本公開總體涉及微波消融組件，更特別地，涉及微型化的微波消融組件以及最大化它們的功率傳遞。

背景技術(shù)：

電磁場(chǎng)可以用于加熱和消滅腫瘤細(xì)胞。治療可以包括將消融探頭插入到已經(jīng)確認(rèn)有癌癥腫瘤的組織中。一旦消融探頭被合適地定位，那么消融探頭將在圍繞消融探頭的組織內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

在比如癌癥的疾病的治療中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些類型的腫瘤細(xì)胞在提高溫度(稍微低于一般對(duì)健康細(xì)胞有傷害的溫度)下會(huì)變性。已知的治療方法，比如高溫療法，將患病的細(xì)胞加熱到高于41℃的溫度，同時(shí)保持毗鄰的健康細(xì)胞低于會(huì)發(fā)生不可逆細(xì)胞破壞的溫度。所述這些方法包括施加電磁場(chǎng)以加熱或消融組織。

已經(jīng)開發(fā)了利用電磁場(chǎng)的裝置以用于各種用途和實(shí)施。典型地，用于在消融手術(shù)中使用的設(shè)備包括起到能量源的作用的能量產(chǎn)生源(例如，微波發(fā)生器)和用于將能量引導(dǎo)至目標(biāo)組織的外科器具(例如，具有天線組件的微波消融探頭)。通常，發(fā)生器和外科器具被具有多個(gè)導(dǎo)體的線纜組件可操作地聯(lián)接，用于將來(lái)自發(fā)生器的能量傳遞至器具，并且用于通信控制、反饋和識(shí)別器具和發(fā)生器之間的信號(hào)。

使用若干類型的微波探頭，例如單極、偶極和螺旋的類型，所述微波探頭可以用于組織消融的實(shí)施中。在單極天線組件和偶極天線組件中，微波能量從導(dǎo)體的軸線大體垂直地輻射出去。單極天線組件典型地包括單一細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體。典型的偶極天線組件包括兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體，所述兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體是直線對(duì)齊的并且相對(duì)于彼此端部對(duì)端部定位，同時(shí)兩者之間放置有電絕緣體。螺旋天線組件包括各種尺寸(例如，直徑和長(zhǎng)度)的螺旋形的導(dǎo)體構(gòu)造。螺旋天線組件的操控的主要模式是正常模式(邊射)和軸線模式(端射)，在所述正常模式中螺旋所輻射的場(chǎng)在螺旋軸線的垂直面中是最大的，在所述軸線模式中最大輻射沿螺旋軸線。

通過(guò)各種方法實(shí)施用于熱消融的組織加熱，所述方法包括從實(shí)施表面或?qū)嵤┰鲗?dǎo)熱、通過(guò)從電極到接地墊的電流動(dòng)進(jìn)行離子激發(fā)(基于電流的技術(shù))、光學(xué)波長(zhǎng)吸收，或者，在微波消融的情況下，通過(guò)天線電磁場(chǎng)內(nèi)的水分子的介電弛豫(基于場(chǎng)的技術(shù))。消融區(qū)域可以劃分為兩個(gè)部分：主動(dòng)消融區(qū)域和被動(dòng)消融區(qū)域。

主動(dòng)消融區(qū)域最接近消融裝置并且包圍受到高密度能量吸收的組織體積。對(duì)主動(dòng)區(qū)域能量吸收的顯著貢獻(xiàn)是來(lái)自能量產(chǎn)生器產(chǎn)生的能量。熱傳導(dǎo)對(duì)主動(dòng)區(qū)域能量吸收是非顯著貢獻(xiàn)。在基于電流和基于場(chǎng)的消融技術(shù)中，該主動(dòng)加熱來(lái)自歐姆損失(基于電流的)和介電弛豫(基于場(chǎng)的)。在將足夠量的能量從消融能量發(fā)生器輸送到主動(dòng)區(qū)域的情況下，在給定的施加時(shí)間處、在除流體流動(dòng)非?？焖俚膮^(qū)域(比如圍繞大血管或氣道以及在大血管或氣道中)之外的所有區(qū)域中確保熱組織破壞。主動(dòng)消融區(qū)域的尺寸和形狀可以通過(guò)消融裝置設(shè)計(jì)來(lái)確定。因此主動(dòng)消融區(qū)域可以用于在給定的形狀和體積的組織上產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的消融效果。

