專利名稱：能量傳遞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳遞能量到組織的系統(tǒng)和裝置，用于寬范圍的應(yīng) 用，包括醫(yī)療過程(例如組織消融(ablation )，切除術(shù)(resection )， 燒灼術(shù)，血管血栓形成，心臟心律不齊和節(jié)律障礙的治療，電外科學(xué)， 組織采集等等)。本發(fā)明尤其涉及用于以優(yōu)化的特征阻抗傳遞能量的 系統(tǒng)和裝置。在某些實(shí)施例中，通過帶有本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的能量 應(yīng)用提供用于治療組織部位(例如腫瘤)的方法。
背景技術(shù)：
消融是用于治療諸如良性和惡性腫瘤、心臟心律不齊、心臟節(jié)律 障礙和心動(dòng)過速的某些組織的重要的治療手段。大多數(shù)得到認(rèn)可的消 融系統(tǒng)利用射頻(RF)能量作為消融能量源。因此，當(dāng)前有許多對(duì)醫(yī) 生可用的基于RF的導(dǎo)管和功率源。然而，RF能量有一些局限性，包 括表面組織內(nèi)能量的快速消散導(dǎo)致淺的"燒傷"，以及無法進(jìn)入更深的 胂瘤或者心律不齊的組織。RF消融系統(tǒng)的另一個(gè)局限性是有在能量 發(fā)射電極上形成焦痂和凝塊的傾向，其限制了電能的進(jìn)一步沉積。
微波能量是用于加熱生物組織的有效的能量源，而且用在例如注 射之前的癌癥治療和血液的預(yù)加熱的應(yīng)用中。因此，考慮到傳統(tǒng)的消 融技術(shù)的缺點(diǎn)，當(dāng)前存在對(duì)利用微波能量作為消融能量源的巨大的興 趣。微波能量?jī)?yōu)于RF的優(yōu)點(diǎn)是更深的穿透進(jìn)入組織、對(duì)炭化不敏感、 不是必需接地、更加可靠的能量沉積、更快的組織加熱、以及比RF 產(chǎn)生更大的熱損傷的能力，這大大簡(jiǎn)化了目前的消融進(jìn)程。因此，有許多正在研發(fā)之中的利用微波頻率范圍內(nèi)的電磁能量作為消融能量
源的裝置(參見例如U.S.專利序列號(hào):4641649、 5246438、 5405346、 5314466、 5800494、 5957969、 6471696、 6878147和6962586,它們 中的每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容均作為參考包含于此)。
不幸的是，當(dāng)前配置用于傳遞微波能量的裝置存在缺陷。例如， 由于功率和治療時(shí)間的實(shí)際限制，當(dāng)前的裝置產(chǎn)生相對(duì)較少的損傷。 由于饋線的功率運(yùn)送能力較小，當(dāng)前的裝置有功率的局限性。然而， 更大尺寸的饋線是不受歡迎的，因?yàn)樗鼈兏蝗菀捉?jīng)由皮膚插入而且 可能增大進(jìn)程上的并發(fā)癥率。此外，以較高的功率加熱饋線可能導(dǎo)致 該裝置的插入?yún)^(qū)域周圍的燒傷。
需要改進(jìn)的系統(tǒng)和裝置用于傳遞能量到組織部位。此外，需要改 進(jìn)的能夠傳遞微波能量而沒有相應(yīng)的微波能量損耗的系統(tǒng)和裝置。此 外，需要能夠經(jīng)由皮趺傳遞微波能量到患者的組織而沒有不期望的組 織燒傷的系統(tǒng)和裝置。此外，需要用于傳遞期望數(shù)量的微波能量而不 需要物理上有較大侵襲性的部件的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于傳遞微波能量到組織的系統(tǒng)和裝置，用于寬范圍 的應(yīng)用，包括醫(yī)療過程(例如組織消融，切除術(shù)，燒灼術(shù)，血管血 栓形成，中空內(nèi)臟的腔內(nèi)消融、治療心律不齊的心臟消融，電外科學(xué)， 組織采集，整容手術(shù)，眼內(nèi)使用等等)。本發(fā)明尤其涉及用于以優(yōu)化 的特征阻抗傳遞微波能量傳遞的系統(tǒng)和裝置。在某些實(shí)施例中，通過 帶有本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的微波能量應(yīng)用提供用于治療組織部位(例 如胂瘤)的方法。
本發(fā)明提供采用了用于以優(yōu)化的特征阻抗傳遞能量的部件的系 統(tǒng)、裝置和方法。在一些實(shí)施例中，通過使用具有較小物理尺寸的天 線以便使得治療的組織和機(jī)體內(nèi)的侵襲最小，所述系統(tǒng)、裝置和方法 允許以最小的功率消散傳遞期望數(shù)量的能量。
本發(fā)明并不受限于裝置的類型或所釆用的用法。當(dāng)然，可以以任何期望的方式配置所述裝置。同樣，可以在將要傳遞能量的地方的任 何應(yīng)用中使用所述系統(tǒng)和裝置。這種使用包括任何以及所有的醫(yī)學(xué)上 的、獸醫(yī)的以及研究應(yīng)用。然而，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置可以用在農(nóng)業(yè) 環(huán)境、制造業(yè)環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、或者將要傳遞能量的任何其它應(yīng)用。 在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于傳遞能量的裝置，其中所
述裝置以高于500的特征阻抗工作(例如50和90il之間；例如高于 50，…，55， 56， 57， 58， 59， 60， 61， 62，…，90il)。在一些實(shí) 施例中，特征阻抗為7711。
所述裝置并不限于傳遞特定類型的能量。在一些實(shí)施例中，由所 述裝置傳遞的能量的類型為微波能量，在其它的實(shí)施例中該能量類型 為射頻能量，而在另外的實(shí)施例中其是微波能量和射頻能量二者。
