ES2309878T3 - Dispositivo y procedimiento para la alblacion de tejido con radiacion de microondas. - Google Patents
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Abstract
Sonda coaxial de ablación de tejido con un conductor interno (900), un dieléctrico (920) que rodea a dicho conductor interno (900), una cubierta conductora (910) que rodea a dicho dieléctrico (920) y un simetrizador (930) sobre dicha cubierta, caracterizada por el hecho de que el simetrizador (930) comprende un dieléctrico depositado (932).
Description
Dispositivo y procedimiento para la ablación de
tejido con radiación de microondas.
La presente invención se refiere a un
dispositivo y procedimiento para la ablación de tejido con radiación
de microondas. En la presente especificación el término microonda
se refiere al campo de frecuencias desde 5 GHz hasta 60 GHz ambas
incluidas. Preferiblemente se utiliza para la ablación de tejido el
campo 14-15 GHz pero la presente invención no se
limita a este campo más estrecho.
Los procedimientos tradicionales para tratar el
cáncer comprenden la eliminación del tejido canceroso cortándolo
mecánicamente y/o por quimioterapia, generalmente seguida por
radioterapia. Ambos procedimientos presentan inconvenientes
significativos y pueden causar una grave trauma al paciente.
La aplicación de energía calorífica a tejido
biológico es un procedimiento efectivo para matar células. Por
tanto la presente invención propone aplicar microondas para calentar
y provocar así la ablación (destrucción) de tejidos biológicos.
Esto representa una oportunidad interesante para el tratamiento del
cáncer puesto que de esta forma se puede destruir el tejido
canceroso. Existe la necesidad de un dispositivo y procedimiento
adecuados para la ablación de tejido mediante microondas para el
tratamiento del cáncer u otras situaciones.
US 5057106 describe un sistema de catéter de
microondas que presenta una línea de transmisión coaxial que
suministra energía de microondas a través de una estructura de
radiación dentro o sobre un globo hinchable. La línea de
transmisión se conecta a la estructura de radiación a través de un
simetrizador.
US 4825880 describe una antena de microondas
implantable de bobina helicoidal que se puede insertar a través de
un catéter.
Según la presente invención, se proporciona una
sonda coaxial de ablación de tejido que presenta un conductor
interno, un dieléctrico que rodea a dicho conductor interno, una
cubierta conductora que rodea a dicho dieléctrico y un simetrizador
sobre dicha cubierta, donde el simetrizador comprende un dieléctrico
depositado. Preferiblemente el simetrizador comprende también un
conductor externo que rodea a dicho dieléctrico depositado. Puesto
que el dieléctrico es un dieléctrico depositado es posible hacer que
el simetrizador sea muy pequeño. Esto es necesario cuando la sonda
es de sección transversal pequeña y/o las frecuencias son altas.
Además, se proporciona un procedimiento para
fabricar un simetrizador para una sonda coaxial de ablación de
tejido que comprende las etapas de rociar o de otra forma disponer
un dieléctrico líquido o en polvo sobre una superficie exterior de
una cubierta conductora externa de una sonda coaxial, dejándolo
solidificar si dicho dieléctrico es líquido, para formar el
simetrizador.
En la presente invención, dicha sonda se diseña
preferiblemente para la utilización con una radiación de microondas
de longitud de onda \lambda y el simetrizador presenta una
longitud en la dirección del eje de dicha sonda de aproximadamente
\lambda/4 o múltiplos impares de la misma.
La sonda según la presente invención se puede
utilizar como la sonda que se menciona en cualquiera de los
aspectos que se describen a continuación.
El primer aspecto proporciona un dispositivo de
ablación de tejido que comprende:
una fuente de radiación de microondas;
una sonda para dirigir la radiación de
microondas al interior del tejido a destruir;
un oscilador local para producir una señal que
presenta una frecuencia diferente a la de dicha radiación de
microondas;
un primer detector para detectar la magnitud y
la fase de la radiación de microondas reflejada de vuelta a través
de la sonda hacia la fuente, encontrándose conectado dicho primer
detector a dicho oscilador local, y
un adaptador de impedancia que presenta una
impedancia compleja ajustable, entre dicha fuente y dicha sonda.
\newpage
En la presente especificación, excepto cuando el
contexto exige algo distinto, el término "conectado" comprende
no solamente la conexión directa sino también la conexión indirecta
a través de uno o más componentes intermedios.
El dispositivo de ablación de tejido puede
comprender:
una fuente de radiación de microondas de cierta
frecuencia;
una sonda conectada a dicha fuente, estando
configurada dicha sonda para dirigir dicha radiación de microondas
al interior de dicho tejido a destruir;
un oscilador local para producir una señal, con
una frecuencia diferente a dicha frecuencia de dicha radiación de
microondas;
un primer detector para detectar la magnitud y
la fase de una parte reflejada de dicha radiación de microondas
reflejada de vuelta a través de dicha sonda hacia dicha fuente;
donde dicho primer detector se configura para
determinar la magnitud y la fase de dicha parte reflejada de dicha
radiación de microondas sobre la base de dicha señal producida por
dicho oscilador local y dicha radiación reflejada, y
un adaptador de impedancia que presenta una
entrada conectada a dicha fuente de radiación de microondas y una
salida conectada a dicha sonda, donde dichas entrada y salida
presentan impedancias complejas respectivas, siendo ajustable dicha
impedancia compleja de dicha salida.
\vskip1.000000\baselineskip
Puesto que se puede ajustar dicha impedancia
compleja ajustable del adaptador de impedancia, se puede minimizar
la cantidad de radiación reflejada, mejorándose de esta forma la
eficiencia del suministro de energía al tejido.
En general el nivel de radiación reflejado a
través de la sonda por una carga (por ejemplo tejido) en el extremo
lejano de la sonda se hará mínimo si la impedancia a la salida del
adaptador de impedancia se acopla con la impedancia de la carga (por
ejemplo del tejido que se destruye).
Para conectar el adaptador de impedancia a la
sonda se puede utilizar un medio de canalización como un cable
coaxial o una guía de ondas. Si la distancia que recorre la
radiación de microondas entre la salida del adaptador de impedancia
y el extremo lejano de la sonda es igual a un múltiplo de
\lambda/2 (donde \lambda es la longitud de onda de la
radiación), entonces se trata simplemente de acoplar la impedancia
de salida del adaptador de impedancia a la impedancia de la carga
(por ejemplo tejido) en el extremo lejano de la sonda. En otro caso
la impedancia todavía se puede acoplar para minimizar las
reflexiones, pero se deben tener en cuenta las impedancias de la
sonda y del medio de canalización (por tanto por ejemplo la
impedancia de salida del adaptador de impedancia necesita acoplarse
a la impedancia combinada de la carga, el medio de canalización y
la sonda). Por tanto es preferible, pero no esencial que dicho medio
de canalización presente una longitud ajustable de forma que la
longitud combinada de dicho medio de canalización y dicha sonda se
pueda ajustar para ser igual a un múltiplo de \lambda/2.
Si el detector proporcionase solamente
información de magnitud (es decir amplitud o potencia) entonces no
sería posible ajustar la impedancia compleja suficientemente rápido
para minimizar de forma efectiva la radiación reflejada. Otra
ventaja de utilizar la información de fase es que las diferencias de
fase se pueden medir incluso cuando la relación de señal a ruido es
pobre. Por tanto el detector debe proporcionar información tanto de
magnitud como de fase. Para proporcionar información de fase es
necesario disponer de un oscilador local, que proporciona una señal
con una frecuencia diferente de la frecuencia de la radiación de
microondas, de forma que la fase de la radiación de microondas
detectada se pueda comparar con la de la señal procedente del
oscilador local.
Generalmente el detector comprenderá un
mezclador para mezclar la señal procedente del oscilador local con
la radiación de microondas. Por ejemplo el detector puede detectar
la magnitud y fase reflejadas por medio de detección heterodina
(mezcla de la señal reflejada o de una señal derivada de la misma
con la señal procedente del oscilador local). Alternativamente la
fase se puede detectar por medio de un comparador de fase
configurado para comparar la fase de la radiación de microondas
reflejada con la de la señal del oscilador local. La radiación de
microondas reflejada puede pasar a través de uno o más
transformadores de frecuencia antes de entrar en el mezclador o el
comparador de fase; esto es útil particularmente si se utiliza un
comparador de fase debido a que los comparadores de fase tienden a
trabajar más adecuadamente a frecuencias menores.
Preferiblemente el dispositivo comprende además
un segundo detector para detectar la magnitud y la fase de la
radiación de microondas dirigida hacia delante (radiación dirigida
desde dicha fuente hacia dicha sonda).