被動(dòng)消融區(qū)域圍繞主動(dòng)區(qū)域并且包圍經(jīng)受更低密度能量吸收的組織體積。對(duì)被動(dòng)區(qū)域能量吸收的顯著貢獻(xiàn)是來(lái)自更熱的主動(dòng)區(qū)域的熱傳導(dǎo)。由于能量發(fā)生器產(chǎn)生的能量的直接加熱對(duì)被動(dòng)區(qū)域能量吸收是非顯著貢獻(xiàn)。在被動(dòng)消融區(qū)域內(nèi)的組織可能在給定的實(shí)施時(shí)間處經(jīng)受或不經(jīng)受組織破壞。生理機(jī)能的冷卻可以抵消來(lái)自更低等級(jí)能量吸收的加熱，并且因此不允許在被動(dòng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生足夠的加熱以殺死組織。被動(dòng)區(qū)域內(nèi)患病的或者灌注差的組織可能比其他組織更容易加熱，并且也可能更容易受到來(lái)自消融區(qū)域內(nèi)更熱區(qū)域的熱傳導(dǎo)的影響。因?yàn)樵谀繕?biāo)生理機(jī)能內(nèi)跨越空間的這些不同的場(chǎng)景，所以依賴被動(dòng)區(qū)域以實(shí)施熱消融是具有不可預(yù)測(cè)的結(jié)果的挑戰(zhàn)。

因?yàn)橥ㄟ^(guò)微波探頭可以在一定距離感應(yīng)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，所以微波消融具有產(chǎn)生大的主動(dòng)區(qū)域的潛力，所述主動(dòng)區(qū)域的形狀和尺寸可以由設(shè)計(jì)來(lái)確定并保持恒定。此外，可以通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)確定所述主動(dòng)區(qū)域的形狀和尺寸以適合特定的醫(yī)療實(shí)施。通過(guò)利用預(yù)設(shè)的主動(dòng)區(qū)域來(lái)產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的消融區(qū)域，并且不依賴于不確定的被動(dòng)消融區(qū)域，微波消融可以提供其他消融技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的等級(jí)的可預(yù)測(cè)性和手術(shù)相關(guān)性。

圍繞天線的主動(dòng)區(qū)域的尺寸和形狀是由操控頻率、天線的幾何形狀、天線的材料和圍繞天線的周圍媒介來(lái)確定。在電特性動(dòng)態(tài)變化的媒介中操控天線(比如加熱組織)會(huì)導(dǎo)致尺寸和形狀變化的電磁場(chǎng)，并且因此導(dǎo)致尺寸和形狀變化的主動(dòng)區(qū)域。為了在給定手術(shù)類型的可接受范圍內(nèi)保持圍繞微波天線的主動(dòng)區(qū)域的尺寸和形狀，降低對(duì)周圍媒介的電磁場(chǎng)的電特性的影響程度。

圍繞天線的主動(dòng)區(qū)域內(nèi)的能量密度是由從微波發(fā)生器能夠輸送到天線的能量的量來(lái)確定。在主動(dòng)區(qū)域包絡(luò)面(envelope)內(nèi)需要足夠的能量密度以便在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的凝固。另外，隨著更多的能量輸送到天線，可以在更短的手術(shù)時(shí)間中獲得主動(dòng)區(qū)域消融。為了將通過(guò)波導(dǎo)從微波發(fā)生器到微波天線的能量傳遞最大化，需要每個(gè)系統(tǒng)部件具有相同的阻抗或者每個(gè)系統(tǒng)部件能夠被阻抗匹配。盡管發(fā)生器和波導(dǎo)的阻抗通常是固定的，但微波天線的阻抗是由操控頻率、天線的幾何形狀、天線的材料和圍繞天線的周圍媒介來(lái)確定。在電特性動(dòng)態(tài)變化的媒介中操控天線(比如加熱組織中)會(huì)導(dǎo)致變化的天線阻抗以及輸送到天線的變化的能量，并且結(jié)果是，會(huì)導(dǎo)致在主動(dòng)區(qū)域內(nèi)的變化的能量密度。為了保持圍繞微波天線的主動(dòng)區(qū)域內(nèi)的能量密度，必須降低對(duì)周圍媒介的天線阻抗的電特性的影響程度。

在基于場(chǎng)的熱消融中，主動(dòng)區(qū)域尺寸和形狀改變的主要原因是電磁波的伸長(zhǎng)。因?yàn)榻M織脫水，波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)發(fā)生在加熱組織時(shí)。脫水降低了介電常數(shù)，伸長(zhǎng)了微波場(chǎng)的波長(zhǎng)。因?yàn)榻M織類型之間的不同的介電常數(shù)，當(dāng)使用微波裝置跨越各種組織類型時(shí)，也會(huì)遇到波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)。例如，在肺組織中的電磁波顯著地長(zhǎng)于肝組織中的電磁波。

波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)損害了微波能量在目標(biāo)組織上的集中。對(duì)于大體積消融，大體球形的主動(dòng)區(qū)域優(yōu)選地在大體球形的組織目標(biāo)上集中能量。波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)造成電磁場(chǎng)沿裝置的長(zhǎng)度朝發(fā)生器拉伸，導(dǎo)致大體彗星形狀或“熱狗”形狀的主動(dòng)區(qū)域。

通過(guò)利用具有不變的介電常數(shù)的材料來(lái)介電緩沖天線的幾何形狀，可以顯著地減低在醫(yī)療微波天線中的波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)，如美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/835,283和13/836,519中描述的那樣，每個(gè)所述專利的公開在此通過(guò)引用合并。介電常數(shù)不變的材料圍繞天線，降低組織電特性在天線波長(zhǎng)上的影響。通過(guò)介電緩沖來(lái)控制波長(zhǎng)的伸長(zhǎng)，可以將天線阻抗的匹配和場(chǎng)的形狀保持在期望的范圍內(nèi)，使得大的主動(dòng)消融區(qū)域具有預(yù)設(shè)的、穩(wěn)固的形狀。

