下降式共轴微波消融施加器及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请总体涉及微波消融施加器，且更具体地涉及尺寸减小的微波消融施加器和 所述微波消融施加器的制造方法。
【背景技术】
[0002] 电磁场能够用于加热和破坏肿瘤细胞。治疗可能涉及将消融探针插入已经识别到 癌症肿瘤的组织中。一旦消融探针正确定位，消融探针就引发在组织内围绕消融探针的电 磁场。
[0003] 在诸如癌症的疾病治疗中，已经发现某些类型的肿瘤细胞在比通常对健康细胞有 害的温度稍低的升高温度下变性。诸如高温疗法的已知治疗方法将疾病细胞加热到温度高 于41°C，同时维持邻近健康细胞低于发生不可逆细胞破坏的温度。这些方法涉及施加电磁 场以加热或消融组织。
[0004] 利用电磁场的装置已经被开发以用于各种用途和应用。典型地，在消融程序中使 用的设备包括能量发生源（例如作为能量源的微波发生器）和用于将能量引导到目标组织 的手术仪器（例如具有天线组件的微波消融探针）。发生器和手术仪器由具有多个导体的 线缆组件典型地操作性联接，所述线缆组件用于将能量从发生器传递到仪器，并且用于仪 器和发生器之间的通讯控制、反馈和识别信号。
[0005] 使用的微波探针有数种类型，例如单极型、双极型和螺旋型，它们可以在组织消融 应用中使用。在单极和双极天线组件中，微波能量一般远离导体轴线垂直地辐射。单极天 线组件通常包括单一细长导体。典型的双极天线组件包括两个细长导体，所述两个细长导 体线性对齐且相对于彼此端对端定位，其中电绝缘体位于所述两个细长导体之间。螺旋天 线组件包括各种尺寸（例如直径和长度）的螺旋形导体配置。螺旋天线组件的主要操作模 式是常规模式（垂射）和轴向模式（端射），在常规模式中，由螺旋线辐射的场在与螺旋线 轴线垂直的平面上最大，在轴向模式中，沿螺旋线轴线辐射最大。
[0006] 用于热消融的组织加热通过各种方法完成，包括通过应用表面或元件导热、由从 电极流到接地端子的电流引起的离子搅动、光学波长吸收或在微波消融的情况下在天线电 磁场内的水分子的介电松弛。消融区能够分解成两个部分：主动消融区和被动消融区。
[0007] 主动消融区最接近消融装置且包含进行能量吸收的组织体积，所述能量吸收高到 足以确保在给定施加时间所有区域的热组织被破坏，除了流体非常快速流动的区域，诸如， 在大血管或气道周围或其中的区域。主动消融区的尺寸和形状由消融装置设计确定。主动 消融区因此能够用于在给定形状和体积的组织上产生可预测的消融效果。
[0008] 被动消融区围绕主动区且包围发生较低强度的能量吸收的组织体积。在被动消融 区内的组织可以在给定施加时间经历或不经历组织破坏。生理冷却可能抵消来自较低水平 的能量吸收的加热且因此不允许在被动区内发生充分加热以杀死组织。在被动区内生病或 灌注不良的组织可能比其他组织更倾向于加热，且也可能更易受影响于来自消融区内较热 的区域的导热。被动区在这些情况下能够不期望地导致大消融区。由于在目标生理机能内 的空间中的这些变化的情形，依靠被动区执行热消融是一种结果不可预测的挑战。
[0009] 由于电磁场能够由微波探针隔一段距离地引发，微波消融具有形成形状能够由设 计确定且保持恒定的大主动区的潜力。而且，形状和尺寸能够通过设计确定，以适配特定的 医药应用。通过利用预定的主动区形成可预测的消融区，并且不依靠不确定的被动消融区， 微波消融能够提供利用其他消融技术不可能实现的可预测性水平和程序相关性。
