CN102395326B - 具有介电变换器的基于射频的消融系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于传输射频(RF)能量以消融生物组织的消融装置具有从近端延伸至远端的细长的内同轴导体和外同轴导体。射频天线布置在装置的远端部，并传输用于消融待治疗组织的射频能量。通过围绕天线设置多层电介质，或通过依靠纵向阶梯式的介电层介电变换器提供从导体至天线尖的末端的逐渐转变点来减少来自组织或消融点的能量反射。

Description

具有介电变换器的基于射频的消融系统和方法

背景技术

1.技术领域

本发明涉及一种用于通过在射频(RF)天线周围产生的电场来消融组织和阻塞(尤其是诸如人的心脏、肝脏、动脉和脉管等动物的填充有液体的内腔内的组织和阻塞)的基于RF的系统，并且具体涉及减少这样的系统中的反射信号损失。

2.背景技术

治疗性组织消融系统通过不同的能量交换手段(例如热传导和辐射)将能量施加到生物消融组织部位。这些系统可采用各种能量模式，例如射频、超声波、激光、冷冻等。在射频(RF)范围内，某些微波消融系统用于破坏或消融生物组织。在一个应用中，微波消融系统用于消融造成不规则心跳或心律不齐的心脏组织，避免更为危险和侵害性的打开心脏手术。在这样的应用中，消融元件(例如射频天线)被合并为导管或探子(probe)的一部分。导管穿过静脉进入心房。在心房内，射频天线被定位在应用消融的期望位置处。

微波消融系统还能用于治疗其它生物部位(例如动脉、器官和身体脉管)。例如，微波消融系统用于消融肺部、肝脏、肾脏或身体其它区域中的肿瘤。

这些外科手术和治疗性应用需要一个有效的系统，该系统将射频能量传输到消融元件，消融元件将能量传输到目标组织部位。Ormsby等人的美国专利申请公开号20080015570描述了一种包括空心导电同轴电缆的组织消融系统，空心导电同轴电缆包括：第一内细长导电管状元件，具有远端部，第一管状元件具有空心的、轴向延伸的腔；第二细长导电元件，被布置为基本在电缆的长度上与第一导电管状元件的至少一部分基本同轴；电介质，布置在第一导电管状元件与第二导电管状元件之间；以及消融元件或射频天线，将包括微波的射频能量输送至身体组织且被布置在电缆的远端部处。射频天线适于接收和辐射电磁波频谱中通常大于300兆赫(MHz)的微波波段内的射频能量，以沿着生物消融路径消融生物组织。

典型的微波组织消融系统具有射频电源，射频电源沿同轴电缆或波导向天线提供射频能量。大多数现有的组织消融系统被设计为提供可大约为50欧姆的设定阻抗。然而，例如由于同轴电缆特性或治疗过程中组织的电磁性质的变化，系统的导管侧的阻抗趋于改变。已知不同类型的组织(例如心脏组织和肝脏组织)的介电常数是不同的。而且，当组织被治疗时组织的介电性质改变。这妨碍了固定的电磁射频供电电路实现在将最大射频能量输送至正被治疗的组织的过程中的最大性能。在Ormsby的第6,190,382号美国专利中，位于射频能量源与传输线或导管之间的微带变压器用于使50欧姆系统更接近消融天线阻抗。

在Ormsby等人的第7,070,595号美国专利中描述了组织消融系统和方法，其中，调整应用至导管的射频能量脉冲的输出频率以实现与射频天线和生物组织负载阻抗的基本匹配。在该系统中，双向耦合器对应用至微波传输线或同轴电缆的正向脉冲以及从目标消融组织反射回的反射脉冲进行采样，并将信号采样用作向控制器的反馈，控制器改变频率以减少反射信号，使得更多的能量被应用于正被消融的组织。Warner等人的第5,957,969号美国专利描述了一种机械调谐微波消融导管系统和方法，其具有位于电源、传输线或天线中的调谐器，其改变天线配置，使物质相对于天线移动或改变波导。

发明内容

本发明提供了一种改进的基于射频的系统，其用于消融身体脉管的生物组织，包括患者心房，其中，在天线-组织界面处耦合的射频频率通过以下手段增加：适当修改天线设计；在天线有效区域与组织界面之间使用介电变换器或介电梯度；在同轴电缆与天线末端之间设置转变区域；或利用上述技术的组合。

