深层肿块高温治疗用的单极相控阵列加热装置制造方法及图纸

一种单极相控阵列高温治疗加热装置，发射射频能量，该射频能量使患者体内目标区域的温度升高。所述加热装置包括：多个发送电场辐射的单极元件；金属波导，它带有反射射频的接地平面，接地平面上有多个用以安装单极元件的圆形小孔，并且所述金属波导形成用以容纳待治疗患者身体的窗口；波形发生器，该发送器通过相应的相位及功率计权网络向每个单极辐射元件提供电场源；至少一个电场探头，所述电场探头位于患者身体表面上，以检测来自各单极元件的电场；以及控制电路，该控制电路接受来自电场探头的反馈信号，调节输送给各个单极元件的相位及功率，以在患者身体表面上形成一个或多个自适应零电场区域，并在患者体内待进行高温治疗的目标组织处形成聚焦电场。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
深层肿块高温治疗用的单极相控阵列加热装置
一般地说，本专利技术涉及一种单极相控阵高温治疗加热装置，这种加热装置用于对患者体内的癌、前期癌或良性肿块，或是诸如关节组织及含有人类免疫缺损病毒(HIV)组织类的感染或病变组织进行深层加热。
技术介绍
对人体深层器官进行高温治疗的最大难题是既要对深层器官进行充分加热而又不能烧伤皮肤。美国专利No.5,251,645；5,441,532；5,540,737；5,810,888描述了对深层肿块部位施加自适应聚焦电磁能量射束的方法，本文将这些专利内容引为参考。美国专利No.5,251,645描述了一种自适应射频高温治疗相控阵列装置。这种装置利用来自无创伤的电场传感器测量的反馈信号，将健康组织的加热温度调零，或者降低到所要求的温度范围，从而将阵列辐射的能量聚焦到肿块上。美国专利No.5,441,532描述了一种单极相控阵列加热器件，该器件采用射频或微波聚焦能量，对深层肿块进行加热，同时还利用自适应调零技术，使过热点的发生率降低到最小。美国专利No.5,540,737描述了一种设在受压乳房相对两侧，用以对深层乳房肿块进行加热的自适应单极微波相控阵列。美国专利No.5,810,888描述了一种自适应单极相控阵列器件，该器件通过自适应加热，藉以激发热敏脂质体释放药物，以将目的药物递送到肿块上。对深层组织进行加热的结果可能使表层组织烧伤。怎样对深层的肿块进行加热而同时又不烧伤表层组织，这是一个特别具有挑战性的课题。需要进行加热的肿块包括下列器官中的肿块：肝、肺、胰、卵巢、直肠、前列腺、乳房及胃。另外，由于深层肿块常常是晚期的，而且尺寸较大，因-->此，通常还需要进行区域性加热。本专业公知的是，以射频(RF)能量对深层肿块进行约43℃到46℃的高温疗法，通常还和放射疗法或化学疗法复合进行，以取得综合效果。如美国专利No.5,810,888所述，也可以采用自适应相控阵列高温疗法，通过热敏脂质体将药物递送到被选定的组织上，这种脂质体是一种携带有药物的脂质小泡，该小泡可在39℃到45℃温度范围内释放出药物。这种受让人的方法可以用来与近期研制的温度敏感脂质体配方，以及诸如阿霉素等化疗药剂一起使用，比如2001.3.13授予Needham的美国专利No.6,200,598“Temperature Sensitive LiposomalFormulation”所述，其中，药物的释放温度约为39℃到45℃。在约43℃-约50℃的温度范围内，可使癌性组织直接被杀死。具体地说，在43℃-45℃温度区域里细胞会逐渐凋亡，而在45℃温度到50℃(或更高)温度区域内细胞会坏死(Gerhard et al.，“Short Term Hyperthermia：In VitroSurvival of Different Human Cell Liher After Short Exposure toExtreme Temperatures”，Cancer therapy by Hyperthermia andRadiation，Streffer C，editor，Baltimore-Munich：Urban &Schwarzenberg，pp.201-203，1978；Harmon et al.