在一些實(shí)施例中，所述裝置配置用于經(jīng)由皮膚的、血管內(nèi)的、心 臟內(nèi)的、腹腔內(nèi)窺鏡的、或者外科的能量傳遞。在一些實(shí)施例中，所 述裝置配置用于傳遞能量到目標(biāo)組織或部位。本發(fā)明不受目標(biāo)組織或 部位的特性的限制。使用包括但不限于心臟心律不齊的治療，腫瘤消 融(良性或惡性的)，外科手術(shù)期間、創(chuàng)傷后出血控制，用于任何其 它的出血控制，除去軟組織，組織切除和采集，靜脈曲張的治療，腔 內(nèi)組織消融(例如，為了治療諸如巴雷特食道(Barrett's Esophagus) 和食道腺癌的食道病變)，骨瘤、常規(guī)骨、以及良性骨病癥的治療， 目艮內(nèi)使用，整容手術(shù)中使用，包括腦腫瘤和電擾動(dòng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的 病理學(xué)的治療，以及用于任何目的的血管的燒灼。在一些實(shí)施例中， 所述外科應(yīng)用包括消融療法(例如，為了實(shí)現(xiàn)凝固性壞死)。在一些 實(shí)施例中，所述外科應(yīng)用包括針對(duì)例如轉(zhuǎn)移性腫瘤的目標(biāo)的腫瘤消 融。在一些實(shí)施例中，所述裝置配置用于在任何期望的位置以對(duì)組織 或機(jī)體最小的損傷移動(dòng)和定位，組織或機(jī)體包括但不限于腦、頸、胸、 腹、以及骨盆。在一些實(shí)施例中，所述裝置配置用于例如通過計(jì)算機(jī) 化段層攝影、超聲波、磁共振成像、放射檢查等等來導(dǎo)向傳遞。
在一些實(shí)施例中，所述裝置包括一個(gè)同軸傳輸線。所述裝置并不 限于特定類型的同軸傳輸線。在一些實(shí)施例中，所述同軸傳輸線有一個(gè)中心導(dǎo)體、 一個(gè)介質(zhì)單元、以及一個(gè)外部屏蔽。在一些實(shí)施例中，
所述介質(zhì)單元具有接近于0的傳導(dǎo)率。在一些實(shí)施例中，所述介質(zhì)單
元是空氣、氣體、流體或它們的組合。優(yōu)選地，介質(zhì)單元缺乏或者基 本上沒有固體介質(zhì)絕緣體。在一些實(shí)施例中，盡管可以預(yù)期更大和更
小的直徑，中心導(dǎo)體的直徑大約為0.013英寸。在一些實(shí)施例中，外 部屏蔽為20號(hào)針或者類似的直徑為20號(hào)針的部件。優(yōu)選地，外部屏 蔽不大于16號(hào)針(例如，不大于一個(gè)18號(hào)針)。在一些實(shí)施例中， 外部屏蔽為17號(hào)針。然而，在一些實(shí)施例中，可以如期望的那樣使 用更大的裝置。例如，在一些實(shí)施例中，使用12標(biāo)準(zhǔn)尺寸的直徑。 本發(fā)明并不受限于外部屏蔽部件的大小。在一些實(shí)施例中，為了傳遞 能量到期望的位置，中心導(dǎo)體配置為延伸超出外部屏蔽。在優(yōu)選實(shí)施 例中，不管端接其遠(yuǎn)端的天線的類型如何，為了使功率消散最小而優(yōu) 化一些或所有的饋線特征阻抗。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)提供多個(gè)饋線和/或多個(gè)天線以 便影響患者的一個(gè)或多個(gè)位置。這種應(yīng)用包括但不限于治療較大的腫 瘤塊或具有不規(guī)則形狀的腫瘤塊，其中一個(gè)或多個(gè)能夠傳遞能量的部 件被插入到腫瘤的第 一位置，而一個(gè)或多個(gè)部件被插入到腫瘤的第二 (第三，等等)位置。在一些實(shí)施例中，能夠傳遞能量的第一部件為 第一尺寸而能夠傳遞能量的第二部件為第二尺寸。這樣的一個(gè)實(shí)施例 在針對(duì)特殊的應(yīng)用傳遞期望數(shù)量的能量中增加了用戶的選擇。例如， 在由將裝置插入到患者造成的損傷的大小更加不相關(guān)而且將被消融 的腫瘤區(qū)域較大的實(shí)施例中，用戶可能選擇一個(gè)較大的針以便傳遞更 多的能量。反之，在要使與插入相關(guān)的損傷最小的實(shí)施例中，可以使 用兩個(gè)或者更多個(gè)更小的針(例如，捆扎在一起或者單獨(dú)地)。在優(yōu) 選實(shí)施例中，不管端接其遠(yuǎn)端的天線的類型如何，為了使功率消散最 小而優(yōu)化一些或所有的饋線特征阻抗。在一些實(shí)施例中，所述裝置在
其內(nèi)有多個(gè)相同或不同外形的天線陣(例如，傘形探針、三叉形等等)。 在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)配置用于循環(huán)冷卻劑(例如，空氣、 流體等等)以便幫助減少裝置內(nèi)以及沿裝置的不希望的發(fā)熱。本發(fā)明并不受限于所采取的冷卻的機(jī)制。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件可能包含 涂層(例如，特氟隆或任何其它的絕緣體)以便幫助減少發(fā)熱或者給 予部件或系統(tǒng)其它的期望的屬性。
在一些實(shí)施例中，所述裝置還包括用于調(diào)節(jié)傳遞到腫瘤部位的能 量的數(shù)量的調(diào)諧單元。在一些實(shí)施例中，所述調(diào)諧單元由系統(tǒng)的用戶 手動(dòng)調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，所述裝置被預(yù)調(diào)諧到所期望的組織而且 在治療過程中自始至終是固定的。在一些實(shí)施例中，所述調(diào)諧單元是 自動(dòng)調(diào)節(jié)的而且由本發(fā)明的一個(gè)處理器控制。在一些實(shí)施例中，所述 處理器隨時(shí)間的過去調(diào)節(jié)能量傳遞以便提供貫穿治療過程的恒定的 能量，考慮的任何數(shù)量的期望因素包括但不限于熱量、目標(biāo)組織的特 性和/或位置、期望的損壞的大小、治療時(shí)長(zhǎng)、對(duì)敏感器官的接近等等。 在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)給用戶提供、或者給持續(xù)或不時(shí) 地監(jiān)控所述裝置的功能的處理器提供反饋的傳感器。所述傳感器可能
