JP2010082459A - マイクロ波送達システム中の定在波を散逸するためのシステム、装置および方法 - Google Patents

マイクロ波送達システム中の定在波を散逸するためのシステム、装置および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】定在波を散逸するシステムを提供すること。
【解決手段】定在波を散逸するためのシステムであって、周期的マイクロ波信号としてマイクロ波エネルギーを断続的に送達する形態のマイクロ波エネルギー供給源と、該周期的マイクロ波信号を伝送する形態のエネルギー送達ネットワークと、該マイクロ波エネルギー供給源と該エネルギー送達ネットワークとの間に接続される回路とを備え、該回路は、該周期的マイクロ波信号が存在するとき、該周期的マイクロ波信号を該マイクロ波エネルギー供給源から該エネルギー送達ネットワークにわたし、該周期的マイクロ波信号が不在のとき定在波を散逸する形態である、システム。
【選択図】図９Ｂ

Description

（背景）
１．技術分野
本発明は、医療手順を実施するためのシステムおよび方法に関し、ここで、この医療手順は、エネルギーの生成およびエネルギー供給源から動的に変化するデバイスまでのエネルギーの移動を、より詳細には、マイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムを通るエネルギーの効率的移動を含む。
２．関連技術の説明
マイクロ波切除（ａｂｌａｔｉｏｎ）手順の間に、マイクロ波アンテナプローブの電気的性能は、切除処置の経過全体で変化する。性能における変化は、デバイスに起因し得るか、または組織特性における変化に起因し得る。切除の間のアンテナ特性、アンテナ性能または組織特性における変化の指標であるパラメーターを観察する能力は、マイクロ波切除の理解を大いに支援する。
例えば、アンテナインピーダンスを測定することは、アンテナ性能および／またはアンテナ特性における変化を決定するための共通の方法である。マイクロ波システムは、代表的には、例えば、５０オーム（Ｏｈｍ）のような特性インピーダンスに設計され、ここで発生器、送達システム、切除デバイスおよび組織のインピーダンスは、この特性インピーダンスにほぼ等しい。エネルギー送達の効率は、システムの任意の部分のインピーダンスが変化するとき減少する。
低周波数ＲＦシステムでは、インピーダンスは、既知の電圧で送達された電流を測定すること、そして周知のアルゴリズムを用いて組織インピーダンスを算出することにより容易に決定され得る。マイクロ波周波数における組織インピーダンスの正確な測定を得ることは、回路がマイクロ波周波数で異なって挙動するのでより困難である。例えば、ＲＦシステムにおける電極とは異なり、マイクロ波システムにおけるアンテナは、電流を組織に伝導しない。さらに、マイクロ波システム中のその他の構成要素は、アンテナのようにエネルギーを伝送または放射し得るか、または構成要素は、エネルギーを発生器に反射して戻す。従って、マイクロ波発生器によって生成されたエネルギーの何％が組織に実際に送達されるのかを決定することは困難であり、そして組織インピーダンスのための従来のアルゴリズムは不正確である。
従って、代表的には、インピーダンスを測定するその他の方法が、マイクロ波システムで用いられる。１つの周知の方法は、順方向電力および反射電力の測定を用いる間接法である。これは、一般に受容された方法ではあるが、この方法はまた、不正確であることが証明され得る。なぜなら、この方法は、構成要素損失を説明できず、そしてインピーダンスを算出するために、例えば、方向性結合器からの順方向および反射電力のような間接測定に依存するからである。さらに、この方法は、アンテナインピーダンスを決定するために重要な構成要素である位相に関連する情報を提供しない。
マイクロ波エネルギー送達システムにおいてインピーダンスを測定する１つの代替方法は、広帯域散乱パラメーターを決定することによる。高電力切除サイクル全体で周期的にアンテナ広域帯散乱パラメーターを捕捉することは、正確な較正を必要とする設備の使用を必要にする。不幸なことに、この設備は、高電圧信号によって損傷する傾向があり、そしてマイクロ波エネルギー送達システムは、代表的には、このような設備を収容および保護するために再構成される必要がある。
本開示は、広域帯散乱パラメーターを測定するためシステムを含む直接法および間接法によってマイクロ波エネルギー送達システムにおけるインピーダンスを測定するシステムを含むマイクロ波調査ツール（ＭＲＴ）を記載する。
（要旨）
本開示は、マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸するためのシステム、装置および方法に関する。１つの実施形態では、定在波を散逸するためのシステムは、周期的マイクロ波信号として送達エネルギーを断続的に送達する形態のマイクロ波エネルギー供給源、この周期的マイクロ波信号を伝送する形態のエネルギー送達ネットワークおよび上記マイクロ波エネルギー源と上記エネルギー送達ネットワークとの間に接続される回路を含む。上記回路は、上記周期的マイクロ波信号が存在するとき、上記周期的マイクロ波信号を上記マイクロ波エネルギー源から上記エネルギー送達ネットワークを通過させ、そして上記周期的マイクロ波信号から不在のとき定在波を散逸する形態である。
さらなる実施形態では、上記回路は、第１の抵抗負荷、および上記マイクロ波エネルギー供給源から上記エネルギー送達ネットワークに上記周期的マイクロ波信号を向ける形態のサーキュレーターを含む。このサーキュレーターはまた、上記エネルギー送達ネットワークから上記第１の抵抗負荷にエネルギーを向けるような形態であり、上記第１の抵抗負荷は、上記サーキュレーターと接地電位との間に接続される。上記第１の抵抗負荷は、上記周期的マイクロ波信号が高エネルギー状態にあるとき上記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、そして上記周期的マイクロ波信号が低エネルギー状態であるとき残存エネルギーを散逸する。
なお別の実施形態では、定在波を散逸するためのシステムはまた、マイクロ波エネルギー送達デバイス、ネットワーク分析器、上記転送スイッチおよび接地電位との間に接続された第２の抵抗負荷、および上記サーキュレーター、上記マイクロ波エネルギー送達デバイス、上記第２の抵抗負荷および上記ネットワーク分析器との間に接続された転送スイットを含む。上記転送スイッチは、第１の状態において、上記ネットワーク分析器を上記マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして上記サーキュレーターを上記第２の抵抗負荷に接続する。上記転送スイッチは、第２の状態において、上記サーキュレーターを上記マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして上記ネットワーク分析器を上記第２の抵抗負荷に接続する。上記転送スイッチは、上記ネットワーク分析器を上記マイクロ波エネルギー供給源から電気的に絶縁する。さらなる実施形態では、上記マイクロ波エネルギー送達デバイスは、医療用デバイスである。
上記第１の転送スイッチは、第１の状態で、試験信号を上記ネットワーク分析器から上記マイクロ波エネルギー送達デバイスまで通過させる。第２の状態では、上記第１の転送スイッチは、マイクロ波エネルギー信号を上記マイクロ波エネルギー供給源から上記マイクロ波エネルギー送達デバイスに通過させる。
本開示のなお別の実施形態では、マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸するための装置は、周期的マイクロ波信号をマイクロ波エネルギー供給源からエネルギー送達ネットワークに向けるような形態であり、そして上記エネルギー送達ネットワークからのエネルギーを第１の抵抗負荷に向ける形態であり、ここで、上記第１の抵抗負荷が上記サーキュレーターと接地電位との間に接続され、上記第１の抵抗負荷は上記第１の抵抗負荷を通って残存エネルギーを散逸または分路する形態である。上記第１の抵抗負荷は、上記周期的マイクロ波信号が存在するとき上記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、そして上記周期的マイクロ波信号が不在のとき上記システム中の残存エネルギーを散逸する。
マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸する方法がまた、開示され、そして連続的マイクロ波信号を生成する形態のマイクロ波エネルギー供給源を提供する工程；エネルギー送達ネットワークと接地電位に接続された負荷抵抗器とに上記連続的マイクロ波エネルギー信号を時間比例させる工程であって、上記エネルギー送達ネットワークが上記連続的マイクロ波エネルギー信号の一部分を断続的に伝送する形態である工程；上記エネルギー送達ネットワークが上記マイクロ波エネルギー信号を受容しているとき、反射エネルギーを散逸する工程；および上記エネルギー送達ネットワークが上記マイクロ波エネルギー信号を受容していないとき定在波を散逸する工程を包含する。
例えば、本発明は以下を提供する。
（項目１）
定在波を散逸するためのシステムであって、
周期的マイクロ波信号としてマイクロ波エネルギーを断続的に送達する形態のマイクロ波エネルギー供給源と、
該周期的マイクロ波信号を伝送する形態のエネルギー送達ネットワークと、
該マイクロ波エネルギー供給源と該エネルギー送達ネットワークとの間に接続される回路と
を備え、該回路は、該周期的マイクロ波信号が存在するとき、該周期的マイクロ波信号を該マイクロ波エネルギー供給源から該エネルギー送達ネットワークにわたし、該周期的マイクロ波信号が不在のとき定在波を散逸する形態である、システム。
（項目２）
上記回路は、
第１の抵抗負荷と、
上記マイクロ波エネルギー供給源から上記エネルギー送達ネットワークに上記周期的マイクロ波信号を向ける形態であり、さらに、該エネルギー送達ネットワークから該第１の抵抗負荷にエネルギーを向ける形態であるサーキュレーターであって、該第１の抵抗負荷は、該サーキュレーターと接地電位との間に接続される、サーキュレーターと
をさらに備えている、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目３）
上記第１の抵抗負荷は、上記周期的マイクロ波信号が高エネルギー状態にあるとき、上記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、該周期的マイクロ波信号が低エネルギー状態であるとき残存エネルギーを散逸する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目４）
上記エネルギー送達ネットワークは、
マイクロ波エネルギー送達デバイスと、
ネットワーク分析器と、
第２の抵抗負荷と、
