技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种磁兼容的水冷微波消融针及其制备方法。
背景技术
目前，微创介入的微波肿瘤消融术已广泛用于临床。微波肿瘤消融术是将微波消融针在影像引导下插入人体组织病灶，由微波消融仪产生的微波能传输到微波消融针前端持续发射，使组织摩擦产热，在数分钟内形成一个类球形热场，中心温度高于100℃，边缘温度大于60℃，使得组织凝固、脱水坏死。微波肿瘤消融术效率高、创伤小、对组织的作用深度和范围均可控。
大部分微波肿瘤消融术是在CT或者超声引导下将微波消融针经皮穿刺到肿瘤中心区域，但作为主流的微创介入的图像引导，CT和超声存在一定的局限性。超声图像分辨率不高，其在判断肿瘤边界方面受到一定限制；CT对医生和病人辐射大。相比而言，核磁共振成像技术对人体没有伤害，其具有较高的准确性、图像分辨率高、软组织对比度高、任意多方位成像、成像参数丰富。
然而，现有可用的微波消融针受到材料技术方面的限制，无法在磁共振环境下使用，限制了微波肿瘤消融术的发展。更为重要的是，现有可用的微波消融针消融所得区域都为一个长条椭球形状，而大多数肿瘤都接近圆球形，为了能够完整的灭活肿瘤组织，必须加大消融的范围，这样必定会损伤人体正常组织，对人体造成不必要的伤害。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种磁兼容的水冷微波消融针及其制备方法，本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针可安全用于核磁共振成像引导下的微波肿瘤消融术，消融区域可调，在不损伤正常组织的情况下可有效提高消融效率，针管为一体构造，安全性高。
本发明提供了一种磁兼容的水冷微波消融针，包括：
氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体；
同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质和外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
设置于所述中空的针体内部，且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；在所述中空的针体内，所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；
开设于中空针体末端的进水口与出水口；
与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。
优选的，所述各槽口的宽度相同，所述槽口的宽度为0.1～0.5mm，所述相邻槽口的间隔为0.5～1mm，所述槽口的深度为所述外导体的厚度。
优选的，所述同轴电缆(2)前端与所述最靠近所述同轴电缆(2)前端的槽口之间的间隔大于相邻槽口之间的距离。
优选的，所述同轴电缆为磁兼容同轴电缆，所述同轴电缆的内导体和外导体为无磁性金属。
优选的，所述无磁性金属环(3)的内径大于所述同轴电缆(2)外径，所述无磁性金属环(3)的外径小于所述中空的针体的内径，所述无磁性金属环(3)的宽度为一个有效波长±5mm，所述有效波长的计算公式如下：
其中，c为真空中的波速，f为所使用的微波频率，∈r为波传输介质的相对介电常数。
优选的，所述进水口与进水管(4)相连，所述出水口与出水管(5)相连，所述进水管(4)为无磁性材料，所述出水管(5)为无磁性材料，所述射频同轴连接器(6)为无磁性导电材料。
优选的，所述同轴电缆的外径为0.8mm-2.2mm，所述同轴电缆的长度为135mm-215mm。
优选的，所述针尖与所述中空的针体为一体化构造，所述针尖为实心圆锥体，所述圆锥体的高度为3mm-6mm，所述中空的针体的长度为109mm-192mm，所述中空针体的外径为1.6mm-3.0mm，所述中空针体的内径为1.0mm-2.6mm。
优选的，还包括设置于所述氧化锆针管尾端的针柄(7)。
本发明还提供了一种上述磁兼容的水冷微波消融针的制备方法，包括以下步骤：
A)将同轴电缆(2)前端的内导体与外导体焊接连通；
B)在同轴电缆(2)的表面，自所述同轴电缆(2)前端的位置沿其轴线方向切割8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