Igual que para el primer detector anterior, es
necesario disponer de un oscilador local para poder determinar la
fase de la radiación de microondas. Preferiblemente se utiliza el
mismo oscilador local que para el primer detector. Así, por ejemplo
si los detectores utilizan mezcladores, entonces cada detector
dispondrá de su propio mezclador y ambos mezcladores se conectarán
a un oscilador local común. En este caso la salida del oscilador
local puede necesitar ser amplificada para excitar a dos o más
mezcladores. Alternativamente cada mezclador se podría conectar a
un oscilador local diferente, pero esto haría más difícil detectar
las fases y realizar las adaptaciones de impedancia adecuadas,
debido a las diferencias entre las señales de los osciladores
locales.
La presencia de un segundo detector para la
detección de la magnitud y la fase de la radiación de microondas
"dirigida hacia delante" hace más sencillo determinar la
adaptación de impedancia adecuada. Si solamente existe un detector
entonces se deben realizar más suposiciones sobre las
características del dispositivo (por ejemplo el cambio de fase
causado por el dispositivo entre la entrada al adaptador de
impedancia y la interficie sonda/tejido).
Preferiblemente existe también un tercer
detector. El tercer detector se configura para detectar la magnitud
y la fase de la radiación de microondas reflejada o se configura
para detectar la magnitud y la fase de la radiación de microondas
"dirigida hacia delante". El tercer detector permite determinar
con más precisión la adaptación adecuada de impedancia (compleja).
Cuando existe un tercer detector es posible monitorizar el cambio
de la impedancia compleja debido a ajustes del adaptador de
impedancia mismo. También puede ser posible determinar directamente
la diferencia de fase entre la entrada y la salida del adaptador de
impedancia siendo útil dicha información para determinar el ajuste
adecuado a realizar.
Como en el caso del segundo detector, el tercer
detector necesita estar conectado a un oscilador local. Éste puede
ser el mismo oscilador local que para uno o ambos del primer y el
segundo detector, u otro diferente. Preferiblemente todos los
detectores comparten un oscilador local común, de nuevo posiblemente
con amplificación.
Cuando se utiliza un comparador de fase, el
primero y (si se utilizan) segundo y tercer detectores se pueden
combinar en una unidad única.
El oscilador local, o cada oscilador local,
puede ser separado e independiente de la fuente de radiación de
microondas.
Alternativamente el oscilador local, o cada
oscilador local, puede producir una señal derivada de dicha fuente
de radiación de microondas, pero con una frecuencia diferente.
Típicamente esto se realiza por medio de un transformador de
frecuencia que transforma una señal procedente de dicha fuente de
radiación de microondas a una frecuencia inferior. Esta señal de
"frecuencia inferior" de oscilador local se puede introducir a
continuación en un mezclador del detector para mezclarse con la
radiación de microondas dirigida hacia delante o reflejada o se
puede utilizar como una señal de referencia para un comparador de
fase. De hecho el transformador de frecuencia, conectado a la
fuente de radiación de microondas actúa como el oscilador local.
Otra aproximación es disponer de un oscilador
local separado, mezclar la señal del oscilador local con una señal
procedente de dicha fuente de radiación de microondas e introducir
en el detector el resultado de dicha mezcla. Típicamente, se
proporcionará un filtro entre el mezclador y el detector mismo (el
cual puede a su vez comprender un mezclador como arriba se ha
indicado) para eliminar por medio de filtrado cualquier frecuencia
no deseada.
El adaptador de impedancia puede ser ajustado
por un operador humano en respuesta a datos relativos a la magnitud
y la fase detectadas que se muestran en un visualizador.
Preferiblemente, sin embargo, dicha impedancia compleja ajustable
del adaptador de impedancia se ajusta automáticamente por medio de
un controlador sobre la base de la magnitud y la fase de la
radiación detectada por dicho(s) detector(es). El
controlador puede por ejemplo tomar la forma de un circuito
integrado o de un ordenador.
Preferiblemente el controlador se configura para
ajustar dinámicamente (en tiempo real) dicha impedancia compleja
ajustable en respuesta a la variación de la magnitud y la fase de la
radiación detectada por dicho(s) detector(es). De
esta forma se puede ajustar la impedancia cuando cambian las
características del tejido durante el proceso de ablación. Para el
control dinámico efectivo el tiempo de ajuste debería ser menor que
el tiempo de relajación (o tiempo de respuesta) del tejido.
El adaptador de impedancia puede tomar cualquier
forma adecuada. Por ejemplo podría ser un dispositivo semiconductor
o un adaptador sintonizado. En el caso de un adaptador sintonizado,
el sintonizador puede disponer de uno, dos, tres o más adaptadores
(stubs). Se prefiere un sintonizador de tres adaptadores puesto que
puede adoptar un amplio campo de impedancias complejas (en teoría
cualquier impedancia de la carta de Smith). Otra posibilidad es
disponer de un adaptador de impedancia que comprende un adaptador de
fase y un adaptador de magnitud (por ejemplo dos líneas de longitud
variable o una línea de longitud variable y un adaptador
sintonizado; las líneas de longitud variable pueden ser coaxiales o
de tipo stripline).
Para controlar el adaptador de impedancia se
pueden proporcionar actuadores activados eléctricamente. Si se
utiliza un adaptador sintonizado como adaptador de impedancia los
actuadores activados eléctricamente pueden ser, por ejemplo, uno o
más dispositivos piezoeléctricos o servomotores para controlar los
stub para ajustar la impedancia. El actuador o actuadores pueden
estar controlados por dicho controlador, de forma que el control de
la adaptación de impedancia es automático.
Preferiblemente la fuente de radiación de
microondas es una fuente estable de frecuencia única, por ejemplo
una fuente con enganche de fase o una fuente de banda ancha con un
filtro de banda estrecha. Esto es útil cuando se detectan cambios
de fase, por ejemplo en la radiación de microondas reflejada. La
fuente puede ser un VCO (oscilador controlado por tensión) o un DRO
(oscilador de resonador dieléctrico); otras posibles fuentes serán
aparentes para la persona experta en la técnica. La fuente puede ser
sintonizable de forma que la frecuencia se pueda cambiar de forma
controlada.
Preferiblemente la sonda se configura para
penetrar en tejido biológico. Por ejemplo puede disponer de un
extremo puntiagudo. Esto permite insertar la sonda dentro del tejido
hasta que se encuentra cerca de un tumor, que se debe destruir. Las
microondas se pueden entonces dirigir hacia el tumor de forma
efectiva. Es ventajoso particularmente disponer de una sonda que se
pueda insertar por medio de cirugía endoscópica. Por consiguiente
la sonda presenta un diámetro externo menor que 1 mm. Este pequeño
tamaño minimiza el trauma sobre el paciente y también aumenta la
densidad de energía de la radiación de microondas que surge de la
sonda.
Preferiblemente el dispositivo dispone de un
separador para separar la radiación de microondas reflejada de la
radiación de microondas "incidente" (dirigida hacia delante)
que se dirige hacia el exterior de la sonda. Este separador puede
por ejemplo tomar la forma de un circulador. Alternativamente podría
ser un acoplador de potencia de 3 dB.
Preferiblemente el dispositivo presenta un
primer acoplador para dirigir al primer detector parte de la
radiación reflejada. Se puede utilizar cualquier acoplador adecuado,
por ejemplo un acoplador de acceso único, aunque puede ser
ventajoso un acoplador de seis accesos. Puede existir también un
segundo acoplador para dirigir a un segundo detector parte de la
radiación saliente (dirigida hacia delante). Puede existir un
tercer acoplador para dirigir radiación a un tercer detector; dicho
tercer detector será un acoplador de radiación reflejada o un
acoplador de radiación dirigida hacia delante. Preferiblemente
dichos acopladores son altamente direccionales para asegurar una
buena diferenciación entre la radiación directa y la reflejada.
Otro aspecto proporciona un procedimiento según
la presente invención que comprende la etapa de situar la sonda en
contacto con tejido biológico y suministrar radiación de microondas
a través de dicha sonda a dicho tejido para destruir por lo menos
una parte de dicho tejido. Preferiblemente el procedimiento se
utiliza para tratar el cáncer. El tejido puede tener una parte
cancerosa, o tumor, en cuyo caso la radiación se utiliza para
destruir dicha parte cancerosa o tumor, preferiblemente dejando al
tejido circundante no canceroso sin dañar sustancialmente.
Las sondas muy delgadas (diámetro menor que 1
mm) serán ventajosas en algunos procedimientos, pero la presente
invención no se limita a las mismas.
Se piensa que la presente invención será útil
especialmente en el tratamiento del cáncer de mama. Otra posible
aplicación es el tratamiento de los tumores cerebrales. Sin embargo
la presente invención no se encuentra limitada a estas
aplicaciones. También se puede utilizar para tratar cáncer de
pulmón, cáncer de hígado (por ejemplo metástasis hepática), cáncer
de próstata, cáncer de piel, carcinoma colo-rectal,
o cualquier carcinoma en el que se encuentren presentes tumores
sólidos y se puedan destruir. otras aplicaciones serán aparentes
para la persona experta en la técnica. En algunas realizaciones la
presente invención puede ser útil para tratar otras condiciones
diferentes al cáncer, por ejemplo enfermedades de la piel o
enfermedades cerebrales (especialmente, pero no exclusivamente en
regiones cercanas al nervio óptico).
