[发明专利]微波系统以及连接器设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于输送电磁能的方法、电缆组件以及连接器设备。本发明特别适用于向目标组织输送微波能量的医疗应用中的微波能量输送。所述医疗应用可以包括使用微波能量对组织进行切除、凝血和止血。

背景技术

利用微波对组织进行切除的处理需要将在微波频率的电磁能经由电缆输送至目标部位，该电缆用作导管以便将能量包含在同轴配置的内部与外部电导线之间。在使用同轴电缆来执行此类能量输送的处理中存在一些限制。微波电缆的功率处理与多个因素相关联，例如工作的频率、电缆的直径以及电介质的填充。电缆的电介质填充具有吸收能量以产生热量的损耗特性。此外，内部与外部导线的表面积的比值也会因为集中电介质传输的电力而影响损耗特性。

通常，与直径较大的电缆相比，细薄的微波电缆具有较高损耗，并且无法适应功率。而较大的电缆则较为刚性，并且用户会感到受其约束。在医疗应用中，灵活性是外科治疗中的一个很重要的人为因素，如果医疗设备不会对用户操作的自由度产生显著影响，那么将是非常理想的。

在诸如医疗切除应用的一些能量会被终端反射的应用中，由于反射的能量被电缆吸收并作为热量消散，此类电缆发热问题更严重。此外，由于这种返回的能量会叠加在所输送的能量上，因此，电压驻波(VSW)会在电缆内部的固定点上造成局部过热(热点)。由于在医疗应用中有严厉的规则来控制病人以及用户接触的部位的温度以防止源于电缆的不经意的烧伤，这种情况特别有问题。

此外，这种现象有可能通过灼烧/燃烧位于热点位置的电介质而产生增大电缆内部的衰减的吸收区域从而缩短电缆的使用寿命。

一种用于克服电缆发热问题的方法是使用具有循环冷却流体护套的细薄电缆。该方法的结果是得到了一种柔性冷却的电缆，然而这种电缆很容易损坏，并且具有较低的功率处理性能以及很容易泄漏的复杂防水封装，由此导致产生了制造费用和可靠性问题。其他方法包括在电缆上覆盖附加的绝缘层，而该绝缘层往往会提升硬性并且吸收热量，或者通过折叠的支撑平台(纸板或塑料)来放置电缆，以便将电缆与病人分隔开。

在医疗应用的设计的另一个方面是不必要的电磁辐射发射。在医疗微波应用中，不必要的辐射往往未必出现在治疗频率(例如1-10GHz)上，而是有可能在5-200MHz之类的其他无线电频率上出现，由此对附近的设备产生电磁干扰(EMI)。目前业已设定了医疗设备和FCC的需求及标准，以便限制此类不必要的辐射，而这对系统设计人员提出了挑战。在连接电缆与系统接地电绝缘或者处于“浮动”时，这时有可能会出现问题。该种方法的一个问题在于电缆处于与系统接地不同的电位，例如，在Type B浮动医疗设备(Type BF)的那样。内部电路和内部配线通常包含在外壳中，并且源自该内部电路和内部配线的杂散发射会在浮动的组件上感生电流。与浮动的部件相连的任何电缆都会带走这些电流，并且会在其从系统接地面冒出的时候充当天线，由此产生不必要的辐射。一些技术包括将微波同轴电缆的外部连接到隔离电源的零电压侧，并且所述隔离电源还可以包括一个或多个旁路电容器，以便将高频噪声耦合到系统接地。

微波电缆通常是用工业微波技术制造的，其中连接器附着在同轴电缆的外部和内部导线上。然后，该连接器被固定于一个端口，并且通常会被锁定在恰当位置。由于其固定于一侧，因此，此类电缆具有抗扭刚度，由此在使用中不具有易变性，在一些情况下，它们往往会盘绕或者抗拒被拉直。这一点对于较大的电缆来说更为明显，此类较大的电缆具有较大的重量，并且限制了终端用户操作的自由度。

在很多治疗中，电缆和敷涂器是集成在一起的，并且整个组件都会在使用之后被丢掉，由此显著增加了该过程的费用。由于实现微波性能所需要的材料和制造公差，微波电缆通常是很昂贵的。这些费用往往会随着电缆的工作频率和损耗/性能规格而增大。一个选择是在不同的治疗之间保留大部分的电缆，并对病人使用短的和互连的一次性敷涂器/电缆部分。这样做的好处在于可以使用低损耗和高规格的长电缆，以便最大化能量输送，而一次性部分则是低成本的，由此可以减小制造和后续治疗的成本。然而，该方法是存在限制的：由于同轴结构在微波频率尤其对损坏敏感，因此，电缆是很脆弱的。

破碎或过度弯曲的电缆可能会改变同轴比率，由此会使其反射或吸收能量，从而导致性能低下。

由此需要一种用于在诸如医疗环境中输送微波能量的方法和设备，所述设备或方法会保护病人和/或用户免受不必要的热量的损伤，其可以被用户弯曲，并且提供了长期的电缆保护，同时可以防止不必要的电磁辐射。

发明内容