DE60309744T2

DE60309744T2 - Gewebsablationsgerät

Info

Publication number: DE60309744T2
Application number: DE60309744T
Authority: DE
Inventors: Christopher Paul Hancock; Mohammed Sabih Chaudry; Andrew Marc Sendai Goodman
Original assignee: Medical Device Innovations Ltd
Current assignee: Medical Device Innovations Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: EP1726268A1; CA2547587A1; DE60321837D1; EP1723921B1; WO2004047659A3; EP1569570B1; DE60309744D1; EP1569570A2; US8768485B2; ES2309878T3; ATE345091T1; JP2012143568A; AU2003285538A1; JP5081256B2; ATE398973T1; ATE398974T1; ES2309879T3; JP2006507865A; EP1723921A1; ES2276133T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablation von Gewebe mit Mikrowellenstrahlung. In dieser Beschreibung steht Mikrowelle für den Frequenzbereich von 5 GHz bis 60 GHz, Grenzen eingeschlossen. Zur Gewebeablation werden vorzugsweise 14–15 GHz eingesetzt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen engeren Bereich eingeschlossen.
ZUSAMMENFASSUNG DES STANDS DER TECHNIK
Herkömmliche Verfahren zur Behandlung von Krebs umfasst die Entfernung des krebsbefallenen Gewebes durch mechanisches Herausschneiden und/oder Chemotherapie, üblicherweise gefolgt von einer Strahlentherapie. Beide Verfahren weisen signifikante Nachteile auf und können zu ernsten Traumata beim Patienten führen.
Die Anwendung von Wärmeenergie auf biologisches Gewebe ist ein effektives Verfahren zum Abtöten von Zellen. Deshalb schlägt die vorliegende Erfindung die Anwendung von Mikrowellen zum Erhitzen und somit Ablatieren (Zerstören) von biologischem Gewebe vor. Dies stellt eine interessante Möglichkeit zur Behandlung von Krebs dar, da das krebsbefallene Gewebe auf diese Art ablatiert werden kann. Es besteht Bedarf an einer geeigneten Vorrichtung und einem geeigneten Verfahren zur Ablation von Gewebe mit Mikrowellen zur Behandlung von Krebs oder anderen Leiden.
Die US 5957969 , die Teil einer Gruppe von Fortsetzungsanmeldungen ist, zu denen die US 5364392 , US 5405346 und US 5693082 gehören, offenbaren ein abstimmbares Mikrowellenablationskathetersystem, bei dem Mikrowellenenergie mit einer Frequenz von bis zu 3 GHz von einem Magnetron durch eine Übertragungsleitung geleitet wird, um ein Gewebe zu ablatieren. Ein Leistungssensor sendet ein Signal, das die Intensität der vom Gewebe reflektierten Energie angibt, an eine Steuervorrich tung, welche die Impedanz der Spannungsquelle unter Einsatz einer Abstimmvorrichtung einstellt, um sie an die Impedanz der Übertragungsleitung anzupassen und so die Energiezufuhr zu optimieren.
Die EP 1186274 offenbart eine Sonde zur Zufuhr von Energie in ein Gewebe, um eine Ablation auszulösen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Gewebeablationsvorrichtung bereit, umfassend:
eine Mikrowellenstrahlungsquelle, die ausgebildet ist, um Mikrowellenstrahlung zu erzeugen;
eine Sonde zum Richten der Mikrowellenstrahlung in ein Gewebe, das ablatiert werden soll;
einen Reflexionsstrahlungsdetektor, der zwischen die Quelle und die Sonde geschaltet ist; und
eine Impedanzeinstellvorrichtung, die zwischen die Quelle und die Sonde geschaltet ist;
wobei
die durch die Quelle erzeugte Mikrowellenstrahlung eine stabile Ausgangsfrequenz im Bereich von 5 bis 60 GHz aufweist;
die Vorrichtung einen Lokaloszillator umfasst, der ausgebildet ist, um ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Frequenz der Mikrowellenstrahlung zu erzeugen;
der Reflexionsstrahlungsdetektor mit dem Lokaloszillator verbunden ist und ausgebildet ist, um die Intensität und Phase der Mikrowellenstrahlung zu detektieren, die durch die Sonde zur Quelle zurück reflektiert wird, indem die Reflexionsstrahlung mit dem Signal vom Lokaloszillator verglichen wird; und
die Impedanzeinstellvorrichtung eine einstellbare komplexe Impedanz aufweist, die basierend auf der detektierten Intensität und Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung regelbar ist.
In dieser Beschreibung umfasst, außer der Kontext verlangt etwas anderes, der Begriff „verbunden" nicht nur eine direkte Verbindung, sondern auch eine indirekte Verbindung über eine oder mehrere Zwischenkomponenten.
Da die genannte einstellbare komplexe Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung eingestellt werden kann, kann die Menge an Reflexionsstrahlung minimiert werden, wodurch die Effizienz der Energiezufuhr zum Gewebe erhöht wird.
Im Allgemeinen wird die Strahlungsstärke, die von einer Last (z.B. Gewebe) am distalen Ende der Sonde durch die Sonde zurück reflektiert wird, minimiert, wenn die Impedanz am Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung an die Impedanz der Masse (z.B. des zu ablatierenden Gewebes) angeglichen wird.
Ein Kanalisierungsmittel, wie z.B. ein koaxiales Kabel oder ein Wellenleiter, kann verwendet werden, um die Impedanzeinstellvorrichtung mit der Sonde zu verbinden. Wenn die Distanz, welche die Mikrowellenstrahlung zwischen dem Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung und dem distalen Ende der Sonde zurücklegt, gleich einem Vielfachen von λ/2 ist (worin λ die Wellenlänge der Strahlung ist), dann ist es ein Einfaches, die Ausgangsimpedanz der Impedanzeinstellvorrichtung mit der Impedanz der Last (z.B. Gewebe) am distalen Ende der Sonde anzupassen. Ansonsten kann die Impedanz immer noch abgeglichen werden, um Reflexionen zu minimieren, aber die Impedanz der Sonde und des Kanalisierungsmittels müssen ebenfalls in Betracht gezogen werden (die Ausgangsimpedanz der Impedanzeinstellvorrichtung muss beispielsweise an die kombinierte Impedanz der Masse, des Kanalisierungsmittels und der Sonde angeglichen werden). Deshalb ist es in Bezug auf das Kanalisierungsmittel bevorzugt, nicht aber essentiell, eine einstellbare Länge zu haben, wodurch die kombinierte Länge des Kanalisierungsmittels und der Sonde so eingestellt werden kann, dass sie einem Vielfachen von λ/2 entspricht.
Wenn der Detektor nur Informationen über die Intensität (d.h. Amplitude oder Leistung) bereitstellte, wäre es nicht möglich, die komplexe Impedanz rasch genug ein zustellen, um die Reflexionsstrahlung effektiv zu minimieren. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Phaseninformation ist, dass Phasenunterschiede gemessen werden können, auch wenn das Rauschverhältnis schlecht ist. Deshalb muss der Detektor sowohl Intensitäts- als auch Phaseninformationen bereitstellen. Um Phaseninformationen bereitzustellen, ist es erforderlich, einen Lokaloszillator zu haben, der ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Frequenz der Mikrowellenstrahlung erzeugt, sodass die Phase der detektierten Mikrowellenstrahlung mit der des Signals vom Lokaloszillator verglichen werden kann.
Üblicherweise umfasst der Detektor eine Mischvorrichtung zum Mischen des Signals vom Lokaloszillator mit der Mikrowellenstrahlung. Der Detektor kann beispielsweise die reflektierte Intensität und Phase durch Überlagerungsdetektion detektieren (Mischen der Reflexionsstrahlung oder eines daraus abgeleiteten Signals mit dem Signal vom Lokaloszillator). Alternativ dazu kann die Phase auch durch einen Phasenvergleicher detektiert werden, der konfiguriert ist, um die Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung mit der des Lokaloszillatorsignals zu vergleichen. Die reflektierte Mikrowellenstrahlung kann durch einen oder mehrere Frequenzwandler geführt werden, bevor sie in die Mischvorrichtung oder den Phasenwandler eintritt, und dies ist besonders hilfreich, wenn ein Phasenvergleicher verwendet wird, weil Phasenvergleicher bei niedrigen Frequenzen meist genauer arbeiten.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiters einen zweiten Detektor zum Detektieren der Intensität und Phase von vorwärts gerichteter Mikrowellenstrahlung (von der Quelle zur Sonde gerichtete Strahlung).
In Bezug auf den ersten obigen Detektor (Reflexionsstrahlung) ist es erforderlich, einen Lokaloszillator zu haben, sodass die Phase der Mikrowellenstrahlung bestimmt werden kann. Vorzugsweise wird der gleiche Lokaloszillator verwendet wie für den ersten Detektor. Wenn also beispielsweise die Detektoren Mischvorrichtungen verwenden, dann weist jeder Detektor seine eigene Mischvorrichtung auf, und die beiden Mischvorrichtungen sind mit einem gemeinsamen Lokaloszillator verbunden. In solch einem Fall muss der Ausgang vom Lokaloszillator gegebenenfalls gepuffert werden, um zwei oder mehr Mischvorrichtungen anzusteuern. Alternativ dazu könnten die einzelnen Mischvorrichtungen mit unterschiedlichen Lokaloszillatoren verbunden sein, was es aber schwieriger machen würde, die Phasen zu detektieren und die geeigneten Impedanzeinstellungen vorzunehmen, und zwar aufgrund der Unterschiede zwischen den Lokaloszillatorsignalen.
Das Vorhandensein eines zweiten Detektors zur Detektion der Intensität und Phase von „vorwärts gerichteter" Mikrowellenstrahlung macht es leichter, die geeignete Impedanzeinstellung zu bestimmen. Wenn es nur einen Detektor gibt, dann muss von mehreren Annahmen in Bezug auf die Eigenschaften der Vorrichtung ausgegangen werden (z.B. die durch die Vorrichtung verursachte Phasenänderung zwischen dem Eingang zur Impedanzeinstellvorrichtung und der Sonde/Gewebe-Grenze).