記錄和/或報(bào)告返回任何數(shù)量的特性，包括但不限于系統(tǒng)的部件的一 個(gè)或多個(gè)位置的熱量，組織處的熱量，組織的特性等等。所述傳感器 可以是諸如CT、超聲波、磁共振成像、或任何其它的成像裝置的形 式的成像裝置。在一些實(shí)施例中，特別是針對(duì)研究應(yīng)用，所述系統(tǒng)記 錄和存儲(chǔ)通常用于將來的系統(tǒng)優(yōu)化和/或用于在特殊條件(例如，病人 類型、組織類型、目標(biāo)部位的大小和外形、目標(biāo)部位的位置等等)下 優(yōu)化能量傳遞的信息。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于消融治療的系統(tǒng)，包括一個(gè)功 率分配器以及一個(gè)用于經(jīng)由皮膚傳遞能量到組織部位的裝置，其中所 述裝置以高于50Q的特征阻抗工作。在一些實(shí)施例中，所述功率分配 器包括一個(gè)配置用于傳遞能量到多個(gè)天線的功率分流器(例如，每個(gè) 天線的能量功率相同，不同的天線的能量功率不同)。在一些實(shí)施例 中，所述功率分流器能夠接收來自 一個(gè)或多個(gè)功率分配器的功率。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于治療組織部位的方法，包括提 供目標(biāo)組織或機(jī)體以及用于傳遞能量到組織部位的裝置，其中所述裝置以高于50H的特征阻抗工作。在這種實(shí)施例中，所述方法還包括裝 置在所迷組織部位的附近定位所述裝置，以及使用所述裝置經(jīng)由皮膚 傳遞一定數(shù)量的能量到所述組織部位。在一些實(shí)施例中，所述能量傳 遞導(dǎo)致例如所述組織部位的消融、和/或血管的血栓形成、和/或組織 部位的電穿孔。在一些實(shí)施例中，所述組織部位是腫瘤。在一些實(shí)施 例中，所述組織部位包括下述的一個(gè)或多個(gè)心、肝、生殖器、胃、 肺、大腸、小腸、腦、頸、骨、腎、肌肉、腱、血管、前列腺、膀胱、 以及脊髓。
在一些實(shí)施例中，所述裝置配置用于經(jīng)由皮膚的、血管內(nèi)的、心 臟內(nèi)的、腹腔內(nèi)的、或者外科的能量傳遞。在一些實(shí)施例中，所述裝 置配置用于傳遞能量到目標(biāo)組織或部位。本發(fā)明并不受限于目標(biāo)組織 或部位的特性。使用包括但不限于心臟心律不齊的治療，消融腫瘤 (良性或惡性的)，外科手術(shù)期間、創(chuàng)傷后出血控制，用于任何類型 的出血控制，除去軟組織，組織切除和采集，靜脈曲張的治療，腔內(nèi) 組織消融(例如，為了治療諸如巴雷特食道和食道腺癌的食道病變)， 骨瘤、常規(guī)骨以及良性骨病癥的治療，目艮內(nèi)使用，整容手術(shù)中使用， 包括腦腫瘤和電擾動(dòng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病理學(xué)的治療，以及用于任何 目的的血管的燒灼。在一些實(shí)施例中，所述外科應(yīng)用包括消融療法(例 如，為了實(shí)現(xiàn)凝固性壞死)。在一些實(shí)施例中，所述外科應(yīng)用包括針 對(duì)例如轉(zhuǎn)移性腫瘤目標(biāo)的腫瘤消融。在一些實(shí)施例中，所述裝置配置 用于在任何期望的位置以對(duì)組織或機(jī)體最小的損傷移動(dòng)和定位，組織 或機(jī)體包括但不限于腦、頸、胸、腹、以及骨盆。在一些實(shí)施例中， 所述裝置配置用于例如通過計(jì)算機(jī)化段層攝影、超聲波、磁共振成像、 放射檢查等等來導(dǎo)向傳遞。
本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法可以連同其它的系統(tǒng)、裝置和方法一 同使用。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法可以與其它的消融裝置， 其它的醫(yī)療裝置、診斷方法和試劑、成像方法和試劑、以及治療方法 和藥劑 一 同使用。使用可以與別的干涉同時(shí)或者在別的干涉之前或之 后發(fā)生。本發(fā)明預(yù)期本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法與任何其它的醫(yī)學(xué)干涉一同使用。


圖1示出了用于微波療法的系統(tǒng)的原理圖2示出了用于傳遞微波能量的裝置的原理圖3示出了用于各種同軸傳輸線的示例性電纜溫度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于傳遞微波能量到組織的系統(tǒng)和裝置，用于寬范圍 的應(yīng)用，包括醫(yī)療過程(例如組織消融，心律不齊的治療，燒灼術(shù)， 血管血栓形成，電外科學(xué)，組織采集等等)。本發(fā)明尤其涉及以優(yōu)化 的特征阻抗用于傳遞微波能量的系統(tǒng)和裝置。在某些實(shí)施例中，通過 帶有本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的微波能量的應(yīng)用提供用于治療組織部位 (例如腫瘤)的方法。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法使用微波能量。在 組織的消融中使用微波能量有多種優(yōu)點(diǎn)。例如，微波具有較寬的功率 場(chǎng)密度(例如，天線周圍大約2cm，其取決于所應(yīng)用的能量的波長(zhǎng))， 具有相應(yīng)的大的有源加熱區(qū)域，從而允許在目標(biāo)區(qū)域以及在血管周圍 的區(qū)域二者內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的組織消融(參見例如國(guó)際公開No. WO 2006/004585;其全部?jī)?nèi)容作為參考包含于此)。另外，微波能量具有
的能力。微波能量具有穿透組織以產(chǎn)生具有極少表面加熱的深度損傷 的能力。能量傳遞時(shí)間比射頻能量要短而且探針可以充分地加熱組 織，以產(chǎn)生具有可預(yù)測(cè)和可控深度的均勻和對(duì)稱損傷。微波能量在血 管附近使用時(shí)通常很安全。而且，微波并不依賴于電傳導(dǎo)；它們可以 通過組織、流體/血液、以及空氣輻射。因此，它們可以用在組織、管 腔、肺、以及血管內(nèi)。
下面提供的示意性實(shí)施例根據(jù)醫(yī)療應(yīng)用(例如通過微波能量的傳 遞消融組織)描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置并不局限于醫(yī)療應(yīng)用。另外，該示意性實(shí)施例根據(jù)配 置用于組織消融的醫(yī)療裝置描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置。應(yīng)理解的 是，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置并不局限于配置用于組織消融的醫(yī)療裝置。 該示意性實(shí)施例描述了根據(jù)微波能量的本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置。應(yīng)理解 的是，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置并不局限于特定類型的能量(例如射頻能
