專利名稱：基于體外輻射的微波治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療器械，更具體地說，本發(fā)明涉及一種介入治療中對腫瘤的微創(chuàng)和無創(chuàng)治療用的微波治療裝置。
背景技術(shù)：
微波熱療是指借助特定形式的微波熱療輻射器，將微波能量引導(dǎo)照射于人體的癌變部位，使之由于介質(zhì)損耗吸收微波能量而發(fā)熱升溫，達到抑制腫瘤細胞的DNA和RNA的復(fù)制、蛋白質(zhì)合成和腫瘤細胞的繁殖的效果，使腫瘤病變組織細胞的功能受損乃至壞死，進而實現(xiàn)腫瘤治療。與其他的熱療方法相比，微波熱療具有癌變組織內(nèi)部升溫快、熱流分布更加均勻、熱療效果好、成本低、便于操作等優(yōu)點。因此具有良好的臨床應(yīng)用前景，目前已廣泛地應(yīng)用于乳腺癌、腦腫瘤、頸部瘤、惡性黑色素瘤等淺表腫瘤的熱療。但是如何在腫瘤處形成高強度的電磁場的聚集而又盡可能的減少對附近正常組織的影響是一大難題?，F(xiàn)有的射頻和微波治療是通過電纜將射頻或微波引入體內(nèi)，進行治療。存在創(chuàng)傷較大，電纜發(fā)熱容易燙傷患者，以及整個治療過程中度需要在CT介入下進行。
對于淺表腫瘤，多發(fā)于皮下數(shù)厘米深度之內(nèi)，通常具有較大的面積，且在皮下生物組織中呈現(xiàn)特殊的形態(tài)。如果采用微波熱療技術(shù)，需要將微波能量散布在較大的腫瘤區(qū)域， 且與腫瘤形態(tài)相吻合，為此通常需要采用特定的微波天線陣列形式并適當(dāng)?shù)乜刂聘魈炀€激勵的幅度和相位，將微波能量聚焦于腫瘤區(qū)域并避免對周圍組織的損傷。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于體外輻射的微波治療裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種基于體外輻射的微波治療裝置，包括球面天線陣列，其特征在于多個獨立的輻射單元不均勻的設(shè)置在球面天線陣列的表面，而且還具有與所述球面天線陣列同心設(shè)置的氧化鋁球面匹配層。
其中，氧化鋁球面匹配層的厚度為8-12mm ;優(yōu)選為10mm。
其中，在所述氧化鋁球面匹配層內(nèi)設(shè)置有柔性容器，所述的柔性容器內(nèi)盛裝有甘油和水的混合液體，甘油和水的質(zhì)量比為15±1 : 85。
其中所述的柔性容器外表面無縫的粘結(jié)在氧化鋁球面匹配層的內(nèi)表面上。
其中，所述的柔性容器由乳膠、橡膠或其它柔性材料制成，上述材料在2. 5GHz微波頻率下介電常數(shù)的損耗角正切時不大于O. 015。
其中，所述多個獨立的輻射單元分別與功率分配控制器的多個輸出端口連接，所述功率分配控制器與微波信號發(fā)生器連接。
其中，所述的第一 級功率分配器與第二級功率分配器間還設(shè)置有移相器。所述移相器用來控制焦斑的尺寸。
其中，所述的體外輻射的微波治療裝置還包括調(diào)制器，并且所述的調(diào)制器與所述的微波信號發(fā)生器連接，所述的調(diào)制器采用脈沖調(diào)制方式控制微波信號發(fā)生器的平均輸出功率。
本發(fā)明的第二方面，還涉及一種基于體外輻射的微波治療系統(tǒng)，其包括上述體外輻射的微波治療裝置；此外還具有探針，所述的探針具有溫度傳感器和微波場強傳感器，能夠同時測量微波場強和溫度；所述的探針在CT或IMR的介入下置于治療部位的中心，并通過探針檢測對準(zhǔn)焦斑，并且在計算機的控制下實現(xiàn)自動導(dǎo)航治療。
其中，所述的微波治療系統(tǒng)還包括可移動平臺，所述的可移動平臺在計算機的控制下可實現(xiàn)三維移動。
本發(fā)明的微波治療裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果