在一个实施方式中，用于传输射频能量以消融生物组织的装置包括：外细长导电管状元件，具有轴向腔；内细长导电元件，以隔开的关系布置在外管状元件的腔中，并延伸超出外管状元件的远端以限定波导，波导被配置为传输微波频率范围内及微波频率范围之上的射频能量；以及天线，适于接收和辐射用于消融生物组织的射频能量，天线与内元件电耦合并与外管状元件的远端远离地隔开以留出空气间隙。在一个实施方式中，内导电元件为在外管状元件的腔内同轴地延伸的管状元件。

这种布置在天线的发射臂与装置的外管状元件或返回臂之间建立了空间或转变区域，以提供故意中断。这样通过提供单端驱动电路减少了系统对组织参数的依赖性。

在另一实施方式中，多层介电变换器或介电堆叠设置在装置的远端部中。介电变换器可包括不同材料的至少两个介电层，至少两个介电层布置在位于天线外表面上的介电堆叠中，介电层被设计为在天线表面与周围的损耗介质或组织界面之间提供逐渐转变或介电梯度。介电层可包括高介电常数薄膜与低介电常数薄膜的交替层，其被布置为将任意组织反射的信号反射回到组织中。层的厚度可与感兴趣的波长1/4波长相等。

在另一实施方式中，提供了一种组织消融装置，其中，通过多个介电层，由装置的同轴电缆及天线末端提供了逐渐转变点，介电层终止于与从电缆向装置的末端纵向隔开的位置处。该逐渐转变减轻了由从同轴电缆中的横向电磁模式(TEM)传播模式变为组织中传播的电磁场的模式模型所引起的模式转换损失，从而减少了可能发生在突然转变中的局部加热效应。

在阅读下面的详细描述和附图之后，本发明的其它特征和优点对本领域的普通技术人员来说将变得更加明显。

附图说明

通过研究附图可部分地获取关于本发明的结构及操作的详细信息，附图中相同的标号表示相同的部件，其中：

图1为根据一个实施方式的消融装置的示意图，该消融装置具有围绕天线的多个介电层；

图2为示出通过图1的装置在金属与组织界面之间提供介电梯度的概念的代表性示意图；

图3为根据第二实施方式的组织消融系统的代表性示意图，该组织消融系统包括具有间隔区的同轴电缆消融装置；

图4为图3的系统的同轴电缆消融装置的放大剖视图；

图5为具有同轴电缆消融装置的组织消融系统的第三实施方式的剖视图，同轴电缆消融装置具有纵向的介电变换器；

图6为具有修改的介电变换器和间隔区布置的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；

图7为具有修改的介电变换器和间隔区布置的同轴电缆消融装置的又一实施方式的剖视图；

图8为与图4所示的实施方式类似但增加了另一介电层的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；

图9为同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图，其中，附加的介电层在间隔区和天线末端上延伸；

图10为具有多个介电层的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；

图11为具有修改的天线设计和多个介电层的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；

图12为同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；

图13为具有修改的天线和介电层设计的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图；以及

图14为具有螺旋线圈天线和单极天线末端的同轴电缆消融装置的另一实施方式的剖视图。

具体实施方式

本文公开的一些实施方式提供了射频能量传输装置，该装置包括用于传导射频(RF)能量(特别是微波能量)以消融生物组织的波导。波导具有外管状导体和内导体，内导体位于外导体的腔内，外导体延伸直至装置的远端部。传输射频能量(特别是微波能量)的消融元件(例如射频(RF)天线)位于波导的远端部。在不同的实施方式中提供了被设置用于对使能量耦合至待治疗组织进行改善的多种布置，所述各种布置包括围绕天线的介电堆叠(stack)、位于与天线连接的电缆之一中的间隔区(spacer)或中断、以及纵向介电变换器，从而从同轴电缆向介电变换器提供逐渐转变点。

在阅读本说明书后，如何通过各种替代实施方式和替代应用来实现本发明对本领域技术人员而言将变得显而易见。不过，虽然本文描述了本发明的多种实施方式，但是可以理解这些实施方式仅通过示例性而非限制性方式给出。如此，各种替代实施方式的这种详细描述不应被解释为限制在所附的权利要求书中所阐述的本发明的范围和广度。

