微波消融装置的制作方法

本发明实施例涉及微波消融技术，尤其涉及一种微波消融装置。

背景技术：

微波消融技术是近十年以来发展起来的一项新技术，是现代医学影像和微波技术的结合。

现有的微波消融方法是将一根特制的微波针，经皮穿刺到肿瘤中心区域，在微波针的某一点形成微波，由它释放的微波磁场可以使周围的分子高速旋转运动并摩擦升温，从而使组织凝固、脱水坏死，达到治疗的目的。

将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成很大的创伤，尤其是对于身体深处的肿瘤消融，会造成更大的创伤。

技术实现要素：

本发明提供一种微波消融装置，以实现减少消融过程中产生的创伤的效果。

本发明实施例提供了一种微波消融装置，包括：微波发生器、控制器、微波波导和微波天线，所述控制器与所述微波发生器电连接，所述微波波导分别与所述微波发生器和所述微波天线连接；其中，

所述微波发生器，用于生成微波；

所述微波波导，用于将所述微波传输至所述微波天线；

所述微波天线，用于接收所述微波，并发射频率相同、方向相反的第一微波束和第二微波束，以使所述第一微波束与所述第二微波束在所述目标对象处形成微波驻波；

所述控制器，用于将所述微波驻波的驻波波腹聚焦在目标部位并形成消融区。

在本发明的可选实施例中，所述微波发生器包括第一发生器和第二发生器，所述微波波导包括第一波导和第二波导，所述微波天线包括第一天线和第二天线，其中，所述第一发生器通过所述第一波导与所述第一天线连接，所述第二发生器通过所述第二波导与所述第二天线连接，所述第一天线与所述第二天线相对设置，所述第一天线用于发射所述第一微波束，所述第二天线用于发射所述第二微波束。

在本发明的可选实施例中，所述控制器具体用于执行下述操作中的至少一项：

改变所述微波驻波的相位以调整所述驻波波腹的位置；

改变所述微波驻波的频率以调整所述消融区的尺寸；

调控所述微波发生器的发射功率以使发射功率处于预设功率范围。

在本发明的可选实施例中，所述改变所述微波驻波的相位包括：

改变所述第一微波束与所述第二微波束的发射时间差以改变微波驻波的相位。

在本发明的可选实施例中，还包括：变频器和交流电源，所述变频器分别与所述微波发生器、交流电源和所述控制器电连接；其中，

所述控制器，还用于通过调整所述变频器的输出频率以控制所述第一微波束与所述第二微波束的频率。

在本发明的可选实施例中，还包括变压器，所述变压器分别与所述交流电源、所述微波发生器和所述控制器电连接；其中，

所述控制器，还用于控制所述变压器的输出电压，以使所述微波发生器的发射功率处于预设功率范围内。

在本发明的可选实施例中，还包括：分别与所述微波发生器的磁控管以及所述控制器连接的功率传感器，其中，

所述功率传感器，用于监测所述微波发生器的发射功率，并将监测到的所述发射功率反馈至所述控制器。

在本发明的可选实施例中，还包括：与所述控制器连接的温度监测模块；其中，

所述温度监测模块，用于监测所述消融区的消融温度，并将监测到的消融温度反馈至所述控制器；

所述控制器，用于如果检测到所述消融温度高于预设温度范围，对所述消融温度进行调控，以使所述消融温度处于预设温度范围内。

在本发明的可选实施例中，所述温度监测模块包括核磁共振仪，所述核磁共振仪与所述控制器电连接，其中，

所述核磁共振仪，用于实时扫描消融区的消融温度；

所述控制器，具体用于实时获取核磁共振仪扫描的所述消融区的消融温度。

在本发明的可选实施例中，所述微波天线背离所述微波波导的一端连接有限束器。

本发明通过微波发生器生成微波，再通过微波波导将微波传输至微波天线，然后通过微波天线发射频率相同、方向相反的第一微波束和第二微波束，以使所述第一微波束与所述第二微波束在所述目标对象处形成微波驻波，最后通过控制器将微波驻波的驻波波腹聚焦在目标部位并形成消融区。利用两束反向的微波形成驻波的原理，在人体内部的目标部位形成消融区，而在其它位置都不会形成高温，从而达到局部消融的目的。不需要使用微波针穿刺进入人体内部，将有创的微波消融手术改变为了无创的微波消融手术，解决微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中微波驻波为正弦波时的波形图；