通過(guò)提供具有循環(huán)流體(比如具有鹽水或水)的介電緩沖，這些材料的高介電常數(shù)可以在天線幾何形狀設(shè)計(jì)中被充分利用(leveraged)，此外，循環(huán)的流體可以用于同時(shí)冷卻微波部件，所述微波部件包括同軸的饋線和天線。微波部件的冷卻液也使得對(duì)部件的更高功率的處理成為可能，這可以用于將更多能量輸送到天線主動(dòng)區(qū)域。

如上所述，部分地通過(guò)天線的幾何形狀來(lái)確定圍繞天線的主動(dòng)區(qū)域的尺寸和形狀。一般的消融天線不會(huì)利用天線的幾何形狀與波長(zhǎng)緩沖的組合來(lái)有效地控制微波場(chǎng)的形狀和尺寸。這些天線不會(huì)產(chǎn)生球形的主動(dòng)區(qū)域形狀，并且該主動(dòng)區(qū)域在跨越組織類型或在組織加熱期間也是不穩(wěn)固和不變化的。這些天線允許微波能量從裝置末端沿裝置的外部導(dǎo)體朝發(fā)生器擴(kuò)散。沿軸的微波能量的擴(kuò)散導(dǎo)致彗星形狀或“熱狗”形狀的主動(dòng)區(qū)域。

微波天線可以裝備有扼流圈或巴倫(balun，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器)、天線幾何形狀的部件，所述天線幾何形狀的部件改善阻抗匹配并且也能夠有助于微波能量集中成預(yù)設(shè)的形狀。當(dāng)與波長(zhǎng)緩沖組合時(shí)，巴倫或者扼流圈跨越各種組織類型并在組織加熱期間能夠有效地阻擋電磁波沿外部導(dǎo)體朝發(fā)生器的向后傳播，使得能量集中成穩(wěn)固的球形主動(dòng)區(qū)域。

巴倫的一個(gè)實(shí)施包括布置在同軸線纜的外導(dǎo)體上的巴倫電介質(zhì)、布置在巴倫電介質(zhì)上的巴倫外導(dǎo)體。巴倫形成了圍繞內(nèi)同軸線纜布置的同軸波導(dǎo)的短區(qū)段，同軸線纜的外導(dǎo)體在所述短區(qū)段是巴倫的內(nèi)導(dǎo)體。巴倫圍繞同軸線纜在天線的饋線附近布置，在一個(gè)實(shí)施中所述巴倫具有λ/4的長(zhǎng)度，其中λ是巴倫內(nèi)的電磁波的波長(zhǎng)。巴倫外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體在近端部在一起短路以便產(chǎn)生λ/4的短路的巴倫。

描述λ/4的短路的巴倫的功能的一個(gè)方法如下：電磁波沿天線的輻射區(qū)段朝近端傳播、進(jìn)入巴倫、反射離開巴倫的短路的近端部、向前傳播到巴倫的遠(yuǎn)端部，并且離開巴倫返回到天線輻射區(qū)段上。利用巴倫長(zhǎng)度的這種布置，當(dāng)電磁波到達(dá)巴倫的遠(yuǎn)端部并且行進(jìn)返回到天線輻射區(qū)段時(shí)，電磁波已經(jīng)積累了完整的λ的相位改變。這是因?yàn)樗鲭姶挪ㄔ诎蛡悆?nèi)向前行進(jìn)λ/4的距離，在巴倫內(nèi)向后行進(jìn)λ/4的距離，以及發(fā)生在巴倫的短路的近端部的反射的λ/2相位改變。結(jié)果，電磁波與在天線輻射區(qū)段的其他波在相干相位中被重新引導(dǎo)朝天線的遠(yuǎn)端末端返回,而不會(huì)沿線纜的外部表面朝發(fā)生器傳播，。

因?yàn)樵谖⒉ㄏ诮M件中需要各種部件，所以增大微波消融組件的直徑以及增大所述微波消融組件所穿過(guò)的針的直徑。針的尺寸可能會(huì)限制微波消融組件在微創(chuàng)手術(shù)中的使用，特別是當(dāng)存在反復(fù)的治療時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，本公開涉及一種微波施加器。所述微波施加器包括第一傳輸線路區(qū)段、第二傳輸線路區(qū)段和第三傳輸線路區(qū)段。第一傳輸線路區(qū)段包括第一內(nèi)導(dǎo)體和外接所述第一內(nèi)導(dǎo)體的第一外導(dǎo)體，第一外導(dǎo)體具有第一外徑。第二傳輸線路區(qū)段包括第二內(nèi)導(dǎo)體和外接所述第二內(nèi)導(dǎo)體的第二外導(dǎo)體，第二外導(dǎo)體具有小于第一外徑的第二外徑。第三傳輸線路區(qū)段包括第三內(nèi)導(dǎo)體和外接所述第三內(nèi)導(dǎo)體的第三外導(dǎo)體，第三外導(dǎo)體具有小于第二外徑的第三外徑。

