RU2735496C1 - Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues - Google Patents

Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues Download PDF

Info

Publication number
RU2735496C1
RU2735496C1 RU2020116254A RU2020116254A RU2735496C1 RU 2735496 C1 RU2735496 C1 RU 2735496C1 RU 2020116254 A RU2020116254 A RU 2020116254A RU 2020116254 A RU2020116254 A RU 2020116254A RU 2735496 C1 RU2735496 C1 RU 2735496C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
waveguide
central conductor
tube
slot
Prior art date
Application number
RU2020116254A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Ильич Тома
Владимир Александрович Ёлкин
Вячеслав Вячеславович Комаров
Дмитрий Сергеевич Дорохов
Илья Александрович Тома
Павел Леонидович Алтухов
Original Assignee
Александр Ильич Тома
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Ильич Тома filed Critical Александр Ильич Тома
Priority to RU2020116254A priority Critical patent/RU2735496C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2735496C1 publication Critical patent/RU2735496C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment. Microwave device made in the form of a trocar from a metal tube with a microwave coaxial waveguide placed inside the trocar tube with the possibility of insertion and removal from the tube containing an outer shell from medical steel filled with fluoroplastic, and central conductor located along waveguide axis, including at electrically controlled proximity end of waveguide electrically controlled matching device and microwave connector for connection to microwave generator, according to the invention, additionally comprises a power controller in the form of a controller, connected to the center conductor through the decoupling from the microwave signal, distal end of waveguide is equipped with reflecting tip of medical steel of cone shape with acute angle at vertex with cavity inside, inner walls of which are covered with microwave dielectric, inside the cavity there is an extension of the central conductor, the end of which is welded by spot welding to the body of the tip, forming a thermocouple, at the distal end there is a slit radiator with an opening angle of 450 to 900 to form a sector directional pattern, on the outer side of the waveguide there is a sliding holder made of foil for changing parameters of the radiator, with length not less than the slot length.
EFFECT: technical result consists in formation of sector directional diagram with elimination of microwave breakdown.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано в медицине для разрушения патологически измененных тканей тела человека в виде новообразований и других патологий, преимущественно глубокого залегания. The invention relates to the field of medical technology and can be used in medicine for the destruction of pathologically altered tissues of the human body in the form of neoplasms and other pathologies, mainly deep bedding.

Известны различные устройства для СВЧ-воздействия, в состав которых входят медицинские микроволновые излучатели, антенные зонды, насадки и другие необходимые узлы в виде генератора, согласующих элементов, разъемов, волноводов и т.д. (см., например, авторские свидетельства на изобретения SU №1607827, №1819635, патенты RU на изобретения №2015699, 2086270).Various devices for microwave exposure are known, which include medical microwave emitters, antenna probes, attachments and other necessary units in the form of a generator, matching elements, connectors, waveguides, etc. (see, for example, inventors' certificates SU No. 1607827, No. 1819635, RU patents for inventions No. 2015699, 2086270).

Известно также устройство для осуществления способа микроволновой диатермокоагуляции биотканей, работающее в СВЧ-диапазоне на частоте 2,4 ГГц (см. патент RU на изобретение №2318465), содержащее подключенный к микроволновому генератору излучатель. Последний выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, образующего рабочую часть и включающего внешний и выступающий внутренний проводники с изоляцией между ними. На конце внутреннего проводника прикреплен основанием металлический наконечник, выполненный в виде полусферы. Излучатель установлен с зазором в радиопрозрачном катетере. Рабочая часть покрыта слоем диэлектрика с толщиной, равной толщине внешнего проводника коаксиальной линии.It is also known a device for implementing the method of microwave diathermocoagulation of biological tissues, operating in the microwave range at a frequency of 2.4 GHz (see patent RU for invention No. 2318465), containing a radiator connected to a microwave generator. The latter is made in the form of a piece of coaxial line, which forms the working part and includes external and protruding internal conductors with insulation between them. At the end of the inner conductor, a metal tip made in the form of a hemisphere is attached to the base. The emitter is installed with a gap in the radio-transparent catheter. The working part is covered with a dielectric layer with a thickness equal to the thickness of the outer conductor of the coaxial line.

Однако для обеспечения работы данного устройства необходимо введение в патологические ткани 20-25% раствора NaCl объемом, равным объему разрушаемой ткани. Процесс наполнения раствором патологической ткани может привести к проникновению ее в непораженные ткани. Работа устройства без использования раствора может привести к пробою с неконтролируемыми высокотемпературными процессами. Нагрев патологической ткани происходит через нагрев раствора путем постепенного распространения тепла в растворе - процесс термического воздействия на разрушаемую ткань сложно контролируем.However, to ensure the operation of this device, it is necessary to inject 20-25% NaCl solution into pathological tissues with a volume equal to the volume of the destroyed tissue. The process of filling the pathological tissue with a solution can lead to its penetration into unaffected tissues. Operation of the device without the use of solution may lead to a breakdown with uncontrolled high-temperature processes. Heating of the pathological tissue occurs through heating the solution through the gradual spread of heat in the solution - the process of thermal action on the destroyed tissue is difficult to control.