Vorzugsweise gibt es noch einen dritten Detektor. Der dritte Detektor ist entweder konfiguriert, um die Intensität und Phase von reflektierter Mikrowellenstrahlung zu detektieren, oder er ist konfiguriert, um die Intensität und Phase von „vorwärts gerichteter" Mikrowellenstrahlung zu detektieren. Der dritte Detektor ermöglicht eine genauere Bestimmung der geeigneten (komplexen) Impedanzeinstellung. Wenn es einen dritten Detektor gibt, ist es möglich, die Änderung einer komplexen Impedanz aufgrund von Einstellung der Impedanzeinstellvorrichtung selbst zu überwachen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den Phasenunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung direkt zu bestimmen, und die Information ist für die Bestimmung der geeigneten Einstellung, die vorgenommen werden soll, zweckdienlich.
Wie der zweite Detektor muss auch der dritte Detektor mit einem Lokaloszillator verbunden sein. Dies kann der gleiche Lokaloszillator sein wie für einen aus oder beide aus dem ersten und zweiten Detektor oder ein anderer. Vorzugsweise teilen alle Detektoren einen gemeinsamen Lokaloszillator, wiederum gegebenenfalls mit Pufferung.
Wenn ein Phasenvergleicher eingesetzt wird, können der erste und (wenn vorhanden) der zweite und dritte Detektor in einer Einheit kombiniert werden.
Der oder jeder Lokaloszillator kann separat und unabhängig von der Mikrowellenstrahlungsquelle vorliegen.
Alternativ dazu kann der oder jeder Lokaloszillator ein Signal erzeugen, das von der genannten Mikrowellenstrahlungsquelle abgeleitet ist, aber eine andere Frequenz aufweist. Typischerweise erfolgt dies mittels eines Frequenzwandlers, der ein Signal von der Mikrowellenstrahlungsquelle in eine niedrigere Frequenz umwandelt. Dieses Signal des ,Lokaloszillators' mit niedrigerer Frequenz kann dann in eine Mischvorrichtung des Detektors eingeleitet werden, um die vorwärts gerichtete oder reflektierte Mikrowellenstrahlung zu verwenden oder als Bezugssignal für einen Phasenvergleicher zu verwenden. Im Gunde dient der Frequenzwandler, der mit der Mikrowellenstrahlungsquelle verbunden ist, als Lokaloszillator.
Ein weiterer Ansatz basiert auf dem Vorhandensein eines separaten Lokaloszillators, wobei jedoch das Lokaloszillatorsignal mit einem Signal von der Mikrowellenstrahlungsquelle gemischt und das Ergebnis dieses Mischvorgangs in den Detektor eingeleitet wird. Typischerweise wird zwischen der Mischvorrichtung und dem Detektor selbst (der selbst eine Mischvorrichtung umfassen kann, wie oben erwähnt ist) ein Filter bereitgestellt, um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern.
Die Impedanzeinstellvorrichtung kann von einer Bedienungsperson als Reaktion auf Daten in Bezug auf die detektierte Intensität und Phase, die auf einer Anzeige angezeigt werden, bedient werden. Vorzugsweise wird die einstellbare komplexe Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung jedoch automatisch von einer Steuervorrichtung auf Basis der durch den/die Detektoren) detektierten Intensität und Phase der Strahlung eingestellt. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise in Form eines integrierten Schaltkreises oder eines Computers vorliegen.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung konfiguriert, um die einstellbare komplexe Impedanz dynamisch (in Echtzeit) als Reaktion auf die Schwankung in der durch den/die Detektoren) detektierten Intensität und Phase der Strahlung einzustellen. Auf diese Weise kann die Impedanz eingestellt werden, wenn sich die Eigenschaften des Gewebes während des Ablationsvorgangs verändern. Für eine effektive dynamische Steuerung muss die Einstellzeit kürzer sein als die Relaxationszeit (oder Reaktionszeit) des Gewebes.
Die Impedanzeinstellvorrichtung kann jede beliebige geeignete Form aufweisen. Beispielsweise kann es sich um eine Halbleitervorrichtung oder eine Stichleitungsabstimmvorrichtung handeln. Im Falle einer Stichleitungsabstimmvorrichtung kann die Abstimmvorrichtung eine, zwei, drei oder mehr Stichleitungen aufweisen. Eine Dreifach-Abstimmvorrichtung ist bevorzugt, da diese einen großen Bereich komplexer Impedanzen annehmen kann (theoretisch jede Impedanz des Smith-Diagramms). Eine weitere Möglichkeit ist eine Impedanzeinstellvorrichtung, die eine Phaseneinstellvorrichtung und eine Intensitätseinstellvorrichtung umfasst (z.B. zwei Leitungen mit variabler Länge oder eine Leitung mit variabler Länge und einer Stichleitungsabstimmvorrichtung; die Leitungen) mit variabler Länge kann/können koaxiale oder Streifenleitungen sein).
Es können elektrisch aktivierbare Aktuatoren zur Steuerung der Impedanzeinstellvorrichtung bereitgestellt werden. Wenn eine Stichleitungsabstimmvorrichtung als Impedanzeinstellvorrichtung verwendet wird, dann können der/die elektrisch aktivierbare(n) Aktuator(en) beispielsweise eine oder mehrere piezoelektrische Vorrichtungen oder Stellmotoren zur Steuerung der Stichleitungen) sein, um die Impedanz einzustellen. Der/die Aktuator(en) kann/können durch die Steuervorrichtung gesteuert werden, sodass die Steuerung der Impedanzanpassung automatisch erfolgt.
Vorzugsweise ist die Mikrowellenstrahlungsquelle eine stabile Einfrequenzquelle, beispielsweise eine phaseverriegelte Quelle oder eine Breitbandquelle mit einem Schmalbandfilter. Dies ist hilfreich, wenn Phasenänderungen detektiert werden, z.B. in der reflektierten Mikrowellenstrahlung. Die Quelle kann ein VCO (spannungsge steuerter Oszillator) oder ein DRO (dielektrischer Resonator-Oszillator) sein; weitere möglichen Quellen sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich. Die Quelle kann so abstimmbar sein, dass die Frequenz auf kontrollierte Weise variiert werden kann.
Die Sonde kann koaxial oder ein Wellenleiter sein (der belastet oder unbelastet sein kann).
Vorzugsweise ist die Sonde konfiguriert, um biologisches Gewebe zu durchdringen. Sie kann beispielsweise ein spitzes Ende aufweisen. Dies erlaubt das Einführen der Sonde in das Gewebe, bis sie sich nahe bei einem oder in einem Tumor befindet, der ablatiert werden soll. Die Mikrowellen können dann effektiv auf den Tumor gerichtet werden. Besonders vorteilhaft ist eine Sonde, die durch Schlüsselloch-Chirurgie eingeführt werden kann. Demgemäß weist die Sonde vorzugsweise einen Außendurchmesser von weniger als 1 mm auf. Diese geringe Größe minimiert Traumata beim Patienten und erhöht außerdem die Energiedichte der Mikrowellenstrahlung, welche die Sonde verlässt.
Die Sonde kann eine koaxiale Sonde sein – mit einem Innenleiter, einem Außenleiter und einem Dielektrikum zwischen den beiden Leitern. Es können auch ein oder mehrere Symmetrierglieder (Balune) am Außenleiter vorhanden sein, um den Rückstrom am Außenleiter zu minimieren (dieser Strom kann dem Patienten oder der Person, welche die Vorrichtung bedient, einen Schlag versetzen). Die Symmetrierglieder können in Form eines Rings oder einer Hülle aus leitendem Material, die den Außenleiter umgibt, vorliegen. Dielektrische Symmetrierglieder können ebenfalls eingesetzt werden.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Separator zum Trennen der reflektierten Mikrowellenstrahlung von der ,einfallenden' (vorwärts gerichteten) Mikrowellenstrahlung, die aus der Sonde ausgeleitet wird, zu trennen. Dieser Separator kann beispielsweise in Form eines Zirkulators vorliegen. Alternativ dazu könnte er ein 3dB-Leistungskoppler sein.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen ersten Koppler auf, um einen Teil der reflektierten Strahlung zum ersten Detektor zu leiten. Jeder beliebige geeignete Koppler kann eingesetzt werden, wie z.B. ein Koppler mit einem einzigen Anschluss, obwohl auch ein Koppler mit sechs Anschlüssen vorteilhaft sein kann. Es kann auch ein zweiter Koppler vorhanden sein, um einen Teil der austretenden (vorwärts gerichteten) Strahlung zu einem zweiten Detektor zu leiten. Es kann einen dritten Koppler geben, um Strahlung zu einem dritten Detektor zu leiten; dieser dritte Koppler ist entweder ein Reflexionsstrahlungskoppler oder ein Vorwärtsstrahiungskoppler. Vorzugsweise sind diese Koppler stark gerichtet, um eine gute Differenzierung zwischen Vorwärts- und Reflexionsstrahlung sicherzustellen.
Ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt des Platzierens eines Sonde in Kontakt mit biologischem Gewebe und des Zuführens von Mikrowellenstrahlung durch die Sonde zu diesem Gewebe, um zumindest einen Teil des genannten Gewebes zu ablatieren. Vorzugsweise wird das Verfahren eingesetzt, um Krebs zu behandeln. Das Gewebe kann einen krebsbefallenen Abschnitt oder einen Tumor aufweisen, wobei in diesem Fall die Strahlung verwendet wird, um den krebsbefallenen Teil oder den Tumor zu ablatieren, wobei das umliegende nicht krebsbefallene Gewebe vorzugsweise unbeschädigt bleibt.
In einigen Verfahren sind sehr dünne Sonden (Durchmesser unter 1 mm) vorteilhaft, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese eingeschränkt.
Es wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung vor allem bei der Behandlung von Brustkrebs vorteilhaft ist. Die Behandlung von Hirntumoren stellt eine weitere Anwendungsmöglichkeit dar. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen eingeschränkt. Sie kann auch eingesetzt werden, um Lungenkrebs, Leberkrebs (z.B. Lebermetastasen), Prostatakrebs, Hautkrebs, kolorektale Karzinome oder andere Karzinome, bei denen solide Tumoren vorhanden sind und ablatiert werden können, zu behandeln. Weitere Anwendungen sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich. In einigen Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung zur Behandlung von anderen Leiden als Krebs, wie beispielsweise Hauterkrankungen oder Hirnerkrankungen (insbesondere, aber nicht ausschließlich, in Bereichen nahe des Sehnervs) eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird die Sonde in das Gewebe eingeführt, bis sich ein Ende der Sonde nahe oder vorzugsweise in einem Krebstumor im Gewebe befindet, wonach Mikrowellenstrahlung durch die Sonde geschickt wird, um den Krebstumor zu ablatieren.
