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申请/专利权人：南京康友医疗科技有限公司

摘要：本发明提供了一种带天线组件的微波消融针，包括辐射器和与辐射器相连的针杆，所述辐射器包括针头和针头内部的辐射器天线，辐射器天线包括顶端加载部以及交替设置的介质加载部和准分形部，针杆内部设有微波电缆，微波电缆包括电缆内芯，电缆内芯向前穿过交替设置的介质加载部和准分形部以及顶端加载部。所述微波电缆在辐射器天线后端的部分包括电缆屏蔽层，电缆屏蔽层前端外部套接有耐高温绝缘介质。

主权项：1.一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，包括辐射器和与辐射器相连的针杆8，所述辐射器包括针头1和针头1内部的辐射器天线，辐射器天线包括顶端加载部10以及交替设置的介质加载部4和准分形部3，针杆8内部设有微波电缆5，微波电缆5包括电缆内芯6，电缆内芯6向前穿过交替设置的介质加载部4和准分形部3以及顶端加载部10；所述微波电缆5包括电缆屏蔽层5a，所述电缆屏蔽层5a前端外部套接有耐高温绝缘介质2；耐高温绝缘介质2的外圈设有套筒7，套筒7前端延伸到针头1内部且连接到介质加载部4，套筒7后端连接在耐高温绝缘介质2后的微波电缆5的电缆屏蔽层5a金属外表面上；针头1内部与顶端加载部10、准分形部3、介质加载部4以及套筒7进行套接。

全文数据：一种带天线组件的微波消融针技术领域[0001]本发明涉及医疗器材领域，特别是一种带天线组件的微波消融针。背景技术[0002]近年来，微波消融治疗已成为治疗肝癌，肾癌，甲状腺等软组织的重要治疗手段之一。微波消融是利用天线辐射微波，微波使组织中的离子、极性水分子旋转振动、相互摩擦而产生热效应，使治疗区域快速达到很高的温度，组织凝固，脱水而坏死，从而达到治疗目的。[0003]从微波天线设计上来说，目前市场上主流的消融针采用典型的单极子天线结构，例如公开号CN103142307A、CN104688335A和CN105816240A的中国专利。[0004]市面上主流微波消融天线都采用同轴电缆将微波传输到天线辐射端，单极子天线辐射过程中，会导致同轴电缆的外导体形成感应电流，从而导致消融区域不可控制，形成椭球形。目前主流解决方法是采用扼流环或扼流槽，如公开号CN104688335A和CN105816240A的中国专利。[0005]在微波消融治疗过程中，由于组织发生凝固，脱水等现象，导致组织介电常数减小，天线近场环境随时间剧烈变化，从而导致以下问题：[0006]1扼流环设计上需满足14M青况下才能起到对波形成高阻抗，达到抑制同轴电缆外表导体的感应电流。而组织的介电特性变化，导致扼流环抑制表面电流性能下降。[0007]2天线近场环境变化，导致单极子天线辐射性能急剧下降，大部分微波能量将以驻波形式消耗在传输线路上。[0008]为减少组织介电常数变化影响天线辐射性能，需要在天线辐射区域填充稳定的高介电常数介质。如公开号专利CN104688335A采用氧化锆陶瓷。由于微波消融针穿刺的影像引导设备主要有超声、CT、MRI。超声引导为实时图像跟踪。而氧化锆陶瓷在超声下显影不清晰，限制了微波消融针在临床上的应用。[0009]典型的单极子天线性能对天线极子长度特别敏感，天线尺寸的缩小会导致天线辐射电阻减小，效率降低，频带变窄。因此天线行业内采用诸如分形技术、折弯线技术、加载技术等来降低天线尺寸，改善天线辐射电阻，增加天线带宽等性能，其中加载技术是对天线加一种负载，天线加载可以改变天线上电流分布，使得天线的输入阻抗能按一定规律分布，通过天线加载可以缩短天线尺寸，改变天线输入带宽。常见的加载技术有:顶部加载，介质加载，分布加载和集总加载。[0010]套筒单极子天线，是在单极子天线外附加套筒，天线由同轴馈电，套筒外壁起辐射作用，内壁作为同轴馈线的外导体。通过调整套筒外径，长度比例等，可以将单极子的带宽增加到超过1个倍频程。发明内容[0011]发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种带天线组件的微波消融针。