图1示出形成微波消融系统一部分的射频(RF)波导装置或探子10的第一实施方式。微波消融系统类似于2007年7月23日提交的共同未决申请序列号11/781,467以及2007年9月20日提交的共同未决申请序列号11/858,736中所描述的系统，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。装置10是大体管状的并且具有多层结构，多层结构具有沿其长度从近端部(未示出)延伸至远端部12的中央孔或引导线腔。射频(RF)消融天线14位于装置的远端部。内和外导电管状元件或同轴导体自设备的近端部同轴地延伸，至少内导体延伸至与天线的远端或末端15接近的位置。在替代的实施方式中，内导体可以不是管状的。在内导体与外导体之间限定有射频传输波导。介电聚合物材料的外护套或壳体16沿装置10长度的至少主要部分包围同轴导体。

内导体和外导体均包括细长导电管状元件，外导体被布置为与内导体的长度的至少一部分基本同轴。这种布置在内导体的壁与外导体的壁之间限定环形空间，环形空间中设置有电介质。电介质可以是固体、或流体、或固体与流体的组合物，其填充内导体与外导体之间的空间。任何未被填充的空间可被抽空以形成真空，或填充有替代的介电固体或流体材料。介电流体介质(例如空气)可被分配以代替固体介电层。同样表现出介电性质的真空可通过在制造过程中从电缆的远端部与近端部之间的空间抽出空气和对其进行密封来引入。可选地，真空源可配置为与内导体和外导体之间的空间流体连通。

在本实施方式中，位于设备的远端部10处的消融天线14可以是单极天线或偶极天线或螺旋线圈天线，并电耦合至同轴电缆装置的至少内导体。天线适于接收和辐射来自与内和外同轴导体耦合的射频能量源的电磁能。在可选的实施方式中，其它形式的消融装置或射频天线可用于替代天线14，例如布置在同轴电缆装置的远端部处的一对隔开的导电微带，如第6,663,625号美国专利中所描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。在现有技术的天线布置中，消融天线涂覆有单层介电密封材料。天线与组织界面之间的突变界面阻止电磁能有效地耦合至组织。通常，在这种组织的情况下电场在绝缘层与外部介质之间的界面处发生反射。这导致了在放大器输出端口处发生的高反射损失。如果没有合适的管理方案，这可导致对高输出微波放大器的损害。在图1的实施方式中，不同介电材料的两层或多层20的介电堆叠18围绕天线的有效区域，从而在有效天线区域14与待治疗的周围组织22之间产生介电梯度，如图2所示的那样。

在光学领域中众所周知的是，通过堆积多层交替的高介电常数薄膜和低介电常数薄膜，(尤其具有与感兴趣的波长/频率的1/4波长相等的特定厚度)，能量传输和反射特性可被改变。图2的实施方式利用这些1/4波长堆叠(对入射电磁波)的破坏性干涉和建设性干涉来改善进入组织的传输。利用适当优化的介电层，消融天线的效率可得到改善和优化。如图2所示，一些能量在介电层之间的转变(transition)处被反射回去，但总能量中比仅用单介电层或涂层所传输的能量多的能量被传输到组织22中。介电层20的多个参数可被改变以实现期望的传输水平，例如厚度、折射率等。在一个实施方式中，介电层被布置为产生介电梯度，介电梯度使组织/天线界面处的电磁能反射减少或最小化。层中的一层或多层可以是空气。

在一个实施方式中，介电常数比天线材料或围绕天线的绝缘材料的介电常数小的单层电介质可设置在天线末端上。该层的厚度与射频信号的1/4波长相等。这产生了彼此破坏性干涉的反射。单层能够消除一种波长下的反射。如图1和图2所示的多层涂层可减少更宽的电磁波频谱上的损失。因此，第二层电介质可设置在第一层上，第二电介质具有比第一电介质高的介电常数，从而进一步减少更宽的电磁波频谱上的损失。可设置具有交替的高和低介电常数以及不同的厚度的附加层，以进一步调整和减少损失，介电堆叠可根据需要设计用于特定应用。在具有用于流体介质的合适的容纳结构的情况下，介电介质可以是任意合适的固体介质或流体介质(包括空气)。

利用多层的介电介质(dielectric media)，天线末端的能量耦合可得到改善。虽然图1所示的示例示出了使用管状介电片来实现介电堆叠，但是可在可选的实施方式中使用堆积两层或多层介电抗反射涂层的堆积方法来建立期望的介电梯度。如图1和图2所示，介电层提供了从天线表面至周围的损耗介质的逐渐转变，减少了沿消融末端的波传播过早耗尽(short out)的风险。