本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置相比當(dāng)前可用的系統(tǒng)和裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)。 例如，利用微波能量的當(dāng)前可用的醫(yī)療裝置的主要缺陷在于，通過傳 輸線將能量不期望地消散在患者的組織上導(dǎo)致不期望的燒傷。這種微 波能量損失源自于當(dāng)前可用的醫(yī)療裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)的局限。特別是，利 用微波能量的醫(yī)療裝置通過同軸導(dǎo)線傳送能量，同軸導(dǎo)線內(nèi)具有圍繞
內(nèi)導(dǎo)體的介質(zhì)材料(例如，聚四氟乙烯或PTFE)。諸如PTFE的介 質(zhì)材料具有有限的導(dǎo)電率，這導(dǎo)致傳輸線的不期望的產(chǎn)熱。當(dāng)供應(yīng)必 要的能量足夠長(zhǎng)的時(shí)間周期以實(shí)現(xiàn)組織消融時(shí)尤為如此。本發(fā)明提供 了能克服這種缺陷的系統(tǒng)、裝置和方法。特別是，本發(fā)明提供缺少或 基本上沒有固體介質(zhì)絕緣體的裝置。例如，利用空氣取代傳統(tǒng)的介質(zhì) 絕緣體地結(jié)果是工作于77Q的有效裝置。在一些實(shí)施例中，這些裝置 使用導(dǎo)電率接近于O的介質(zhì)材料(例如空氣、水、惰性氣體、真空、 部分真空或上述的組合)。本發(fā)明并不局限于上述裝置，由此可以生 成更高阻抗的裝置。下面將更為詳細(xì)地描述通過使用具有導(dǎo)電率接近 于0的介質(zhì)材料的同軸傳輸線大大降低本發(fā)明的醫(yī)療裝置內(nèi)的傳輸線 的總體溫度，由此大大降低不期望的組織發(fā)熱。
因此，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置具有較高的特征阻 抗(例如在50和90il之間；例如，高于50，…，55， 57， 58， 59， 60, 61， 62，...，卯I1等等)。用于醫(yī)療裝置內(nèi)的同軸傳輸線的標(biāo)準(zhǔn) 阻抗為50Q或更低。通常，具有低于50Q的阻抗的同軸傳輸線具有較 高的熱量損傷，因?yàn)榇嬖谟邢迣?dǎo)電率值的介質(zhì)材料。因此，具有阻抗 在50Q或更低阻抗的同軸傳輸線的醫(yī)療裝置沿傳輸線具有較高的熱量 損失。本發(fā)明通過利用具有接近于0的導(dǎo)電率的介質(zhì)材料(例如空氣)的同軸傳輸線以及用于實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)的其它方法來克服這個(gè)問題。
另外，通過提供具有導(dǎo)電率接近于0的介質(zhì)材料的同軸傳輸線以
及避免使用典型的介質(zhì)聚合物，同軸傳輸線可以設(shè)計(jì)成使得能夠裝入
小的針內(nèi)(例如18~20號(hào)針)。通常，由于笨重的介質(zhì)材料的影響， 配置用于傳遞^:波能量的醫(yī)療裝置被設(shè)計(jì)成裝入較大的針內(nèi)。由于僅 有的商業(yè)裝置(Microtaze， Nippon Shoji, Osaka, Japan. 2.450 MHz, 1.6mm直徑探針，70W， 60秒)創(chuàng)建的較大探針尺寸(14標(biāo)準(zhǔn)尺寸) 和相對(duì)小的區(qū)域壞死(直徑1.6cm) (Seki T等人，Cancer 74:817 (1994 ))，微波消融尚未被廣泛地在臨床上使用。其它裝置使用冷 卻外部水套，這種冷卻外部水套也增大了探針尺寸而且還增大了探針
損壞。這些大的探針尺寸增大了胸部和腹部使用時(shí)的復(fù)雜性的風(fēng)險(xiǎn)。 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，進(jìn)入人體的裝置的部分的最大外徑為 16-18標(biāo)準(zhǔn)尺寸或更小。
本發(fā)明使用大于50H (例如接近77Q)的特征阻抗的系統(tǒng)和裝置 在任何類型的醫(yī)療裝置中都能使用，在這些類型的醫(yī)療裝置中，其中 能降低或避免傳輸線的過熱。
下面描迷本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
圖1示出了工作于接近77Q的特征阻抗(例如50和90Q之間； 例如高于50，…，55， 56, 57， 58， 59， 60， 61, 62,…，90Q等等) 的微波治療系統(tǒng)100的原理圖。微波治療系統(tǒng)100并不局限于一種特 定類型的微波治療。事實(shí)上，微波治療系統(tǒng)100涵蓋了任何類型的微 波治療(例如，使組織(例如癌細(xì)胞)暴露到高溫中以便殺死該組織， 或者使該組織對(duì)替代的治療形式更為敏感(例如使該組織對(duì)輻射的影 響更為敏感，使該組織對(duì)抗癌藥更為敏感))。在一些實(shí)施例中，微 波治療系統(tǒng)100通常包括一個(gè)發(fā)生器110、 一個(gè)功率分配系統(tǒng)120、 以及一個(gè)敷貼器(applicator)裝置l30。
仍然參考圖1，在一些實(shí)施例中，發(fā)生器110充當(dāng)微波治療系統(tǒng) 100的能量源。在一些實(shí)施例中，發(fā)生器110配置用于提供多達(dá)100瓦的2.45GHz頻率的微波功率，盡管本發(fā)明并不受限于此。微波治療 系統(tǒng)100并不受限于特定類型的發(fā)生器100。所發(fā)現(xiàn)的與本發(fā)明一同 使用的示例性發(fā)生器包括但不限于可從Cober-Muegge、 LLC 、 Norwalk、 Connecticut, USA得到的那些發(fā)生器。
仍然參考圖l在一些實(shí)施例中，發(fā)生器110內(nèi)部具有工作于接 近7711 (例如50和90il之間；例如高于50，…，55， 56， 57， 58， 59， 60， 61， 62，…，90il等等)的特征阻抗的功率輸出端口 。在一 些實(shí)施例中，發(fā)生器110內(nèi)的部件具有接近77 Cl的特征阻抗或者可以 變換成接近77Q的特征阻抗。在一些實(shí)施例中，發(fā)生器110內(nèi)部具有 77 Q特征阻抗的磁控管源，其驅(qū)動(dòng)均為77 Q的定向耦合器和同軸連接 器(輸出端口 )。在一些實(shí)施例中，發(fā)生器110內(nèi)部具有接近50Q(例 如，45Q， 47(1， 49(1， 53(1)的特征阻抗的磁控管源，但是利