[0010] 围绕天线的主动区的形状由操作的频率、天线的几何形状、天线的材料和围绕天 线的介质确定。在电特性动态改变的介质中（诸如加热组织），操作天线导致电磁场的形状 改变、且因此改变主动区的形状。减小周围介质的电特性的电磁场的影响程度，以维持围绕 微波天线的主动区的形状。
[0011] 围绕天线的主动区的尺寸由能够从微波发生器传递到天线的能量的量确定。能够 利用传递到天线的较多的能量产生较大主动区。为了最大化从微波发生器通过波导传输到 微波天线的能量，要求每个系统构件具有相同阻抗或阻抗匹配。虽然发生器和波导的阻抗 通常是固定的，但是微波天线的阻抗由操作的频率、天线的几何形状、天线的材料和围绕天 线的介质确定。在电特性动态改变的介质中（诸如在加热组织内）操作天线导致天线阻抗 改变以及传递到天线的能量变化，并且因此改变主动区的尺寸。为了维持围绕微波天线的 主动区的尺寸，对周围介质的电特性的天线阻抗的影响程度必须减小。
[0012] 在热消融中，主动区尺寸和形状改变的主要原因是电磁波的延长。波长延长在加 热组织中由于组织脱水而发生。脱水减小介电常数，延长微波场的波长。当微波装置由于 组织类型之间的介电常数的变化而在各种组织类型上使用时，也发生波长延长。例如，电磁 波在肺组织中比在肝组织中明显更长。
[0013] 波长延长折损了微波能量在目标组织上的聚焦。对于大体积消融，大致球形的主 动区是优选的，从而在大致球形的组织目标上聚焦能量。波长延长导致电磁场沿装置的长 度朝向发生器伸展，从而导致大致彗星形或〃热狗〃形的主动区。
[0014] 通过利用具有不变介电常数的材料来介电缓冲天线几何形状，波长延长在医用微 波天线中能够明显减小，如在美国申请No.13/835283和No.13/836519中描述的，其每一个 所公开内容通过引用结合于此。不变介电常数的材料围绕天线，以减小组织电特性对天线 波长的影响。通过由介电缓冲控制波长延长，天线阻抗匹配且场形状能够被维持，以实现具 有预定稳定形状的大主动消融区。
[0015] 通过给介电缓冲提供循环流体（诸如盐水或水），这些材料的高介电常数能够在 天线几何形状设计中起杠杆作用，而且循环流体能够用于同时冷却包括共轴馈线和天线在 内的微波构件。微波构件的冷却也能够实现构件的较高功率操作，这能够用于向天线传递 更多的能量以形成较大的主动区。
[0016] 如上所述，围绕天线的主动区的形状部分地由天线的几何形状确定。普通消融天 线不利用与波长缓冲组合的天线几何形状以有效地控制微波场形状。这些天线不形成球 形主动区形状，主动区在组织类型上或在组织加热期间也不是稳定不变的。这些天线允许 微波能量沿装置的外部导体从装置梢端朝向发生器传播。微波能量沿轴的传播导致彗星或 "热狗"形的主动区。
[0017] 微波天线能够配备有扼流圈（choke)或巴伦（balun)，即，天线几何形状的改进阻 抗匹配且也能够协助将微波能量聚焦成预定形状的构件。当与波长缓冲组合时，巴伦或扼 流圈能够有效地阻挡电磁波在各种组织类型上且在组织加热期间沿外部导体朝向发生器 向后传输，以将能量聚焦成稳定球形主动区。
[0018] 巴伦的一个应用方案包括布置在共轴线缆的外部导体上的巴伦电介质和布置在 巴伦电介质上的外部巴伦导体。巴伦形成围绕内部共轴线缆设置的共轴波导的短节段，其 中，共轴线缆的外部导体是巴伦的内部导体。巴伦围绕接近天线的馈线的共轴线缆布置且 在一个应用方案中具有A/4的长度，其中，A是在巴伦内的电磁波的波长。巴伦外部导体 和内部导体在近端一起短路，以形成A /4短路巴伦。
