ES2895418T3

ES2895418T3 - Estructura de antena

Info

Publication number: ES2895418T3
Application number: ES17724566T
Authority: ES
Inventors: Christopher Paul Hancock; Malcolm White; Patrick Burn
Original assignee: Creo Medical Ltd
Current assignee: Creo Medical Ltd
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: SG11201808064YA; BR112018068988A2; CN108778170B; JP2019516423A; PT3457970T; KR20190010531A; KR102356902B1; GB201608872D0; US11799206B2; EP3457970A1; JP6929562B2; WO2017198869A1; US20190081403A1; CN108778170A; CA3016162A1; IL261496A; AU2017266469B2; GB2550414A; EP3457970B1; IL261496B

Abstract

Una estructura de antena helicoidal (200), para conectarse a una línea de transmisión coaxial (220), teniendo la línea de transmisión coaxial (220) un conductor interior y un conductor exterior, y teniendo la estructura de antena helicoidal (200): un soporte dieléctrico (212), en donde el soporte dieléctrico (212) es sustancialmente cilíndrico y tiene un extremo distal redondeado, o una porción hemisférica en su extremo distal; un primer electrodo helicoidal (202) y un segundo electrodo helicoidal (206), ambos situados en el soporte dieléctrico (212), y eléctricamente aislados entre sí; unos primeros medios de conexión para conectar el primer electrodo helicoidal al conductor interior de una línea de transmisión coaxial; unos segundos medios de conexión para conectar el segundo electrodo helicoidal al conductor exterior de una línea de transmisión coaxial; en donde: el soporte dieléctrico (212) incluye un canal o una cámara configurados para recibir la línea de transmisión coaxial, de tal manera que un extremo distal de la línea de transmisión coaxial (220) esté situado en o cerca del extremo distal del soporte dieléctrico (212); el soporte dieléctrico (212) está configurado para incrustar el extremo distal de la línea de transmisión coaxial (220) dentro del soporte dieléctrico (212), y los primeros medios de conexión y los segundos medios de conexión están situados en orificios a través del soporte dieléctrico, estando los orificios dispuestos para conectar, respectivamente, el primer electrodo helicoidal (202) al conductor interior, y el segundo electrodo helicoidal (206) al conductor exterior; al menos uno del primer electrodo helicoidal (202) y el segundo electrodo helicoidal (206) está configurado para actuar como una estructura de antena radiante para emitir hacia fuera un campo de microondas/RF; y el primer electrodo helicoidal (202) y el segundo electrodo helicoidal (206) están configurados para mantener un campo eléctrico en la región helicoidal entre los mismos.

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura de antena

Campo de la invención

La invención se refiere a una estructura de antena para su uso en dispositivos de alcance quirúrgico.

Antecedentes de la invención

Se sabe que la energía de microondas y la energía de radiofrecuencia (RF) se pueden utilizar para realizar la coagulación en tejidos profundos, contactando el lugar de la hemorragia con la sonda quirúrgica. También se sabe que el sangrado superficial se puede controlar sin contacto usando coagulación con plasma de argón (APC) mediante la cual se aplica un campo eléctrico de alta energía a través de un chorro de gas argón, para ionizar el gas y golpear un plasma. Entonces, el plasma puede causar coagulación. El fluido vasoestrictivo para cerrar los vasos sanguíneos abiertos también se utiliza a menudo como una intervención de emergencia para controlar el flujo sanguíneo o para detener el sangrado antes de la aplicación de un agente coagulante o un medio alternativo para taponar o sellar permanentemente los vasos sanguíneos.

El documento US 5246 438 se refiere a un aparato de ablación cardíaca que incluye una antena solenoidal, electrodos de monitorización y una red de acoplamiento en un extremo distal de una línea de transmisión del catéter, y otra red de acoplamiento en el extremo proximal de la línea de transmisión del catéter para conectar el catéter a la fuente de energía de RF y a un monitor de electrograma intracardíaco.

El documento US 5 334 193 se refiere a un catéter delgado, alargado y flexible, adecuado para el suministro en un órgano interno, que comprende un lumen de suministro de fluido situado centralmente dentro del catéter, y un primer y segundo electrodos dispuestos en una superficie exterior del catéter.

El documento US 3083 364 se refiere a una estructura de antena que tiene elementos radiantes resonantes que son relativamente cortos, considerando la longitud de onda de las transmisiones con las que se emplean.

El documento EP 3422 981, que pertenece al estado de la técnica de acuerdo con el art. 54(3) del CPE, se refiere a un instrumento electroquirúrgico que es capaz de operar selectivamente en cualquiera de (i) un modo de generación de plasma para la coagulación de la superficie, (ii) un modo de radiación no ionizante para una coagulación más profunda, y (iii) un modo de administración de líquido para transportar líquido a un sitio de tratamiento.

Sumario de la invención

En su forma más general, la presente invención proporciona una estructura de antena helicoidal que se puede conectar a los conductores internos y externos de una línea de transmisión coaxial, y que puede actuar como antena radiante o estructura aplicadora, y también en un modo en el que un campo eléctrico se genera entre sus electrodos. De esta manera, la estructura de la antena helicoidal se puede utilizar tanto para APC como para coagulación de tejido profundo, así como proporcionar medios para administrar un fluido, por ejemplo, un fluido terapéutico tal como la adrenalina. Esto se puede lograr mediante el uso de electrodos dispuestos helicoidalmente y un canal para que fluya el gas. Este dispositivo también se utiliza para administrar adrenalina y energía de RF/microondas.