C)将无磁性金属环(3)套入所述同轴电缆表面，并用粘合剂将无磁性金属环(3)固定于最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；
D)在所述无磁性金属环(3)表面涂覆一层粘合剂，并将所述同轴电缆(2)的前半部分插入所述氧化锆针管(1)的中空针体内至所述同轴电缆(2)的前端与针尖的末端接触后，进行干燥粘接，使所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；
E)将进水管(4)进水口相连，将出水管(5)与出水口相连；
F)将所述氧化锆针管(1)的尾端用粘合剂密封；
G)将射频同轴连接器(6)与所述同轴电缆(2)的尾端焊接连通，并将针柄(7)安装于所述氧化锆针管尾端。
与现有技术相比，一种磁兼容的水冷微波消融针，其特征在于，包括：氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体；同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质和外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；设置于所述中空的针体内部，且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；在所述中空的针体内，所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；开设于中空针体末端的进水口与出水口；与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。本发明提供的微波消融针所用零件均选用无磁材料，可安全用于核磁共振成像引导下的微波肿瘤消融术，其对人体无电离辐射，图像分辨率高，任意方位成像，可有效的提高手术的成功率。微波消融针采用同轴电缆多槽口与无磁性金属环相结合的设计，消除现有微波消融针加热过程中的针杆尾巴余热问题，消融所得区域近似为一个球形，符合多数肿瘤形状；同样地，也可以根据不同肿瘤的形状，调整槽口数量以及槽口的宽度和槽口之间的间隔，得到不同的消融形状，在不损伤正常组织的情况下可有效提高消融效率。另外，本发明提供的微波消融针采用一体化的氧化锆针管，改进了以往微波消融针需另外焊接或粘接针头的现象，避免针头在手术过程中易脱落，对人体造成不必要的伤害；另外，氧化锆材料对人体无危害且坚固，易于穿刺。
附图说明
图1为本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种磁兼容的水冷微波消融针，包括：
氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体；
同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质和外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
设置于所述中空的针体内部，且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；在所述中空的针体内，所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；
开设于中空针体末端的进水口与出水口；
与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。
参见图1，图1为本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针的结构示意图。图1中，1为氧化锆针管，2为同轴电缆，2-1为槽口，3为无磁性金属环，4为进水管，5为出水管，6为射频同轴连接器，7为针柄。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针包括氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体。
