电外科器械

技术领域

本发明涉及一种用于将微波能量递送到生物组织以便消融组织的电外科器械。所述器械可包括探针，所述探针可插入通过内窥镜或导管的通道，或者可用于腹腔镜手术或开放手术中。所述器械可用于肺或胃肠应用，但不限于此。

背景技术

已发现电磁(EM)能量以及特别是微波能量因其能够消融生物组织而可用于电外科手术中。通常，用于向身体组织递送EM能量的设备包括包含EM能量源的发生器以及连接到发生器以用于将能量递送到组织的电外科器械。

常规的电外科器械往往被设计成经皮地插入到患者的身体中。然而，例如如果靶部位是在移动的肺或胃肠(GI)道的薄壁区段中，则可能难以将器械经皮地定位在身体中。其他电外科器械可通过外科窥视装置(例如，内窥镜)递送到靶部位，所述外科窥视装置可运行通过身体内的通道，诸如气道或者食道或结肠的内腔。这允许最小侵入性治疗，从而能够降低患者的死亡率并且降低术中和术后并发症率。

使用微波EM能量进行组织消融是基于生物组织主要由水构成的事实。人体软器官组织通常具有在70％与80％之间的水分。水分子具有永久电偶极矩，这意味着在整个分子上存在电荷不平衡。这种电荷不平衡会使分子响应于由时变电场的施加所产生的力而移动，因为所述分子会旋转来使其电偶极矩与所施加的场的极性对准。在微波频率下，快速分子振荡会导致摩擦加热以及随之发生的呈热形式的场能量的耗散。这称为介电加热。

此原理被用于微波消融治疗中，其中靶组织中的水分子通过在微波频率下施加局部电磁场而快速地加热，从而导致组织凝结和细胞死亡。已知使用微波发射探针来治疗肺和其他器官中的各种疾病。例如，在肺中，微波辐射可用于治疗哮喘并且消融肿瘤或病灶。

发明内容

最一般地，本发明提供了一种用于将微波能量递送到生物组织的电外科器械，其中使用一对导电调谐元件来使所述器械的微波辐射剖面成形，使得将所述辐射剖面(也称为“消融剖面”)约束在所述器械端头周围。发明人已经发现，使用此类调谐元件可产生围绕所述器械端头大体上是球形的辐射剖面，从而提供明确限定的消融体积。发明人还已经发现，所述调谐元件可作用来提高可将微波能量递送到靶组织中的效率。

根据本发明的第一方面，提供了一种电外科器械，所述电外科器械包括：同轴馈电电缆，所述同轴馈电电缆用于传送微波能量，所述同轴馈电电缆具有内导体、外导体和将所述内导体与所述外导体隔开的介电材料；以及辐射端头，所述辐射端头设置在所述同轴馈电电缆的远端处以接收所述微波能量，所述辐射端头包括：细长导体，所述细长导体电连接到所述内导体并且在纵向方向上延伸以形成微波辐射器；近侧调谐元件，所述近侧调谐元件在所述辐射端头的近侧区域中电连接到所述细长导体；远侧调谐元件，所述远侧调谐元件在所述辐射端头的远侧区域中电连接到所述细长导体；以及介电主体，所述介电主体设置在所述细长导体、所述近侧调谐元件和所述远侧调谐元件周围，其中所述近侧调谐元件和所述远侧调谐元件在所述纵向方向上间隔开，由此所述微波辐射器发射的微波场围绕所述介电主体成形。

所述器械可操作来消融身体内的靶组织。所述装置特别适合于消融肺中的组织，然而它也可用于消融其他器官(例如，子宫或胃肠道)中的组织。为了高效地消融靶组织，辐射端头应定位得尽可能靠近靶组织(并且在许多情况下定位在所述靶组织内部)。为了到达靶组织(例如，肺中的靶组织)，可能需要引导所述装置通过通路(例如，气道)并且绕过障碍物。这意味着所述器械理想地将是尽可能柔性的并且具有小的横截面。特别地，所述装置在其端头附近应当是非常柔性的，在所述端头处，可能需要沿着狭窄的通路(诸如可能狭窄且蜿蜒曲折的细支气管)操纵所述装置。

所述同轴馈电电缆可为在一端处可连接到电外科发生器的常规的低损耗同轴电缆。特别地，所述内导体可为沿着所述同轴馈电电缆的纵向轴线延伸的细长导体。所述介电材料可围绕所述内导体设置，例如第一介电材料可具有所述内导体延伸通过其中的通道。所述外导体可为由导电材料制成的设置在所述介电材料的表面上的套筒。所述同轴馈电电缆还可包括用于使电缆绝缘并保护电缆的外保护性护套。在一些实例中，所述保护性护套可由不粘材料制成或涂覆有所述不粘材料以防止组织粘连到电缆。所述辐射端头位于所述同轴馈电电缆的远端处，并且用于将沿着所述同轴馈电电缆传送的EM能量递送到靶组织中。所述辐射端头可永久地附接到所述同轴馈电电缆，或者所述辐射端头可以可移除地附接到所述同轴馈电电缆。例如，连接器可提供在所述同轴馈电电缆的远端处，所述连接器被布置为接收所述辐射端头并且形成所需的电连接。