Más específicamente, la presente invención proporciona una estructura de antena helicoidal que se puede conectar a una línea de transmisión coaxial que tiene un conductor interior y un conductor exterior, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4.

En esta memoria descriptiva, "microondas" puede usarse ampliamente para indicar un intervalo de frecuencia de 400 MHz a 100 GHz, pero preferiblemente el intervalo de 1 GHz a 60 GHz. Las frecuencias específicas que se han considerado son: 915 MHz, 2,45 GHz, 3,3 GHz, 5,8 GHz, 10 GHz, 14,5 GHz y 24 GHz. Por el contrario, esta memoria descriptiva utiliza "radiofrecuencia" o "RF" para indicar un intervalo de frecuencia que es al menos tres órdenes de magnitud más bajo, por ejemplo, hasta 300 MHz, preferentemente de 10 kHz a 1 MHz.

La configuración helicoidal de la presente invención puede actuar como una estructura de antena radiativa eficaz, evidencia de lo cual se presenta más adelante en esta solicitud. A continuación, dicho campo se puede utilizar para la coagulación. El uso de electrodos helicoidales asegura que no se ocupe una región central de la estructura de antena. Esto significa que otras estructuras pueden pasar por el centro de la estructura de antena para entregar un fluido o gas, por ejemplo, adrenalina o solución salina. La estructura de antena helicoidal está configurada preferentemente para usarse junto con un endoscopio, laparoscopio o similar y, por lo tanto, preferentemente tiene un diámetro exterior máximo de no más de 8 mm, preferentemente igual o menor de 5 mm, y más preferentemente igual o menor de 3,5 mm, y lo más preferentemente no mayor de 2,5 mm. El soporte dieléctrico es sustancialmente cilíndrico y tiene un extremo distal redondeado. Tener un extremo distal redondeado, en lugar de un vértice circular pronunciado da como resultado una distribución más suave de la energía de microondas/RF emitida, dando una coagulación más uniforme.

En realizaciones preferidas, solo hay dos electrodos helicoidales en la superficie exterior del soporte dieléctrico, pero también puede haber, por ejemplo, tres o cuatro electrodos helicoidales.

El soporte dieléctrico puede comprender uno o más de PEEK, PTFE, cerámica u otro material adecuadamente rígido de baja pérdida.

El primer y segundo electrodos helicoidales tienen preferentemente el mismo paso y pueden estar situados diametralmente opuestos entre sí. En otras palabras: en apariencia, el segundo electrodo helicoidal se extiende en paralelo al primer electrodo helicoidal, pero con un desplazamiento axial fijo, de modo que las bobinas del primer y segundo electrodos helicoidales se alternan entre sí. Lo más preferentemente, el primer y segundo electrodos helicoidales son idénticos o sustancialmente idénticos entre sí. El primer y segundo electrodos helicoidales se encuentran preferentemente situados en la superficie del soporte dieléctrico, o parcialmente incrustados en el mismo.

Durante su uso, la antena se inserta primero en el extremo distal, con la superficie del extremo distal orientada hacia el lugar de un sangrado. Por lo tanto, es preferible que el mayor grado de calentamiento (como resultado del suministro de energía de microondas/RF) se produzca en el extremo distal y alrededor de la superficie curva exterior de la antena helicoidal. De esta manera, el suministro de energía eficaz se puede lograr colocando la antena helicoidal en el extremo distal primero hacia un área objetivo o en su lado. Por lo tanto, es preferible que la energía de microondas/RF se pueda suministrar mediante una estructura de guía de ondas o una estructura de línea de transmisión al extremo distal de la estructura de antena helicoidal. La estructura de la línea de transmisión puede ser parte de la propia estructura de la antena helicoidal, o alternativamente, la estructura de antena helicoidal puede tener un canal o cámara configurada para recibir una estructura de línea de transmisión coaxial, u otra estructura capaz de transportar energía de microondas/RF al extremo distal de la estructura de antena helicoidal sin un grado apreciable de atenuación. Si la energía de microondas/RF se envía solo al extremo proximal de la estructura de antena helicoidal, sin ninguna estructura de línea de transmisión para transportarla al extremo distal, es probable que se produzca una atenuación entre el extremo proximal y el extremo distal como resultado de una absorción indeseable por parte del tejido que está en contacto con la estructura. El uso de una estructura de antena helicoidal como en la presente invención significa que, por ejemplo, una línea de transmisión coaxial desde la cual el primer y segundo electrodos helicoidales están configurados para recibir energía de microondas/RF puede atravesar la estructura hasta el extremo distal de la estructura de antena helicoidal.