[0019] 描述X/4短路巴伦的功能的一种方式如下：电磁波沿天线的辐射节段向近侧传 输、进入巴伦、在巴伦的短路近端反射、向前传输到巴伦的远端、并且退出巴伦回到天线辐 射节段上。利用巴伦长度的这个布置，当电磁波到达巴伦的远端且回到天线辐射节段上时， 电磁波已经积累了完整相变A。这是由于在巴伦内向前传播的A/4距离、在巴伦内向后传 播的A/4距离和在巴伦的短路近端反射发生的A/2相变。结果，电磁波不是沿线缆的外 部表面朝向发生器传输，而是与在天线辐射节段上的其他波相位相干的波，所述波被重新 引导回到天线的远侧梢端。
[0020] 然而，巴伦显著增加微波天线的直径以及微波天线穿过的针的直径。针的尺寸可 能限制在微创程序中、尤其当重复治疗时微波天线的使用。
【发明内容】
[0021] 在一方面，本申请的特征在于一种微波消融施加器的制造方法。所述方法包括：通 过（a)在第一内部导体的外表面上布置第一电介质以使得第一电介质在垂直于第一内部 导体的纵向轴线的平面上具有第一面、并且（b)在第一电介质的外表面上布置外部导体而 形成馈线区段。所述方法还包括：通过（a)在第二内部导体的外表面上布置直径比第一电 介质的直径小的第二电介质、并且（b)在第二电介质的外表面上布置第二外部导体而形成 下降区段。所述方法还包括：通过（a)在第三内部导体的外表面上布置直径比第一电介质 的直径小的第三电介质、（b)在第三电介质的近端的外表面上布置第三外部导体以便形成 在第三电介质的远端处的馈电间隙、（c)在第三外部导体的外表面上布置巴伦电介质、并且 (d)在巴伦电介质的外表面上布置巴伦外部导体而形成辐射器基部区段。
[0022] 在另一方面，本申请的特征在于一种微波消融施加器的制造方法。所述方法包括： 在内部导体的第一部分的外表面上布置第一电介质；在第一电介质的外表面上布置第一外 部导体；在内部导体的第二部分的外表面上布置直径比第一电介质的直径小的第二电介 质，内部导体的第二部分在远侧邻近于内部导体的第一部分；在第二电介质的外表面上布 置第二外部导体；在内部导体的第三部分的外表面上布置直径比第一电介质的直径小的第 三电介质；在第三电介质的近端的外表面上布置第三外部导体以便形成在第三电介质的远 端处的馈电间隙；在第三外部导体的外表面上布置巴伦电介质；并且在巴伦电介质的近端 的外表面上布置巴伦外部导体。
[0023] 第一、第二和第三电介质可由相同电介质材料制成。
[0024] 在导体的一部分上布置电介质可包括使电介质滑动到导体的所述部分上、使电介 质热缩在导体的所述部分上以及使电介质围绕导体的所述部分包覆中的至少一个。在电介 质上布置外部导体可包括在电介质上放置编织物。布置第三外部导体可包括在第三电介质 上放置编织物且从辐射器基部区段的远侧部分剥除编织物以形成馈电间隙。
[0025] 而在另一方面，本申请的特征在于一种微波消融施加器的制造方法。所述方法包 括从包括围绕内部导体的电介质的杆的中间部分移除电介质材料，以使得杆的中间部分的 直径小于杆的邻近于中间部分的近侧部分的直径。所述方法还包括从杆的邻近于杆的中间 部分的远侧部分移除电介质材料，以使得杆的远侧部分的直径小于杆的中间部分的直径。 所述方法还包括在杆的近侧部分的外表面上布置第一外部导体；在杆的中间部分的外表面 上布置第二外部导体；在杆的远侧部分的近端的外表面上布置第三外部导体，以便形成在 杆的远侧部分的远端处的馈电间隙；在第三外部导体的外表面上布置巴伦电介质；并且在 巴伦电介质的近端的外表面上布置巴伦外部导体。
[0026] 所述方法还可包括在内部导体的外表面上布置电介质以形成杆。电介质材料可以 从杆的中间部分移除，以使得中间部分的直径从在中间部分的近端的第一直径渐缩到在中 间部分的远端的第二直径，其中，第一直径大于第