TWI245654B - Microwave applicator - Google Patents

Description

1245654 _ --- _ 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種適於加埶^ ^ / ϊ 置及一種熱治療表面组織之方法:生物組織之微波施用裝 申請人先前已提出一種外科用微 由於包含高介電係數之介電質而縮減直徑之波㊁， 同軸電輸入於該介電質中產生 導，、中一 係伙違波導之末端表面放射出。 寸做夜 【發明内容】 η抽ϊ ίί發明係在於提供一種微波施用裝f，包括一 導體於該波導之一端縱^征，導，該同軸輸入之—中央 波，並行進至該波激發較佳為TMqi模態之微 接觸到將被治療之生物組織 ===端表面 波。 、了攸忒末端表面發送出微 ΤΜ01模態為較佳係因為ϊ ΤΕη模態與同軸輸入具有f更；：形較之於更常用之基本 軸輸入及波導之間亦引 '"之二配’ S〜TM“萬態於同 央導體係較佳於-圓形波」=渡（trans山。η)。該中 -短距離以匹配該波導之且：該波導内延伸 半徑，以及介電質之介電係' 二各之；是其長度及 波導之末端表面較佳在：電輸之頻革。 之微波能量並進入盥哕迪2坦的，以放射出具平行波前 小側向傳播。微波面f:之生物組織且具有最 遠’衣度係相闕於頻率及電輪入力 第6頁 1245654 五 發明說明（2) 率，但通常顯微外科對於組織之局部熱治療只需一小距離 之穿透。在另一實施例，該末端表面可不是平坦而略成圓 頂狀且中心定位於該波導轴。 f發明之另一重要特徵為利用波導内之共振，使得在 輸入知之過渡及在末端表面由介電性質改變所造成之反射 將有兩種情形，即當末端表面與生物組織接觸時該等反射 成反相而加強向前發送，以及當末端表面未與生物組織接 觸時该等反射成同相而加強反射至該同軸輸入。因此，當 與將被治療之生物組織接觸時，微波能量只從末端表面發 送一可感覺之程度，而這也是在操作模式下的一重要安全 特徵。

另一方面，本發明係在於提供一種微波施用裝置，包 括一波導及一同軸電輸入，該同軸電輸入具有一中央導體 於該波導之一端縱向延伸以激發較佳為TMqi模態之微波， 並行進至該波導之末端表面且發送至將被治療之生物組 織’該波導中並提供一低損耗介電材料之隔板於波導之側 向延伸，以反射在該波導中行進之微波，該隔板之縱向位 置之選擇係與波導之兩端有關，使得從波導接面及從該隔 板之反射波同調相加結合以形成一波，該波所具之正確振 幅及相位可抵銷從該同軸波導接面之反射波。 較佳地，該隔板之厚度及製造該隔板之介電材料之介 電係數係經選擇以決定從該隔板向後反射微波之振幅大 小’如此達成於同軸輸入内該向後反射之最佳抵銷。 較佳地，該波導係充滿空氣，且該波導之末端係適於

1245654 五、發明說明（3)

接觸（或幾乎接觸）將被治療之表面組織。 上述本發明之兩類型微波施用裝置皆可使 治療表面組織之方法，該波導之末端表面係使 組織以施行治療。 用於一種熱 之接觸表面 【實施方式】 ^圖一之微波施用裝置包栝一波導1，其由包覆於外声 鋁箔3内之圓柱體介電質2所形成，及一可撓同曰 電源4，其係連接至該波導之一端使得同軸電纜之4外覽輸入 經由一銅套圈6電連接至該鋁箔3，且該波導之内，5 向體介電質軸向延伸一短距1。該波導1之末端表面8為糸 坦的且覆蓋有一層如FEp或paralene之非黏性聚人 ^平 mi 〇 口初〉辱