图3是图2中微波驻波的温度分布示意图；

图4是本发明实施例一中微波驻波为三角波时的波形图；

图5是图4中微波驻波的温度分布示意图；

图6是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的消融示意图；

图7是本发明实施例二中提供的一种微波消融装置的结构示意图。

1、微波发生器；101、第一发生器；102、第二发生器；2、微波波导；3、微波天线；4、控制器；5、变频器；6、变压器；7、交流电源；8、功率传感器；9、温度监测模块；10、限束器；11、消融区；12、第一微波束；13、第二微波束；14、微波驻波。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种微波消融装置，包括：微波发生器1、控制器4、微波波导2和微波天线3，控制器4与微波发生器1电连接，微波波导2分别与微波发生器1和微波天线3连接。其中：

微波发生器1，用于生成微波。

具体的，微波发生器1通常包括磁控管(图中未示出)，磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，微波发生器1通过其包括的磁控管便可生成微波。

微波波导2，用于将微波传输至微波天线3。

具体的，由于微波频率极高，一般工作在厘米波或毫米波波段，用普通的电缆或导线传输会产生很大损耗，因此微波的馈送采用截面为矩形或圆形的金属管道，称为微波波导2，微波波导2通过分别与微波发生器1和微波天线3连接，能够将微波传输至微波天线3。

微波天线3，用于接收微波，并发射频率相同、方向相反的第一微波束12和第二微波束13，以使第一微波束12与第二微波束13在目标对象处形成微波驻波14。

微波天线3指工作于米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线。波在时间上振荡，但是其峰值幅度分布不随空间移动，则称该波为驻波。驻波中振幅最小的位置成为波节，振幅最大的位置称为波腹。驻波可能是由于介质沿与波相反的方向移动发生的，或者是由于两个沿相反反向传播的行波的叠加产生的。目标对象为需要进行消融的对象，例如人体等。

不同的微波波形对应的温度分布情况往往不同。在本发明实施例中，并不对微波的具体波形做限定。微波的波形可以根据实际需求进行设置或调整。示例性地，微波波形可包括正弦波、三角波以及方波等。

如图2所示，以微波波形为正弦波为例，第一微波束12和第二微波束13会形成微波驻波14，微波驻波14的波腹幅值会大于第一微波束12和第二微波束13的波峰幅值。此时微波驻波14的温度分布图如图3所示。

此外，以微波波形为三角波为例，如图4所示，图4为微波驻波的波形图，当微波驻波为三角波时，微波驻波的温度分布图如图5所示。

其中，驻波波腹：是指在驻波场中描述声场特性的某些物理量的幅值为最大的点、线或面。如图3或图5所示，驻波波腹处即为温度最高处，波节处即为温度最低处。

控制器4，用于将微波驻波14的驻波波腹聚焦在目标部位并形成消融区11。

具体的，消融区11指达到消融温度的区域，反映在微波驻波14的波形图里指除了波腹还有波腹周围的部分区域。目标部位具体的可为肿瘤部位、甲状腺结节部位等，只要是需要进行消融的部位即可，在此不做具体限定。

进一步的，微波发生器1包括第一发生器101和第二发生器102，微波波导2包括第一波导和第二波导，微波天线3包括第一天线和第二天线，其中，第一发生器101通过第一波导与第一天线连接，第二发生器102通过第二波导与第二天线连接，第一天线与第二天线相对设置，第一天线用于发射第一微波束12，第二天线用于发射第二微波束13。

其中，第一发生器101和第二发生器102发出的微波能量和频率相同，最后第一天线和第二天线分别发出的第一微波束12和第二微波束13频率相同，由于第一天线和第二天线相对设置，所以第一微波束12和第二微波束13的方向相反。

图6是本发明实施例一中提供的一种微波消融装置的消融示意图，如图6所示，第一发生器101通过第一天线(图6中未示出)将第一微波束12发射至目标部位，第二发生器102通过第二天线(图6中未示出)将第二微波束13发射至目标部位，然后第一微波束12和第二微波束13形成微波驻波14(图6中未示出)并在目标部位形成消融区11，从而便可对目标部位进行体外消融。

由于第一发生器101通过第一天线发出第一微波束12，第二发生器102通过第二天线发出第二微波束13，所以通过控制第一发生器101和第二发生器102发出微波的时间，能够方便的控制第一微波束12和第二微波束13发出的时间差，进而能够方便的调整形成的微波驻波14的相位。