De manera alternativa, en una realización preferida, el primer y segundo electrodos helicoidales están configurados para conectarse al conductor interior y exterior de una línea de transmisión coaxial que tiene un conductor interior hueco. Por consiguiente, el soporte dieléctrico puede tener un canal central que lo atraviesa, terminando en una abertura. De esta manera, una estructura tal como un tubo de suministro de líquido o similar puede pasar completamente a través de la estructura de antena helicoidal, sin causar un efecto perjudicial sobre las propiedades radiativas de la estructura de antena. Por consiguiente, es preferible dejar expuesta una región central o casi central de un extremo distal de la estructura de antena helicoidal y, por lo tanto, un tubo de suministro de líquido, una aguja o similares, se puede insertar a través del extremo de la antena helicoidal, en el caso de que sea necesario administrar un medicamento líquido tal como adrenalina a un área objetivo. Este tubo también puede ser una región sellada (es decir, un espacio dentro del catéter capaz de contener un cable de microondas, alambre de activación de la aguja y longitud corta de la aguja) para que fluya el líquido. De manera alternativa, una aguja hueca puede extenderse desde el extremo proximal del mango hasta el extremo distal del dispositivo. El tamaño del orificio de la aguja puede ser de 0,4 mm o 0,5 mm, pero la invención no se limita a este caso, es decir, puede ser de 0,8 mm para un dispositivo laparoscópico. La aguja puede estar hecha de acero inoxidable o similar. El canal hueco o de aguja también se puede utilizar para suministrar gas, por ejemplo, argón, y el campo de RF disponible en la antena helicoidal se puede usar para golpear el plasma, mientras que el campo de microondas se puede utilizar para mantener el plasma. En esta configuración, el gas deberá estar presente entre los radiadores que se instalan y entregan energía de RF y microondas. Esto se puede lograr proporcionando orificios en el cilindro dieléctrico que permitan que el gas escape a regiones donde existe un campo eléctrico entre los electrodos.

En una realización, la estructura de antena helicoidal incluye además un tercer electrodo helicoidal, que se encuentra debajo de la superficie de, o incrustado dentro, el soporte dieléctrico, y preferentemente situado debajo del primer electrodo helicoidal, y más preferentemente se extiende a lo largo de la misma trayectoria helicoidal que el primer electrodo helicoidal, pero radialmente hacia dentro. Por consiguiente, el primer y segundo electrodos helicoidales también comparten un eje longitudinal. El primer electrodo helicoidal está configurado para conectarse al conductor interior de una línea de transmisión coaxial en un punto de alimentación, y el tercer electrodo helicoidal está configurado para conectarse al conductor exterior de una línea de transmisión coaxial a través de un punto de alimentación. A continuación, dado que el primer y tercer electrodos helicoidales siguen la misma trayectoria, pueden actuar como una continuación de la estructura de guía de ondas de la línea de transmisión coaxial, y además transmitir la señal desde el extremo proximal al distal de la estructura de antena helicoidal.

El primer y tercer electrodos helicoidales, y preferentemente también el segundo electrodo helicoidal, pueden tener la forma de tiras helicoidales de material conductor y, por lo tanto, la línea de transmisión formada por el primer y tercer electrodos helicoidales puede ser una línea de microbanda. Preferentemente, la anchura de la tira de material conductor que forma el primer electrodo helicoidal es más ancha y preferentemente al menos el doble, y más preferentemente al menos el triple de la anchura de la tira de material conductor que forma el tercer electrodo helicoidal. De esta manera, es posible asegurar que haya una superposición suficientemente significativa entre los dos electrodos helicoidales para que se forme una estructura de línea de microcinta eficiente. Esto se debe a que las corrientes en el borde del primer electrodo helicoidal (debido a la señal de alimentación) serán bajas y no darán como resultado una interacción significativa con ningún tejido en contacto con la superficie exterior del primer electrodo helicoidal. La estructura de línea de microcinta formada por el primer electrodo helicoidal y el tercer electrodo helicoidal está preferentemente dispuesta para tener una impedancia de aproximadamente 50 O, con el fin de coincidir con una línea de transmisión coaxial desde la cual los puntos de alimentación están dispuestos para recibir señales de microondas/RF.

En el extremo distal de la estructura de antena helicoidal, los extremos distales del segundo y tercer electrodos helicoidales están conectados eléctricamente entre sí. De esta manera, la energía de microondas/RF que se transmite a lo largo de la estructura de la antena por la línea de microbanda es capaz de excitar las señales correspondientes que se desplazan hacia el extremo proximal de la estructura de la antena helicoidal, a lo largo de los espacios helicoidales entre el primer y segundo electrodos helicoidales. Preferentemente, un elemento conductor que conecta el segundo y tercer electrodos helicoidales no oscurece la abertura del canal central.

En lugar de tener un tercer electrodo helicoidal, en una realización alternativa, para sacar ventaja de los beneficios de la estructura helicoidal, el soporte dieléctrico puede tener un canal que lo atraviesa en su totalidad o en parte, en una dirección longitudinal o sustancialmente longitudinal, para recibir una línea de transmisión coaxial que suministra a la estructura de la antena la energía de microondas/RF. Los medios de conexión para conectar el primer electrodo helicoidal y el conductor interior, y/o el segundo electrodo helicoidal y el conductor exterior, se encuentran preferentemente situados hacia el extremo distal del canal, para garantizar que se produzca un calentamiento máximo en el extremo distal de la estructura de antena helicoidal, como se ha expuesto anteriormente.