Vorzugsweise wird Mikrowellenstrahlung von der Sonde verwendet, um einen Weg in das Gewebe zu schneiden, sodass die Sonde nahe beim oder in den Tumor eingeführt werden kann. Dies stellt ein effektives Verfahren bereit, um die Sonde nahe zum oder in den Tumor zu bringen.
Vorzugsweise wird die Mikrowellenstrahlung von der Sonde verwendet, um den Weg der Sonde zu verschließen, wenn die Sonde aus dem Gewebe und/oder Körper, die behandelt werden, austritt.
Sie Sonde kann eine längliche Mikrowellensonde zur Zufuhr von Mikrowellenstrahlung in zu ablatierendes Gewebe sein, die einen länglichen Abschnitt und eine Spitze an einem Ende des länglichen Abschnitts aufweist, wobei die Spitze aus einem Keramikmaterial besteht und konfiguriert ist, um Mikrowellenstrahlung in Gewebe einzuleiten.
Keramikmaterialien sind für die Spitze geeignet, weil Keramikmaterialien relativ hart sind, hohe Permittivität (ε_r) aufweisen können, was die Fokussierung von EM-Feldern unterstützt, und gute Wärmeleitfähigkeit besitzen können, was die Erwärmung der Spitze verringert.
Vorzugsweise ist die Spitze kegelförmig oder kuppelförmig. Dies unterstützt die Fokussierung von aus der Sonde austretenden Mikrowellen.
Vorzugsweise ist das Keramikmaterial eine Mikrowellenkeramik. Beispielsweise können Mikrowellenkeramiken von Pacific Ceramics Inc. eingesetzt werden.
Vorzugsweise weist die Mikrowellenkeramik bei Mikrowellenfrequenzen eine Permittivität über eins auf, noch bevorzugter von ε_r = 6,5 bis ε_r = 270. Vorzugsweise weist die Mikrowellenkeramik geringen Verlustwinkel (tan δ) bei den Mikrowellenfrequenzen von Interesse auf.
Die Sonde kann eine koaxiale Gewebeablationssonde mit einem Innenleiter, einem den Innenleiter umgebenden Dielektrikum, einer das Dielektrikum umgebenden leitenden Hülle und einem oder mehreren Symmetriergliedern auf der Hülle sein, wobei das oder jedes Symmetrierglied ein aufgesprühtes Dielektrikum umfasst. Vorzugsweise umfasst das oder jedes Symmetrierglied außerdem einen äußeren Leiter, der das aufgesprühte Dielektrikum umgibt. Da das Dielektrikum ein aufgesprühtes Dielektrikum ist, ist es möglich, die Symmetrierglieder sehr klein zu halten. Dies ist erforderlich, wenn die Sonde einen kleinen Querschnitt aufweist und/oder die Frequenzen hoch sind.
Ein nicht beanspruchtes Verfahren zur Herstellung eines Symmetrierglieds für eine koaxiale Gewebeablationssonde kann die Schritte des Aufsprühens oder des anderartigen Platzierens eines flüssigen oder pulverförmigen Dielektrikums auf einer Außenfläche einer äußeren leitenden Hülle einer koaxialen Sonde und, wenn das genannte Dielektrikum flüssig ist, des Verfestigen-Lassens der Flüssigkeit, um das Symmetrierglied zu bilden, umfassen.
Die Sonde ist vorzugsweise zu Verwendung mit einer Mikrowellenstrahlung mit einer Wellenlänge λ ausgebildet, und das Symmetrierglied weist eine Länge in Achsenrichtung der Sonde auf, die etwa λ/4 oder einem Additionsmehrfachen davon entspricht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beliegenden Abbildungen beschrieben, worin:
1 ein Blockdiagramm einer Gewebeablationsvorrichtung ist, die Mikrowellen verwendet;
2 eine genauere schematische Darstellung des Vorwärtsleistungsdetektors, Reflexionsleistungsdetektors und Zirkulators der Vorrichtung aus 1 ist;
3 ein Diagramm eines Teils einer Leistungsverstärkerstufe in der Vorrichtung aus 1 zur Verstärkung von Mikrowellen ist, die von der Mikrowellenquelle erzeugt werden;
4 ein Diagramm einer alternativen Leistungsverstärkerstufe ist;
5 ein Diagramm ist, das die Quelle der Mikrowellenstrahlung und eine Vorverstärkerstufe in der Vorrichtung aus 1 zeigt;
6 eine alternative Quelle und Vorverstärkerstufenanordnung zeigt;
7 eine Impedanzeinstellvorrichtung zeigt;
8 eine Querschnittsansicht der Impedanzeinstellvorrichtung aus 7 entlang der Linie A-A in 7 zeigt;
9 eine koaxiale Sonde zeigt, die in ein Gewebe eingeführt wird;
10 eine Querschnittsansicht der koaxialen Sonde aus 9 entlang der Linie B-B zeigt;
11a–11e unterschiedliche Arten von möglichen Endstrukturen der Sonde zeigen;
12 eine koaxiale Sonde zeigt, die in Gewebe eingeführt ist;
13 eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 12 ist;
14 eine koaxiale Sonde mit Symmetriergliedern zeigt, die durch ein bestimmtes Verfahren ausgebildet sind.
15 eine Sonde in Form eines Rechteckwellenleiters zeigt;
16 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zeigt, worin ein Signal von einem Lokaloszillator mit einem Signal von der Mikrowellenstrahlungsquelle kombiniert wird;
17 eine Konfiguration zeigt, worin das Lokaloszillatorsignal von dem Signal abgeleitet ist, das von der Mikrowellenstrahlungsquelle abgeleitet ist;
18 eine alternative Detektionsanordnung unter Verwendung eines Phasenvergleichers zeigt;
19 eine phasenverriegelte Quelle zeigt;
20 eine Breitbandquelle zeigt, die mit einem Schmalbandfilter kombiniert ist;
21 eine alternative Ausführungsform mit einem Modulator zeigt;
22 eine Sonde in Form eines zylindrischen Wellenleiters zeigt; und
23 eine Sonde mit einer Keramikspitze zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Überblick über die Vorrichtung
Ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Ablation von Gewebe mit Mikrowellen ist in 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Einheit 100 zur Erzeugung und Steuerung der Mikrowellenstrahlung auf, und unter der allgemeinen Bezugszahl 190 eine Sonde 5 und ein Kanalisierungsmittel 4 zur Zuleitung der Mikrowellenstrahlung zur Sonde zusammengefasst. Die Sonde 5 kann verwendet werden, um die Mikrowellenstrahlung an Gewebe 6 anzuwenden, um das Gewebe zu ablatieren.
Da das Gewebe 6 einen Teil der Mikrowellen zurück in die Sonde 5 und die Einheit 100 reflektieren kann, ist ein Impedanzweg erforderlich, der dem von der Vorrichtung 100, 200 zum Gewebe 6 entspricht. Dieser wird durch Komponenten bereitgestellt, die allgemein unter der Bezugszahl 3 zusammengefasst sind, um die reflektierten Mikrowellen zu überwachen und die Impedanz entsprechend einzustellen. Dieser wichtige Teil 3 der Vorrichtung berücksichtigt sowohl die Intensität als auch die Phase der reflektierten Mikrowellen. In der vorliegenden Erfindung wird er als Untereinheit in der Einheit 100 bereitgestellt. Weiter unten wird er im Detail beschrieben.
Die Einheit 100 umfasst eine Mikrowellenstrahlungsquelle 1, ein Verstärkungssystem 2 zur Verstärkung von Mikrowellen von der Quelle 1, Komponenten 3 zur Detektion von Mikrowellen und Impedanzeinstellung, eine Energiezufuhr 120 und eine Steuervorrichtung 101 zur Steuerung des Verstärkungssystems 2 bzw. der Einheit 3.
Die Einheit 100 ist durch ein Kanalisierungsmittel 4 und eine Haltevorrichtung 5a mit der Sonde 5 verbunden. Das Kanalisierungsmittel 4 kann jede beliebige Form aufweisen, die zum Kanalisieren von Mikrowellen geeignet ist, beispielsweise die eines Wellenleiters oder Koaxialkabels. Es ist von Vorteil, wenn die Kanalisierungsmittel 4 und die Sonde eine gemeinsame Länge aufweisen, die einem Vielfachen von λ/2 entspricht (wobei λ die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist, die von der Quelle 1 erzeugt wird), da dies das Kanalisierungsmittel 4 und die Sonden für die Mikrowel lenstrahlung transparent macht, sodass ihre Impedanz ignoriert werden kann, wenn eine Impedanzanpassung zwischen dem Gewebe 6 und der Vorrichtung 100, 200 vorgenommen wird. Dies macht die Impedanzanpassung leichter. Demgemäß kann eine Längeneinstellvorrichtung vorhanden sein, sodass die effektive Länge des Kanalisierungsmittels eingestellt werden kann. Mögliche Längeneinstellmittel umfassen eine Teleskopverbindung, eine koaxiale Posaunen-Phaseneinstellvorrichtung oder eine pin-Dioden-Phaseneinstellvorrichtung. Die Impedanzanpassung wird weiter unten genauer erläutert.
Das Mikrowellen-Verstärkungssystem 2 weist einen Vorverstärker 10 und einen Leistungsverstärker 20 auf, die beide weiter unten genauer beschrieben sind.
Die Einheit 3 weist einen ersten Detektor 60 zur Detektion der Intensität und Phase von Mikrowellen auf, die zurück in die Vorrichtung reflektiert werden (reflektierte Mikrowellenstrahlung), und einen zweiten Detektor 30 zur Detektion der Intensität und Phase von Mikrowellen, die zur Sonde 5 hin und durch sie hindurch gerichtet sind (,vorwärts gerichtete Mikrowellenstrahlung'). Diese zwei Arten von Mikrowellenstrahlung werden durch ihre Richtung voneinander unterschieden, sodass die Detektoren als Vorwärtsdetektor 30 bzw. Rückwärtsdetektor (oder Reflexionsstrahlungsdetektor) 60 bezeichnet werden können.