本实施例的技术方案，通过微波发生器1生成微波，再通过微波波导2将微波传输至微波天线3，然后通过微波天线3发射频率相同、方向相反的第一微波束12和第二微波束13，以使第一微波束12与第二微波束13在目标对象处形成微波驻波14，最后通过控制器4将微波驻波14的驻波波腹聚焦在目标部位并形成消融区11。利用两束反向的微波形成驻波的原理，在人体内部的目标部位形成消融区11，而在其它位置都不会形成高温，从而达到局部消融的目的。不需要使用微波针穿刺进入人体内部，将有创的微波消融手术改变为了无创的微波消融手术，解决微波消融手术中需要将微波针插入人体肿瘤内部，对人体造成创伤的问题，实现减少消融过程中对人体造成的创伤的效果。

实施例二

图7为本发明实施例二提供的一种微波消融装置的结构示意图，本实施例以上述实施例一为基础，与上述实施例相同或相应的装置及术语的解释，在本实施例中不再赘述。

在上述实施例的基础上，本实施例控制器4具体用于执行下述操作中的至少一项：

改变微波驻波14的相位以调整驻波波腹的位置。

改变微波驻波14的频率以调整消融区11的尺寸。

调控微波发生器1的发射功率以使发射功率处于预设功率范围。

其中，当微波驻波14的相位改变360度时，微波驻波14正好移动一个波长。通过改变微波驻波14的相位，便可调整驻波波腹的位置，进而能够将波腹位置调整到目标部位实现对目标部位的消融。

微波驻波14的波长与频率成反比，即λ＝u/f，所以频率越低，波长越长，相邻两个波腹之间的距离等于波长。微波波腹指温度最高处，消融区11指温度高于预设值的区域，反映在波形图里指除了波腹还有波腹周围的部分区域，所以波长越长，加热区域就越大，消融区11的尺寸就越大。通过调节微波驻波14的频率，便可对消融区11的尺寸进行调整。

具体的，其他条件不变的情况下，微波发生器1的发射功率越大，发射出的微波束的能量也就越高，相应的微波驻波14的波腹处对应的温度也就越高，进而消融区11的温度也就越高。为了使消融区11的温度处于预设功率范围，微波发生器1的发射功率也有特定的范围，通过调控微波发生器1的发射功率使微波发生器1的发射功率处于预设功率范围内，便于将消融区11的温度控制在特定范围内。

可以理解的是，在本发明实施例中，发射功率的预设功率范围可以根据实际需求进行设置，例如可以基于目标部位的组织参数预先设置功率范围，在此并不做具体限定。

在上述实施例的基础上，改变微波驻波14的相位具体可包括：

改变第一微波束12与第二微波束13的发射时间差以改变微波驻波14的相位。

由于微波驻波14由第一微波束12和微波束形成，所以当第一微波束12和第二微波束13的发射时间差改变时，微波驻波14的相位也随之改变。

参见图4，在上述实施例的基础上，本实施例的微波消融装置还包括：变频器5和交流电源7，变频器5分别与微波发生器1、交流电源7和控制器4电连接；其中：

控制器4，还用于通过调整变频器5的输出频率以控制第一微波束12与第二微波束13的频率。

变频器5(variable-frequencydrive，vfd)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通过将变频器5与微波发生器1、交流电源7和控制器4电连接，变频器5的输出频率改变时便可改变微波发生器1通过微波天线3发出的第一微波束12与第二微波束13的频率。由于微波驻波14由第一微波束12和第二微波束13形成，所以第一微波束12和第二微波束13的频率改变时，微波驻波14的频率也相应的改变，故可以通过对变频器5进行调节以使微波驻波14的频率改变。

当微波发生器1包括第一发生器101和第二发生器102时，可通过一个变频器5与第一发生器101和第二发生器102均电连接以同时调节第一发生器101和第二发生器102的发出的微波频率，进而以使第一微波束12和第二微波束13的频率改变。也可通过两个变频器5分别与第一发生器101和第二发生器102电连接，一个变频器5控制第一发生器101发出的微波的频率，另一个变频器5控制第二发生器102的频率，进而以使第一微波束12和第二微波束13的频率改变。在此对变频器5的数量不做限制，只要能满足对微波发生器1通过微波天线3发出的微波束的微波频率进行调控即可。