用于介电层的合适的介电材料的一些实例包括含氟聚合物：PTFE(聚四氟乙烯)，介电常数(DC)范围为2.1至2.3；FEP(氟化乙丙烯)，DC范围为2.1至2.4；PEEK(聚醚醚酮)，DC范围为3至3.6；陶瓷，DC范围为3至100以上；聚乙烯，DC范围为2.1至2.3。这些可应用于涂层或管状护套。空气的介电常数范围为1至1.1，其也可与多种上述材料混合来产生混合介电值，真空也可包含在介电堆叠中。

图3为根据另一实施方式的组织消融系统30的示意图，而图4为系统的同轴电缆装置32的至少一部分的剖视图，其中，系统具有同轴波导34及位于装置32远端处的天线35。柄36与波导34的近端连接。射频信号发生器38通过柄与波导34连接。来自波导的输出信号通过柄与信号处理器40连接，例如，如2006年6月30日提交的共同未决申请序列号11/479,259中所描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。

在本实施方式中，同轴电缆波导34具有内管状导体42和与内导体同轴的外管状导体44，并且介电材料层45位于外管状导体44与内管状导体42之间。在示出的实施方式中，天线35是具有尖的末端48的单极天线并被固定至波导的远端，在外导体44的远端52与天线的相对端面54之间设有间隔区或空气间隙50。内导体42具有伸入天线中的远端部，并具有中央空心腔55，温度传感器56位于中央空心腔55中，虽然在其它实施方式中温度传感器56可被置于任何位置，但在上述情况下温度传感器56被置于伸入天线的导体部分中。温度传感器导线58从传感器延伸穿过腔55并穿过柄，连接至信号电缆60。天线35的内端面具有中央突出的凸起62，中央突出的凸起62围绕内导体42并伸到介电层45远端中的相应圆筒形腔或端孔64内，从而在波导与天线之间提供更牢固的接合。外屏蔽层(未示出)在外导体44上延伸，天线的外表面也涂有介电材料的至少一个保护层(未示出)。在一个实施方式中，外介电层在外导体、空气间隙、以及天线的至少一部分上延伸以提供机械支持。天线末端可具有不同介电材料的涂层。

图3和图4的布置提供空气间隙，空气间隙在天线的发射臂与电磁结构的返回臂或回流侧之间产生转变区域或中断。空气间隙为天线的正极与负极之间的转变提供了更多的控制，因此避免或减少了从同轴电缆到天线的突然转变，突然转变可导致周围组织的局部加热。

图5示出射频消融系统65的另一实施方式，其中同轴电缆装置66与图4所示的装置类似，但包括附加的介电层。系统65的其它部分与图4所示的系统相同，相同的参考标号适当地表示相同的部件。在图5中，柄36被剖开以更详细地显示内控制电路。如图5所示，射频信号电缆68连接至印刷电路板72上的变压器电路70。变压器电路70被设计为将微波系统的50欧姆的正常阻抗调整为更接近消融天线阻抗，例如，如上所述在Ormsby的第6,190,382号美国专利中描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。温度检测电路73也位于柄内的PCB上，并将温度传感器导线58连接至信号电缆60。

如上所述，图5的同轴电缆装置66与图4的装置类似，并包括具有内同轴导体42和外同轴导体44的波导，其中，介电层45位于两个导体之间，天线35固定至波导的远端，在外导体42的远端与天线35的相对端面之间具有空气间隙50。在本实施方式中，不同介电材料的两个外层74、75设置在外导体44的外侧，第一外层74延伸超出导体44的远端并在天线35的外表面的一部分上延伸，在距天线末端不远处终止。第二外介电层75终止于距外导体44的远端不远的点76处。这样的布置提供了从消融同轴电缆到天线末端的逐渐转变，即，从外介电层75的端部到外导体44的端部、到空气间隙50、以及到第一介电层74端部的纵向阶梯式转变。在本实施方式中，天线末端还涂有介电材料。

图5的实施方式提供了从消融同轴电缆至天线末端的逐渐转变点，这减少了来自组织或消融点的反射。同轴电缆由于其对称设计而自然地支持TEM模式。然而，在天线消融点处，电磁场在组织中的分布不可能是同轴电缆的TEM模式，这是因为其开放边界(openboundary)性质和不同的介电特性。因此，发生了模式转换损失，这是同轴电缆消融装置众所周知的问题。减轻这种转换损失的一种方法为从TEM模式逐渐转变至组织的模式模型，这可通过围绕天线且产生逐渐转变的介电堆叠实现，如图1所示，或可通过具有纵向阶梯式介电层的纵向介电变换器实现，如图5所示。