Известен коаксиальный излучатель для микроволновой терапии биологических тканей (см. патент РФ на полезную модель №122581, МПК A61N 5/02, опубл. 10.12.12).Known coaxial emitter for microwave therapy of biological tissues (see RF patent for utility model No. 122581, IPC A61N 5/02, publ. 10.12.12).

Коаксиальный излучатель выполнен в виде регулярного отрезка коаксиальной линии, состоящего из внутреннего и внешнего проводника, а также диэлектрического заполнения между ними, помещенных в плотно прилегающий диэлектрический катетер, индуктивный стержень, расположенный с торца отрезка коаксиальной линии в продолжение внутреннего проводника коаксиальной линии, выполненный диаметром меньше диаметра внутреннего проводника коаксиальной линии и помещенный в конус из диэлектрического материала, соединенный с отрезком коаксиальной линии, посредством диэлектрической шайбы, при этом во внешнем проводнике коаксиальной линии выполнены по крайне мере две азимутальные щели.The coaxial emitter is made in the form of a regular segment of a coaxial line, consisting of an inner and an outer conductor, as well as a dielectric filling between them, placed in a tightly fitting dielectric catheter, an inductive rod located at the end of a segment of the coaxial line in continuation of the inner conductor of the coaxial line, made with a diameter smaller diameter of the inner conductor of the coaxial line and placed in a cone made of dielectric material connected to the segment of the coaxial line by means of a dielectric washer, while at least two azimuthal slots are made in the outer conductor of the coaxial line.

Известно устройство для электромагнитной терапии (патент RU на изобретение №2209096), содержащее антенный узел, радиометрический приемник, широтно-импульсный модулятор, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора, генератор прямоугольных импульсов, индикатор и детекторный узел. Антенный узел выполнен в виде монополь-вибратора, представляющего собой миниатюрный излучатель СВЧ-диапазона, смонтированный на иглодержателе, в котором закреплена пункционная игла с центральным проводником, проходящим через согласующую муфту. Антенный узел соединен через согласователь, связанный с выходом первичной линии рефлектометра и СВЧ-усилителем, с СВЧ-генератором. К выходам плеч вторичной линии рефлектометра подключены детекторные секции детекторного узла, связанные выходами через аналоговый делитель с контроллером. Последний подключен восьмиразрядной шиной к согласователю и включает генератор прямоугольных импульсов. Импульсы подведены на вход широтно-импульсного модулятора и вход радиометрического приемника. Выход радиометрического приемника связан с входом радио термометра с возможностью передачи сигналов на контроллер и индикатор скорости изменения температуры. Клавиатура подсоединена к управляющему входу СВЧ-генератора.Known device for electromagnetic therapy (patent RU for invention No. 2209096), containing an antenna assembly, a radiometric receiver, a pulse-width modulator, the output of which is connected to the input of a microwave generator, a square-wave generator, an indicator and a detector assembly. The antenna assembly is made in the form of a monopole vibrator, which is a miniature microwave radiator mounted on a needle holder, in which a puncture needle with a central conductor passing through a matching sleeve is fixed. The antenna unit is connected through a matcher connected to the output of the primary line of the reflectometer and the microwave amplifier, to the microwave generator. To the outputs of the arms of the secondary line of the reflectometer, the detector sections of the detector unit are connected, connected by the outputs through an analog divider to the controller. The latter is connected by an eight-bit bus to the matching device and includes a square-wave generator. The pulses are fed to the input of the pulse-width modulator and the input of the radiometric receiver. The output of the radiometric receiver is connected to the input of the radio thermometer with the possibility of transmitting signals to the controller and an indicator of the rate of temperature change. The keyboard is connected to the control input of the microwave generator.

Однако в данном устройстве диаметр диэлектрического согласующего перехода в виде согласующей муфты значительно превышает диаметр монополь-вибраторной антенны, что затрудняет ввод и вывод устройства из патологической ткани. Кроме того, возможен ожог обрабатываемой ткани по причине несовершенства контроля температуры внутри обрабатываемой области, так, как и воздействие и контроль за ним осуществлены в одном СВЧ-диапазоне, хотя и на разных частотах.However, in this device, the diameter of the dielectric matching junction in the form of a matching sleeve is much larger than the diameter of a monopole-vibrator antenna, which complicates the insertion and withdrawal of the device from pathological tissue. In addition, a burn of the treated tissue is possible due to imperfect control of the temperature inside the treated area, since both exposure and control are carried out in the same microwave range, although at different frequencies.

Известно электрохирургическое устройство для направления энергии на целевой объем ткани, которое содержит коаксиальную линию, имеющую внутренний проводник, внешний проводник, коаксиально расположенный вокруг внутреннего проводника и диэлектрический материал, расположенный между ними. Удлиненный электропроводящий элемент расположен продольно на дистальном конце внутреннего проводника. Балунная структура расположена на внешнем проводнике. Часть внутреннего проводника и диэлектрического материала коаксиальной линии простирается за внешний проводник на дистальном конце коаксиальной линии подачи. Электропроводящий элемент электрически соединен с внутренним проводником. Электрохирургическое устройство дополнительно содержит электромагнитное окно, выполненное с возможностью формирования диаграмму направленного излучения при работе (см. заявку на изобретение AU2010206119). Known electrosurgical device for directing energy to a target volume of tissue, which contains a coaxial line having an inner conductor, an outer conductor, coaxially located around the inner conductor and a dielectric material located between them. An elongated electrically conductive member is located longitudinally at the distal end of the inner conductor. The balun structure is located on the outer conductor. A portion of the inner conductor and dielectric material of the coaxial line extends beyond the outer conductor at the distal end of the coaxial feed line. The electrically conductive element is electrically connected to the inner conductor. The electrosurgical device additionally contains an electromagnetic window configured to form a pattern of directional radiation during operation (see application for invention AU2010206119).