，“Cell Death Inducedin a Murine Mastocytoma by 42℃-47℃Heating in vitro：Evidencethat the Form of Death Changes From Apoptosis to Necrosis Above aCritical Heat Load”，Int J Radiat Biol vol.58，pp.854-858，1990)。由于必须在43℃＝50℃的温度区域里才能将组织细胞直接杀死，因此，在对肿块组织进行加热的情况下怎样避免烧伤表层组织，仍然是一个需要解决的难题。对深层肿块的加热，通常是建议以一个大直径(为人体直径的约1.5倍到3倍)的环形阵列，在约50-300兆赫的射频频率下进行高温治疗。1973年Von Hippel首先用一个环形相控阵列对深层肿块进行加热(von Hippelet al.，Dielectric Analysis of Bio-Materials，MassachusettsInstitute of Technology，Laboratory for Insulation Research，Technical Report 13，pp.16-19，AD-769-843)。这种相控阵列由四个带有耦合块的波导管组成。Turner在美国专利No.4,589,423中，以及Turner，P.F.，Schaefermeyer，T.，以及Saxton，T.的文章(Future Trends in-->Heating Technology of Deep-Seated Tumors，RecentResults in CancerResearc，vol.107，pp.249-262，1988)中描述了一种用于对深层肿块进行加热的双极环形相控阵列的概念。以一个大直径的高温治疗阵列对患者进行治疗时，若不用波导管将电场封闭起来，就必须用一个大型的水团(water bolus)将射频能量耦合到患者体内。将这种大块的水团放在人体上，必将使得患者不舒服。为了防止杂散辐射，通常必须以一个金属屏蔽室将高温治疗设备屏蔽起来。如果没有金属波导管的屏蔽，高温治疗阵列的杂散射频能量就有可能沿着患者的纵轴方向辐射出来，会使人感到不适，或者引起安全方面的问题。因此，如果没有金属波导管的封闭，就可能需要设置一个金属屏蔽室，以便防止杂散射频能量对系统中其它电子设备的干扰。
技术实现思路
本专利技术的单极相控阵列高温治疗装置解决了上述问题。所述单极相控阵高温治疗的加热装置发射射频能量，这种射频能量用于使患者体内的目标区域提高温度。所述加热装置包括：多个用于发送电场辐射的单极元件；金属波导，该金属波导有一个反射射频的接地平面，该接地平面上有许多用于安装单极元件的园形小孔；波形发生器，该波形发送器通过相应的相位及功率计权网络向每个单极辐射元件提供电场源；至少一个电场探头，这种电场探头位于患者身体表面上，用以检测来自许多单极元件的电场；以及控制回路，该控制回路用于接受来自电场探头的反馈信号，以调节输送给各个单极元件的相位及功率，调节的目的是在患者身体表面上形成一个或多个自适应零电场区域，并在患者体内待进行高温治疗的目标组织处形成聚焦电场。一个自适应热动力射频单极相控阵列天线加热装置围绕在目标人体周围，并向体内组织提供侵害性最小的热量，而将其加热到约39℃-50℃的温度范围内。这种加热装置可以单独用于进行加热治疗，或是也可以用来激活热敏的脂质体，并首选向体内深层区域释放药物；或是也可以与放射疗法、化学疗法、药物或基因疗法一起使用。单极相控阵列的使用，使得可以对人体深层的大块组织进行聚焦加热而又不使患者感到不舒服。当-->这种加热装置在自适应相控阵列模式下运行时，递送给相控阵列天线元件的功率及相位都由计算机根据布置在患者身上的无创伤电场及温度传感器(如布置在患者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单极相控阵列高温治疗加热装置，所述加热装置发射射频能量，该射频能量用于使体内的目标区域温度上升，所述加热装置包括：ａ）多个单极元件，每个单极元件发送电场辐射；ｂ）金属波导管，该波导管带有反射射频的接地平面，该接地平面上带 有多个用于安装单极元件的圆形孔，该金属波导管形成用于容纳待治疗患者身体的窗口；ｃ）波形发生器，该波形发生器通过相应的相位及功率计权网络向每个单极辐射元件提供电场能源；ｄ）至少一个电场探头，所述电场探头位于患者的皮肤表面上，所 述电场探头用于检测来自所述多个单极元件的电场；以及ｅ）控制回路，该控制回路用于接受来自电场探头的反馈信号，以调节输送给各个单极元件的相位及功率，以在患者身体表面上形成一个或多个自适应零电场区域，并在患者体内待进行高温治疗的目标组织处 形成聚焦点。