El conductor interior y exterior de la línea de transmisión coaxial están conectados al primer y segundo electrodos helicoidales, respectivamente, mediante orificios en el soporte dieléctrico. Hay dos orificios, uno dispuesto para conectar el primer electrodo helicoidal y el conductor interior, y otro para conectar el segundo electrodo helicoidal y el conductor exterior. Durante su uso, se puede insertar una línea de transmisión coaxial en el canal en el soporte dieléctrico, y los orificios se pueden rellenar con soldadura para proporcionar las conexiones eléctricas necesarias. En este caso, es posible que el canal no se extienda hasta el extremo de la estructura de antena helicoidal.

De manera alternativa, en otra realización, el canal para recibir la línea de transmisión coaxial puede extenderse hasta el extremo distal del soporte dieléctrico. El conductor interior y exterior de la línea de transmisión coaxial se puede conectar al primer y segundo electrodo helicoidal a través de la abertura en el extremo del canal. La abertura tiene preferentemente una forma para aprovechar las propiedades aislantes de la capa dieléctrica que separa los conductores internos y externos de la línea de transmisión coaxial. Por ejemplo, la abertura puede ser sustancialmente circular, con un radio mayor que el del conductor interior, y menor que el de la capa dieléctrica, y con una lengüeta que se extiende radialmente a un radio mayor que el radio de la capa dieléctrica. De esta manera, el conductor exterior solo está expuesto en la región de la lengüeta y permanece cubierto alrededor del resto de la circunferencia de la abertura. A continuación, el segundo electrodo helicoidal puede estar conectado eléctricamente, por soldadura o de otro modo, al conductor exterior solo en la sección de lengüeta, sin ninguna conexión eléctrica indeseable al conductor interior.

En otra realización alternativa, el soporte dieléctrico puede ser de dos partes. En el extremo distal, una parte puede tener un saliente y la otra parte puede tener un rebaje correspondiente. A continuación, se pueden recubrir partes del saliente con un material conductor, dispuesto para proporcionar las conexiones eléctricas entre los conductores interior y exterior de la línea de transmisión coaxial y el primer y segundo electrodos helicoidales.

En otra realización, el dieléctrico puede contener orificios o ranuras, preferentemente entre los conductores en la hélice, para permitir que haya gas presente en la región entre los conductores para permitir que el plasma se atasque, utilizando el campo de RF, y sostenido, utilizando el campo de microondas.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirá en detalle de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1A muestra una disposición del electrodo helicoidal interior y el primer electrodo helicoidal exterior de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1B muestra un ejemplo de antena helicoidal, que incluye un soporte dieléctrico, de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 2 muestra una disposición de una antena helicoidal y una carga hepática que se usa para ejecutar una simulación de una realización de la presente invención.

Las figuras 3A a 3D muestran varios resultados de la simulación mostrada en la figura 2.

La figura 4 muestra otra disposición de una antena de carga hepática y helicoidal que se usa para ejecutar una simulación alternativa de una realización de la presente invención.

Las figuras 5A a 5D muestran varios resultados de la simulación mostrada en la figura 4.

Las figuras 6A y 6B muestran, respectivamente, una perspectiva y un extremo de otra realización de la presente invención.

La figura 7 muestra una disposición de una antena helicoidal como se muestra en las figuras 6A y 6B, y una carga sanguínea, que se utiliza para ejecutar una simulación de esa realización.

Las figuras 8 a 9B muestran varios resultados de la simulación mostrada en la figura 10.

Las figuras 10 a 12 muestran configuraciones alternativas de cómo se puede conectar una línea de transmisión coaxial al primer y segundo electrodos helicoidales.

Descripción detallada de las realizaciones

La figura 1A es una vista que muestra el extremo proximal de una antena helicoidal 100, que pueden formar el primer y segundo electrodos y la estructura conductora de la presente invención. En el dibujo, la dirección desde el extremo proximal 100a hasta el extremo distal 100b de la antena helicoidal es paralela al eje z, como se muestra en la esquina inferior derecha del dibujo.

En la figura 1A se muestran un primer electrodo helicoidal exterior 102 y un electrodo helicoidal interior 104. El electrodo helicoidal interior 104 tiene el mismo paso que el primer electrodo helicoidal exterior 102, y tiene un diámetro más pequeño, de modo que se extiende directamente debajo del mismo y paralelo al mismo. Los extremos proximales de los dos electrodos helicoidales 102, 104 se alimentan con energía de microondas/RF desde la línea de transmisión coaxial en el punto de alimentación 108, mostrado por la línea y el cono. El primer electrodo helicoidal exterior 102 y el electrodo helicoidal interior 104, juntos, forman una línea de transmisión de microcinta helicoidal, con una impedancia de 50 O (en presencia de un dieléctrico de alúmina, consulte la descripción de los dibujos a continuación).

La figura 1B muestra una vista de una punta de sonda 111 que tiene la antena helicoidal 100 soportada sobre la misma. La punta de sonda 111 consiste en un material dieléctrico cilíndrico 112, que en este caso es alúmina, que tiene un orificio cilíndrico a través de la misma, formando un canal central 115 que se extiende desde un extremo próximo a un extremo distal en la dirección z como se muestra. El canal central termina en su extremo distal en la abertura 116. La abertura está libre de obstáculos, de modo que un canal de líquido (no mostrado) u otra herramienta pueda pasar a través de la punta de sonda 111 para su uso en un área objetivo (tampoco mostrada).

