se modula la radiación de microondas de la fuente en pulsos que tienen una segunda frecuencia inferior a dicha primera frecuencia; siendo adecuada dicha segunda frecuencia para cortar el tejido y dentro del rango desde los 10 kHz hasta los 500 MHz. De este modo, la sonda puede hacer salir a dos frecuencias diferentes - una optimizada para la ablación de tejidos (por ejemplo, para la ablación de tejido canceroso), otra para el corte de tejidos (por ejemplo, a través de tejido sano para llegar a al tejido canceroso) - pero el aparato solamente necesita una fuente de radiación. Esto es mejor que tener dos fuentes de radiación por separado.
Preferentemente la primera frecuencia, para la ablación de tejido, es de 1 GHz o superior, más preferentemente de 13 GHz o superior. En una realización se encuentra en el rango de 14-15 GHz.
La segunda frecuencia, para el corte de tejido, se encuentra preferentemente en el rango de 10 kHz a 500 MHz. Se ha encontrado que estas frecuencias son eficientes para el corte de tejido. Más preferentemente el rango de 500 kHz a 30 MHz.
Preferentemente el aparato comprende además un filtro de paso bajo entre dicho modulador y dicha sonda; dicho filtro de paso bajo tiene un primer estado en el que deja pasar a dicha primera frecuencia y un segundo estado en el que pasa dicha segunda frecuencia, pero elimina dicha primera frecuencia. El aparato funciona sin el filtro, pero el filtro mejora el efecto de corte de la segunda frecuencia.
Preferentemente dicho modulador es capaz de variar dicha segunda frecuencia.
Preferentemente dicho filtro de paso bajo es capaz de variar su ancho de banda en su segundo estado cuando se varía la frecuencia del modulador. Esto hace más flexible al aparato.
Los siguientes cinco aspectos descritos en la presente invención se pueden utilizar en combinación con la invención.
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El primer aspecto puede proporcionar un aparto de ablación de tejido que comprende:
una fuente de radiación de microondas;
una sonda para dirigir la radiación de microondas en el tejido objeto de la ablación;
un oscilador local para producir una señal que tiene una frecuencia diferente a dicha radiación de microondas;
un primer detector para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada a través de la sonda hacia la fuente, estando conectado dicho primer detector a dicho oscilador local, y
un ajuste de impedancia que tiene una impedancia compleja regulable, entre dicha fuente y dicha sonda.
En la presente especificación excepto donde el contexto requiera otra cosa, el término "conectado" incluye no sólo una conexión directa sino también una conexión indirecta a través de uno o más componentes intermedios.
El aparato de ablación de tejido puede comprender:
una fuente de radiación de microondas que tiene una frecuencia;
una sonda conectada a dicha fuente, estando configurada dicha sonda para dirigir dicha radiación de microondas en dicho tejido objeto de la ablación;
un oscilador local para producir una señal, que tiene una frecuencia diferente a dicha frecuencia de dicha radiación de microondas;
un primer detector para detectar la magnitud y la fase de una parte reflejada de dicha radiación de microondas reflejada a través de dicha sonda hacia dicha fuente;
estando configurado dicho primer detector para determinar la magnitud y la fase de dicha parte reflejada de dicha radiación de microondas en base a dicha señal producida por dicho oscilador local y dicha radiación reflejada, y
un ajuste de impedancia que tiene una entrada conectada a dicha fuente de radiación de microondas y una salida conectada a dicha sonda, teniendo dicha entrada y dicha salida sus respectivas impedancias complejas, siendo regulable dicha impedancia compleja de dicha salida.
Debido a que se puede ajustar dicha impedancia compleja regulable del ajuste de impedancia, se puede minimizar la cantidad de radiación reflejada, mejorando de este modo la eficiencia de la liberación de energía hacia el tejido.
En general, el nivel de radiación reflejada a través de la sonda mediante una carga (por ejemplo, el tejido) en el extremo distal de la sonda se minimizará si la impedancia en la salida del ajuste de impedancia se iguala con la impedancia de la carga (por ejemplo, el tejido objeto de la ablación).
Se puede utilizar un medio de canalización tal y como un cable coaxial o un guiaondas para conectar el ajuste de impedancia a la sonda. Si la distancia recorrida por la radiación de microondas entre la salida del ajuste de impedancia y el extremo distal de la sonda es igual a un múltiplo de \lambda/2 (donde \lambda es la longitud de onda de la radiación), entonces es una simple cuestión de igualar la impedancia de salida del ajuste de impedancia a la impedancia de la carga (por ejemplo, el tejido) en el extremo distal de la sonda. Por lo demás, la impedancia se puede aún igualar para minimizar las reflexiones, pero también tienen que ser tenidos en cuenta las impedancias de la sonda y los medios de canalización (como, por ejemplo, la impedancia de salida del ajuste de impedancia necesita igualarse a la impedancia conjunta de la carga, el medio de canalización y la sonda). Por lo tanto, es preferible, pero no fundamental para dicho medio de canalización, tener una longitud regulable por la cual la longitud conjunta de dicho medio de canalización y dicha sonda se puedan ajustar hasta ser igual a un múltiplo de \lambda/2.
Si el detector sólo proporciona información de la magnitud (es decir, amplitud o potencia) entonces no sería posible ajustar la impedancia compleja lo suficientemente rápido para minimizar con eficacia la radiación reflejada. Otra ventaja de utilizar la información de fase es que las diferencias de fase se pueden medir incluso cuando la relación señal/ruido es pobre. Por lo tanto, el detector tiene que proporcionar tanto la información de la magnitud como la de la fase. Para proporcionar la información de fase es necesario tener un oscilador local, que proporciona una señal que tiene una frecuencia diferente a la frecuencia de la radiación de microondas, para que la fase de la radiación de microondas detectada se pueda comparar con la de la señal del oscilador local.
Habitualmente el detector comprenderá un mezclador para mezclar la señal del oscilador local con la radiación de microondas. Por ejemplo, el detector puede detectar la magnitud y la fase reflejadas mediante detección heterodina (mezclando la radiación reflejada o una señal derivada de ella con la señal del oscilador local). Alternativamente la fase se puede detectar mediante un comparador de fase configurado para comparar la fase de la radiación de microondas reflejada con la de la señal del oscilador local. La radiación de microondas reflejada se puede pasar a través de uno o más transformadores de frecuencia antes de entrar en el mezclador o en el comparador de fase, siendo en particular útil si un se utiliza un comparador de fase debido a que los comparadores de fase tienden a funcionar con más precisión a frecuencias más bajas.
Preferentemente el aparato comprende además un segundo detector para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas dirigida hacia adelante (radiación dirigida desde dicha fuente hacia dicha sonda).
Tal y como para el primer detector anterior, es necesario tener un oscilador local para que se pueda determinar la fase de la radiación de microondas. Preferentemente se utiliza el mismo oscilador local como para el primer detector. Por lo tanto, por ejemplo, si los detectores utilizan mezcladores, entonces cada detector tendrá su propio mezclador y ambos mezcladores se conectarán a un oscilador local común. En tal caso la salida desde el oscilador local puede tener que estar provisto de memoria intermedia para manejar dos o más mezcladores. Alternativamente, cada mezclador se podría conectar a un oscilador local diferente, pero ello lo haría más difícil para detectar las fases y hacer los ajustes de impedancia apropiados, a causa de las diferencias entre las señales del oscilador local.
La presencia de un segundo detector para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas "dirigida hacia adelante" lo hace más difícil para determinar el ajuste de impedancia apropiado. Si existe solamente un detector entonces se tienen que hacer más supuestos acerca de las características del aparato (por ejemplo, el cambio de fase ocasionado por el aparato entre la entrada al ajuste de impedancia y la interface sonda/tejido).
Preferentemente existe también un tercer detector. El tercer detector se configura para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada o se configura para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas "dirigida hacia adelante". El tercer detector permite el ajuste apropiado de la impedancia (compleja) para ser determinado con más precisión. Cuando existe un tercer detector es posible monitorizar el cambio en la impedancia compleja debido a los ajustes del propio ajuste de impedancia. Ello puede también ser posible para determinar directamente la diferencia de fase entre la entrada y la salida del ajuste de impedancia cuya información es útil en la determinación del ajuste apropiado que se lleve a cabo.