在上述实施例的基础上，本实施例的微波消融装置还包括变压器6，变压器6分别与交流电源7、微波发生器1和控制器4电连接；其中：

控制器4，还用于控制变压器6的输出电压，以使微波发生器1的发射功率处于预设功率范围内。

变压器6(transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。

由于变压器6与微波发生器1电连接，所以变压器6的输出电压改变时，微波发生器1的发射功率也会相应的改变。通过控制变压器6的输出电压便可使微波发生器1的发射功率处于预设功率范围内。

在上述实施例的基础上，本实施例的微波消融装置还包括：分别与微波发生器1的磁控管以及控制器4连接的功率传感器8，其中：

功率传感器8，用于监测微波发生器1的发射功率，并将检测到的发射功率反馈至控制器4。

功率传感器8是一种既能测量有功/无功功率，又能计量有功/无功电能的具有双重功能的仪表。微波发生器1的微波主要通过其上的磁控管生成，通过使功率传感器8与微波发生器1的磁控管连接，功率传感器8能够方便的检测出微波发生器1的发射功率。

其他条件不变的情况下，微波发生器1的发射功率越大，发射出的第一微波束12和第二微波束13的能量也就越高，相应的微波驻波14的波腹对应的温度也就越高，进而消融区11的温度也就越高。为了使消融区11的温度处于预设温度范围，微波发生器1的发射功率也有特定的范围，通过功率传感器8监测微波发生器1的发射功率，再通过变压器6使微波发生器1的发射功率改变，能够使微波发生器1的发射功率处于预设功率范围内。

在上述实施例的基础上，本实施例的微波消融装置还包括：与控制器4连接的温度监测模块9；其中：

温度监测模块9，用于监测消融区11的消融温度，并将监测到的消融温度反馈至控制器4。

控制器4，用于如果检测到消融温度高于预设温度范围，对消融温度进行调控，以使消融温度处于预设温度范围内。

其中，消融温度有预设温度范围，消融温度过高或过低都不能很好的起到消融效果。通过监测消融区11的消融温度，并在消融温度不处于预设温度范围时进行调控，能够使消融温度处于预设温度范围，起到较好的消融效果。温度监测模块9为可以体外获取体内温度的部件，例如可为核磁共振仪，在此不做具体限制，只要具有能够体外获取体内温度的功能即可。

消融温度的调控可以通过上述技术方案中控制变压器6的输出电压实现，改变变压器6的输出电压以使微波发生器1的发射功率改变，进而改变消融区11的消融温度。

在上述实施例的基础上，温度监测模块9包括核磁共振仪，核磁共振仪与控制器4电连接，其中：

核磁共振仪，用于实时扫描消融区11的消融温度并将所述消融温度反馈至控制器4。

当然，也可以由控制器4实时获取核磁共振仪扫描的消融区11的消融温度。

具体的，核磁共振(mri)，又叫核磁共振成像技术。原理是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像。因此，通过核磁共振仪，能够在人体体外扫描得到人体体内的温度。

使用时通过核磁共振仪可获得消融区11的消融温度，通过将核磁共振仪与控制器4电连接，以使控制器4能够获取核磁共振仪扫描的消融区11的消融温度。

在上述实施例的基础上，可选地，微波天线3背离微波波导2的一端连接有限束器10。

具体的，限束器10是一种安装于微波天线3发射端前方的光学装置，其能够控制微波天线3发出的微波束在消融部位沿着轴向的宽度，使微波束在能够满足聚焦的前提下，尽量减少投射的范围，并能够吸收一些散乱的射线，提高微波束的清晰度。

本实施例的技术方案，通过改变第一微波束12与第二微波束13的发射时间差以改变微波驻波14的相位，对驻波波腹的位置进行调整，进而能够方便的将波腹位置调整到目标部位实现对目标部位的消融。同时能够通过功率传感器8监测微波发生器1的发射功率，再通过变压器6使微波发生器1的发射功率改变，能够使微波发生器1的发射功率处于预设功率范围内。同时还能够通过控制变频器5使第一微波束12和第二微波束13的频率改变，进而使消融区11的尺寸改变，能够将消融区11的尺寸控制在预设的大小内。最后能够通过核磁共振仪扫描消融区11的消融温度，进而通过控制器4获取消融温度，并在消融温度高于预设温度范围时进行调控，以使消融温度处于预设温度范围。解决微波消融手术中消融温度、消融区11尺寸、微波发生器1的发射功率难以控制在预设功率范围内造成消融效果不好的问题，实现将消融温度、消融区11尺寸、微波发生器1的发射功率控制在预设功率范围内使消融效果较好的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。