辐射端头一般可为圆柱形的。介电主体可附接到同轴馈电电缆的远端。在一些实例中，介电主体可包括同轴馈电电缆的介电材料的延伸超出同轴馈电电缆的远端的突出部分。这可简化所述辐射端头的构造，并且避免EM能量在所述辐射端头与所述同轴馈电电缆之间的边界处的反射。在其他实例中，不同于同轴馈电电缆的介电材料的第二介电材料可用于形成介电主体。可选择所述第二介电材料以改进与靶组织的阻抗匹配，以便提高将微波能量递送到靶组织中的效率。所述辐射端头还可包括多个不同的介电材料件，所述不同的介电材料件被选择和布置为以期望的方式使辐射剖面成形。

所述细长导体电连接到同轴馈电电缆的内导体，并在介电主体内延伸，使得它充当微波辐射器。换句话说，从同轴馈电电缆传送到辐射端头的微波能量可从细长导体辐射。外导体可终止于同轴馈电电缆的远端，使得细长导体延伸超出外导体的远端。以此方式，辐射端头可充当微波单极天线。因此，传送到辐射端头的微波能量可从细长导体辐射到周围靶组织中。细长导体可例如在介电主体中的通道内延伸。细长导体可为具有细长形状的任何合适的导体。例如，细长导体可为在介电主体内延伸的导电材料的线、杆或条带。

近侧调谐元件可为位于辐射端头的近端附近的导电材料(例如，金属)件。远侧调谐元件可为位于辐射端头的远端附近的导电材料(例如，金属)件。因此，远侧调谐元件可比近侧调谐元件更为远离同轴馈电电缆的远端。近侧调谐元件和远侧调谐元件两者都电连接到细长导体。例如，近侧调谐元件和远侧调谐元件可各自设置在细长导体上或围绕所述细长导体设置。近侧调谐元件和远侧调谐元件可通过任何合适的手段电连接到细长导体。例如，近侧调谐元件和远侧调谐元件可被焊接或钎焊到细长导体。在另一个实例中，近侧调谐元件和远侧调谐元件可使用导电粘合剂(例如，导电环氧树脂)连接到细长导体。替代地，近侧调谐元件和远侧调谐元件中的一者或两者可与细长导体整体形成(例如，可以将它们制造在一起作为单件)。近侧调谐元件和远侧调谐元件在纵向方向上间隔开细长导体的长度。换句话说，细长导体的区段设置在近侧电极与远侧电极之间。近侧调谐元件和远侧调谐元件可由介电主体的一部分覆盖，使得近侧调谐元件和远侧调谐元件与环境隔离/被保护免受环境的影响。

发明人已经发现，具有如上所述的配置的辐射端头可减少辐射端头与周围靶组织之间的阻抗失配。这可减少在辐射端头处沿着同轴馈电电缆往回反射的微波能量的量(其由于辐射端头与靶组织之间的阻抗失配而发生)。因此，可提高可将微波能量递送到靶组织中的效率。这可使得能够减少需要沿着同轴馈电电缆传送以消融靶组织的能量的量。这可进而减少由于微波能量沿着同轴馈电电缆传输而产生的热效应，使得电外科器械可使用更长的时间段。

发明人还已经发现，近侧调谐元件和远侧调谐元件可产生辐射端头的更期望的辐射剖面。特别地，调谐元件可使辐射剖面成形，使得辐射剖面集中在辐射端头周围，并缩短辐射剖面的沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部。以此方式，传送到辐射端头的微波能量可从辐射端头发射并且在围绕辐射端头的明确限定的体积内消融周围的靶组织。消融体积(即经辐射的微波能量所消融的组织的体积)可为近似球形。可选择调谐元件的形状、大小和位置以获得期望的微波辐射剖面。

近侧调谐元件和远侧调谐元件可相对于纵向方向对称地设置。例如，近侧调谐元件和远侧调谐元件可为圆柱形的，例如，具有与细长导体的纵向轴线共线的中心轴线。细长导体的纵向轴线是沿着细长导体的长度的轴线。例如，近侧调谐元件可为围绕细长导体并且与细长导体同轴设置的圆柱形导电材料件。这可提高辐射端头的辐射剖面的轴对称性。