(I)本發(fā)明的微波治療裝置和系統(tǒng)采用體外輻射加熱的輻射，避免了創(chuàng)傷和加熱燙傷的風(fēng)險。
(2)本發(fā)明中的微波治療裝置和系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)輻射單元之間的相對位置和輻射單元之間的相位差可以實現(xiàn)對焦斑大小和形狀的控制。
(3)本發(fā)明的微波治療裝置和系統(tǒng)采用脈沖調(diào)制器來控制微波信號發(fā)生器的平均輸出功率，并且保持微波信號發(fā)生器的輸出峰值功率不變，從而保證了微波信號發(fā)生器的工作狀態(tài)單一，效率高，顯著提高了微波信號發(fā)生器的使用壽命，而且也簡化了微波場強的探測。
(4)本發(fā)明的微波治療裝置和系統(tǒng)設(shè)置有氧化鋁匹配層和盛裝有混合液體的柔性容器，不僅保證了微波能量對人體的透射，而且實現(xiàn)了匹配層和人體的無空隙適配，顯著降低了傳輸損耗，并且避免了治療區(qū)域表層皮膚的灼燒和燙傷。


圖1是具體實施方式
所述的體外輻射的微波治療系統(tǒng)的示意圖。
圖中各附圖標(biāo)記所表示的含義分別為1_微波信號發(fā)生器，2-調(diào)制器，3-—分四功分器，4-移相器，5-—分八功分器，6-球面天線陣列，7-氧化鋁球面匹配層，8-柔性容器， 9-探針，10-可移動平臺。
具體實施方式
以下將結(jié)合具體實施方式
以及附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
如附圖1所示，本具體實施方式
涉及的基于體外輻射的微波治療裝置，包括球面天線陣列6，32個獨立的輻射單元不均勻的設(shè)置在球面天線陣列6的表面，而且還具有與所述球面天線陣列6同心設(shè)置的氧化鋁球面匹配層7。在所述氧化鋁球面匹配層7內(nèi)表面無縫的粘結(jié)有由乳膠制成的柔性容器8，所述的柔性容器8內(nèi)盛裝有甘油和水的混合液體。所述的體外輻射的微波治療裝置還包括微波信號發(fā)生器1，所述的微波信號發(fā)生器I通過調(diào)制器2控制微波輸出的平均功率，微波信號發(fā)生器I發(fā)出的微波信號通過一分四功率分配控制器3將微波功率等分為四份，并通過一分八功率分配控制器5進一步將微波信號分成 32份獨立的輻射單元，并且在一分四功率分配控制器3和一分八功率分配控制器5之間設(shè)置有移相器4，可以控制輸出到一分八功率分配控制器5的輻射單元的相位 。并且進一步的在所述的微波治療裝置的基礎(chǔ)上設(shè)置探頭9、計算機控制系統(tǒng)以及可移動平臺10可以構(gòu)成本發(fā)明的微波治療系統(tǒng)。本發(fā)明的微波信號發(fā)生器發(fā)出的高功率的微波通過球形天線在人體內(nèi)聚焦，形成高強度微波的聚集，在該處產(chǎn)生熱量，從而殺死腫瘤細胞。這是一種基于體外輻射的微波治療方式。微波功率是通過球形的天線陣列輻射，在球心處聚焦，產(chǎn)生尺寸很小，場強很高的焦斑。由于是球形陣列，就很容易產(chǎn)生在x，y，z三個方向尺度一致的焦斑。陣列單元一共有32個，采用不均勻布置，不僅可以減少輻射單元的數(shù)量，減低系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且還可以保持天線的聚焦性能，并且在需要時可以控制焦斑的大小尺寸。示例性地，本發(fā)明的微波功率是由頻率為2450MHz信號發(fā)生器產(chǎn)生，所述的微波功率流經(jīng)過相等的功分電路，分成32路功率相等的直路，加到球形天線陣的32個輻射單元上。功率分配采用兩級方式，第一級分為四路，第二級采用四個分為八路的功分器，這樣實現(xiàn)32路的等功率分配，不僅具有電路簡單，線路損耗小的優(yōu)點，此外在兩級功分器之間附加移相器，可以控制輸出到各組(每組8個)輻射單元的相位，通過計算機優(yōu)化設(shè)計，選擇各組單元的位置和各組間微波信號的相位差，可以實現(xiàn)對焦斑大小的控制。