[0012]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带天线组件的微波消融针，包括辐射器和与辐射器相连的针杆，所述辐射器包括针头和针头内部的辐射器天线，辐射器天线包括顶端加载部以及交替设置的介质加载部和准分形部，针杆内部设有微波电缆，微波电缆包括电缆内芯，电缆内芯向前穿过交替设置的介质加载部和准分形部以及顶端加载部。[0013]本发明中，所述微波电缆在辐射器天线后端的部分包括电缆屏蔽层，电缆屏蔽层前端外部套接有耐高温绝缘介质。[0014]本发明中，电缆屏蔽层前端到介质加载部之间的距离是耐高温绝缘介质的长度的两至四倍。[0015]本发明中，耐高温绝缘介质的外圈设有套筒，套筒前端延伸到针头内部的末端介质加载部上，套筒后端连接在耐高温绝缘介质后的微波电缆上。[0016]本发明中，所述针杆与微波电缆之间设有冷却通路，冷却通路延伸到套筒针杆前端，冷却通路内设有冷却液，辐射器天线处的热量通过套筒传给冷却液，所述微波电缆后端连接到微波同轴接头，微波同轴接头外设有与冷却通路连通的水箱。[0017]本发明中，所述介质加载部和准分形部均为套管结构。[0018]本发明中，所述针头外表面设有一圈以上的凹槽，增强显影效果。[0019]本发明中，所述针头外表面设有一组以上的凹点，增强显影效果。[0020]本发明中，所述介质加载部有2个以上，准分形部有1个以上。[0021]本发明中，所述微波电缆包括电缆内芯，电缆内芯延伸到顶端加载部。[0022]本发明中，所述针头外表面涂有防粘涂层，防止粘接。[0023]有益效果:本发明在针头外表面设置凹槽和凹孔，增强超声引导下微波消融治疗的显影效果。[0024]本发明设置了顶部加载，介质加载及准分形套筒单极子天线，提高了天线的带宽，增加了天线电气长度，减缓了消融组织介电常数变化对天线辐射性能的影响。使消融针辐射区域更加稳定，提高了组织消融形态的长径比，接近于圆球形，便于医生临床治疗。附图说明[0025]下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。[0026]图1是天线组件主体剖视图；[0027]图2a是针头结构示意图1;[0028]图2b是针头凹槽示意图1;[0029]图3a是针头结构示意图2;[0030]图3b是针头凹槽示意图2;[0031]图4a是针头结构示意图3;[0032]图4b是针头凹孔示意图1;[0033]图5a是针头结构示意图4;[0034]图5b是针头凹孔示意图2;[0035]图6a是顶部加载部1剖面图；[0036]图6b是顶部加载部2剖面图；[0037]图6c是顶部加载部3剖面图；[0038]图6d是顶部加载部4剖面图；[0039]图7是天线组件内部示意图；[0040]图8是介质加载部剖视图；[0041]图9是准分形部剖视图；[0042]图10是直型手柄部示意图；[0043]图11是L型手柄示意图。具体实施方式[0044]下面将结合附图对本发明作详细说明。[0045]实施例：[0046]如图1，本实施例提供的一种带天线组件的微波消融针，包括辐射器和与辐射器相连的针杆8,辐射器包括针头1、耐高温绝缘介质2、准分形部3、介质加载部4、微波电缆5、电缆内芯6、套筒7、针杆8、防粘涂层9、顶端加载部10和冷却通路11，顶端加载部10、准分形部3、介质加载部4与微波电缆5的电缆内芯6电气连接，套筒7与微波电缆5外屏蔽层电气连接；高强度绝缘针头1内部与天线顶端加载部10、准分形部3、介质加载部4以及套筒7进行套接，采用高温陶瓷胶水进行粘接，胶水可以选用耐高温环氧类胶水，或无机耐高温胶水，耐温要求在200°C以上。电缆包括电缆屏蔽层5a、绝缘介质层5b和电缆内芯6,电缆屏蔽层5a前端外部套接有耐高温绝缘介质2,耐高温绝缘介质2的外圈设有套筒7,套筒7前端延伸到针头1内部，套筒7后端连接在耐高温绝缘介质2后的微波电缆5上。[0047]如图2a和2b，针头1外部设有一条以上的凹槽19，槽口形状为半圆形。