上記サーキュレーター、該マイクロ波エネルギー送達デバイス、該第２の抵抗負荷および該ネットワーク分析器の間に接続された転送スイッチであって、該第２の抵抗負荷は該転送スイッチと接地電位との間に接続される、転送スイッチと
をさらに含み、該転送スイッチは、第１の状態において、該ネットワーク分析器を該マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして該サーキュレーターを該第２の抵抗負荷に接続し、該転送スイッチは、第２の状態において、該サーキュレーターを該マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして該ネットワーク分析器を該第２の抵抗負荷に接続する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目５）
上記転送スイッチは、上記ネットワーク分析器を上記マイクロ波エネルギー供給源から電気的に絶縁する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目６）
上記マイクロ波エネルギー送達デバイスは、医療用デバイスである、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目７）
上記第１の転送スイッチは、第１の状態で、試験信号を上記ネットワーク分析器から上記マイクロ波エネルギー送達デバイスにわたし、第２の状態で、マイクロ波エネルギー信号を上記マイクロ波エネルギー供給源から該マイクロ波エネルギー送達デバイスにわたす、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目８）
マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸するための装置であって、周期的マイクロ波信号をマイクロ波エネルギー供給源からエネルギー送達ネットワークに向けるような形態であり、そして該エネルギー送達ネットワークからのエネルギーを第１の抵抗負荷に向ける形態のサーキュレーターであって、該第１の抵抗負荷は該サーキュレーターと接地電位との間に接続され、該第１の抵抗負荷は、さらに、該第１の抵抗負荷を通って残存エネルギーを分路する形態である、サーキュレーター
を備えている、装置。
（項目９）
上記第１の抵抗負荷は、上記周期的マイクロ波信号が存在するとき上記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、該周期的マイクロ波信号が不在のとき上記システム中の残存エネルギーを散逸する、上記項目のいずれかに記載の装置。
（項目１０）
マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸する方法であって、該方法は、
連続的なマイクロ波エネルギー信号を生成する形態のマイクロ波エネルギー供給源を提供する工程と、
エネルギー送達ネットワークと、接地電位に接続された負荷抵抗器とに該連続的なマイクロ波エネルギー信号を時間割り当てする工程であって、該エネルギー送達ネットワークは、該連続的なマイクロ波エネルギー信号の一部分を断続的に伝送する形態である、工程と、
該エネルギー送達ネットワークが該マイクロ波エネルギー信号を受容しているとき、反射エネルギーを散逸する工程と、
該エネルギー送達ネットワークが該マイクロ波エネルギー信号を受容していないとき、定在波を散逸する工程と
を包含する、方法。
図１は、本開示の実施形態による、エネルギー送達モードにあるマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムの機能的ブロック図である。 図２は、図１のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムの状態機械の機能的ブロック図である。 図３は、精密ネットワーク分析器を含む、マイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムのためのスイッチ制御状態機械である。 図４は、受動および能動的測定を含む精密ネットワーク分析器の機能的ブロック図である。 図５は、インピーダンスチューナーを含む、マイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムの機能的ブロック図である。 図６は、精密ネットワーク分析器、ＣＰＵおよびチューナーを含む、マイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムのためのスイッチ制御状態機械である。 図７は、本開示の別の実施形態による、マイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムの機能的ブロック図である。 図８Ａは、本開示のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムを較正することにおける使用のための切除デバイスの概略表示である。 図８Ｂは、マイクロ波エネルギー送達デバイスを較正するための切除デバイスおよびスイッチング機構の断面概略表示である。 図８Ｃは、図８Ｂのスイッチング機構の電気的概略である。 図９Ａは、本開示のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムを較正することにおける使用のための独立型の較正デバイスの概略表示である。 図９Ｂは、本開示のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムを較正することにおける使用のためのインターフェース較正デバイスの概略表示である。
（詳細な説明）
本開示の詳細な実施形態が本明細書中に記載される；しかし、これら開示される実施形態は単なる例示であり、そして種々の形態で具現化され得ることが理解されるべきである。従って、本明細書中に開示される特定の構造および機能的詳細は、制限的であると解釈されるべきではなく、単なる、請求項のための基礎として、そして当業者に本開示を実質的に任意の適切な詳細構造に種々に採用することを教示するための代表的な基礎としてである。
図１を参照して、本開示の実施形態を採用して、医療手順または医療手順試験を実施することにおける使用のための測定および制御システムを含むマイクロ波調査ツール（ＭＲＴ）は、ほぼ１００で指定される。ＭＲＴ１００は、代表的には、医療手順においてマイクロ波エネルギーを送達するために用いられるマイクロ波発生器のすべての機能性を提供し得るが、本明細書に記載される改良された機能性を備えている。図１に示されるような個々の構成要素を含むＭＲＴ１００、または個々の構成要素の機能性は、１つ以上の構成要素に組み合わされ得るか、または含められ得る。構成要素は、適切なケーブルおよび／またはコネクターで相互接続される。
ＭＲＴ１００は、マイクロ波エネルギー送達システム、測定システムおよび監視制御システムを含む。各システムが個々に記載されるが、各システムは、本明細書で以下に論議されるように共通の構成要素を共有し得る。
このマイクロ波エネルギー送達システムは、増幅器１１０に高周波数マイクロ波信号を発生および供給し得る信号発生器１０５を含む。信号発生器１０５は単一周波数発生器であり得るか、または種々の周波数能力を含み得る。信号発生器１０５はまた２つ以上の周波数を含む信号を提供し得、ここで、試験下のデバイス１１５（ＤＵＴ）は２つ以上の周波数で共鳴する。監視制御システムは、例えば、信号送達タイミング、出力の周波数（または複数の周波数）および信号の位相のような、信号発生器１０５の種々の局面を制御資得る。
増幅器１１０は、信号発生器１０５からの信号を受容し、そして所望のエネルギーレベルまで増幅する。増幅器１１０は、単一または複数ステージ増幅器１１０であり得、そして、例えば、低、高または帯域通過回路のような、１つ以上の信号処理回路またはフィルター（図示はされていない）を含み得る。増幅器１１０の利得（Ｇａｉｎ）は、固定され得るか、または、例えば、監視制御システム中の制御アルゴリズム、中央処理ユニット１２０または手動調整（図示はされず）によるような適切なコントローラーによって制御され得る。
増幅器１１０は、連続的で増幅されたマイクロ波信号をホットスイッチリレー１２５に供給する、ホットスイッチリレー１２５は、監視制御システムまたはＣＰＵ１２０によって制御され、そして増幅されたマイクロ波信号を増幅器バーンオフ（ｂｕｒｎ−ｏｆｆ）負荷抵抗器１３０およびサーキュレーター１３５の１つにスイッチする。位置Ａにあるホットスイッチリレー１２５は、エネルギーをサーシュレーター１３５を通ってＤＵＴ１１５に送達する。位置Ｂにあるホットスイッチリレー１２５は、エネルギーをＤＵＴ１１５から離れ、そして増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０中に送達する。
ホットスイッチリレー１２５は、高電力マイクロ波エネルギー信号をスイッチし得る任意の適切なソリッドステート高電力スイッチであり得る。ホットスイッチリレー１２５は、信号発生器１０５および増幅器１１０からの高電力マイクロ波信号を受容し、そしてこの信号を、増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０またはサーキュレーター１３５間に、信号発生器１０５または増幅器１１０の電力を落とすことなく通過させる。１つの適切なデバイスは、ＪＦＷ ５０Ｓ−１５５２−Ｎであり、これは、２つのＤＣ供給ラインによって電力を与えられ、そして監視制御システムまたはＣＰＵ１２０から単一のＴＴＬ信号ラインで制御され得る１５０ワット、９１５ＭＨｚの双極単投ソリッドステートスイッチである。使用において、このＪＦＷ ５０Ｓ−１５５２−Ｎは、ＭＲＴ１００が、信号発生器１０５または増幅器１１０の電力を低下する必要をなくすことにより、増幅器過渡（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）を生成することなく、ほぼ即時の電力を提供することを可能にする（すなわち、非常に迅速なオン／オフ能力でほぼ連続的な電力を提供し得る）。
時には、このＭＲＴは、マイクロ波エネルギー信号デバイスと測定デバイスとの間で電気的絶縁の２つの供給源を提供し得る。例えば、電気的絶縁の第１の供給源は、位置Ａの出力と位置Ｂの出力との間のホットスイッチリレー１２５中の電気的絶縁によって提供され得る。この電気的絶縁は、高電力マイクロ波エネルギー信号からのエネルギーの受容不能な量が位置Ａ出力に、そしてそれに接続される測定システムに通されることを防ぐ。例えば、９１５ＭＨｚで、この（上記で論議された）ＪＦＷ ５０Ｓ−１５５２−Ｎスイッチは、出力間で約４５ｄＢの電気的絶縁を提供する。電気的絶縁の第２の供給源は、本明細書で以下に論議される、転送（ｔｒａｎｓｆｅｒ）スイッチ１４０およびこの転送スイッチのポート４とポート２との間の電気的絶縁によって提供される。