用例如傳輸線變換器其也可變換成接近77 11。
仍然參考圖1，在一些實(shí)施例中，功率分配系統(tǒng)120將來自發(fā)生 器110的能量分配給敷貼器裝置130。功率分配系統(tǒng)120并不局限于 從發(fā)生器110采集能量的特定方式。功率分配系統(tǒng)120并不局限于將 能量提供給敷貼器裝置130的特定方式。在一些實(shí)施例中，功率分配 系統(tǒng)120工作于接近77 Q的阻抗。在一些實(shí)施例中，功率分配系統(tǒng) 120被配置成變換發(fā)生器110的特征阻抗，使得其匹配敷貼器裝置130 的特征阻抗(例如77il)。
仍然參考圖i，在一些實(shí)施例中，敷貼器裝置130被配置成從功 率分配系統(tǒng)120接收微波能量并將該微波能量傳遞給一個(gè)負(fù)載(例如 組織)。在一些實(shí)施例中，敷貼器裝置130工作于77Q的特征阻抗。 在一些實(shí)施例中，敷貼器裝置130被配置成變換功率分配系統(tǒng)120的 特征阻抗，使得其匹配敷貼器裝置130的特征阻抗水平(例如77 Q )。
圖2示出了敷貼器裝置130的原理圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解 能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)物理和/或功能方面的任何數(shù)量的可選配置。如 圖2所示，敷貼器裝置130包括近同軸傳輸線150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155。
仍然參考圖2，近同軸傳輸線150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155并不局限于一種特定類型的材料。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150和遠(yuǎn)同 軸傳輸線155由商用標(biāo)準(zhǔn)的0.047英寸的半剛性同軸電纜構(gòu)成，這種 同軸電纜的聚合物介質(zhì)已經(jīng)被去除。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線 150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155是鍍銀的，雖然本發(fā)明并不局限于此。近同 軸傳輸線150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155并不局限于特定的長(zhǎng)度。
仍然參考圖2，在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150具有近同軸 外部屏蔽160。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150具有近同軸中心 導(dǎo)體170。在一些實(shí)施例中，近同軸中心導(dǎo)體170被配置成沿著其長(zhǎng) 度方向傳導(dǎo)冷卻流體。在一些實(shí)施例中，近同軸中心導(dǎo)體170是中空 的。在一些實(shí)施例中，近同軸中心導(dǎo)體170具有例如0.012英寸的直 徑。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150缺少聚合物介質(zhì)層。在一些 實(shí)施例中，近同軸傳輸線150利用導(dǎo)電率接近于0的介質(zhì)材料(例如 空氣、氣體、流體)。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150具有接近 64.2 Q或更大的特征阻抗。在本發(fā)明的開發(fā)過程中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證明了 具有導(dǎo)電率接近于0的介質(zhì)材料(例如空氣)以及直徑接近0.012英 寸的近同軸中心導(dǎo)體170結(jié)果導(dǎo)致近同軸傳輸線150的阻抗增大(例 如64.2 11)。近同軸傳輸線150的阻抗增大允許使用敷貼器裝置130， 而且沿著近同軸傳輸線150沒有不期望的產(chǎn)熱。
仍然參考圖2，在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸傳輸線155具有遠(yuǎn)同軸 外部屏蔽165。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸傳輸線155具有遠(yuǎn)同軸中心 導(dǎo)體175。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175被配置成沿著其長(zhǎng) 度方向傳導(dǎo)冷卻流體。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175是中空 的。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175具有例如0.013英寸的直 徑。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸傳輸線155缺少聚合物介質(zhì)層。在一些 實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸傳輸線155利用導(dǎo)電率接近于0的介質(zhì)材料(例如 空氣、氣體、流體)。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸傳輸線155的特征阻 抗為77Q。假如遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175具有導(dǎo)電率接近于0的介質(zhì)材料 (例如空氣)而且直徑接近0.013英寸，則結(jié)果是遠(yuǎn)同軸傳輸線155 的阻抗增大(例如77Q)。遠(yuǎn)同軸傳輸線155的阻抗增大允許使用敷貼器裝置130，而且沿著遠(yuǎn)同軸傳輸線155沒有不期望的產(chǎn)熱。