在一些实施方案中，近侧调谐元件可在纵向方向上与同轴馈电电缆的远端间隔开。例如，介电主体可包括定位在同轴馈电电缆的远端与近侧调谐元件之间的间隔物。发明人已经发现，将近侧调谐元件与同轴馈电电缆的远端间隔开可将相移引入到器械中。所述相移可改进辐射端头与靶组织之间的阻抗匹配，使得可提高微波能量到靶组织中的效率。相移可取决于同轴馈电电缆的远端与近侧调谐元件的近端之间的距离。

在一些实施方案中，近侧调谐元件可包括用于接收细长导体的通道。所述通道可用于相对于细长导体定位近侧调谐元件，并改进近侧调谐元件与细长导体之间的连接。所述通道还可有利于辐射端头的组装，因为可在将近侧调谐元件固定到细长导体之前将近侧调谐元件定位在细长导体上的期望的位置处。所述通道可为穿过近侧调谐元件的闭合通道(例如，隧道)。以此方式，近侧调谐元件可围绕细长导体设置。这可提高辐射端头的辐射剖面的轴向对称性。例如，在近侧调谐元件具有圆柱形形状的情况下，所述通道可以沿着所述圆柱形物的中心轴线延伸。替代地，所述通道可为开放通道，例如，它可为沿着近侧调谐元件的表面延伸的凹槽。近侧调谐元件可电连接到近侧调谐元件中的通道中的细长导体。例如，所述通道的壁可与所述细长导体的外表面直接接触。另外或替代地，可(例如使用导电粘合剂、钎焊连结或焊接连结)将近侧调谐元件固定到通道内的细长导体。

类似地，远侧调谐元件可包括用于接收细长导体的通道。所述远侧调谐元件中的通道可具有上文论述的关于近侧调谐元件中的通道的任何性质。特别地，所述通道可以是开放的或闭合的，并且可将远侧调谐元件电连接和/或固定到远侧调谐元件中的通道中的细长导体。

在一些实施方案中，所述远侧调谐元件可位于细长导体的远端处。因此，所述远侧调谐元件可位于细长导体的最远离同轴馈电电缆的端部处。这可用于将辐射剖面集中在辐射端头的远端周围。这可产生更像球形的辐射图案。例如，细长导体可终止于远侧调谐元件处/附近。在一些实例中，细长导体可不突出超出远侧调谐元件的远端。在远侧调谐元件包括通道的情况下，细长导体可终止于通道的远端内部或通道的远端处，使得细长导体不从通道的远端突出。在一些情况下，所述通道可不沿着远侧调谐元件的整个长度延伸，使得细长导体终止于远侧调谐元件内。以此方式，远侧调谐元件可在细长导体的远端上形成盖。

在一些实施方案中，远侧调谐元件在纵向方向上的长度可大于近侧电极在纵向方向上的长度。纵向方向对应于细长导体延伸的方向。这可用于将辐射集中在辐射端头的远端周围，从而可产生更像球形的辐射图案。例如，远侧调谐元件在纵向方向上可为近侧调谐元件的两倍长。

在一些实施方案中，细长导体可为内导体的延伸超出同轴馈电电缆的远端的远侧部分。换句话说，内导体可延伸超出同轴馈电电缆的远端并且延伸到介电主体中以形成细长导体。这可有利于在同轴馈电电缆的远端处形成辐射端头，因为它使得不必将单独的导体连接到内导体的远端。

在一些实施方案中，介电主体可包括近侧调谐元件与远侧调谐元件之间的介电间隔物。所述介电间隔物可包括通道，位于近侧调谐元件与远侧调谐元件之间的细长导体的一部分延伸通过所述通道。所述介电间隔物可包括与近侧调谐元件接触的近侧面以及与远侧调谐元件接触的远侧面。

在一些实施方案中，所述介电主体还包括围绕所述近侧调谐元件和所述远侧调谐元件的外表面的介电护套。所述介电护套可提供外保护性层，以用于保护辐射端头免受环境影响。例如，所述介电护套可由不粘材料(例如，PTFE)制成或涂覆有所述不粘材料，使得组织不会粘连到所述介电主体。所述介电护套的外表面可在所述同轴馈电电缆与所述辐射端头之间的界面处与所述同轴馈电电缆的外表面齐平。

如上面所提及的，所述近侧调谐元件可与所述同轴馈电电缆的所述远端间隔开。介电元件可设置在所述近侧调谐元件与所述同轴馈电电缆的远端之间。所述介电元件可以是所述同轴馈电电缆的所述介电材料的突出超出所述外导体的远端的远侧部分。这可帮助确保同轴馈电电缆与辐射端头之间的平滑且牢固的物理和电气连接。然而，它不必是必需的。介电元件可为例如由与同轴馈电电缆的介电材料不同的材料制成的单独元件。

