一种微波热疗与测温一体化装置的制作方法

本发明涉及微波热疗技术领域，具体涉及一种微波热疗与测温一体化装置。

背景技术：

热疗是肿瘤治疗领域新兴的一种技术，它是利用物理方法使肿瘤区域加热到有效治疗温度并且持续一定时间，达到杀灭肿瘤细胞而又较小损伤正常组织的治疗目的。热疗设备主要有射频电容式热疗机、超声热疗机和微波热疗机。射频电容式热疗机的电场分布不易均匀控制，深部加热较困难，使用时脂肪易过热疼痛，仅适用于脂肪薄(厚度≤1.5cm)的部位；超声热疗机不能穿透含气空腔。微波热疗是较为理想的热疗方法。微波热疗的目标是使得肿瘤靶区得到比较高的热剂量，避免治疗冷点的出现，同时也要尽量对正常组织进行保护，使其受到尽量小的热剂量以规避治疗热点和不可逆的损伤，温度测量是保证热疗质量的重要技术。为了保证治疗效果，需要将肿瘤组织的温度加热达有效治疗高温区43～45℃，同时不损伤其周围的正常组织，保证正常组织的温度低于40℃。早期单凭患者的热感来控制加热功率，现在很多热疗机采用间断停机测温方式，测温误差大。现有的微波热疗技术，由于在微波热疗过程中不能同步实现对温度的实时监控，使得热疗效果不理想，并且微波热疗的安全性和可靠性较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种微波热疗与测温一体化装置，以解决现有的微波热疗过程中由于不能同步实现对温度的实时监控，使得热疗效果不理想，并且微波热疗的安全性和可靠性较低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种微波热疗与测温一体化装置，包括：底座和均匀排布在所述底座上的多个微波辐射器；所述底座为圆柱形，所述多个微波辐射器分别在所述底座的端面和侧面均匀分布以构成立体阵列；所述底座的端面上设置至少一个光纤温度传感器，所述底座的侧面上沿圆周方向均匀设置至少三个光纤温度传感器。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，在底座上同时设置微波辐射器和光纤温度传感器，实现了微波辐射器和光纤温度传感器的一体化设置，使得微波辐射器和光纤温度传感器能够同时到达病灶处，以实现对热疗过程的精准温度监测。此外，由于将底座设计为圆柱形，并在圆柱形的端面和侧面均设置了微波辐射器，构成立体阵列，使得微波辐射器阵列能够适应不同位置的病灶的热疗需要。例如，对于位于平面或半径较大的曲面上的肿瘤，可以使用圆柱形底座端面上的微波辐射器进行热疗，并同时使用位于端面上的光纤温度传感器进行实时的温度监测；对于位于环形腔管上的肿瘤，可以使用圆柱形底座侧面上的微波辐射器进行热疗，并同时使用位于侧面上的光纤温度传感器进行实时的温度监测。本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，解决了现有的微波热疗过程中不能同步实现对温度的实时监控的问题，有利于提高热疗效果，同时提高微波热疗的安全性和可靠性。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述微波热疗与测温一体化装置还包括：第一接头、枢设于所述第一接头的第一连接件，以及枢设于所述第一连接件的第二接头，所述第二接头相对所述第一连接件的枢摆方向垂直于所述第一连接件相对所述第一接头的枢摆方向；所述第一接头内设有第一腔室，所述第一腔室内设有用于驱动所述第一连接件相对所述第一接头枢摆的第一摆动音圈电机；所述第一连接件内设有第二腔室，所述第二腔室内设有用于驱动所述第二接头相对所述第一连接件枢摆的第二摆动音圈电机；所述底座设置在所述第二接头的顶部。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在微波热疗与测温一体化装置中设置有两个枢摆方向垂直的接头，使得微波辐射器阵列能够万向转动，满足定向热疗的需要，实现了狭小空间内指定方向的热疗。