[0048]高强度绝缘针头1采用的材料是带增韧性能的陶瓷材料，例如氧化锆稳定氧化铝，氧化镁部分稳定氧化锆，氧化钇部分稳定氧化锆等材料。同时针头表面喷涂有耐高温的，具有符合生物相容性的组织防粘涂层9，例如PTFE涂层。[0049]本发明天线组件部分针头外表面带有圆弧或锥形凹槽超声显影增强环或显影凹孔，从结构设计上，不同超声探头使用不同的超声波频率，针对不同频率的超声波，可以调整P槽和凹孔的弧度及深度，来改变超声波的反射路径，并反射回超声探头，达到改善微波消融针在超声引导微波消融手术中的显影效果，不需要额外喷涂超声显影涂层。[GGSG]天线顶部加载部分10与微波电缆内芯6进行电气连接，连接方法可以采用锡焊，激光焊，钎焊等等方法，材料上可以选用各种导电金属，如铜、铁、铝、金、银或其合金等，其中优选铜、金属表面镀铜或铜类合金材料，顶部加载可依据天线阻抗匹配需要和加工方式的不同，可以采用各种形状，如图6a，顶部加载部1〇采用圆盘形结构。[0051]如图6a展示的顶部加载部10为圆盘形结构，圆柱高度L1在0.1mm〜lram之间，优选0.6mm;本发明天线顶部加载部1〇,可以有效改善天线带宽，天线阻抗匹配，以及天线表面的电场和电流分布，提高微波消融针在组织介电常数变化状况下，提高天线阻抗匹配，将更多能量辐射到消融组织；[0052]天线介质加载部4,材料上可以选用各种耐高温，高介电常数的微波介质绝缘材料，例如微波介质陶瓷，在2.45GHz频率下，材料介质常数需大于15以上，耐温需大于20TC以上微波介质陶瓷[0053]图7中天线介质加载部4包裹在微波电缆内芯上，依据分形天线的结构填充于各个准分形部分3之间，以及准分形结构与套筒之间，本发明展示的有四个介质加载部分，宽度为15丄6儿7儿8;其中[5加载是顶部加载10和准分形结构3之间介质长度儿6丄7是加载于准分形结构3之间介质长度，而LS加载于套筒7与准分形结构3之间的介质长度，L5，L6，L7，L8的值需依微波消融目标器官组织介电常数进行调整，可以长度相等，也可以长度不等，一般在0•5mm〜5mm之间；[0054]天线介质加载部4,使得天线有高介电常数绝缘介质加载，可以减小天线物理尺寸，并在微波消融治疗过程中，保证天线周围介质常数的稳定性，从而提高天线近场的稳定分布，随之有效控制消融形态接近于圆球形。[0055]准天线分形部分3,在微波电缆5的内芯6上可以加载数量一个或以上分形部分，可依据不同频率，目标消融组织介电常数等参数调整分型部分数量;材料上可以选用各种导电金属，如铜、铁、铝、金、银或其合金等，其中优选铜或铜类合金材料，采用套管结构，如图7,通过锡焊，钎焊，激光焊等加工方式与微波电缆5内芯6相电气连接。[0056]准天线分形部分3包含三个分形型部分，宽度分别为L2，L3和L4，宽度和分形数量需依微波消融目标器官组织介电常数进行调整，L2，L3和L4，数值一般在0.1mm〜1mm之间，可以依据天线阻抗匹配，带宽等要求分别调整L2，L3和L4值；[0057]准天线分形部分3,使得微波消融针集成了分形天线的特征:减小了微波消融针天线的尺寸;增加了工作频带;利用它的“自加载”性质，不需要额外的调谐线圈、电容等元件或匹配电路来使其在带宽工作情况下达到阻抗匹配；[0058]套筒7在天线辐射远端部分，采用耐高温绝缘介质2将套筒7顶端与微波电缆5屏蔽层金^外表面相电气隔离;而套筒7底部与微波电缆5屏蔽层进行电气连接，并套入针杆中，可以采用锡焊，高频焊等工艺;套筒同时保证了天线组件的刚性。[0059]耐高温绝缘介质2，材料可以采用塑料类材料，如PTFE，FEP，PFA，ETFE，等耐高温材料，低微波吸收率材质，优选PTFE介质。厚度在0.01mm〜0•1mm之间，优选0.05mm;对于2•45GHz微波，长度与微波波长有关，可以在6〜26mm之间；[0060]以耐高温绝缘介质2的长度为L10,以电缆屏蔽层5a前端到介质加载部4之间的距离为L11，通过调整套筒L10L11比例，套筒外径，以及套筒7到顶端加载10之间天线长度，将有效改善天线带宽，增大天线极子等效半径。提高天线辐射在整个组织消融过程中效率。