在本发明中，所述针尖与中空的针体为一体化设计，从而避免针头在手术过程中易脱落，对人体造成不必要的伤害。其中，针尖优选为实心圆锥体，易于手术过程中穿刺；所述中空的针体的长度为109mm-192mm，优选为120～160mm；所述中空针体的外径为1.6mm-3.0mm，优选为2.0～2.5mm；所述中空针体的内径为1.0mm-2.6mm，优选为1.5～2.0mm。坚硬的氧化锆针管(1)便于手术过程中穿刺，且中空的针体可为水循环提供通道。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针还包括同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质以及外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
在本发明中，所述同轴电缆是磁兼容的，所述内导体为无磁性金属，优选为镀银铜线，所述外导体为无磁性金属，优选为镀三元合金无缝退火紫铜管。
所述同轴电缆(2)的前半部分设置于所述中空的针体内部，所述同轴电缆(2)的后半部分延伸至针体外部。
所述同轴电缆的外径为0.8mm-2.2mm，优选为1.2～1.8mm；所述同轴电缆的长度为135mm-215mm，优选为150～180mm。
所述同轴电缆(2)前端的内导体与外导体相连，并与所述针尖的末端相接触。
所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口。
所述同轴电缆(2)前端与所述最靠近所述同轴电缆(2)前端的槽口之间的间隔大于相邻槽口之间的距离。
在本发明中，所述槽口的个数为8～10个，各槽口的宽度相同，所述槽口的宽度为0.1～0.5mm，所述相邻槽口的间隔为0.5～1mm，所述槽口的深度为所述外导体的厚度。
其中，所开槽口以及槽口的宽度的控制，使得微波能最大化地向外辐射出去，在组织中形成热场，消融肿瘤；相邻槽口之间的间隔，使得能量最大化的集中在槽口周边；本发明通过对槽口个数、槽口宽度以及相邻槽口间隔的控制，可以得到不同形状的消融区域。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针还包括设置于所述中空的针体内且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口。其中，所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧为靠近同轴电缆的末端的一侧。
所述无磁性金属环(3)的内径大于所述同轴电缆(2)外径，所述无磁性金属环(3)的外径小于所述中空的针体的内径，所述无磁性金属环(3)的宽度为一个有效波长±5mm，所述有效波长的计算公式如下：
其中，λ为有效波长，c为真空中的波速，f为所使用的微波频率，∈r为波传输介质的相对介电常数。
在本发明中，所述无磁性金属环(3)选自无磁导电金属，优选为铜、银或铝，更优选为铜。
所加无磁性金属环(3)可以消除消融过程中针管尾巴余热问题，使得消融区域接近椭球形或圆球形，符合肿瘤形状。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针还包括开设于中空针体末端的进水口与出水口。
在本发明的一些具体实施方式中，所述进水口与进水管(4)相连，所述出水口与出水管(5)相连，所述进水管(4)为无磁性材料，所述出水管(5)为无磁性材料，所述射频同轴连接器(6)为无磁性导电材料。
在本发明的一些具体实施方式中，所述进水管(4)和出水管(5)嵌插至所述中空的针体内部、且以所述同轴电缆(2)为轴心相对设置，所述进水管(4)与出水管(5)的部分在所述中空针体内，剩余部分延伸至所述中空针体外侧。
所述进水管(4)的进水口与第一塑料软管相连，方便向所述水冷微波消融针的针管内通入水，所述出水管(5)的出水口与第二塑料软管相连，将用于冷却针体的水输送至针体外，水循环有效降低消融过程中针管壁的温度，避免灼烧皮肤。
所述进水管(4)为无磁性材料，优选为钛合金管、陶瓷管或铜管；所述出水管(5)为无磁性材料，优选为钛合金管、陶瓷管或铜管。
在所述中空的针体内，所述中空的针体的末端至所述无磁性金属环(3)的空间为密闭空间。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针还包括与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。
所述射频同轴连接器(6)为无磁性导电材料，所述射频同轴连接器(6)由铝制镀银材料制造。
本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针还包括设置于所述氧化锆针管尾端的针柄(7)。
本发明还提供了一种上述磁兼容的水冷微波消融针的制备方法，包括以下步骤：