结合第一方面或第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述微波辐射器包括：反射体、设置在所述反射体中心位置上的支撑体以及设置在所述反射体上的第一音圈电机；所述反射体为开口逐渐增大的喇叭形对称结构；所述支撑体沿所述反射体的轴线设置且指向所述反射体的开口方向；所述支撑体包括多节首尾相连的套筒；所述支撑体上设置有一个或多个微波天线；所述第一音圈电机用于驱动构成所述支撑体的套筒沿所述反射体的轴线运动。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在微波辐射器中设置有喇叭形的反射体，使得微波天线向外辐射的电磁波能够更为聚拢，有利于电磁波朝向病灶的方向射出，减小电磁波在其他方向上的消耗；由于在微波辐射器中设置了用于驱动构成支撑体的各个套筒前后运动的第一音圈电机，使得设置在支撑体上的微波天线能够根据需要接近病灶处；由于音圈电机能够在狭小空间内提供定量的位移，使得微波天线与病灶处的距离能够精准可控，实现精准定位的微波热疗。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述微波辐射器还包括双曲面平凸透镜，所述双曲面平凸透镜设置在所述反射体的开口处。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在微波辐射器中设置了双曲面平凸透镜，并利用双曲面平凸透镜对电磁波的会聚作用，能够将弱方向性电磁波聚集为锐方向性的电磁波束，使微波辐射器射出的微波功率密度增加。在肿瘤的微波热疗中，增设透镜的微波辐射器对浅表层肿瘤的治疗具有方向性好、增益大、热效率高等特点，且治疗区域较小，不易损伤肿瘤周围的正常组织。

结合第一方面或第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述光纤温度传感器包括：壳体，在所述壳体内成型有与外部连通的空腔，在空腔内设置有内芯，所述内芯一端设置有的柔性基底，在所述柔性基底上设置一条或多条测温光纤；所述内芯的另一端连接第二音圈电机的输出部，所述第二音圈电机用于驱动所述内芯沿所述空腔上下运动，使得所述测温光纤伸出所述壳体外部或收容在所述空腔内部。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在光纤温度传感器内设置了内芯和音圈马达，使得内芯能够在音圈马达的驱动下相对于壳体做往复运动，即通过第二音圈马达可以控制内芯伸出壳体的距离，由于内芯携带有测温光纤，使得测温光纤能够精确抵达物体内部狭小空间内指定的测温位置，能够实现狭小空间内指定位置的温度测量。此外，由于以柔性基底作为测温光纤的载体，能够避免狭小空间内工作时给被检测物体造成内部损伤，因而可以将本发明实施例提供的光纤温度传感器应用于除普通工业测温以外的其他领域，例如生物医学工程领域的生物体内腔温度的检测。由于测温光纤属于易损件，在本发明实施例提供的光纤温度传感器中，为测温光纤设置了壳体，壳体可以在测温光纤的非工作状态下，如在外设的牵引装置作用下进入被检测物体内部的过程中，为测温光纤提供保护，延长测温光纤的使用寿命。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述内芯包括内芯本体和设置在所述内芯本体上的至少三个弹性支杆；所述内芯本体的侧壁上沿所述内芯的轴线设置有滑槽，所述滑槽在所述内芯本体的周向均匀分布；每个所述弹性支杆通过与所述滑槽相适配的滑块设置在所述内芯本体上；所述第二音圈电机的输出端与每个所述滑块相连接。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在光纤温度传感器中的内芯上设置了弹性支杆，使得弹性支杆在伸出壳体时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆分别通过各自的滑块设置在内芯本体上，使得第二音圈马达通过控制各个滑块就可以实现各个弹性支杆的独立运动，进而实现可选择的多点测温。此外，可以通过第二音圈马达统一对各个滑块进行滑动控制，实现各个弹性支杆的同步运动，进而实现多点同步测温。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述内芯包括内芯本体和设置在所述内芯本体上的至少三个弹性支杆；所述弹性支杆与所述内芯本体之间具有一夹角，并且所述弹性支杆在所述内芯本体的周向均匀分布；所述第二音圈马达的输出端与所述内芯本体的下部相连接。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在光纤温度传感器中的内芯上设置了弹性支杆，使得弹性支杆在内芯伸出壳体时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆设置在同一个内芯本体上，使得音圈马达通过控制内芯本体就可以实现各个弹性支杆的同步运动，进而实现多点同步测温。

结合第一方面第五或第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述柔性基底铺设在所述弹性支杆的顶部。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于在光纤温度传感器中的各个弹性支杆的顶部覆盖铺设了柔性基底，使得弹性支杆在音圈马达的作用下伸出壳体并散开时，能够带动柔性基底舒展开，进而实现较大面积的测温。在测温结束后，柔性基底可以随弹性支杆返回壳体内并团缩于壳体内部的空腔之中，实现非工作状态下柔性基底与测温光纤的收纳。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中的一种微波热疗与测温一体化装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中微波辐射器的结构示意图；