波導1較佳係操作於TMQ1模態。 典型上，使該微波施用裝置操作於9· 2GHZ之頻率之波 導尺寸係如下所述：全長L為12 · 9min，直徑D為5 · 2mm，i為 9mm，及體介電質之介電係數让為25。具代表性之該介電 質為Emerson & Cummings所銷售之Hik 50 0 f介電材料。 圖一之微波施用裝置於不同頻率之性能係表示於圖 二，其中S圖顯示當施用裝置之末端表面8於空氣中時反射 係數Sn之變動，T圖則顯示當施用裝置之末端表面8與將被 治療之生物組織接觸時反射係數S1】之變動。圖二中&值 之一下降顯示一良好之微波匹配，其係清楚表現於τ圖1中

之所a又计操作頻率9 · 2 G Η ζ。在此情況下，該施用裝置發送

第8頁 1245654 五、發明說明（4) 最大微波能 斷且該末端 送之能量立 輸入電源4 < 可被察 製造，且因 但是若與生物組織之接觸係間 ,面係於工氣或如二氧化碳之氣體中 即下降至很低，因為能量被反射回該同軸電繞 品。 圖一中 腹手術中經 式於鄰近其 裝置可用以 炎或任何表 二：是如圖-所示之微波施用裳置可較便宜地 匕，、可販售成一種用於顯微外科之拋棄式產 2 一縮減直徑5. 2mm之微波施用裝置係適於開 套管針插入，當接觸生物組織時以可控制之方 f端表面處產生一局部加熱效果。{列如此施用 摧毀小表面腫瘤，治療卵巢癌，或是子宮内膜 面損害之治療。 、 一圖三所示之第二實施例係類同於圖一之配置，且相同 之兀件係使用相同之元件號碼表示。然而，圖三之波導^ 包=-典型為2龍之硬鋁圓柱壁13及由—硬陶“组成 ，"電體2 ’該陶竟材料係如具有介電係數k^5的安定二 巩化锆（TECHNOX® 2000)。此介電材料使該施用裝置較之 於圖一中處理約45瓦之施用裝置具有處理較高功率之能 ^7 ’典型上為高達200瓦。該波導！較佳係操作於' 模 態0 圖三之施用裝置係經設計以操作於一較低頻率 2.45GHz，且其亦具有較長之[為“咖及直徑1)為2〇_。可 被察覺的是直徑D係由操作頻率及介電係數k所決定，且係 經選擇以允許治療適當大小區域之組織，其相較於圖一較 1245654 五、發明說明（5) 大之面積係以提供益六 I 8提供：適當之功率;大度之功率平衡之’以於治療時於末端 氣間隙9係提供體於7 向質2延伸25mm，且一空 圖一之具有較大末端8之施用係、充。 破壞性腫瘤之治療，例如肝臟上之適於較大表面 本發明之再一實施例係適於治療要腫瘤。 使用如圖三之配置結構，但是安—1、广之肝臟腫瘤，其 電係數k = i〇之礬土取代，且 ^一虱化錯介電質係以介 18_ ;β為; 14Umm . 小係如下所述：L為 = 較之於圖三為較小面積之組織，但可= 包括-充滿空氣之波導 電源之钤入、查技1 /1於/、壁1 3及一用於可撓同軸電纜輸入 道、2 形成’該輸入電源係藉以連接至該波 ，之：端。紹圓柱壁13之外表面係由一㈣套筒^波 導之轴電鏡之外導體係經由一銅接頭17電連接至該波 導之f 3，且該同軸電纜之内導體係連接至一向波導η軸 向延伸一短距1之導體15，一PTFE套管18隔開導體15及接 頭17並於其間形成一電絕緣體。一perspex隔板2〇側向位 於a亥，導内且係接近波導之開放端並位於一嵌接區段2工 内，孩區段分隔該隔板與該開放端一距離W，該隔板2 〇具 有一厚度t。該波導11較佳係操作於TMqi模態。 第ίο頁 1245654 五、發明說明（6) 該施用裝置之操作頻率為7GHz且其尺寸大小典型上 為·· L 二 l〇8mm ; D = 42mm ; Ui3mm ; w = 27· 7mm ;及 t = 4· 3mm。