A)将同轴电缆(2)前端的内导体与外导体焊接连通；具体的，将同轴电缆(2)前端的外导体与中间绝缘层剥掉，将内导体与外导体焊接连通。
B)在同轴电缆(2)的表面，自所述同轴电缆(2)前端的位置沿其轴线方向切割8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
在本发明中，所述切割的方法优选为线切割技术。
C)将无磁性金属环(3)套入所述同轴电缆表面，并用粘合剂将无磁性金属环(3)固定于最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口。所述粘结剂优选为耐高温防水硅酮胶。
D)在所述无磁性金属环(3)表面和下表面涂覆一层粘合剂，并将所述同轴电缆(2)的前半部分插入所述氧化锆针管(1)的中空针体内至所述同轴电缆(2)的前端与针尖的末端接触后，进行干燥粘接，使所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间，即将中空的针体内部，所述无磁性金属环(3)至所述针尖之间的空间密封，所有槽口都处于该密闭空间内，所述同轴电缆(2)的后半部分延伸至所述中空针体外侧；所述粘合剂优选为耐高温防水硅酮胶。
E)将进水管(4)进水口相连，将出水管(5)与出水口相连，将进水管(4)与出水管(5)分别与所述氧化锆针管(1)的中空针体末端的进水口与出水口相连，并以所述同轴电缆(2)为轴心相对设置，所述进水管(4)与出水管(5)的部分在所述中空针体内，剩余部分延伸至所述中空针体外侧；
所述进水管(4)的进水口与第一塑料软管相连，方便向所述水冷微波消融针的针管内通入水，所述出水管(5)的出水口与第二塑料软管相连，将用于冷却针体的水输送至针体外，水循环有效降低消融过程中针管壁的温度，避免灼烧皮肤。将所述进水管和出水管与塑料软管相连，所述相连采用UV胶水粘接。
F)将所述氧化锆针管(1)的尾端用粘合剂密封，优选采用UV胶水进行密封；
G)将射频同轴连接器(6)与所述同轴电缆(2)的尾端焊接连通，并将针柄(7)安装于所述氧化锆针管尾端。
本发明提供的微波消融针所用零件均选用无磁材料，可安全用于核磁共振成像引导下的微波肿瘤消融术，其对人体无电离辐射，图像分辨率高，任意方位成像，可有效的提高手术的成功率。微波消融针采用同轴电缆多槽口与无磁性金属环相结合的设计，消除现有微波消融针加热过程中的针杆尾巴余热问题，消融所得区域近似为一个球形，符合多数肿瘤形状；同样地，也可以根据不同肿瘤的形状，调整槽口数量以及槽口的宽度和槽口之间的间隔，得到不同的消融形状，在不损伤正常组织的情况下可有效提高消融效率。另外，本发明提供的微波消融针采用一体化的氧化锆针管，改进了以往微波消融针需另外焊接或粘接针头的现象，避免针头在手术过程中易脱落，对人体造成不必要的伤害；另外，氧化锆材料对人体无危害且坚固，易于穿刺。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的磁兼容的水冷微波消融针及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本实施例提供了一种磁兼容的水冷微波消融针，包括：氧化锆针管1、同轴电缆2、铜环3、进水管4、出水管5、射频同轴连接器6和针柄7。
具体包括：
氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体；
同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质和外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
设置于所述中空的针体内部，且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；在所述中空的针体内，所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；
开设于中空针体末端的进水口与出水口；
与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。
设置于所述氧化锆针管尾端的针柄(7)。