仍然參考圖2,遠(yuǎn)同軸傳輸線155被配置成與近同軸傳輸線150 匹配。在一些實(shí)施例中，近同軸傳輸線150安裝在遠(yuǎn)同軸傳輸線155 之內(nèi)，使得外部的遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165被放置在近同軸外部屏蔽160 的外部。在一些實(shí)施例中，近同軸中心導(dǎo)體170與遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175 對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，近同軸中心導(dǎo)體170與具有介質(zhì)珠180的遠(yuǎn) 同軸中心導(dǎo)體175對(duì)準(zhǔn)。敷貼器工具130并不局限于特定類型或尺寸 的180 (例如環(huán)氧樹脂珠、陶瓷珠、特氟隆珠、迭爾林珠)。
仍然參考圖2,遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165并不局限于一種特定的功能。 在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165充當(dāng)插入到對(duì)象的針。遠(yuǎn)同軸 外部屏蔽165并不局限于一種特定的材料成份。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn) 同軸外部屏蔽165的材料成份為不銹鋼。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸外 部屏蔽165的材料成份是鍍銀的不銹鋼。遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165并不局 限于特定尺寸。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165的尺寸為17 號(hào)針或更小。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165的尺寸為20號(hào) 針或更小。
仍然參考圖2，近同軸傳輸線150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155之間的重 疊充當(dāng)可滑動(dòng)關(guān)節(jié)179。在一些實(shí)施例中，可滑動(dòng)關(guān)節(jié)179允許套入 (例如延伸出)遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175超出遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165的遠(yuǎn)端 以外?；谶@樣的延伸，遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175就充當(dāng)諧振單極天線， 其中電場(chǎng)在暴露的遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175的末端達(dá)到峰值。遠(yuǎn)同軸中心 導(dǎo)體175并不局限于特定量的延伸。在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo) 體175被暴露一定長(zhǎng)度以確保阻抗與傳輸線匹配。在使用中，暴露的 遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體175被施加到人體的組織用于治療目的(下面將進(jìn)行 詳細(xì)描述)。可滑動(dòng)關(guān)節(jié)179還允許調(diào)諧敷貼器裝置130使得近同軸 傳輸線150和遠(yuǎn)同軸傳輸線155之間的阻抗水平可調(diào)節(jié)。
仍然參考圖2，近同軸外部屏蔽160和遠(yuǎn)同軸外部屏蔽165的內(nèi) 部具有通氣孔部分190 (例如，格狀或者縫狀通氣孔部分)。通氣孔 部分190并不局限于特定的類型或尺寸。在一些實(shí)施例中，通氣孔部分190允許消耗例如冷卻流體或氣體。
本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置可以結(jié)合到各種各樣的系統(tǒng)/成套設(shè)備實(shí)施 例中。例如，本發(fā)明與任何的一個(gè)或多個(gè)附件介質(zhì)(例如，外科器械、 輔助治療過程的軟件、處理器、體溫監(jiān)測(cè)裝置等等) 一起提供包含一 個(gè)或多個(gè)發(fā)生器、功率分配系統(tǒng)、以及敷貼器裝置的成套工具。本發(fā) 明并不局限于任何特定的附件介質(zhì)。此外，本發(fā)明預(yù)期成套工具包括 隨同本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置和/或藥用介質(zhì)(例如，鎮(zhèn)靜藥物、局部防腐 劑、局部麻醉) 一道的指令(例如，消融指導(dǎo)、藥物的指令)。
本發(fā)明的裝置可以用在涉及傳遞能量(例如，微波能量)到組織 部位的任何醫(yī)學(xué)過程(例如，經(jīng)由皮膚的或外科的)。本發(fā)明并不局
限于特定類型或類別的組織部位(例如，腦、肝、心臟、血管、腳、 肺、骨等)。例如，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)用在消融腫瘤部位中。在此 情況下，敷貼器裝置被插入到例如患者體內(nèi)，使得遠(yuǎn)同軸外部屏蔽的 末端被放置到期望的腫瘤部位的附近。隨后，發(fā)生器用于以特征阻抗 水平給功率分配系統(tǒng)提供期望數(shù)量的微波能量，功率分配系統(tǒng)隨后以 特征阻抗水平為敷貼器裝置提供能量。接著，通過使用可視的介質(zhì)， 遠(yuǎn)同軸中心導(dǎo)體從遠(yuǎn)同軸外部屏蔽以保持該特征阻抗水平的方式伸
出。接著，期望數(shù)量的微波能量被傳遞到期望的組織部位(例如腫瘤)， 生成強(qiáng)度足夠的電場(chǎng)以便消融所期望的組織部位。由于敷貼器裝置的 傳輸線從頭至尾維持該特征阻抗水平，這大大降低了傳輸線的總體溫 度，結(jié)果是減少了不期望的組織過熱的可能性。本發(fā)明還提供涉及同 時(shí)使用多個(gè)(例如兩個(gè)或更多個(gè))敷貼器裝置用于組織治療的方法。 在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供其中同時(shí)使用多個(gè)定相實(shí)現(xiàn)建設(shè)性和破 壞性干涉(例如，用于選擇性破壞和防護(hù)組織部位的各部分)的天線 的方法。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明還提供用于通過監(jiān)測(cè)組織部位的溫度 (例如，通過反饋系統(tǒng))來調(diào)整提供給組織部位的微波能量的數(shù)量的 軟件。在這種實(shí)施例中，該軟件配置用于與本發(fā)明的微波治療系統(tǒng)相 互作用，以便能夠增大或減少(例如調(diào)諧)傳遞給組織部位的能量的數(shù)量。在一些實(shí)施例中，被治療的組織部位類型(例如肝臟)被輸入 到該軟件中，以便允許該軟件基于預(yù)先校準(zhǔn)的用于該特定類型的組織 部位的方法，調(diào)整(例如調(diào)諧)到該組織部位的微波能量的傳遞。在 其它實(shí)施例中，該軟件提供對(duì)系統(tǒng)的用戶有用的基于特定類型的組織 部位顯示特性的表或圖。在一些實(shí)施例中，為了例如緩慢施放