信号発生器１０５および増幅器１１０の連続的作動は、マイクロ波エネルギー送達システム中への増幅器１１０過渡の導入を防ぐ。連続的作動を維持するために、ホットスイッチリレー１２５上の位置ＡとＢとの間のスイッチング時間は、信号発生器１０５および増幅器１１０の連続的作動を可能にするに十分に迅速であるべきである。例えば、９１５ＭＨｚで上記ＪＦＷ ５０Ｓ−１５５２−Ｎスイッチは、位置ＡとＢとの間を約３６０ｎｓで、そして位置ＢとＡとの間を約３７０ｎｓでスイッチする。
増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０は、マイクロ波エネルギーを散逸し得る任意の適切な同軸ターミネーターであり得、その一方、信号発生器１０５の帯域幅に亘って、最小量のＶＳＷＲ、または反射エネルギーを生成する。１つのこのようなデバイスは、Ａｅｒｏｆｌｅｘ／Ｗｅｉｎｓｃｈｅｌによって販売される１４３３−３ ５０−オーム２５０−ワット同軸ターミネーターであり、そしてＤＣ〜５ＧＨｚの帯域幅に亘る作動にために意図される。１４３３−３の全帯域幅に亘り、ＶＳＷＲは１．１未満である。
サーキュレーター１３５は、ホットスイッチリレー１２５と転送スイッチ１４０との間で定在波をなくす能動的３ポートデバイスである。サーキュレーター１３５は、ポートＡで受容された信号をポートＢへ、ポートＡで受容された信号をポートＣへ、そしてポートＣで受容された信号をポートＡへ通す。ホットスイッチリレー１２５が位置Ａにあるとき、マイクロ波信号は、サーキュレーター１３５のポートＡからポートＢに接続された転送スイッチ１４０に通される。ポートＢに受容された転送スイッチ１４０またはＤＵＴ１１５からの反射エネルギーは、ポートＣまで通され、そして反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２を通って散逸される。反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２は、本明細書で上記に論議された増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０と機能が類似している。
ホットスイッチリレー１２５および転送スイッチ１４０は、位置Ａから位置Ｂにスイッチするとき、サーキュレーター１３５へのオープン回路のようである。スイッチングが生じる間またはその後、サーキュレーター１３５は、残存電力を反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２中に向けることにより、システム中に残る任意の残存電力のシステムをクリアする。
さらに、ホットスイッチリレー１２５が、位置Ａから位置Ｂにスイッチするとき、二方向性結合器１４５おびＤＵＴ１１５からのエネルギーは、転送スイッチ１４０を通り、サーキュレーター１３５に向けられ、そして反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２によって散逸される。ホットスイッチリレー１２５および転送スイッチ１４０の両方を位置Ｂにして、ＭＲＴ１００はＤＵＴ１１５に接続し、そしてその能動的測定を実施する。ホットスイッチリレー１２５と、転送スイッチ１４０と、ＤＵＴ１１５の能動的試験との間の相互作用は、本明細書で以下にさらに記載される。
転送スイッチ１４０は、測定システムとマイクロ波エネルギー送達システムとの間の十分な電気的絶縁を提供する。位置Ａでは、高電力マイクロ波エネルギー信号はポート４上で受容され、ポート３に、そして方向性結合器１４５に通される。転送スイッチ１４０のポート２に接続された精密ネットワーク分析器１５０は、ポート１上の転送スイッチ負荷抵抗器１５５に接続する。位置Ｂでは、ポート４上に受容されたエネルギーは、ポート１に通され、そして転送スイッチ負荷抵抗器１５５によって散逸され、そしてポート２上の精密ネットワーク分析器１５０は、ポート３を通り、方向性結合器１４５およびＤＵＴ１１５に接続される。転送スイッチ１４０は、この転送スイッチ１４０の位置にかかわらず、ポート４と２との間の電気的絶縁（そして高電力マイクロ波エネルギーと精密ネットワーク分析器１５０との間の電気的絶縁）を維持する。
作動において、マイクロ波エネルギーは、増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０に、転送スイッチ１４０が位置Ａから位置Ｂにスイッチする前にホットスイッチリレー１２５によってスイッチされる。従って、この転送スイッチ１４０は、「ホットスイッチ」として作動しない。なぜなら、スイッチングが起こるとき、信号発生器１０５または増幅器１１０からの負荷の下ではないからである。
転送スイッチ１４０として用いられ得る１つの適切なデバイスは、Ｄｕｃｏｍｍｕｎ ｏｆ Ｃａｒｓｏｎ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって販売されるＴＮＨ１Ｄ３１同軸転送スイッチである。このＴＮＨ１Ｄ３１は、９１５ＭＨｚですべての状態について１．０５未満のＶＳＷＲ、０．１ｄＢより良好な挿入損失および８０ｄＢ未満の電気的絶縁を示す。ホットスイッチリレー１２５は、転送スイッチ１４０が過渡する前に高エネルギーマイクロ波信号をスイッチオフし、それ故、転送スイッチ１４０の過渡回数は重要ではない。ＴＮＨ１Ｄ３１についての高〜低過渡時間は約７５ｍｓであり、そして低〜高過渡時間は約２５ｍｓである。
方向性結合器１４５は、当該技術分野で公知の従来の大部分の方向性結合器のように作動する形態であり得る。図１に示されるように、方向性結合器１４５は、ポート１上で受容された高電力マイクロ波エネルギー信号をポート２に最小の挿入損失で通過させる。ＤＵＴ１１５から戻って反射され、そして方向性結合器１４５のポート２上に受容されるエネルギーは、転送スイッチ１４０を通り、サーキュレーター１３５のポートＢに通される。サーキュレーター１３５のポートＢ上の転送スイッチ１４０から受容されるエネルギーは、サーキュレーター１３５のポートＣに通され、そして反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２によって散逸される。
方向性結合器１４５は、ポート１およびポート２上で受容された信号の各々の小部分をサンプリングし、そしてこれら信号の小部分をポート３および４にそれぞれ通過させる。ポート３および４上の信号は、それぞれ、順方向および逆方向電力に比例する。測定システムは、信号サンプルを測定し、そして監視制御システムにこれらの測定値を提供する。
方向性結合器１４５は、ポート１およびポート２上で受容された信号の各々の小部分をサンプリングし、そしてこれら信号の小部分をポート３および４にそれぞれ通過させる。ポート３および４上の信号は、それぞれ、順方向および逆方向電力に比例する。測定システムは信号サンプルを測定し、そしてＣＰＵ１２０にこれらの測定値を提供する。方向性結合器１４５からの順方向および逆電力測定値は受動的に測定され、そしてこれらのサンプルは、連続的に、または周期的なサンプル頻度でとられ得る。広帯域散乱パラメーター測定とは異なり、方向性結合器１４５の測定値は、送達されたエネルギーの間接的測定値である。従って、この方向性結合器１４５からの測定値は、信号発生器１００から切除デバイス１１５に供給されるマイクロ波エネルギーの帯域幅に限られる（すなわち、フィードバックは、高電力マイクロ波エネルギー信号の周波数に固定される）。単一周波数の測定値、または狭帯域測定は、単一周波数における振幅および位相を較正するために用いられ得る。アンテナ供給点への戻り損失、および「オープン」または「ショート」についての位相を較正および／または補償することにより、本発明者らは、アンテナ挙動の特徴的表示を得ることができる（すなわち、アンテナ挙動のＳｍｉｔｈ Ｃｈａｒｔ表示）。
１つの適切な方向性結合器１４５は、Ｗｅｒｌａｔｏｎｅ ｏｆ Ｂｒｅｗｓｔｅｒ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋによって販売される方向性結合器である。この方向性結合器１４５は、３０ｄＢ指向性および０．１ｄＢ未満の８００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの挿入損失をもつ４０ｄＢの二方向性結合器である。
ＤＵＴ１１５は、方向性結合器１４５のポート２に接続するマイクロ波切除デバイスを含み、そしてマイクロ波を組織に送達し得る任意の適切なマイクロ波デバイスであり得る。ＤＵＴ１１５はまた、このマイクロ波切除デバイスが挿入または展開される組織または周囲媒体を含み得る。
監視制御システムは、１つ以上の入力を受容する形態の、命令を実行そして／またはアルゴリズムを実施し得る中央プロセッサーユニット１２０（ＣＰＵ）を含み、そしてＭＲＴ１００中の１つ以上のデバイスを制御する形態であり得る。入力は、例えば、それぞれが方向性結合器１４５のポート３およびポート４である、順方向および逆方向のカップリングポートからの信号のようなアナログ入力を含み得る。入力はまた、例えば、１つ以上のデバイス（すなわち、精密ネットワーク分析器１５０）との通信のようなデジタル入力を含み得る。
ＣＰＵ１２０は、ＭＲＴ１００の１つ以上の構成要素を制御し得る。信号発生器１０５は、ＣＰＵ１２０からのイネーブル／ディセーブル制御信号および参照信号の少なくとも１つを受容し得る。イネーブル／ディセーブル制御信号は、ＭＲＴシステムがマイクロ波エネルギー信号を受容する状態にあることを示す（すなわち、ホットスイッチリレー１２５および／または転送スイッチ１４０は、マイクロ波エネルギー信号を受容するための適切な位置にある）。参照信号は、所望のマイクロ波周波数および利得設定を含む。ＣＰＵ１２０はまた、精密ネットワーク分析器１５０に制御信号を提供し得る。
測定システムの機能性は、ＣＰＵ１２０および精密ネットワーク分析器１５０中で実施され得る。図１に示されるように、ＣＰＵ１２０は、電力測定値の受動的入力を受容し（すなわち、方向性結合器１４５からの順方向および反射電力信号）、そして精密ネットワーク分析器１５０は、ＤＵＴ１１５の能動的測定を実施する。
測定システムは、例えば、温度センサー、冷却流体温度または流れセンサー、移動センサー、電力センサー、または電磁場センサーのようなその他の入力を含み得る。例えば、ＤＵＴ周囲の組織温度を測定する形態の温度センサーのアレイ（図示はされていない）が、ＣＰＵ１２０または精密ネットワーク分析器１５０に接続され得る。組織温度は、切除サイズの推定を生成するため、またはアラームまたは故障状態を生成するために用いられ得る。冷却流体温度または流れセンサーは、冷却されたＤＵＴ１１５の適正な作動を示すために用いられ得る。
別の実施形態では、ＣＰＵ１２０または精密ネットワーク分析器１５０は、監視制御システム、測定システムまたはそれらの任意の組み合わせのすべての機能性を含み得る。例えば、本明細書で以下に開示されるように、本開示の別の実施形態では、精密ネットワーク分析器１５０は、受動的入力を受容し得、能動的測定を実施し、そして次に監視システムに情報を報告する。