【技术特征摘要】
US 2002-9-3 10/233,0121.一种单极相控阵列高温治疗加热装置，所述加热装置发射射频能量，该射频能量用于使体内的目标区域温度上升，所述加热装置包括：a)多个单极元件，每个单极元件发送电场辐射；b)金属波导管，该波导管带有反射射频的接地平面，该接地平面上带有多个用于安装单极元件的圆形孔，该金属波导管形成用于容纳待治疗患者身体的窗口；c)波形发生器，该波形发生器通过相应的相位及功率计权网络向每个单极辐射元件提供电场能源；d)至少一个电场探头，所述电场探头位于患者的皮肤表面上，所述电场探头用于检测来自所述多个单极元件的电场；以及e)控制回路，该控制回路用于接受来自电场探头的反馈信号，以调节输送给各个单极元件的相位及功率，以在患者身体表面上形成一个或多个自适应零电场区域，并在患者体内待进行高温治疗的目标组织处形成聚焦点。2.如权利要求1所述的装置，其中，射频能量的频率在80-120兆赫的频带内。3.如权利要求1所述的装置，其中，单极元件的长度在7厘米-12厘米之间。4.如权利要求1所述的装置，其中，单极元件的直径约在0.1厘米-0.5厘米之间。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述金属波导管的结构将单极元件包封在内腔中，并形成围绕在患者体外的椭圆形治疗窗口。6.如权利要求5所述的装置，其中，该装置使用带有冷却蒸馏水或去离子水的水团，将单极元件辐射的射频能量耦合到患者体内。7.如权利要求6所述的装置，其中，该装置通过空气隙将单极元件辐射的射频能量耦合到患者体内，由空调空气及室温空气中的空气冷却所述空气隙，由风扇或气管供给所述冷却空气。8.如权利要求1所述的装置，其中，各单极元件排列成园环形，该园环的直径约在50厘米-70厘米之间。9.如权利要求1所述的装置，其中，单极元件和背后的反射接地平面之间的间距在约6厘米-10厘米之间。10.如权利要求1所述的装置，其中，患者治疗窗口的长轴为约42厘米-52厘米，短轴为约30厘米-38厘米。11.如权利要求1所述的装置，其中，患者被支承在一个平坦的不导电表面上，所述不导电表面设在单极阵列加热装置的治疗窗口内。12.如权利要求1所述的装置，其中，患者被支承在一个凯芙拉或其它织物的表面上，所述表面设在单极阵列加热装置的治疗窗口内，并且该凯芙拉或其它织物的表面支承在不导电的园柱形管件上。13.如权利要求1所述的装置，其中，该装置还包括至少一个温度传感器，所述温度传感器位于患者的身体表面上，并测量患者体表温度；所述位于患者身体表面上的至少一个温度传感器和至少一个电场探头向计算机控制电路发出反馈信号，计算机控制电路根据该反馈信号控制移相器及功率放大器网络，以调节输送给各个单极元件的相位及功率，从而在患者体表形成一个或多个零电场区域，还将能量聚集到待处理的深层组织区域内，将该深层组织区域加热到39℃-46℃的范围内。14.如权利要求13所述的装置，其中，通过自适应相控阵列的快加速梯度搜索算法控制患者皮肤上形成的所述零电场区域以及待治疗组织区域内的聚焦点的大小，所述算法调节递送给每个单极元件的相位及功率。15.如权利要求14所述的装置，其中，被聚焦的射频能量对目标组织进行加热，使在目标组织附近的血流中循环的热敏脂质体释放出药物。16.如权利要求15所述的装置，其中，所述目标组织是下列组群中的一种：肝、肺、乳房、前列腺、胰、胃、直肠、结肠、膀胱，以及人体的其它深层器官。17.如权利要求14所述的装置，其中，被聚焦的射频能量对所述目标组织加热并增强化学疗法或在目标组织附近的血流中循环的药物的疗效。18.如权利要求17所述的装置，其中，所述目标组织是下列组群中的一种：肝、肺、乳房、前列腺、胰、胃、直肠、结肠、膀胱，以及人体...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦J芳恩，约翰蒙，丹尼斯史密斯，
申请(专利权)人：效思因加拿大有限责任公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]