Представленная в описании конструкция пункционной антенны с СВЧ излучателем щелевого типа имеет несколько существенных недостатков. Важнейшим из них является значительное усложнение конструкции СВЧ излучателя, препятствующее уменьшению внешнего диаметра пункционной антенны, что необходимо для решения задач в микрохирургии. Краткий перечень элементов этой громоздкой конструкции следующий: на дистальном конце внутреннего проводника подключена структура, коаксиально расположенная на внешнем проводнике; причем она включает электропроводящий цилиндр коаксиально расположенный вокруг дистальной части и диэлектрическую структуру, расположенную, рядом с дистальным концом электропроводящего цилиндра, а диэлектрическая структура продольно проходит от дистального конца электропроводящего цилиндра до дистального конца электропроводящего элемента.The design of a puncture antenna with a slot-type microwave radiator presented in the description has several significant disadvantages. The most important of them is a significant complication of the design of the microwave emitter, which prevents a decrease in the outer diameter of the puncture antenna, which is necessary for solving problems in microsurgery. A short list of the elements of this cumbersome structure is as follows: at the distal end of the inner conductor, a structure is connected, coaxially located on the outer conductor; moreover, it includes an electrically conductive cylinder coaxially located around the distal part and a dielectric structure located near the distal end of the electrically conductive cylinder, and the dielectric structure extends longitudinally from the distal end of the electrically conductive cylinder to the distal end of the electrically conductive element.

Наиболее близким к предлагаемому решению является СВЧ-устройство для деструкции новообразований и патологически измененных тканей организма(см. патент РФ №2411019, МПК A61B 18/18, опубл. 10.02.2011). Устройство выполнено в виде троакара из металлической трубки с мандреном и СВЧ-волноводом, выполненными протяженными коаксиально внутри и вдоль металлической трубки с возможностью поочередного введения и выведения их из нее. На дистальной стороне СВЧ-волновода размещены диэлектрический согласующий переход из материала с плавно увеличивающейся величиной диэлектрической проницаемости от 2 до 7 единиц и монополь-вибраторная антенна. Она имеет с дистального края участок стакан-образной формы, обращенный днищем наружу от дистального конца СВЧ-волновода, а открытой частью - к проксимальному концу. На проксимальном конце СВЧ-волновода размещен согласующий управляемый модуль с коаксиально-полосковыми переходами, подключенный к СВЧ-генератору. Подключение осуществлено через фидер, имеющий с двух сторон СВЧ-разъемы, соответствующие ответным частям СВЧ-разъемов согласующего управляемого модуля и СВЧ-генератора. Фидер, СВЧ-волновод, диэлектрический согласующий переход и монополь-вибраторная антенна полностью заполнены СВЧ-диэлектриком. Стенки и днище монополь-вибраторной антенны выполнены металлическими; днище имеет форму эллипсоида.Closest to the proposed solution is a microwave device for the destruction of neoplasms and pathologically altered body tissues (see RF patent No. 2411019, IPC A61B 18/18, publ. 10.02.2011). The device is made in the form of a trocar made of a metal tube with a mandrel and a microwave waveguide, made coaxially extended inside and along the metal tube with the possibility of alternately inserting and removing them from it. On the distal side of the microwave waveguide there is a dielectric matching junction made of material with a smoothly increasing dielectric constant from 2 to 7 units and a monopole-dipole antenna. It has a glass-shaped section from the distal edge, the bottom facing outward from the distal end of the microwave waveguide, and with its open part towards the proximal end. At the proximal end of the microwave waveguide, there is a matching controlled module with coaxial-strip junctions connected to the microwave generator. The connection is made through a feeder with microwave connectors on both sides, corresponding to the mating parts of the microwave connectors of the matching controlled module and the microwave generator. The feeder, microwave waveguide, dielectric matching junction and monopole dipole antenna are completely filled with microwave dielectric. The walls and bottom of the monopole-vibrator antenna are made of metal; the bottom is ellipsoidal.

Недостатками данного устройства являются: дорогостоящая технология реализации контура слежения за температурой в окрестности СВЧ-излучателя и отсутствие возможностей изменения его диаграммы направленности.The disadvantages of this device are: an expensive technology for the implementation of a temperature tracking loop in the vicinity of the microwave emitter and the lack of opportunities to change its directional pattern.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка устройства для деструкции новообразований, позволяющее осуществлять контролируемый нагрев в заданном секторе тела пациента и исключить возможность внутритканевого ожога здоровых тканей, преимущественно при облучении новообразований вблизи спинномозгового канала позвоночника.The technical problem to be solved by the invention is the development of a device for the destruction of neoplasms that allows controlled heating in a given sector of the patient's body and excludes the possibility of interstitial burns of healthy tissues, mainly when irradiating neoplasms near the spinal canal of the spine.