なお別の実施形態では、精密ネットワーク分析器１５０は、例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｓｔｉｎ、Ｔｅｘａｓによって販売される、ＰＸＩシステム（計測器のためのＰＣＩ ｅＸｔｅｎｓｉｏｎｓ）のようなモジュールシステムの一部である。ＰＸＩシステム（図示はされず）は、ＭＲＴ１００を形成する複数の機能的構成要素を収容する形態のシャーシを含み、そしてＰＣＩブリッジを横切るか、または任意のその他の適切な接続により、ＣＰＩバック平面上で接続し得る。
測定システムの精密ネットワーク分析器１５０は、転送スイッチ１４０のポート２に接続し得る。精密ネットワーク分析器１５０は、ＤＵＴの散乱パラメーター測定を実施し、そして／または伝送システムについての損失情報を決定し得る任意の適切なネットワーク分析器であり得る。あるいは、精密ネットワーク分析器１５０は、精密ネットワーク分析器１５０の機能を実施するモジュール、プログラムまたはカードを含むコンピューターまたはプログラム可能なコントローラーであり得る。
図１中の実施形態では、精密ネットワーク分析器１５０は、転送スイッチ１４０および／またはＣＰＵ１２０と作動可能に通信している独立型のデバイスまたは部材である。別の実施形態では、精密ネットワーク分析器１５０の機能性は、監視制御システムの一体部分であり得る（すなわち、ＣＰＵ１２０の機能）。
精密ネットワーク分析器１５０は、当該技術分野で公知である大部分の従来のネットワーク分析器と類似の様式で機能し得る。すなわち、精密ネットワーク分析器１５０は、例えば、伝送ライン、ＤＵＴ１１５またはＤＵＴ１１５を取り囲む媒体（すなわち、組織）のようなＭＲＴ１００のエネルギー送達システムに付随する種々の特性を決定し得る。より詳細には、精密ネットワーク分析器１５０は、反射エネルギーにおける増加に付随する少なくとも１つの特性または状態（すなわち、エネルギー伝送における減少、またはマイクロ波エネルギー送達システムの少なくとも一部分の特性インピーダンス（Ｚｏ）における変化のような全体のシステム効率における減少に相関され得る特性）を決定する。１つの適切な精密ネットワーク分析器１５０は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｇｉｌｅｎｔによって販売される４ポート精密ネットワーク分析器である。
精密ネットワーク分析器１５０は、減衰器１６０またはその他の適切な保護デバイスを通じて転送スイッチ１４０に接続し得る。別の実施形態では、減衰器１６０は、転送スイッチ１４０からの信号を適切な電力、電流および電圧レベルの１つにする。
減衰器１６０は、例えば、高電圧信号が検出されるとき、回路を開く、例えば、ヒューズタイプデバイスのような制限デバイスであり得る。制限デバイスは、この制限デバイスが高電圧信号と当たるまで精密ネットワーク分析器１５０にトランスペアレントであり得る。１つのこのようなデバイスは、過剰の電力、ＤＣ過渡および静電放電からの１０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚ広域帯精密ネットワーク分析器入力保護を提供する、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｇｉｌｅｎｔによって販売される電力リミッターである。減衰器１６０は、１００ピコ秒未満のターンオン時間でＲＦおよびマイクロ波電力を２５ｄＢｍに、そしてＤＣ電圧を２５℃で３０ボルトに、８５℃で１６ボルトに制限する。
制限デバイスは、ヒューズおよび回路ブレーカータイプデバイスの１つとして機能し得る。ヒューズデバイスは、破壊後除去するか、置換される必要があり得るが、その一方、回路−ブレーカータイプデバイスは、破壊後、回路ブレーカーを再初期化するリセットを含み得る。リセットは手動リセットであり得るか、またはＭＲＴ１００は、監視制御システムなどによって開始および／または実施されるリセットを含み得る。
エネルギー送達モードでは、図１に示されるように、ＭＲＴ１００は、ＤＵＴ１１５にエネルギーを送達する形態である。信号発生器１０５および増幅器１１０からのマイクロ波エネルギー信号は、位置Ａにあるホットスイッチリレー１２５、サーキュレーター１３５、位置Ａにある転送スイッチ１４０、方向性結合器１４５およびＤＵＴ１１５間を通される。測定システムは（すなわち、ＣＰＵ１２０）は、二方向性結合器１４５のポート３および４で順方向および反射エネルギーを受動的に測定する。精密ネットワーク分析器１５０は、転送スイッチ１４０により高エネルギーマイクロ波エネルギー信号から電気的に絶縁される。
本開示の別の実施形態では、転送スイッチ１４０のポート間の電気的絶縁は、ポート３および４における信号の一部分がポート１および２に通過することを可能にし、ここで、通過する信号は、信号発生器１０５および増幅器１１０からの高エネルギーマイクロ波信号に比例する。通過する信号のエネルギーは、転送スイッチ１４０により十分に減衰されて精密ネットワーク分析器１５０を損傷することを防ぐか、または、減衰器１５５、またはそれに代わってリミッターにより、精密ネットワーク分析器１５０は、過剰のエネルギー（すなわち、過渡および電流または電圧スパイク）から保護され得る。通過した信号は、ポート１に接続された転送スイッチ負荷抵抗器１５５を通って、一致した負荷、または参照負荷に分路され、そして散逸し、そしてポート２で精密ネットワーク分析器１５０によって測定される。
精密ネットワーク分析器１５０は、方向性結合器１４５からの順方向および反射電圧、ならびに転送スイッチ１４０からのエネルギー波形を受動的に測定する形態であり得る。マイクロ波信号の振幅および位相を含む電力パラメーターは、従来のアルゴリズムまたは当該技術分野で公知の任意の適切な方法によって、測定された信号から得られ得るか、または算出され得る。１つの実施形態では、電力および位相の順方向および反射測定値は、Ｓｍｉｔｈ Ｃｈａｒｔを用いて所定の周波数におけるインピーダンスおよびアドミタンスを決定するために用いられ得る。
別の実施形態では、ＭＲＴ１００におけるインピーダンスは以下のように算出され得る：最初、順方向電圧および反射電圧、ＶｆｗｄおよびＶｒｅｆがそれぞれ測定される。次いで、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が以下の等式を用いて算出され得る：
Figure 2010082459
 負荷インピーダンスの大きさ（ＺＬ）が、最初、以下の等式を用いてＶＳＷＲから反射係数Γを算出することにより決定され得る：
Figure 2010082459
 次いで、固有のシステムインピーダンスを基に、負荷インピーダンスＺＬは：
Figure 2010082459
 である。
位相は、順方向信号と反射信号との間の測定された位相角によって決定されなければならない。
当業者は、この位相が、較正された位相、または既知の参照位相を用い（例えば、アンテナ供給点においてショートまたはオープンでの測定）、かつＶｆｗｄおよびＶｒｅｆの測定値を用いて決定され得ることを認識し得る。ＺＬの大きさおよび位相は、次いで、本明細書で以下に論議されるようにＭＲＴへの調整を行うように設計され得る監視制御システムに通信またはリレーされ得る。
図２は、ＭＲＴシステム状態機械２００を表示した。状態Ｓ、状態Ｃおよび状態１〜４として規定される６つの状態は、図１中のＭＲＴの種々の状態を示し、そしてそれぞれ２１０〜２６０として指定される。図１のＭＲＴ１００の作動状態は、２つのスイッチ、ホットスイッチリレー１２５および転送スイッチ１４０の位置、ならびにＭＲＴ１００のその前の作動状態によって決定される。使用において、ＭＲＴ１００の作動は、これら６つの状態間を流れる。複数の状態は、同じスイッチ配向で終わるが、特有の制御シークエンスを示すために異なる状態で示される。切除サイクルの間の各状態の有用性は本明細書で以下に記載される。
状態Ｓ２１０は、ＭＲＴのスタンドバイ状態２１０である。電力が取り除かれるとき、両方のスイッチ１２５、１４０はこの状態に初期設定され、それ故、この状態はまた、フェールセーフ位置である（すなわち、電力が取り除かれるか、または電力不足のときこの初期設定状態は、エネルギーを患者または医療作業者から離して向ける）。従って、システムは、電力不足、不良検出の場合、またはシステムが使用されていないとき、安全作動を提供する。フェールセーフスタンドバイ状態２１０はまた、スタートアップに際し、過渡電力スパイクまたはその他の増幅器１１０から打ち寄せる可能な危険な電力が、増幅器バーンオフ一致負荷抵抗器１３０中に向けられ、それによって、ホットスイッチリレー１２５から下流の設備を保護する。
状態Ｃ ２２０は、ＭＲＴの較正状態２２０である。較正状態２２０の間に、ホットスイッチリレー１２５は、マイクロ波電力を信号発生器１０５および増幅器１１０から増幅器バーンオフ負荷抵抗器１３０に向け、そして転送スイッチ１４０は、精密ネットワーク分析器１５０をＤＵＴ１１５に接続する。この状態の間に１つ以上の較正が実施される。１つの最初の較正では、精密ネットワーク分析器１５０は、広帯域散乱パラメーター測定のために、減衰器１６０、転送スイッチ１４０および方向性結合器１４５を通じ、ＤＵＴ１１５参照平面に対して較正され得る。第２の較正は、方向性結合器１４５出力ポートとＤＵＴ１１５参照平面との間のライン減衰の測定を含む。ライン減衰を決定することは、ＤＵＴを、正確な参照経路長さで、「オープン」または「ショート」で置換することにより得られ得る第２の較正値を必要とし得る。あるいは、第２の較正値は、空気中でアンテナを作動すること、そしてこの値を空気中で作動するアンテナの既知の値と比較することにより得られ得る。このアンテナ値は、方向性結合器１４５での電力測定値をＤＵＴ１１５に送達された電力に較正するために用いられる。初期広帯域散乱パラメーター測定は、較正状態２２０の間になされ得、加熱されない組織内のＤＵＴ１１５インピーダンスを捕捉する。
状態１ １３０は、較正後または状態４ ２６０後に始まる。状態１ １３０の間に、転送スイッチ１４０は起動され、これは、ＤＵＴ１１５負荷をサーキュレーター１４０のポート２に、そして精密ネットワーク分析器１５０をターミナルスイッチ負荷抵抗器１５５に接続する。状態１ ２３０では、システム中の高電力信号のみが信号発生器１０５、増幅器１１０、位置Ｂにあるスイッチリレー１２５および増幅器バーンオフ抵抗器１３０間を流れている。状態１ ２３０は、転送スイッチ１４０が位置Ｂから位置Ａに過渡したことを確実にする遅れを含み得る。状態１ ２３０における不良状態は、システムを状態Ｓ ２１０、スタンドバイ状態２１０に戻す。
状態２ ２４０は、転送スイッチ１４０が、状態１ ２３０中の転送スイッチ１４０のスイッチングサイクルが終えた後に始まる。ＣＰＵ１２０からホットスイッチリレー１２５に送達された高制御信号は、電力を、信号発生器１０５および増幅器１１０から、サーキュレーター１３５、転送スイッチ１４０、方向性結合器１４５を通り、そしてＤＵＴ１１５中に向ける。状態２ ２４０は、その間に切除が生成される期間であり、そしてシステム時間のほぼ大部分を代表する。状態２ ２４０における不良状態は、システムを状態Ｓ、スタンドバイ状態２１０に戻る。
