一种级联式方波不可逆性电穿孔仪制造技术

本发明专利技术属于医疗器械技术，特别涉及肿瘤不可逆性电穿孔治疗仪器，具体涉及一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，包括电源、储能电路、信号控制器、电极和多路级联脉冲发生模块，所述多路级联脉冲发生模块为第一级脉冲发生模块、第二级脉冲发生模块…第n级脉冲发生模块，多路级联脉冲发生模块之间串联，即前级级联脉冲发生模块的负极输出连接到后级级联脉冲发生模块的正极输输出；所述电源的输出端分别与储能电路的电压输入端、每路级联脉冲发生模块的电压输入端连接，所述信号控制器的数据输出端与每路级联脉冲发生模块的控制输入端连接。本发明专利技术的级联式电穿仪能获得较高的输出脉冲幅度，减少电穿孔过程中热量的产生，提高了电穿孔的治疗效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗器械技术，特别涉及肿瘤不可逆性电穿孔治疗仪器，具体涉及一种级联式方波不可逆性电穿孔仪。
技术介绍
电穿孔是在脉冲电场作用下，细胞膜产生微孔的物理过程，细胞膜的电穿孔是一种现象。根据脉冲电场强度、脉出宽度和作用次数的不同，电穿孔分为可逆电穿孔和不可逆电穿孔；可逆电穿孔是在细胞膜应用适当强度和宽度的电场，脉冲电场使磷脂或磷脂蛋白膜上产生暂时、可逆的孔道或通透。当细胞暴露在电场中，在细胞膜上诱发跨膜电压，如果电压超过某一个值时，导致细胞膜的通透性和电导率显著增加，一般要增加几个数量级，在脉冲电场作用过后，孔道自然封闭，细胞会恢复正常状态，由于膜的通透性增加，有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质和其它大分子等，将电脉冲与化疗药物相结合治疗肿瘤，创立了肿瘤的电脉冲化学疗法，此法可比常规化疗效果更好，而副作用更小。当脉冲电场超过细胞可承受的极限时，电场过后，细胞膜不能重新封闭，细胞出现不可恢复性破裂导致细胞死亡，这种现象称作不可逆性电击穿。是否发生不可逆性电穿孔，与电脉冲的宽度、脉冲幅度、脉冲次数以及细胞的物理化学特性有关。在过去的电穿孔应用研究中，如基因转染、肿瘤电脉冲化疗等，利用细胞的可逆性电击穿现象，控制不可逆性电击穿现象，将电脉冲引人到肿瘤组织中，使恶性肿瘤细胞发生不可逆性电击穿，这样就破坏了肿瘤的生存条件，达到了杀伤肿瘤细胞的目的，这种不用化疗药物，单独使用强脉冲电场可以导致肿瘤细胞程序性死亡(凋亡)并能有效抑地制肿瘤的生长。这种肿瘤治疗方法称为不可逆性电穿孔肿瘤消融术。不可逆性电穿孔使用方波比其他波形，如陡脉冲，具有更好的效果，因为方波脉冲在阈值之上的电场强度持续时间长，而且方波产生的热量较少。经过各国学者多年的研究证实，脉冲电场强度为1.5kV/cm，脉冲宽度为100μs时治疗效果最为明显。因此临床用电穿孔仪采用脉冲幅度为3kV，脉冲宽度为100μs的方波脉冲，最大输出电流可达50A，脉冲功率将达到150kW。每次治疗脉冲数为90个，脉冲时间间隔为100μs～1000μs，一次治疗可创建约2cm×2cm×3cm的消融区。这个脉冲宽度和脉冲功率如果利用脉冲变压直接隔离，设备的重量将变得不可接受，因此，目前大多数采用储能电容直接放电方式。如果在一次脉冲结束时，方波电压的幅度下降5％，则储能电容的容量为33μF。因此放电之前，储能电容器需要储存145J的能量，这相当于体外除颤器除颤时释放的能量。这就要求放电电路必须非常可靠，否则，一旦发生故障，储能电容中的能量将全部释放给患者，这将会带来灾难性后果。如果采用单个变压器进行隔离，由于变压器的变比、分布电容以及漏感都直接影响变换效率和输出波形，这就要求尽可能提高变压器原边的工作电压，以降低变换器的变比，而原边电压过高对设备的安全性和可靠性也是不利的，而且高耐压大电流超高速功率开关器件的成本也非常高。为此，输出脉冲幅度仅仅受到变换器隔离强度的限制，如果变换器的隔离强度为10kV，十个变换器级联后即可输出幅度为10kV的方波脉冲，从而获得更大的单次消融区。
技术实现思路