图6示出同轴电缆装置80的另一实施方式，其与先前的实施方式类似，除了对内介电材料以及天线内端部与内电介质的匹配端部所作的修改之外。因为图6所示的实施方式的其他部分与图5所示的实施方式相同，所以相同的参考标号适当地表示相同的部件。在本实施方式中，图5的内介电层由不同介电材料的两个同心管状层82、84代替。另一不同之处在于，外管状导体在天线35的外表面上延伸至与天线远末端接近的位置处，第一外介电层74在外导体的远端上延伸。在本实施方式中，环形的空气间隙或中断50被设置在外导体长度中向后地与天线35隔开的位置处。在本实施方式中也修改了内介电层和天线的相对端面。取代位于天线内端部处的中央突出的凸起62，天线具有突出的凸起85，突出的凸起85具有中央环形凹部(recess)86和同心的外凹部88，两个介电层82、84的相对端面具有伸入到凹部86中的中央凸起90、层84中伸入外凹部88中的外环形突出缘92的匹配结构。这样会将机械强度进一步施加至同轴电缆与天线之间的连接。

图7示出另一同轴电缆装置80，其为图5和图6所示的实施方式的变型。在本实施方式中，外导体44和外介电层74、75与先前的实施方式类似。设置了单一的内介电层45，介电层45和天线35的相对端面是平的。在本实施方式和先前的实施方式中，相对的面可用粘合剂等适当地粘结在一起。

图8示出作为图4所示的实施方式的变型的另一同轴电缆装置85，相同的参考标号适当地表示相同部件。除了增加介电材料的外波导绝缘层86之外，装置85与装置32相同，绝缘层86在导体44的远端之前终止。内导体42、介电层45、外导体44以及外介电层86同轴布置。

图9示出同轴电缆装置90的另一实施方式。本实施方式与图8所示的类似，除了本实施方式中外介电层92在波导间隔区或空气间隙50上延伸并在天线上延伸至天线末端48之外。在本实施方式中可提供介电材料的一个或多个外层。此外，内介电层和外介电层以及内导体和外导体同轴布置。

图10示出具有可能不同的另一天线和波导设计的同轴电缆装置100的另一实施方式。本实施方式与图7所示的实施方式在某些方面类似，适当地使用了相同的参考标号。如图7所示，本实施方式中的波导具有内同轴导体42和外同轴导体44，以及导体之间的不同介电材料的两个内层102、104。与图7所示的实施方式一样，外导体44在天线35外表面的一部分上延伸，环形的空间或空气间隙50设置在外导体中向后地与天线隔开的位置处。同样如图7所示，提供了不同介电材料的两个外层74、75，其中一个外层延伸至外导体44的远端，最外面的层75终止于空气间隙50之后。图7与图10之间的主要区别为内介电层102、104与天线35内端部之间的界面或连接。在这种情况下，最里面的内介电层102在距最外面的内介电层104的远端不远处终止，从而限定了中央凹部，中央凸起62设置在天线的内表面上(与图9类似)并延伸至介电层的匹配的中央凹部。

图11示出同轴电缆装置110的另一修改的实施方式，同轴电缆装置110与图10所示的装置类似，除了波导与天线之间的界面、温度传感器56的位置以及空气间隙或间隔区112的长度之外，相同的参考标号适当地表示相同部件。如先前的实施方式，本实施方式具有包括同轴的内管状导体42和外管状导体44的波导，其中外管状导体44在天线35外表面的至少一部分上延伸。如先前的实施方式，第一外层74和第二外层75被设置为围绕外导体44，第一外层74延伸至导体44的远端，第二外层终止于间隔区112之后的位置处，间隔区112比先前实施方式中的空气间隙或间隔区50长。如先前的实施方式，提供了不同介电材料的两个内层118、119，但与先前实施方式不同的是，最里面的介电层长于最外面的内介电层，并延伸到天线35的内端面中的中央孔或凹部114内。同样，最外面的层具有凹部，天线35的环形突出棱115延伸到该凹部内。在本实施方式中，温度传感器56在内导体42的中央孔或腔55中的定位与先前的实施方式不同，并被定位为比先前实施方式向后。因此，在一些情况下，温度传感器位于天线35的区域中，而在其它情况下温度传感器与天线后部隔开且位于空气间隙或间隔区附近，在其它情况下温度传感器向后地与空气间隙或间隔区隔开。