状態３ ２５０は、精密ネットワーク分析器１５０散乱パラメーター測定の準備のためにＤＵＴ１１５への電力送達の期間を終了する。低信号が、電力を信号発生器１０５および増幅器１１０から増幅器バーンオフ抵抗器１３０中に向けるホットスイッチリレー１２５に提示される。クリアライン待ち時間の期間が状態３の終わりに付加され、システムが高電力信号の回路をクリアすることを可能にする。状態３における不良状態は、システムを状態Ｓ、スタンドバイ状態２１０に戻る。
状態４ ２６０は、状態３ ２５０の終わりでクリアライン待ち時間が終了した後に開始する。状態４ ２６０は、転送スイッチ１４０を起動することにより開始される。転送スイッチ１４０の起動は、システムを較正形態に復帰させ、精密ネットワーク分析器１５０がＤＵＴ１１５の広帯域散乱パラメーター測定を実施することを可能にする。システム中に存在する高電力信号のみが、信号発生器１０５、増幅器１１０、ホットスイッチリレー１２５および増幅器バーンオフ抵抗器１３０間を流れる。精密ネットワーク分析器１５０が測定サイクルを終了した後、システムは状態４ ２６０を去り、状態１ ２３０に再び入り、そしてＭＲＴ１００は、切除サイクルが終了しないか、または不良が生じなければ（これらの場合には、システムは、状態Ｓ ２１０、スタンドバイ状態２１０に入る）、上記サイクルを繰り返す。
ＭＲＴシステム状態機械２００は、本質的に、例えば、精密ネットワーク分析器１５０のような高感度マイクロ波設備を損なう可能性から、高電力信号のリスクをなくする。さらなるスイッチングおよびクリアライン時間がシステムに付加され得、システムアーキテクチャーのこの安全局面を確実にし得る。
図３は、本開示のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムのためのスイッチ制御状態機械３００である。図１を参照して、ホットスイッチリレー１２５の位置は図３の上のタイミング図に示され、そして転送スイッチ１４０の位置は下のタイミング図に示される。測定期間３１０は、エネルギー送達期間３２０、クリアライン期間３３０、第１の転送過渡期間３４０、精密ネットワーク分析器掃引期間３５０および第２の転送過渡期間３６０を含む。エネルギー送達期間３２０は、エネルギーがＤＵＴ１１５に送達され、そして新たな測定期間３１０の開始を初期化する期間である。エネルギー送達期間３２０に続くクリアライン期間３３０は、システム中の定在波および過渡がサーキュレーター１３５および負荷１４２またはＤＵＴ１１５を通って散逸することが可能にされる遅れを提供する。第１の転送過渡期間３４０は、転送スイッチ１４０の位置が位置Ａから位置Ｂに転送することを可能にする遅れを提供する。精密ネットワーク分析器掃引時間３５０は、精密ネットワーク分析器１５０が広帯域散乱パラメーター測定を実施する時間を提供する。第２の転送過渡期間３６０は、転送スイッチ１４０が位置Ｂから位置Ａまで転送することを可能にする遅れを提供する。
図３のスイッチ制御状態機械３００におけるタイミング図の時間間隔は、必ずしもスケール通りである必要はない。例えば、システムが連続的波形を提供する場合、マイクロ波エネルギーがＤＵＴ１１５に送達されるエネルギー送達期間３２０、または「オンタイム」は、測定期間３１０の大部分である。測定期間３１０の残りの部分、または「オフタイム」は、クリアライン期間３３０、第１の転送過渡期間３４０、精密ネットワーク分析器掃引期間３５０および第２の転送過渡期間３６０の間で分割される。クリアライン期間３３０ならびに第１および第２の転送過渡期間３４０、３６０は、持続時間が固定され得、そしてＭＲＴシステム１００で用いられる特定のハードウェアに基づく。精密ネットワーク分析器掃引時間３５０は、１つ以上のサンプリングパラメーターに基づく。サンプリングパラメーターは、掃引帯域幅、掃引帯域幅内のステップの数、各ステップでとられたサンプルの数およびサンプリング速度を含む。
クリアライン期間３３０は、ホットスイッチリレー１２５が位置Ａから位置Ｂにスイッチした後、システム中のすべての過渡が散逸することを可能にするために持続時間が十分でなければならない。例えば、定在波または反射エネルギーのような過渡は、最終的に、反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器１４２によって最終的に散逸されるか、またはショート分路されるか、システム１００中に散逸されるか、またはＤＵＴ１１５によって消費されるか、構成要素間で「跳ね返される」。例えば、ホットスイッチリレー１２５は、約３６０ｎｓほどの短い時間で位置Ａから位置Ｂまでスイッチし得、それによって、エネルギーを、サーキュレーター１３５とＤＵＴ１１５との間でＭＲＴ１１０中に残し得る。このエネルギーは、エネルギーが散逸しない場合、精密ネットワーク分析器１５０を損傷するように十分に高い可能性がある。
スイッチングが起こった後、エネルギーは、所定時間システム中に残る。この所定時間は、アンテナとホットスイッチリレー１２５との間のケーブル長さ、または経路距離に関連する。約２の誘電値（ε）の伝送ラインを有する従来のケーブルを用いる代表的なシステムについて、信号速度は各方向について約１．５ｎｓ／ｆｔである。例えば、ＤＵＴと上記スイッチとの間が約１０フィートの回路およびケーブル長さは、ホットスイッチリレー１２５から離れて進む信号は、サイクルを一度、すなわちホットスイッチリレー１２５、ＤＵＴ１１５間を２０フィート進み、そしてホットスイッチリレー１２５に約３０ｎｓで戻る。定在波を散逸することなく、信号は、ホットスイッチリレー１２５とＤＵＴ１１５との間を５サイクルもの間、または約１５０ｎｓ、システム中で響き渡るか、または残り得る。サーキュレーターは、定在波を、ＤＵＴとホットスイッチリレー１２５との間で１または２サイクルほどで受容可能に低レベルまで散逸し得る。転送スイッチ１４０は、このエネルギーが受容可能に低エネルギーレベルまで散逸するまで位置Ａに残る。
本開示の別の実施形態では、クリアライン期間３３０は可変であり、そして精密ネットワーク分析器１５０またはＣＰＵ１２０によって実施される測定によって決定される。例えば、方向性結合器１４５の順方向カップリングポート（ポート３）または逆カップリングポート（ポート４）からの測定は、エネルギーがシステム中に残っているか否かを決定するために用いられ得る。ハードウェア設計、または低マイクロ波エネルギーレベルで、ホットスイッチリレー１２５が位置Ａから位置Ｂまで転送した後、ＭＲＴ１００に残る過渡エネルギーの量は最小であり得、そしてクリアライン期間３３０がゼロに等しいか、またはゼロにほぼ等しいようにし得る。
第１の転送過渡期間３４０は、精密ネットワーク分析掃引を開始する前の遅れを提供する。第１の転送過渡期間３４０は、転送スイッチ１４０が、精密ネットワーク分析器１５０が広帯域散乱パラメーター掃引を開始する前に、位置Ａから位置Ｂにスイッチすることを可能にする。
第２の転送過渡期間３６０は、引き続く測定期間（すなわち、次のエネルギー送達期間）が開始する前の遅れを提供する。第２の転送過渡期間３６０は、ホットスイッチリレー１２５が位置Ｂから位置Ａに過渡し、そしてＤＵＴ１１５へのエネルギー送達が再開するまえに、転送スイッチ１４０が位置Ｂから位置Ａにスイッチすることを可能にする。
精密ネットワーク分析器掃引３５０の間、精密ネットワーク分析器１５０は、広帯域小信号散乱パラメーター測定値を決定する。掃引アルゴリズム、および掃引アルゴリズムを実施するための時間長さは、ＣＰＵ１２０によって履行される特定の制御アルゴリズムによって決定される。受動的順方向および反射電力測定とは異なり、精密ネットワーク分析器掃引期間３５０の間にとられた測定は能動的測定であり、ここで、精密ネットワーク分析器１５０は、広帯域信号でＤＵＴ１１５を駆動し、そして信号に関連する少なくとも１つのパラメーター（すなわち、Ｓ１１、反射係数、反射損失）を測定する。ＣＰＵ１２０は、広帯域小信号散乱パラメーター測定の間にネットワーク分析器３５０によってとられた能動的測定、または方向性結合器１４５からの受動的測定の少なくとも１つを用い、フィードバックアルゴリズムで、さらなるエネルギー送達および／または引き続くＭＲＴ１００作動を制御する。
測定期間の％として、エネルギー送達時間、または「オンタイム」が調整され得る。例えば、エネルギー送達の初期持続時間は、履歴情報に基づくか、または本明細書で上記で論議された較正状態またはスタートアップ状態２２０、２１０の間に測定される少なくとも１つのパラメーターに基づき得る。「オンタイム」が引き続き、持続時間がより長くまたはより短くいずれかで調整され得る。「オンタイム」における調整は、履歴情報および／または患者データから、精密ネットワーク分析器１５０およびＣＰＵ１２０の１つにより実施される測定に基づき得る。１つの実施形態では、切除手順におけるエネルギー送達期間３２０の初期持続時間は、総測定期間３１０の約９５％であり得、残りの％、または「オフ時間」は測定のために予約される（「オンタイム」デューティサイクルは、約９５％にほぼ等しい）。切除手順が進行するとき、「オンタイム」デューティサイクルは、９５％と５％との間まで低減され得、組織黒こげを生成するリスクを低減し、そしてより頻繁な測定を提供する。「オフタイム」はまた、例えば、組織水和のような有益な治療効果を提供するさらなる手順を実施するため、または組織弛緩の目的のために用いられ得る。
本開示の別の実施形態では、図４に示されるように、ＭＲＴ４００は、信号発生器４０５、マイクロ波増幅器４１０、方向性結合器４４５、転送スイッチ４４０、減衰器４５５、精密ネットワーク分析器４５０およびＤＵＴ４１５を含む。本実施形態では、精密ネットワーク分析器４５０は、ＭＲＴ４００の種々のシステムパラメーターの能動的および受動的測定を実施する。
ＭＲＴ４００は、信号発生器４０５および増幅器４１０を含み、方向性結合器４４５に高エネルギーマイクロ波信号を供給する。エネルギー送達モードでは、この方向性結合器４４５は信号をイドウスイッチ４４０のポート２に通し、そして転送スイッチ４４０は、信号をポート３を通ってＤＵＴ４１５に通す。測定モードでは、高エネルギーマイクロ波信号は、転送スイッチ４４０のポート１に接続されるターミネーター１５５に通される。精密ネットワーク分析器４５０は、第１および第２の受動的ポート４５１、４５２を、方向性結合器４４５の順方向および反射電力ポート３および４にそれぞれ接続する。精密ネットワーク分析器４５０の能動的ポート４５３は、転送スイッチ４４０のポート４に接続する。精密ネットワーク分析器４５０は、図４に示されるように、そして本明細書で上記で論議されたように、適切な減衰器４５５を通って転送スイッチ４４０のポート４に接続し得る。