Como para el segundo detector, el tercer detector tiene que ser conectado a un oscilador local. Este puede ser el mismo oscilador local respecto a uno o ambos del primer y segundo detectores, o uno diferente. Preferentemente todos los detectores comparten un oscilador local común, y otra vez estarán provistos posiblemente de memoria
intermedia.
Cuando se utiliza un comparador de fase, el primer, y (si están presentes) el segundo y el tercer detector se pueden combinar en una sola unidad.
El o cada oscilador local se puede(n) separar y puede ser independiente de la fuente de radiación de microondas.
Alternativamente el o cada oscilador local puede(n) producir una señal derivada de dicha fuente de radiación de microondas, pero teniendo una frecuencia diferente. Normalmente esto se consigue mediante un transformador de frecuencia que transforma una señal de dicha fuente de radiación de microondas hasta una frecuencia más baja. Esta señal del "oscilador local" de frecuencia más baja puede entonces ser introducida en un mezclador del detector para mezclar la radiación de microondas dirigida hacia adelante o reflejada o para utilizar como una señal de referencia para un comparador de fase. De hecho, el transformador de frecuencia, conectado a la fuente de radiación de microondas, sirve de oscilador local.
Otro enfoque es tener un oscilador local aparte, para mezclar la señal del oscilador local con una señal de dicha fuente de radiación de microondas e introducir el resultado de esta mezcla al detector. Normalmente, se proporcionará un filtro entre el mezclador y el propio detector (que puede comprender el mismo un mezclador tal y como se observó anteriormente) para eliminar cualquier frecuencia no deseada.
El ajuste de impedancia se puede operar mediante un operador humano en respuesta a los datos relativos a la magnitud y la fase detectadas expuestas en una pantalla de visualización. Preferentemente, sin embargo, dicha impedancia compleja regulable del ajuste de impedancia se ajusta automáticamente mediante un controlador sobre la base de la magnitud y la fase de la radiación detectada por dicho(s) detector(es). El controlador puede, por ejemplo, tomar la forma de un circuito integrado o un ordenador.
Preferentemente el controlador se configura para ajustar dicha impedancia compleja regulable de forma dinámica (en tiempo real) en respuesta a la variación en la magnitud y la fase de la radiación detectada por dicho(s) detector(es).
En este sentido la impedancia se puede ajustar tal y como cambian las características del tejido durante el proceso de ablación. Para un control dinámico eficaz el tiempo de ajuste sería inferior al tiempo de relajación (o tiempo de respuesta) del tejido.
El ajuste de impedancia puede tomar cualquier forma adecuada. Por ejemplo, podría ser un dispositivo semiconductor o un sintonizador. En el caso de un sintonizador, el circuito de sintonización puede tener uno, dos, tres o más secciones. Se prefiere un circuito de sintonización de tres secciones ya que este puede adoptar un amplio rango de impedancias complejas (en teoría, cualquier impedancia en el diagrama de Smith). Otra posibilidad es tener un ajuste de impedancia que comprenda un ajuste de fase y un ajuste de magnitud (por ejemplo, dos líneas de longitud variable o una línea de longitud variable y un adaptador sintonizador; la(s) línea(s) de longitud variable puede(n) ser coaxial(es)
o de línea de cinta).
Se pueden proporcionar actuadores activables eléctricamente para controlar el ajuste de impedancia. Si se utiliza un sintonizador como ajuste de impedancia entonces el(los) actuador(es) activable(s) eléctricamente puede(n) ser, por ejemplo, uno o más dispositivos piezoeléctricos o servomotores para controlar la(s) sección(es) para ajustar la impedancia. El(los) actuados(es) se pueden controlar mediante dicho controlador, para que el control de la igualación de la impedancia sea automático.
Preferentemente la fuente de radiación de microondas es una fuente de frecuencia única estable, por ejemplo, una fuente de fase encadenada o una fuente de banda ancha con un filtro de banda estrecha. Esto es útil cuando se detectan cambios de fase, por ejemplo, en la radiación de microondas reflejada. La fuente puede ser un VCO (Oscilador Controlado por Tensión) o un DRO (Oscilador Resonador Dieléctrico); otras posibles fuentes serán evidentes para una persona experta en la materia. La fuente se puede poner a punto para que la frecuencia se pueda variar de forma manual.
La sonda puede ser coaxial o un guiaondas (que se puede cargar o descargar).
Preferentemente la sonda se configura para penetrar en el tejido biológico. Por ejemplo, puede tener un extremo acabado en punta. Esto permite ser insertada la sonda en el tejido hasta que se encuentra cercano a o en la parte interior de un tumor, que es objeto de la ablación. Las microondas se pueden entonces dirigir con eficacia hacia el tumor. Es particularmente favorable tener una sonda que sea capaz de ser insertada mediante cirugía no invasiva. En consecuencia, la sonda tiene preferentemente un diámetro exterior inferior a 1 mm. Este pequeño tamaño minimiza el traumatismo al paciente y también incrementa la densidad de energía de la radiación de microondas que sale de la sonda.
La sonda puede ser una sonda coaxial - que tiene un conductor central, un conductor exterior y un dieléctrico entre dichos dos conductores. También puede haber uno o más balunes (transformadores simétricos - asimétricos) en el conductor exterior para minimizar la corriente de retorno en el conductor exterior (cuya corriente puede provocar un shock al paciente o a la persona que maneja el aparato). Los balunes pueden tomar la forma de un anillo o una cubierta de material conductor rodeando al conductor exterior. También se pueden utilizar balunes dieléctricos.
Preferentemente el aparato tiene un separador para separar la radiación de microondas reflejada desde la radiación de microondas "incidente" (dirigida hacia adelante) que se dirige fuera de la sonda. Este separador puede tomar, por ejemplo, la forma de un circulador. Alternativamente podría ser un acoplador de 3 dB de potencia.
Preferentemente el aparato tiene un primer acoplador para dirigir alguna de la radiación reflejada hacia el primer detector. Se puede utilizar cualquier acoplador adecuado, por ejemplo, un acoplador de un solo puerto, sin embargo puede ser favorable un acoplador de seis puertos. También puede haber un segundo acoplador para dirigir alguna de la radiación de salida (dirigida hacia adelante) hasta un segundo detector. También puede haber un tercer acoplador para dirigir la radiación hasta un tercer detector; dicho tercer acoplador será un acoplador de radiación reflejada o un acoplador de radiación dirigida hacia adelante. Preferentemente dichos acopladores son muy direccionales para asegurar una buena diferenciación entre la radiación dirigida hacia adelante y la reflejada.
También se describe en la presente invención un procedimiento que comprende una etapa de colocación de una sonda en contacto con el tejido biológico y la liberación de la radiación de microondas a través de dicha sonda hasta dicho tejido para la ablación de al menos una porción de dicho tejido. Preferentemente el procedimiento se utiliza para tratar el cáncer. El tejido puede tener una parte cancerosa, o un tumor, en cuyo caso la radiación se utiliza para la ablación de dicha parte cancerosa o tumor, preferentemente dejando el tejido no canceroso de alrededor sustancialmente intacto.
Las sondas muy finas (de diámetro inferior a 1 mm) serán ventajosas en algunos procedimientos, pero la presente invención no se limita sólo a estos.
Se piensa que la presente invención será especialmente útil en el tratamiento del cáncer de mama. El tratamiento de tumores cerebrales es otra posible aplicación. Sin embargo, la presente invención no se limita sólo a estas aplicaciones. Se puede también utilizar para tratar el cáncer de pulmón, el cáncer de hígado (por ejemplo, la metástasis de hígado), el cáncer de próstata, el cáncer de piel, el carcinoma colorectal, o cualquier carcinoma donde los tumores sólidos estén presentes y puedan ser objeto de la ablación. Otras aplicaciones serán obvias para una persona experta en la técnica. En algunas realizaciones la presente invención puede ser útil para tratar condiciones diferentes del cáncer como, por ejemplo, las enfermedades de la piel o las enfermedades cerebrales (especialmente, pero no exclusivamente en zonas cercanas al nervio óptico).
De este modo, un segundo aspecto puede proporcionar un procedimiento de ablación de tejido que comprende las etapas de:
la utilización de una fuente de radiación de microondas para proporcionar radiación de microondas;
la colocación de una sonda en contacto con el tejido biológico o insertando una sonda en el tejido biológico;
la dirección de dicha radiación de microondas a través de dicha sonda en el tejido para la ablación del tejido;
la detección de la magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada a través de la sonda mediante la utilización de un primer detector y un oscilador local; y
el ajuste de la impedancia compleja de un ajuste de impedancia entre dicha fuente y dicha sonda partiendo de la base de la magnitud y la fase de la radiación de microondas detectada por dicho primer detector.