對組織的加熱的溫度和速度是和所加的微波功率的平均功率相關(guān)的，這里采用脈 沖調(diào)制方式，控制微波源的平均輸出功率。即微波信號發(fā)生器的輸出峰值功率是不變的，通過矩形脈沖調(diào)制器使得信號發(fā)生器時間段工作的，工作和間歇的周期是20毫秒，控制工作和間歇的時長，即控制脈沖的占空比，就可以控制輸出的平均功率。由于要改變微波信號發(fā)生器的輸出功率是比較復(fù)雜的，采用本發(fā)明的技術(shù)回避了這一難題，微波發(fā)生器的工作狀態(tài)單一，效率高，微波發(fā)生器的使用壽命長，同時，也有利于采用探針探測體內(nèi)的微波的強度。采用體外微波輻射的一大難題是人體對微波的反射，由于人體組織和空氣的特性相差極大，由天線輻射的微波能量的大部分將被反射，無法進入人體組織，這樣不僅造成治療的效率降低，還會產(chǎn)生環(huán)境的電磁污染。本發(fā)明提出使用球形匹配層和焦點控制裝置，在接近球心位置采用一個球形裝置，它和球面天線陣是同心的，由厚度為10_的氧化鋁材料構(gòu)成。這一厚度是微波在氧化鋁材料中波長的四分之一，它將產(chǎn)生匹配作用，保證微波能量對人體的透射。在治療中需要調(diào)整加熱區(qū)域的位置，由于改變天線聚焦位置是比較困難的，因此采用改變?nèi)梭w和天線的相對位置實現(xiàn)對人體不同部位的聚焦照射。即天線位置不變，通過調(diào)整人體位置沿X，1，Z方向移動和繞人體縱軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對加熱區(qū)域的調(diào)整。為了避免球形匹配層和人體表面間出現(xiàn)空隙，本發(fā)明提出在球形匹配層和人體皮膚表面之間放置柔性適配裝置。該柔性適配裝置系由乳膠制成的柔性容器，內(nèi)盛有水和甘油組成的混合液體，柔軟的充有液體的容器實現(xiàn)了匹配層和人體的無空隙適配，避免了當(dāng)被治療者體位改變時產(chǎn)生的空隙從而形成的反射。容器內(nèi)的液體具有和人體組織相近的電磁特性，同時損耗很小。這樣實現(xiàn)了小的反射和傳輸損耗。治療位置的確定和治療的自動導(dǎo)航，準(zhǔn)確的確定微波聚焦焦斑的位置時體位輻射技術(shù)的又一關(guān)鍵，本發(fā)明提出采用一個可以同時測量微波場強和溫度的探針，將該探針在CT的介入下置于治療部位的中心，調(diào)整患者體位，通過探針監(jiān)測，對準(zhǔn)焦斑位置，然后就可以由計算機控制下，依據(jù)預(yù)先的規(guī)劃進行自動導(dǎo)航，治療，整個過程自動化程度高，治療速度快。本發(fā)明的體外輻射的微波加熱治療系統(tǒng)利用體外發(fā)射微波能量，在體內(nèi)聚焦，產(chǎn)生熱效應(yīng)，對腫瘤等病變組織加熱，進行治療；球形的天線陣列，在球心處聚焦，產(chǎn)生小尺寸的焦斑；焦斑的位置是固定的，而不均勻的天線陣列分布，實現(xiàn)不同饋電時焦斑尺寸的優(yōu)化；微波功率源輸出的能量通過兩級等幅功分，實現(xiàn)對天線陣列個單元的等幅激勵。而微波源的輸出峰值功率是不變的，通過矩形脈沖調(diào)制，控制脈沖的占空比來控制輸出的平均功率；另外對天線單元的激勵分為四組，通過改變各組的相位，實現(xiàn)對焦斑尺寸的控制；而球形的四分之一波長厚度的匹配裝置，保證微波能量對人體的透射；依靠改變?nèi)梭w和天線的相對位置實現(xiàn)對人體不同部位的聚焦照射；柔性的適配結(jié)構(gòu)實現(xiàn)匹配層和人體的無空隙適配.；通過體內(nèi)放置的探針，實現(xiàn)對該部位的場強和溫度的探測，從而實現(xiàn)對焦點位置的確定。在確定探針的位置后，治療是通過計算機控制下的規(guī)劃進行的，不需要CT或MR的介入。雖然具體實施方式