Die Einheit 3 weist einen Zirkulator 40 zur Trennung von Mikrowellen, die zur Sonde laufen, von Mikrowellen, die zurück in die Sonde reflektiert werden (z.B. vom Gewebe 6 reflektierte Mikrowellen), auf. Während die Detektoren vorzugsweise so konzipiert sind, dass sie in der Lage sind, die vorwärts gerichteten und reflektierten Mikrowellen zu unterscheiden, ist es aus folgendem Grund äußerst bevorzugt, auch einen Zirkulator 40 zu haben. Der Zirkulator 40 dient als Isolator, um zu verhindern, dass Reflexionsstrahlung zurück in das Verstärkungssystem 2 gerichtet wird, was die Verstärker beschädigen könnte.
Der Zirkulator 40 weist drei Anschlüsse C1, C2 und C3 auf, über die er mit der umliegenden Schaltung verbunden ist. Der Anschluss C1 verbindet ihn mit der Quelle 1 über den Vorwärtsdetektor 30 und das Verstärkungssystem 2, der Anschluss C2 verbindet ihn mit der Sonde über die Impedanzeinstellvorrichtung 50, den Rückwärtsdetektor 60 und das Kanalisierungsmittel 4, und der Anschluss C3 verbindet ihn mit einer Ersatzlast 70. Die an C1 eintretende Strahlung tritt an C2 aus dem Zirkulator aus, und an C2 eintretende Reflexionsstrahlung tritt aus dem Zirkulator an C3 aus. Ein Yttrium-Eisen-Granat-Leistungszirkulator (YIG) kann eingesetzt werden.
Detektoren
Wie oben erwähnt detektieren die Detektoren 30, 60 sowohl die Intensität als auch die Phase der Mikrowellenstrahlung. 2 ist eine schematische Darstellung der Einheit 3 und insbesondere der Detektoren 30, 60 in größerem Detail. Der erste Leistungsdetektor 60 zur Detektion der Intensität und Phase von Mikrowellenstrahlung, die durch die Sonde zurück reflektiert wird, umfasst einen Richtungskoppler 200, der mit der Impedanzeinstellvorrichtung 50 verbunden ist, die wieder mit dem Anschluss C2 des Zirkulators verbunden ist. Der Richtungskoppler 200 leitet einen Teil der Reflexionsstrahlung zur Mischvorrichtung 220, wo diese mit einem Signal von einem Lokaloszillator 230 gemischt wird.
Dieses Mischen erzeugt ein Zwischenfrequenzsignal, das durch die Detektionsvorrichtung 240 detektiert wird, die mit einem Ausgang der Mischvorrichtung 220 verbunden ist, sodass sowohl die Intensität als auch die Phase der Reflexionsstrahlung abgeleitet werden können. Mit anderen Worten ist das System ein Überlagerungsdetektionssystem. Zwischen der Detektionsvorrichtung 240 und der Mischvorrichtung 220 kann ein Filter (nicht dargestellt) vorhanden sein, um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern, die durch das Mischen entstehen. Die Intensitäts- und Phaseninformationen werden zur Steuervorrichtung 101 gesendet. In alternativen Ausführungsformen kann die Funktion der Vorrichtung 240 von der Steuervorrichtung selbst übernommen werden. In solch einem System wird die Zwischenfrequenz vorzugsweise auf der Differenz zwischen der Frequenz des Signals vom Lokaloszillator und der Frequenz der Reflexionsstrahlung erzeugt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Zwi schenfrequenz die Quelle der Frequenz des Signals vom Lokaloszillator und der Frequenz der Reflexionsstrahlung ist.
Der Lokaloszillator 230 ist erforderlich, sodass die Phase sowie die Intensität detektiert werden können. In anderen Ausführungsformen kann die Reflexionsstrahlung durch Frequenzwandler und/oder andere Vorrichtungen zwischen dem Richtungskoppler 200 und der Mischvorrichtung 220 geschickt werden, damit sie einfacher gehandhabt werden kann, bevor sie mit dem Signal vom Lokaloszillator gemischt wird.
Der zweite Detektor 30 umfasst einen Richtungskoppler 250, der die meiste einfallende Strahlung mit dem Anschluss C1 des Leistungszirkulators 40 koppelt, aber einen Teil zu einem zweiten Mischer 260, der mit dem Lokaloszillator 230 verbunden ist, und die Detektionsvorrichtung 280, die auf dieselbe Weise wie oben beschrieben für den ersten Detektor 60 beschrieben angeordnet ist, leitet.
In einer alternativen Ausführungsform wäre es möglich, dass der erste und zweite Detektor 30, 60 mit unterschiedlichen Lokaloszillatoren verbunden sind, und nicht mit einem gemeinsamen Oszillator 230, wie in 2 dargestellt.
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden erkennen, dass die Komponenten nicht in der in 1 und 2 dargestellten Reihenfolgen angeordnet sein müssen. Die Detektoren und die Impedanzeinstellvorrichtung 3 könnten beispielsweise am Ende des Kanalisierungsmittels 4, zwischen dem Kanalisierungsmittel 4 und der Sonde 5, angeordnet sein. Es wäre auch möglich, die Komponenten zu trennen und/oder ihre Reihenfolge zu ändern. Der Vorwärtskoppler 250 könnte beispielsweise zwischen dem Zirkulator 40 und der Impedanzeinstellvorrichtung 50 angeordnet werden, oder sogar zwischen dem Zirkulator 40 und der Ersatzlast 210. Auch eine Vorrichtung mit nur dem ersten Detektor 60 zur Detektion von Reflexionsstrahlung wäre möglich, obwohl mehr Information bereitgestellt wird, wenn sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsdetektor bereitgestellt sind, und dies macht es leichter, die geeignete Impedanzeinstellung für die Impedanzeinstellvorrichtung auszuarbeiten, um die Menge an Reflexionsstrahlung zu minimieren.
18 zeigt eine alternative Anordnung zu 2, bei der keine Mischvorrichtungen vorhanden sind, sondern stattdessen ein Phasenvergleicher 65 eingesetzt wird. Ähnliche Bezugszahlen bezeichnen ähnliche Teile wie in 1 und 2. Es gibt einen Vorwärtskoppler 250, einen Zirkulator 40 und eine Impedanzeinstellvorrichtung 50 sowie einen Rückwärtskoppler, wie in 2 beschrieben ist. Vorwärts gerichtete Mikrowellenstrahlung vom Vorwärtskoppler 250 wird jedoch zuerst zu einem Frequenzwandler 62, der als Lokaloszillator dient, wie in der Anordnung aus 17, und einen Intensitätssensor (in diesem Fall einen Gleichstromsensor) 61 geschickt, und dann von diesen zum Phasenvergleicher 65. Der Frequenzwandler 61 wandelt die Mikrowellenstrahlung in eine niedrigere Frequenz um, die vom Phasenvergleicher 65 verarbeitet werden kann. Der Rückwärtskoppler 200 ist mit einem Intensitätssensor 63 und mit einem Frequenzwandler 63 verbunden, die jeweils für die entsprechenden Teile 61 und 62 für den Vorwärtskoppler 250 auf dieselbe Weise mit dem Phasenvergleicher verbunden sind. Der Phasenvergleicher 65 nimmt die Intensitäts(Leistungs-) Informationseingabe vom Intensitätssensor 61 und 63 und das umgewandelte Frequenzsignal von den Frequenzwandlern 62 und 64 und rechnet daraus die Intensität und Phasen der vorwärts und rückwärts gerichteten Mirkowellenstrahlung aus und sendet diese Informationen an die Steuervorrichtung 101.
Es ist wichtig, dass der Lokaloszillator 230 ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Frequenz als die von der Quelle 1 bereitgestellten Mikrowellenstrahlung bereitstellt. Dies ist in der Konfiguration aus 2 wichtig, wo Mischvorrichtungen eingesetzt werden, da zwei unterschiedliche Frequenzen für eine Überlagerungsdetektion erforderlich sind. Dies ist auch in der Konfiguration aus 18 wichtig, bei welcher der Frequenzwandler 62 als Lokaloszillator dient, da Phasenvergleicher nur in der Lage sind, Frequenzen zufriedenstellend zu verarbeiten, die viel niedriger sind als die von der Quelle 1 erzeugten Mikrowellenfrequenzen.
Im Beispiel aus 2 liegt der Lokaloszillator 230 separat und unabhängig von der Quelle 1 vor. Der Lokaloszillator könnte jedoch ein Signal bereitstellen, das von der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 abgeleitet ist. Wie beispielsweise in 17 dargestellt könnte ein Koppler 22 zwischen der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 und dem Vorver stärkungssystem 10 bereitgestellt und konfiguriert werden, um einen Teil der Mikrowellenstrahlung zu einem Frequenzwandler 24 umzuleiten. Der Frequenzwandler 24 dient im Grunde als Lokaloszillator. Er ist mit einer Mischvorrichtung 220 verbunden und gibt ein Signal mit einer anderen (normalerweise niedrigeren) Frequenz als die Frequenz der Mikrowellenstrahlung von der Quelle 1 zur Mischvorrichtung 220 aus. Ein Rückwärtskoppler 200 leitet reflektierte Mikrowellenstrahlung zur Mischvorrichtung 200. Die Intensität und Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung werden durch eine Detektionsvorrichtung 240 detektiert, die mit einem Ausgang der Mischvorrichtung 220 verbunden ist. Die anderen Teile der Vorrichtung sind in 17 nicht dargestellt und wären dieselben wie vorher für 1 und 2 beschrieben.