Технический результат данного изобретения заключается в формировании секторной диаграммы направленности при исключении СВЧ пробоя.The technical result of this invention is to form a sector radiation pattern while excluding microwave breakdown.

Заявленный результат достигается тем, что СВЧ-устройство для деструкции патологически измененных тканей организма, выполненное в виде троакара из металлической трубки с СВЧ коаксиальным волноводом, расположенным внутри трубки троакара с возможностью введения и выведения из трубки, содержащем внешнюю оболочку из медицинской стали, заполненный фторопластом, и центральным проводником, расположенным вдоль оси волновода, включающее на проксимальном конце волновода электрически управляемое согласующее устройство и СВЧ разъем для подключения к СВЧ генератору, согласно изобретению, дополнительно содержит регулятор мощности в виде контроллера, подключенный к центральному проводнику через развязку от СВЧ сигнала, дистальный конец волновода снабжен отражающим наконечником из медицинской стали конусообразной формы с острым углом при вершине с полостью внутри, внутренние стенки которой покрыты СВЧ диэлектриком, внутри полости расположено продолжение центрального проводника, торец которого приварен точечной сваркой к телу наконечника, формируя термопару, на дистальном конце расположен щелевой излучатель с углом раскрытия от 45° до 90° для формирования секторной диаграммы направленности, на внешней стороне волновода введена скользящая обойма из фольги для изменения параметров излучателя, с длиной не менее длины щели.The claimed result is achieved by the fact that a microwave device for the destruction of pathologically altered body tissues, made in the form of a trocar from a metal tube with a microwave coaxial waveguide located inside the trocar tube with the possibility of insertion and removal from the tube, containing an outer shell made of medical steel, filled with fluoroplastic, and a central conductor located along the axis of the waveguide, including an electrically controlled matching device at the proximal end of the waveguide and a microwave connector for connecting to a microwave generator, according to the invention, additionally contains a power regulator in the form of a controller connected to the central conductor through decoupling from the microwave signal, the distal end the waveguide is equipped with a cone-shaped reflective tip made of medical steel with an acute angle at the top with a cavity inside, the inner walls of which are covered with a microwave dielectric, inside the cavity there is a continuation of the central conductor, the end of which is welded spot welding to the body of the tip, forming a thermocouple, at the distal end there is a slot emitter with an opening angle from 45 ° to 90 ° to form a sector radiation pattern, on the outer side of the waveguide a sliding foil holder is introduced to change the emitter parameters, with a length of at least the length of the slot ...

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено схематичное изображение СВЧ-устройства в целом; фиг. 2 представляет конструкцию пункционной коаксиально-волноводной антенны со щелевым излучателем и диаграмму направленности излучения вдоль щели; на фиг.3 - сечение коаксиального волновода по середине щелевого излучателя и его диаграмма направленности излучения в плоскости сечения; на фиг.4 - диаграмма направленности щелевого излучателя на частоте 2.45 ГГц, полученная авторами заявки с помощью трехмерной численной модели на методе конечных элементов.Figure 1 shows a schematic representation of a microwave device as a whole; fig. 2 shows the design of a puncture coaxial waveguide antenna with a slot radiator and a radiation pattern along the slot; figure 3 is a section of a coaxial waveguide in the middle of a slotted radiator and its radiation pattern in the plane of the section; Fig. 4 is a radiation diagram of a slotted radiator at a frequency of 2.45 GHz, obtained by the authors of the application using a three-dimensional numerical model based on the finite element method.

На чертежах позициями приняты следующие обозначения:In the drawings, the following designations are adopted by the positions:

1 - цилиндрическая полость в теле отражателя;1 - cylindrical cavity in the body of the reflector;

2 - область сварки центрального проводника с телом отражателя;2 - area of welding of the central conductor with the reflector body;

3 - коаксиальный СВЧ разъем;3 - coaxial microwave connector;

4 - трубка троакара с рукояткой;4 - a trocar tube with a handle;

5 - фторопластовая оболочка;5 - fluoroplastic shell;

6 - гребешок на центральном проводнике в области щели;6 - comb on the central conductor in the area of the slot;

7 - щелевая антенна;7 - slit antenna;

8 - центральный проводник коаксиальной линии;8 - the central conductor of the coaxial line;

9 - фторопластовая оболочка;9 - fluoroplastic shell;

10 - трубка из медицинской стали;10 - medical steel tube;

11 - скользящая обойма;11 - sliding clip;

12 - отражатель;12 - reflector;

13 - фидер;13 - feeder;

14 - коаксиально-полосковый переход;14 - coaxial strip transition;

15 - направленный ответвитель с детекторными секциями и электрически управляемый согласующий модуль на полосковых линиях;15 - directional coupler with detector sections and electrically controlled matching module on strip lines;

16 - СВЧ генератор с электрически управляемой мощностью;16 - microwave generator with electrically controlled power;

17 - фильтр и ключ постоянного тока с формирователем управляющих импульсов;17 - filter and a DC switch with a control pulse shaper;

18 - адаптер сигналов управления выходной мощностью генератора;18 - adapter of generator output power control signals;

19 - усилитель постоянного тока (УПТ);19 - DC amplifier (DCA);

20 - опорный генератор и широтно-импульсный модулятор;20 - reference generator and pulse width modulator;

21 - микроконтроллер;21 - microcontroller;

22 - индикатор температуры;22 - temperature indicator;

23 - диаграмма направленности щелевого излучателя;23 - directional diagram of the slot radiator;

24 - экранирующая оболочка коаксиального волновода.24 - shielding shell of the coaxial waveguide.