El procedimiento puede comprender las etapas de:
la utilización de una fuente de radiación de microondas para proporcionar radiación de microondas que tiene una frecuencia;
la colocación de una sonda en contacto con el tejido biológico o insertando una sonda en el tejido biológico;
la dirección de dicha radiación de microondas desde dicha fuente a través de un ajuste de impedancia y entonces a través de dicha sonda en dicho tejido para la ablación del tejido; teniendo dicho ajuste de impedancia una entrada conectada a dicha fuente y una salida conectada a dicha sonda, teniendo dicha entrada y dicha salida sus respectivas impedancias complejas;
la detección de la magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada a través de la sonda mediante la utilización de un primer detector y un oscilador local; generando dicho oscilador local una señal que tiene una frecuencia diferente a dicha frecuencia de dicha radiación de microondas; utilizando dicho primer detector dicha señal del oscilador local en combinación con la radiación reflejada o una señal derivada desde dicha radiación reflejada para determinar la magnitud y la fase de dicha radiación reflejada; y
el ajuste de dicha impedancia compleja de dicha salida de dicho ajuste de impedancia partiendo de la base de dicha magnitud y dicha fase de dicha radiación de microondas detectada por dicho primer detector, para minimizar la cantidad de radiación de microondas que se refleja a través de dicha sonda.
Preferentemente este procedimiento es un procedimiento de tratamiento del cáncer utilizando el aparato del primer aspecto de la presente invención.
Preferentemente la sonda se inserta en el tejido hasta que un extremo de la sonda se aproxima hasta o preferentemente en el interior de un tumor canceroso en el tejido y la radiación de microondas se hace pasar entonces a través de la sonda para la ablación de dicho tumor canceroso.
Preferentemente la radiación de microondas desde la sonda se utiliza para cortar una trayectoria por el tejido para que la sonda se pueda insertar cerca del tumor o en el tumor. Este es un procedimiento efectivo de tener la sonda cercana al tumor o en el tumor.
Preferentemente la radiación de microondas desde la sonda se utiliza para cerrar la trayectoria de la sonda al salir del tejido y/o el cuerpo una vez tratado.
Preferentemente la magnitud y la fase de la radiación de microondas dirigida hacia adelante dirigida en dicha sonda desde dicha fuente de radiación de microondas se detecta mediante un segundo detector y un oscilador local y dicha impedancia compleja regulable de dicho ajuste de impedancia se ajusta basándose en las magnitudes y las fases detectadas mediante dichos primer y segundo detectores, por ejemplo, partiendo de la base de la diferencia de fase y de magnitud entre la radiación dirigida hacia adelante y la reflejada.
Preferentemente se utiliza un tercer detector para detectar la magnitud y la fase de la radiación dirigida hacia adelante o la reflejada y dicha impedancia compleja regulable de dicho ajuste de impedancia se ajusta basándose en la información proporcionada por dichos primer, segundo y tercer detectores, por ejemplo, basándose en las diferencias de magnitud y de fase entre los detectores.
Preferentemente dicha impedancia compleja regulable del ajuste de impedancia se ajusta automáticamente mediante un controlador basándose en la magnitud y la fase detectadas mediante dichos detectores para minimizar la cantidad de radiación reflejada a través de dicha sonda.
Preferentemente el ajuste de la impedancia se lleva a cabo de forma dinámica (en tiempo real) cuando varía la magnitud y la fase detectadas. Esto permite a dicha impedancia compleja regulable del ajuste de impedancia que se ajuste cuando la impedancia del tejido cambia durante el proceso de ablación. Esto minimiza el calentamiento de la sonda y del cable (provocada por la energía reflejada en el aparato durante largos periodos de tiempo), y puede ayudar a proporcionar un proceso de ablación rápido y controlado de manera eficiente.
Un tercer aspecto proporciona una sonda de microondas alargada para liberar radiación de microondas en el tejido objeto de la ablación, teniendo dicha sonda una parte alargada y una punta en un extremo de dicha parte alargada, estando formada dicha punta de un material cerámico y estando configurada para liberar radiación de microondas en el tejido.
Es adecuado para la punta el material cerámico; dado que los objetos cerámicos son relativamente duros, pueden tener una alta permitividad (\varepsilon_{r}) que ayuda a los campos electromagnéticos del foco y una buena conductividad térmica que reduce el calentamiento de la punta.
Preferentemente la punta tiene forma de cono o cúpula. Esto ayuda a las microondas del foco que dejan la sonda.
Preferentemente la cerámica es una cerámica de microondas. Por ejemplo, podría ser utilizada cerámica de microondas de Pacific Ceramics Inc..
Preferentemente la cerámica de microondas tiene una permitividad superior a la unidad, más preferentemente desde \varepsilon_{r} = 6,5 hasta \varepsilon_{r} = 270 a frecuencias de microondas. Preferentemente la cerámica de microondas tiene una baja pérdida (tan \delta) a las frecuencias de microondas de interés.
Un cuarto aspecto proporciona una sonda coaxial de ablación de tejido que tiene un conductor interior, un dieléctrico que rodea a dicho conductor interior, una cubierta conductora que rodea a dicho dieléctrico y uno o más balunes en dicha cubierta, comprendiendo el balún o cada balún un dieléctrico pulverizado. Preferentemente el balún o cada balún comprenden también un conductor exterior que rodea a dicho dieléctrico pulverizado. Como el dieléctrico es un dieléctrico pulverizado es posible confeccionar los balunes muy pequeños. Esto es necesario cuando la sonda es de una sección transversal pequeña y/o las frecuencias altas.
Un quinto aspecto proporciona un procedimiento para confeccionar un balún para una sonda coaxial de ablación de tejido que comprende las etapas de pulverización o aparte de eso por colocación de un líquido o un polvo dieléctrico en una superficie exterior de una cubierta conductora exterior de una sonda coaxial, si dicho dieléctrico es un líquido que permita solidificar al líquido, para formar el balún.
Tanto en los aspectos cuarto y quinto de la presente invención, preferentemente dicha sonda se diseña para utilizar con una radiación de microondas de longitud de onda \lambda y que el balún tenga una longitud en la dirección del eje de dicha sonda aproximadamente igual a \lambda/4 o la suma de sus múltiplos.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora con referencia a los dibujos que las acompañan, en los que:
la Figura 1 es un diagrama de bloques de un aparato de ablación de tejido que utiliza microondas;
la Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra el detector de potencia dirigida hacia adelante, el detector de potencia reflejada y el circulador del aparato de la Figura 1 en más detalle;
la Figura 3 es un diagrama de una parte de una etapa de amplificador de potencia en el aparato de la Figura 1 para la amplificación de las microondas producidas por la fuente de microondas;
la Figura 4 es un diagrama de una etapa de amplificación de potencia alternativa.
la Figura 5 es un diagrama que muestra la fuente de radiación de microondas y una etapa del amplificador en el aparato de la Figura 1;
la Figura 6 muestra una fuente y una disposición de la etapa del preamplificador alternativas;
la Figura 7 muestra un ajuste de impedancia;
la Figura 8 es una vista en sección transversal del ajuste de impedancia de la Figura 7 a lo largo de la línea A-A de la Figura 7;
la Figura 9 muestra una sonda coaxial que se inserta en algún tejido;
la Figura 10 es una vista en sección transversal de la sonda coaxial de la Figura 9 a lo largo de la línea B-B;
las Figuras 11a-11e muestran diferentes tipos de posibles estructuras finales para la sonda;
la Figura 12 muestra una sonda coaxial insertada en un tejido;
la Figura 13 es una vista en sección transversal a lo largo de la línea C-C de la Figura 12;
la Figura 14 es una sonda coaxial que tiene balunes formados mediante una técnica particular;
la Figura 15 muestra una sonda en forma de un guiaondas rectangular;
la Figura 16 muestra un aparato en el que una señal del oscilador local se combina con una señal de la fuente de radiación de microondas;
la Figura 17 nuestra una configuración en la que la señal del oscilador local se deriva desde la señal proporcionada por la fuente de radiación de microondas;
la Figura 18 muestra una disposición de detección alternativa utilizando un comparador de fase;
la Figura 19 muestra una fuente de fase encadenada;
la Figura 20 muestra una fuente de banda ancha combinada con un filtro de banda estrecha;
la Figura 21 muestra un diagrama de bloques de un aparato de ablación de tejidos que es una realización de la presente invención; y
la Figura 22 muestra una sonda en forma de un guiaondas cilíndrico; y
la Figura 23 muestra una sonda con una punta cerámica.