Además del primer electrodo helicoidal exterior 102 y el electrodo helicoidal interior 104, un segundo electrodo helicoidal exterior 106 también está soportado sobre el material dieléctrico 112. El segundo electrodo helicoidal exterior 106 es diametralmente opuesto al primer electrodo helicoidal exterior 102, pero tiene un paso idéntico. En la figura 1B, el primer y segundo electrodos helicoidales exteriores 102, 106 y el electrodo helicoidal interior 104 tienen un paso de 3,3 mm. Solo una superficie del extremo distal del electrodo helicoidal interno es visible en la figura 1B, dado que el electrodo helicoidal interior 104 está incrustado dentro del material dieléctrico 112, que se extiende directamente debajo del primer electrodo helicoidal exterior 102. En el extremo distal del material dieléctrico 112, el extremo distal del segundo electrodo helicoidal exterior 106 y el extremo distal del electrodo helicoidal interior 104 están conectados mediante el elemento de conexión 117. El elemento de conexión 117 es una pieza en forma de disco de material conductor, por ejemplo, cobre, que tiene un orificio 119 en el centro para coincidir con la abertura 116, para que permanezca libre de obstáculos.

En operación, la energía de microondas/RF se alimenta al extremo proximal de la línea de transmisión de microbanda helicoidal formada por el primer electrodo helicoidal exterior 102 y el electrodo helicoidal interior 104. Cuando la energía de microondas/RF alcanza el extremo distal, una señal de microondas/RF se excita entre el primer y segundo electrodos helicoidales externos y se propaga hacia atrás, hacia el extremo distal de la punta de sonda 111 a lo largo de una trayectoria helicoidal a través de los espacios 110 entre el primer y segundo electrodos helicoidales externos 102, 106. Cuando la punta de sonda 111 está conectada a una línea de transmisión coaxial que tiene un canal de gas situado a su alrededor (no se muestra), por ejemplo, en una camisa separada de la línea de transmisión coaxial, el primer y segundo electrodos helicoidales exteriores 102, 106 y los espacios entre los mismos 110 se encuentran en la trayectoria del flujo de gas que sale del canal de gas. Cuando está presente un campo eléctrico entre el primer y segundo electrodos helicoidales exteriores 102, 106 como resultado de las señales de microondas/RF que se propagan a lo largo de los mismos, el campo eléctrico actúa para ionizar el gas y generar un plasma.

La figura 2 muestra un modelo utilizado para simular el efecto de una antena helicoidal 100 como se muestra en las figuras 1A y 1B cuando se colocan en el extremo contra una carga hepática 120. El material dieléctrico 112 en el modelo es cerámica de alúmina, un dieléctrico fuerte no poroso con buenas propiedades de ruptura dieléctrica. La constante dieléctrica es 9,4 y su tangente de pérdida es de 0,0004 a 5,8 GHz, lo que representa un material de muy baja pérdida a las frecuencias de microondas empleadas. Se modeló una hélice de cobre (es decir, la antena helicoidal 100) en el exterior de un cilindro de alúmina de 3,3 mm de diámetro que tiene 7,5 mm de largo. El paso de la hélice es de 3,3 mm y el ancho del cobre, medido en una dirección paralela al eje del cilindro es de 0,9 mm. Las tiras de cobre del modelo que se muestra tienen un grosor de 0,1 mm, pero en la práctica podría ser tan delgado como 0,003 mm. Se modeló una segunda hélice de cobre diametralmente opuesta (es decir, girada 180°) de la primera hélice de cobre. Esto dio como resultado dos hélices de cobre entre bobinas con un espacio de 0,75 mm entre las mismas (en la dirección paralela al eje del cilindro).

El diámetro interior del cilindro de alúmina (es decir, el diámetro del canal de la punta de la sonda) fue de 2,5 mm. Se modeló un cilindro de alúmina interior de 2,3 mm de diámetro dentro de este, con un orificio de 0,6 mm de diámetro en el centro, con una aguja de acero de 0,5 mm de diámetro en su interior. Se modeló una hélice de cobre interior sobre el cilindro de alúmina interior que tenía 0,35 mm de ancho en la dirección axial y también tenía un paso de 3,3 mm. La hélice de cobre interior se encuentra exactamente debajo del centro del ancho de una de las hélices de cobre exteriores.

El extremo distal de la hélice de cobre interior se conectó al extremo distal de la hélice de cobre debajo del cual no se encuentra directamente.

La antena helicoidal formada por las tres hélices de cobre se alimentó con una alimentación de 50 O en su extremo proximal, entre la hélice interior y la primera hélice de cobre, y una terminación entre los extremos proximales de las dos hélices exteriores. Se creó una carga hepática y se usó para determinar la absorción de energía alrededor de la herramienta, que da una indicación de los patrones de coagulación esperados que se pueden lograr usando la herramienta de esta manera. En la simulación mostrada, el extremo distal de la punta de la sonda se inserta 2 mm en la carga hepática.