這些尺寸大小之選定係與操作頻率及隔板之介電係數有 關，如此使得當使用該波導之開放端與將被治療之表面組 織接觸時，從該組織向後反射之微波與在同軸電纜1 4及波 導11之間之過渡係由從該隔板之反射實質抵銷，因此該隔 板減低了該同軸電纜内之反射。在此平衡狀態下，即大部 分之微波能量係發送至將被治療之表面組織。特別是，隔 板2 0之厚度t及組成其之材料介電係數k將決定從該隔板向 後反射之微波大小；隔板2 〇相對於該波導π末端之位置將 決疋该向後反射微波之相對相位。 如圖四所示之微波施用裝置係適用於如乾癬之皮膚治 療，特別是因為其探針端與將被治療之組織具有最小之接 觸。較佳地，為了與該組織銜接，該波導1 1於開放端之邊 緣可塗覆或裝備某些如矽樹脂橡膠之防護物22。 本發明之另一實 於一硬 置包括一支托 外一端具有一 把手3 3處握著 纜35延伸通過 波導31包 3 7，一鋁支撐 孔39，且其另 中通過。同軸 施例係示於圖 管32之 把手33及輸入 並操作且該波 該管32並連接 端之波導3 1，該硬管 接34，該施用裝 括一圓柱鋁套 套管38其一端 一端係連接至 電缆35之外導 電源連 導31形 該輸入 筒36於 係連接 該管32 體40係 成一治療頭，一 電源連接34至波 輸入端連接至一 至該鋁端蓋37之 使得同軸電纜35 外露並電連接至 施用裝 於其另 置係於 同軸電 導31。 鋁端蓋 一中央 可從其 該端蓋

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1245654 五、發明說明（7) 37，且同軸電纜35之内導體41係外露並軸向突入波導31， 一包含TECHNOX® 2000陶瓷介電質之圓柱體42係裝置於套 筒3 6中且形成一中央孔4 3以接納内導體4 1，一空氣間隙4 4 係於同軸電纜之介電質充填端4 5及波導之介電質體4 2之間 形成。 該把手33係由紹製成且於其輸入端具有一同心凹處45 以接納輸入電源連接34，該把手中之一中央孔46係容納該 同軸電纜35。 該波導31較佳係操作於TMw模態。 典型上，該施用裝置係經設計以操作於2· 45GHz之頻 率且该波導之尺寸為·套同36之長度L為50min及内直徑])為 20mm，内導體41外露長度1為11.8mm及空氣間隙44長度為 2 mm。管32典型上為不銹鋼且具有8 mm之直徑及250 mm或其 他合適之長度以伸及將被治療之組織，管3 2可於沿著盆長 度之一或多個位置4 6處被側向彎曲以使得治療頭之微波發 送端表面4 7更易於與將被治療之組織表面對表面接觸。 56之端壁55，以接納管52及同軸電纜57 本發明之又一實施例係示於圖六’其類似於圖五所示 者’包括於一硬管52之一端形成一治療頭之一波導51，及 於該硬管52另外一端之一把手及輸入電源連接（未示出）。 該波導51包括一銘製元件，其包含圓柱套筒W及具有一孔 介電質圓柱體 58包含裝置於套筒54中之Hik 5 0 0 ί且形成一中央孔59以接 納同軸電纜57之内導體60，同軸電纜57之外導體“係電連 接至該端壁55且一空氣間隙62係於同軸電徵57之介電f充

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五、發明說明（8) 填端63及介電質體58之間形成 典型上’該施用裝置係經設計以操作於9· 2GHz之频、 且禮波導之尺寸為：套筒54之長度[為16匪及内直徑&率 10mm，内導體60具外露長度13_及空氣間隙62長度為“、 2mm 〇