СВЧ-устройство для деструкции патологически измененных тканей организма выполнено из ряда узлов и модулей, представленных на Фиг. 1-3. На Фиг. 4 Важнейшим функциональным элементом устройства является коаксиально щелевая пункционная СВЧ антенна, герметизированная фторопластовым чехлом 5, выполненная протяженно коаксиально внутри и вдоль металлической трубки троакара 4 с возможностью поочередного введения и выведения ее из трубки; коаксиальный СВЧ-волновод проксимальным концом обращен к СВЧ коаксиальному разъему 3 соединенному с фидером, при этом СВЧ-волновод, состоящий из центрального проводника 8 коаксиальной линии, фторопластового заполнения 9, помещенных в трубку 10 из медицинской стали выполнен с возможностью пропускания мощности СВЧ-излучения до 50 Вт; его внешний диаметр составляет порядка 1,5-2,5 мм. На дистальной стороне СВЧ-волновода размещены щелевая антенна, состоящая из двугорбой пластины в виде металлического гребешка 6 на центральном проводнике в области щели 7 и конусообразного отражателя 12 из медицинской стали. Гребешок направляет основную часть СВЧ излучение вглубь биоткани аналогично монополь вибратору. В цилиндрическую полость в теле отражателя 1 вставлен до упора центральный проводник коаксиальной линии 8 и точечной сваркой закреплен к донышку 2, причем внутренняя цилиндрическая поверхность имеет СВЧ диэлектрическое покрытие. Протяженность щелевой антенны 7 составляет от L ≈ 3λε/2 до L ≈ 5λε/8, где λε - длина волны СВЧ-излучения в биологической ткани новообразования. Для настройки на рабочую частоту служит скользящая обойма 11 из медицинской стали. A microwave device for the destruction of pathologically altered body tissues is made of a number of nodes and modules shown in FIG. 1-3. FIG. 4 The most important functional element of the device is a coaxial slit puncture microwave antenna, sealed with a fluoroplastic cover 5, made long coaxially inside and along the metal tube of the trocar 4 with the possibility of alternately inserting and removing it from the tube; the coaxial microwave waveguide with its proximal end faces the microwave coaxial connector 3 connected to the feeder, while the microwave waveguide consisting of the central conductor 8 of the coaxial line, fluoroplastic filling 9, placed in a tube 10 made of medical steel is made with the ability to transmit the microwave power up to 50 watts; its outer diameter is about 1.5-2.5 mm. On the distal side of the microwave waveguide there is a slotted antenna consisting of a two-humped plate in the form of a metal comb 6 on the central conductor in the area of the slot 7 and a cone-shaped reflector 12 made of medical steel. The scallop directs the main part of the microwave radiation deep into the biological tissue similar to a monopole vibrator. The central conductor of the coaxial line 8 is inserted all the way into the cylindrical cavity in the body of the reflector 1 and is spot welded to the bottom 2, and the inner cylindrical surface has a microwave dielectric coating. The length of the slit antenna 7 ranges from L ≈ 3λε / 2 to L ≈ 5λε / 8, where λε is the wavelength of microwave radiation in the biological tissue of the neoplasm. A sliding clip 11 made of medical steel is used for tuning to the operating frequency.

На проксимальном конце фидера 13 размещен СВЧ разъем 3 подключенный к выходу коаксиально-полоскового перехода 14 соединенного с выходом направленного ответвителя с детекторными секциями в составе электрически управляемого согласующего модуля на полосковых линиях и имеющего на входе коаксиально-полосковый переход 14. Переход 14 соединен с выходом СВЧ генератора 16, управляемого по мощности, на вход которого подключен адаптер 18 сигналов управления выходной мощностью генератора, а его вход соединен с выходом широтно-импульсного модулятора модуля 20 и подключенного по входу к управляющему выходу А микроконтроллера 21. Выход опорного генератора модуля 20 соединен со входом В микроконтроллера. Основной полосковый канал передачи модуля 15 через дроссель присоединен к модулю фильтра и ключа постоянного тока с формирователем управляющих импульсов17. С его выхода температурнозависимый ток поступает на вход усилителя постоянного тока 19 выход которого присоединен ко входу Т микроконтроллера 21, а с его выхода цифровой код температуры поступает на вход индикатора температуры. At the proximal end of the feeder 13 there is a microwave connector 3 connected to the output of the coaxial-strip junction 14 connected to the output of a directional coupler with detector sections as part of an electrically controlled matching module on strip lines and having a coaxial-strip junction 14 at the input. Junction 14 is connected to the output of the microwave generator 16, controlled by power, to the input of which the adapter 18 of signals for controlling the output power of the generator is connected, and its input is connected to the output of the pulse-width modulator of the module 20 and connected to the control output A of the microcontroller 21 at the input. The output of the reference generator of the module 20 is connected to the input In the microcontroller. The main stripline transmission channel of the module 15 through the choke is connected to the filter module and the DC switch with the control pulse generator 17. From its output, the temperature-dependent current is fed to the input of the constant current amplifier 19, the output of which is connected to the input T of the microcontroller 21, and from its output the digital temperature code is fed to the input of the temperature indicator.