Otro aspecto puede proporcionar un procedimiento
para la ablación de tejido que comprende las etapas de:
utilizar una fuente de radiación de microondas
para proporcionar radiación de microondas;
situar la sonda en contacto o insertar una sonda
dentro de tejido biológico;
dirigir dicha radiación de microondas a través
de dicha sonda dentro del tejido para destruir el tejido;
detectar la magnitud y la fase de la radiación
de microondas reflejada de vuelta a través de la sonda utilizando un
primer detector y un oscilador local, y
ajustar la impedancia compleja de un adaptador
de impedancia entre dicha fuente y dicha sonda sobre la base de la
magnitud y la fase de la radiación de microondas detectada por dicho
primer detector.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento puede comprender las etapas
de:
utilizar una fuente de radiación de microondas
para proporcionar radiación de microondas con cierta frecuencia;
situar una sonda en contacto con tejido
biológico o insertar una sonda en el mismo;
dirigir dicha radiación de microondas procedente
de dicha fuente a través de un adaptador de impedancia y a
continuación a través de dicha sonda al interior de dicho tejido
para destruir el tejido; donde dicho adaptador de impedancia
presenta una entrada conectada a dicha fuente y una salida conectada
a dicha sonda, presentando dicha entrada y dicha salida impedancias
complejas respectivas;
detectar la magnitud y la fase de la radiación
de microondas reflejada de vuelta a través de la sonda por medio de
dicho primer detector y un oscilador local; donde dicho oscilador
local genera una señal con una frecuencia diferente de dicha
radiación de microondas, utilizando dicho primer detector dicha
señal del oscilador local en combinación con la radiación reflejada
o con una señal derivada de dicha radiación reflejada para
determinar la magnitud y la fase de dicha radiación reflejada;
y ajustar dicha impedancia compleja de dicha
salida de dicho adaptador de impedancia sobre la base de dicha
magnitud y fase de dicha radiación de microondas reflejada detectada
por dicho primer detector, para minimizar la cantidad de radiación
de microondas que se refleja de vuelta a través de dicha sonda.
Preferiblemente este procedimiento es un
procedimiento para el tratamiento del cáncer utilizando el
dispositivo del primer aspecto de la presente invención.
Preferiblemente la sonda se inserta dentro del
tejido hasta que un extremo de la sonda se aproxima o
preferiblemente se introduce en un tumor canceroso del tejido y a
continuación se conduce radiación de microondas a través de la sonda
para destruir dicho tumor canceroso.
Preferiblemente la radiación de microondas
procedente de la sonda se utiliza para cortar una ruta en el tejido
de forma que la sonda se puede insertar cerca o dentro del tumor.
Éste es un procedimiento efectivo para hacer llegar la sonda cerca o
al interior del tumor.
Preferiblemente la radiación de microondas
procedente de la sonda se utiliza para sellar la ruta de la sonda al
salir del tejido y/o del cuerpo que se trata.
Preferiblemente la magnitud y la fase de la
radiación de microondas dirigida hacia delante dirigida dentro de
dicha sonda procedente de dicha fuente de radiación de microondas se
detecta por medio de un segundo detector y un oscilador local y
dicha impedancia compleja ajustable de dicho adaptador de impedancia
se ajusta basándose en las magnitudes y las fases detectadas por
dichos detectores primero y segundo, por ejemplo sobre la base de la
diferencia de fase y magnitud entre la radiación dirigida hacia
delante y la reflejada.
Preferiblemente se utiliza un tercer detector
para detectar la magnitud y la fase tanto de la radiación dirigida
hacia delante como de la reflejada y se ajusta dicha impedancia
compleja ajustable de dicho adaptador de impedancia sobre la base
de la información proporcionada por dichos detectores primero,
segundo y tercero, por ejemplo sobre la base de las diferencias de
magnitud y fase entre los detectores.
Preferiblemente dicha impedancia compleja
ajustable del adaptador de impedancia se ajusta automáticamente por
medio de un controlador sobre la base de la magnitud y la fase
detectadas por dichos detectores para minimizar la cantidad de
radiación reflejada de vuelta a través de dicha sonda.
Preferiblemente la adaptación de impedancia se
realiza dinámicamente (en tiempo real) cuando varía la magnitud y
fase detectadas. Esto permite que dicha impedancia compleja
ajustable del adaptador de impedancia se adapte cuando la
impedancia del tejido cambia durante el proceso de ablación. Esto
minimiza el calentamiento del cable y de la sonda (causados por la
energía reflejada en el dispositivo durante un largo periodo de
tiempo), y puede ayudar a proporcionar un proceso controlado de
ablación rápido y eficiente.
La sonda puede presentar una parte alargada y
una boquilla en un extremo de dicha parte alargada, estando formada
dicha boquilla por un material cerámico y estando configurada para
proporcionar radiación de microondas al tejido.
El material cerámico es adecuado para la
boquilla debido a que las cerámicas son relativamente duras, pueden
presentar una alta permitividad (\varepsilon_{r}) que ayuda a
enfocar los campos electromagnéticos y una buena conductividad
térmica que reduce el calentamiento de la boquilla.
Preferiblemente la boquilla es en forma de cono
o de cúpula. Esto ayuda a enfocar las microondas que salen de la
sonda.
Preferiblemente el material cerámico es una
cerámica de microondas. Por ejemplo se podrían utilizar cerámicas de
microondas de Pacific Ceramics Inc.
Preferiblemente la cerámica de microondas
presenta una permitividad mayor que la unidad, más preferiblemente
desde \varepsilon_{r} = 6,5 hasta \varepsilon_{r} = 270 a
frecuencias de microondas. Preferiblemente la cerámica de
microondas presenta bajas pérdidas (tan \delta) a las frecuencias
de microondas de interés.
Todavía otro aspecto proporciona un dispositivo
quirúrgico que comprende:
una fuente de radiación de microondas de una
primera frecuencia adecuada para destruir tejido;
la sonda para dirigir radiación de microondas
procedente de la fuente al interior del tejido a destruir;
un modulador con un estado inactivo en el cual
no modula dicha radiación de microondas procedente de la fuente y
un estado activo en el cual modula la radiación de microondas
procedente de la fuente en pulsos con una segunda frecuencia menor
que dicha primera frecuencia; siendo dicha segunda frecuencia
adecuada para cortar tejido. Por tanto la sonda puede suministrar
dos frecuencias diferentes:
- una optimizada para la ablación de tejido (por
ejemplo para destruir tejido canceroso), la otra para cortar tejido
(por ejemplo a través de tejido sano para acceder al tejido
canceroso)
- pero el dispositivo solamente necesita una
fuente de radiación. Esto es mejor que tener dos fuentes de
radiación separadas.
Preferiblemente la primera frecuencia, para la
ablación de tejido, es de 1 GHz o mayor, más preferiblemente de 13
GHz o mayor. En una realización se encuentra dentro del campo de
14-15 GHz.
La segunda frecuencia, para el corte de tejido,
se encuentra preferiblemente dentro del campo de 10 kHz a 500 MHz.
Se ha encontrado que estas frecuencias son eficientes para el corte
de tejido. Más preferiblemente el campo es desde 500 kHz hasta 30
MHz.
Preferiblemente el dispositivo comprende además
un filtro pasa bajo entre dicho modulador y dicha sonda; dicho
filtro pasa bajo presenta un primer estado en el cual deja pasar a
dicha primera frecuencia y un segundo estado en el cual deja pasar
a dicha segunda frecuencia, pero elimina dicha primera frecuencia.
El dispositivo funciona sin el filtro, pero el filtro mejora el
efecto de corte de la segunda frecuencia.
Preferiblemente dicho modulador es capaz de
variar dicha segunda frecuencia.
Preferiblemente dicho filtro pasa bajo es capaz
de variar su banda de paso en su segundo estado cuando varía la
frecuencia del modulador. Esto hace al dispositivo más flexible.