图3示出了本发明实施例中光纤温度传感器的结构示意图；

图4示出了柔性基底与测温光纤的结构示意图；

图5示出了柔性基底与测温光纤的另一结构示意图；

图6示出了本发明实施例中光纤温度传感器的另一结构示意图；

图7示出了本发明实施例中光纤温度传感器的第三种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中的一种微波热疗与测温一体化装置，该微波热疗与测温一体化装置可以包括：底座5和均匀排布在底座5上的多个微波辐射器4。底座5可以为圆柱形，多个微波辐射器4分别在底座5的端面和侧面均匀分布以构成立体阵列。除微波辐射器4外，底座5的端面和侧面上还可以设置多个光纤温度传感器6。具体的，底座5的端面上设置至少一个光纤温度传感器6，底座5的侧面上沿圆周方向均匀设置至少三个光纤温度传感器6。在实际应用中，还可以对立体阵列中的各个微波辐射器4进行独立控制，以根据需要或病灶的具体位置及形状，选择性地开启部分微波辐射器4，以进一步提高微波热疗的精准度。例如，对于位于平面或半径较大的曲面上的肿瘤，可以使用圆柱形底座5端面上的微波辐射器4进行热疗，同时使用位于端面上的光纤温度传感器6进行同步的实时温度监测；对于位于环形腔管上的肿瘤，可以使用圆柱形底座5侧面上的微波辐射器4进行热疗，同时使用位于侧面上的光纤温度传感器6进行同步的实时温度监测。并且，各个微波辐射器4可以分别与外接的微波固态源的输出端相连接，将微波固态源输出的微波信号发射出去，以实现对肿瘤的微波热疗。

除图1所示的圆柱形底座5之外，底座5还可以为片状圆环形或片状圆盘形，并且多个微波辐射器4沿圆周方向均匀分布在底座5上，以构成环形阵列，同时多个光纤温度传感器6也可以在底座5上均匀分布以构成测温阵列；底座5也可以为片状矩形，并且多个微波辐射器4可以分别沿横向和纵向均匀分布在底座5上，以构成矩形阵列，同时多个光纤温度传感器6也可以在底座5上均匀分布以构成测温阵列。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，利用底座将多个微波辐射器和光纤温度传感器相连构成了微波热疗与测温一体化装置的整体结构，使得整个微波热疗与测温一体化装置可以在外设的牵引装置的作用下抵达被检测物体内部的狭小空间，并接近指定的热疗位置。由于底座可以设置为片状圆环形、片状圆盘形、片状矩形或圆柱形，相应地，微波辐射器可以以不同形状的底座为依托，构成环形阵列、矩形阵列或立体阵列，进而利用多个环形阵列、矩形阵列或立体阵列分别作为基本元素，可以根据病灶的具体形状构建适形的微波辐射器阵列组合，满足适形热疗的要求，实现精准热疗，同时配合光纤温度传感器的同步测温，在微波热疗的全过程实现温度可控，以保证热疗效果，同时避免对正常组织造成损伤。

可选的，微波热疗与测温一体化装置还可以包括：第一接头1、枢设于第一接头1的连接件2以及枢设于连接件2的第二接头3，底座5可以设置在第二接头3的顶部。第二接头3相对连接件2的枢摆方向垂直于连接件2相对第一接头1的枢摆方向。为了实现对枢摆的电动控制，可以在第一接头1内设置第一腔室，并在第一腔室内设置用于驱动连接件2相对第一接头1枢摆的第一摆动音圈电机。同样的，可以在连接件2内设置第二腔室，并在第二腔室内设置用于驱动第二接头3相对连接件2枢摆的第二摆动音圈电机。通过第一接头1、连接件2和第二接头3能够实现底座5的万向转动。为了实现外接的通信线路与微波辐射器4或光纤温度传感器6的连接，以方便地实现信息的传输，可以将连接件2设计为空心结构，以穿过与微波辐射器4或光纤温度传感器6相连的通信线路。同样的，底座5上也可以在安装微波辐射器4或光纤温度传感器6的对应位置上设置开孔，以穿过与微波辐射器4或光纤温度传感器6相连的通信线路。

本发明实施例提供的微波热疗与测温一体化装置，由于设置有两个枢摆方向垂直的接头，使得微波热疗与测温一体化装置能够万向转动，满足定向热疗的需要，实现了狭小空间内指定方向的热疗。

图2示出了本发明实施例中微波辐射器4的一种结构示意图，该微波辐射器4可以包括：反射体41和设置在反射体41中心位置上的支撑体42。反射体41为开口逐渐增大的喇叭形对称结构。支撑体42沿反射体41的轴线设置且指向反射体41的开口方向，支撑体42沿反射体41的轴线上下运动，支撑体42上设置有一个或多个微波天线43。支撑体42包括多节首尾相连的套筒421，除最底部的套筒外，其余各节套筒421均可沿反射体41的轴线运动。图2所示的微波辐射器还可以包括第一音圈电机46。具体的，第一音圈电机46可以设置在反射体41上，第一音圈电机46的输出部可以与构成支撑体42的各个套筒421相连接，以驱动套筒421沿反射体41的轴线运动。