在一些实施方案中，辐射端头还可包括安装在细长导体的远端处的远侧端头，所述远侧端头由介电材料制成。所述远侧端头可由与所述介电主体相同的介电材料制成。替代地，所述远侧端头可由与所述介电主体的其余部分不同的介电材料制成。可选择所述远侧端头的所述介电材料以改进所述辐射端头与靶组织之间的阻抗匹配。所述远侧端头可为尖的，以有利于将所述辐射端头插入到生物组织中。在其他情况下，所述远侧端头可为圆化的。所述远侧端头在其外表面上可包括不粘材料(例如PTFE)，以防止组织粘连到所述远侧端头。

在一些实施方案中，所述电外科器械还可包括设置在所述同轴馈电电缆的远端处的导电场成形元件，所述场成形元件电连接到所述外导体。所述场成形元件可用于减少微波能量沿着所述同轴馈电电缆的反向传播。这可缩短所述辐射剖面的沿着所述同轴馈电电缆的一部分延伸的尾部。因此，所述辐射剖面可集中在所述辐射端头周围。发明人已经发现，所述辐射剖面中的所述尾部在具有较大直径的电外科器械上可更为明显。因此场成形元件对于具有较大外径(例如，大于2.0mm)的电外科器械可能特别有用。

所述场成形元件可由任何合适的导电材料制成。所述场成形元件可设置在所述外导体的表面上，例如设置在所述外导体的外表面或内表面上。所述场成形元件可通过任何合适的手段(例如，通过导电环氧树脂，或通过钎焊或焊接连接)电连接到所述外导体。在一些情况下，所述场成形元件可与所述同轴馈电电缆的远侧部分整体形成。

所述场成形元件可用于增加所述外导体的远侧部分中的所述外导体的有效厚度。在一些情况下，可相对于所述纵向方向对称地布置所述场成形元件。这可用于提供轴向对称的辐射剖面。例如，所述场成形元件可为围绕所述外导体的外表面设置的导电材料的环形套筒。

在一些实施方案中，所述场成形元件可由所述外导体的与所述外导体的近侧部分相比具有增加的厚度的远侧部分形成。换句话说，所述外导体在所述远侧部分中的厚度可大于在所述近侧部分中的厚度。

在一些实施方案中，所述场成形元件在所述纵向方向上可具有对应于所述微波能量的四分之一波长的长度。换句话说，所述场成形元件可沿着所述外导体的远侧部分延伸，所述远侧部分的长度等于由所述同轴馈电电缆传送的所述微波能量的四分之一波长。这可用于最小化微波能量沿着同轴馈电电缆往回的反向传播，以提高通过辐射端头进行的能量递送的效率。

上文论述的电外科器械可形成用于治疗生物组织的完整的电外科设备的部分。例如，所述设备可包括：电外科发生器，所述电外科发生器被布置为供应微波能量；以及本发明的电外科器械，所述电外科器械可被连接来从所述电外科发生器接收所述微波能量。所述电外科设备还可包括：外科窥视装置(例如内窥镜)，所述外科窥视装置具有用于插入到患者的身体内的柔性插绳，其中所述柔性插绳具有沿着其长度延伸的器械通道，并且其中所述电外科器械被设定尺寸以配合在所述器械通道内。

在本说明书中，“微波”可广泛地用于指示400MHz至100GHz的频率范围，但优选地为1GHz至60GHz的范围。微波EM能量的优选的点频率包括：915MHz、2.45GHz、3.3GHz、5.8GHz、10GHz、14.5GHz和24GHz。5.8GHz可为优选的。

在本文中，术语“近侧”和“远侧”分别指代电外科器械的更远离和更靠近治疗部位的端部。因此，在使用中，电外科器械的近端更靠近用于提供RF和/或微波能量的发生器，而远端更靠近治疗部位，即，患者体内的靶组织。

除非上下文另外指明，否则术语“传导的”在本文中用于意指导电的。

下文使用的术语“纵向”指代沿着电外科器械的长度的平行于同轴传输线的轴线的方向。术语“内”意指径向上更靠近器械的中心(例如轴线)。术语“外”意指径向上更远离器械的中心(轴线)。