A continuación se describirá una realización de
la presente invención con referencia a las figuras adjuntas, en las
cuales:
la figura 1 es un diagrama de bloques de un
dispositivo de ablación de tejido que utiliza microondas;
la figura 2 es un diagrama esquemático que
muestra en más detalle el detector de potencia directa, el detector
de potencia reflejada y el circulador del dispositivo de la figura
1;
la figura 3 es un diagrama de parte de una etapa
de amplificación de potencia del dispositivo de la figura 1 para
amplificar las microondas producidas por la fuente de
microondas;
la figura 4 es un diagrama de una etapa de
amplificación de potencia alternativa;
la figura 5 es un diagrama que muestra la fuente
de radiación de microondas y una etapa preamplificadora del
dispositivo de la figura 1;
la figura 6 muestra una disposición de fuente y
etapa preamplificadora alternativa;
la figura 7 muestra un adaptador de
impedancia;
la figura 8 es una vista en sección transversal
del adaptador de impedancia de la figura 7 a lo largo de la línea
A-A de la figura 7;
la figura 9 muestra una sonda coaxial insertada
en un tejido;
la figura 10 es una vista en sección transversal
de la sonda coaxial de la figura 9 a lo largo de la línea
B-B;
la figuras 11a-11e muestran
estructuras de sonda útiles para la comprensión de la presente
invención;
la figura 12 muestra una sonda coaxial insertada
en un tejido;
la figura 13 es una vista en sección transversal
a lo largo de la línea C-C de la figura 12;
la figura 14 muestra una sonda coaxial que es
una realización de la presente invención;
la figura 15 muestra una sonda en forma de guía
de ondas rectangular;
\newpage
la figura 16 muestra un dispositivo en el cual
una señal procedente de un oscilador local se combina con una señal
procedente de la fuente de radiación de microondas;
la figura 17 muestra una configuración en la
cual la señal del oscilador local se deriva a partir de la señal
proporcionada por la fuente de radiación de microondas;
la figura 18 muestra una disposición de
detección alternativa utilizando un comparador de fase;
la figura 19 muestra una fuente con enganche de
fase;
la figura 20 muestra una fuente de banda ancha
combinada con un filtro de banda estrecha;
la figura 21 muestra una disposición alternativa
que presenta un modulador, y
la figura 22 muestra una sonda en forma de guía
de ondas cilíndrica, y
la figura 23 muestra una sonda con una boquilla
cerámica.
En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques
de un dispositivo para la ablación de tejido mediante microondas
que es útil para comprender la presente invención. El dispositivo
presenta una unidad 100 para generar y controlar la radiación de
microondas y, agrupados de forma general bajo el número de
referencia 190, una sonda 5 y un medio de canalización 4 para
suministrar la radiación de microondas a la sonda. La sonda 5 se
puede utilizar para aplicar la radiación de microondas al tejido 6
para destruir el tejido.
Puesto que el tejido 6 puede reflejar parte de
las microondas de nuevo hacia la sonda 5 y la unidad 100, es
necesario disponer de una forma de acople de impedancia del
dispositivo 100, 200 con el tejido 6. Esto se proporciona por medio
de componentes que se agrupan de forma general bajo el número de
referencia 3 para monitorizar las microondas reflejadas y ajustar
la impedancia consecuentemente. Esta parte importante 3 del
dispositivo toma en consideración tanto la magnitud como la fase de
las microondas reflejadas. En la presente disposición se
proporciona como una sub-unidad de la unidad 100. Se
describe con más detalle más adelante.
La unidad 100 comprende una fuente de radiación
de microondas 1, un sistema de amplificación 2 para amplificar las
microondas procedentes de la fuente 1, componentes 3 para detectar
microondas y adaptar la impedancia, una fuente de alimentación 120
y un controlador 101 para controlar el sistema de amplificación 2 y
la unidad 3 consecuentemente.
La unidad 100 se conecta a la sonda 5 por medio
de un medio de canalización 4 y una agarradera 5a. El medio de
canalización 4 puede tomar cualquier forma adecuada para canalizar
microondas, por ejemplo una guía de ondas o un cable coaxial. Es
ventajoso si el medio de canalización 4 y la sonda presentan una
longitud combinada igual a un múltiplo de \lambda/2 (donde
\lambda es la longitud de onda de la radiación de microondas
generada por la fuente 1), debido a que esto hace que el medio de
canalización 4 y las sondas sean transparentes para la radiación de
microondas, de forma que sus impedancias se pueden ignorar cuando se
acopla la impedancia del tejido 6 con el dispositivo 100, 200. Esto
hace que el acople de impedancia sea más sencillo. Por consiguiente
puede existir un ajustador de longitud de forma que se pueda ajustar
la longitud efectiva del medio de canalización. Los ajustadores
posibles comprenden un conector telescópico, un ajustador de fase de
trombón coaxial o un ajustador de fase de diodo pin. El acople de
impedancia se trata con más detalle más adelante.
El sistema de amplificación de microondas 2
presenta un preamplificador 10 y un amplificador de potencia 20,
describiéndose ambos con más detalle más adelante.
La unidad 3 presenta un primer detector 60 para
detectar la magnitud y la fase de las microondas que se reflejan de
vuelta al dispositivo (radiación de microondas reflejada) y un
segundo detector 30 para detectar la magnitud y la fase de las
microondas que se dirigen hacia delante y a través de la sonda 5
("radiación de microondas dirigida hacia delante"). Estos dos
tipos de radiación de microondas se discriminan por su dirección y
por tanto los detectores pueden denominarse respectivamente directos
30 e inversos (o de radiación reflejada) 60.
La unidad 3 presenta un circulador 40 para
separar las microondas que circulan hacia la sonda de las
microondas que se reflejan de vuelta a la sonda (por ejemplo las
microondas reflejadas por el tejido 6). Puesto que los detectores
se diseñan preferiblemente para poder discriminar las microondas
directas y las reflejadas, es altamente preferible disponer de un
circulador 40, así como también por la razón siguiente: el
circulador 40 actúa como un aislador para evitar que la radiación
reflejada de dirija al interior del sistema amplificador 2, lo cual
podría dañar a los amplificadores.
El circulador 40 presenta tres accesos C1, C2 y
C3 que se conectan a los circuitos circundantes. El acceso C1 lo
conecta a la fuente 1 a través del detector directo 30 y el sistema
de amplificación 2, el acceso C2 lo conecta a la sonda a través del
adaptador de impedancia 50, el detector inverso 60 y el medio de
canalización 4, y el acceso C3 lo conecta a una carga de disipación
70. La radiación que entra en C1 sale del circulador por C2 y la
radiación reflejada que entra en el circulador por C2 sale del
circulador por C3. Se puede utilizar un circulador de potencia de
granate de itrio-hierro (YIG).
Como arriba se ha mencionado los detectores 30,
60 detectan la magnitud y la fase de la radiación de microondas. La
figura 2 es un diagrama esquemático que muestra la unidad 3 y en
concreto los detectores 30, 60 con más detalle. El primer detector
de potencia 60 para detectar la magnitud y la fase de la radiación
de microondas reflejada de vuelta a través de la sonda comprende un
acoplador direccional 200 conectado al adaptador de impedancia 50
que se conecta al acceso C2 del circulador. El acoplador direccional
200 dirige una parte de la radiación reflejada al mezclador 220 en
el que se mezcla con una señal procedente de un oscilador local
230.
Esta mezcla produce una señal de frecuencia
intermedia que se detecta por medio del dispositivo detector 240,
conectado a una salida de dicho mezclador 220, de forma que se puede
derivar tanto la magnitud como la fase de la radiación reflejada.
En otras palabras el sistema es un sistema de detección heterodino.
Puede existir un filtro (que no se muestra) entre el dispositivo de
detección 240 y el mezclador 220 para eliminar frecuencias no
deseadas producidas por el mezclado. La información de magnitud y
fase se envía al controlador 101. En una disposición alternativa la
función del dispositivo 240 la puede realizar el controlador mismo.
En un sistema de este tipo, es preferible que la frecuencia
intermedia se genere sobre la diferencia entre la frecuencia de la
señal procedente del oscilador local y la frecuencia de la radiación
reflejada. Sin embargo, también es posible que la frecuencia
intermedia sea la suma de la frecuencia de la señal procedente del
oscilador local y la frecuencia de la radiación reflejada.
Es necesario disponer el oscilador local 230 de
forma que se puedan detectar tanto la fase como la magnitud. En
otras disposiciones la radiación reflejada se puede hacer pasar a
través de transformadores de frecuencia y/u otros dispositivos
entre el acoplador direccional 200 y el mezclador 220 para hacerla
más fácil de tratar antes de mezclarse con la señal procedente del
oscilador local.
El segundo detector 30 comprende un acoplador
direccional 250 que acopla la mayor parte de la radiación que entra
en el acceso C1 del circulador de potencia 40, pero dirige una parte
de la misma a un segundo mezclador 260 conectado a dicho oscilador
local 230 y a un dispositivo de detección 280 dispuesto de la misma
forma como se ha descrito anteriormente para el detector 60.
En una disposición alternativa sería posible que
el primer y el segundo detector 30, 60 se conectasen a osciladores
locales diferentes, en lugar de a un oscilador común 230 como se
muestra en la figura 2.