L10L11比例在I2〜14之间。天线辐射部分L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8+L10+L11的总长度与辐射微波波长相关，长度在14A〜12A之间。[0061]套筒7远端部分L9插入到针头1内部套筒部分长度，采用耐高温陶瓷胶与针头1相连接，近端与消融针针杆8相套接，针杆8可选用复合生物相容性的304不锈钢，针杆8表面可以喷涂防粘涂层，套筒与针杆之间可以采用铆接，锡焊，钎焊或胶水粘接等连接工艺;套筒与针杆周围可以选择填充防水胶保证套筒7与针杆8连接紧密性，确保冷却液不从该套接接口处外溢。套筒7材料可以选用各种导电金属，如铜、铁、铝、金、银或其合金等，其中优选铜或铜类合金材料。[0062]套筒7的长度原则上可以是整个单极子长度的任何一部分:从零无套筒）到套筒构成天线的整个辐射部分。实际上套筒通常约为13至12单极子高度，套筒可将带宽增加到超过1个倍频程。[0063]套筒7在起到增大天线极子等效半径、改善天线带宽、提高天线辐射效率外；能将针头1内部的热量通过套筒传输到针杆冷却部位，通过冷却通路冷却液冷却套筒，降低了针头内部的温度，提高了微波消融针工作稳定性，内部粘接胶水的稳定性，安全性。[00M]该微波消融针还包括针杆部分和手柄部分，针杆部分内部有微波电缆5和内部冷却通路，其中微波电缆5将用于治疗的微波从微波发生器传输到天线组件辐射;手柄部分，如图10所示，采用直形手柄来满足临床使用需要。它包含与微波治疗线相连接的微波同轴接头13;以及内部冷却通路与外部冷却管路17,18相连接;冷却液温度监控信号连接口15，冷却液测温16，冷却水箱12和手柄外壳组成。[0065]冷却液通过外部冷却管路17,18进入内部冷却通路，将冷却液注入到套筒7与微波电缆屏蔽层焊接位置，能有效冷却套筒温度;冷却液测温用于监控内部冷却液温度，防止异常出现。[0066]经离体组织实验证实，本发明天线组件，通过耐高温介质针头、顶部加载、介质加载、准分形结构以及套筒结构;改善了天线带宽，阻抗，辐射性能，并降低了消融过程中组织介电常数变化所带来的消融形态的变化。获得了较理想的球形消融形态;其中微波消融针能直接冷却套筒，达到有效控制消融针头内部的温度，避免温度过高烧坏消融针及医疗事故；同时本发明的微波消融针提高了B超下的超声反射率，显著增强了超声显影效果，提高了临床医生使用体验。[0067]实施例2:[0068]针头1外表面可以通过机加工及粉末注射成型等工艺，在针头1表面加工出半径为0.01mm〜0.1mm深度，半圆形凹槽，凹槽深度与超声探头采用的频率，波长相关。可依据临床应用调整深度。[0069]如图2a和2b，针头1外部设有一条以上的凹槽19，槽口形状为半圆形凹槽。[0070]实施例3:[0071]针头1外表面可以通过粉末注射成型工艺，在针头1表面加工出半径为0.01mm〜0.1mm深度，三角凹槽，三角凹槽用于改变超声反射方向，各条三角凹槽深度可以不一致，通过调整三角形角度大小，改变超声反射方向，减少散射超声波，提高返回超声探头波比例，从而提高超声显影效果。[0072]如图3a和3b，针头1外部设有一条以上的凹槽20，槽口形状为三角形。[0073]实施例4:[0074]针头1外表面可以通过激光或粉末注射成型工艺，在针头1表面加工出半径为0.01mm〜0•1mm深度，半圆形凹点；凹点深度与超声探头采用的频率，波长相关。可依据临床应用调整半径。[0075]如图4a和4b，针头1外部设有一个以上的凹孔21，槽口形状为半圆形。[0076]实施例5:[0077]针头1外表面可以通过粉末注射成型工艺，在针头1表面加工出半径为〇.〇lmm〜0.1mm深度，四棱锥凹孔，四棱锥凹孔用于改变超声反射方向，各条三角凹槽深度可以不一致，通过调整三角形角度大小，改变超声反射方向，减少散射超声波，提高返回超声探头波比例，从而提高超声显影效果。[0078]如图5a和5b，针头1外部设有一个以上的凹孔22,凹孔22为四棱锥结构。