Las figuras 3A a 3C muestran gráficos de la absorción de potencia en la carga hepática alrededor del extremo distal de la punta de la sonda como se muestra en la figura 2 en tres orientaciones diferentes, dos toman secciones transversales longitudinales de la punta de la sonda y una toma una sección transversal axial. En conjunto, estos gráficos muestran que entre el 60 y el 70 % de la potencia de microondas se absorbe en la carga hepática. La figura 3D muestra los resultados de las simulaciones de pérdida de retorno a diferentes profundidades de penetración de la punta de la sonda en la carga hepática. A 5,8 GHz, se puede ver que la pérdida de retorno mejora de 4 a 5 dB a medida que la inserción aumenta de 0 (línea A) a 2,5 mm (línea F).

La figura 4 muestra la configuración de una simulación alternativa, en la que la punta de la sonda se inserta de lado a 1 mm en una carga hepática idéntica a la de la figura 2. Las figuras 5A a 5C muestran gráficos de la absorción de energía en la carga hepática alrededor de la punta de la sonda cuando se coloca de lado en la carga hepática. Estos gráficos muestran que la antena helicoidal es capaz de producir un campo de microondas sustancialmente uniforme alrededor de la punta de la sonda. La figura 5D muestra los resultados de las simulaciones de pérdida de retorno a diferentes profundidades de penetración de la punta de la sonda en la carga hepática. A 5,8 GHz, se puede ver que la pérdida de retorno mejora de 4 a 7 dB a medida que la inserción (lateral) aumenta de 0 (línea G) a 1,5 mm (línea K).

Los resultados de la colocación de lado a lado y de extremo a extremo de la antena helicoidal 100 muestran que la antena helicoidal 100 es capaz de funcionar eficazmente como una estructura de antena emisora de microondas, además de poder golpear y sostener un plasma en los espacios helicoidales entre el primer y segundo electrodos helicoidales externos.

Las figuras 6A y 6B muestran una realización alternativa de una antena helicoidal 200 de acuerdo con la presente invención. Hay varias similitudes entre la antena helicoidal 200 de la figura 6A y la antena helicoidal 100 en, por ejemplo, la figura 1B. Cuando las características son idénticas, no se describirán de nuevo en detalle.

La antena helicoidal 200 incluye material dieléctrico 212, que en este caso es PEEK, y se puede dividir en una porción cilíndrica y una porción hemisférica, formadas integralmente entre sí. El diámetro exterior de la estructura de antena helicoidal 200 en esta realización es de 3,3 mm. El canal 215 se extiende por el centro de ambas porciones del material dieléctrico 212, para recibir la línea de transmisión coaxial 220. El primer y segundo electrodos helicoidales 202, 206 están conectados a los conductores interior y exterior de la línea de transmisión coaxial 220 mediante un revestimiento metálico que se extiende hacia el interior de la abertura (no mostrada). Por protección, se coloca un tapón aislante 213 sobre las conexiones. Esta disposición se muestra con más detalle en las figuras 11A y 11B, y se analiza a continuación. El material dieléctrico 212 también tiene un canal de aguja 221 fuera del eje que lo atraviesa, para situaciones en las que también es necesario dispensar líquido en un área objetivo. Dos electrodos helicoidales exteriores 202, 206 están situados en la superficie del material dieléctrico 212. Durante su uso, se inserta una línea de transmisión coaxial 220 a través del canal de la estructura de antena helicoidal 200. Las figuras 10 a 12 muestran diferentes ejemplos de la geometría del material dieléctrico 212, cada uno ilustrando un medio diferente por el cual una línea de transmisión coaxial puede conectarse a cada uno de los electrodos helicoidales 202, 206.

En las figuras 10 a 12, los electrodos 202, 206 no se muestran. Para conectar una línea de transmisión coaxial utilizando el cuerpo dieléctrico 300 de las figuras 10A y 10B, la línea de transmisión coaxial 320 está incrustada a lo largo del canal central. La línea de transmisión coaxial 320 debe ser pelada para exponer, sucesivamente, como se muestra en el dibujo, el conductor exterior 320a, la capa dieléctrica 320b y el conductor interior 320c. El cuerpo dieléctrico 300 mostrado en las figuras 10A y 10B tiene dos orificios 322a, 322b perforados a través del mismo. Cuando se inserta la línea de transmisión coaxial 320, uno de los orificios 322a se cruza con el conductor interior expuesto 320c, y el otro orificio 322b se cruza con el conductor exterior expuesto 320a. A continuación, los orificios se pueden rellenar con soldadura, para establecer una conexión eléctrica y asegurar la línea de transmisión coaxial 320 en posición.

En las figuras 11A y 11B, la línea de transmisión coaxial se extiende hasta el extremo distal del cuerpo dieléctrico 400. En esta realización, el conductor exterior 420a de la línea de transmisión coaxial se retira para exponer la capa dieléctrica 420b. La capa dieléctrica 420b y el conductor interior 420c continúan luego hasta el extremo del cuerpo dieléctrico 400 y quedan expuestos en el orificio 424, mostrado mejor en la figura 11A. Una lengüeta 426 está situada en el borde del orificio 424. Cuando la línea de transmisión coaxial está en posición, la superficie del extremo del conductor exterior 420a queda expuesta por la lengüeta 426. De manera significativa, está eléctricamente aislado del conductor interior 420c, por la barrera formada por la capa dieléctrica intermedia 420b. Como se muestra en la figura 11B, el conductor interior 420c de la línea de transmisión coaxial puede estar empotrado. La lengüeta 426 se puede llenar con soldadura, y la soldadura se puede conectar a uno de los electrodos helicoidales 202, y el rebaje puede llenarse con soldadura (que no hace contacto con la soldadura en la lengüeta 426) y la soldadura se conecta al otro de los electrodos helicoidales 206. Aunque no se muestra, como se ha analizado anteriormente, se puede utilizar un revestimiento metálico para conectar los conductores del cable coaxial a los electrodos helicoidales, y el rebaje definido por la superficie interior del orificio y la superficie del extremo de la línea de transmisión coaxial se puede rellenar con un tapón aislante.