16 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung, bei der ähnliche Bezugszahlen ähnliche Teile bezeichnen, wie sie schon oben beschrieben wurden. Es gibt zwei Hauptunterschiede. Der erste besteht darin, dass es einen weiteren Detektor gibt, der allgemein durch die Bezugszahl 33 bezeichnet ist und zwischen dem Zirkulator 40 und der Impedanzeinstellvorrichtung 50 angeordnet ist. Wie für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich sein wird, könnte er auch anderswo positioniert sein, z.B. zwischen dem Zirkulator 40 und der Ersatzlast 210 oder zwischen dem Zirkulator 40 und der Quelle 1. In der Ausführungsform der 16 ist der dritte Detektor 33 konfiguriert, um reflektierte Mikrowellenstrahlung zu detektieren, obwohl er in alternativen Ausführungsformen auch konfiguriert sein könnte, um vorwärts gerichtete Mikrowellenstrahlung zu detektieren. Er umfasst einen Rückwärtskoppler 34, der zwischen dem Zirkulator 40 und der Impedanzeinsteilvorrichtung 50 angeordnet ist, eine Mischvorrichtung 35, die mit dem Rückwärtskoppler 34 verbunden ist, und eine Detektionsvorrichtung 36. Der dritte Detektor 33 funktioniert auf dieselbe Weise wie der oben beschriebene erste und zweite Detektor. Er stellt weitere Informationen bereit, die bei der Bestimmung der geeigneten Impedanzeinstellung hilfreich ist, die durch die Impedanzeinstellvorrichtung 50 vorgenommen werden soll, um die Menge an reflektierte Mikrowellenstrahlung zu minimieren.
Der zweite Hauptunterschied der Ausführungsform in 16 ist, dass ein Signal vom Lokaloszillator 230 mit einem Signal von der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 in einer Mischvorrichtung 45 gemischt wird. Es ist das Ausgangssignal von der Mischvorrichtung 45, und nicht das direkt vom Lokaloszillator 230 kommende Signal, das in den ersten, zweiten und dritten Detektor eingespeist wird. Der Ausgang der Mischvorrichtung 45 ist mit einem Filter 46 verbunden, der unerwünschte Frequenzen (üblicherweise die niedrigeren Frequenzen), die in der Mischvorrichtung erzeugt werden, entfernt und die gewünschte Frequenz zu den Eingängen der Mischvorrichtungen 220, 260 und 35 des ersten, zweiten und dritten Detektors leitet. 16 zeigt auch die einzelnen Filter 221, 281 und 35a zwischen den Mischvorrichtungen 220, 260 und 35 der jeweiligen Detektoren und ihren zugehörigen Detektionsvorrichtungen 240, 280 und 36.
Der Vorteil eines Lokaloszillatorsignals, das von der Mikrowellenstrahlungsquelle abgeleitet ist (wie in 17) oder mit einem Signal von der Mikrowellenstrahlungsquelle gemischt ist (wie in 16), ist, dass das zu den Detektoren gesandte Signal dann jede Änderung in der Frequenz oder Phase der Mikrowellenstrahlungsquelle reflektiert.
Impedanzeinstellvorrichtung und Steuervorrichtung
Die Impedanzeinstellvorrichtung liegt in dieser Ausführungsform in Form eine Dreifach-Stichleitungsabstimmvorrichtung 50 vor, die weiter unten genauer beschrieben ist. In anderen Ausführungsformen könnten stattdessen eine Einfach- oder Zweifach-Stichleitungsabstimmvorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung zur Impedanzeinstellung verwendet werden.
Die Impedanzeinstellvorrichtung 50 wird von einer Steuervorrichtung 101 auf Basis der durch die Detektoren detektierten Intensität und Phase gesteuert, um die Menge an reflektierter Mikrowellenstrahlung zu minimieren. In dieser Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 101 ein integrierter Schaltkreis; in anderen Ausführungsformen könnte sie ein Computer mit geeigneter Software sein.
Die Impedanzeinstellvorrichtung 50 weist einen Eingang auf, der über die in 1 und 16 dargestellten anderen Komponenten mit der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 verbunden ist, und einen Ausgang, der über eine oder mehrere Komponenten mit der Sonde 5 verbunden ist. Üblicherweise weist die Mikrowellenstrahlungsquelle 1 eine fixe echte Impedanz auf, und diese wird an die Impedanz des Eingangs der Impedanzeinstellvorrichtung 50 angepasst. Folglich ist die Impedanz des Eingangs der Impedanzeinstellvorrichtung 50 in den meisten Fällen fix. Die komplexe Impedanz des Ausgangs der Impedanzeinstellvorrichtung 50 ist einstellbar. Durch die Einstellung der komplexen Impedanz des Ausgangs der Impedanzeinstellvorrichtung 50 ist es möglich, die Menge an Strahlung zu minimieren, die vom Gewebe zurück in die Sonde 5 reflektiert wird. Wenn die Distanz, welche die Mikrowellenstrahlung zwischen dem Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung 50 und dem distalen Ende der Sonde 5 zurücklegt, einem Vielfachen der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung dividiert durch 2 entspricht, dann kann die komplexe Impedanz des Ausgangs der Impedanzeinstellvorrichtung 50 direkt an die des Gewebes 6 angepasst werden. Wenn sie jedoch nicht einem solchen Vielfachen entspricht, dann muss die Impedanz der Komponenten zwischen dem Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung und der Gewebe/Sonde-Grenze berücksichtigt werden (was zwar möglich ist, aber mehr Berechnungen von der Steuervorrichtung 101 verlangt).
Außerdem ist eine Benutzerschnittstelle 110 bereitgestellt, die es der Bedienungsperson erlaubt, die Funktion der Vorrichtung zu überwachen, insbesondere die reflektierte Intensität und Phase und gegebenenfalls auch die Vorwärtsintensität und – phase, die gemessene Impedanz der Last (Gewebe 6), an welcher die Sonde angewandt wird, und die Dauer, für welche die Mikrowellenstrahlung angeiegt wurde.
Die Benutzerschnittstelle 110 ermöglicht es außerdem der Bedienungsperson, die Vorrichtung zu steuern, die Stärke der Mikrowellen durch Steuerung des Verstärkungssystems 2 mithilfe de Steuervorrichtung 101 einzustellen und die Anwendung der Mikrowellen durch die Steuervorrichtung 101 oder die Energiezufuhr 120 zu starten und zu Stoppen. Diese Steuerung kann durch einen Fußschalter oder ein Pedal 105 erfolgen.
Mögliche Anwendungen der Vorrichtung
Die Vorrichtung kann eingesetzt werden, um Krebs durch Ablation eines krebsbefallenen Gewebes zu behandeln. Dies kann durch Schlüssellochchirurgie durchgeführt werden, bei der ein kleiner Kanal in das umliegende Gewebe geschnitten wird, durch den die Sonde eingeführt werden kann, bis sie den Krebstumor erreicht. Die Mikrowellen können dann verwendet werden, um den Tumor zu ablatieren, wobei die Intensität und Phase von reflektierten Mikrowellen wie oben beschrieben überwacht wird, sodass die Impedanz der Vorrichtung entsprechend eingestellt werden kann, um die Reflexion von Mikrowellen zurück in die Sonde zu minimieren. Die (von der Quelle 1 erzeugten) Mikrowellen können ausgesandt werden, wenn die Sonde sich nahe beim Tumor befindet oder schon vorher. Ein mögliches Verfahren besteht in der Verwendung der von der Sonde 5 ausgesandten Mikrowellen, um einen Weg durch das umliegende Gewebe zu schneiden, durch den die Sonde eingeführt werden kann.
Die Quelle 1, das Verstärkungssystem 2 und die Sonde 5 werden nun detaillierter beschrieben.
Mikrowellenstrahlungsquelle
In dieser Ausführungsform ist die Mikrowellenstrahlungsquelle 1 ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO), dessen Frequenz zwischen 14 GHz und 14,5 GHz eingestellt werden kann. In andere Ausführungsformen können andere Arten von Mikrowellenstrahlungsquellen, z.B. ein dielektrischer Resonator-Oszillator (DRO), oder andere Frequenzbereiche eingesetzt werden. VCO-Steuer- und -Überwachungssignale FoA und FoM werden zur Steuervorrichtung 101 (siehe 1) gesandt bzw. von ihr ausgesandt.
Es ist bevorzugt, dass die Mikrowellenstrahlungsquelle 1 in der Lage ist, Leistung bei 0 dBm abzugeben, und ihr Leistungspegel über ihr Ausgangsfrequenzband mit +/– 0,5 dB konstant bleibt. Die Ausgangsfrequenz kann innerhalb des Bands variiert werden (mithilfe der Steuervorrichtung 101), und dies kann genutzt werden, um eine Feinabstimmung der Vorrichtung vorzunehmen. Es kann beispielsweise eine bestimmte Frequenz innerhalb des Bands geben, durch die Schaltkreis-Resonanzen im Verstärkungssystem 2 auftreten und maximale Leistung erzielt werden kann. Es ist außerdem möglich, die Frequenz über das Band zu wobbeln, um etwas Instrumentenabstimmung bereitzustellen, beispielsweise die Frequenz zu erhöhen, wenn die Sonde 5 und/oder das Kanalisierungsmittel 4 etwas zu kurz für eine Resonanz sind oder umgekehrt.
Es ist wesentlich, dass die Mikrowellenstrahlung stabil ist (d.h. eine stabile Ausgabe bereitstellt). Dies unterstützt die oben erläuterte Phasendetektion. Ein möglicher Weg, Stabilität zu erreichen, besteht in der Verwendung einer phasenverriegelten Quelle. Eine mögliche Konfiguration für eine phasenverriegelte Mikrowellenstrahlungsquelle ist in 19 dargestellt. Ein VCO 1001 erzeugt Mikrowellenstrahlung, die über ein Verstärkungssystem 2 in den Rest der Vorrichtung abgegeben wird, wie in 1 dargestellt ist. Ein Teil des Ausgangssignals vom VCO ist an einen Frequenzwandler 1005 gekoppelt, der die Frequenz des Signals verringert und es in einen ersten Eingang eines Phasenvergleichers 1015 einleitet. Ein stabiles Bezugssignal, wie beispielsweise ein Signal von einem Kristalloszillator, wird in einen zweiten Eingang des Phasenvergleichers eingeleitet. Dies wird genutzt, um Abweichungen von der gewünschten Frequenz der Mikrowellenstrahlung f₀ zu verfolgen. Die durch den stabilen Bezug bereitgestellte Frequenz ist f₀/N, und diese kann stabil sein, weil bei niedrigeren Frequenzen sehr stabile Oszillatoren, z.B. Kristalloszillatoren, verfügbar sind. Der Frequenzwandler 1005 verringert die Frequenzausgabe vom VCO um einen Faktor N. Der Phasenvergleicher 1005 gibt die Differenz zwischen der Frequenz und/oder Phase der zwei Eingangssignale an einen Verstärker und einen Filter 1010 aus, der diese zurück zum Eingang des VCO leitet, um seine Steuerspannung entsprechend zu steuern und einzustellen, um jegliche unerwünschte Variation in der Frequenz und Phase des Ausgangssignals zu korrigieren.