第一傳輸線路區(qū)段、第二傳輸線路區(qū)段、第三傳輸線路區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)是剛性的、半剛性的或柔性的。第二內(nèi)導(dǎo)體和第三內(nèi)導(dǎo)體的直徑可以等于第一內(nèi)導(dǎo)體的直徑。第二內(nèi)導(dǎo)體和第三內(nèi)導(dǎo)體可以是第一內(nèi)導(dǎo)體的延伸。微波施加器也可以包括外接第三外導(dǎo)體的巴倫外導(dǎo)體。巴倫外導(dǎo)體的外徑可以等于第一傳輸線路區(qū)段的第一外導(dǎo)體的外徑。

在另外的方面中，本公開的特征在于包括同軸線纜的天線組件，所述同軸線纜包括第一傳輸線路區(qū)段、第二傳輸線路區(qū)段、第三傳輸線路區(qū)段和布置在第三傳輸線路區(qū)段上的同軸的巴倫。同軸的巴倫的外徑等于或約等于第一傳輸線路區(qū)段的外徑。天線組件還包括輻射區(qū)段和介電緩沖及冷卻區(qū)段，所述輻射區(qū)段形成在第三傳輸線路區(qū)段的遠(yuǎn)端部處，所述介電緩沖及冷卻區(qū)段構(gòu)造成接收同軸線纜并被附接到輻射區(qū)段。

第一傳輸線路區(qū)段、第二傳輸線路區(qū)段、第三傳輸線路區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)是剛性的、半剛性的或柔性的。

介電緩沖及冷卻區(qū)段可以包括第一管和布置在所述第一管內(nèi)的第二管。第二管限定了在第一管的內(nèi)表面和第二管的外表面之間的流出管道，并且第二管限定了在第二管的內(nèi)表面和同軸線纜以及附接的輻射區(qū)段的外表面之間的流入管道。介電緩沖及冷卻區(qū)段可以包括第一管，所述第一管限定了流入管道和流出管道以用于承載冷卻流體。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參考附圖閱讀本公開的各種實(shí)施例的描述時(shí)，當(dāng)前所公開的具有流體冷卻的探頭組件的能量輸送裝置以及包括所述能量輸送裝置的系統(tǒng)的部件和特征對(duì)那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)變得顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)本公開的方面的微波消融系統(tǒng)的立體圖；

圖2是根據(jù)本公開的方面的圖1的微波消融系統(tǒng)的微波施加器的側(cè)視圖；

圖3a是基本傳輸線路的示意圖；

圖3b是圖2的微波施加器的傳輸線路網(wǎng)絡(luò)圖；

圖4a是圖2的微波施加器的第一傳輸線路區(qū)段的示意圖；

圖4b是圖2的微波施加器的第二傳輸線路區(qū)段的示意圖；

圖4c是圖2的微波施加器的第三傳輸線路區(qū)段的示意圖；

圖4d是圖2的微波施加器的遠(yuǎn)端輻射區(qū)段的示意圖；和

圖5是圖4a－圖4d的組合示意圖。

具體實(shí)施方式

本公開總體涉及一種能夠優(yōu)化從發(fā)生器到天線負(fù)載的功率傳輸、同時(shí)微型化微波施加器的橫截面直徑的微波消融裝置。這可以通過(guò)將發(fā)生器和第一傳輸線路區(qū)段的阻抗與深入包括第二傳輸線路區(qū)段和第三傳輸線路區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的阻抗相匹配而部分地實(shí)現(xiàn)，所述第二傳輸線路區(qū)段與所述第三傳輸線路區(qū)段在天線處終止。

根據(jù)本公開，天線幾何形狀的直徑可以減小至小于或等于同軸饋線的直徑。天線幾何形狀的微型化至少提供了如下優(yōu)點(diǎn)：(1)減小了微波施加器的總體徑向尺寸，而沒有顯著地?fù)p害消融性能或裝置強(qiáng)度；(2)使得可以使用更大的同軸線纜饋線，這減少了同軸線纜饋線中的能量損失并因此增加了輸送到輻射器的能量；(3)在微波施加器內(nèi)提供了額外的空間，而沒有增大用于微波施加器的各種結(jié)構(gòu)和特征(例如，流體通道、增強(qiáng)構(gòu)件和定中特征或傳感器)的總體徑向尺寸；和(4)使得各種加工技術(shù)(例如從一個(gè)端部將完全裝配好的微波部件滑入多管腔導(dǎo)管)成為可能，在其它情況下所述加工技術(shù)會(huì)因?yàn)槲⒉ㄍS線纜和天線之間的不一致的徑向尺寸而不能實(shí)行。