术语“电外科”是相对于在外科手术期间使用且利用微波和/或射频电磁(EM)能量的器械、设备或工具而使用。

附图说明

以下参考附图论述了本发明的实例，在附图中：

图1是作为本发明的实施方案的用于组织消融的电外科系统的示意图；

图2是作为本发明的实施方案的电外科器械的示意性横截面侧视图；

图3是示出作为本发明的实施方案的电外科器械的模拟辐射剖面的图；

图4是作为本发明的实施方案的电外科器械的模拟回波损耗的曲线图；

图5示出已经在其上绘制了针对作为本发明的实施方案的电外科器械计算的各种参数的史密斯圆图；

图6是作为比较实施例的电外科器械的示意性横截面侧视图；

图7是作为另一个比较实施例的电外科器械的示意性横截面侧视图；

图8是示出图6的电外科器械的模拟辐射剖面的图；

图9是图6的电外科器械的模拟回波损耗的曲线图；

图10示出已经在其上绘制了针对图6的电外科器械计算的各种参数的史密斯圆图；

图11是示出图7的电外科器械的模拟辐射剖面的图；

图12是图7的电外科器械的模拟回波损耗的曲线图；

图13示出针对图7的电外科器械计算的史密斯圆图；

图14是示出作为本发明的实施方案的电外科器械的模拟辐射剖面的图；

图15是作为本发明的实施方案的电外科器械的示意性横截面侧视图；

图16是示出图15的电外科器械的模拟辐射剖面的图。

具体实施方式

图1是能够向侵入性电外科器械的远端供应微波能量的完整的电外科系统100的示意图。所述系统100包括用于可控地供应微波能量的发生器102。用于此目的的合适的发生器在WO 2012/076844中有所描述，该案以引用的方式并入本文。发生器可被布置为监测从器械接收回的反射信号，以便确定适于递送的功率电平。例如，发生器可被布置为计算在器械的远端处观察到的阻抗，以便确定最佳的递送功率电平。发生器可被布置为以一系列脉冲递送功率，这一系列脉冲被调制为匹配患者的呼吸周期。这将允许在肺泄气时发生功率递送。

发生器102通过接口电缆104连接到接口接合部106。如果需要，则接口接合部106可容纳器械控制机构，所述器械控制机构可通过滑动触发器110来操作，例如以控制一根或多根控制线或推杆(未示出)的纵向(来回)移动。如果存在多根控制线，则在接口接合部上可存在多个滑动触发器来提供全面控制。接口接合部106的功能是将来自发生器102和器械控制机构的输入组合到单个柔性轴112中，所述柔性轴112从接口接合部106的远端延伸。在其他实施方案中，其他类型的输入也可连接到接口接合部106。例如，在一些实施方案中，流体供应可连接到接口接合部106，使得流体可递送到器械。

柔性轴112可插入通过内窥镜114的器械(工作)通道的整个长度。

柔性轴112具有远侧组件118(在图1中未按比例绘制)，所述远侧组件118被成形为穿过内窥镜114的器械通道并且在内窥镜的管的远端处突出(例如突出到患者体内)。远端组件包括用于将微波能量递送到生物组织中的工作端头。下文更详细地论述端头配置。

远侧组件118的结构可被布置为具有适合于穿过工作通道的最大外径。通常，外科窥视装置(诸如内窥镜)中的工作通道的直径小于4.0mm，例如为2.0mm、2.8mm、3.2mm、3.7mm、3.8mm中的任一者。柔性轴112的长度可等于或大于0.3m，例如为2m或更长。在其他实例中，远侧组件118可在柔性轴112已插入通过工作通道之后(并且在将器械软绳引入到患者体内之前)安装在所述轴的远端处。替代地，柔性轴112可在进行其近侧连接之前从远端插入到工作通道中。在这些布置中，可准许远端组件118具有大于外科窥视装置114的工作通道的尺寸。

上文描述的系统是将器械引入到患者的身体内的一种方式。其他技术是可能的。例如，还可使用导管来插入器械。

图2示出作为本发明的实施方案的电外科器械200的横截面侧视图。电外科器械的远端可例如对应于上文论述的远侧组件118。电外科器械200包括同轴馈电电缆202，该同轴馈电电缆在其近端处可连接到发生器(诸如发生器102)以便传送微波能量。同轴馈电电缆202可为上文论述的穿过柔性轴112的接口电缆104。同轴馈电电缆202包括由介电材料208隔开的内导体204和外导体206。同轴馈电电缆202优选地对于微波能量是低损耗的。扼流圈(未示出)可设置在同轴馈电电缆204上，以抑制从远端反射的微波能量的反向传播，并且因此限制沿着装置的反向加热。同轴馈电电缆202还包括围绕外导体206设置来保护所述同轴馈电电缆204的柔性外护套210。外护套210可由绝缘材料制成以使外导体206与其周围环境电隔离。外护套210可由诸如PTFE的不粘材料制成或涂覆有所述不粘材料，以防止组织粘连到器械。

辐射端头212形成于同轴馈电电缆202的远端214处。图2中的虚线215示出了在同轴馈电电缆202与辐射端头212之间的界面。辐射端头212被布置为接收由同轴馈电电缆202传送的微波能量，并且将所述能量递送到生物组织中。同轴馈电电缆202的外导体206终止于同轴馈电电缆202的远端214处，即外导体206不延伸到辐射端头212中。辐射端头212包括内导体204的延伸超出同轴馈电电缆202的远端的远侧部分216。特别地，内导体204的远侧部分216延伸超出外导体206的远端。