[0079]实施例6:[0080]顶部加载除了圆盘形加载外，可选用6bL形，ecT形和6d十字形结构，该三种结构与圆盘形加载一样用于改变天线表面电流分布，缩短天线的尺寸，改善天线的输入带宽;L形，T形和十字形中间孔用于穿入微波电缆内芯;通过激光焊，钎焊或锡焊等加工工艺，将顶部加载与微波电缆内芯进行电气连接。天线在采用圆柱形，L形，T形或十字形顶部加载时，天线输入阻抗会有所不同，为保证阻抗匹配，在调整天线程中，选用以上所列顶部加载方式达到阻抗匹配，并改变天线表面电流分布，缩短天线尺寸和改善输入带$，[0081]如图6b，顶部加载部10采用L形结构;如图6c，顶部加载部10采用T形结构;如图6d，顶部加载部10采用十字形结构；[0082]实施例7:[0083]手柄14用于手术操作者手持部件，它包含与微波治疗线相连接的微波同轴接头13;以及内部冷却通路与外部冷却管路17,18相连接;冷却液温度监控信号连接口15，微波消融治疗系统通过接口15监控冷却液温度，冷却液温度传感器16，冷却水箱12和手柄外壳组成，手柄外壳可采用工程塑料注塑成型，如ABS，PVC等材料。[0084]如图10,米用直形手柄；[0085]实施例8:[0086]如图11，采用L形手柄。[0087]本发明提供了一种带天线组件的微波消融针，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

权利要求：1.一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，包括辐射器和与辐射器相连的针杆8，所述福射器包括针头（1和针头（1内部的福射器天线，福射器天线包括顶端加载部10以及交替设置的介质加载部⑷和准分形部⑶，针杆⑻内部设有微波电缆⑸，微波电缆⑸包括电缆内芯6，电缆内芯（6向前穿过交替设置的介质加载部⑷和准分形部3以及顶端加载部10。2.根据权利要求1所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述微波电缆5包括电缆屏蔽层5a，所述电缆屏蔽层5a前端外部套接有耐高温绝缘介质2。3.根据权利要求2所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，电缆屏蔽层5a前端到介质加载部⑷之间的距离是耐高温绝缘介质2的长度的两至四倍。4.根据权利要求2或3所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，耐高温绝缘介质⑵的外圈设有套筒7，套筒⑺前端延伸到且连接到介质加载部⑷，套筒⑺后端连接在耐高温绝缘介质⑵后的微波电缆⑸上。5.根据权利要求4所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述针杆8与微波电缆5之间设有冷却通路（11，冷却通路（11延伸到套筒针杆8前端，冷却通路11内设有冷却液，辐射器天线处的热量通过套筒7传给冷却液，所述微波电缆5后端连接到微波同轴接头12，微波同轴接头12外设有与冷却通路连通的水箱。6.根据权利要求1所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述介质加载部4和准分形部3均为套管结构。7.根据权利要求1所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述针头（1外表面设有一圈以上的凹槽，以增强超声显影效果。8.根据权利要求1或7所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述针头（1外表面设有一组以上的凹点，以增强超声显影效果。9.根据权利要求1所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述针头（1外表面涂有防粘涂层9。10.根据权利要求1所述的一种带天线组件的微波消融针，其特征在于，所述介质加载部⑷有2个以上，准分形部⑶有一个以上。

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