Заявляемое устройство имеет набор из трех коаксиально щелевых пункционных СВЧ антенн, показанных на Фиг.2 и работающих на разрешенных частотах в медицине 0,915 ГГц; 2,45 ГГц и 24,1 ГГц. Имеется возможность подбора конкретной пункционной щелевой СВЧ антенны под различные виды патологии с подстройкой протяженности участка щелевого излучателя.The claimed device has a set of three coaxially slotted puncture microwave antennas shown in Fig. 2 and operating at the permitted frequencies in medicine 0.915 GHz; 2.45 GHz and 24.1 GHz. It is possible to select a specific puncture slotted microwave antenna for various types of pathology with adjusting the length of the slotted radiator section.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Для эффективного использования, заявляемого СВЧ-устройства в хирургическом воздействии до операции, осуществляют тест-контроль готовности оборудования. Для чего вынимают из стерильной упаковки пункционную щелевую СВЧ антенну с требуемой рабочей частотой. Подключают ее к модулю 15 (направленному ответвителю с детекторными секциями и электрически управляемым согласующим модулем на полосковых линиях) посредством фидера 13 и коаксиально полоскового перехода 14 с СВЧ разъемами 3. Помещают пункционную щелевую СВЧ антенну Фиг.2 в стерильную пробирку с физраствором или водой для инъекций и включают СВЧ-генератор 16 через панель управления П микроконтроллера 21 на заданное время обработки патологической ткани. С помощью термодатчика 2 по индикатору 22 контролируют температуру нагрева воды в пробирке. При условии получения величин температур, соответствующих планируемым в процессе предстоящей обработки патологической ткани (и полученных ранее расчетным и отработанных эмпирическим путем), считают работу аппаратуры, подготовленной для предстоящей лечебной хирургической манипуляции. Этот тест-контроль занимает 2-3 минуты времени.For effective use of the proposed microwave device in a surgical treatment before surgery, a test control of the equipment readiness is carried out. For this, the puncture slotted microwave antenna with the required operating frequency is removed from the sterile package. Connect it to the module 15 (directional coupler with detector sections and an electrically controlled matching module on strip lines) by means of a feeder 13 and a coaxial strip junction 14 with microwave connectors 3. Place the puncture slot microwave antenna Fig. 2 into a sterile test tube with saline or water for injection and turn on the microwave generator 16 through the control panel P of the microcontroller 21 for a predetermined processing time of the pathological tissue. Using the temperature sensor 2, the indicator 22 controls the temperature of heating the water in the test tube. Provided that the temperature values corresponding to those planned in the process of the upcoming treatment of pathological tissue (and obtained earlier by calculation and empirically worked out) are obtained, the operation of the equipment prepared for the upcoming medical surgical manipulation is considered. This test control takes 2-3 minutes.

Размещают пациента на операционном столе в положении наиболее удобном для проведения планируемых хирургических манипуляций. Определяют при помощи УЗИ, рентгена или компьютерного томографа точную локализацию, размер и форму патологической ткани, проверяют ранее полученные данные. С учетом всей полученной информации выбирают наиболее безопасное место планируемого прокола и введения троакара 4 содержащего пункционную щелевую СВЧ антенну Фиг. 2.The patient is placed on the operating table in the most convenient position for the planned surgical procedures. The exact location, size and shape of the pathological tissue are determined using ultrasound, X-ray or computed tomography, and previously obtained data are checked. Taking into account all the information received, the safest place of the planned puncture and introduction of the trocar 4 containing the puncture slotted microwave antenna is selected. 2.