所述同轴电缆2的前端内导体与外导体焊接连通，同轴电缆2外导体使用线切割技术切开10个槽口2-1，铜环3套入同轴电缆2表面的最后一个槽口的外侧(即靠近同轴电缆末端的一侧)，铜环3两端使用耐高温防水硅酮胶与同轴电缆2粘接，再在铜环表面涂抹一层耐高温防水硅酮胶，再将同轴电缆2插入氧化锆针管1内至前端并进行干燥粘接，进水管4与出水管5与分别与进水口和出水口相连，并插入至氧化锆针管1内的铜环3尾端所在处，在氧化锆针管1尾端涂抹UV胶水并用紫外灯照射将氧化锆针管1与同轴电缆2、进水管4、出水管5迅速粘接固定并封水，射频同轴连接器6焊接在同轴电缆2的尾端。
所述氧化锆针管1外径为2.2mm，总长度为170mm，前端为实心圆锥体，高度为4mm,后端为中空针管，内径大于铜环3外径为1.9mm，长度为166mm。
所述同轴电缆2是无磁性的，外径为1.19mm，长度为196mm，同轴电缆2前端内导体与外导体焊接连通，从前端开始依次切割10个槽口，每个槽口的宽度为0.2mm，槽口与槽口之间的距离为1mm，第一个槽口离同轴电缆2前端的距离为4.5mm。
所述铜环3外径为1.5mm，内径为1.25mm，长度为18mm，套入同轴电缆2表面的最后一个槽口后面，并使用耐高温防水硅酮胶粘接固定。
所述进水管4、出水管5由钛合金材料制造，外径为0.5mm，内径为0.3mm，进水管4的长度为150mm，出水管5的长度为100mm，进水管4、出水管5在尾端使用UV胶水与塑料软管粘接，从而与针柄7外面的水管进行转换。
所述射频同轴连接器6为铝制镀银接头，焊接于同轴电缆2的尾端，与微波发生器相连接。
所述针柄7由塑料材质制造，将延伸至中空的针体外部的进水管4、出水管5、射频同轴连接器6包覆住。
所述水冷微波消融针可在磁共振下使用，使用有限元分析软件，仿真消融所得区域近似为一个半径为34mm圆球形的形状。
实施例2
本实施例提供了一种磁兼容的水冷微波消融针，包括：氧化锆针管1、同轴电缆2、铜环3、进水管4、出水管5、射频同轴连接器6和针柄7。
具体包括：
氧化锆针管(1)，所述氧化锆针管包括针尖以及中空的针体；
同轴电缆(2)，所述同轴电缆(2)包括内导体、绝缘介质和外导体，所述同轴电缆(2)的前端的内导体和外导体相连且设置在所述中空的针体内部，所述同轴电缆的表面自所述同轴电缆的前端沿其轴线方向开设有8～10个与所述绝缘介质相通的、等间距分布的环形槽口；
设置于所述中空的针体内部，且套设于同轴电缆(2)的外导体表面的无磁性金属环(3)，所述无磁性金属环(3)设置在最远离同轴电缆(2)前端的槽口的一侧并紧贴所述最远离同轴电缆(2)前端的槽口；在所述中空的针体内，所述无磁性金属环(3)至所述针尖末端的空间为密闭空间；
开设于中空针体末端的进水口与出水口；
与所述同轴电缆(2)的尾端相连的射频同轴连接器(6)。
设置于所述氧化锆针管尾端的针柄(7)。
所述同轴电缆2的前端内导体与外导体焊接连通，同轴电缆2外导体使用线切割技术切开10个槽口2-1，铜环3套入同轴电缆2表面的最后一个槽口的外侧(即靠近同轴电缆末端的一侧)，铜环3两端使用耐高温防水硅酮胶与同轴电缆2粘接，再在铜环表面涂抹一层耐高温防水硅酮胶，再将同轴电缆2插入氧化锆针管1内至前端并进行干燥粘接，进水管4与出水管5与分别与进水口和出水口相连，并插入至氧化锆针管1内的铜环3尾端所在处，在氧化锆针管1尾
端涂抹UV胶水并用紫外灯照射将氧化锆针管1与同轴电缆2、进水管4、出水管5迅速粘接固定并封水，射频同轴连接器6焊接在同轴电缆2的尾端。
所述氧化锆针管1外径为2.2mm，总长度为170mm，前端为实心箭头形状，长度为4mm,后端为中空针管，内径大于铜环3外径为1.9mm，长度为166mm。
所述同轴电缆2是无磁性的，直径为1.19mm，长度为196mm，同轴电缆2前端内导体与外导体焊接连通，从前端开始依次切割8个槽口，每个槽口的宽度为0.5mm，槽口与槽口之间的距离为0.5mm，第一个槽口离同轴电缆2前端的距离为4.5mm。
所述铜环3外径为1.5mm，内径为1.25mm，长度为10mm，套入同轴电缆2表面的最后一个槽口后面，并使用耐高温防水硅酮胶粘接固定。
所述进水管4、出水管5由钛合金材料制造，外径为0.5mm，内径为0.3mm，进水管4的长度为148mm，出水管5的长度为98mm，进水管4、出水管5在尾端使用UV胶水与塑料软管粘接，从而与针柄7外面的水管进行转换。
所述射频同轴连接器6为铝制镀银接头，焊接于同轴电缆2的尾端，与微波发生器相连接。
所述针柄7由塑料材质制造，将进水管4、出水管5、射频同轴连接器6包覆住。
所述水冷微波消融针可在磁共振下使用，使用有限元分析软件，仿真消融所得区域近似为一个椭球型，短轴为34mm，长轴为42mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。