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Descripción detallada de la invención Perspectiva General del Aparato
En la Figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un aparato para la ablación de tejido con microondas que es útil para la interpretación de la presente invención. El aparato tiene una unidad 100 para generar y controlar la radiación de microondas y agrupada por lo general bajo el número de referencia 190 una sonda 5 y un medio de canalización 4 para liberar la radiación de microondas hacia la sonda. La sonda 5 se puede utilizar para aplicar la radiación de microondas al tejido 6 para la ablación del tejido.
Como el tejido 6 puede reflejar alguna de las microondas en la sonda 5 y en la unidad 100, es necesario tener un modo de impedancia que iguale el aparato 100, 200 al tejido 6. Esto se proporciona mediante componentes agrupados por lo general bajo el número de referencia 3 para monitorizar en consecuencia las microondas reflejadas y ajustar la impedancia. Esta importante parte 3 del aparato tiene en cuenta tanto la magnitud como la fase de las microondas reflejadas. En la presente disposición se proporciona como una subunidad en la unidad 100. Con posterioridad se describe en más detalle.
La unidad 100 comprende una fuente de radiación de microondas 1, un sistema de amplificación 2 para amplificar las microondas de la fuente 1, los componentes 3 para la detección de las microondas y el ajuste de la impedancia, una fuente de alimentación 120 y un controlador 101 para controlar en consecuencia el sistema de amplificación 2 y la unidad 3.
La unidad 100 se conecta a la sonda 5 mediante un medio de canalización 4 y un soporte 5a. El medio de canalización 4 puede tomar cualquier forma adecuada para canalizar las microondas como, por ejemplo, un guiaondas o un cable coaxial. Es favorable si el medio de canalización 4 y la sonda tienen una longitud en conjunto igual a un múltiplo de \lambda/2 (donde \lambda es la longitud de onda de la radiación de microondas generada por la fuente 1), ya que esto hace al medio de canalización 4 y a la sonda transparentes a la radiación de microondas, para que sus impedancias se puedan ignorar cuando la impedancia iguale el tejido 6 al aparato 100, 200. Esto hace más fácil la igualación de la impedancia. En consecuencia, puede haber un ajuste de longitud para que la longitud efectiva del medio de canalización pueda ser ajustada. Los posibles ajustes de longitud incluyen un conector telescópico, un ajuste de fase coaxial tipo trombón o un ajuste de fase de diodo PIN. Con posterioridad se analiza en más detalle la igualación de la impedancia.
El sistema de amplificación de microondas 2 tiene un preamplificador 10 y un amplificador de potencia 20, siendo descritos ambos con más detalle con posterioridad.
La unidad 3 tiene un primer detector 60 para detectar la magnitud y la fase de las microondas reflejadas en el aparato (radiación de microondas reflejada) y un segundo detector 30 para detectar la magnitud y la fase de las microondas que se dirigen hacia y a través de la sonda 5 ("radiación de microondas dirigida hacia adelante"). Estos dos tipos de radiación de microondas se distinguen por su dirección y así los detectores se pueden calificar de detectores directo 30 e inverso 60 (o de radiación reflejada), respectivamente.
La unidad 3 tiene un circulador 40 para separar las microondas que se desplazan a la sonda desde las microondas reflejadas en la sonda (por ejemplo, las microondas reflejadas por el tejido 6). Mientras los detectores se diseñan preferentemente para ser capaces de distinguir las microondas dirigidas hacia adelante y las reflejadas, es muy preferible tener un circulador 40 también por la siguiente razón. El circulador 40 actúa como un aislante para prevenir la radiación reflejada que se dirige en el sistema de amplificación 2, que podría dañar los amplificadores.
El circulador 40 tiene tres puertos C1, C2 y C3 que lo conectan al sistema de circuitos de alrededor. El puerto C1 lo conecta a la fuente 1 a través del detector directo 30 y el sistema de amplificación 2, el puerto C2 lo conecta a la sonda a través del ajuste de impedancia 50, el detector inverso 60 y el medio de canalización 4, y el puerto C3 lo conecta a una carga secundaria 70. La radiación que entra en C1 sale del circulador en C2 y la radiación reflejada que entra al circulador en C2 sale del circulador en C3. Se puede utilizar un circulador de potencia de granate de itrio-hierro (YIG).
Detectores
Tal y como se mencionó anteriormente, los detectores 30, 60 detectan tanto la magnitud como la fase de la radiación de microondas. La Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra la unidad 3 y en particular los detectores 30, 60 con más detalle. El primer detector de potencia 60 para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada a través de la sonda comprende un acoplador direccional 200 conectado al ajuste de impedancia 50 que se conecta al puerto C2 del circulador. El acoplador direccional 200 dirige una parte de la radiación reflejada al mezclador 220 donde se mezcla con una señal del oscilador local 230.
Esta mezcla produce una señal de frecuencia intermedia que se detecta mediante el dispositivo de detección 240, conectado a una salida de dicho mezclador 220, para que tanto la magnitud como la fase de la radiación reflejada se pueda derivar. En otras palabras, el sistema es un sistema de detección heterodina. Puede haber un filtro (que no se muestra) entre el dispositivo de detección 240 y el mezclador 220 para eliminar las frecuencias no deseadas producidas por el mezclador. La información de la magnitud y la fase se envía al controlador 101. En disposiciones alternativas la función del dispositivo 240 se puede llevar a cabo mediante el propio controlador. En dicho sistema, es preferible que la frecuencia intermedia se genere en la diferencia entra la frecuencia de la señal del oscilador local y la frecuencia de la radiación reflejada. Sin embargo, es posible también para la frecuencia intermedia ser la fuente de la frecuencia de la señal del oscilador local y la frecuencia de la radiación reflejada.
Es necesario tener el oscilador local 230 para que se puedan detectar la fase así como la magnitud. En otras disposiciones la radiación reflejada se puede pasar a través de los transformadores de frecuencia y/u otros dispositivos entre el acoplador direccional 200 y el mezclador 220 para hacerlo más fácil de manejar antes que se mezcle con la señal del oscilador local.
El segundo detector 30 comprende un acoplador direccional 250 que acopla la mayoría de radiación que se recibe hasta el puerto C1 del circulador de potencia 40, pero dirige una parte al segundo mezclador 260 conectado a dicho oscilador local 230 y un dispositivo de detección 280 dispuesta de la misma forma tal y como se describió anteriormente para el primer detector 60.
En una disposición alternativa sería posible para el primer y segundo detectores 30, 60 encontrarse conectados a osciladores locales diferentes, antes que a un oscilador común 230 tal y como se muestra en la Figura 2.
Se apreciará por parte de los expertos en la técnica que los componentes no tienen por qué encontrarse en el orden mostrado en las Figuras 1 y 2. Por ejemplo, los detectores y el ajuste de impedancia 3 podrían encontrarse en el extremo del medio de canalización 4 entre el medio de canalización 4 y la sonda 5. Ello sería también posible para separar los componentes y/o cambiar su orden. Por ejemplo, el acoplador directo 250 se podría colocar entre el circulador 40 y el ajuste de impedancia 50 o incluso entre el circulador 40 y la carga secundaria 210. Ello sería también posible para tener un aparato con sólo el primer detector 60 para detectar la radiación reflejada, aunque se proporcionaría más información si hubiera tanto detectores directos como inversos y esto hace más fácil de resolver el ajuste apropiado de impedancia al ajuste de impedancia para minimizar la cantidad de radiación reflejada.