(ramping)功率以便避免由于高溫造成的快速除氣的組織破裂的目 的，該軟件提供能量傳遞算法。在一些實(shí)施例中，該軟件允許用戶選 擇功率、治療持續(xù)時(shí)間、針對(duì)不同的組織類型的不同的治療算法、同 時(shí)對(duì)多個(gè)天線模式中的各天線施加功率、在各天線之間切換功率傳 遞、相干和不相干的相位調(diào)整、等等。
在一些實(shí)施例中，該軟件配置用于成像設(shè)備(例如，CT、 MRI、 超聲波)。在一些實(shí)施例中，該成像設(shè)備軟件允許用戶基于已知的組 織的熱力學(xué)和電特性以及天線的位置作出預(yù)測(cè)。在一些實(shí)施例中，該 成像軟件允許生成組織部位(例如腫瘤、心律不齊)的位置、天線的 位置的三維圖像，而且生成消融區(qū)域的預(yù)測(cè)圖像。
實(shí)例 實(shí)例1
已經(jīng)檢驗(yàn)了具有聚四氟乙烯(PTFE)介質(zhì)材料、空氣介質(zhì)材料、 銅導(dǎo)線和銀導(dǎo)線的不同組合的幾種同軸傳輸線的功率損耗。如圖3所 示，帶有PTFE介質(zhì)電纜的標(biāo)準(zhǔn)銅導(dǎo)體產(chǎn)生最高的溫度(100W輸入 功率時(shí)為 92。C)。去掉該P(yáng)TFE電介質(zhì)給出的阻抗為64Q，其結(jié)果 是無論是用銅(Cu)還是用銀(Ag)作為內(nèi)部導(dǎo)體都不會(huì)改變的更 低的溫度(100W時(shí)為~76。C )。改變內(nèi)-外導(dǎo)體直徑比以便創(chuàng)建具有 空氣電介質(zhì)的77il的電纜的結(jié)果是最低的溫度(100W時(shí)為~ 66°C )。
在上面的說明書中提及的所有公開內(nèi)容和專利作為參考包含于 此。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，可以對(duì)所描述的本發(fā)明的方法和 系統(tǒng)作各種各樣的修改和變化，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍和精神。盡 管已經(jīng)連同特定的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，所要求保護(hù)的本發(fā)明并不會(huì)過度地受限于特定的實(shí)施例。當(dāng)然，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域 內(nèi)的技術(shù)人員顯而易見的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所描述的模式的各種各 樣的修改應(yīng)當(dāng)包含在下述的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種包括配置用于傳遞能量到組織的天線的裝置，其中所述裝置以高于50Ω的特征阻抗工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述能量是微波能量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述能量是射頻能量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述特征阻抗在50~9011之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述特征阻抗在70~77￡1之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述特征阻抗為77Q。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l的裝置，其中所述裝置包括同軸傳輸線。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述同軸傳輸線具有中心導(dǎo)體、 介質(zhì)單元以及外部屏蔽。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述介質(zhì)單元的導(dǎo)電率接近于0。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述介質(zhì)單元是空氣。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述介質(zhì)單元是氣體。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述介質(zhì)單元是流體。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述中心導(dǎo)體的直徑為大約 0.013英寸或更小。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述外部屏蔽的直徑等于或小 于20號(hào)針。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述外部屏蔽的直徑等于或小 于17號(hào)針。
16、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述外部屏蔽的直徑等于或小 于12號(hào)針。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括用于調(diào)整傳遞到所述組織部 位的能量的量的調(diào)諧單元。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述裝置配置用于傳遞足夠數(shù) 量的能量，以便消融所述組織部位或者促使血栓形成。