20 zeigt eine alternative Ausführungsform zum Erhalt einer stabilen Ausgabe von der Mikrowellenstrahlungsquelle. Eine Breitbandquelle 1030 (die synthetisiert sein kann) wird eingesetzt, um einen großen Bereich an Mikrowellenfrequenzen bereitzustellen, die zu einem Schmalbandfilter 1040 ausgegeben werden, der ein schmales Frequenzband (oder eine Frequenz) auswählt, das ausgegeben werden soll. Auf diese Weise kann eine stabile Ausgabe von Mikrowellenstrahlung erreicht werden.
Verstärkungssystem
Das Verstärkungssystem 2 umfasst eine Vorverstärkerstufe oder -einheit 10 und eine Leistungsverstärkerstufe oder -einheit 20.
Eine mögliche Konfiguration der Leistungsverstärkerstufe 20 ist in 3 dargestellt. Mikrowellenstrahlung wird vom Ausgang der Vorverstärkerstufe 10 in einen Vorverstärker-Treiber 300 eingeleitet. Der Vorverstärker-Treiber 300 gibt die Strahlung zu einem Teiler 310 aus, der das Signal zwischen vier Verstärkern 320, 330, 340 und 350 aufteilt. Das Signal wird von den einzelnen Leistungsverstärkern verstärkt und ausgegeben und von einem Kombinator 360 rekombiniert. Der Kombinator 360 gibt das rekombinierte Signal an die Detektoren und die Impedanzeinstellvorrichtung 3 aus.
Die Wahl der Leistungsverstärker wird durch die Frequenzausgabe durch die Mikrowellenstrahlungsquelle 1 bestimmt. Für den Bereich von 14 bis 14,5 GHz sind GaAs-FETs besonders gut geeignet. Diese weisen vorzugsweise einen 1-dB-Kompessionspunkt von 43 dBm (20 W) über die Bandbreite und einen Leistungsgewinn von 6 dB auf. TIM1414-20 von der Toshiba Microwave Semiconductor Group können eingesetzt werden. Wenn Leistungsverstärker dieser Art verwendet werden, ist der theoretische maximale Ausgangsleistungspegel 40 dBm (80 W).
Im Beispiel aus 3 sind der Teiler 310 und der Kombinator 360 Viertelwellenlänge-Mikrostreifenvorrichtungen.
Alternativ dazu kann das Verstärkungssystem einen oder mehrere Mikrowellenkoppler zum Aufteilen des Eingangssignals zwischen einer Vielzahl an Leistungsverstärkern und einen oder mehrere Mikrowellenkopplern zur Rekombination der von den Leistungsverstärkern ausgegebenen Signale aufweisen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass, wenn einer der Leistungsverstärker ausfällt, die falsch zugeordnete Energie zu einer Ersatzlast umgeleitet werden kann, die am isolierten Anschluss des Kopplers angeschlossen ist, mit dem der ausgefallene Leistungsverstärker verbunden ist, und die anderen Leistungsverstärker werden nicht in Mitleidenschaft gezogen.
4 ist ein Beispiel für eine Anordnung unter Verwendung von Mikrowellenkopplern. Wie im Beispiel aus 3 wird ein Vorverstärker-Treiber 400 verwendet, aber die Anordnung zum Aufteilen des Signals zwischen den Leistungsverstärkern und zur Rekombination der verstärkten Signale ist anders. Das Signal wird in zwei Stufen aufgeteilt. Der Ausgang des Vorverstärkers-Treibers 400 wird mit einem Koppler verbunden, der das Signal zwischen zwei Ausgängen (Anschluss 3 und 4 in 4) aufteilt. Das Signal vom ersten dieser Ausgänge wird dann zu einer ersten Abzweigung des Schaltkreises 410a geleitet, wo es wieder durch einen weiteren Koppler 415 zweigeteilt wird, der das nun zweimal geteilte Signal zu einem ersten und zweiten Leistungsverstärker 420 und 430 leitet, wonach es durch einen Koppler 435 rekombiniert wird. Der Koppler 435 gibt das Signal zum Eingang eines Kopplers 460 aus.
Das Signal vom zweiten Anschluss des Kopplers 410 wird zu einer zweiten Abzweigung 410b des Schaltkreises geleitet, die im Wesentlichen denselben Aufbau aufweist wie der oben genannte erste Arm 410a. Folglich weist sie einen Koppler 417 zum Aufteilen des Signals zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss auf. Der erste Anschluss des Kopplers ist an den Eingang eines dritten Leistungsverstärkers 440 angeschlossen, und der zweite Anschluss an einen vierten Leistungsverstärker 450. Die Ausgänge des dritten und vierten Leistungsverstärker S 440, 450 sind mit einem ersten und zweiten Eingabeanschluss eines weiteren Kopplers 455 verbunden, um die Eingangssignale zu kombinieren, und der Ausgang des weiteren Kopplers 455 ist mit dem Koppler 460 verbunden, um die Signale von den beiden Abzweigungen 10a, 10b des Schaltkreises zu kombinieren.
Obwohl in 4 TM414-20-Verstärker als Leistungsverstärker eingesetzt werden, kann mit angemessenen Modifikationen jeder geeignete Leistungsverstärker eingesetzt werden.
Die Koppler 410, 415, 435, 417, 455 und 460 teilen die Leistung vorzugsweise gleichmäßig zwischen ihre beiden Ausgängen auf oder kombinierend ihre beiden Eingaben gleichmäßig, und solche Koppler sind als 3-dB-90°-Koppler bekannt.
Wie oben erläutert besteht der Vorteil der Konfiguration aus 4 darin, dass, wenn ein Leistungsverstärker ausfällt, die falsch zugeordnete Energie zu einer Ersatzlast umgeleitet wird, die am isolierten Anschluss des Kopplers angeschlossen ist, mit dem der ausgefallene Leistungsverstärker verbunden ist. Somit werden die anderen Leistungsverstärker nicht in Mitleidenschaft gezogen.
Weitere Konfigurationen für die Leistungsverstärkerstufe sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich.
Das Verstärkungssystem 2 weist eine Leistungspegel-Steuervorrichtung auf. Die Leistungspegel-Steuervorrichtung wird durch die Steuervorrichtung 101 gesteuert, um den gewünschten Pegel der Ausgangsleistung zu erhalten. In der vorliegenden Erfindung befindet sich die Leistungspegel-Steuervorrichtung in der Vorverstärkungsstufe 10 des Verstärkungssystems 2.
Ein Beispiel für eine mögliche Konfiguration der Vorverstärkerstufe 10 ist in 5 dargestellt. Der Ausgang der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 ist mit dem Eingang der Vorverstärkungsstufe 10 verbunden. Die Vorverstärkungsstufe 10 umfasst eine Vielzahl von Vorverstärkern 510, 520, 530 und 540, die im Beispiel aus 5 in Reihe geschaltet sind. Einer der Vorverstärker (im vorliegenden Beispiel der zweite 520) weist eine veränderliche Verstärkung auf und kann so zur Steuerung des Leistungs pegels einer Mikrowellenausgabe durch die Vorrichtung eingesetzt werden. Die Verstärkung des Vorverstärkers mit veränderlicher Verstärkung 520 wird durch die Steuervorrichtung 101 gesteuert. Vorzugsweise ist der Vorverstärker mit veränderlicher Verstärkung konfiguriert, um nur in seinen linearen Bereichen zu arbeiten, wenn aber eine Verweistabelle oder eine ähnliche Software-Funktion bereitgestellt wird, um den Niedrigpegel-Eingangsleistungsbedarf in eine repräsentative Vorspannung umzuwandeln, dann kann er auch außerhalb seines linearen Arbeitsbereichs arbeiten.
Ein Beispiel für eine alternative Konfiguration ist in 6 dargestellt. Hier gibt es wie im Beispiel aus 5 eine Vielzahl von Vorverstärkern 610, 620, 630 und 640, aber die Leistungspegel-Steuervorrichtung ist ein PIN-Diodenabschwächer 650 (der wiederum von der Steuervorrichtung 101 gesteuert wird). Der PIN-Diodenabschwächer 650 befindet sich zwischen den beiden Vorverstärkern, die in Reihe geschaltet sind. Im Beispiel aus 6 befindet sich der PIN-Diodenabschwächer 650 zwischen dem ersten Vorverstärker 610 und dem zweiten Vorverstärker 620. Der PIN-Diodenabschwächer 650 kann ein reflektiver PIN-Diodenabschwächer 650 oder ein Abschwächer vom Absorptionstyp sein.
Die Art und die Verstärkung der Vorverstärker werden gemäß den gewünschten Systemanforderungen ausgewählt. Geeignet sind beispielsweise Vorverstärker vom monolithischen integrierten Miniaturschaltungstyp (MMIC). In einer Ausführungsform gibt es vier Vorverstärker, wobei der erste eine Verstärkung von 7 dB aufweist und die anderen jeweils von 10 dB.
Die Mikrowellenstrahlungsquelle 1, die Vorverstärkerstufe 2 und die Leistungsverstärkerstufe 3 können in einer Einheit kombiniert sein, beispielsweise auf einer Mikrostreifen-Leiterplatte, um die Vorrichtung kompakt zu halten.
Dreifach- Stichleitungsabstimmvorrichtung und Stichleitungsaktuatoren
Vorzugsweise ist die Impedanzeinstellvorrichtung 50 eine Stichleitungsabstimmvorrichtung.
