Внутритканевый СВЧ-излучатель и способ его изготовления Советский патент 1990 года по МПК A61B18/18 

Изобретение относится к медицинской электрохирургической аппаратуре с использованием сверхвысокочастотной энергии.

Цель изобретения - улучшение равномерности нагрева за счет большей однородности электрического поля в биоткани, окружающей центральный проводник.

На фиг. 1 показан внутритканевый СВЧ-излучатель; на фиг. 2 - схема нанесения слоя диэлектрика в термо- коагулируемом геле.

Внутритканевый СВЧ-иэлучатель содержит коаксиальный волновод 1, центральный проводник 2 и слой 3 диэлектрика.

На фиг. 2 обозначены: 4 - гель; 5 - коагулируемый слой геля; 6 - диаграмма электрического поля.

Внутритканевый СВЧ-излучатель работает следующим образом.

Излучатель подключают к СВЧ-генера тору мощности и подводят к поверхнрс- ти биоткани до соприкосновения. Включают СВЧ-мощность, при этом она по коаксиальному волноводу 1 поступает на выступающую часть центрального проводника 2 и излучается в простран- ство, нагревая биоткань. При погружении излучателя в глубину биоткани происходит бескровная коагуляция прилегающего к центральному проводнику 2 объема биоткани.

Слой диэлектрика 3, наносимый на центральный проводник 2 излучателя по его длине, характеризуется переменной толщиной:

d « dccos - . sin2 (kz + 1/2) ,

где dp - толщина слоя при г 0;

z - расстояние от начала выступающей части проводника до рассматриваемой точки;

1 - длина центрального проводника излучателя;

k - действительная часть постоянной распространения.

При выполнении излучателя с толщиной слоя диэлектрика, определяемой по указанному выражению, обеспечивает ся более равномерная толщина коагулируемой ткани, чем это возможно с использованием известных устройств.

Способ изготовления внутритканевого СВЧ-излучателя заключается в следующем.

0

5

0

5 Q

5

0

5

0

-

Приготавливают гель из необратимого термокоагулируемого полимера, полностью погружают в него выступающий центральный проводник, пропускают СВЧ-мощность, нагревая гель, извлекают из него излучатель, ополаскивают его дистиллированной водой, высушивают и покрывают водонепроницаемой пленкой из диэлектрического материала.

Для изготовления внутритканевого излучателя приготавливают состав в виде геля, имитирующий по механическим и электрофизическим свойствам биоткань и содержащий, вес.%: Бычий сывороточный альбумин15-20

Желатин3-5

Хлористый натрий 0,9-1,1 Вода 81,1-73,9

Поскольку в тканях организма человека содержание белков колеблется в пределах 18-25%, общая концентрация солей составляет около 1%, а остальную массу ткани составляет вода, для состава, имитирующего ткань, взяты средние значения указанных в формуле величин. Гелеобразная консистен ция необходима для предотвращения переноса тепла путем конвекции, которая искажает картину теплового поля излучателя.

Гель готовят следующим образом.

В 77 г дистиллированной воды растворяют 1 г хлористого натрия и 18 г бычьего сывороточного альбумина. Затем добавляют к полученному раствору 4 г размолотого желатина и оставляют на один час. После этого подогревают состав на водяной бане до при перемешивании до полного растворения желатина. После охлаждения раствора до комнатной температуры образуется прозрачный желтоватого цвета гель.

Для нанесения слоя диэлектрика полностью погружают в гель выступающий центральный проводник и пропускают по нему СВЧ-энергию с частотой 2450 МГц и мощностью, рассчитанной по формуле

Р Р0 + К-С-р 1-И Гг (Т, - Тг)-г ,

де Р0 - отраженная СВЧ мощность,

Вт;

К - коэффициент, подобранный экспериментально;

С - теплоемкость геля, Дж/г. град;

Р - плотность геля, г/см1;

1 - длина выступающей части центрального проводника, не превышающая двух длин волн в ткани, см;

г - радиус центрального проводника, см;

Т, - температура коагуляции полимера, град;

Т4 - исходная температура геля, град;

t - время СВЧ нагрева, равное 1-2 с;