相對(duì)于支氣管內(nèi)消融，微波施加器的微型化使得鹽水或水介電緩沖且電扼流(經(jīng)由巴倫)的微波輻射器在2.8mm的支氣管窺鏡通道尺寸下在技術(shù)上可行(例如，所要求的組織效應(yīng)和適當(dāng)?shù)睦鋮s)。這還改善了尺寸上至3.2mm支氣管窺鏡通道尺寸裝置的相同實(shí)施的組織效應(yīng)和冷卻性能。其他血管內(nèi)的、通過(guò)皮膚的、外科的和腹腔鏡檢查的實(shí)施(其中導(dǎo)管尺寸(法式尺寸確定)是有臨床意義的)被類似地設(shè)想而受益。這也可以在微波施加器組件內(nèi)提供用于熱電偶溫度傳感器的空間，所述內(nèi)容在美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/836,519和13/924,277中描述，每個(gè)所述申請(qǐng)的公開在此通過(guò)引用而并入。此外，通過(guò)在饋線同軸區(qū)段的直徑與天線幾何形狀(包括巴倫)的直徑之間保持線路到線路的尺寸，可以從近端部將微波施加器組件滑入封閉的(尖端的)管腔中，從而簡(jiǎn)化加工工藝。本公開的加工方法可以用于消融針和消融導(dǎo)管的微型化和增強(qiáng)。

參考附圖描述微波消融系統(tǒng)和部件的實(shí)施例。在所有的附圖描述中，同樣的附圖標(biāo)記指示類似或相同的元件。如在附圖中所示以及如在說(shuō)明書中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“近端的”是指設(shè)備或設(shè)備部件的離使用者更近的那部分，術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)端的”是指設(shè)備或設(shè)備部件的離使用者更遠(yuǎn)的那部分。

本說(shuō)明書可以使用短語(yǔ)“在實(shí)施例中”“在多個(gè)實(shí)施例中”“在一些實(shí)施例中”或者“在其他實(shí)施例中”，所述短語(yǔ)各指示根據(jù)本公開的相同或不同實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)。

如在本說(shuō)明書中所使用的那樣，“微波”一般是指處于300兆赫茲(mhz)(3×10⁸循環(huán)/秒)至300吉赫茲(ghz)(3×10¹¹循環(huán)/秒)的頻率范圍的電磁波。如在本說(shuō)明書中所使用的那樣，“消融手術(shù)”一般是指任何消融手術(shù)，例如，微波消融、射頻(rf)消融或者微波或rf消融輔助切除術(shù)。如在本說(shuō)明書中所使用的那樣，“傳輸線路”一般是指任何可以用于從一點(diǎn)到另外點(diǎn)的信號(hào)傳播的傳輸媒介。如在本說(shuō)明書中所使用的那樣，“流體”一般是指液體、氣體或所述兩者。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方面的微波組織處理系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)圖。微波組織處理系統(tǒng)10包括微波組織處理裝置20，所述微波組織處理裝置具有通過(guò)饋線60連接到微波發(fā)生器40的微波施加器或天線組件100。微波組織處理裝置20可以包括一個(gè)或多個(gè)泵80(例如，蠕動(dòng)泵或諸如此類)，用于經(jīng)由冷卻系統(tǒng)180的流入流體管道182和流出流體管道184來(lái)使冷卻的或熱消耗的流體循環(huán)通過(guò)微波施加器或天線組件100。利用加壓和調(diào)節(jié)容器來(lái)驅(qū)動(dòng)流體可以替代驅(qū)動(dòng)流體通過(guò)系統(tǒng)的泵的機(jī)械功能。

饋線60的長(zhǎng)度可以從約7英尺至約10英尺變動(dòng)，但如果在特定實(shí)施中需要，所述長(zhǎng)度也可以顯著更長(zhǎng)或更短。饋線60將微波能量傳遞到微波組織處理裝置20。饋線60包括同軸線纜，所述同軸線纜具有內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體和插置在內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間的電介質(zhì)。電介質(zhì)將內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體電分離和/或電隔離。饋線60還可以包括由任何導(dǎo)電或非導(dǎo)電材料形成的任何套筒、管、夾套或諸如此類。饋線60能夠從天線組件100或微波組織處理裝置20分離，并且所述饋線能夠連接到所述天線組件100或所述微波組織處理裝置20。

內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體各自至少部分地由導(dǎo)電材料或金屬(比如不銹鋼、銅或金)形成。在某些實(shí)施例中，饋線的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體可以包括導(dǎo)電或非導(dǎo)電基體，所述非導(dǎo)電基體鍍有或涂覆有合適的導(dǎo)電材料。電介質(zhì)可以由材料形成，所述材料具有足夠數(shù)值的切向損失常數(shù)和介電值以便使相應(yīng)的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體彼此電分離和/或電隔離，所述材料包括但不限于膨脹的泡沫聚四氟乙烯(ptfe)、聚酰亞胺、二氧化硅或氟聚合物。電介質(zhì)可以由能夠在相應(yīng)的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間保持期望的阻抗值和電構(gòu)造的任何非導(dǎo)電材料形成。另外，電介質(zhì)可以由多種電介質(zhì)材料的組合形成。