7 zeigt eine geeignete Dreifach-Stichleitungsabstimmvorrichtung. Die Dreifach-Stichleitungs-Abstimmvorrichtung 730 umfasst einen Wellenleiter mit zwei geschlossenen Enden, einen Eingang 731, einen Ausgang 732 und drei Abstimmstichleitungen 740, 750 und 760. Jede Abstimmstichleitung 740, 750 und 760 befindet sich in einer zugehörigen Öffnung 741, 751 und 761 in einer Wand des Wellenleiters und ist beweglich, um die Tiefe zu ändern, in der sie sich in den Wellenleiter hinein erstrecken. Durch Änderung der Tiefe, in der sich die einzelnen Stichleitungen in den Wellenleiter hinein erstrecken, ist es möglich, die Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung einzustellen. Auf diese Weise kann die Impedanz der Ablationsvorrichtung 100, 200 an die des zu ablatierenden Gewebes 6 angepasst werden. Obwohl die in 7 dargestellte Dreifach-Stichleitungsabstimmvorrichtung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist (siehe 8), wäre auch eine mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt möglich.
In dieser Ausführungsform steuert ein Aktuator (in 7 nicht dargestellt), wie z.B. ein Stellmotor oder eine piezoelektrische Vorrichtung, die Tiefe der einzelnen Stichleitungen 740, 750 und 760. Der Aktuator wird durch die Steuervorrichtung 101 basierend auf der durch die Detektoren detektierte Intensität und Phase und/oder durch die Benutzerschnittstelle 110 gesteuert.
Die Öffnungen 741, 751 und 761 können in unterschiedlichen Wänden oder in der gleichen Wand des Wellenleiters, wie er in 7 dargestellt ist, vorhanden sein.
Der Wellenleiter 730 der in 7 dargestellten Dreifach-Stichleitungsabstimmvorrichtung weist eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf. Die Eingangsseite und die Ausgangsseite sind durch einen Gleichstromisolator 770 gegeneinander gleichstromisoliert. Der Isolator 770 erlaubt den Durchtritt der Frequenzen von Inte resse (die von der Mikrowellenstrahlungsquelle erzeugten, z.B. 14–14,5 GHz), blockiert aber Gleichstrom. Jeder beliebige geeignete Isolator kann eingesetzt werden, wie beispielsweise Kapton-Klebeband oder eine dünne Lage mit geringem Verlust, ein dielektrisches Hochspannungsdurchschlagmaterial, wobei PTFE und Polypropylen zwei Möglichkeiten darstellen. Vorzugsweise ist die Isolation bis zu 6 kV gut.
Im Beispiel aus 7 umfasst der Wellenleiter 730 zwei Zylinder – einen auf der Eingangsseite und einen auf der Ausgangsseite – die fest zusammengesteckt sind und durch den Isolator 770 getrennt sind. Die beiden Zylinder können getrennt werden, was die Einrichtung und Einstellung der Eingabe- und Ausgabesonden 710 und 720 erleichtert.
Der Eingang und Ausgang 710 und 720 liegen am besten in Form von E-Feldsonden vor, die sich in den Wellenleiter hinein erstrecken. Sie können N-Steckverbinder zur Verbindung mit dem Rest der Vorrichtung sein. H-Feldsonden können ebenfalls eingesetzt werden, genauso wie SMA-Steckverbinder.
Der Wellenleiter 730 weist vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt auf, wie in 8 dargestellt ist, die einen Querschnitt entlang der Linie A-A aus 7 und außerdem die (seitlich versetzte) einstellbare Abstimmstichleitung 740 zeigt.
In 7 sind die Abstimmstichleitungen drei achtel einer Wellenlänge (der durch die Quelle erzeugten Mikrowellenstrahlung oder des Mittels seines Bandes) auseinander platziert; in alternativen Ausführungsformen können sei ein achtel oder fünf achtel einer Wellenlänge auseinander sein – für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung sind gegebenenfalls noch andere geeignete Distanzen offensichtlich.
21 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung, worin ähnliche Bezugszahlen ähnliche Teile bezeichnen wie oben beschrieben. Nur die neuen Merkmale werden nachstehend beschrieben, da die anderen schon oben erläutert wurden. Ein Modulator 1100 und ein Filter 1120 sind zwischen der Mikrowellenstrahlungsquelle 1 und dem Verstärkungssystem 2 bereitgestellt. Der Modulator 1100 wird durch ein Modulationssignal 1105 von der Steuervorrichtung 101 gesteuert, mit der er verbunden ist. Wenn er sich im eingeschalteten Zustand befindet, moduliert der Modulator 1100 die Mikrowellenstrahlung von der Quelle 1 so, dass Impulse mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 500 MHz, Grenzen eingeschlossen, erhalten werden. Der Modulator 1100 ist flexibel und in der Lage, jede beliebige Frequenz innerhalb dieses Bereichs zu modulieren, wobei die modulierte Frequenz von der Steuervorrichtung 101 gewählt wird. Das Filter 1100 ist mit dem Ausgang des Modulators 1100 und dem Eingang des Verstärkungssystems 2 verbunden. Es wird von der Steuervorrichtung 101 gesteuert. Wenn der Modulator 1100 sich im eingeschalteten Zustand befindet, dann wird das Filter 1120 so gesteuert, dass es die höheren Mikrowellenfrequenzen von der Quelle 1 herausfiltert, sodass nur eine Wellenform mit der Frequenz der Modulationsimpulse durchgelassen wird. Wenn also der Modulator 1100 im eingeschalteten Zustand ist, wird Strahlung mit einer gewählten Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 500 MHz in den Rest der Vorrichtung und durch die Sonde 5 abgegeben. Strahlung mit dieser Frequenz ist besonders gut zum Schneiden geeignet. Wenn der Modulator 1100 im ausgeschalteten Zustand ist, wird die Mikrowellenstrahlung von der Quelle 1 nicht moduliert und das Filter 1120 lässt die Mikrowellenstrahlung durch, sodass Mikrowellenstrahlung in den Rest der Vorrichtung und die Sonde 5 abgegeben wird. Mikrowellenstrahlung ist besonders gut zum Ablatieren von krebsbefallenem Gewebe geeignet. Vorzugsweise ist die Modulationsfrequenz, wenn der Modulator im eingeschalteten Zustand ist, eine Frequenz im Bereich von 500 kHz bis 300 MHz, da herausgefunden wurde, dass diese Frequenzen noch besser zum Schneiden von Gewebe geeignet sind, da sie hoch genug sind, dass es zu keiner Nervenstimulation kommt, aber niedrig genug, dass thermische Randbereiche minimal gehalten werden.
Die Ausführungsform der 21 verwendet eine 3-Stichleitungsabstimmvorrichtung als Impedanzeinstellvorrichtung. Ein Stichleitungsaktuator 1130 ist konfiguriert, um die Stichleitungen zu steuern, sodass die Ausgangsimpedanz der Impedanzeinstellvorrichtung eingestellt wird, und dieser wird von der Steuervorrichtung 101 basierend auf der durch die Detektoren 230, 250, 260, 280 und 200, 220, 240 und 270 detektierten Stärke und Phase gesteuert. Es gilt anzumerken, dass in der Ausführungs form aus 21 separate Lokaloszillatoren 230, 270 für die Detektoren für vorwärts gerichtete und reflektierte Mikrowellenstrahlung eingesetzt werden.
Eine Phaseneinstellvorrichtung 1110 ist zwischen der Impedanzeinstellvorrichtung 50 und der Sonde 5 bereitgestellt. Die Phaseneinstellvorrichtung 1110 kann durch die Steuervorrichtung 101 gesteuert werden, damit die effektive Distanz zwischen dem Ausgang der Impedanzeinstellvorrichtung 50 und dem distalen Ende 5a der Sonde 5 einem Vielfachen der Wellenlänge der durch die Quelle erzeugten Mikrowellenstrahlung dividiert durch zwei entspricht. Wie oben erläutert ist dies von Vorteil für die Impedanzanpassung und für die Minimierung der Menge an reflektierter Strahlung.
Wie für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich sein wird, können der Modulator oder die Phaseneinstellungsvorrichtung oder beide auch in beliebigen anderen der oben beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden.
Sonden
Der Teil der Ablationsvorrichtung, der in 1 allgemein mit 100 bezeichnet ist, kann mit vielen verschiedenen Arten von Sonden 5 verwendet werden. Demgemäß weist die Vorrichtung vorzugsweise einen Sondendetektor auf, der in der Lage ist, die Art der Sonde zu detektieren, die angeschlossen ist. Die Sonde kann eine Vorrichtung aufweisen, um ein Identifikationssignal zum Sondendetektor zu senden. Der Sondendetektor kann Teil der Steuervorrichtung 101 sein. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um den Probentyp und Verfahrensinformationen in Bezug auf die detektierte Sonde anzuzeigen, und sie kann auch konfiguriert sein, um den Leistungspegel je nach Sondentyp zu variieren.
Nachstehend werden verschiedene Sonden beschrieben:
9 zeigt eine koaxiale Sonde mit einem ersten Leiter 900, einem zweiten Leiter 910 und einem Dielektrikum 920 zwischen den beiden. Der erste Leiter 900 weist ei ne dünne längliche Form auf und besteht aus einem gut leitenden Material wie Silber oder Kupfer. Der zweite Leiter 920 ist koaxial mit dem ersten und bildet eine äußere leitende Hülle. Das Dielektrikum ist ein verlustarmes Material für Mikrowellenfrequenzen. Die charakteristische Impedanz der Sonde wird durch das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Leiters 910 und dem Aussendruchmesser des ersten Leiters 900 bestimmt. Das Dielektrikum 930 erstreckt sich aus der leitenden Hülle 920 hinaus, und der erste Leiter 900 erstreckt sich außerdem aus dem Dielektrikum hinaus und kann verwendet werden, um Gewebe 6 zu durchdringen. 10 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in 9.
Die Sonde aus 9 weist eine Vielzahl an Symmetriergliedern 930 auf. Jedes Symmetrierglied liegt in Form eines dritten Leiters vor, der einen Teil des äußeren Leiters 920 umgibt. Jedes Symmetrierglied 930 ist an einem Ende in leitendem Kontakt mit dem zweiten Leiter 910 und am Rest seiner Länge durch Luft vom zweiten Leiter isoliert. Jedes Symmetrierglied weist eine Länge auf, die einem Viertel der von der Vorrichtung verwendeten Wellenlänge oder einem ungeraden Vielfachen davon entspricht. Die Symmetrierglieder minimieren den Rückstrom entlang des zweiten Leiters und helfen so, das Risiko eines Schlags für den Patienten oder den Bediener zu minimieren und das Erwärmen von gesundem Gewebe zu verringern oder zu verhindern.