エネルギー送達モードでは、ＭＲＴ４００の精密ネットワーク分析器４５０は、高エネルギーマイクロ波信号の順方向および反射電力を、方向性結合器４４５の順方向および反射電力ポート３および４からそれぞれ受動的に測定する。
測定モードでは、ＭＲＴ４００の精密ネットワーク分析器４５０は、転送スイッチ４４０のポート３および４を通じでＤＵＴ４１５に接続することにより広帯域散乱パラメーター測定を能動的に実施する。精密ネットワーク分析器４５０は、複数の周波数の範囲にある信号でＤＵＴ４１５を駆動し、そして複数の周波数でＤＵＴ４１５に関連する少なくとも１つのパラメーターを測定する。
転送スイッチ４４０は、転送スイッチ４４０のポート２とポート４との間の十分な電気的絶縁を提供する単極双投の同軸スイッチであり得、それによって、高エネルギー信号が、エネルギー送達モード、測定モードいずれかにおいても精密ネットワーク分析器４５０を損傷することを防ぎ、そしてその一方、それらの間をスイッチする。減衰器４５５は、十分な信号減衰を提供し、高エネルギー信号が精密ネットワーク分析器４５０を損傷することを防ぐ。あるいは、減衰器は、本明細書で上記で論議された制限タイプデバイスであり得る。
本開示のなお別の実施形態では、図５に示されるように、ＭＲＴ５００は、二方向性結合器５４５とＤＵＴ５１５との間に位置されるチューナー５６５を含む。このチューナー５６５は、送達システムのインピーダンスをＤＵＴ５１５のインピーダンスと一致させる形態のチューニングネットワークまたはチューニング回路であり得るか、またはそれに代わって、このチューナー５６５は、ＤＵＴ５１５のインピーダンスを送達システムのインピーダンスに一致させる形態である。チューナー５６５は、可変スタブチューニングネットワーク、ダイオードネットワークもしくは任意のその他の自動化チューニングネットワーク、または高電力作動し得、そしてＤＵＴ５６５インピーダンス変動を、クッキングサイクルに亘ってＭＲＴ５００システムインピーダンスに一致させる能力を有する回路を含み得る。
チューナー調整を算出することにおいて、ＣＰＵ５２０はチューナー５６５を特徴付け、そしてチューナー５６５を測定サイクルの能動的測定部分で測定された信号から除く。
チューナー５６５はＤＵＴ５１５に組み込まれてもよく、ここで、ＣＰＵ５２０はチューナー５６５を、ＤＵＴ５１５中のアンテナ（図示はされていない）の１つ以上の特性を、アンテナインピーダンスが特性インピーダンス、例えば５０オームにほぼ等しく見えるように能動的に変更するように指示する。例えば、ＣＰＵ５２０は、チューナー５６５が有効アンテナ長さを変更するか、または１つ以上の誘電特性を変更するように命令し得る。
ＣＰＵ５２０は、測定システムからのフィードバックを使用し得、切除手順の少なくとも一部分の間にＤＵＴ５１５へのエネルギー送達を最適化する。最適化は：ＤＵＴ５１５のインピーダンスをより良好に一致させるように送達されたマイクロ波エネルギーの周波数を変えること、ＤＵＴ５１５のインピーダンスを一致させるためにＭＲＴ５００の出力インピーダンスを調整するようにチューナー５６５を用いること、またはそれらの組み合わせを含み得る。
１つの実施形態では、監視制御システムは、方向性結合器５４５からの順方向電力測定、方向性結合器５４５からの逆方向電力測定、または１つ以上の広帯域散乱パラメーター測定を用い、エネルギー送達を最適化する。
図６は、図５に示されるマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システム５００のためのスイッチ制御状態機械６００である。ホットスイッチリレー５２５の位置は上のタイミング図に示され、そして転送スイッチ５４０の位置は下のタイミング図に示される。測定期間６１０は、エネルギー送達期間６２０、クリアライン期間６３０、第１の転送過渡期間６４０、測定、ＣＰＵプロセッシングおよびチューナー制御期間６５０ならびに第２の転送過渡期間６６０を含む。クリアライン期間６３０はエネルギー送達期間６２０の後であり、そしてＭＲＴ５００中の定在波および過渡が散逸されることを可能にする遅れを提供する。第１の転送過渡期間６４０は、転送スイッチ５４０が位置Ａから位置Ｂまで過渡することを可能にする遅れを提供する。測定、ＣＰＵプロセッシングおよびチューナー過渡期間６５０は、精密ネットワークが、広帯域散乱パラメーター測定を実施し、ＣＰＵにおいて制御アルゴリズムを実施し、そしてシステムチューニングに対する調整を実施することを可能にする。第２の転送過渡期間６６０は、スイッチ５４０が位置Ｂから位置Ａまで過渡することを可能にする遅れを提供する。
図６のスイッチ制御状態機械６００におけるタイミング図の時間間隔は、スケール通りではない。例えば、マイクロ波エネルギーがＤＵＴ５１５に送達されるエネルギー送達期間６２０、または「オンタイム」は、代表的には、測定期間６１０の大部分に等しい。測定期間の残りの部分、または「オフタイム」は、クリアライン期間６３０、第１の転送過渡期間６４０、測定、ＣＰＵプロセッシングおよびチューナー制御期間６５０ならびに第２の転送過渡期間６６０の間で分割される。クリアライン期間６３０ならびに第１および第２の転送過渡期間６４０、６６０はそれぞれ、持続時間が固定され、そしてシステム中の特定のハードウェアに基づく。測定、ＣＰＵプロセッシングおよびチューナー制御期間６５０は、サンプリングパラメーター、プロセッシング時間またはチューナー制御時間に基づく。サンプリングパラメーターは、掃引帯域幅、帯域幅内のステップの数、各ステップでとられたサンプルの数およびサンプリング速度を含む。ＣＰＵプロセッシングは、チューナーアルゴリズムの履行を含み、そしてチューナー制御時間は、周波数調整、チューナー調整または任意の関連システム設定時間を含む。
クリアライン期間６３０は、システム中のすべての過渡が、ホットスイッチリレー６２５が位置Ａから位置Ｂにスイッチした後、散逸することを可能にする持続時間が十分でなければならない。例えば、定在波または反射エネルギーのような過渡は、最終的に、システム中で散逸されるか、ＤＵＴ６１５によって消費される反射エネルギーバーンオフ負荷抵抗器６４２を通じて散逸または分路される前に、構成要素間で「跳ね返り」得る。例えば、ホットスイッチリレー６２５は、約３６０ｎｓのような短さで位置Ａから位置Ｂにスイッチインされ、それによって、エネルギーをサーキュレーター６３５とＤＵＴ６１５との間に回路中に残す。ＭＲＴ５００回路およびＤＵＴ５１５中に存在するエネルギーは、精密ネットワーク分析器５５０を損傷するに十分高くあり得、それ故、転送スイッチ５４０は、エネルギーが受容可能に低いエネルギーレベルまで散逸するまで位置Ａに残る。本明細書で上記で論議されたように、エネルギーが散逸する時間長さは、定在波が移動しなければならない回路およびケーブル長さに依存する。１つの実施形態では（誘電値、ε、＝２）、時間の長さは、以下に等しい：
散逸時間＝（２×距離＊１．５ｎｓ／ｆｔ）＊安全係数
ここで、距離は、回路長さ＋ケーブル長さに等しく、安全係数は２または３に等しく、そして１．５ｎｓ／ｆｔの速度は、代表的な伝送ラインケーブルについてほぼεｒ＝２に基づく。
本開示の別の実施形態では、クリアライン期間６３０は可変であり、そして精密ネットワーク分析器５５０またはＣＰＵ５２０測定によって決定される。例えば、方向性結合器５４５の順方向カップリングポート（ポート３）および逆方向カップリングポート（ポート４）は、エネルギーがシステム中に残るか否かを決定するために用いられ得る。ハードウェア設計、または低マイクロ波エネルギーレベルで、ホットスイッチリレー６２５が位置Ａから位置Ｂに移動した後にシステム中に残る過渡エネルギーの量は、最小であり得、そしてクリアライン期間がゼロに等しいか、または約ゼロに等しくされるようにし得る。
第１の転送過渡期間６４０は、測定、ＣＰＵプロセッシングおよび制御期間６５０を初期化する前に遅れを提供する。第１の転送過渡期間６４０は、精密ネットワーク５５０が広帯域散乱パラメーター掃引を開始する前に転送スイッチ５４０が位置Ａから位置Ｂにスイッチすることを可能にする。
第２の転送過渡期間３６０は、引き続く測定期間（すなわち、次のエネルギー送達期間）が始まる前に遅れを提供する。第２の転送過渡期間６６０は、転送スイッチ６４０がホットスイッチリレー５２５が位置Ｂから位置Ａまで過渡し、そしてＤＵＴ５１５へのエネルギー送達が再開する前に、位置Ｂから位置Ａまでスイッチすることを可能にする。
測定、ＣＰＵプロセッシングおよびチューナー制御期間の間に、精密ネットワーク分析器５５０は：広帯域散乱パラメーター測定を決定する。測定アルゴリズムは、監視制御システムによって用いられる特定の制御アルゴリズムによって決定され、そして本明細書で上記で論議された精密ネットワーク分析器掃引アルゴリズムに類似している。監視制御システム、またはＣＰＵ２５０は、チューニングアルゴリズムにおいて、広帯域小信号散乱パラメーター測定の能動的測定または方向性結合器５４５からの受動的測定を実施する。このチューニングアルゴリズムは、ＭＲＴ５００、ＤＵＴ５１５、および／またはその任意の組み合わせ間のインピーダンスの不一致の存在をチェックし、そしてこのインピーダンス不一致を矯正することが必要であるか否かを決定する。
測定期間の％としてのエネルギー送達時間、または「オンタイム」が調整され得る。例えば、エネルギー送達の初期持続時間は、履歴情報に基づくか、または本明細書で上記で論議された較正またはスタートアップ状態２２０、２１０の間に測定された少なくとも１つのパラメーターに基づき得る。「オンタイム」は、引き続き、持続時間中に、より長くまたはより短く調整され得る。調節は、精密ネットワーク分析器５５０および／またはＣＰＵ５１０によって実施された測定に基づくか、または履歴情報および／または患者データからであり得る。１つの実施形態では、切除手順におけるエネルギー送達期間の初期持続時間は、総測定期間の約９５％であり得、残りの％、または「オフ時間」は、測定のためにとっておかれる（約９５％にほぼ等しい「オンタイム」デューティサイクル）。切除手順が進行するとき、この「オンタイム」デューティサイクルは、約９５％と５％との間に低減され得、組織黒こげのリスクを低減し、そしてより頻繁な測定を提供する。
上記「オフタイム」はまた、組織水和のような有益な治療効果を提供するさらなる手順を実施するため、または組織弛緩の目的のために用いられ得る。例えば、チューニングアルゴリズムは、周波数を調整すること、またはＭＲＴを再チューニングすることに代えて、組織の再水和を開始し、組織インピーダンスを低減し得る。
ＭＲＴの別の実施形態が図７に示され、そしてＭＲＴ７００として示される。ＭＲＴ７００は、図１中のＭＲＴ１００中のホットスイッチリレー１２５を置き換える可変減衰器７７０を含む。図７では、ＭＲＴ７００は、マイクロ波周波数信号を可変減衰器７７０に供給する信号発生器７０５を含む。可変減衰器７７０は、信号発生器７０５からの信号を０％と１００％との間で大きさを調整し、そしてこの大きさを調整にされた信号を増幅器７１０に提供する可変ネットワークまたは回路を含む。増幅器７１０は、固定された量だけ信号を増幅し、そしてこの信号をサーキュレーター７３５に提供する。