Затем приступают к хирургической манипуляции - деструкции новообразования или обработки патологической ткани. Для этого осуществляют под местной анестезией под контролем рентгеновской или УЗИ аппаратуры осторожное введение троакара 4 в центральную или граничную область новообразования или патологической ткани. Контролируют нужное положение щелевого излучателя 7, по визуализации гребешка 6 совпадающего с осью секторной диаграммы направленности излучения, выходящего из щели. Приступают к процедуре деструкции новообразования или патологически измененной ткани, обеспечивая их СВЧ-обработку в заявленных режимах: температурных пределах 44-48°С, при мощности излучения до 50 Вт, на разрешенных в медицине рабочих частотах 0,915 ГГц; 2,45 ГГц и 24,1 ГГц, в пределах длительности воздействия порядка 3-120 секунд. В процессе всей процедуры обработки патологии контролируют точность локализации излучателя с помощью средств визуализации - рентгена, компьютерной томографии, МРТ томографии, ультразвуковой аппаратуры. Одновременно контролируют и температурную динамику облучаемой ткани термопарой 2, причем с самого начала процесса обработки до конца и не допускают ее выхода за пределы установленного температурного режима. При обработке патологически измененных мягких тканей обеспечивают более низкие температурные порядка 44-46°С, не допуская более высоких температур обработки в отличие от температур, используемых для обработки костных и хрящевых тканей.Then they proceed to surgical manipulation - destruction of a neoplasm or processing of pathological tissue. To do this, under local anesthesia under the control of X-ray or ultrasound equipment, the careful introduction of trocar 4 into the central or border area of the neoplasm or pathological tissue is carried out. The desired position of the slit emitter 7 is monitored by visualizing the ridge 6 coinciding with the axis of the sector radiation pattern emerging from the slit. They begin the procedure for the destruction of a neoplasm or pathologically altered tissue, providing their microwave treatment in the stated modes: temperature ranges of 44-48 ° C, with a radiation power of up to 50 W, at operating frequencies of 0.915 GHz permitted in medicine; 2.45 GHz and 24.1 GHz, within an exposure duration of about 3-120 seconds. During the entire pathology treatment procedure, the accuracy of the localization of the emitter is monitored using visualization tools - X-ray, computed tomography, MRI tomography, and ultrasound equipment. Simultaneously, the temperature dynamics of the irradiated tissue is monitored by thermocouple 2, and from the very beginning of the treatment process to the end, it is not allowed to go beyond the established temperature regime. When processing pathologically altered soft tissues, they provide lower temperatures of the order of 44-46 ° C, preventing higher processing temperatures, in contrast to the temperatures used for processing bone and cartilaginous tissues.

Для анализа электромагнитного поля в ближней зоне антенного излучателя была построена трехмерная численная модель коаксиального излучателя с продольной щелью и прилегающим объемом биоткани с заданными размерами и электрофизическим свойствами конструкционных материалов антенны и диэлектрическим параметрами биоткани для частотного диапазона 1…10 ГГц. Модель базировалась на однородном уравнении Гельмгольца с граничными условиями Неймана и Дирихле на металлических элементах конструкции антенны, условием непрерывности тангенциальных компонент поля на границе раздела сред и условием рассеяния электромагнитных волн на удалении от антенны. Для решения краевой задачи электродинамики применялся метод конечных элементов с тетраэдрическими функциями формы Уитни первого порядка. Результаты численного анализа полностью подтвердили возможность формирования зон нагрева биоткани, как показано на Фиг. 4.To analyze the electromagnetic field in the near zone of the antenna emitter, a three-dimensional numerical model of a coaxial emitter with a longitudinal slit and an adjacent biological tissue volume with specified dimensions and electrophysical properties of antenna structural materials and dielectric parameters of biological tissue for a frequency range of 1 ... 10 GHz was built. The model was based on the homogeneous Helmholtz equation with the Neumann and Dirichlet boundary conditions on metal elements of the antenna structure, the condition for the continuity of the tangential field components at the interface between the media, and the condition for the scattering of electromagnetic waves at a distance from the antenna. To solve the boundary value problem of electrodynamics, the finite element method with tetrahedral functions of the Whitney form of the first order was used. The results of numerical analysis fully confirmed the possibility of the formation of zones of heating of biological tissue, as shown in Fig. 4.

Пример.Example.

СВЧ-устройство апробировано на больных животных, а также на пораженных послеоперационных тканях человека. Параметры СВЧ-воздействия предлагаемого устройства (температура, время, мощность) на опухолевую ткань были экспериментально определены in vitro. Для этого были использованы блоки опухолевых тканей, которые доставляли из операционной в течение первых двух часов после их удаления из тела пациента (злокачественные и доброкачественные опухоли внутренних органов, костно-мышечной и жировых тканей). Эффективность и безопасность отрабатывались экспериментально in vivo на животных (кроликах, крысах). Объемы деструктивного СВЧ-воздействия на ткани определялись после усыпления животных, а зона температурного воздействия контролировалась в ходе операции ИК-термографами с оптоволоконными сенсорами непосредственно в зоне патологической ткани и в расположенных непораженных тканях.The microwave device has been tested on sick animals, as well as on diseased postoperative human tissues. The parameters of the microwave effect of the proposed device (temperature, time, power) on the tumor tissue were experimentally determined in vitro. For this, blocks of tumor tissues were used, which were delivered from the operating room within the first two hours after their removal from the patient's body (malignant and benign tumors of internal organs, musculoskeletal and adipose tissues). Efficacy and safety were tested experimentally in vivo in animals (rabbits, rats). The volumes of destructive microwave exposure to tissues were determined after the animals were euthanized, and the temperature exposure zone was monitored during the operation with IR thermographs with fiber-optic sensors directly in the area of pathological tissue and in located unaffected tissues.

Полученные результаты исследований показали, что при помощи заявляемого устройства при СВЧ-воздействии щелевым излучателем достигается деструкция патологически измененных тканей в области секторной диаграммы излучения без воздействия на окружающие непораженные ткани.The obtained research results showed that with the help of the inventive device under microwave action by a slit emitter, destruction of pathologically altered tissues in the area of the sector diagram of radiation is achieved without affecting the surrounding unaffected tissues.