La Figura 18 muestra una disposición alternativa a la Figura 2 en la que no existen mezcladores, pero se utiliza un comparador de fase 65 en su lugar. Como números de referencia se indican como partes en las Figuras 1 y 2. Existe un acoplador directo 250, un circulador 40, y un ajuste de impedancia 50 y un acoplador inverso 200 tal y como se describió para la Figura 2. Sin embargo, la radiación de microondas dirigida hacia adelante del acoplador directo 250 se envía primero a un transformador de frecuencia 62 que actúa como un oscilador local como en la disposición de la Figura 17 y un sensor de magnitud (en este caso, un sensor de CC) 61 y entonces desde cada uno de estos hasta el comparador de fase 65. El transformador de frecuencia 62 transforma la radiación de microondas hasta una frecuencia inferior que se puede manejar mediante el comparador de fase 65. El acoplador inverso 200 se conecta a un sensor de magnitud 63 y a un transformador de frecuencia 63, que cada uno está conectado al comparador de fase en la misma manera para las partes correspondientes 61 y 62 para el acoplador directo 250. El comparador de fase 65 toma la entrada de la información de magnitud (potencia) del sensor de magnitud 61 y 63 y la señal de frecuencia transformada de los transformadores de frecuencia 62 y 64 y desde esto resuelve las magnitudes y las fases de las radiaciones de microondas dirigidas hacia adelante y hacia atrás y envía esta información al controlador 101.
Es importante que el oscilador local 230 proporcione una señal que tenga una frecuencia diferente a la frecuencia de la radiación de microondas proporcionada por la fuente 1. Esto es importante en la configuración de la Figura 2, donde se utilizan los mezcladores, ya que se necesitan dos frecuencias diferentes para la detección heterodina. También es importante en la configuración de la Figura 18 que el transformador de frecuencia 62 actúa como un oscilador local ya que los comparadores de fase son capaces sólo de manejar satisfactoriamente frecuencias mucho más bajas que las frecuencias de microondas producidas por la fuente 1.
En el ejemplo de la Figura 2, el oscilador local 230 se separa y se independiza de la fuente 1. Sin embargo, sería posible para el oscilador local el proporcionar una señal derivada desde la fuente de radiación de microondas 1. Por ejemplo, tal y como se muestra en la Figura 17, un acoplador 22 se podría proporcionar entre la fuente de radiación de microondas 1 y el sistema de preamplificación 10 y se podría configurar para desviar una parte de la radiación de microondas hasta una transformador de frecuencia 24. El transformador de frecuencia 24 actúa de hecho como el oscilador local. Se conecta a un mezclador 220 y sale una señal que tiene una frecuencia diferente (normalmente mucho más baja) de la frecuencia de la radiación de microondas de la fuente 1 hasta el mezclador 220. Un acoplador inverso 200 dirige la radiación de microondas reflejada al mezclador 220. La magnitud y la fase de la radiación de microondas reflejada se determinan mediante el dispositivo de detección 240 conectado a una salida del mezclador 220. Las otras partes del aparato no se muestran en la Figura 17 y serían las mismas que las descritas anteriormente en las Figuras 1 y 2.
La Figura 16 muestra una disposición alternativa del aparato en que los números de referencia se indican como partes de las descritas previamente. Existen dos diferencias fundamentales. La primera es que existe un detector adicional indicado generalmente por el número de referencia 33, colocado entre el circulador 40 y el ajuste de impedancia 50. Tal y como se apreciará por parte de una persona experta en la técnica, se podría colocar en otra parte como, por ejemplo, entre el circulador 40 y la carga secundaria 210 o entre el circulador 40 y la fuente 1. En la Figura 16, el tercer detector 33 se configura para detectar la radiación de microondas reflejada, aunque en disposiciones alternativas se podría configurar para detectar radiación de microondas dirigida hacia adelante. Comprende un acoplador inverso 34, que se posiciona entre el circulador 40 y el ajuste de impedancia 50, un mezclador 35 conectado al acoplador inverso 34 y un dispositivo de detección 36. El tercer detector 33 funciona de la misma manera que el primer y segundo detectores descritos anteriormente. Proporciona además información que es útil para determinar el ajuste apropiado de la impedancia
a realizar mediante el ajuste de impedancia 50 para minimizar la cantidad de radiación de microondas reflejada.
La segunda diferencia fundamental en la Figura 16 es que una señal del oscilador local 230 se mezcla con una señal de la fuente de radiación de microondas 1 en un mezclador 45. Es la señal de salida del mezclador 45, más que la señal directamente del oscilador local 230, que se introduce a los detectores primero, segundo y tercero. La salida del mezclador 45 se conecta a un filtro 46 que elimina las frecuencias no deseadas (normalmente las frecuencias más bajas) producidas en el mezclador y la frecuencia deseada pasa a las entradas de los mezcladores 220, 260 y 35 de los detectores primero, segundo y tercero. La Figura 16 muestra también los respectivos filtros 221, 281 y 35a entre los respectivos mezcladores de los detectores 220, 260 y 35 y sus respectivos dispositivos de detección 240, 280 y 36.
La ventaja de tener una señal del oscilador local que se deriva de la fuente de radiación de microondas (tal y como en la Figura 17) o se mezcla con una señal de la fuente de radiación de microondas (tal y como en la Figura 16) es que la señal enviada a los detectores refleja entonces cualquier cambio en la frecuencia o la fase de la fuente de radiación de microondas.
Ajuste de Impedancia y Controlador
El ajuste de impedancia toma la forma de un sintonizador de triple sección 50, que se describe más tarde con más detalle. En otra disposición se podría utilizar en su lugar un sintonizador de sección simple, o sintonizador de doble sección o un dispositivo semiconductor para el ajuste de impedancia.
El ajuste de impedancia 50 se controla mediante un controlador 101 en base a la magnitud y la fase detectadas por los detectores para minimizar la cantidad de la radiación de microondas reflejada. En esta disposición el controlador 101 es un circuito integrado; en otras disposiciones podría ser un ordenador con el software apropiado.
El ajuste de impedancia 50 tiene una entrada conectada, a través de los otros componentes mostrados en la Figura 1 y la Figura 16, a la fuente de radiación de microondas 1 y una salida conectada a través de uno o más de los otros componentes, a la sonda 5, Normalmente la fuente de radiación de microondas 1 tendrá una impedancia real fija y esta se igualará con la impedancia de la entrada del ajuste de impedancia 50. Por lo tanto, la impedancia de la entrada del ajuste de impedancia 50 se fijará en la mayoría de los casos. La impedancia compleja de la salida del ajuste de impedancia 50 es ajustable. Mediante el ajuste de la impedancia compleja de la salida del ajuste de impedancia 50 es posible minimizar la cantidad de radiación que se refleja desde el tejido a través de la sonda 5. Si la distancia recorrida por la radiación de microondas entra la salida del ajuste de impedancia 50 y el extremo distal de la sonda 5 es igual a un múltiplo de la longitud de onda de la radiación de microondas dividida por dos, entonces la impedancia compleja de la salida del ajuste de impedancia 50 se puede igualar directamente a la del tejido 6. Si, sin embargo, no es igual a dicho múltiplo, entonces se tiene que tener en cuenta la impedancia de los componentes entra la salida del ajuste de impedancia
y el interface tejido/sonda (que es posible pero que requiere de más cálculos por parte del controlador 101).
También se proporciona un interface de usuario 110 que permite al operador monitorizar el funcionamiento del aparato, en particular la magnitud y la fase reflejadas y opcionalmente también la magnitud y la fase directas, la impedancia medida de la carga (tejido 6) a la que se aplica la sonda, y la cantidad de tiempo en que se tiene que aplicar la radiación de microondas.
El interface de usuario 110 permite también al operador controlar al aparato, ajustar la potencia de las microondas mediante el control del sistema de amplificación 2 a través del controlador 101 y empezar y finalizar la aplicación de las microondas mediante el controlador 101 o de la fuente de alimentación 120. Este control se puede efectuar a través de un interruptor de pie o pedal 105.
Alguna Posible Aplicación del Aparato
El aparato se puede utilizar para tratar el cáncer mediante la ablación de un tejido canceroso. Esto se puede llevar a cabo mediante cirugía no invasiva por la cual se corta un pequeño canal en el tejido de alrededor a través del cual se puede insertar la sonda hasta alcanzar el tumor canceroso. Se pueden utilizar entonces las microondas para la ablación del tumor, monitorizándose la magnitud y la fase de las microondas reflejadas tal y como se describió anteriormente para que la impedancia del aparato se pueda ajustar en consecuencia para minimizar la reflexión de las microondas en la sonda. Las microondas se pueden emitir (generadas por la fuente 1) cuando la sonda se aproxima al tumor o antes. Un posible procedimiento es utilizar las microondas emitidas desde la sonda 5 para cortar una trayectoria a través del tejido de alrededor a través del cual se puede insertar la sonda.
La fuente 1, el sistema de amplificación 2 y la sonda 5 se describirán ahora con más detalle.