为了方便连接管线，可以在反射体41的中心位置上开设通孔411，并且将支撑体42设计为为空腔结构，以使微波天线43通过设置在支撑体42的空腔与通孔411内的同轴馈线，相接于同轴接头45。同轴接头45可以与微波固态源相连接，将微波固态源输出的微波信号发送至微波天线，以实现微波热疗。

为了使各个微波天线输出的电磁波聚拢，还可以在图2所示的微波辐射器4中增设双曲面平凸透镜48。具体的，双曲面平凸透镜48可以设置在反射体41的开口处，并且双曲面平凸透镜48的平面应当朝向支撑体42，这样可以为支撑体42上的微波天线的前后运动留出更大的空间。

本发明实施例提供的微波辐射器，由于设置有喇叭形的反射体，使得微波天线向外辐射的电磁波能够更为聚拢，有利于电磁波朝向病灶的方向射出，减小电磁波在其他方向上的消耗。本发明实施例提供的微波辐射器，利用多节套筒构成支撑体，使得支撑体上下运动的量程得到扩展，能够更加灵活地进行伸缩运动，以满足不同应用场合下精准定位的需要。本发明实施例提供的微波辐射器，由于设置了用于驱动套筒运动的第一音圈电机，使得设置在支撑体上的微波天线能够根据需要接近病灶处。由于音圈电机能够在狭小空间内提供定量的位移，使得微波天线与病灶处的距离能够精准可控，实现精准定位的微波热疗。本发明实施例提供的微波辐射器，由于设置了双曲面平凸透镜，并利用双曲面平凸透镜对电磁波的会聚作用，能够将弱方向性电磁波聚集为锐方向性的电磁波束，使微波辐射器射出的微波功率密度增加。在肿瘤的微波热疗中，增设透镜的微波辐射器对浅表层肿瘤的治疗具有方向性好、增益大、热效率高等特点，且治疗区域较小，不易损伤肿瘤周围的正常组织。

图3示出了本发明实施例中光纤温度传感器6的结构示意图，该光纤温度传感器可以包括：壳体61，在壳体61内成型有与外部连通的空腔611，在该空腔611内设置有内芯62，内芯62一端设置有的柔性基底63，在柔性基底63上设置一条或多条测温光纤65；内芯62的另一端连接第二音圈马达64的输出部，第二音圈马达64能够驱动内芯62沿空腔611上下运动，使得测温光纤65伸出壳体61外部或收容在空腔611内部。为了方便通信用管线进出，还可以在壳体61的下部或侧壁设置进出口。

图4至图5示出了柔性基底63与测温光纤65的结构示意图。柔性基底63可以为圆形、矩形或任意的规则形状，也可以是任意的不规则形状，如图4所示的柔性基底63呈圆形，图5所示的柔性基底63呈不规则形。同一个柔性基底63的上表面可以设置一条或多条测温光纤65，当柔性基底63上设置多条测温光纤65时，为避免测温光纤65之间的干扰，各个测温光纤65之间应当无交叉点。测温光纤65可以自由分布，图4示出了放射状均匀分布的情况，图5示出了螺旋状分布的情况。呈放射状分布的测温光纤65适宜检测具有一定面积的、温度较为均匀的部位；呈螺旋状分布的测温光纤65适宜检测具有一定面积的、从中心向外具有温度差异的部位，如使用微波热疗与测温一体化装置进行肿瘤热疗的腔体，在微波辐射器加热的病灶处一般温度较高，可达43℃以上，病灶外围的正常组织一般为正常体温37℃左右。此外，可以在柔性基底63上设置通孔631，使得外接的通信光纤能够穿过通孔631并与铺设在柔性基底63上表面的各个测温光纤65相连接，方便地实现光信号的传输。