19、 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述中心導(dǎo)體配置用于延伸出 所述外部屏蔽之外。
20、 一種用于消融治療的系統(tǒng)，包括功率分配器以及用于傳遞能 量到組織部位的裝置，其中所迷裝置以高于50Q的特征阻抗工作。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述能量是微波能量。
22、 根椐權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所迷能量是射頻能量。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述特征阻抗在50~900之間
24、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述特征阻抗在70~770之間。
25、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述特征阻抗為77Q。
26、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述裝置包括同軸傳輸線。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述同軸傳輸線具有中心導(dǎo) 體、介質(zhì)單元以及外部屏蔽。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述介質(zhì)單元的導(dǎo)電率接近于0。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述介質(zhì)單元是空氣。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述介質(zhì)單元是氣體。
31、 根據(jù)權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述介質(zhì)單元是流體。
32、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，還包括以特征阻抗在50和9011 之間工作的發(fā)生器。
33、 根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述功率分配器的特征阻抗 在50 90Q之間。
34、 一種用于治療組織部位的方法，包括a)提供組織部位以及用于傳遞能量到組織部位的裝置，其中所述裝置以高于50Q的特征阻抗工作；b) 在所述組織部位的附近定位所述裝置；c) 使用所述裝置傳遞一定數(shù)量的能量到所述組織部位。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述組織部位是腫瘤。
36、 根椐權(quán)利要求34的方法，其中所述能量是微波能量。
37、 根椐權(quán)利要求34的方法，其中所述能量是射頻能量。
38、 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述特征阻抗在50~9011之間。
39、 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述特征阻抗在70 77Q之間。
40、 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述特征阻抗為77Q。
41、 根椐權(quán)利要求34的方法，其中所述裝置包括同軸傳輸線。
42、 根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述同軸傳輸線有中心導(dǎo)體、 介質(zhì)單元以及外部屏蔽。
43、 根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述介質(zhì)單元的導(dǎo)電率接近于0。
44、 根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述介質(zhì)單元是空氣。
45、 根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述介質(zhì)單元是氣體。
46、 根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述介質(zhì)單元是流體。
47、 一種用于消融治療的系統(tǒng)，包括功率分配器、功率分流器以 及多個(gè)配置用于傳遞能量到組織部位的天線。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中所述功率分流器配置用于給 所述多個(gè)天線的每一個(gè)提供相同的功率。
49、 根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中所述功率分流器配置用于相 對(duì)于所述多個(gè)天線的第二個(gè)，向所述多個(gè)天線的第一個(gè)提供不同的功率。
50、 根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中所述能量是微波能量。
51、 根據(jù)權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中所述功率分流器配置用于從 一個(gè)以上的功率分配器接收功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于傳遞能量到組織的系統(tǒng)和裝置，用于寬范圍的應(yīng)用，包括醫(yī)療過程(例如組織消融(ablation)，切除術(shù)(resection)，燒灼術(shù)，血管血栓形成，心臟心律不齊和節(jié)律障礙的治療，電外科學(xué)，組織采集等等)。本發(fā)明尤其涉及用于以優(yōu)化的特征阻抗傳遞能量的系統(tǒng)和裝置。在某些實(shí)施例中，通過帶有本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的能量應(yīng)用提供用于治療組織部位(例如腫瘤)的方法。
文檔編號(hào)A61B18/18GK101410068SQ200780010600
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者C·L·布雷斯, D·W·萬德韋德, P·F·雷斯克, 小F·T·李 申請(qǐng)人:紐華沃醫(yī)藥公司