Fuente de Radiación de Microondas
La fuente de radiación de microondas 1 es un Oscilador Controlado por Tensión (VCO) cuya frecuencia se puede ajustar entre los 14 GHz y los 14,5 GHz. En otras disposiciones se podrían utilizar diferentes tipos de fuentes de microondas como, por ejemplo, un Oscilador de Resonancia Dieléctrico (DRO), o diferentes rangos de frecuencias. Las señales FoA y FoM de control y monitorización del VCO se envían hasta y desde el controlador 101 (ver la Figura 1), respectivamente.
Se prefiere que la fuente de radiación de microondas 1 sea capaz de hacer salir potencia a 0 dBm y que su nivel de potencia pueda permanecer constante con ± 0,5 dB sobre su banda de frecuencias de salida. La frecuencia de salida se puede variar dentro de la banda (a través del controlador 101) y esto se puede utilizar para ajustar el aparato. Por ejemplo, puede haber una frecuencia específica dentro de la banda por la cual tienen lugar las resonancias del circuito en el sistema de amplificación 2 y se puede conseguir la potencia máxima. Es posible también desplazar la frecuencia por la banda para proporcionar alguna sintonía del instrumento, por ejemplo, incrementar la frecuencia donde la sonda 5 y/o el medio de canalización 4 estén un poco bajas para la resonancia o viceversa.
Es muy preferible que la fuente de radiación de microondas sea estable (es decir, que proporcione una salida estable). Esto ayuda la detección de la fase tratada anteriormente. Una posible forma de conseguir la estabilidad es utilizando una fuente de fase encadenada. Una posible configuración para una fuente de fase encadenada de la radiación de microondas se muestra en la Figura 19. Un VCO 1001 genera la radiación de microondas que sale del resto del aparato a través un sistema de amplificación 2 tal y como se mostró anteriormente en la Figura 1. Una parte de la señal de salida del VCO se acopla a un transformador de frecuencia 1005 que reduce la frecuencia de la señal y la introduce a la primera entrada de un comparador de fase 1015. Una señal estable de referencia, tal y como una señal de un oscilador de cristal, se introduce en una segunda entrada del comparador de fase. Esto se utiliza para rastrear cualquier variación desde la frecuencia deseada de la radiación de microondas f_{0}. La frecuencia proporcionada por la referencia estable es f_{0}/N y esto puede ser estable ya que a frecuencias más bajas son disponibles osciladores muy estables como, por ejemplo, los osciladores de cristal. El transformador de frecuencia 1005 reduce la salida de frecuencia del VCO mediante el factor N. El comparador de fase 1015 hace salir la diferencia entre la frecuencia y/o la fase de dos señales de salida hasta un amplificador y un filtro 1010 que retroalimenta a la entrada del VCO para controlar y ajustar su voltaje de control en consecuencia para corregir cualquier variación no deseada en la frecuencia y en la fase de la señal de salida.
La Figura 20 muestra una configuración alternativa para la obtención de una salida estable de la fuente de radiación de microondas. Una fuente de banda ancha 1030 (que se puede sintetizar) se utiliza para proporcionar un amplio rango de frecuencias de microondas que se hacen salir a un filtro de banda estrecha 1040 que selecciona una banda estrecha de frecuencias (o una frecuencia) para hacerla salir. De este modo se puede conseguir una salida estable de la radiación de microondas.
Sistema de Amplificación
El sistema de amplificación 2 comprende una etapa del preamplificador 10 y una etapa o unidad del amplificador de potencia 20.
Una posible configuración de la etapa del amplificador de potencia 20 se muestra en la Figura 3. La radiación de microondas se introduce hasta un controlador de preamplificador 300 desde la salida de la etapa del preamplificador 10. El controlador de preamplificador 300 hace salir la radiación hasta un divisor 310 que divide la señal entre cuatro amplificadores de potencia 320, 330, 340 y 350. La señal se amplifica y se hace salir por cada amplificador de potencia y se recombina mediante un combinador 360. El combinador 360 hace salir la señal recombinada hacia los detectores y el ajuste de impedancia 3.
La elección de los amplificadores de potencia se determina mediante la salida de frecuencia de la fuente de radiación de microondas 1. Para el rango de 14 a 14,5 GHz, son adecuados los Transistores de Efecto de Campo de Galio-Arsénico. Estos tienen preferentemente un punto de compresión de 1 dB de 43 dBm (20 W) sobre el ancho de banda y una ganancia de potencia de 6 dB. Se puede utilizar el TIM1414-20 de Toshiba Microwave Semiconductor Group. Cuando se utilizan los amplificadores de potencia de este tipo, el nivel teórico máximo de potencia de salida es de 49 dBm (80 W).
En el ejemplo de la Figura 3 el divisor 310 y el combinador 360 son dispositivos de microcinta de un cuarto de longitud de onda.
Alternativamente, el sistema de amplificación puede tener uno o más acopladores de microondas para dividir la señal de entrada entre una pluralidad de amplificadores de potencia y uno o más acopladores de microondas para recombinar la salida de señales desde dichos amplificadores de potencia. Esto tiene la ventaja de que si uno de los amplificadores de potencia falla entonces la energía desequilibrada se puede desviar hasta una carga secundaria conectada a un puerto aislado del acoplador para que el amplificador de potencia que ha fallado se conecte y no se vean afectados los otros amplificadores de potencia.
La Figura 4 es un ejemplo de una disposición que utiliza acopladores de microondas. Se utiliza un controlador de preamplificador 400 como en el ejemplo de la Figura 3, pero la disposición es diferente para dividir la señal entre los amplificadores de potencia y recombinando las señales amplificadas. La señal se divide en dos etapas. La salida del controlador de preamplificador 400 se conecta a un acoplador que divide la señal entre dos salidas (puertos 3 y 4 en la Figura 4). La señal desde la primera de estas salidas se dirige entonces hasta un primer brazo del circuito 410a donde se divide otra vez en dos mediante otro acoplador 415 que dirige la actual señal dividida dos veces hasta los amplificadores de potencia primero 420 y segundo 430 y se recombina mediante un acoplador 435. El acoplador 435 hace salir la señal hasta la entrada de un acoplador 460.
La señal desde el segundo puerto del acoplador 410 se dirige hasta un segundo brazo 410b del circuito que tiene esencialmente la misma construcción que la del primer brazo 410a descrito anteriormente. De este modo tiene un acoplador 417 para dividir la señal entre un primer puerto y un segundo puerto. El primer puerto de dicho acoplador se acopla hasta la entrada de un tercer amplificador de potencia 440 y el segundo puerto hasta un cuarto amplificador de potencia 450. Las salidas de dichos amplificadores de potencia tercero 440 y cuarto 450 se acopla hasta los puertos de entrada primero y segundo de un acoplador 455 adicional para combinar las señales de entrada y la salida de dicho acopla-
dor 455 adicional se conecta al acoplador 460 para combinar las señales desde los dos brazos 10a, 10b del circuito.
Aunque se utilizan los amplificadores TM414-20 como amplificadores de potencia en la Figura 4, se puede utilizar cualquier amplificador de potencia adecuado con las modificaciones apropiadas. Los amplificadores Mitsubishi MEFK44 A4045 pueden ser ventajosos.
Los acopladores 410, 415, 435, 417, 455 y 460 preferentemente dividen la potencia por igual entre sus dos salidas o combina por igual desde sus dos entradas, siendo conocidos dichos acopladores como acopladores 3 dB de 90º.
Tal y como se explicó anteriormente, la ventaja de la configuración de la Figura 4 es que si uno de los amplificadores de potencia falla entonces la energía desequilibrada se desvía hasta una carga secundaria conectada al puerto aislado del acoplador al que se conecta el amplificador de potencia que ha fallado. De este modo no quedan afectados los otros amplificadores de potencia.
Otras configuraciones para la etapa del amplificador de potencia serán obvias para una persona experta en la técnica.
El sistema de amplificación 2 tiene un controlador de nivel de potencia. El controlador del nivel de potencia se controla mediante el controlador 101 para dar el nivel deseado de potencia de salida. En la presente realización el controlador del nivel de potencia se encuentra en la etapa de preamplificación 10 del sistema de amplificación 2.