Se apreciará por parte de las personas expertas
en la técnica que no es necesario que los componentes se encuentren
en el orden que se muestra en las figuras 1 y 2. Por ejemplo los
detectores y el adaptador de impedancia 3 se podrían encontrar en
el extremo del medio de canalización 4 entre el medio de
canalización 4 y la sonda 5. También sería posible separar los
componentes y/o disponer su orden de forma distinta. Por ejemplo,
el acoplador directo 250 se podría situar entre el circulador 40 y
el adaptador de impedancia 50 o incluso entre el circulador 40 y la
carga de disipación 210. También sería posible disponer de un
dispositivo con solamente el primer detector 60 para detectar la
radiación reflejada, aunque se proporciona más información si
existen tanto los detectores directos como los inversos y esto hace
más sencillo deducir el ajuste de impedancia adecuado para el
adaptador de impedancia para minimizar la cantidad de radiación
reflejada.
La figura 18 muestra una disposición alternativa
a la de la figura 2 en la que no existen mezcladores, sino que se
utiliza en su lugar un comparador de fase 65. Los números de
referencia iguales indican partes similares a las de las figuras 1
y 2. Existe un acoplador directo 250, un circulador 40, un adaptador
de impedancia 50 y un acoplador inverso 200 como se ha descrito
para la figura 2. Sin embargo la radiación de microondas dirigida
hacia delante procedente del acoplador directo 250 se envía primero
a un transformador de frecuencia 62 que actúa como un oscilador
local como en la disposición de la figura 17 y a un sensor de
magnitud (en este caso un sensor DC) 61 y a continuación se envía
desde cada uno de estos al comparador de fase 65. El transformador
de frecuencia 62 transforma la radiación de microondas a una
frecuencia inferior que puede ser tratada por el comparador de fase
65. El acoplador inverso 200 se conecta a un sensor de magnitud 63 y
a un transformador de frecuencia 64, que se encuentran conectados
cada uno al comparador de fase de la misma forma que las partes
correspondientes 61 y 62 para el acoplador directo 250. El
comparador de fase 65 toma la información de magnitud (potencia)
del sensor de magnitud 61 y 63 y la señal de frecuencia transformada
procedente de los transformadores de frecuencia 62 y 64 y a partir
de ello deduce las magnitudes y las fases de las radiaciones de
microondas dirigidas hacia delante y la inversa y envía esta
información al controlador 101.
Es importante que el oscilador local 230
proporcione una señal con una frecuencia diferente a la frecuencia
de la radiación de microondas proporcionada por la fuente 1. Esto es
importante en la configuración de la figura 2, en la que se
utilizan mezcladores, porque se necesitan dos frecuencias diferentes
para la detección heterodina. También es importante en la
configuración de la figura 18 en la que el transformador de
frecuencia 62 actúa como un oscilador local debido a que los
comparadores de fase solamente pueden tratar satisfactoriamente
frecuencias mucho menores que las frecuencias de microondas
producidas por la fuente 1.
En el ejemplo de la figura 2 el oscilador local
230 se encuentra separado e independiente de la fuente 1. Sin
embargo, sería posible que el oscilador local proporcionase una
señal derivada de la fuente de radiación de microondas 1. Por
ejemplo, como se muestra en la figura 17, se podría proporcionar un
acoplador 22 entre la fuente de radiación de microondas 1 y el
sistema de preamplificación 10 configurado para derivar una parte
de la radiación de microondas a un transformador de frecuencia 24.
El transformador de frecuencia 24, actúa de hecho como oscilador
local. Se conecta a un mezclador 220 y entrega una señal con una
frecuencia diferente (normalmente mucho menor) que la frecuencia de
la radiación de microondas procedente de la fuente 1 que va al
mezclador 220. Un acoplador inverso 200 dirige la radiación de
microondas reflejada al mezclador 220. La magnitud y la fase de la
radiación de microondas reflejada se determinan por medio del
dispositivo detector 240 conectado a una salida del mezclador 220.
Las otras partes del dispositivo no se muestran en la figura 17 y
serían las mismas que se han descrito anteriormente en las figuras 1
y 2.
La figura 16 muestra una disposición alternativa
del dispositivo en la cual los números de referencia iguales
indican partes similares a las que se han descrito anteriormente.
Existen dos diferencias principales. La primera es que existe un
detector adicional que se indica de forma general por medio del
número de referencia 33, situado entre el circulador 40 y el
adaptador de impedancia 50. Como apreciará una persona experta en
la técnica se podría situar en otro lugar, por ejemplo entre el
circulador 40 y la carga de disipación 210 o entre el circulador 40
y la fuente 1. En la figura 16, el tercer detector 33 se configura
para detectar radiación de microondas reflejada, aunque en
disposiciones alternativas se podría configurar para detectar
radiación de microondas dirigida hacia delante. Comprende un
acoplador inverso 34, que se encuentra situado entre el circulador
40 y el adaptador de impedancia 50, un mezclador 35 conectado al
acoplador inverso 34 y un dispositivo de detección 36. El tercer
detector 33 funciona de la misma forma que los detectores primero y
segundo descritos anteriormente. Proporciona información adicional
que es útil para determinar el ajuste de impedancia adecuado para
ser realizado por el adaptador de impedancia 50 para minimizar la
cantidad de radiación de microondas reflejada.
La segunda diferencia principal en la figura 16
es que una señal procedente del oscilador local 230 se mezcla con
una señal procedente de la fuente de radiación de microondas 1 en un
mezclador 45. Es la señal de salida del mezclador 45, más que la
señal procedente directamente del oscilador local 230, la que se
introduce en los detectores primero, segundo y tercero. La salida
del mezclador 45 se conecta a un filtro 46 que elimina frecuencias
no deseadas (normalmente las frecuencias más bajas) producidas en el
mezclador y deja pasar la frecuencia deseada a las entradas de los
mezcladores 220, 260 y 35 de los detectores primero, segundo y
tercero. La figura 16 también muestra filtros respectivos 221, 281
y 35a entre los respectivos mezcladores de los detectores 220, 260 y
35 y sus dispositivos de detección respectivos 240, 280 y 36.
La ventaja de disponer de una señal de oscilador
local que se deriva de la fuente de radiación de microondas (como
en la figura 17) o mezclada con una señal procedente de la fuente de
radiación de microondas (como en la figura 16) es que la señal que
se envía a los detectores refleja cualquier cambio en la frecuencia
o la fase de la fuente de radiación de microondas.
El adaptador de impedancia toma la forma de un
adaptador sintonizado de triple stub 50, que se describe en más
detalle más adelante. En otras realizaciones se podría utilizar en
su lugar un adaptador sintonizado de un stub o de stub doble o un
dispositivo semiconductor para adaptar la impedancia.
El adaptador de impedancia 50 es controlado por
un controlador 101 sobre la base de la magnitud y la fase
detectadas por los detectores para minimizar la cantidad de
radiación de microondas reflejada. En esta disposición el
controlador es un circuito integrado; en otras disposiciones podría
ser un ordenador con un programa adecuado.
El adaptador de impedancia 50 presenta una
entrada conectada, a través de los otros componentes que se
muestran en las figuras 1 y 16, a la fuente de radiación de
microondas 1 y una salida conectada, a través de uno o más
componentes, a la sonda 5. Normalmente la fuente de radiación de
microondas 1 tendrá una impedancia real fija y ésta se encontrará
acoplada con la impedancia de la entrada del adaptador de impedancia
50. Por tanto la impedancia de la entrada del adaptador de
impedancia 50 se encontrará fijada en la mayoría de los casos. La
impedancia compleja de la salida del adaptador de impedancia 50 es
ajustable. Por medio de ajustar la impedancia compleja de la salida
del adaptador de impedancia 50 es posible minimizar la cantidad de
radiación que se refleja desde el tejido de vuelta a través de la
sonda 5. Si la distancia que viaja la radiación de microondas entre
la salida del adaptador de impedancia 50 y el extremo lejano de la
sonda 5 es igual a un múltiplo entero de la longitud de onda de la
radiación de microondas dividida por dos, entonces la impedancia
compleja de la salida del adaptador de impedancia 50 se puede
acoplar directamente con la del tejido 6. Si, sin embargo, no es
igual a dicho múltiplo entonces necesita tomarse en consideración la
impedancia de los componentes entre la salida del adaptador de
impedancia y la interficie tejido/sonda (lo cual es posible pero
requiere más cálculo por parte del controlador 101).
Se proporciona también una interficie de usuario
110 que permite al operador monitorizar el funcionamiento del
dispositivo, en concreto la magnitud y la fase reflejadas y
opcionalmente también la magnitud y la fase directas, la impedancia
medida de la carga (el tejido 6) a la cual se aplica la sonda, y la
cantidad de tiempo durante la que se ha aplicado la radiación de
microondas.
\newpage
La interficie de usuario 110 también permite al
operador controlar el dispositivo, ajustar la potencia de las
microondas por medio de controlar el sistema de amplificación 2 a
través del controlador 101 y activar y desactivar la aplicación de
microondas por parte del controlador 101 o la fuente de alimentación
120. Este control se puede efectuar por medio de un interruptor de
pie o pedal 105.