Claims (2)

1. СВЧ-устройство для деструкции патологически измененных тканей организма, выполненное в виде троакара из металлической трубки с СВЧ коаксиальным волноводом, расположенным внутри трубки троакара с возможностью введения и выведения из трубки, содержащим внешнюю оболочку из медицинской стали, заполненным фторопластом, и центральным проводником, расположенным вдоль оси волновода, включающее на проксимальном конце волновода электрически управляемое согласующее устройство и СВЧ разъём для подключения к СВЧ генератору, отличающееся тем, что дополнительно содержит регулятор мощности в виде микроконтроллера, подключенный к центральному проводнику через развязку от СВЧ сигнала, дистальный конец волновода снабжен отражающим наконечником из медицинской стали конусообразной формы с острым углом при вершине с полостью внутри, внутренние стенки которой покрыты СВЧ диэлектриком, внутри полости расположено продолжение центрального проводника, торец которого приварен точечной сваркой к телу наконечника, формируя термопару, на дистальном конце расположен щелевой излучатель с углом раскрытия 45-90° для формирования секторной диаграммы направленности, на внешней стороне волновода введена скользящая обойма из фольги для изменения параметров излучателя, с длиной не менее длины щели.1. A microwave device for the destruction of pathologically altered body tissues, made in the form of a trocar made of a metal tube with a microwave coaxial waveguide located inside the trocar tube with the possibility of insertion and removal from the tube, containing an outer sheath made of medical steel, filled with fluoroplastic, and a central conductor, located along the axis of the waveguide, including an electrically controlled matching device at the proximal end of the waveguide and a microwave connector for connecting to a microwave generator, characterized in that it additionally contains a power regulator in the form of a microcontroller connected to the central conductor through decoupling from the microwave signal, the distal end of the waveguide is equipped with a reflective a cone-shaped tip made of medical steel with an acute angle at the apex with a cavity inside, the inner walls of which are covered with a microwave dielectric, a continuation of the central conductor is located inside the cavity, the end of which is spot-welded to the body. and, forming a thermocouple, a slot emitter with an opening angle of 45-90 ° is located at the distal end to form a sector radiation pattern, a sliding foil holder is introduced on the outer side of the waveguide to change the emitter parameters, with a length not less than the slot length. 2. СВЧ-устройство по п. 1, отличающееся тем, что на центральном проводнике в области щели выполнен гребешок, представляющий собой металлическую пластинку с двугорбым профилем, приваренную к центральному проводнику коаксиальной антенны по центру щели. 2. The microwave device according to claim 1, characterized in that a comb is made on the central conductor in the area of the slot, which is a metal plate with a double-humped profile, welded to the central conductor of the coaxial antenna in the center of the slot.
RU2020116254A 2020-05-18 2020-05-18 Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues RU2735496C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116254A RU2735496C1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116254A RU2735496C1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2735496C1 true RU2735496C1 (en) 2020-11-03

Family

ID=73398488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116254A RU2735496C1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2735496C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2209096C1 (en) * 2002-01-23 2003-07-27 Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Device for applying electromagnetic therapy
RU2411019C1 (en) * 2009-10-30 2011-02-10 Александр Ильич Тома Microwave apparatus for destruction of new growths and pathologically changed tissues
AU2010206119A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-24 Covidien Lp Directive window ablation antenna with dielectric loading

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2209096C1 (en) * 2002-01-23 2003-07-27 Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Device for applying electromagnetic therapy
AU2010206119A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-24 Covidien Lp Directive window ablation antenna with dielectric loading
RU2411019C1 (en) * 2009-10-30 2011-02-10 Александр Ильич Тома Microwave apparatus for destruction of new growths and pathologically changed tissues

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5984334B2 (en) System and method for performing an electrosurgical procedure using an ablation device having an integrated imaging device
KR102359545B1 (en) Electrosurgical probes for delivering RF and microwave energy
Taylor Implantable radiators for cancer therapy by microwave hyperthermia
JP4191897B2 (en) Electrosurgical device for cell necrosis induction
US5599346A (en) RF treatment system
JP2001037775A (en) Treatment device
US20110306969A1 (en) System and method for directing energy to tissue and method of assessing ablation size as a function of temperature information associated with an energy applicator
Deardorff et al. Control of interstitial thermal coagulation: comparative evaluation of microwave and ultrasound applicators
RU2735496C1 (en) Microwave device for destruction of pathologically changed body tissues
JP6663461B2 (en) Endoscopic cancer treatment system
RU2411019C1 (en) Microwave apparatus for destruction of new growths and pathologically changed tissues
ES2959822T3 (en) Electrosurgical device for the treatment of biological tissue with microwave energy
RU2368406C2 (en) Method and device for destroying malignant tumours
RU90675U1 (en) MICROWAVE INSTALLATION FOR DESTRUCTION OF NEW FORMATIONS AND PATHOLOGICALLY CHANGED TISSUES OF THE ORGANISM
KR20150046510A (en) A system for operating tumor using microwave
JP2001046523A (en) Applicator for thermotherapy
AU2015213362B2 (en) System and method for performing an electrosurgical procedure using an ablation device with an integrated imaging device
AU2013251228B2 (en) System and method for performing an electrosurgical procedure using an ablation device with an integrated imaging device