適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，在該透鏡的內部靠近皮膚的一側設有冷卻層，使透鏡本身具備散熱功能，從而避免冷卻層與透鏡之間、冷卻層與組織之間的反射，既簡化了基于異向介質透鏡的熱療方案和系統，又可在一定程度上減少系統內各層之間的反射，提高熱療效率。
【專利說明】適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微波熱療系統，尤其涉及一種適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡。
【背景技術】
[0002]微波熱療是指借助各種不同形式的微波輻射器，將微波能量引導照射于人體的病變部位，使之由于介質損耗吸收微波能量而發熱升溫，以抑制腫瘤細胞的DNA和RNA的復制、蛋白質合成和腫瘤細胞的繁殖，使腫瘤骨架散亂，細胞的許多重要功能受損，直接導致腫瘤細胞的死亡。根據其基本原理，微波熱療需要解決的最主要的問題是:如何保證將足夠的物理能量定向地輸送到相關組織，并產生有效的殺滅溫度，同時要保證在治療過程中盡可能不損傷正常組織，不造成體表灼傷或其他意外傷害。所以微波能量定向聚焦是微波熱療中最關鍵的問題。
[0003]由于其獨特的聚焦特性，異向介質透鏡在微波熱療中具有良好的應用。研究表明，基于異向介質透鏡的熱療系統結構簡單、加熱區域調控方便。
[0004]現有技術中，為了保護正常的皮膚層不致溫升過高而受傷，在熱療中通常需要采用循環水作為冷卻，即在透鏡和組織間引入循環的水層。由于水的介電常數較高，且目前制備高介電常數異向介質相對困難，所以水層的引入既不利于與透鏡的匹配，也不能夠和皮膚層匹配，增加了系統中各環節之間能量的反射，大大的降低了熱療效率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種適用于微波熱療的兼具散熱功能、可替代熱療中冷卻層的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本發明的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，該透鏡的內部設有冷卻層。
[0008]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，由于在該透鏡的內部設有冷卻層，使透鏡本身具備散熱功能，從而避免冷卻層與透鏡之間、冷卻層與組織之間的反射，既簡化了基于異向介質透鏡的熱療方案和系統，又可在一定程度上減少系統內各層之間的反射，提高熱療效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明實施例提供的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡的結構示意圖；
[0010]圖2為本發明實施例中采用循環液基作為冷卻材料實現方法示意圖；
[0011]圖3為采用本發明實施例中提供的異向介質透鏡的熱療系統的具體實施示意圖；
[0012]圖4a為現有技術中采用普通異向介質透鏡的熱療系統在組織中獲得的場值分布圖；
[0013]圖4b為采用本發明實施例中提供的透鏡的熱療系統在組織中獲得的場值分布圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0015]本發明的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其較佳的【具體實施方式】是:
[0016]該透鏡的內部設有冷卻層。[0017]所述冷卻層設于所述透鏡靠近生物組織的一側。
[0018]所述冷卻層內設有多根冷卻管，所述冷卻管內通入冷卻介質。
[0019]所述冷卻介質的折射率與所述透鏡的折射率相同。
[0020]所述透鏡呈平板狀或柱狀或球殼狀。
[0021]該透鏡通過調整以下任一項或多項參數調整熱療效果:
[0022]所述透鏡的厚度、所述冷卻層的位置、所述冷卻層的厚度、熱療源距所述透鏡的距離。
[0023]本發明的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，將冷卻層的功能在透鏡的結構設計中實現，即將異向介質透鏡分層，異向介質透鏡內填充介質分為兩層，在靠近皮膚一層中引入冷卻層，實現冷卻皮膚的功能。可對冷卻層厚度進行合理的設計，確保異向透鏡原有的熱療效果，同時確保冷卻層達到實時冷卻皮膚層的效果。亦可對異向介質結構單元進行相應的設計，使其等效負介電常數與皮膚匹配或接近，這樣便能改善在透鏡-皮膚界面層的匹配，減少反射。
[0024]對冷卻功能的實現，可根據透鏡結構單元選擇恰當的方法，如針對自身填充介質的異向介質透鏡，可用冷卻材料替代填充的介質實現冷卻功能，對結構單元無填充物或者填充介質為真空的異向介質透鏡，可直接將冷卻材料注入靠近皮膚的一層以實現冷卻層。