Un ejemplo de una posible configuración para la etapa del preamplificador 10 se muestra en la Figura 5. La salida de la fuente de radiación de microondas 1 se conecta a la entrada de la etapa del preamplificador 10. La etapa del preamplificador 10 comprende una pluralidad de preamplificadores 510, 520, 530 y 540, que en el ejemplo de la Figura 5 se conectan en serie. Uno de los preamplificadores (en el ejemplo inmediato, el segundo 520) tiene una ganancia variable y de este modo se puede utilizar para controlar el nivel de potencia de las microondas que sale por el aparato. La ganancia del preamplificador de ganancia variable 520 se controla mediante el controlador 101. Preferentemente el preamplificador de ganancia variable se configura para funcionar solamente en estas zonas lineales, pero si se proporciona una tabla de consulta o una función de software similar para transformar las demandas de potencia de entrada de bajo nivel hasta un voltaje parcial representativo entonces puede funcionar fuera de su zona lineal de funcionamiento.
Un ejemplo de una configuración alternativa se muestra en la Figura 6. Existen una pluralidad de preamplificadores 610, 620, 630 y 640 como en el ejemplo de la Figura 5, pero el controlador del nivel de potencia es un atenuador de diodo PIN 650 (que a su vez se controla mediante el controlador 101). El atenuador de diodo PIN 650 se coloca entre dos de los preamplificadores, que se encuentran conectados en serie. En el ejemplo de la Figura 6 el atenuador de diodo PIN 560 se coloca entre el primer preamplificador 610 y el segundo 620. El atenuador de diodo PIN 560 puede ser un atenuador de diodo PIN reflectante o un atenuador de tipo absortivo.
El tipo y la ganancia de los preamplificadores se escogen según las necesidades que se desean del sistema. Pueden ser adecuados los preamplificadores del tipo Circuitos Integrados Monolíticos de Microondas (MMICs). En una realización existen cuatro preamplificadores, teniendo el primero una ganancia de 7 dB y los otros de 10 dB cada uno. La fuente de radiación de microondas 1, la etapa del preamplificador 2 y la etapa del amplificador de potencia 3 se pueden combinar como una sola unidad, por ejemplo, en una placa base de microcinta para hacer compacto el aparato.
Sintonizador de Triple Sección y Actuadores Adaptadores
Se prefiere que el ajuste de impedancia 50 sea un sintonizador.
La Figura 7 muestra un sintonizador de triple sección adecuado. El sintonizador de triple sección 730 comprende un guiaondas que tiene dos extremos cerrados, una entrada 731, una salida 732 y tres adaptadores sintonizadores 740, 750, 760. Cada adaptador sintonizador 740, 750, 760 se coloca en una respectiva apertura 741, 751, 761 en una pared del guiaondas y es movible para variar la profundidad a la que se extiende en el guiaondas. Mediante la variación de la profundidad a la que cada sección se extiende en el guiaondas es posible ajustar la impedancia del ajuste de impedancia. De esta forma la impedancia del aparato de ablación 100, 200 se puede igualar a la del tejido 6 que es objeto de la ablación. Aunque el sintonizador de triple sección mostrado en la Figura 7 es circular en sección transversal (ver la Figura 8), sería posible tener uno rectangular o cuadrado en sección transversal.
En esta disposición un actuador (que no se muestra en la Figura 7), tal y como un servomotor o un dispositivo piezoeléctrico, controla la profundidad de cada adaptador sintonizador 740, 750, 760. El actuador se controla mediante el controlador 101 sobre la base de la magnitud y la fase detectadas por los detectores y/o el interface de usuario 110.
Las aperturas 741, 751 y 761 se pueden encontrar en paredes diferentes o en la misma pared del guiaondas, tal y como se muestra en la Figura 7. El guiaondas 730 del sintonizador de triple sección mostrado en la Figura 7 tiene un lado de entrada y un lado de salida. El lado de entrada y el lado de salida están aislados de CC (corriente continua) uno de otro mediante un aislante de corriente continua 770. El aislante 770 permite el paso de las frecuencias de interés (las generadas mediante la fuente de radiación de microondas, por ejemplo, de 14-14,5 GHz) y que bloquea la corriente continua. Se puede utilizar cualquier aislante adecuado, la cinta de Kapton o una fina lámina de bajas pérdidas, material dieléctrico de alta descarga disruptiva tal y como el PTFE o el polipropileno son dos posibilidades. Preferentemente el aislante es bueno hasta los 6 kV.
En el ejemplo de la Figura 7 el guiaondas 730 comprende dos cilindros - uno en el lado de entrada y uno en el lado de salida - en los que se encajan juntos uno dentro del otro en forma estanca y separados mediante el aislante 770. Es posible separar los dos cilindros para facilitar el establecimiento y el ajuste de las sondas de entrada y salida 710 y 720.
La entrada y las salidas 710 y 720 se pueden encontrar convenientemente en forma de sondas que miden la intensidad de campo eléctrico que se extienden en el guiaondas. Pueden tener conectores tipo n para la conexión al resto del aparato. Se pueden también utilizar sondas que miden la intensidad de campo magnético, así como también se podrían utilizar los conectores SMA.
El guiaondas 730 es preferiblemente cilíndrico en sección transversal tal y como se muestra en la Figura 8 que es una sección transversal a lo largo de la línea A-A de la Figura 7 y también muestra el adaptador sintonizador 740 regulable (desplazamiento lateral).
En la Figura 7 los adaptadores sintonizadores se colocan a tres octavas de una longitud de onda (de la radiación de microondas generada por la fuente, o el promedio de su banda) aparte; en disposiciones alternativas se pueden colocar una octava o cinco octavas de longitud de onda aparte - otras distancias adecuadas pueden ser obvias para una persona experta en la técnica.
La Figura 21 muestra una realización de la presente invención. En el aparato de la Figura 21 como referencia los números se indican como partes de las descritas previamente. Solamente las nuevas características se describirán a continuación, tal y como se han descrito anteriormente las otras. Un modulador 1100 y un filtro 1120 se proporcionan entre la fuente de radiación de microondas 1 y el sistema de amplificación 2. El modulador 1100 se controla mediante una señal moduladora 1105 del controlador 101 al que se conecta. Cuando se encuentra en un estado de marcha el modulador 1100 modula la radiación de microondas de la fuente 1 en pulsos que tienen una frecuencia que se encuentra dentro del rango desde los 10 kHz hasta los 500 MHz, ambos inclusive. El modulador 1100 es flexible y capaz de modular a cualquier frecuencia dentro de este rango, siendo seleccionada la frecuencia modulada por el controlador 101. El filtro 1120 se conecta a la salida del modulador 1100 y la entrada del sistema de amplificación 2. Se controla mediante el controlador 101. Cuando el modulador 1100 se encuentra en un estado de marcha el filtro 1120 se controla para eliminar las frecuencias más altas de las microondas de la fuente 1, para que esté pasando sólo una forma de onda que tiene una frecuencia de los pulsos de modulación. De este modo, cuando el modulador 1100 se encuentra en un estado de marcha la radiación que tiene una frecuencia seleccionada en el rango desde los 10 kHz hasta los 500 MHz se hace salir hacia el resto del aparato y a través de la sonda 5. La radiación de esta frecuencia es en particular adecuada para el corte. Cuando el modulador 1100 se encuentra en un estado de paro, la radiación de microondas de la fuente 1 no se modula y por el filtro 1120 pasa la radiación de microondas, de forma que la radiación de microondas se hace salir hacia el resto del aparato y la sonda 5. La radiación de microondas es en particular efectiva para la ablación del tejido canceroso. Se prefiere que la modulación de la frecuencia, cuando el modulador se encuentre en un estado de marcha, sea una frecuencia que se encuentra dentro del rango desde los 500 kHz hasta los 30 MHz, de manera que estas frecuencias se han encontrado incluso más adecuadas para el corte del tejido ya que son lo bastante altas como para que no se produzca la estimulación nervioso pero lo suficiente bajas como para que se mantengan al mínimo los márgenes térmicos.
La presente realización utiliza un sintonizador de triple sección tal y como el ajuste de impedancia. Un actuador adaptador 1130 se configura para controlar las secciones, para ajustar la impedancia de salida del ajuste de impedancia, y se controla mediante el controlador 101 sobre la base de la potencia y la fase detectadas por los detectores 230, 250, 260, 280 y 200, 220, 240 y 270. Observar que en la presente realización unos osciladores locales 230, 270 por separado se utilizan para los detectores de la radiación de microondas dirigida hacia adelante y reflejada.