Una alternativa adicional se muestra en las figuras 12A y 12B. En este caso, el material dieléctrico formado 500 se forma en dos piezas 500a, 500b, que se unen para formar la estructura de antena helicoidal completa. La primera pieza 500a tiene un saliente 528, que corresponde a un rebaje 530 en la segunda pieza 500b. La segunda pieza 500b también tiene un canal central 515 para recibir el cable coaxial 520. Cuando esté en posición, la base del rebaje 530 cubre solo alrededor de la mitad de la superficie superior de la línea de transmisión coaxial 520, y deja la mitad expuesta. La base del rebaje 530 tiene una muesca 532 para recibir el conductor interior 520c de la línea de transmisión coaxial 520. A continuación, las superficies indicadas por las flechas en la figura 12B se pueden recubrir con material conductor, extendiéndose el material conductor hasta la superficie hemisférica 512b del material dieléctrico 512, para conectar el conductor interior 520c y el conductor exterior 520a a sus respectivos electrodos helicoidales 202, 206.

Se hace referencia ahora a las figuras 6A y 6B, se describirá el funcionamiento del dispositivo. El funcionamiento es similar al de la realización de la invención que se muestra en las figuras 1A y 1B. La principal diferencia entre las dos realizaciones es que en la presente realización, una línea de transmisión coaxial (por ejemplo, 320) está conectada directamente al primer electrodo helicoidal 202 y al segundo electrodo helicoidal 206, mientras que en la realización anterior, la energía de microondas/RF se transfirió al extremo distal de la estructura de antena helicoidal 200 mediante la línea de transmisión de microbanda formada por los electrodos helicoidales 102, 104.

En la estructura de antena helicoidal 200 mostrada en las figuras 6A y 6B, la línea de transmisión coaxial 220 está conectada y transporta energía de microondas/RF a los electrodos helicoidales 202, 206 como se describió anteriormente. Dado que existe una diferencia de potencial entre el primer electrodo helicoidal 202 y el segundo ^{electrodo helicoidal}206^{, existe un campo eléctrico en los espacios helicoidales 210 entre el primer electrodo helicoidal}202 y el segundo electrodo helicoidal 206. Si este campo es lo suficientemente alto y los espacios se colocan en una trayectoria de flujo de gas, entonces esto puede hacer que se golpee un plasma en los espacios helicoidales 210. Esto significa que la estructura de antena helicoidal se puede emplear en modo APC. Además, debido a su geometría, la estructura de la antena helicoidal también es capaz de actuar como una antena radiante para irradiar energía de microondas/RF hacia el exterior, para la coagulación de tejidos profundos. También se puede insertar una aguja a través del canal de aguja fuera del eje 221.

En una realización similar, mostrada en la figura 6C, el diámetro exterior del material dieléctrico 212' es de solo 2,4 mm, y tanto el canal 215' como el canal de aguja 221' están situados fuera del eje. Un material dieléctrico 212' que tiene esta geometría es igualmente adecuado para conectarse a una línea de transmisión coaxial usando las mismas disposiciones internas que se muestran en las figuras 10 a 12.

La figura 7 muestra una disposición de prueba utilizada para probar el rendimiento de la antena helicoidal 200 mostrada en las figuras 6A y 6B, cuando actúa como radiador de microondas. La configuración de simulación es similar a la que se muestra en la figura 2. Sin embargo, en lugar de una carga hepática, se utiliza una carga sanguínea 240. De nuevo, la energía se alimenta a la estructura de la antena a través de la línea de transmisión coaxial 212.

La figura 8 muestra un gráfico de la pérdida de retorno, análogo a las figuras 3D y 5D. Cabe señalar que la forma exacta de este gráfico puede variar dependiendo de la posición del dispositivo en relación con la carga sanguínea, por ejemplo, en su lado. Se puede ver que a 5,8 GHz, la pérdida de retorno es de -12,08 dB. Las figuras 9A y 9B muestran la densidad de pérdida de potencia dentro de la muestra de tejido sanguíneo inmediatamente delante de la antena. Las gráficas muestran que la densidad de pérdida de potencia es uniforme, lo que significa que una antena como esta probablemente produciría un calentamiento/coagulación uniforme.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una estructura de antena helicoidal (200), para conectarse a una línea de transmisión coaxial (220), teniendo la línea de transmisión coaxial (220) un conductor interior y un conductor exterior, y teniendo la estructura de antena helicoidal (200):

un soporte dieléctrico (212), en donde el soporte dieléctrico (212) es sustancialmente cilíndrico y tiene un extremo distal redondeado, o una porción hemisférica en su extremo distal;

