[发明专利]用于隐式校正互耦和失配的具有集成的场传感器的电磁场涂敷器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及用于在空间中的特定区域中创建特定的电磁场状况(condition)，或用于以增强的控制将电磁能量聚焦到介电物体中的系统。

背景技术

创建特定电磁场状况是从成像到治疗的许多医学应用中的核心要求。本发明具有在这两个方面的应用，以及用于通信和传感应用的相控阵技术中的应用。

本发明的一个应用是为了高热（hyperthermia）的目的在人体某位置处产生特定的场状况。

美国国家健康学会的国家癌症学会定义高热（还称作热疗或温热疗法）为其中身体组织暴露在高温（高至45°C）的一种癌症治疗方法。研究已经显示高温可以破坏和杀死癌细胞，而通常对正常组织损害为最低限度。通过杀死癌细胞并破坏细胞内的蛋白质和结构，高热可以使肿瘤缩小。

本发明涉及局部高热，其中向诸如肿瘤的较小区域加热。有可能使用各种高技术来传送能量以对肿瘤加热。在本发明的上下文中，可使用微波或者射频来加热。取决于肿瘤位置，有多种局部高热的方法。在本例子中，使用外部方法来治疗肿瘤。通过涂敷器施加能量。该涂敷器由位于适当区域周围或靠近该适当区域的许多元件构成，并且将能量集中在肿瘤上从而使用相控阵技术提高其温度。

高热通常结合其它疗法（诸如放射疗法和/或化学疗法）实施。高热已经被作为很多类型癌症的治疗的一部分而进行，很多类型癌症包括肉瘤、黑色素瘤以及头和颈、脑、肺、食道、乳房、膀胱、直肠、肝、附件、宫颈和腹膜的（间皮瘤）的癌症。

相控阵(phased arrary)天线是由每个具有其自己的馈入点的小（较小）辐射元件组成的天线。相控阵天线是能够电操纵的，这意味着物理天线可以是固定不动的，而天线方向图(pattern)可以通过调整每个元件的幅值加权和相位而被控制，从而使其向特定的区域聚焦，或从而使其能够定位空间中的物体。相控阵还可被用于在空间某位置处产生特定场条件，或被用于将射频（RF）能量聚焦到介电物体，从而提高介电物体或患者内部目标区域的温度，或在患者中感应场和电流以激励原子、神经或其它细胞机制。

可以通过将RF能量聚焦到患者从而使得温度被提高来将相控阵用于高热。当相控阵用于这个目的时，由于其向患者施加能量，因此其被称作涂敷器（applicator）。相控阵或涂敷器元件由多通道RF或微波功率源馈给，其中相位和幅值信号是灵敏的从而使得RF或微波能量可以聚焦在目标区域或肿瘤中。阵列元件的数目以及这些元件相对于目标区域的布置限定了可以获得的聚焦的质量。

将使用RF高热的例子来阐述本发明的益处。尽管在过去已经提出很多系统并将其单独或者与其它疗法一起地用于对肿瘤的高热治疗，但是普遍一直缺乏治疗的一致性和质量。局部高热极重要的一点在于从涂敷器将能量施加或聚焦到目标区域、组织或肿瘤的能力。为了实现满意的治疗结果，整个目标区域应该被充分加热。为了确保此，良好的电磁涂敷器和患者特定模型多优选被用于计划和优化治疗。在高热系统中一直缺乏准确预测能量累积（和/或温度上升）和优化此用于最佳肿瘤治疗的步骤，并且这是造成不佳结果的部分原因。在治疗本身期间，其中RF或微波能量被施加到高热阵列，其中激励幅值和相位从治疗计划中确定，从质量保证的角度而言重要的是，监控由每个元件产生的电磁场监控从而确定实际上正在执行正确的计划的治疗。

所有相控阵天线或高热涂敷器所共有的是对多通道源的要求，多通道源可以产生具有准确可控的幅值和相位的大功率信号，将其馈给各个电磁场产生元件。对本发明而言使用哪种方法来产生这些信号并不重要。