本发明实施例提供的光纤温度传感器，由于设置了壳体，使得整个光纤温度传感器可以在外设的牵引装置的作用下抵达被检测物体内部的狭小空间，并接近指定的测温位置；由于设置了内芯和音圈马达，使得内芯能够在音圈马达的驱动下相对于壳体做往复运动，即通过音圈马达可以控制内芯伸出壳体的距离，由于内芯携带有测温光纤，使得测温光纤能够精确抵达物体内部狭小空间内指定的测温位置，解决了现有的光纤温度传感器并不适用于狭小空间内指定位置的温度测量的问题。此外，由于以柔性基底作为测温光纤的载体，能够避免狭小空间内工作时给被检测物体造成内部损伤，因而可以将本发明实施例提供的光纤温度传感器应用于除普通工业测温以外的其他领域，例如生物医学工程领域的生物体内腔温度的检测。由于测温光纤属于易损件，本发明实施例提供的光纤温度传感器中的壳体可以在测温光纤的非工作状态下，如在外设的牵引装置作用下进入被检测物体内部的过程中，为测温光纤提供保护，延长测温光纤的使用寿命。

图6示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器在工作状态下的结构示意图，该光纤温度传感器包括图3所示光纤温度传感器的各个组件，为避免重复，在此不再赘述。如图6所示，该光纤温度传感器中，内芯62包括固定设置在壳体61内的内芯本体621和设置在内芯本体621上的至少三个弹性支杆622，图6所示为具有三个弹性支杆622的情况。内芯本体621的侧壁上沿其轴线设置有滑槽623，滑槽623在内芯本体621的周向均匀分布。每个弹性支杆622通过与滑槽623相适配的滑块624设置在内芯本体621上。内芯本体621可以为空心结构，通过内芯本体621内的空腔，通信光纤能够穿过，以连接柔性基底63上的各个测温光纤65，实现数据传输。一体结构的柔性基底63铺设覆盖在各个在弹性支杆622的顶部。第二音圈马达64的输出端分别与每个滑块624相连接。在图6所示的柔性基底63的铺设方式下，第二音圈马达64应当对各个滑块624进行同步控制，保持各个滑块624共同进退，以避免对柔性基底63造成损伤。

除了如图6所示的柔性基底63的铺设方式外，还可以在每一个弹性支杆的顶部分别设置一个柔性基底63，以实现多点测量；并且，在这种柔性基底铺设方式下，可以对各个滑块624的运动进行独立控制。由于各个弹性支杆622分别通过各自的滑块624设置在内芯本体621上，使得第二音圈马达64通过控制各个滑块624就可以实现各个弹性支杆622的独立运动，进而实现可选择的多点测温。此外，可以通过第二音圈马达64统一对各个滑块624进行滑动控制，实现各个弹性支杆622的同步运动，进而实现多点同步测温。

本发明实施例提供的光纤温度传感器，由于各个弹性支杆的顶部覆盖铺设了柔性基底，使得弹性支杆在第二音圈马达的作用下伸出壳体并散开时，能够带动柔性基底舒展开，进而实现较大面积的测温。在测温结束后，柔性基底可以随弹性支杆返回壳体内并团缩于壳体内部的空腔之中，实现非工作状态下柔性基底与测温光纤的收纳。

图7示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器的结构示意图，该光纤温度传感器包括图3所示光纤温度传感器的各个组件，为避免重复，在此不再赘述。如图7所示，该光纤温度传感器中，内芯62包括内芯本体621和设置在内芯本体621上的至少三个弹性支杆622，图7所示为具有三个弹性支杆622的情况。各个弹性支杆622均与内芯本体621之间具有一夹角，并且弹性支杆622在内芯本体621的周向均匀分布。内芯本体621可以为空心结构，通过内芯本体621内的空腔，通信光纤能够穿过，以连接柔性基底63上的各个测温光纤65，实现数据传输。一体结构的柔性基底63铺设覆盖在各个在弹性支杆622的顶部。一体结构的柔性基底63既可以是一个柔性基底，也可以是由多个柔性基底经连接件拼接而成的拼接体。第二音圈马达64的输出端与内芯本体621的下部相连接。图7所示为光纤温度传感器的非工作状态，此时，各个弹性支杆622连同铺设在弹性支杆622上的柔性基底63均收纳于壳体61的内部，具体来说，收纳于壳体61的空腔611之中。当需要测温时，第二音圈马达64推动内芯本体621，从而使得各个弹性支杆622伸出壳体61并散开，弹性支杆622散开的同时还会使得柔性基底63舒展开来，从而实现较大面积的测温。

除了如图7所示的柔性基底63的铺设方式外，还可以在每一个弹性支杆的顶部分别设置一个柔性基底63，以实现多点测量。由于在内芯本体621上设置了弹性支杆622，使得弹性支杆622在伸出壳体61时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆622设置在同一个内芯本体621上，使得第二音圈马达64通过控制内芯本体621就可以实现各个弹性支杆622的同步运动，进而实现多点同步测温。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。