un primer electrodo helicoidal (202) y un segundo electrodo helicoidal (206), ambos situados en el soporte dieléctrico (212), y eléctricamente aislados entre sí;

unos primeros medios de conexión para conectar el primer electrodo helicoidal al conductor interior de una línea de transmisión coaxial;

unos segundos medios de conexión para conectar el segundo electrodo helicoidal al conductor exterior de una línea de transmisión coaxial;

en donde:

el soporte dieléctrico (212) incluye un canal o una cámara configurados para recibir la línea de transmisión coaxial, de tal manera que un extremo distal de la línea de transmisión coaxial (220) esté situado en o cerca del extremo distal del soporte dieléctrico (212);

el soporte dieléctrico (212) está configurado para incrustar el extremo distal de la línea de transmisión coaxial (220) dentro del soporte dieléctrico (212), y los primeros medios de conexión y los segundos medios de conexión están situados en orificios a través del soporte dieléctrico, estando los orificios dispuestos para conectar, respectivamente, el primer electrodo helicoidal (202) al conductor interior, y el segundo electrodo helicoidal (206) al conductor exterior;

al menos uno del primer electrodo helicoidal (202) y el segundo electrodo helicoidal (206) está configurado para actuar como una estructura de antena radiante para emitir hacia fuera un campo de microondas/RF; y el primer electrodo helicoidal (202) y el segundo electrodo helicoidal (206) están configurados para mantener un campo eléctrico en la región helicoidal entre los mismos.

2. Una estructura de antena helicoidal (200) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:

una superficie del extremo distal de la línea de transmisión coaxial (220) está situada en el extremo distal del soporte dieléctrico (212), y está expuesta por una abertura,

los primeros medios de conexión conectan el primer electrodo helicoidal (202) al conductor interior a través de la abertura, y

los segundos medios de conexión conectan el segundo electrodo helicoidal (206) al conductor exterior a través de la abertura.

3. Una estructura de antena helicoidal (200) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde solo una porción de lengüeta de la abertura expone una porción del conductor exterior.

4. Una estructura de antena helicoidal (100), para conectarse a una línea de transmisión coaxial, teniendo la línea de transmisión coaxial un conductor interior y un conductor exterior, y teniendo la estructura de antena helicoidal (100):

un soporte dieléctrico (112), en donde el soporte dieléctrico (112) es sustancialmente cilíndrico y tiene un extremo distal redondeado, o una porción hemisférica en su extremo distal;

un primer electrodo helicoidal (102) y un segundo electrodo helicoidal (106), ambos situados en el soporte dieléctrico (112), y eléctricamente aislados entre sí;

una guía de ondas o una estructura de línea de transmisión para transportar energía de microondas/RF desde un extremo próximo a un extremo distal de la estructura de antena helicoidal;

en donde:

al menos uno del primer electrodo helicoidal (102) y el segundo electrodo helicoidal (106) está configurado para actuar como una estructura de antena radiante para emitir hacia fuera un campo de microondas/RF;

el primer electrodo helicoidal (102) y el segundo electrodo helicoidal (106) están configurados para mantener un campo eléctrico en la región helicoidal entre los mismos; y

la estructura de la línea de transmisión o la guía de ondas tiene la forma de un tercer electrodo helicoidal (104) junto con el primer electrodo helicoidal (102), estando situado el tercer electrodo helicoidal (104) debajo de la superficie o incrustado dentro del soporte dieléctrico (112) y configurado para conectarse al conductor exterior de una línea de transmisión coaxial en un punto de alimentación.

5. Una estructura de antena helicoidal (100) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el tercer electrodo helicoidal (104) sigue la misma trayectoria helicoidal que el primer electrodo helicoidal (102) y está situado radialmente hacia dentro desde el mismo.

6. Una estructura de antena helicoidal (100) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el primer electrodo helicoidal (102) y el tercer electrodo helicoidal (104) están hechos de tiras de material conductor, de manera que el primer electrodo helicoidal (102) y el tercer electrodo helicoidal (104) forman una línea de microbanda.

7. Una estructura de antena helicoidal (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el primer electrodo helicoidal (102) es al menos tres veces más ancho que el tercer electrodo helicoidal (104).

8. Una estructura de antena helicoidal (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en donde un extremo distal del segundo electrodo helicoidal (106) está conectado eléctricamente a un extremo distal del tercer electrodo helicoidal (104), mediante un elemento conductor.

9. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el primer electrodo helicoidal (102, 202) y el segundo electrodo helicoidal (106, 206) tienen el mismo paso.

10. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el primer electrodo helicoidal (102, 202) está situado diametralmente opuesto al segundo electrodo helicoidal (106, 206).

11. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el soporte dieléctrico (112, 212) tiene un canal que lo atraviesa, desde el extremo proximal al extremo distal, terminando el canal en una abertura.

12. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con la reivindicación 11, que incluye además una aguja retráctil montada de manera deslizable en el canal.

13. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, en donde el soporte dieléctrico comprende una pluralidad de orificios entre el canal y una superficie exterior del mismo, estando dispuestos los orificios para permitir que el gas fluya entre los electrodos.

14. Una estructura de antena helicoidal (100, 200) de acuerdo con las reivindicacies 11 o 12, en donde el canal está dispuesto para transportar líquido, tal como adrenalina.