图12示出同轴电缆装置120的另一实施方式，同轴电缆装置120与图5所示的实施方式类似，除了单一内介电层45由两个同心介电层122、124来代替、天线与波导之间的界面或连接的形状改变、以及温度传感器56的位置改变之外。装置120的其它部分与图5所示的装置相同，相同的参考标号被适当地使用。天线35的内端面的形状被修改，并具有中央圆筒形凹部125而不是突出的凸起。最里面的介电层122的远端部126延伸超出周围的介电层124的远端并延伸到天线35的中央凹部125内。这帮助天线对准和固定至波导远端。温度传感器被定位在天线与波导之间的界面之后，与外介电层75远端位于近似相同的轴向位置。

图13示出根据另一实施方式的修改的同轴电缆装置130，图13的实施方式与图12示出的实施方式类似，除了波导与天线之间的界面和天线内端部的形状被修改之外。在这种情况下，天线端面具有中央突出的凸起62，如图5所示，两个内介电层中的最外面的层124具有延伸超出最里面的层122的远端并包围凸起62的远端部132。温度传感器56的位置也向前与图12中所示位置间隔。图12和图13的实施方式显示出一些其它可能的天线和波导设计。

图14示出根据另一实施方式的另一修改的同轴电缆装置140。本实施方式具有螺旋形天线142和位于同轴电缆装置的远端部处的单极天线末端144。如先前的实施方式，装置140具有内同轴导体42和外同轴导体44，两个导体之间设有一个介电层45(或多个介电层)。外导体在距单极天线末端144不远处终止，螺旋线圈天线142在外导体44的远端与天线末端144之间延伸。内导体42的远端部以与先前实施方式中类似的方式伸入天线末端144内，内导体42具有空心腔55。温度传感器56位于腔55的远端部中且邻近单极天线末端144的近端，温度传感器引导线58延伸穿过腔和装置的柄，以连接至信号电缆。在示出的实施方式中，外绝缘层或介电层145覆盖整个波导和天线直至单极天线144的末端。可选地，介电层145可在距末端不远处终止，或者，不同介电材料的多层可如先前实施方式那样设置，从而建立和控制射频场。

在图14中，螺旋形天线的相反端部可与外导体44的远端连接以及通过远端的天线末端144与内导体连接。可选地，螺旋形天线可具有开放端部，即，未与内导体或外导体连接的端部。例如，可在螺旋形天线142远端与天线末端144之间设置间隙，或在螺旋形天线142近端与外导体144远端之间设置间隙，使得仅一个端部与导体连接。可选地，螺旋形天线的两个端部都是开放的，即，没有任何一个端部与导体连接，螺旋形天线在外导体与末端之间浮动。这些可替换的方案中的每个方案提供与不同生物组织阻抗匹配的不同天线转动能力。

图4至图14的实施方式示出多种可能的天线设计中的一些天线设计，这些设计利用位于内导体与外导体之间的介电材料的一层或多层，以及不同的天线主体和末端形状、不同的间隔区长度、和零至多层的外绝缘材料。这些不同设计可用于建立和控制天线周围的射频场。在这些实施方式中的每个实施方式中，还可围绕天线设置介电堆叠(如图1和图2中所描述的那样)，以减少能量反射并将更大量的射频能量传输至组织。

在前述实施方式中，内管状元件和外管状元件可以是任意合适的导电材料，在并入可转向的装置时可以是柔性的或在并入刚性探子装置时可以是刚性的。一个或两个导电管状元件可以是导电的金属丝网或编织材料，或导电的薄膜材料。单极天线如示出的实施方式可具有尖的末端，或在可选的实施方式中可具有圆形的无创伤末端。

因为天线是射频功率的最终输送点，所以天线设计是消融系统中最重要的方面之一。一些重要的因素使天线足够小以便于使用并且还成为微创的，同时还将天线设计为有效的辐射体。组织的介电常数有助于减小尺寸，但仍使天线非常依赖于其周围环境。在上述实施方式中，通过修改无地平面(ground plane-less)单极作为偶极来采用准偶极设计。这提供了单端驱动电路和在某种程度上减少或最小化对组织参数的依赖性能力。例如，因为偶极全部没入组织电介质内，所以谐振频率也依赖于组织参数。准偶极的方式使其能够更容易地适应这种变化而不用牺牲消融结果。在前述实施方式中同轴电缆组件的设计通过以多种方式减少同轴电缆装置与组织之间的突变界面，提供了天线与周围的组织性质之间更好的匹配，从而将增加的射频能量耦合至组织，其中，多种方式例如为将空气间隙并入从一个导体至天线的电路径中、提供围绕天线的介电堆叠来提供介电梯度并减少反射、和/或通过提供沿装置终止于阶梯式间隔处的多介电层的纵向阶梯式介电变换器。