本专利技术的目的为解决现有技术的上述问题和不足，本专利技术提供了一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，本专利技术的级联式方波不可逆电穿仪能获得较高的输出脉冲幅度，使活细胞产生不可逆性电击穿，扩大单次消融的治疗范围，可以用于实体肿瘤治疗的在体或离体治疗实验研究，为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种隔离式方波不可逆电穿孔仪，包括电源、储能电路、信号控制器、电极和多路级联脉冲发生模块，所述多路级联脉冲发生模块为第一级脉冲发生模块、第二级脉冲发生模块…第n级脉冲发生模块，多路级联脉冲发生模块之间串联，即前级级联脉冲发生模块的负极输出连接到后级级联脉冲发生模块的正极输输出；即第一脉冲发生模块的负极输出端与第二级脉冲发生模块的正极输出端连接，第n级脉冲发生模块的负极输出端与电极的负极连接，第一级脉冲发生模块的正极输出端与电极的正极连接，所述电源的输出端分别与储能电路的电压输入端、每路级联脉冲发生模块的电压输入端连接，所述信号控制器的数据输出端与每路级联脉冲发生模块的控制输入端连接。优选地，所述每路级联脉冲发生模块包括脉宽调制电路、升压电路、整流电路、滤波电路和脉冲输出调节电路，所述脉宽调制电路的信号输出端与升压电路的控制端连接，该升压电路的通过整流电路与所述滤波电路的连接，所述电源还分别与所述升压电路、储能电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端分别与所述脉冲输出调节电路的输入端、电极的输入端连接，所述脉冲输出调节电路的输出端分别与所述脉宽调制电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端为级联输出端。优选地，所述脉宽调制电路包括PWM控制器、可调电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C0、电容C2、保护二极管D1和保护二极管D2，所述升压电路包括场效应管Q1、场效应管Q2和升压变压器T1，所述储能电路包括电容C5，所述整流电路(包括二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6，所述滤波电路包括电感L1和电容C6，所述脉冲输出调节电路包括电阻R9和电流互感器T2；所述PWM控制器的第一互补输出端分别与电阻R3的一端、保护二极管D1的阴极连接，电阻R3的另一端与场效应管Q1的栅极、电阻R6的一端连接，PWM控制器的第二互补输出端分别与电阻R4的一端、保护二极管D2的阴极连接，电阻R4的另一端与场效应管Q2的栅极、电阻R7的一端连接，所述场效应管Q1的漏极与升压变压器T1原边抽头的一端连接，该场效应管Q1的源极分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端、场效应管Q2的源极连接，电阻R7的另一端分别与电容C4的一端、PWM控制器的电流控制端连接，所述场效应管Q2的漏极与升压变压器T1原边抽头的另一端连接，升压变压器T1的中心抽头分别与所述电源的输入端、电容C5的一端连接，所述升压变压器T1副边抽头的一端分别与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接，所述升压变压器T1副边抽头的另一端分别与二极管D5的阳极、二极管D6的阴极连接，所述电感L1的一端分别与所述二极管D3的阴极、二极管D5的阴极连接，所述电感L1的另一端分别与所述电容C6的一端、电阻R9的一端、电极的正极连接，所述电阻R9的另一端与所述电流互感器T2原边的一抽头连接，所述二极管D4的阳极、二极管D6的阳极、电容C6的另一端、电流互感器T2原边的另一抽头都与电极的负极连接，所述电流互感器T2副边的一抽头分别与所述可调电阻R1的一端、PWM控制器的反相误差输入端连接，所述电流互感器T2副边的另一抽头、保护二极管D1的阳极、保护二极管D2的阳极、电阻R5的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的另一端、电容C4的另一端、电容C5的另一端、电容C7的另一端都与地连接，所述，所述电流互感器T2原边的另一抽