Se proporciona un ajuste de fase 1110 entre el ajuste de impedancia 50 y la sonda 5. El ajuste de fase 1110 es controlable mediante el controlador 101 para hacer la distancia efectiva entre la salida del ajuste de impedancia 50 y el extremo distal 5a de la sonda 5 para ser igual a un múltiplo de la longitud de onda de la radiación de microondas producida por la sonda dividida por dos. Tal y como se debatió anteriormente, esto es ventajoso para igualar la impedancia y para minimizar la cantidad de radiación reflejada.
Debido a que será obvio para una persona experta en la técnica, uno o ambos moduladores y el ajuste de fase se podrían utilizar en cualquiera de las otras disposiciones descritas anteriormente.
Sondas
La parte del aparato de ablación por lo general designado 100 en la Figura 1 se puede utilizar con muchos tipos diferentes de sonda 5. Por lo tanto, el aparato preferentemente tiene un detector de sonda que es capaz de detectar el tipo de sonda con el que se conecta. La sonda puede tener un dispositivo para enviar una señal de identificación hasta el detector de sonda. El detector de sonda puede ser parte del controlador 101. El controlador se configura para visualizar el tipo de sonda y la información de procedimiento relacionada con la sonda detectada, pudiendo ser configurada también para variar el nivel de potencia según el tipo de sonda.
A continuación se describirán varias sondas:
La Figura 9 muestra una sonda coaxial que tiene un primer conductor 900, un segundo conductor 910 y un dieléctrico 920 entre los dos. El primer conductor 900 es de forma alargada fina y está hecho de material muy conductor, tal y como la plata o el cobre. El segundo conductor 920 es coaxial con el primero y forma una cubierta conductiva exterior. El dieléctrico es un material de bajas pérdidas para las frecuencias de microondas. La impedancia característica de la sonda se determina mediante la relación del diámetro interior del segundo conductor 910 con el diámetro exterior del primer conductor 900. El dieléctrico 930 se extiende fuera de la cubierta conductiva 920 y el primer conductor 900 se extiende además fuera del dieléctrico y se puede utilizar para introducirse en el tejido 6. La Figura 6 es una sección transversal a lo largo de la línea B-B de la Figura 9.
La sonda de la Figura 9 tiene una pluralidad de balunes 930. Cada balún se encuentra en forma de un tercer conductor rodeando una parte del conductor exterior 920. Cada balún 930 se encuentra en contacto conductivo con el segundo conductor 910 en un extremo y aislado por aire del segundo conductor por el resto de su longitud. Cada balún tiene una longitud de un cuarto de la longitud de onda o sus múltiples impares utilizados por el aparato. Los balunes minimizan la corriente de retorno a lo largo del segundo conductor y de este modo ayuda a minimizar el riesgo de shock al paciente o al operador, y a reducir o eliminar el calentamiento del tejido sano.
La Figura 11(a) muestra una sonda similar a la de la Figura 9, excepto que el primer conductor 900 como una pieza adicional del material dieléctrico 935 en su extremo (preferentemente el dieléctrico 935 es del mismo material que el dieléctrico 920). Solamente se expone una parte 936 del primer conductor entre las dos piezas del material dieléctrico 920, 935.
La Figura 11(b) es una vista de cerca del extremo de la sonda de la Figura 9. La Figura 11(c) es una vista de cerca del extremo de la sonda de la Figura 11(a). La Figura 11(d) muestra una variante en la que el primer conductor tiene un dieléctrico 935 en su extremo en punta, pero la primera pieza del dieléctrico 920 no se extiende fuera de la cubierta conductiva 910. De este modo se exponen la parte del primer conductor entre la cubierta 910 y el segundo dieléctrico 935. La Figura 11(e) muestra una variación en que el dieléctrico 920 no se extiende fuera de la cubierta 910, y el primer conductor termina en una aguja de tungsteno 911 que tiene un casquillo metálico 912 rodeando una parte próxima al extremo de la cubierta 910.
La Figura 12 muestra una sonda coaxial insertada en el tejido 6. Los mismos números de referencia se indican como partes en la Figura 9. El segundo conductor 910 y los balunes 930 se encuentran rodeados por un trocar, que es un tubo insertado en el cuerpo que permite insertar una sonda u otro dispositivo, tal y como un endoscopio. La Figura 13 es una sección transversal de la línea C-C de la Figura 12.
La Figura 14 muestra una disposición alternativa de una sonda en que un balún se forma mediante un dieléctrico rociado 932 entre los conductores segundo y tercero 910, 930. Es en particular un dieléctrico adecuado para este propósito el moldeado dieléctrico 235D de Cumming Corporation. Se pueden formar de esta forma uno o más balunes. La longitud del balún es un cuarto de la longitud de onda o sus múltiplos impares.
En una disposición alternativa los balunes pueden ser unos balunes dieléctricos puros sin el tercer conductor 930. Las modificaciones apropiadas serán obvias para una persona experta en la técnica.
La Figura 15 muestra una sonda guiaondas rectangular que tiene una profundidad de media longitud de onda y una anchura de una longitud de onda. Con esta configuración se transmite el modo Te_{21}. Las microondas se acoplan en la sonda de ablación 6 a través de una sonda que mide la intensidad de campo eléctrico 2002 que se extiende en el guiaondas y que tiene un conector 2001 tipo N o tipo K o SMA. La apertura del guiaondas 2003 se llena (se carga) con un dieléctrico de bajas pérdidas.
La Figura 22 muestra una sonda de ablación de guiaondas cilíndrica 6, la apertura central 2003 de la cual se llena con un material dieléctrico sólido. Tiene una sonda que mide la intensidad de campo eléctrico con un conector tipo SMA, N o K alejado \lambda/4 de uno de sus extremos. También se puede utilizar una sonda que mide la intensidad de campo magnético.
Tanto en la Figura 14 como en la Figura 15 la carcasa del guiaondas (paredes) está formada por cobre, latón o aluminio y la entrada (de la sonda que mide la intensidad de campo eléctrico) se coloca a un cuarto de la longitud de onda de un extremo del guiaondas.
La Figura 23 muestra una sonda de ablación alargada que tiene una punta cerámica 911 en su extremo distal. La punta se configura para liberar la radiación de microondas en el tejido. La cerámica es un material cerámico de microondas de bajas pérdidas que tiene una permitividad relativa (\varepsilon_{r}) de 6,5 en las frecuencias de microondas.
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Referencias citadas en la descripción
La lista de referencias citadas por el Solicitante está únicamente para comodidad del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. A pesar del gran cuidado que se ha llevado en recopilar las referencias, los errores o las omisiones no pueden ser excluidos y la Oficina de Patentes Europeas niega toda responsabilidad en esta consideración.
Documentos de la patente citados en la descripción
\bullet US 6413255 B [0004]

Claims (6)

1. Aparato quirúrgico que comprende:
una fuente (1) de radiación de microondas de una primera frecuencia adecuada para la ablación de tejido;
una sonda (5) para dirigir la radiación de microondas desde la fuente (1) en el tejido objeto de la ablación;
un modulador (1100) que tiene un estado de paro en el que no se modula dicha radiación de microondas de la fuente (1) para que la radiación de microondas no modulada se dirija a través de la sonda (5) y un estado de marcha en el que se modula la radiación de microondas de la fuente (1) en pulsos que tienen una segunda frecuencia inferior a dicha primera frecuencia; siendo dicha segunda frecuencia adecuada para el corte de tejido y en un rango de 10 kHz a 500 MHz.
2. Aparato según la Reivindicación 1, en el que el aparato comprende además un filtro de paso bajo (1120) entre dicho modulador (1100) y dicha sonda (5); teniendo dicho filtro de paso bajo (1120) un primer estado en el que deja pasar a dicha primera frecuencia y un segundo estado en el que pasa dicha segunda frecuencia, pero eliminando por filtración dicha primera frecuencia.
3. Aparato según la Reivindicación 2, en el que dicho modulador (1100) es capaz de variar dicha segunda frecuencia.
4. Aparato según la Reivindicación 2, en el que dicho modulador (1100) es capaz de variar dicha segunda frecuencia y dicho filtro de paso bajo (1120) es capaz de variar su ancho de banda en su segundo estado.
5. Aparato según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha primera frecuencia es de 5 GHz o superior.
6. Aparato según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha segunda frecuencia es una frecuencia en el rango de 500 kHz a 30 MHz.
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