El dispositivo se puede utilizar para tratar el
cáncer por medio de la ablación de un tejido canceroso. Esto se
puede realizar por medio de cirugía endoscópica por la que se corta
un canal estrecho en el tejido circundante a través del cual se
puede insertar la sonda hasta que alcanza el tumor canceroso. Las
microondas se pueden utilizar entonces para destruir el tumor,
monitorizándose como se ha descrito anteriormente la magnitud y la
fase de las microondas reflejadas de forma que se pueda ajustar la
impedancia del dispositivo consecuentemente para minimizar la
reflexión de microondas de vuelta a través de la sonda. Las
microondas se pueden emitir (generadas por la fuente 1) cuando la
sonda se encuentra próxima al tumor o antes. Un procedimiento
posible es utilizar las microondas emitidas desde la sonda 5 para
cortar una ruta a través del tejido circundante a través de la cual
se puede insertar la sonda.
La fuente 1, el sistema amplificador 2 y la
sonda 5 se describirán a continuación con más detalle.
La fuente de radiación de microondas 1 es un
oscilador controlado por tensión (VCO) cuya frecuencia se puede
ajustar entre 14 GHz y 14,5 GHz. En otras disposiciones se podrían
utilizar diferentes tipos de fuente de microondas, por ejemplo un
oscilador dieléctrico resonante (DRO), o campos de frecuencia
diferentes. Las señales de control y monitorización del VCO FoA y
FoM se envían a y desde el controlador 101 (ver la figura 1)
respectivamente.
Se prefiere que la fuente de radiación de
microondas 1 sea capaz de entregar potencia a 0 dBm y que su nivel
de potencia se pueda mantener constante con \pm0,5 dB a través de
su banda de frecuencia de salida. La frecuencia de salida se puede
variar dentro de la banda (a través del controlador 101) y esto se
puede utilizar para la sintonía fina del dispositivo. Por ejemplo
puede existir una frecuencia específica dentro de la banda para la
cual se producen resonancias en el sistema amplificador 2 y se puede
alcanzar la potencia máxima. También es posible desplazar la
frecuencia a través de la banda para proporcionar alguna
sintonización del instrumento, por ejemplo aumentar la frecuencia
cuando la sonda 5 y/o el medio de canalización 4 son ligeramente
demasiado cortos para la resonancia o viceversa.
Es altamente preferible que la fuente de
radiación de microondas sea estable (es decir que proporcione una
salida estable). Esto ayuda en la detección de fase que se ha
tratado anteriormente. Una forma posible de lograr la estabilidad
es utilizar una fuente con enganche de fase. Una configuración
posible de una fuente de microondas con enganche de fase se muestra
en la figura 19. Un VCO 1001 genera radiación de microondas que se
emite hacia el resto del dispositivo a través de un sistema
amplificador 2 como se muestra en la figura 1. Una parte de la
señal de salida procedente del VCO se acopla a un transformador de
frecuencia 1005 que reduce la frecuencia de la señal y la introduce
en una primera entrada de un comparador de fase 1015. Una señal de
referencia estable, como una señal procedente de un oscilador de
cristal, se introduce en una segunda entrada del comparador de
fase. Esto se utiliza para detectar cualquier variación de la
frecuencia deseada de la radiación de microondas f_{0}. La
frecuencia proporcionada por la referencia estable es f_{0}/N y
ésta puede ser estable porque a frecuencias menores existen
osciladores muy estables, por ejemplo osciladores de cristal. El
transformador de frecuencia 1005 reduce la frecuencia procedente del
VCO por un factor N. El comparador de fase 1015 entrega la
diferencia entre la frecuencia y/o la fase de las dos señales de
entrada a un amplificador y filtro 1010 que se retroalimenta en la
entrada del VCO para controlar y ajustar su voltaje de control
consecuentemente para corregir cualquier variación no deseada de la
frecuencia y fase de la señal de salida.
La figura 20 muestra una configuración
alternativa para obtener una salida estable procedente de la fuente
de radiación de microondas. Una fuente de banda ancha 1030 (que
puede ser sintetizada) se utiliza para proporcionar un amplio
margen de frecuencias de microondas que se entregan a un filtro de
banda estrecha 1040 que selecciona una banda estrecha de
frecuencias (o una frecuencia) a emitir. De esta forma se puede
obtener una emisión estable de radiación de microondas.
El sistema amplificador 2 comprende una etapa o
unidad preamplificadora 10 y una etapa o unidad de amplificación de
potencia 20.
En la figura 3 se muestra una configuración
posible de la etapa amplificadora 20. La radiación de microondas se
introduce en un de preamplificador 300 procedente de la salida de la
etapa preamplificadora 10. El activador de preamplificador 300
emite la radiación para un divisor 310 que divide la señal entre
cuatro amplificadores de potencia 320, 330, 340 y 350. La señal se
amplifica y emite por parte de cada amplificador de potencia y se
combina de nuevo por medio de un combinador 360. El combinador 360
emite la señal recombinada para los detectores y el adaptador de
impedancia 3.
La elección de amplificadores de potencia se
determina por la frecuencia emitida por la fuente de radiación de
microondas 1. Para el campo de 14 a 14,5 GHz, son particularmente
adecuados los FET de GaAs. Estos presentan preferiblemente un punto
de compresión a 1 dB de 43 dBm (20 W) a través de la anchura de
banda y una ganancia de potencia de 6 dB. Se puede utilizar
TIM1414-20 de Toshiba Microwave Semiconductor Group.
Cuando se utilizan amplificadores de potencia de este tipo el nivel
teórico de potencia de salida máxima es 49 dBm (80 W).
En la figura 3 el divisor 310 y el combinador
360 son dispositivos de microstrip de un cuarto de longitud
de
onda.
onda.
Alternativamente el sistema amplificador puede
tener uno o más acopladores de microondas para dividir la señal de
entrada entre una pluralidad de amplificadores de potencia y uno o
más acopladores de microondas para recombinar las señales emitidas
por dichos amplificadores de potencia. Esto presenta la ventaja de
que si uno o más amplificadores de potencia falla entonces la
energía no acoplada se puede desviar a una carga de disipación
conectada al acceso aislado del acoplador al cual se conecta el
amplificador de potencia que falla y los otros amplificadores de
potencia no resultan afectados.
La figura 4 es un ejemplo de una disposición que
utiliza acopladores de microondas. Un activador de preamplificación
400 se utiliza como en el ejemplo de la figura 3, pero cambia la
disposición para dividir la señal entre los amplificadores de
potencia y recombinar las señales amplificadas. La señal se divide
en dos etapas. La salida del activador de preamplificador 400 se
conecta a un acoplador que divide la señal entre dos salidas
(accesos 3 y 4 en la figura 4). La señal procedente de la primera de
dichas salidas se dirige a continuación a un primer brazo del
circuito 410a donde se divide de nuevo en dos por medio de otro
acoplador 415 que dirige la señal dividida ahora dos veces a los
amplificadores de potencia primero y segundo 420 y 430 y se
recombina por medio de un acoplador 435. El acoplador 435 emite la
señal para la entrada de un acoplador 460.
La señal procedente del segundo acceso del
acoplador 410 se dirige a un segundo brazo 410b del circuito que
tiene esencialmente la misma construcción que el primer brazo 410a
arriba mencionado. Por tanto presenta un acoplador 417 para dividir
la señal entre un primer acceso y un segundo acceso. El primer
acceso de dicho acoplador se acopla a la entrada de un tercer
amplificador de potencia 440 y el segundo acceso a un cuarto
amplificador de potencia 450. Las salidas de dichos tercer y cuarto
amplificadores de potencia 440, 450 se acoplan a un primer y un
segundo accesos de entrada de otro acoplador 455 para combinar las
señales de entrada y la salida de dicho otro acoplador 455 se
conecta al acoplador 460 para combinar las señales procedentes de
los dos brazos 10a, 10b del circuito.
Aunque los amplificadores
TM1414-20 se utilizan como amplificadores de
potencia en la figura 4, se puede utilizar cualquier amplificador
de potencia adecuado con modificaciones apropiadas. Los
amplificadores Mitsubishi MEFK44 A4045 pueden ser ventajosos.
Los acopladores 410, 415, 435, 417, 455 y 460
preferiblemente dividen la potencia de forma igual entre sus dos
salidas o la combinan de forma igual a partir de sus dos entradas.
Dichos acopladores se conocen como acopladores a 3 dB y 90º.
Como antes se ha explicado, la ventaja de la
configuración de la figura 4 es que si uno de los amplificadores de
potencia falla entonces la energía no acoplada se desvía a una carga
de disipación conectada al acceso aislado del acoplador al cual se
encuentra conectado el amplificador de potencia en fallo. Por tanto
los otros amplificadores de potencia no resultan afectados.
Otras configuraciones para la etapa
amplificadora de potencia serán aparentes para una persona experta
en la técnica.