头为负极级联输出端，电感L1的另一端为正极级联输出端；所述电阻R2的一端与PWM控制器(IC1)的振荡定时电阻输入端连接，电容C0的一端与PWM控制器的振荡定时电容输入端连接，电容C2的一端分别与所述PWM控制器内部误差放大器的同相输入端、PWM控制器的基准输入端相连，所述PWM控制器的电容输入端分别与电容C3的一端、信号控制器的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，其特征在于，包括电源、储能电路、信号控制器、电极和多路级联脉冲发生模块，所述多路级联脉冲发生模块为第一级脉冲发生模块、第二级脉冲发生模块…第n级脉冲发生模块，多路级联脉冲发生模块之间串联，即前级级联脉冲发生模块的负极输出连接到后级级联脉冲发生模块的正极输输出；即第一脉冲发生模块的负极输出端与第二级脉冲发生模块的正极输出端连接，第n级脉冲发生模块的负极输出端与电极的负极连接，第一级脉冲发生模块的正极输出端与电极的正极连接，所述电源的输出端分别与储能电路的电压输入端、每路级联脉冲发生模块的电压输入端连接，所述信号控制器的数据输出端与每路级联脉冲发生模块的控制输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，其特征在于，包括电源、储能电路、信号控制器、电极和多路级联脉冲发生模块，所述多路级联脉冲发生模块为第一级脉冲发生模块、第二级脉冲发生模块…第n级脉冲发生模块，多路级联脉冲发生模块之间串联，即前级级联脉冲发生模块的负极输出连接到后级级联脉冲发生模块的正极输输出；即第一脉冲发生模块的负极输出端与第二级脉冲发生模块的正极输出端连接，第n级脉冲发生模块的负极输出端与电极的负极连接，第一级脉冲发生模块的正极输出端与电极的正极连接，所述电源的输出端分别与储能电路的电压输入端、每路级联脉冲发生模块的电压输入端连接，所述信号控制器的数据输出端与每路级联脉冲发生模块的控制输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，其特征在于，所述每路级联脉冲发生模块包括脉宽调制电路(30)、升压电路(31)、整流电路(32)滤波电路(33)和脉冲输出调节电路(34)，所述脉宽调制电路(30)的信号输出端与升压电路(31)的控制端连接，该升压电路(31)的通过整流电路(32)与所述滤波电路(33)的连接，所述电源(7)还分别与所述升压电路(31)、储能电路(2)的输入端连接，所述滤波电路(33)的输出端分别与所述脉冲输出调节电路(34)的输入端、电极(5)的输入端连接，所述脉冲输出调节电路(34)的输出端分别与所述脉宽调制电路(30)的输入端连接，所述滤波电路(33)的输出端为级联输出端。3.根据权利要求2所述的一种级联式方波不可逆性电穿孔仪，其特征在于，所述脉宽调制电路(30)包括PWM控制器(IC1)、可调电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C0、电容C2、保护二极管D1和保护二极管D2，所述升压电路(31)包括场效应管Q1、场效应管Q2和升压变压器T1，所述储能电路(2)包括电容C5，所述整流电路(102)包括二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6，所述滤波电路(33)包括电感L1和电容C6，所述脉冲输出调节电路(34)包括电阻R9和电流互感器T2；所述PWM控制器(IC1)的第一互补输出端(OUTA)分别与电阻R3的一端、保护二极管D1的阴极连接，电阻R3的另一端与场效应管Q1的栅极、电阻R6的一端连接，PWM控制器(IC1)的第二互补输出端(OUTB)分别与电阻R4的一端、保护二极管D2的阴极连接，电阻R4的另一端与场效应管Q2的栅极、电阻R7的一端连接，所述场效应管Q1的漏极与升压变压器T1原边抽头的一端连接，该场效应管Q1的源极分别与电阻R7的一端、电阻R8的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：单纯玉，孙大军，
申请(专利权)人：上海健康医学院，
类型：发明
国别省市：上海;31