部分已經(jīng)通過具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案進行了詳細闡述，但本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不脫離本發(fā)明公開的范圍以內(nèi)，可以采用等同替換或等效變換形式實施。因此，本發(fā)明的保護范圍并不限于具體實施方式
部分的具體實施例，只要沒有脫離發(fā)明實質(zhì)的實施方式，均應(yīng)理解為落在了本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于體外輻射的微波治療裝置，包括球面天線陣列，其特征在于多個獨立的輻射單元不均勻的設(shè)置在球面天線陣列的表面，而且還具有與所述球面天線陣列同心設(shè)置的氧化鋁球面匹配層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波治療裝置，其特征在于所述的氧化鋁球面匹配層的厚度為8_12mm ;優(yōu)選為10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波治療裝置，其特征在于在所述氧化鋁球面匹配層內(nèi)設(shè)置有柔性容器，所述的柔性容器內(nèi)盛裝有甘油和水的混合液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波治療裝置，其特征在于所述的柔性容器的外表面無縫的粘結(jié)在氧化鋁球面匹配層的內(nèi)表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波治療裝置，其特征在于所述的柔性容器由乳膠制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波治療裝置，其特征在于所述多個獨立的輻射單元分別與功率分配控制器的多個輸出端口連接，所述功率分配控制器與微波信號發(fā)生器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波治療裝置，其特征在于所述的微波信號發(fā)生器與功率分配控制器之間還設(shè)置有移相器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波治療裝置，其特征在于還包括調(diào)制器，并且所述的調(diào)制器與所述的微波信號發(fā)生器連接，所述的調(diào)制器采用脈沖調(diào)制方式控制微波信號發(fā)生器的平均輸出功率。
9.一種基于體外輻射的微波治療系統(tǒng)，其特征在于包括權(quán)利要求1-8任一項所述的體外輻射的微波治療裝置；另外還具有探針，所述的探針具有溫度傳感器和微波場強傳感器， 能夠同時測量微波場強和溫度；所述的探針在CT或IMR的介入下置于治療部位的中心并通過探針檢測對準(zhǔn)焦斑，在計算機的控制下實現(xiàn)自動導(dǎo)航治療。
10.權(quán)利要求9所述的微波治療系統(tǒng)，其特征在于還包括可移動平臺，所述的可移動平臺在計算機的控制下可實現(xiàn)三維移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于體外輻射的微波治療裝置，包括球面天線陣列，多個獨立的輻射單元不均勻的設(shè)置在球面天線陣列的表面，而且還具有與所述球面天線陣列同心設(shè)置的氧化鋁球面匹配層。本發(fā)明的微波治療裝置由于采用體外輻射加熱的方式，從而能夠解決創(chuàng)傷和發(fā)熱的問題，并且通過探針引導(dǎo)，使得治療在開始定位后可以脫離CT或IMR的介入，依據(jù)預(yù)先的規(guī)劃進行治療，自動化程度高，治療速度快。
文檔編號A61N5/02GK103041504SQ20131002197
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者許家棟, 韋高, 鄭加生, 劉健 申請人:北京緯博天健科技有限公司