此外，为了最小化或减少组织特征和探子谐振频率的相互作用，探子外部上的界面材料被选择以允许有效辐射并减少装置对组织参数的依赖性。如果上述同轴电缆装置与射频频率可调节的消融系统耦合，探子辐射效率可进一步提高，如Ormsby等人在第7,070,595号中美国专利所描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。更小的电缆直径覆盖区也可通过使用微带电路实现。

上述公开的实施方式的描述使本领域的任一技术人员能够制造或使用本发明。这些实施方式的各种变型对本领域的技术人员来说是显而易见的，本文中所描述的一般原理可在不背离本发明的精神或范围的前提下应用到其它实施方式中。因而可理解，本文给出的说明书和附图表示本发明目前优选的实施方式，因此代表本发明宽泛地预期的主题。可进一步理解，本发明的范围完全包含可对本领域的技术人员显而易见的其它实施方式，因此本发明的范围仅由所附的权利要求限定。

Claims (49)

1.一种用于传输射频能量以消融生物组织的装置，包括：

外细长导电管状元件，具有轴向腔、远端和近端；

内细长导电元件，以隔开的关系布置在所述外细长导电管状元件的腔内以限定波导，所述波导被配置为传输微波频率范围内的射频能量，所述内细长导电元件具有远端和近端；

天线，电耦合至所述内细长导电元件的至少远端，并适于接收和辐射用于消融生物组织的射频能量，所述天线具有外表面；以及

至少两层电介质，围绕所述天线的外表面叠置以在所述天线与周围组织之间提供介电梯度，从而减少来自所述组织的反射，所述至少两层电介质为不同的介电介质，其中，所述至少两层电介质中的至少一层的延伸在到达所述外细长导电管状元件的远端之前终止。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线为单极。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括位于所述内细长导电元件与所述外细长导电管状元件之间的电介质。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电介质在其远端部处具有内部凹陷，以接纳所述天线的至少一部分。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述天线具有接纳所述电介质远端部的内部凹陷。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括位于所述天线与所述外细长导电管状元件之间的介电环元件。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述射频能量为大约300MHz和300MHz以上的微波频率范围。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电管状元件的至少一个由导电金属丝网形成。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电管状元件的至少一个由导电编织材料形成。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电管状元件的至少一个由导电薄膜材料形成。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线具有尖的远末端。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线具有无创伤的远末端。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内细长导电元件和所述外细长导电管状元件包括柔性材料。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部延伸超出所述外细长导电管状元件的远端。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，不同的介电介质具有不同的介电常数。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述至少两层电介质包括至少两个介电层，所述介电层围绕所述装置的位于所述天线处的远端部，并具有大约与所述射频能量的波长的四分之一相等的厚度，第一层的介电常数小于所述装置的远端部的介电常数，第二层的介电常数大于所述第一层的介电常数。

17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内导电元件包括与所述外层同轴延伸的管状元件。

18.一种用于传输射频能量以消融生物组织的装置，包括：

外细长导电管状元件，具有轴向腔、近端和远端；

内细长导电元件，以隔开的关系布置在所述外细长导电管状元件的腔内以限定波导，所述波导被配置为传输微波频率范围内的射频能量，所述内细长导电元件具有近端和远端；

天线，位于所述装置的远端处且电耦合至至少所述内细长导电元件，并适于接收和辐射用于消融生物组织的射频能量，所述天线具有外表面；以及

由不同介电介质构成的至少第一外层和第二外层，围绕所述外细长导电管状元件布置并沿所述外细长导电管状元件长度的至少一部分延伸，所述第一外层的远端部伸出所述第二外层的远端之外，所述第二外层的延伸在到达所述外细长导电管状元件的远端之前终止，所述外细长导电管状元件的远端与两个外层的远端成阶梯式设置。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部延伸超出所述外细长导电管状元件的远端。

20.根据权利要求19所述的装置，还包括位于所述内细长导电元件与所述外细长导电管状元件之间的电介质。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述电介质延伸超出所述外细长导电管状元件的远端直至所述天线。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述电介质在其远端处具有接纳至少一部分所述天线的内部凹陷。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部伸入所述天线内。

