[发明专利]微波消融系统和测量微波消融系统中温度的方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月22日提交的美国临时专利申请No.61/663,099、于2013年4月8日提交的美国临时专利申请No.61/809,634以及于2013年6月20日提交的美国临时专利申请No.61/837,633的权益和优先权，这些申请当中每一个的全部内容都通过引用被结合于此，用于所有目的。

技术领域

本公开内容涉及微波消融系统中的微波测温。

背景技术

电磁辐射可以被用来加热并破坏肿瘤细胞。治疗可以涉及把消融探针插入识别出癌肿瘤的组织。一旦消融探针被适当地定位，消融探针就把电磁辐射发射到消融探针周围的组织中。

在诸如癌症的疾病的治疗当中，已经发现某些类型的肿瘤细胞在比通常对健康细胞造成损害的温度略低的升高的温度变性。已知的治疗方法，诸如高温疗法，把患病的细胞加热至高于41℃的温度，同时维持相邻的健康细胞低于不可逆细胞破坏发生的温度。这些方法涉及施加电磁辐射来加热或消融组织。

已经开发出了用于各种用途和应用的利用电磁辐射的电外科设备。通常，用在消融手术中的装置包括充当能量源的功率发生源，例如微波或射频(RF)电外科发生器，及用于把能量指向目标组织的外科器械(例如，具有天线组件的微波消融探针)。发生器和外科器械通常由电缆组件操作耦合到一起，其中电缆组件具有多个导体，用于把能量从发生器发送到器械，并且用于在器械和发生器之间传送控制、 反馈和识别信号。

有几种类型可以在组织消融应用中使用的微波探针在使用中，例如，单极、双极和螺旋形。在单极和双极天线组件中，微波能量一般垂直地远离导体的轴辐射。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，这两个导体线性对齐并且关于彼此端到端定位，其间放置电绝缘体。螺旋形天线组件包括各种维度，例如直径和长度，的螺旋形导体配置。螺旋形天线组件的主要操作模式是其中由螺旋线辐射出的场在与螺旋线轴垂直的平面内最大的正常模式(宽边)，以及其中最大辐射沿螺旋线轴的轴向模式(直列式)。

为了实现期望的外科结果，特定类型的组织消融手术可以指示特定的消融体积。消融体积与天线设计、天线性能、天线阻抗、消融时间和瓦数以及组织特性，例如组织阻抗，相关。

因为使恶性细胞变性所需的温度与通常对健康细胞造成伤害的温度之间的小温差，所以需要精确的温度测量来产生更可预测的温度分布，以便在最小化对要施加微波能量的组织周围健康组织的伤害的同时根除肿瘤细胞。可植入的测温探针，诸如热电偶或光纤，通常用来测量组织温度。但是，这些测量局限于测温探针的测量点周围小体积的组织。

发明内容

一方面，本公开内容的特征在于一种微波消融系统，该系统包括微波施加器、经传输网络耦合到微波施加器的微波发生器、测量传播通过传输网络的噪声温度信号的辐射计，以及耦合到微波发生器和辐射计的控制器。微波施加器包括输送微波能量以便消融组织的天线，并且微波发生器生成微波信号并把微波信号经传输网络发送到天线。控制器关闭由微波发生器生成的微波信号持续预定的时段并且控制辐射计在该预定的时段内测量噪声温度。

控制器可以控制微波发生器生成脉宽调制(PWM)微波信号并 且可以控制辐射计在PWM微波信号的关闭期内测量噪声温度。控制器可以控制辐射计在预定的时段内测量噪声温度曲线。

微波消融系统可以包括冷却微波传输网络的流体冷却系统、与流体冷却系统中的冷却流体热相通以便感测冷却流体的温度的第一热电偶，以及与微波传输网络热相通以便测量传输网络的温度的第二热电偶。当由第一热电偶感测到的冷却流体的温度与由第二热电偶感测到的传输网络的温度基本上相同时，辐射计可以测出来自组织的噪声温度。

微波消融系统可以包括具有用于接收冷却微波传输网络的冷却流体的入口和用于返回来自冷却微波传输网络的冷却流体的出口的流体冷却系统、与流入入口的冷却流体热相通的第一热电偶，以及与流出出口的冷却流体热相通的第二热电偶。当第一热电偶感测到与由第二热电偶感测到的温度基本上相同的温度时，辐射计可以测出来自组织的噪声温度。

控制器可以确定噪声温度测量的幅度的斜率并且当该斜率达到指示噪声温度测量仅表示组织的温度的预定斜率时记录噪声温度测量。控制器可以记录在微波信号关闭时由辐射计测量的第一噪声温度、记录在传输网络温度达到预定温度时由辐射计测量的第二噪声温度，并且计算第一噪声温度与第二噪声温度之差，以获得传输网络的噪声温度。控制器可以基于传输网络的噪声温度控制由微波发生器生成的微波信号。