微波組織處理系統(tǒng)10的天線組件100包括第一傳輸線路區(qū)段112、第二傳輸線路區(qū)段114、第三傳輸線路區(qū)段116、遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120和介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)122，扼流圈或同軸的巴倫118布置在所述第三傳輸線路區(qū)段上。

天線組件100的近端部分可以包括連接中樞140。連接中樞140分別限定了管道、額外的管道和一個(gè)或多個(gè)孔。所述管道被構(gòu)造成以及尺寸被設(shè)計(jì)成接收饋線60的遠(yuǎn)端部；所述額外的管道被構(gòu)造成以及尺寸被設(shè)計(jì)成接收冷卻系統(tǒng)180的流入管道182和流出管道184；所述一個(gè)或多個(gè)孔在連接中樞140的內(nèi)部表面形成并且被構(gòu)造成以及尺寸被設(shè)計(jì)成接收流入管道182和流出管道184。連接中樞140可以由任何合適的材料形成，所述任何合適的材料包括但不限于聚合材料。盡管沒有明確示出，但中樞也可以包括構(gòu)造成并且尺寸被設(shè)計(jì)成接收傳感器的管道，所述傳感器包括但不限于熱電偶、電磁導(dǎo)航線圈或者阻抗監(jiān)測(cè)電極，所述中樞可以容納用于感知關(guān)于組織輻射的消融效果的輻射計(jì)的一個(gè)或多個(gè)部件。

如上所述，本公開的天線組件100將微波施加器200的徑向尺寸最小化。特別地，優(yōu)化微波施加器200的金屬結(jié)構(gòu)的徑向尺寸以便將發(fā)生器和第一傳輸線路區(qū)段112的阻抗分別與第二傳輸線路區(qū)段114和第三傳輸線路區(qū)段116的阻抗匹配，如下面將參考圖2-圖5描述的那樣。

圖2示出了插入到介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)122中的微波施加器200。第一傳輸線路區(qū)段112(圖1)可以由任何種類的同軸線纜(包括剛性、半剛性或柔性同軸線纜)構(gòu)造。由同軸線纜形成的波導(dǎo)的阻抗可以是50歐姆，但也可以從20歐姆至150歐姆變動(dòng)。第一傳輸線路區(qū)段112的內(nèi)導(dǎo)體212被電介質(zhì)絕緣體214圍繞，所述電介質(zhì)絕緣體轉(zhuǎn)而被外導(dǎo)體216(也稱為屏蔽件)部分地或完全地覆蓋。

內(nèi)導(dǎo)體212可以是鍍銀實(shí)心銅電線。電介質(zhì)絕緣體214可以是電介質(zhì)帶、擠制的聚四氟乙烯(ptfe)電介質(zhì)絕緣體、纏繞的ptfe、泡沫ptfe或者全氟烷氧基(pfa)。外導(dǎo)體216可以是由扁的或圓的編織電線構(gòu)造的鍍銀銅編織電線。用于環(huán)境穩(wěn)固性和機(jī)械穩(wěn)固性的夾套(未示出)可以施加在編織的屏蔽件上或者熔化在編織屏障中。夾套可以是熱收縮材料，比如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)或者氟化乙丙烯(fep)，或者擠制的熱塑性塑料。第一傳輸線路區(qū)段112具有外徑尺寸d1(見圖5)。

第二傳輸線路區(qū)段114可以包括與同軸饋線區(qū)段112的內(nèi)導(dǎo)體212相同的內(nèi)導(dǎo)體222。因此，內(nèi)導(dǎo)體222在第一傳輸線路區(qū)段112和第二傳輸線路區(qū)段114之間可以是不變的和無(wú)縫的，以便簡(jiǎn)化微波施加器的加工并且改善電性能。換言之，內(nèi)導(dǎo)體222可以是內(nèi)導(dǎo)體212的延伸。在實(shí)施例中，可以減小內(nèi)導(dǎo)體222的徑向尺寸。第一傳輸線路區(qū)段112和第二傳輸線路區(qū)段114之間的不同在于第二傳輸線路區(qū)段114的外徑尺寸d2通過(guò)采用電介質(zhì)絕緣體224被減小，與第一傳輸線路區(qū)段的電介質(zhì)絕緣體214相比電介質(zhì)絕緣體224具有減小的直徑。

可以針對(duì)操作頻率的四分之一波長(zhǎng)的電性能來(lái)優(yōu)化第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度。第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度可以根據(jù)第二傳輸線路區(qū)段的電介質(zhì)絕緣體224的介電常數(shù)來(lái)縮放。例如，第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度可以是用于2450mhz的操作頻率的2.1cm。在其他實(shí)施例中，第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度可以偏離四分之一的波長(zhǎng)。例如，第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度可以是用于915mhz的操作頻率的5.6cm，以及用于5800mhz的0.9cm。在其他實(shí)施例中，使用各種方法，包括變細(xì)逐級(jí)下降、多區(qū)段逐級(jí)下降或者指數(shù)變細(xì)，第二傳輸線路區(qū)段114可以逐級(jí)下降。