Учитывая, что теплоемкость геля- составляет 3,47 Дж/г град, плотность геля р 1,07 г/см3, длина выступающей части центрапьного проводника 1 1,7 см, радиус центрального проводника г - 0,034 см, температура коагуляции бычьего сывороточного альбумина TI - 65°C, исходная температура геля т - 20°С, время СВЧ-на30

35

ре иная отраженная мощность Р0 составляет 4% от выходной мощности генератора, а эмпирически найденный для частоты 2450 МГц коэффициент пропорциональности К равен 50, рассчитанная мощность, подаваемая в излучатель, составляет 54 Вт.

Поглощение СВЧ-мощности гелем 4, имитирующим по своим свойствам коагу- дируемую ткань, приводит к нагреву и термокоагуляции альбумина, который образует слой 5, адгезировэнный к поверхности погруженного в гель проводника. 40 При этом толщина коагулированного слоя пропорциональна интенсивности тепловыделения, которая, в свою очередь, пропорциональна плотности тока, протекающего в геле. При коротких экспозициях, когда процессами термодиффузии можно пренебречь, конфигурация коагулированного слоя альбумина будет соответствовать изотерме теплового поля излучателя.

50

45

После пропускания СВЧ-мощности излучатель извпекают из геля, ополаскивают дистиллированной водой и высушивают при комнатной температуре в замкнутом объеме с поглотителем влаги, в качестве которого используют хлористый кальций. Высушивание проводят до постоянной толщины слоя диэлектри5355336

ка, которую контролируют с помощью микроскопа и окуляр-микрометра.

Высушенный слой альбумина покрывают одним слоем фторопластового лака Ф-32Л путем окунания с последующим высушиванием при комнатной температуре. Образованная таким образом пленка защищает слой альбумина от набухания Ю во влажной среде и при погружении излучателя в ткань.

Формула изобретения

15

1. Внутритканевый СВЧ-излучатель, содержащий коаксиальный волновод с выступающим центральным проводником, покрытым слоем диэлектрика, отличающийся тем, что, с целью улучшения равномерности нагрева за счет большей однородности электрического поля в биоткани, окружающей , центральный проводник, слой диэлектрика расположен осесимметрично, его толщина d изменяется вдоль проводника согласно выражению

d d0cos(||)sin2 (kz + /Г/2),

где d0 - толщина слоя изоляции при z 0;

z - расстояние от начала выступающей части проводника до рассматриваемого сечения;

1 - длина центрального проводника излучателя;

k - действительная часть постоянной распространения.

2.СВЧ-излучатель по п. 1, отличающий ся тем, что слой диэлектрика образован термокоагули- рованным полимером, покрытым водонепроницаемой диэлектрической пленкой, толщ1шы которых не превышают соответственно 0,15 и 0,02 радиуса центрального проводника.

3.Способ изготовления внутритканевого СВЧ-излучателя с выступающим центральным проводником, включающий нанесение на проводник слоя диэлектрика с последующей его сушкой, о тл и чающийся тем, что диэлектрик изготавливают из геля, с необратимо термокоагулируемым полимером, для чего выступающий центральный проводник излучателя полностью погружают в гель, нагревают гель СВЧ-излучени

Изобретение относится к медицинской электрохирургической аппаратуре для прогрева и коагуляции ткани. Целью изобретения является улучшение равномерности нагрева ткани. Излучатель содержит коаксиальный волновод 1, центральный проводник 2 и слой 3 диэлектрика. Слой диэлектрика концентричен центральному проводнику, а толщина слоя изменяется по его длине. Слой диэлектрика образован необратимо термокоагулированным полимером, для нанесения которого приготавливают состав в виде геля, имитирующий по механическим и электрофизическим свойствам биоткань. После погружения в этот состав проводника 2 по нему пропускают СВЧ-мощность определенного уровня. После извлечения и сушки слой 3 термокоагулированного полимера покрывают водонепроницаемой пленкой. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Составитель В. Аниськин Редактор А. Лежнина Техред М.Дидык Корректор И. Муска

Заказ 67

Тираж 531

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ум. г

Подписное