El sistema de amplificación 2 dispone de un
controlador de nivel de potencia. El controlador de nivel de
potencia está controlado por el controlador 101 para entregar el
nivel deseado de potencia de salida. En la presente realización el
controlador de nivel de potencia se encuentra en la etapa
preamplificadora 10 del sistema amplificador 2.
En la figura 5 se muestra un ejemplo de una
configuración posible para la etapa preamplificadora 10. La salida
de la fuente de radiación de microondas 1 se conecta a la entrada de
la etapa preamplificadora 10. La etapa preamplificadora 10
comprende una pluralidad de preamplificadores 510, 520, 530 y 540,
que en el ejemplo de la figura 5 se encuentran conectados en serie.
Uno de los preamplificadores (en el ejemplo el segundo 520) tiene
una ganancia variable y por tanto se puede utilizar para controlar
el nivel de potencia de las microondas generadas por el
dispositivo. La ganancia del preamplificador de ganancia variable
520 es controlada por el controlador 101. Preferiblemente el
preamplificador de ganancia variable se configura para funcionar
solamente en sus regiones lineales, pero si se proporciona una
función programada de tipo tabla de búsqueda o similar para
convertir demandas de potencia de entrada de bajo nivel a una
tensión de polarización representativa entonces puede funcionar
fuera de su región lineal de funcionamiento.
En la figura 6 se muestra un ejemplo de una
configuración alternativa. Existe una pluralidad de
preamplificadores 610, 620, 630 y 640 como en el ejemplo de la
figura 5, pero el controlador de nivel de potencia es un atenuador
de diodo pin 650 (que a su vez está controlado por el controlador
101). El atenuador de diodo pin 650 se sitúa entre dos de los
preamplificadores, que se conectan en serie. En el ejemplo de la
figura 6 el atenuador de diodo pin 560 se sitúa entre el primer 610
y el segundo 620 preamplificadores. El actuador de diodo pin 560
puede ser un atenuador de diodo pin reflector o un atenuador de tipo
absorbente.
El tipo y ganancia de los preamplificadores de
escogen según los requerimientos de sistema deseados. Los
preamplificadores de circuito integrado monolítico miniaturizado
(MMIC) pueden ser adecuados. En una realización existen cuatro
preamplificadores, el primero con una ganancia de 7 dB y los otros
con 10 dB cada uno. La fuente de radiación de microondas 1, la
etapa preamplificadora 2 y la etapa amplificadora de potencia 3 se
pueden combinar como una unidad, por ejemplo sobre una placa de
circuito microstrip para hacer el dispositivo compacto.
Se prefiere que el adaptador de impedancia 50
sea un sintonizador de stub.
La figura 7 muestra un sintonizador de triple
stub adecuado. El sintonizador de triple stub 730 comprende una
guía de ondas con dos extremos cerrados, una entrada 731, una salida
732 y tres stub de sintonización 740, 750, 760. Cada stub de
sintonización 740, 750, 760 se dispone en una abertura respectiva
741, 751, 761 en una pared de la guía de ondas y es móvil para
variar la profundidad a la cual se extiende dentro de la guía de
ondas. Por medio de variar la profundidad a la cual cada stub se
extiende dentro de la guía de ondas es posible ajustar la
impedancia del adaptador de impedancia. De esta forma la impedancia
del dispositivo de ablación 100, 200 se puede acoplar con la del
tejido 6 a destruir. Aunque el sintonizador de triple stub que se
muestra en la figura 7 presenta una sección transversal circular
(ver la figura 8), sería posible tener una sección transversal
rectangular o cuadrada.
En esta disposición un actuador (que no se
muestra en la figura 7), como un servomotor o un dispositivo
piezoeléctrico, controla la profundidad de cada stub de
sintonización 740, 750, 760. El actuador está controlado por el
controlador 101 sobre la base de la magnitud y la fase detectadas
por los detectores y/o de la interficie de usuario 110.
Las aberturas 741, 751 y 761 pueden estar en
diferentes paredes o en la misma pared de la guía de ondas como se
muestra en la figura 7. La guía de ondas 730 del sintonizador de
triple stub que se muestra en la figura 7 tiene un lado de entrada
y un lado de salida. El lado de entrada y el lado de salida se
encuentran mutuamente aislados en D.C. (corriente continua) por
medio de un aislador D.C. 770. El aislador 770 permite el paso de
las frecuencias de interés (las generadas por la fuente de radiación
de microondas, por ejemplo 14-14,5 GHz) pero
bloquea la componente continua. Se puede utilizar cualquier aislador
adecuado, cinta Kapton o una lámina delgada de material dieléctrico
de bajas pérdidas y alto voltaje de ruptura. PTFE o polipropileno
son dos posibilidades. Preferiblemente el aislamiento es bueno hasta
6 kV.
En el ejemplo de la figura 7 la guía de ondas
730 comprende dos cilindros - uno en el lado de entrada y uno en el
lado de salida - que se encajan juntos uno dentro del otro en un
encaje ajustado y están separados por el aislante 770. Es posible
separar los dos cilindros, lo cual facilita el montaje y el ajuste
de las sondas de entrada y salida 710 y 720.
La entrada y la salida 710 y 720 pueden ser
convenientemente en forma de sondas de campo E que se extienden
dentro de la guía de ondas. Pueden tener conectores tipo n para la
conexión con el resto del dispositivo. También se pueden utilizar
sondas de campo H, así como conectores SMA.
La guía de ondas 730 presenta preferiblemente
una sección transversal cilíndrica como se muestra en la figura 8
que es una sección transversal a lo largo de la línea
A-A de la figura 7 y también muestra el stub de
sintonización ajustable 740 (desplazado lateralmente).
En la figura 7 los stubs de sintonización se
disponen separados tres octavos de longitud de onda (de la
radiación de microondas generada por la fuente, o de la media de su
banda); en realizaciones alternativas pueden disponerse separados
un octavo o cinco octavos de longitud de onda - otras distancias
adecuadas pueden ser aparentes para la persona experta en la
técnica.
La figura 21 muestra una disposición alternativa
del dispositivo en la que números de referencia iguales indican
partes similares a las que se han descrito anteriormente. A
continuación se describirán solamente las características nuevas,
puesto que las otras se han descrito ya anteriormente. Un modulador
1100 y un filtro 1120 se disponen entre la fuente de radiación de
microondas 1 y el sistema de amplificación 2. El modulador 1100
está controlado por una señal moduladora 1105 procedente del
controlador 101 al cual se encuentra conectado. Cuando se encuentra
en estado activo el modulador 1100 modula la radiación de microondas
procedente de la fuente 1 en pulsos con una frecuencia en el campo
de 10 kHz a 500 MHz ambas incluidas. El modulador 1100 es flexible
y capaz de modular a cualquier frecuencia dentro de su campo,
seleccionándose la frecuencia modulada por parte del controlador
101. El filtro 1120 se conecta a la salida del modulador 1100 y a la
entrada del sistema amplificador 2. El controlador 101 lo controla.
Cuando el modulador 1100 se encuentra en estado activo el filtro
1120 se controla para filtrar y eliminar las frecuencias de
microondas más elevadas procedentes de la fuente 1, de forma que
solamente pasa una forma de onda con la frecuencia de los pulsos de
modulación. Por tanto, cuando el modulador 1100 se encuentra en
estado activo la radiación con una frecuencia seleccionada dentro
del margen de 10 kHz a 500 MHz se emite hacia el resto del
dispositivo a través de la sonda 5. La radiación de esta frecuencia
es particularmente adecuada para el corte. Cuando el modulador 1100
se encuentra en estado desactivado, la radiación de microondas
procedente de la fuente 1 no se modula y el filtro 1120 deja pasar
la radiación de microondas, de forma que se emite la radiación de
microondas al resto del dispositivo y a la sonda 5. La radiación de
microondas es particularmente efectiva para la ablación de tejido
canceroso. Se prefiere que la frecuencia de modulación, cuando el
modulador se encuentra en estado activo, sea una frecuencia dentro
del campo de 500 kHz a 30 MHz, puesto que se ha encontrado que estas
frecuencias son incluso más adecuadas para el corte de tejido
porque son suficientemente altas para que no se produzca
estimulación nerviosa pero suficientemente bajas para que los
márgenes térmicos se mantengan en un mínimo.
La figura 21 utiliza un sintonizador de triple
stub como adaptador de impedancia. Un actuador de stub 1130 se
configura para controlar los stubs, para ajustar la impedancia de
salida del adaptador de impedancia, y está controlado por el
controlador 101 sobre la base de la potencia y la fase detectadas
por los detectores 230, 250, 260, 280 y 200, 220, 240 y 270.
Téngase en cuenta que en la figura 21 se utilizan osciladores
locales separados 230, 270 para los detectores de radiación de
microondas directa y reflejada.