[0025]由于填充介質本身對異向介質電磁參數有一定影響，可針對透鏡自身結構單元選擇不同的冷卻材料，如自身填充介質的結構，可選擇電磁參數與填充介質接近的冷卻材料，以減少透鏡內部能量反射，同時減少透鏡結構單元設計所需要的工作量。
[0026]可以針對熱療過程中的實際需要，選擇不同的冷卻材料，除常用的液基，也可選擇醫用固體狀冷卻材料。
[0027]本發明的兼具散熱功能的異向介質透鏡可用于普通的平板透鏡設計，也可用于其它形狀的透鏡設計，如柱狀透鏡。
[0028]本發明利用異向介質透鏡結構單元自身特點，將微波熱療中冷卻皮膚層的功能在透鏡結構設計中實現，使異向介質透鏡聚焦微波能量的同時兼具冷卻、散熱功能。在一定程度上簡化了基于異向介質透鏡的微波熱療系統，減少了系統內部能量反射。可根據實際需要合理設計冷卻層厚度，選擇冷卻材料和實現方法，改善在透鏡-皮膚界面層的匹配，減少反射，提聞熱療效率。
[0029]具體實施例:
[0030]如圖1所示，微波熱療系統包括微波功率發生器1、熱療源(微波天線)2、異向介質透鏡4。其中采用的異向介質透鏡4即為本發明的兼具散熱功能的異向介質透鏡，微波能量直接經過透鏡在生物組織5中聚集。從圖中可以看出如果通過合理的設計盡可能減少透鏡內部的反射，該系統中只在皮膚與透鏡之間存在較大的反射，由此可以大大提高熱療效率。
[0031]若實施例中的透鏡采用普通循環液基作為冷卻材料，其具體實現方法如圖2所示，液基從靠近皮膚層的透鏡一側的注入口 6進入異向介質結構內部，從另一側的流出口 7流出，即可帶走熱療過程中在皮膚層中產生的多余熱量。在實際熱療過程中可根據情況調整液基注入和流出的方式和速度。
[0032]如圖3所示，如果在微波熱療中采用本發明提供的透鏡，可以根據腫瘤的具體情況對透鏡進行合理的設計，以達到最佳的熱療效果。根據腫瘤在組織中的深度選擇透鏡的厚度D，再根據透鏡的厚度對透鏡結構中實現冷卻層的厚度h進行優化。首先冷卻層必須滿足冷卻要求，能適時帶走熱療；其次應避免微波能量在冷卻層中聚焦，導致液基被加熱；且在滿足這兩個條件的情況下盡可能不影響透鏡自身的熱療效果。根據異向介質透鏡的聚焦原理，當微波天線距透鏡有不同的距離d時，其在透鏡另一側生物組織中的焦點相應具有不同的深度。因此在熱療過程中調整微波源的位置時，可以適當調整冷卻層的厚度h以達到最佳的熱療效果。此外耦合溶液3可以根據透鏡的折射率n2進行選擇或者配制，使其與透鏡盡可能匹配，即其折射率滿Sn1=-1i2選擇相應的耦合溶液。為避免透鏡內部反射，應選擇適當的液基作為冷卻材料，以保證實現冷卻部分的異向介質結構的電磁參數與其他部分差異較小，從而避免透鏡內部發生反射。
[0033]如圖4a、4b所示，分別為采用傳統的透鏡和本發明的透鏡的熱療方案所獲得的組織內的場分布情況，對比可以得出圖4a中最大場值明顯低于圖4b中的值，約為10% ;此外亮斑分布的深度也比較低，采用傳統透鏡的方案獲得的最強的亮斑分布于皮膚下0.4cm左右，而采用本發明中設計的透鏡的方案除在皮膚層附近獲得明顯的亮斑，在皮下Icm左右也獲得比較明顯的亮斑；此外就分辨率進行比較，分別對皮下Icm左右的亮斑進行測量，得出采用傳統透鏡的方案的亮斑半·功率寬度也略大于采用新型透鏡的方案，差值約為0.3cm。綜上可得，本發明的新型透鏡在熱療中的應用具有明顯的優勢。
[0034]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，該透鏡的內部設有冷卻層。
2.根據權利要求1所述的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，所述冷卻層設于所述透鏡靠近生物組織的一側。
3.根據權利要求2所述的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，所述冷卻層內設有多根冷卻管，所述冷卻管內通入冷卻介質。
4.根據權利要求3所述的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，所述冷卻介質的折射率與所述透鏡的折射率相同。
5.根據權利要求4所述的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，所述透鏡呈平板狀或柱狀或球殼狀。
6.根據權利要求1至5任一項所述的適用于微波熱療的兼具散熱功能的異向介質透鏡，其特征在于，該透鏡通過調整以下任一項或多項參數調整熱療效果: 所述透鏡的厚度、 所述冷卻層的位置、所述冷卻層的厚度、熱療源距所述透鏡的距離。
【文檔編號】A61N5/02GK103585716SQ201310582973
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】王剛, 陶永會 申請人:中國科學技術大學