図１中のＭＲＴは、エネルギー出力（すなわち、マイクロ波信号の電力）を、信号発生器１０５の出力および／または増幅器１１０の利得（すなわち、増幅器７１０の利得により増幅された信号発生器からの信号）を調整することにより制御する。図７のＭＲＴ７００では、エネルギー出力は、信号発生器７０５、可変減衰器７７０および増幅器７１０の１つ以上によって制御される。図７中のＭＲＴの出力エネルギーは、可変減衰器７７０の減衰％によって大きさを調整され、そして増幅器７１０の利得によって増幅された信号発生器７０５の出力に等しい。
図１中のホットスイッチリレー１２５および図７中の可変減衰器７７０を参照して、ホットスイッチリレー１２５の位置Ａは、可変減衰器７７０が位置Ａにあることに等価である（すなわち、１００％のスケーリングファクター）。図１および７の両方で、位置Ａは、マイクロ波エネルギーをサーキュレーター１３５および７３５のポートＡにそれぞれマイクロ波エネルギーを提供する。同様に、ホットスイッチリレー１２５の位置Ｂは、位置Ｂにある可変減衰器７７０に等価である（すなわち、０％のスケーリング因子）。図１および７の両方における位置Ｂは、サーキュレーター１３５、７３５のポートＡにはそれぞれマイクロ波信号を提供しない。
図１のＭＲＴ１００中のホットスイッチリレー１２５は、位置Ａと位置Ｂとの間をスイッチし、そして波形中の過渡またはスパイクを防ぐ最小長さの時間で過渡を履行し得るスイッチを含む。図７中のＭＲＴ７００中の可変減衰器７７０は、例えば、スイッチしないが位置Ａと位置Ｂとの間を過渡し、それによって図１中のスイッチと比較してより少ない過渡を生成する加減抵抗器様回路のような自動化可変減衰器を含み得る。
減衰器起動時間は、安全スイッチングおよび測定のための散逸時間算出に付加され得る。
本開示のなお別の実施形態では、ＤＵＴは、アナテナ供給点から方向性結合器まで各々の各信号の伝送経路の長さ、およびネットワーク分析器への伝送経路の長さを測定する形態のＭＲＴ較正デバイスを含む。図８は、本開示のマイクロ波エネルギー送達、測定および制御システムを較正することにおける使用のための切除デバイスの概略表示である。
当該技術分野で周知であるように、マイクロ波エネルギー送達システムの較正は、種々の較正手順によって実施され得る。例えば、Ｓｈｏｒｔ−Ｏｐｅｎ−Ｌｏａｄ（ＳＯＬ）、Ｓｈｏｒｔ−Ｏｐｅｎ−Ｌｏａｄ−Ｔｈｒｕ（ＳＯＬＴ）、Ｓｈｏｒｔ−Ｓｈｏｒｔ−Ｌｏａｄ−Ｔｈｒｕ（ＳＳＬＴ）およびＴｈｒｕ−Ｒｅｆｌｅｃｔ−Ｌｉｎｅ（ＴＲＬ）較正技法が用いられ得る。
１つの実施形態では、システムは、Ｓｈｏｒｔ−Ｏｐｅｎ（ＳＯ）較正技法で較正される。このＳＯ較正は、ＤＵＴの相対性能の決定を提供する。このＳｈｏｒｔ−Ｏｐｅｎ較正技法は、当該技術分野で公知であり、そして一般に本明細書で以下に記載される。
ＳＯ較正の第１のステップは、マイクロ波発生器をマイクロ波発生器の出力（すなわち、同軸ケーブルコネクター）で「ショート」で稼働することにより実施される。ＳＯ較正の第２のステップは、マイクロ波発生器をマイクロ波発生器の出力で「オープン」で稼働することにより実施される。ＳＯのこの２つのステップ、しばしば「参照平面をシフトすること」と称され、この発生器が、二方向性結合器の出力までこのシステムを分析することを可能にする。発生器の出力で「オープン」および「ショート」を配置することによるこの較正を実施する１つの欠点は、この較正が、マイクロ波発生器を超えて伝送ラインの任意の部分を説明しないことである。
図８Ａは、本開示の、マイクロ波発生器８１０と、マイクロ波発生器８１０をＭＲＴ較正デバイス８００に接続する同軸ケーブル８２０の出力部分を示す。ＭＲＴ較正デバイス８００は、伝送部分８３０およびアンテナ部分８４０とを含む。
図８Ｂは、伝送部分８３０とアンテナ部分８４０との間の過渡を示す。スイッチング機構８５０は、試験下のアンテナ８４０の近位部分上に隣接して、そしてＭＲＴ較正デバイス８００の伝送部分８３０の遠位部分上に位置決めされる。スイッチング機構８５０は、システムがＤＵＴを置換することなくＳＯ較正を実施することを可能にする。
スイッチング機構８５０は図８Ｃにさらに示され、そしてオープン回路スイッチ８５０ａ、ショート回路スイッチ８５０ｂおよびショート回路負荷８４０ａを含む。
ＭＲＴ較正デバイス８００中のスイッチング機構８５０は、参照平面がアンテナ近傍の点にシフトされることを可能にし、それによって、較正手順において伝送経路の大部分を説明する。オープン回路は、最初、オープン回路スイッチ８５０ａを開放位置に作動することによって得られ、それによって内部コンダクター８３２および外部コンダクターを試験下のアンテナ８１５から切断する。
ショート回路負荷８４０ａを通る内部コンダクター８３２と外部コンダクター８３４との間のショート回路は、位置Ａ〜位置Ｂまでのショート回路スイッチ８５０ｂの過渡により得られる。このショート回路負荷８４０ａは、試験下のアンテナ８１５を置換する固定された負荷である。例えば、１つの実施形態では、このショート回路負荷８４０ａは、試験下のアンテナ８１５に等価である供給点をもつアンテナであり、それによって、試験下のアンテナ８１５を構成するために用いられ得る既知のアンテナ応答を提供する。
ショート回路スイッチ８５０ｂを位置Ｂにして、システムは、アンテナ供給で反射エネルギーの既知の位相および振幅を生じる。試験下のアンテナ８４０は、等価経路−長さおよび／または等価アンテナを含み得るショート回路負荷８４０ｂで置換される。ショート回路負荷８４０ａに提供されたエネルギーは、戻された信号についての特定位相とともにショート回路負荷８４０ａで反射される。
試験では、ショート回路負荷８４０ａは、エネルギーを第１の位相で戻し、そしてオープンは、エネルギーを第２の位相で戻す。ショート回路負荷８４０ａは、ショート回路負荷８４０ａ近位の伝送ライン上で短および完全定在波において、λ／４および３λ／４波長毎の位置に電圧を最小に配置する。オープン回路８５０ａは、完全定在波を、オープン回路８５０ａ近傍の伝送ライン上でオープン位置およびλ／２波長位置毎に置く。
既知のオープンおよび短パラメーターおよび現在のオープンおよび短パラメーターを用い、アンテナの位相角度および戻り電力が決定され得る。能動的チューニング回路は、これらパラメーターの１つ以上を用い得、１つ以上のシステムチューニングパラメーターを決定する。例えば、能動的チューニング回路は、発生器中、マイクロ波エネルギー送達デバイスのハンドルまたは任意のその他の適切な位置にに配置され得る。能動的チューニング回路は不一致の範囲を決定し、そして／またはシステムに１つ以上の較正パラメーターを提供するか、またはアンテナ供給点を適正に較正し得る。
例えば、アンテナおよび／または組織は、誘導的に挙動し得る（すなわち、５０Ω＋２０Ωｊ、ここで、正の２０Ωｊは誘導性である）か、または容量的に挙動し得る（すなわち、５０Ω−２０Ωｊ、ここで、負の２０Ωｊは誘導性である）。アンテナ供給点に対し較正することは、システムが、アンテナおよび／または組織が誘導的または容量的に挙動しているか否かを識別し得る。従って、このシステムは、一致するネットワークを組み込み、インピーダンス不一致を相殺し得る。
本開示のなお別の実施形態では、較正は、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５のアンテナ９４０を較正装置９００中に配置することにより実施される。較正装置９００は、アンテナ９４０ａからチャンバー９１０ａに隣接して配置されるとき、アンテナ９４０ａにおいて既知の反射および位相シフトを生成する形態であるチャンバー９１０ａを含む。較正は、アンテナ９４０ａをチャンバー９１０ａに対して固定された位置に配置し、そしてアンテナ９４０ａを所定の信号で駆動することにより実施される。マイクロ波発生器９０５ａは、アンテナ９４０ａの性能の指標である１つ以上のパラメーターを測定し、そして測定されたパラメーターを１つ以上の所定のパラメーターと比較する。次いで、マイクロ波発生器９０５ａは、試験下のアンテナ９４０ａの１つ以上の較正パラメーターまたは１つ以上のチューニングパラメーターを決定する。
チャンバー９１０ａは、アンテナ９４０ａを受容する形態の円筒形形状のチャンバーであり得る。チャンバー９１０ａは、図９Ａに示されるように、アンテナ９４０ａを含むマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ａの遠位端を受容し得るか、またはチャンバー９１０ｂは、図９Ｂに示されるように、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂを受容する形態であり得る。位置決め機構または停止機構は、チャンバー中のアンテナの一致した配置を提供し得る。停止機構は、チャンバー中の配置を感知する感知機構を含み得る。感知機構は信号をシステムに提供し得、アンテナがその位置にあることを示す。感知機構から信号を受容した後、システムは、システムがアンテナを所定のマイクロ波信号で駆動する試験モードにスイッチする形態であり得る。
較正デバイス９４０ａは、図９Ａに示されるように、独立型デバイスしての形態であり得るか、マイクロ波エネルギー送達デバイス（図示せず）とインターフェースする形態であり得るか、図９Ｂに示されるように、マイクロ波発生器とインターフェースする形態であり得るか、またはその任意の組み合わせであり得る。較正デバイス９００ａは、アンテナ９４０ａ上の負荷を提供する受動的デバイスであり得、ここで、負荷９９０ａ（較正デバイス）に対するアンテナ９４０ａ応答は、マイクロ波発生器９０５ａに知られる。
図９Ａ〜９Ｂを参照して、較正デバイス９００ａ、９００ｂは、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ａ、９１５ｂの少なくとも一部分を受容する形態のチャンバー９１０ａ、９１０ｂを含み得る。チャンバー９１０ａ、９１０ｂは、アンテナ９４０ａ、９４０ｂ、またはアンテナおよびデバイス伝送ライン９３０ａ、９３０ｂの一部分を受容する形態であり得る。チャンバー９１０ａ、９１０ｂは、アンテナ９４０ａ、９４０ｂに対してマイクロ波吸収負荷を位置決めする形態である。
使用において、臨床医は、較正デバイス９００ａ、９００ｂおよびマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ａ、９１５ｂをそれぞれ一緒に嵌合する。マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ａ、９１５ｂのアンテナ９４０ａ、９４０ｂは、較正デバイス９００ａ、９００ｂに対してそれぞれ位置決めされ、そして較正手順が実施される。較正手順は、マイクロ波発生器入力９０６ａ、９０６ｂまたはインターフェーススクリーン９０７ａ、９０７ｂを経由して、またはマイクロ波エネルギー送達デバイス上の入力（図示せず）により臨床医によって手動で開始され得る。あるいは、較正手順は、マイクロ波発生器９０５ｂによって自動的に開始され得る。例えば、較正デバイス９００ｂ中の負荷に対するアンテナ９４０ｂの配置は、センサー９０１ｂを誘発するか、またはマイクロ波発生器９０５ｂ（図示されていない）に入力し得、そして較正手順は自動的に開始され得る。