Entre el adaptador de impedancia 50 y la sonda 5
se proporciona un adaptador de fase 1110. El adaptador de fase 1110
es controlable por parte del controlador 101 para hacer que la
distancia efectiva entre la salida del adaptador de impedancia 50 y
el extremo distante 5a de la sonda 5 sea igual a un múltiplo de la
longitud de onda de la radiación de microondas producida por la
fuente dividida por dos. Como se ha tratado anteriormente esto es
ventajoso para el acople de impedancia y la minimización de la
cantidad de radiación reflejada.
Como se hará aparente para una persona experta
en la técnica uno o ambos del modulador y el adaptador de fase se
pueden utilizar en cualquiera de las otras disposiciones
anteriormente descritas.
La parte del dispositivo de ablación que se
designa de forma general como 100 en la figura 1 se puede utilizar
con muchos tipos distintos de sonda 5. Por consiguiente el
dispositivo presenta preferiblemente un detector de sonda que es
capaz de detectar el tipo de sonda que se conecta. La sonda puede
tener un dispositivo para enviar una señal de identificación al
detector de sonda. El detector de sonda puede ser parte del
controlador 101. El controlador se configura para mostrar el tipo
de sonda e información de procedimiento referente a la sonda
detectada. También se puede configurar para variar el nivel de
potencia según el tipo de sonda.
A continuación se describirán varias sondas:
La figura 9 muestra una sonda coaxial con un
primer conductor 900, un segundo conductor 910 y un dieléctrico 920
entre ambos. El primer conductor 900 es de forma delgada alargada y
está hecho con un material altamente conductor como plata o cobre.
El segundo conductor 920 es coaxial con el primero y forma una
cubierta externa conductora. El dieléctrico es un material de bajas
pérdidas para las frecuencias de microondas. La impedancia
característica de la sonda se determina por la relación entre el
diámetro interior del segundo conductor 910 y el diámetro exterior
del primer conductor 900. El dieléctrico 930 se extiende fuera de la
cubierta conductora 920 y el primer conductor 900 se extiende fuera
del dieléctrico y se puede utilizar para penetrar en el tejido 6. La
figura 10 es una sección transversal a lo largo de la línea
B-B de la figura 9.
La sonda de la figura 9 presenta una pluralidad
de simetrizadores 930. Cada simetrizador es en forma de un tercer
conductor que rodea a una parte del conductor externo 920. Cada
simetrizador 930 está en contacto conductor con el segundo
conductor 910 en un extremo y aislado por aire del segundo conductor
en el resto de su longitud. Cada simetrizador tiene una longitud de
un cuarto de la longitud de onda o múltiplos impares de la misma
que se utiliza en el dispositivo. Los simetrizadores minimizan la
corriente de retorno a lo largo del segundo conductor y por tanto
ayudan
a minimizar el riesgo de descarga al paciente o al operador, y a reducir o eliminar el calentamiento del tejido sano.
a minimizar el riesgo de descarga al paciente o al operador, y a reducir o eliminar el calentamiento del tejido sano.
La figura 11(a) muestra una sonda similar
a la de la figura 9, excepto por el hecho de que el primer
conductor 900 presenta otra pieza de material dieléctrico 935 en su
extremo (preferiblemente el dieléctrico 935 es del mismo material
que el dieléctrico 920). Solamente se expone una parte 936 del
primer conductor entre las dos piezas de material dieléctrico 920,
935.
La figura 11(b) es una vista ampliada del
extremo de la sonda de la figura 9. La figura 11(c) es una
vista ampliada del extremo de la sonda de la figura 11(a). La
figura 11(d) muestra una variante en la cual el primer
conductor presenta un dieléctrico 935 en su boquilla de extremo,
pero la primera pieza de dieléctrico 920 no se extiende fuera de la
cubierta conductora 910. Por tanto se expone la parte del primer
conductor entre la cubierta 910 y el segundo dieléctrico 935. La
figura 11(e) muestra una variación en la cual el dieléctrico
920 no se extiende fuera de la cubierta 910, y el primer conductor
termina en una aguja de tungsteno 911 con una abrazadera de refuerzo
metálica 912 que rodea a una parte cercana al extremo de la cubierta
910.
La figura 12 muestra una sonda coaxial insertada
en tejido 6. Los mismos números de referencia indican partes
similares a las de la figura 9. El segundo conductor 910 y los
simetrizadores 930 se encuentran rodeados por un trocar, que es un
tubo insertado en el cuerpo que permite que se inserte una sonda u
otro dispositivo como un endoscopio. La figura 13 es una sección
transversal a lo largo de la línea C-C de la figura
12.
La figura 14 muestra una realización de la
invención que es una sonda que presenta un simetrizador formado por
medio de deposición de dieléctrico 932 entre el segundo y el tercer
conductores 910, 930. El dieléctrico - cast 235D de Cumming
Corporation - es un dieléctrico particularmente adecuado para este
propósito. De esta forma se pueden formar uno o varios
simetrizadores. la longitud del simetrizador es un cuarto de la
longitud de onda o múltiplos impares de la misma.
En una realización alternativa los
simetrizadores pueden ser simetrizadores puramente de un dieléctrico
sin ningún tercer conductor 930. Las modificaciones adecuadas serán
aparentes para una persona experta en la técnica.
La figura 15 muestra una sonda de guía de ondas
rectangular con una profundidad de media longitud de onda y una
anchura de una longitud de onda. Con esta configuración se propaga
el modo TE_{21}. Las microondas se acoplan dentro de la sonda de
ablación 6 a través de una sonda 2002 de campo E que se extiende
dentro de la guía de ondas y que dispone de un conector 2001 de
tipo N, tipo K o tipo SMA. La abertura de la guía de onda 2003 está
rellena (cargada) con un dieléctrico de bajas pérdidas.
La figura 22 muestra una sonda de ablación 6 de
guía de ondas cilíndrica, cuya abertura central 2003 se encuentra
rellena con un material dieléctrico sólido. Dispone de una sonda de
campo E con un conector de tipo SMA, N o K separado \lambda/4 de
uno de sus extremos. También se podrían utilizar sondas de campo
H.
Tanto en la figura 14 como en la figura 15 la
cavidad de la guía de ondas (paredes) está realizada con cobre,
latón o aluminio y la entrada (sonda de campo E) se encuentra a un
cuarto de longitud de onda de un extremo de la guía de ondas.
La figura 23 muestra una sonda de ablación
alargada con una boquilla cerámica 911 en su extremo distante. La
boquilla se configura para suministrar radiación de microondas al
interior de tejido. La cerámica es un material cerámico de
microondas de bajas pérdidas con una permitividad relativa
(\varepsilon_{r}) de 6,5 a frecuencias de microondas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es solamente para la conveniencia del lector. No forma
parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha prestado gran
atención a la recopilación de las referencias, no se pueden
descartar errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes
declina cualquier responsabilidad respecto a la misma.
- \bullet US 5057106 A [0004]
- \bullet US 4825880 A [0005]
Claims (6)
1. Sonda coaxial de ablación de tejido con un
conductor interno (900), un dieléctrico (920) que rodea a dicho
conductor interno (900), una cubierta conductora (910) que rodea a
dicho dieléctrico (920) y un simetrizador (930) sobre dicha
cubierta, caracterizada por el hecho de que el simetrizador
(930) comprende un dieléctrico depositado (932).
2. Sonda según la reivindicación 1, en la que el
simetrizador (930) comprende además un conductor externo que rodea a
dicho dieléctrico depositado (932).
3. Sonda según las reivindicaciones 1 o 2, donde
dicha sonda se diseña para utilizarse con radiación de microondas de
longitud de onda \lambda y el simetrizador (930) tiene una
longitud en la dirección del eje de dicha sonda de \lambda/4 o
múltiplos impares de la misma.
4. Procedimiento de fabricación de un
simetrizador (930) para una sonda coaxial de ablación de tejido que
comprende las etapas de depositar un dieléctrico líquido o en polvo
(932) sobre una superficie externa de una cubierta exterior
conductora (910) de una sonda coaxial y, si dicho dieléctrico (932)
es líquido, dejar que el líquido se solidifique para formar el
simetrizador.
5. Procedimiento según la reivindicación 4 que
comprende además la etapa de situar un conductor externo alrededor
de dicho dieléctrico (932).
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que dicha sonda se diseña para utilizarse con una radiación de
microondas de longitud de onda \lambda y el simetrizador tiene una
longitud en la dirección del eje de dicha sonda de \lambda/4 o
múltiplos impares de la misma.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB0227635A GB0227635D0 (en) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | An invention of Technology electrosurgical system to enable effective treatment of cancerous growths manifested in vital organs of the human body |
| GB0227628A GB0227628D0 (en) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | Miniature monopole antenna structures for minimally invasive therapeutic cancer treatment and use in intricate open surgery procedures |
| GB0227628 | 2002-11-27 | ||
| GB0227635 | 2002-11-27 |
Publications (1)
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