由导电材料(例如，金属)制成的近侧调谐元件218在辐射端头212的近端附近电连接到内导体204的远侧部分216。近侧调谐元件218具有圆柱形形状，并且包括内导体204的远侧部分216从中穿过的通道220。通道220的直径与内导体204的外径基本相同，使得内导体204与近侧调谐元件218在通道220内部接触。近侧调谐元件218可例如使用导电粘合剂(例如，导电环氧树脂)或者通过钎焊或焊接来进一步固定到内导体204。近侧调谐元件218以内导体204为中心。换句话说，圆柱形近侧调谐元件218的中心轴线与内导体204的纵向轴线共线。以此方式，近侧调谐元件218以关于内导体204的纵向轴线对称的方式围绕内导体204的远侧部分216设置。

由导电材料(例如，金属)制成的远侧调谐元件222在辐射端头212的远端附近电连接到内导体204的远侧部分216。因此，远侧调谐元件222沿着内导体204定位在比近侧调谐元件218远的地方。远侧调谐元件222与近侧调谐元件间隔开内导体204的远侧部分216的长度。类似近侧调谐元件218，远侧调谐元件具有圆柱形形状并且包括通道224。如图2中可见，内导体204的远侧部分216延伸到通道224中。内导体204的远侧部分216终止于通道224的远端，即所述远侧部分不会突出超出远侧调谐元件222。以此方式，内导体204的远端与远侧调谐元件222的远侧面齐平。通道224的直径与内导体204的外径基本相同，使得内导体204与远侧调谐元件222在通道224内部接触。远侧调谐元件222可例如使用导电粘合剂(例如，导电环氧树脂)或者通过钎焊或焊接来进一步固定到内导体204。类似于近侧调谐元件218，远侧调谐元件222被安装成使得其以内导体204为中心。

近侧调谐元件218和远侧调谐元件222两者都具有相同的外径。近侧调谐元件218和远侧调谐元件222的外径可略小于电外科器械200的外径。在所示的实例中，远侧调谐元件222在器械的纵向方向上比近侧调谐元件218长。换句话说，远侧调谐元件222中的通道224中的内导体204的长度大于近侧调谐元件218中的通道220中的内导体204的长度。例如，远侧调谐元件222可能大约是近侧调谐元件218的两倍长。通过使远侧调谐元件222长于近侧调谐元件218，有可能将微波发射集中在辐射端头212的远端周围。

介电材料208的远侧部分226延伸超出同轴馈电电缆202的远端214以进入到辐射端头212中。介电材料208的远侧部分226充当近侧调谐元件218与同轴馈电电缆202的远端214之间的间隔物。在一些实施方案(未示出)中，介电材料208可终止于同轴馈电电缆202的远端214，并且可将单独的间隔物提供在同轴馈电电缆202的远端214与近侧调谐元件218之间。介电间隔物228在辐射端头212中提供在近侧调谐元件218与远侧调谐元件222之间。介电间隔物228是圆柱形介电材料件，其具有延伸通过其中的中心通道。因此，介电间隔物228可为介电材料管。内导体204的远侧部分214延伸通过介电间隔物228中的通道。介电间隔物228的近侧面与近侧调谐元件218接触，并且介电间隔物228的远侧面与远侧调谐元件222接触。介电间隔物228具有与近侧调谐元件218和远侧调谐元件222大致相同的外径。

保护性护套230提供在辐射端头212的外部。保护性护套230覆盖介电间隔物228以及近侧调谐元件218和远侧调谐元件222以形成辐射端头212的外表面。保护性护套230可为由绝缘材料制成的管。保护性护套230可用于使辐射端头212绝缘并保护其免受环境影响。保护性护套230可由不粘材料(例如PTFE)制成或涂覆有所述不粘材料以防止组织粘连到保护性护套230。保护性护套230的外径与同轴馈电电缆202的外径基本相同，使得器械具有平滑外表面，即辐射端头212的外表面在界面215处与同轴馈电电缆202的外表面齐平。在一些实施方案(未示出)中，保护性护套230可为同轴馈电电缆202的外护套210的延续部。介电材料208的远侧部分226、介电间隔物228以及保护性护套230一起形成辐射端头212的介电主体。

辐射端头212还包括位于其远端处远侧端头232。所述远侧端头232可为尖的，以便有利于将辐射端头212插入到靶组织中。然而，在其他实施方案(未示出)中，远侧端头可为圆化的或平坦的。远侧端头232可由例如与介电材料208相同的介电材料制成。在一些实施方案中，可选择远侧端头232的材料以改进与靶组织的阻抗匹配，以便提高将EM能量递送到靶组织的效率。远侧端头232可由不粘材料(例如PTFE)制成或覆盖有所述不粘材料以防止组织粘连到所述远侧端头232。