11(a) zeigt eine ähnliche Sonde wie in 9, mit der Ausnahme, dass der erste Leiter 900 ein weiteres Stück dielektrisches Material 935 an seinem Ende aufweist (vorzugsweise ist das Dielektrikum 935 aus dem gleichen Material wie das Dielektrikum 920). Nur ein Teil 936 des ersten Leiters zwischen den beiden Teilen dielektrisches Material 920, 935 liegt frei.
11(b) ist eine genauere Darstellung des Endes der Sonde aus 9. 11(c) ist eine genauere Darstellung des Endes der Sonde aus 11(a). 11(d) zeigt eine Variante, bei welcher der erste Leiter ein Dielektrikum 935 an seinem Spitzenende aufweist, aber der erste Teil des Dielektrikums 920 erstreckt sich nicht aus der leitenden Hülle 910 heraus. Somit liegt der Abschnitt des ersten Leiters zwischen der Hülle 910 und dem zweiten Dielektrikum 935 frei. 11(e) zeigt eine Variante, bei der das Dielektrikum 920 sich nicht aus der Hülle 910 heraus erstreckt, und der erste Leiter endet in einer Wolframnadel 911 mit einem Metallring 912, der einen Abschnitt unmittelbare neben dem Ende der Hülle 910 umgibt.
12 zeigt eine koaxiale Sonde, die in Gewebe 6 eingeführt ist. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen ähnliche Teile wie in 9. Der zweite Leiter 910 und das Symmetrierglied 930 sind von einem Trokar umgeben, bei dem es sich um ein Rohr handelt, das in den Körper eingeführt wird und durch den eine Sonde oder andere Vorrichtung, wie z.B. ein Endoskop, eingeführt wird. 13 ist ein Querschnitt entlang der Linie C-C in 12.
14 zeigt eine alternative Ausführungsform der Sonde, worin ein Symmetrierglied durch Aufsprühen eines Dielektrikums 932 zwischen dem zweiten und dritten Leiter 910, 930 ausgebildet wird. Das gegossene Dielektrikum 235D von Cumming Corporation ist für diesen Zweck besonders gut als Dielektrikum geeignet. Ein oder mehrere Symmetrierglieder können auf diese Art ausgebildet werden. Die Länge des Symmetrierglieds entspricht einem Viertel einer Wellenlänge oder einem ungeraden Vielfachen davon.
In einer alternativen Ausführungsform können die Symmetrierglieder reine dielektrische Symmetrierglieder ohne dritten Leiter 930 sein. Geeignete Modifikationen sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich.
15 zeigt eine rechteckige Wellenleitersonde mit einer Tiefe von einem Viertel der Wellenlänge und einer Breite von einer Wellenlänge. Mit dieser Konfiguration breitet sich der Te₂₁-Modus aus. Mikrowellen sind über eine E-Feldsonde 2002, die sich in den Wellenleiter hinein erstreckt und einen N-Typ- oder K-Typ- oder SMA-Steckverbinder 2001 aufweist, in die Ablationssonde 6 gekoppelt. Die Wellenleiteröffnung 2003 ist mit einem verlustarmen Dielektrikum gefüllt (beladen).
22 zeigt eine zylindrische Wellenleiterablationssonde 6, deren zentrale Öffnung 2003 mit einem festen dielektrischen Material gefüllt ist. Sie weist eine E-Feldsonde mit einem SMA-, N-Typ- oder K-Typ-Steckverbinder λ/4 von einem ihrer Enden entfernt auf. H-Feldsonden könnten ebenfalls eingesetzt werden.
Sowohl in 14 als auch in 15 besteht das Wellenleitergehäuse (Wände) aus Kupfer, Messing oder Aluminium und der Eingang (E-Feldsonde) befindet sich eine viertel Wellenlänge von einem Ende des Wellenleiters entfernt.
23 zeigt eine längliche Ablationssonde mit einer Keramikspitze 911 an seinem distalen Ende. Die Spitze ist konfiguriert, um Mikrowellenstrahlung in Gewebe einzuleiten. Das Keramikmaterial ist ein verlustarmes Mikrowellenkeramikmaterial mit einer relativen Permittivität (ε_r) von 6,5 bei Mikrowellenfrequenzen.

Claims

Gewebeablationsvorrichtung, umfassend: eine Mikrowellenstrahlungsquelle (1), die ausgebildet ist, um Mikrowellenstrahlung zu erzeugen; eine Sonde (5) zum Richten der Mikrowellenstrahlung in ein Gewebe (6), das ablatiert werden soll; einen Reflexionsstrahlungsdetektor (60), der zwischen die Quelle (1) und die Sonde (5) geschaltet ist; und eine Impedanzeinstellvorrichtung (50), die zwischen die Quelle (1) und die Sonde (5) geschaltet ist; wobei die durch die Quelle (1) erzeugte Mikrowellenstrahlung eine stabile Ausgangsfrequenz im Bereich von 5 bis 60 GHz aufweist; die Vorrichtung einen Lokaloszillator (230) umfasst, der ausgebildet ist, um ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Frequenz der Mikrowellenstrahlung zu erzeugen; der Reflexionsstrahlungsdetektor (60) mit dem Lokaloszillator (230) verbunden ist und ausgebildet ist, um die Intensität und Phase der Mikrowellenstrahlung zu detektieren, die durch die Sonde (5) zur Quelle (1) zurück reflektiert wird, indem die Reflexionsstrahlung mit dem Signal vom Lokaloszillator verglichen wird; und die Impedanzeinstellvorrichtung (50) eine einstellbare komplexe Impedanz aufweist, die basierend auf der detektierten Intensität und Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, eine Steuervorrichtung (101) umfassend, die zum automatischen Einstellen der komplexen Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung (50) auf Basis der detektierten Intensität und Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Steuervorrichtung (101) konfiguriert ist, um die komplexe Impedanz auf dynamische Weise als Reaktion auf eine Schwan kung in der detektierten Intensität und Phase der reflektierten Mikrowellenstrahlung einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Mikrowellenstrahlungsquelle (1) mit einem stabilen Bezugsignal phasenverriegelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Mikrowellenstrahlungsquelle (1) so abstimmbar ist, dass ihre stabile Ausgangsfrequenz regelbaren Schwankungen unterliegt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Vorwärtsstrahlungsdetektor (30), der mit einem Lokaloszillator verbunden ist, um ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Mikrowellenstrahlung zu erzeugen, wobei der Vorwärtsstrahlungsdetektor (30) ausgebildet ist, um die Intensität und Phase von Mikrowellenstrahlung zu detektieren, die von der Quelle (1) aus vorwärts zur Sonde (5) wandert, indem die Vorwärtsstrahlung mit dem Signal vom Lokaloszillator verglichen wird, worin die komplexe Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung (50) weiters auf Basis der detektierten Intensität und Phase der Vorwärtsmikrowellenstrahlung einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, einen weiteren Detektor (33) umfassend, der mit einem Lokaloszillator verbunden ist, der ausgebildet ist, um ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Mikrowellenstrahlung zu erzeugen, wobei der weitere Detektor (33) zur Detektion der Intensität und Phase von Mikrowellenstrahlung ausgebildet ist, die entweder von der Quelle (1) aus vorwärts zur Sonde (5) wandert oder durch die Sonde (5) zurück zur Quelle (1) reflektiert wird, indem die Vorwärts- oder reflektierte Mikrowellenstrahlung mit dem Signal vom Lokaloszillator verglichen wird, worin die komplexe Impedanz der Impedanzeinstellvorrichtung (50) weiters auf Basis der durch den weiteren Detektor (33) detektierten Intensität und Phase einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, worin der Vorwärtsstrahlungsdetektor (30) und/oder der weitere Detektor (33) mit demselben Lokaloszillator (230) als Reflexionsstrahlungsdetektor (60) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der oder jeder Detektor (30, 33, 60) eine Mischvorrichtung (260, 35, 220) zum Mischen des Signals vom Lokaloszillator (230) mit der Mikrowellenstrahlung, die vom genannten Detektor detektiert wird, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin einer oder mehrere oder alle der Detektoren einen Leistungssensor (200, 34, 250) und einen Phasenvergleicher (240, 36, 280) umfassen, die mit dem Lokaloszillator (230) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der oder jeder Lokaloszillator (230) von der Mikrowellenstrahlungsquelle (1) getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der oder jeder Lokaloszillator mit der Mikrowellenstrahlungsquelle (1) verbunden ist und ausgebildet ist, um aus der Quelle (1) ein Signal mit einer anderen Frequenz als die Mikrowellenstrahlung von der Quelle (1) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Sonde (5) zur Penetration von biologischem Gewebe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Separator (40), der ausgebildet ist, um durch die Sonde (5) zurück zur Quelle (1) reflektierte Mikrowellenstrahlung von Mikrowellenstrahlung zu trennen, die von der Quelle (1) vorwärts zur Sonde (5) wandert.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Impedanzeinstellvorrichtung (50) eine Dreifachabstimmstichleitung ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Sonde (5) einen länglichen Innenleiter (900), einen Außenleiter (920), der koaxial mit dem Innenleiter (900) angeordnet ist, und einen dielektrischen Leiter (910) zwischen den Leitern (900, 920) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin die Sonde (5) ein Wellenleiter ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Sonde (5) einen Außendurchmesser von weniger als 1 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Mikrowellenstrahlungsquelle (1) ausgebildet ist, um Strahlung mit einer Wellenlänge λ zu erzeugen, wobei die Impedanzeinstellvorrichtung (50) und die Sonde (5) durch ein Strahlungskanalisierungsmittel (4) verbunden sind, das ausgebildet ist, um die Mikrowellenstrahlung zwischen diesen zu übertragen, wobei das Strahlungskanalisierungsmittel (4) eine regelbare Länge aufweist, wodurch die Gesamtlänge des Strahlungskanalisierungsmittels (4) und der Sonde (5) so regelbar ist, dass sie einem Vielfachen von λ/2 entspricht.