１つの実施形態では、較正手順は、アンテナをマイクロ波エネルギー信号で駆動する工程、アンテナに関連する少なくとも１つのパラメーターを測定する工程、および少なくとも１つのアナテナ較正パラメーターを生成する工程を包含する。マイクロ波エネルギー信号は、所定の信号、臨床医によって選択された信号、または特定のアンテナについて選択された信号であり得る。アンテナに関連する１つ以上のパラメーターは、順方向電力、反射電力、インピーダンスおよび温度の１つを含み得る。この少なくとも１つのアンテナ較正パラメーターは、例えば、アンテナチューニングに関連するパラメーター、アンテナの共鳴に関連するパラメーター、アンテナ構築に関係するパラメーター、または任意のその他のマイクロ波エネルギー送達に適切なパラメーターのようなアンテナの作動に関連する。
較正デバイスは、マイクロ波エネルギー送達デバイスまたはマイクロ波発生器の１つとインターフェースする形態であり得る。図９Ｂに示されるように、較正デバイス９００ｂは、ケーブル８２０ｂを経由してマイクロ波発生器９０５ｂに接続し得る。別の実施形態では、較正デバイス９００ｂは、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂと一緒に嵌合するときインターフェースするコネクター（図示されず）を含み得る。較正デバイス９００ｂとマイクロ波発生器９０５ｂまたはマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂとの間の接続は、ワイアレス接続としての形態であり得る。接続は、１つ以上のデジタルまたはアナログ接続を含み得るか、または、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ、ＯＳＩ、ＦＴＰ、ＵＰｎＰ、ｉＳＣＳＩ、ＩＥＥＥ ８０２．１５．１（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）またはＷｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢのような適切な通信手段を含み得る。較正デバイス９００ｂは、較正デバイス９００ｂに関連する１つ以上のパラメーター、および／またはマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂおよびマイクロ波発生器９０５ｂの１つへの較正手順を提供し得る。
較正デバイス９００ｂはさらに、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂを較正デバイス９００ｂに対して１つ以上の位置で位置決めするポジショナー９０２ｂを含み得る。図９Ｂに示されるように、ポジショナー９０２ｂは、マイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂ上のノッチ９１６ｂと、較正デバイス９００ｂおよびマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂがその位置で勘合するように整列する。ポジショナー９０２ｂおよびノッチ９１６ｂは、アンテナ９４０ｂをチャンバー９１０ｂに対して所望の位置に位置決めする形態である。ポジショナーは、較正デバイス９００ｂに対してマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂを位置決めする任意の適切な手段であり得、例えば、ラッチ、キャッチ、ロッキングクラム−シェル、クリップ、ロッキングまたはポジショニングピン、特有形状の付属器および付属器を受容する形態の一致する凹部分、ならびに任意のその他の適切な位置決めデバイスをなどである。
較正デバイス９００ｂはさらに、較正デバイス９００ｂをマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂにロックするためのロッキング機構９０３、９０４、９０９を含み得る。図９Ｂに示されるように、キャッチ９０４は、チャンバー９１０ｂが閉鎖位置にあるとき、スロット９０９と整列する。スライド９０３はスロット内でキャッチ９０４を作動し、それによってチャンバーを閉鎖位置にロックする。任意の適切なロッキング機構が、用いられ得、例えば、クリップ、ラッチ、プレスばめピン、ロッキングまたは自己閉鎖ヒンジ、磁性または電子的閉鎖機構または任意のその他の適切なロッキング機構なとである。スライド９０３またはその他のロッキング解放機構が、アンテナが起動されるとき不能にされる形態であり得、それによって較正デバイス９００ｂが、較正またはエネルギー送達の間にマイクロ波エネルギー送達デバイス９１５ｂを解放することを防ぐ。
種々の変更が、本開示の範囲から逸脱することなく上記の構築でなされ得、上記の説明に含まれるすべての事項は、例示として、そして制限する意味でないと解釈されるべきであることが意図される。添付の請求項の範囲によって規定されるように、本開示のいくつかの目的が達成され、そして有利なその他の結果が達成されることが見られ得る。
（要約）
マイクロ波エネルギー送達システム内の定在波を散逸するためのシステム、装置および方法は、周期的マイクロ波信号としてマイクロ波エネルギーを断続的に送達する形態のマイクロ波エネルギー供給源と、該周期的マイクロ波信号を伝送する形態のエネルギー送達ネットワークと、該マイクロ波エネルギー供給源と該エネルギー送達ネットワークとの間に接続される回路とを備えている。この回路は、該周期的マイクロ波信号が存在するとき、該周期的マイクロ波信号を該マイクロ波エネルギー供給源から該エネルギー送達ネットワークにわたし、該周期的マイクロ波信号が不在のとき定在波を散逸する形態である。

Claims (10)

  1. 定在波を散逸するためのシステムであって、
    周期的マイクロ波信号としてマイクロ波エネルギーを断続的に送達する形態のマイクロ波エネルギー供給源と、
    該周期的マイクロ波信号を伝送する形態のエネルギー送達ネットワークと、
    該マイクロ波エネルギー供給源と該エネルギー送達ネットワークとの間に接続される回路と
    を備え、該回路は、該周期的マイクロ波信号が存在するとき、該周期的マイクロ波信号を該マイクロ波エネルギー供給源から該エネルギー送達ネットワークにわたし、該周期的マイクロ波信号が不在のとき定在波を散逸する形態である、システム。
  2. 前記回路は、
    第１の抵抗負荷と、
    前記マイクロ波エネルギー供給源から前記エネルギー送達ネットワークに前記周期的マイクロ波信号を向ける形態であり、さらに、該エネルギー送達ネットワークから該第１の抵抗負荷にエネルギーを向ける形態であるサーキュレーターであって、該第１の抵抗負荷は、該サーキュレーターと接地電位との間に接続される、サーキュレーターと
    をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１の抵抗負荷は、前記周期的マイクロ波信号が高エネルギー状態にあるとき、前記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、該周期的マイクロ波信号が低エネルギー状態であるとき残存エネルギーを散逸する、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記エネルギー送達ネットワークは、
    マイクロ波エネルギー送達デバイスと、
    ネットワーク分析器と、
    第２の抵抗負荷と、
    前記サーキュレーター、該マイクロ波エネルギー送達デバイス、該第２の抵抗負荷および該ネットワーク分析器の間に接続された転送スイッチであって、該第２の抵抗負荷は該転送スイッチと接地電位との間に接続される、転送スイッチと
    をさらに含み、該転送スイッチは、第１の状態において、該ネットワーク分析器を該マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして該サーキュレーターを該第２の抵抗負荷に接続し、該転送スイッチは、第２の状態において、該サーキュレーターを該マイクロ波エネルギー送達デバイスに、そして該ネットワーク分析器を該第２の抵抗負荷に接続する、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記転送スイッチは、前記ネットワーク分析器を前記マイクロ波エネルギー供給源から電気的に絶縁する、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記マイクロ波エネルギー送達デバイスは、医療用デバイスである、請求項４に記載のシステム。
  7. 前記第１の転送スイッチは、第１の状態で、試験信号を前記ネットワーク分析器から前記マイクロ波エネルギー送達デバイスにわたし、第２の状態で、マイクロ波エネルギー信号を前記マイクロ波エネルギー供給源から該マイクロ波エネルギー送達デバイスにわたす、請求項４に記載のシステム。
  8. マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸するための装置であって、周期的マイクロ波信号をマイクロ波エネルギー供給源からエネルギー送達ネットワークに向けるような形態であり、そして該エネルギー送達ネットワークからのエネルギーを第１の抵抗負荷に向ける形態のサーキュレーターであって、該第１の抵抗負荷は該サーキュレーターと接地電位との間に接続され、該第１の抵抗負荷は、さらに、該第１の抵抗負荷を通って残存エネルギーを分路する形態である、サーキュレーター
    を備えている、装置。
  9. 前記第１の抵抗負荷は、前記周期的マイクロ波信号が存在するとき前記エネルギー送達ネットワークから反射するエネルギーを散逸し、該周期的マイクロ波信号が不在のとき上記システム中の残存エネルギーを散逸する、請求項８に記載の装置。
  10. マイクロ波エネルギー送達システム中の定在波を散逸する方法であって、該方法は、
    連続的なマイクロ波エネルギー信号を生成する形態のマイクロ波エネルギー供給源を提供する工程と、
    エネルギー送達ネットワークと、接地電位に接続された負荷抵抗器とに該連続的なマイクロ波エネルギー信号を時間割り当てする工程であって、該エネルギー送達ネットワークは、該連続的なマイクロ波エネルギー信号の一部分を断続的に伝送する形態である、工程と、
    該エネルギー送達ネットワークが該マイクロ波エネルギー信号を受容しているとき、反射エネルギーを散逸する工程と、
    該エネルギー送達ネットワークが該マイクロ波エネルギー信号を受容していないとき、定在波を散逸する工程と
    を包含する、方法。
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