以下是电外科器械200的示例性尺寸：

-从界面215到内导体204的远侧部分216的远端的距离：5.75mm；

-近侧调谐元件218和远侧调谐元件222的外径：1.5mm；

-近侧调谐元件218的长度：0.5mm；

-远侧调谐元件222的长度：1.0mm；

-近侧调谐元件218与远侧调谐元件222之间的间隔：3.75mm；

-近侧调谐元件218与界面215之间的间隔：0.5mm；以及

-电外科器械200的外径：1.85mm。

当微波能量被传送到辐射端头212时，辐射端头212可充当微波单极天线。特别地，微波能量可从内导体202的远侧部分216辐射，使得微波能量可递送到周围的生物组织中。如下所述，近侧调谐元件218和远侧调谐元件222作用来使辐射端头212的辐射剖面成形，并改进器械与周围靶组织之间的阻抗匹配。

图3示出图2所示的电外科器械200在靶组织中的模拟微波辐射剖面。使用有限元分析软件针对5.8GHz的微波频率模拟了辐射剖面。辐射剖面指示由微波能量消融的所得的形状。如图3中可见，辐射剖面集中在辐射端头周围，并且限定近似球形的区域。以此方式，可在辐射端头周围的近似球形的区域中消融组织。示出辐射端头与同轴馈电电缆之间的界面215，以帮助可视化场相对于器械的端头的位置和形状。

图4示出电外科器械200的S参数(也称为输入反射系数S

图5示出电外科器械200的模拟阻抗史密斯圆图。史密斯圆图针对位于同轴馈电电缆的远端与辐射端头之间的界面215处的参考平面进行了模拟。在技术领域中众所周知的是，史密斯圆图是复平面中S参数(反射系数)的图形表现。S参数可以由以下方程限定：

其中z＝Z/Z

现在我们转到图6至图13所示的比较实施例，以更详细地说明近侧调谐元件和远侧调谐元件的效果。图6示出作为第一比较实施例的电外科器械600，并且图7示出作为第二比较实施例的电外科器械700。除了电外科器械600不包括近侧调谐元件之外，电外科器械600类似于电外科器械200。电外科器械600的所有其他特征(包括远侧调谐元件)与电外科器械200相同。除了电外科器械700不包括近侧调谐元件或远侧调谐元件(即两个调谐元件都不存在)之外，电外科器械700类似于电外科器械200。电外科器械700的所有其他特征与电外科器械200相同。图2中使用的附图标号在图6和图7中用于指示对应于上文关于图2论述的附图标号的特征。

图8示出图6所示的电外科器械600在靶组织中的模拟微波辐射剖面。使用有限元分析软件针对5.8GHz的微波频率模拟了辐射剖面。除了缺少近侧调谐元件之外，用于计算的电外科器械600的尺寸与用于计算图3所示的电外科器械200的辐射剖面的器械尺寸相同。如通过比较图3和图8可以看出，相较于电外科器械200的辐射剖面，电外科器械600的辐射剖面不太像球形。特别地，电外科器械600的辐射剖面包括比电外科器械200的辐射剖面上的尾部沿着同轴馈电电缆的更长的部分往回延伸的尾部。因此，近侧调谐元件作用来使辐射剖面更像球形，并且缩短沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部。此类尾部可能是不期望的，因为它可引起同轴馈电电缆中的加热和/或引起靶区域外部的组织的消融。

图9示出电外科器械600的S参数与微波能量的频率的模拟曲线图。图9中的曲线图是以与图4中用于电外科器械200的曲线图相同的方式计算的。如图9所示，S参数在5.8GHz下的值为-10.18dB。与其中发现S参数的值为-25.58dB的电外科器械200相比，这指示更大的回波损耗。因此，近侧调谐元件用于改进阻抗匹配。因此，相较于利用电外科器械600，利用电外科器械200可更高效地将微波能量递送到靶组织中。

图10示出电外科器械600的模拟阻抗史密斯圆图。这以与图5所示的电外科器械200的史密斯圆图相同的方式来计算。图10中的标志物(标记为“1”)指示在5.8GHz下的S参数的值。如图可见，与图5相比，标志物更远离统一标志。这表明：与电外科器械200相比，发生器、接口电缆、同轴馈电电缆与同靶组织接触的天线之间的阻抗匹配不太好。通过比较图5和图10，可以看出，添加近侧调谐元件的效果是使标志物向下移动以更靠近统一标志。这指示近侧调谐元件将另外的电容引入到系统中。图5中标志物更靠近统一标志的移动还可能与相移有关，所述相移与同轴馈电电缆的远端与近侧调谐元件的近端之间的距离相关联。电外科器械600在5.8GHz下的阻抗Z的值指示在图10的图例中，并且为(40.2+i27.5)欧姆。图10中的标志物旁边的实心圆和空心圆分别指示在6GHz和5.6GHz下的点。这些点的阻抗Z的值示出在图10的图例中。