第二傳輸線路區(qū)段114可以由與第一傳輸線路區(qū)段112相同的材料構(gòu)造，或者第二傳輸線路區(qū)段114可以使用與第一傳輸線路區(qū)段112不同的材料的組合。電介質(zhì)絕緣體224可以是泡沫ptfe，比如低密度ptfe(ldptfe)或者微孔ptfe、帶纏繞的ptfe、帶纏繞和燒結(jié)的ptfe或者pfa。外導(dǎo)體226可以是鍍銀的銅的扁編織電線、無(wú)縫銅管、導(dǎo)電的油墨涂覆pet熱收縮管(例如，銀油墨涂覆pet熱收縮管)或者鍍銀包銅的鋼編織。

第三傳輸線路區(qū)段116可以包括內(nèi)導(dǎo)體232，所述內(nèi)導(dǎo)體232是不變的并且與第二傳輸線路區(qū)段114的內(nèi)導(dǎo)體222和第一傳輸線路區(qū)段112的內(nèi)導(dǎo)體212無(wú)縫隙，這會(huì)簡(jiǎn)化第三傳輸線路區(qū)段116的加工，并且會(huì)改善電性能。如果第三傳輸線路區(qū)段116的內(nèi)導(dǎo)體232會(huì)隨著第三傳輸線路區(qū)段116改變，那么可以減小所述內(nèi)導(dǎo)體的徑向尺寸。第三傳輸線路區(qū)段116和第二傳輸線路區(qū)段114的不同在于第三傳輸線路區(qū)段116的外徑尺寸d3通過(guò)采用電介質(zhì)絕緣體234被再次減小，電介質(zhì)絕緣體234與第一傳輸線路區(qū)段112的電介質(zhì)絕緣體214和第二傳輸線路區(qū)段114的電介質(zhì)絕緣體224相比具有減小的直徑。

第三傳輸線路區(qū)段116可以由與第一傳輸線路區(qū)段112和/或第二傳輸線路區(qū)段114相同的材料或不同的材料構(gòu)造。輻射器基部區(qū)段116的電介質(zhì)絕緣體234可以是低密度ptfe(例如，泡沫ptfe)、帶纏繞的ptfe、帶纏繞和燒結(jié)的ptfe或者pfa。外導(dǎo)體236可以是鍍銀的銅的扁編織電線、無(wú)縫銅管、銀油墨涂覆pet熱收縮管或者鍍銀包銅的鋼編織。

如圖2所示，同軸的巴倫118被裝配在第三傳輸線路區(qū)段116的頂部上。同軸的巴倫118是由巴倫電介質(zhì)絕緣體118a和巴倫外導(dǎo)體118b構(gòu)成。巴倫電介質(zhì)絕緣體118a可以延伸超過(guò)巴倫外導(dǎo)體118b的遠(yuǎn)端部。

同軸的巴倫118的總體外徑da可以設(shè)置為等于或小于第一傳輸線路區(qū)段112的總體外徑，使得裝置的最大總體徑向尺寸不會(huì)被同軸的巴倫118所增加。同軸的巴倫118可以由與第一傳輸線路區(qū)段112相同的材料構(gòu)造，或者也可以不同于第一傳輸線路區(qū)段112的特定材料。

第三傳輸線路區(qū)段116包括饋入間隙237，所述饋入間隙通過(guò)暴露電介質(zhì)絕緣體234以及移除外導(dǎo)體236的最遠(yuǎn)端部分而形成。外導(dǎo)體236的延伸超過(guò)巴倫外導(dǎo)體118b的遠(yuǎn)端部并且延伸到饋入間隙237的部分形成近端輻射區(qū)段238。饋入間隙237的遠(yuǎn)端，即遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120包括細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體242，所述細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體被釬焊、壓接或者熔接在第三傳輸線路區(qū)段116的內(nèi)導(dǎo)體232的遠(yuǎn)端部上，所述細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體可以抵接由電介質(zhì)絕緣體234形成的饋入間隙237的遠(yuǎn)端部。饋入間隙237可以認(rèn)為是遠(yuǎn)端輻射區(qū)段(120)或近端輻射區(qū)段(238)的長(zhǎng)度的部分。近端輻射區(qū)段238和遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120組合形成了輻射器250。細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體242的形狀可以是圓柱體。替換地，遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120可以由若干不同直徑的圓柱體構(gòu)成，比如杠鈴形或具有加寬基部的大頭針形?？梢詫⒘硗獾纳崽卣?比如毛刺或肋片)添加到細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體242以便增加微波施加器200的輻射有效性。這些特征，比如上面提到的杠鈴，也可以幫助在介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)122內(nèi)定心輻射器，還控制產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的形狀，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)122內(nèi)的輻射器的同心性是影響場(chǎng)形狀的因素。