如同圖一及圖三之施用裝置，圖五及圖六之微波施 裝置可被用來治療腫瘤或其他表面損害，或治療子宮内★ ，。該治療頭係經由病人身體之一開口插入，可經由—= 管針或直接經由一大切口，接著操作該施用裝置以使治 頭之末端表面與鄰接該腫瘤或損害之將被治療組織面& = 接觸，從治療頭之末端表面發射出之微波即發送入該腫瘤 ，，害及其周圍組織並使其被磨消，在完成治療前此過程 當需要時可重複以磨消於不同位置之多重腫瘤或損害。 ^ 本發明之微波施用裝置也可用來停止組織之流血，其 係使該治療頭之末端表面與該流血組織相接觸並發送微^ 以磨消該組織。

_雖然上述之醫療方法係使用前述之微波施用裝置，可 體會的是本發明大體而言係關於使用任何形式之微波施用 裝置治療組織表面之上或之内腫瘤或損害之方法，該組織 特別係指肝臟，且該微波施用裝置係具有一微波發送表面 之治療碩，其中該微波發送表面可與組織面對面接觸以發 送微波進入該組織。 圖七所示為對於一病人肝臟70上之表面腫瘤之醫療。 切口係橫越病人腹部且腹腔壁係由夾钳7丨夾住以形成腹

第13頁 1245654 五、發明說明（9) 腔之一開口，於是肝臟可從周圍組織鬆脫使其可被進入治 療，該肝臟之狀況係被評估以決定施以何種治療，如是否 移除部份肝臟且/或磨消部份肝臟。如圖七中所示，該肝 臟具有多重表面腫瘤72需要被磨消，一較佳為如圖一至圖 六任一所示之微波施用裝置73係被操作以將該治療頭之末 端表面對準一腫瘤且使該末端表面與該腫瘤接觸，該施用 裝置之電源於疋打開使其產生微波並發送至該腫瘤且使其 被磨消，該施用裝置接著在電源調低或關閉之前或之後被

移離該肝臟表面，以上整個過程於是重複多次以依序磨消 各個表面腫瘤。 手術中之即時超音波掃瞄係被使用以評估肝臟表面之 内或之上之腫瘤位置及程度，同樣地，當治療—個別腫瘤 時所達成之磨消程度係使用手術中之超音波掃瞄以評估 之。當觀看掃瞄之輸出時可見到被磨消之組織從該施用裝 置之末端表面散發成一種「熱雲」，該治療因而繼續直^ 違「熱雲」圍繞整個腫瘤且離該腫瘤一安全邊於。 如一較大之腫瘤或腫瘤群可能需要移除部份^臟，此係 f =除肝臟而達成’且將造成流血。於是使用該微波施 用’置以遏止流血，其作法係藉由將該治療頭之末端表面 與該流血表面接觸並將該施用裝置電源打開以磨消該流血 表面’接著此程序在所有流血表面上被重複。’以' 、 當該肝臟之治療完成，病人之腹部係以鹽水溶液清 洗’且縫合腹腔壁。 以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限

1245654 五、發明說明（10) 制本發明之範圍。大凡熟知此類技藝人士皆能明暸，適當 而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦 不脫離本發明之精神和範圍。綜上所述，本發明實施之具 體性，誠已符合專利法中所規定之發明專利要件，謹請 貴審查委員惠予審視，並賜准專利為禱。 %

第15頁 1245654 圖式簡單說明 為使 貴審查委員對於本發明能有更進一步的了解與 認同，茲配合圖式以實例詳述本發明的實施方式如后。 圖一係本發明第一實施例之開腹手術用可撓微波施用 裝置之軸向圖。 圖二係表示 數圖，其中當末 接觸時為τ圖。 圖三係本發 圖四係本發 圖五係本發 圖六係本發 圖七係使用 圖一之施用裝置相應於微波頻率之反射係 端於空氣中時為S圖且當末端與生物組織 明第二實施例之微波施用裝置之軸向圖。 明第三實施例之微波施用裝置之軸向圖。 明第四實施例之微波施用裝置之軸向圖。 明第五實施例之微波施用裝置之軸向圖。 本發明之微波施用裝置於醫療之示意圖。 圖式之圖號說明： 1-波導 2-介電質 3 -鋁箔 4 - 輸入電源 5 -外導體 6 -套圈 7-内導體 8 -末端表面 9-空氣間隙 11 -波導 13-圓柱壁 1 4 -輸入連接 15-導體 16-套筒 17-接頭 18-套管 2 0 -隔板 2 1 -嵌接區段 2 2 -防護物 3 1 -波導