图11示出图7所示的电外科器械700在靶组织中的模拟微波辐射剖面。使用有限元分析软件针对5.8GHz的微波频率模拟了辐射剖面。除了缺少近侧调谐元件和远侧调谐元件之外，用于计算的电外科器械700的尺寸与用于计算图3所示的电外科器械200的辐射剖面的器械尺寸相同。如通过比较图3、图8和图11可以看出，相较于电外科器械600的辐射剖面，电外科器械700的辐射剖面不太像球形且更加细长。特别地，电外科器械700的辐射剖面不太集中在器械的远侧端头周围，并且具有沿着同轴馈电电缆往回延伸的更长的尾部。因此，远侧调谐元件作用来使辐射剖面更像球形，并且缩短沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部。

图12示出电外科器械700的S参数与微波能量的频率的模拟曲线图。图12中的曲线图是以与图4中用于电外科器械200的曲线图相同的方式计算的。如图12所示，S参数在5.8GHz下的值为-5.66dB。与其中发现S参数的值分别为-25.58dB和-10.18dB的电外科器械200和600相比，这指示更大的回波损耗。因此，远侧调谐元件用于改进阻抗匹配。

图13示出电外科器械700的模拟阻抗史密斯圆图。这以与图5所示的电外科器械200的史密斯圆图相同的方式来计算。图13中的标志物(标记为“1”)指示在5.8GHz下的S参数的值。如图可见，与图5相比，标志物更远离统一标志。这表明：与电外科器械200相比，发生器、接口电缆、同轴馈电电缆与同靶组织接触的天线之间的阻抗匹配不太好。与图10相比，图13中的标志物也更远离统一标志，这指示阻抗匹配不太好。电外科器械700在5.8GHz下的阻抗Z的值指示在图13的图例中，并且为(20.5-i25.7)欧姆。图13中的标志物旁边的实心圆和空心圆分别指示在6GHz和5.6GHz下的点。这些点的阻抗Z的值示出在图13的图例中。

总之，比较实施例表明，近侧调谐元件和远侧调谐元件两者在辐射端头中的存在用于通过使辐射剖面更像球形以及缩短沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部来增强辐射端头的辐射剖面。比较实施例还表明，近侧调谐元件和远侧调谐元件用于改进阻抗匹配，这可提高微波能量可被递送到靶组织中的效率。

发明人已经发现，随着电外科器械的外径增加，辐射剖面中沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部也增加。这在图14中示出，所述图14示出了根据本发明的实施方案的电外科器械在靶组织中的模拟微波辐射剖面。图14的电外科器械类似于上文描述的电外科器械200，除了其外径为2.6mm(而电外科器械200的外径为1.85mm)。使用有限元分析软件针对5.8GHz的微波频率模拟了辐射剖面。图14中由标号215指示的虚线示出同轴馈电电缆与辐射端头之间的界面的位置。如通过比较图14和电外科器械200的辐射剖面可以看出，对于图14的电外科器械，沿着同轴馈电电缆往回延伸的尾部更大，即所述电外科器械具有更大的外径。

发明人已经发现，可通过在同轴馈电电缆的远端处包括场成形元件来抑制辐射剖面中的尾部。图15示出作为本发明的实施方案的电外科器械900的横截面侧视图。除了电外科器械900包括场成形元件902并且其外径为2.6mm之外，电外科器械900类似于上文论述的电外科器械200。图2中使用的附图标号在图15中用于指示对应于上文关于图2论述的附图标号的特征。

场成形元件902是围绕外导体206的外表面设置的导电材料的环形套筒。场成形元件902位于同轴馈电电缆202的远端处，并且沿着同轴馈电电缆202的长度从界面215延伸。场成形元件902的长度对应于要通过同轴馈电电缆202传送的微波能量的四分之一波长。在微波能量为5.8GHz的情况下，场成形元件902的长度可为大约9mm。场成形元件902的内表面与外导体206的外表面接触，使得场成形元件902沿其长度电连接到外导体206。场成形元件902与外导体206之间的电连接可通过例如使用导电环氧树脂将场成形元件902固定到外导体206或者通过将它们钎焊或焊接在一起来确保。在一些实施方案(未示出)中，场成形元件902可与外导体206整体形成。场成形元件902作用来增加同轴馈电电缆202的远侧区域中的外导体206的有效厚度。

图16示出了图15所示的电外科器械900在靶组织中的模拟微波辐射剖面。使用有限元分析软件针对5.8GHz的微波频率模拟了辐射剖面。如通过比较图16和图14可以看出，图16中的辐射剖面具有沿着同轴馈电电缆往回延伸的较小的尾部。图16中的辐射剖面也显得更像球形，并且更加集中在辐射端头周围。图14中的电外科器械与电外科器械900之间的唯一区别是电外科器械900中存在场成形元件902。因此，场成形元件902用于缩短辐射剖面中的尾部以及用于将微波能量的发射集中在辐射端头的周围。