24.根据权利要求21所述的装置，其中，所述天线在其近端处具有接纳所述电介质远端部的内部凹陷。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部伸出所述电介质的远端部之外并伸入所述天线内。

26.根据权利要求18所述的装置，其中，所述天线为单极。

27.根据权利要求18所述的装置，还包括覆盖所述天线外表面的至少一个介电层。

28.根据权利要求18所述的装置，还包括不同介电介质的至少两层的堆叠，所述不同介电介质的至少两层的堆叠围绕所述天线被布置以在所述天线与周围组织之间提供介电梯度，从而减少来自所述组织的射频信号的反射。

29.根据权利要求18所述的装置，其中，所述内导电元件包括以同轴的关系布置在所述外细长导电管状元件的腔中的管状元件。

30.一种用于传输射频能量以消融生物组织的装置，包括：

外细长导电管状元件，具有轴向腔；

内细长导电元件，以隔开的关系布置在所述外细长导电管状元件的腔中以限定波导，所述波导被配置为传输微波频率范围内的射频能量；

至少第一天线，电耦合至至少所述内细长导电元件，并适于接收和辐射用于消融生物组织的射频能量，所述天线具有外表面；以及

间隙，位于从所述外细长导电管状元件到所述天线的路径中；以及

由不同介电介质构成的至少第一外层和第二外层，围绕所述外细长导电管状元件布置并沿所述外细长导电管状元件长度的至少一部分延伸，

其中，所述第一外层的远端部伸出所述第二外层的远端之外，所述第二外层围绕所述第一外层，所述外细长导电管状元件的远端与两个外层的远端成阶梯式设置，以形成具有纵向阶梯式介电层的纵向介电变换器，从而提供了从所述波导至所述天线的逐渐转变以减少所述装置的消融点处的射频能量反射。

31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述外细长导电管状元件的远端与所述天线远离地隔开以限定所述间隙，所述间隙包括空气间隙。

32.根据权利要求30所述的装置，其中，所述外细长导电管状元件具有延伸至所述天线的远端部，该远端部具有沿其长度的环形空间，所述环形空间形成所述间隙，所述间隙包括空气间隙。

33.根据权利要求30所述的装置，其中，所述第一天线包括单极，所述单极的远末端限定所述装置的远端。

34.根据权利要求33所述的装置，还包括位于所述外细长导电管状元件与所述单极之间的第二天线。

35.根据权利要求34所述的装置，其中，所述第二天线包括位于所述间隙中的螺旋线圈天线。

36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述螺旋形天线具有与所述外细长导电管状元件和所述单极连接的相反端部。

37.根据权利要求35所述的装置，其中，所述螺旋形天线的一端是开放的。

38.根据权利要求35所述的装置，其中，所述螺旋形天线的两端均是开放的，并且所述螺旋形天线在所述外细长导电管状元件与所述单极之间浮动。

39.根据权利要求30所述的装置，还包括位于所述内细长导电元件与所述外细长导电管状元件之间的电介质。

40.根据权利要求39所述的装置，其中，所述电介质延伸超出所述外细长导电管状元件的远端直至所述天线。

41.根据权利要求40所述的装置，其中，所述电介质在其远端处具有接纳至少一部分所述天线的内部凹陷。

42.根据权利要求41所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部伸入所述天线内。

43.根据权利要求40所述的装置，其中，所述天线在其近端处具有接纳所述电介质远端部的内部凹陷。

44.根据权利要求43所述的装置，其中，所述内细长导电元件的远端部伸出所述电介质的远端部之外并伸入所述天线内。

45.根据权利要求30所述的装置，还包括介电材料的至少一个外层，所述至少一个外层在所述外细长导电管状元件的至少远端部和所述间隙上延伸直至所述第一天线。

46.根据权利要求45所述的装置，其中，所述外介电层延伸至所述装置的远末端。

47.根据权利要求30所述的装置，还包括覆盖所述天线外表面的至少一个介电层。

48.根据权利要求47所述的装置，还包括不同介电介质的至少两层的堆叠，所述不同介电介质的至少两层的堆叠围绕所述天线被布置以在所述天线与周围组织之间提供介电梯度，从而减少来自所述组织的射频信号的反射。

49.根据权利要求30所述的装置，其中，所述内导电元件包括以同轴的关系布置在所述外细长导电管状元件的腔中的管状元件。