輻射器250可以由與第一傳輸線路區(qū)段112、第二傳輸線路區(qū)段114和/或第三傳輸線路區(qū)段116相同或不同的材料構(gòu)造。

介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)122包括用于所述裝置的機(jī)械支撐部、被循環(huán)的冷卻流體(比如氣體或液體)和使得流體循環(huán)(比如同心流入管202和同心流出管203分別形成的流體路徑208和206)成為可能的腔室。通過(guò)在輻射區(qū)段的長(zhǎng)度上延伸的循環(huán)液體來(lái)提供天線的來(lái)自周圍組織環(huán)境的介電緩沖。替換地，冷卻管腔和流體可以在遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120的附近終止，高介電實(shí)心材料可以在微波施加器的輻射區(qū)段120上的遠(yuǎn)端布置以便介電緩沖天線，并且提供機(jī)械剛度和用于促進(jìn)輻射區(qū)域進(jìn)入和/或穿過(guò)組織的增強(qiáng)的組織切割。

介電緩沖和冷卻結(jié)構(gòu)122可以由各種熱塑性塑料構(gòu)成，并且可以根據(jù)多管腔擠制方法來(lái)加工。介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)122可以包括由纖維玻璃構(gòu)成的流出管203、由聚合物或pet擠制物構(gòu)成的流入管202，所述介電緩沖及冷卻結(jié)構(gòu)可以根據(jù)同心的方法加工，在所述方法中材料層疊在彼此之上。流入管202和流出管203可以替換地由kevlar編織熱塑性塑料復(fù)合物構(gòu)成。冷卻流體可以是水、鹽水或者任何通常的水基液體。高介電實(shí)心材料可以是陶瓷材料，比如ytzp。

為了最大化從發(fā)生器到天線組件/組織的功率傳遞，阻抗zload應(yīng)當(dāng)大體等于發(fā)生器阻抗zg，所述阻抗zload是在第一傳輸線路區(qū)段112和第二傳輸線路區(qū)段114的接合處的阻抗。能夠獲得最大功率傳遞的微波施加器200的設(shè)計(jì)將在下面參考圖3a到圖5的示意圖討論。圖3a是基本傳輸線路的示意圖。在圖3a所示的傳輸線路中，傳輸線路的阻抗z(l)按如下計(jì)算：

其中z0是傳輸線路的阻抗，l是線路的長(zhǎng)度，zl是終止線路的負(fù)載的阻抗。在線路的長(zhǎng)度l等于四分之一波長(zhǎng)的情況下，傳輸線路的阻抗按如下計(jì)算：

針對(duì)組織中的球形消融來(lái)優(yōu)化遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120的阻抗za，并且將第一傳輸線路區(qū)段112設(shè)計(jì)成具有等于發(fā)生器阻抗zg的阻抗z1。

從第三傳輸線路區(qū)段116和遠(yuǎn)端輻射區(qū)段120之間的接合處開始，按如下使用公式(1)計(jì)算阻抗za3：

使用上面的公式(1)和公式(3)，在第一傳輸線路區(qū)段112和第二傳輸線路區(qū)段114的接合處的阻抗zload按如下計(jì)算：

通過(guò)將第二傳輸線路區(qū)段114的長(zhǎng)度l2設(shè)置成四分之一波長(zhǎng)，按如下使用公式(2)計(jì)算阻抗zload：

其中l(wèi)2等于λ/4(5)

然后將公式(3)代入公式(5)，并且按如下計(jì)算阻抗zload：

通過(guò)如下對(duì)z2求解公式(6)來(lái)計(jì)算第二傳輸線路區(qū)段114的阻抗：

通過(guò)將zload設(shè)置成等于第一傳輸線路區(qū)段112的阻抗(即，阻抗匹配條件)并且將項(xiàng)合并，那么公式(7)可以被簡(jiǎn)化成如下：

因此，為了優(yōu)化發(fā)生器和微波施加器之間的匹配，調(diào)整第三傳輸線路區(qū)段的長(zhǎng)度l3，其中因?yàn)榘蛡?16和天線近端臂239(圖2)的存在，長(zhǎng)度l3大于微波能量的四分之一波長(zhǎng)。將第二傳輸線路區(qū)段114的阻抗z2選擇在第一傳輸線路區(qū)段112的阻抗z1和第三傳輸線路區(qū)段116的阻抗z3之間的范圍內(nèi)。第一傳輸線路區(qū)段112、第二傳輸線路區(qū)段114和第三傳輸線路區(qū)段116的阻抗基于加工技術(shù)和用于構(gòu)造區(qū)段的材料。調(diào)整l3的長(zhǎng)度使從第一傳輸線路區(qū)段(112)和第二傳輸線路區(qū)段(114)之間的接合處朝天線深入的網(wǎng)絡(luò)的阻抗與用于第一傳輸線路區(qū)段(112)的阻抗以及因而發(fā)生器的阻抗匹配。

盡管出于解釋和描述的目的已經(jīng)參考附圖詳細(xì)地描述實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，發(fā)明的工藝和設(shè)備不會(huì)解釋成限制于此。將會(huì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見的是，可以不背離本公開的范圍而對(duì)前述實(shí)施例進(jìn)行各種修改。