[发明专利]屏蔽微波的组织传感器探头

说明书

技术领域

本发明涉及用于提供能量至生物组织的系统和方法，并且更特别地，涉及用于在微波消融术中精确地感测组织热参数的系统和方法。

背景技术

基于能量的组织治疗在本领域中是公知的。各种类型的能量(例如，电、超声、微波、低温、热、激光等)施加到组织以获得所需的结果。电外科手术包括应用高射频电流至外科手术部位以切割、消融、凝结或密封组织。在单极电外科手术中，电源或有源电极将射频能量从电外科发生器传输至组织并且返回电极携带电流返回至发生器。在单极电外科手术中，电源电极通常为由外科医生手持的外科手术仪器并且应用至待治疗的组织。返回电极放置在有源电极远处以携带电流返回至发生器。在组织消融电外科手术中，射频能量可通过天线或探头传输至目标组织。

有许多种类型的微波天线组件在使用，例如，单极天线、双极和螺旋形的，它们可在组织消融应用中使用。在单极天线和双极天线组件中，微波能量通常垂直地自导体的轴辐射。单极天线组件通常包括单个、细长的导体。典型的双极天线组件包括两个细长的导体，其为线性地排列并且相对于彼此端对端地定位，其中电绝缘体放置于二者之间。螺旋形天线组件包括与地平面相连的螺旋形导体。螺旋形天线组件可以多种模式操作，包括正常模式(全面模式)，其中由螺旋辐射的场在与螺旋轴垂直的平面中最大，以及轴模式(端射模式)，其中最大辐射沿着螺旋轴。至少部分地，可通过螺旋天线元件的物理特征确定螺旋天线组件的调谐，例如，螺旋直径、螺旋线圈之间的间距或距离，以及螺旋关于固定螺旋的探头组件的位置。

典型的微波天线具有长的、薄的内导体，其沿着探头的纵轴延伸并且由介电材料所包围。外导体包绕介电材料并且沿着探头的轴延伸。在探头的另一变型中，其提供了有效的朝外的能量或热辐射，外导体的一部分或许多部分被选择性地移除。这种类型的构造通常称之为“漏隙波导”或“漏隙同轴”天线。微波天线探头的另一变型包括使得在均一螺旋模式如螺旋中形成的尖端针对有效辐射提供必需的配置。这种变型能用于在特定方向上引导能量，例如，垂直于轴、向前的方向(即，朝天线的远端)、或这些方向的任意组合。

侵入性过程和设备已得到发展，其中微波天线探针通过正常的身体孔口直接插入治疗点，或经皮插入。这种侵入性的过程和设备潜在地提供了待治疗组织的更佳温度控制。因为恶性细胞变性要求的温度与对健康细胞有害的温度之间的细微差别，已知的加热模式和和预知的温度控制是重要的以使得加热局限于待治疗的组织。例如，在大约41.5摄氏度的阈值温度的过热治疗对大部分恶性生长的细胞几乎没有影响。但是，在轻微地上升温度高于大约43至45摄氏度的范围内或伴随上升温度的快速爆发，通常地观测到对大多数类型的正常细胞的热伤害。因此，在消融探针靠近健康组织放置时，需要十分小心沿消融探针长度上不超过这些温度。

在组织消融的情况中，应用大约500MHz至大约10GHz范围内的高射频电流至目标组织点以产生消融体积，其可具有特别的尺寸和形状。消融体积与天线设计、天线调谐、天线阻抗和组织阻抗相关。组织阻抗可在消融过程中基于许多因素而改变，例如，组织变性或发生自组织微波能量吸收的干燥。组织阻抗的改变可导致探头与组织之间的阻抗不协调，其可影响微波消融能量至目标组织的传递。目标组织的温度和/或阻抗，以及非目标组织和附近的解剖学结构，可以不同的速率改变，其可为比预期值大、或小。外科医师需要以渐增的方式执行消融程序以避免暴露目标组织和/或临近组织至过度的温度和/或变性。在一定环境中，外科医师可需要依靠经验和/或公开的消融探头参数来确定对特定病人的合适消融协议(例如，消融时间、消融功率级、等)。

一种在组织消融过程中监测并控制组织温度的方法是自组织传感器探头提供反馈。然而在组织传感器探头放置于靠近微波消融探头时，由微波消融探头产生的电磁场可降低组织传感器探头测量的准确性和精确性，其通过组织传感器探头的热物理现象的直接热搅拌或通过组织传感器探头中的诱导电流。这个问题的一个解决办法是在外科手术过程期间维持组织传感器探头和由微波场产生的电磁场之间合适的距离。但是，预测电磁场的位置和边界是有难度的。另外，自其它源的电磁能量可干扰组织传感器探头的操作。

发明内容

公开的组织传感器探头和相应的外科消融系统增加了在微波消融手术期间的在消融探头附近采集温度测量的速度和准确性。这通过将探头内的温度传感器屏蔽于通过微波消融探头产生的电磁辐射和最大化热能量传输至温度传感器的响应时间来实现。