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第17頁 圖式簡單說明 32- 硬 管 33- 把 手 34- m 入 電 源連接 35- 同 軸 電 纜 36- 套 筒 37- 端 篕 3 8 - 支 撐 套 管 39- 中 央 孔 40- 外 導 體 41- 内 導 體 42- 介 電 質 體 43- 中 央 孔 44- 空 氣 間 隙 45- 介 電 質 充 填 端 46- 中 央 孔 47- 微 波發 送 端 表面 51- 波 導 52- 硬 管 54- 套 筒 55- 端 壁 56- 孔 57- 同 軸 電 纜 58- 介 電 質 體 59- 中 央 孔 60- 内 導 體 61- 外 導 體 62- 空 氣 間 隙 63- 介 電 質 充 填 端 70- 肝 臟 71- 夾 鉗 72- 表 面 腫 瘤 73- 微 波 施 用 裝 置

Claims (1)

1. 汽千又月g日 j案號Θ2ίΜ8玆丨构路:匕邀聲 月 出原説崩書 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種微波施用裝置，包含一同軸電輸入4及一充滿介電 質2之波導1，其中該同軸電輸入4之一内導體7於該波 導1之一端縱向延伸以激發TM0 1微波模態並行進至該波 導1之末端表面8，使得當該末端表面8與將被治療之生 物組織接觸時發送出微波。 2. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該内 導體7係轴向定位於該波導1内。 3. 如申請專利範圍第1或2項所述之微波施用裝置，其中 該波導1為一圓形波導。 4. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該末 端表面8係實質平坦且與該波導1之軸垂直。 5. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該末 端表面8係平坦或略成圓頂狀且中心定位於該波導1之 軸。 6. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該末 端表面8具有一聚合物薄膜22。 7. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該波 導1之長度及直徑，該波導内之該内導體7之長度，及 該介電材料2之介電係數皆係經選擇，使得該波導於所 設計之操作頻率共振。 8. 如申請專利範圍第1項所述之微波施用裝置，其中該波 導1於操作時，當該末端表面8與將被治療之生物組織 接觸時，藉由從該末端表面8及該輸入4至該波導之反 射之相對相位，從該末端表面之向前發送係被加強；

   第18頁 1245654 _案號 92128032_年月日__ 六、申請專利範圍 且當該末端表面8於空氣或氣體中時，藉由從該末端表 面8及該輸入4至該波導之反射之相對相位，反射至該 輸入4係被加強。

   9 . 一種微波施用裝置，包含一波導1，一同軸電輸入4， 其中該同轴電輸入4具有一内導體7於該波導之一端縱 向延伸以激發TM0 1模態之微波並行進至該波導之末端 表面8，並發送出微波至將被治療之生物組織，一低損 耗介電材料之隔板2 0係提供於該波導1内於波導之側向 延伸，以反射在該波導中行進之微波，該隔板2 0之縱 向位置之選擇係與波導1之兩端有關，使得從該隔板2 0 及波導兩端之反射相位可用以減低或抵銷該同軸電輸 入4内之向後反射。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之微波施用裝置，其中該 隔板2 0之厚度及製造該隔板之介電材料之介電係數係 經選擇以決定從該隔板2 0向後反射微波之振幅大小， 如此達成於該同軸輸入内該向後反射之最佳抵銷。 1 1.如申請專利範圍第9或1 0項所述之微波施用裝置，其 中該波導係充滿空氣。

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