一种高频不可逆电穿孔仪制造技术

本发明专利技术属于医疗器械技术领域，具体涉及一种高频不可逆电穿孔仪，包括电源变换电路、储能电路、隔离式高频变换输出电路、信号控制器、电极和电源，所述电源的输出端与电源变换电路连接，该电源变换电路依次通过储能电路、隔离式高频变换输出电路与电极连接，所述信号控制器分别与储能电路、隔离式高频变换输出电路的控制输入端连接，通过信号控制器从而控制隔离式高频变换输出电路的脉冲输出信号使电极进行放电，本发明专利技术使活细胞产生不可逆性电击穿，增加不可逆性点穿孔的均匀性，减少了电穿孔刺激神经而引起的肌肉收缩，可用于实体肿瘤治疗的在体或离体治疗实验研究。

A high frequency irreversible electrical Kong Yi

The invention belongs to the technical field of medical equipment, in particular to a high frequency of irreversible electroporation Kong Yi, including the power conversion circuit, storage circuit, isolation type high frequency converter output circuit, signal controller, electrode and power supply, the power supply output end is connected with a power conversion circuit, the power conversion circuit storage circuit, followed by isolation type high frequency converter output circuit is connected with the electrode, the control input of the signal controller and storage circuit, isolation type high frequency converter output circuit is connected with the controller through signal pulse output signal to control the isolated high frequency converter output circuit to the discharge electrode, the invention makes living cells produce irreversible breakdown. To increase the uniformity of irreversible point perforation, reduce electroporation nerve stimulation induced muscle contraction, can be used for the treatment of solid tumors Experimental study of treatment in vivo or in vitro.

【技术实现步骤摘要】
一种高频不可逆电穿孔仪
本专利技术属于医疗器械
，具体涉及一种高频不可逆电穿孔仪。
技术介绍
不可逆性电穿孔是指通过施加高强度外部电场致使细胞膜发生永久性通透的过程，外部电场引起的跨膜电位导致细胞膜内形成无数个纳米级微孔，破坏了细胞内稳态，如果所施加的电场低于某一阈值，则此事件只是暂时性的，当外部电场撤除后，细胞膜恢复正常(可逆性电穿孔)，这种所谓的“可逆电穿孔”已经成为分子医学中一项重要的技术，用于帮助药物通过细胞膜，然而，如果所施加的电场超过某一阈值，将导致细胞膜结构和细胞内稳态永久性破坏，从而导致细胞死亡，后一种效果最近被用来作为一种新的微创消融技术。随着经济和社会的发展，健康严重威胁人们的生命，肿瘤愈发成为全球人类健康的主要威胁，2013年的《世界癌症报告》显示，全球肿瘤发病数和死亡人数呈逐年上升趋势，肿瘤发病数从2008年的1270万例上升到2012年的1410万例，死亡人数也从2008年的760万人上升至2012年的820万人。不可逆性电穿孔治疗肿瘤技术，作为一种新的肿瘤治疗方法，具有现有物理治疗方法无法比拟的优势，表现出良好的临床应用前景。然而，不可逆性电穿孔消融术也确实存在一些劣势。在消融肺部或左叶肝脏肿瘤时，由于这些部位都在心脏附近(<1.7cm)，高强度电场会引起心律失常，包括临床前研究中的心室颤动，心电门控型不可逆性电穿孔消融采用心动周期同步施加电场，可以克服这个劣势。此外，不可逆性电穿孔消融术所用的高电压会出现肌肉强烈收缩的情况，目前治疗中一般通过注射肌肉松弛剂来减缓肌肉收缩，当所采用脉冲的重复频率为1Hz时，每注入1次脉冲，肌肉就收缩1次，目前临床上多采用单极性方波脉冲，如图1所示，传统上所用脉冲电场强度为1.5kV/cm，脉冲宽度为100μs，并获得了明显的治疗效果，图2为单极性方波脉冲的放大图。临床用电穿孔仪采用脉冲幅度为3kV的方波，生物组织阻抗随着治疗过程在不断地变化，治疗电极之间的阻抗可降到60Ω，因此，最大输出电流可达50A，脉冲功率将达到150kW。不可逆性电穿孔消融技术是一种非加热性消融技术，与其他消融方法相比，不可逆性电穿孔具有一些理论上的优势，首先，消融时间很短，在1min内即可创建直径约为3cm的消融区域。其次，由于不可逆性电穿孔为非热消融，没有“热沉”效应，可以在血管周围产生完整的细胞死亡。再次，不可逆性电穿孔消融的是活细胞，它在理论上保留的细胞基质和细胞周围的结构，所以大血管和胆管在结构和功能上仍然保持完整。再次，利用不可逆性电穿孔消融肝脏边缘或顶部时，对附近结构的间接损伤的可能性很小。第三，引起细胞死亡的机制是凋亡，而非坏死。细胞凋亡的优点是通过免疫介入来清除凋亡细胞同时吞噬细胞将凋亡细胞作为正常细胞的死亡过程而将其清除从而促进正常组织的再生与修复。因此经不可逆性电穿孔治疗后治疗区域可以在短时间内被正常细胞替代从而恢复原有功能，最后，实时超声可用于治疗监测，并能够准确地描绘出治疗区域，而且该区域与免疫组织病理学上见到的细胞死亡区域相关甚好。这些特点恰恰拟补了热消融技术的不足。而高频电流对神经、肌肉等可兴奋组织的没有刺激，广泛用于医疗领域，如高频电刀、射频消融；达瓦洛斯（DavalosRV）则采用双极性的高频脉冲串对鼠的脑组织进行了不可逆性电穿孔实验，实验过程中未发现肌肉收缩现象，但是所需要的脉冲电压幅值更高，克里斯托弗（Christopher)等采用250kHz或500kHz的双相脉冲串对实验鼠的脑肿瘤进行消融，并未发现明显的肌肉收缩，通过高频信号对输出的微妙级脉冲进行调制产生双极性正脉冲、负脉冲，这种双极性高频短脉冲波形不仅能够在细胞膜上形成对称性电穿孔，而且还可以明显减少对神经的刺激作用，同时不会引起肌肉的收缩。
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高频不可逆电穿孔仪，采用高频双相调制方波使活细胞产生不可逆性电击穿，增加不可逆性点穿孔的均匀性，以减少了电穿孔刺激神经而引起的肌肉收缩，为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于，包括电源变换电路、储能电路、隔离式高频变换输出电路、信号控制器、电极和电源，所述电源的输出端与电源变换电路连接，该电源变换电路依次通过储能电路、隔离式高频变换输出电路与电极连接，所述信号控制器分别与储能电路、隔离式高频变换输出电路的控制输入端连接,通过信号控制器从而控制隔离式高频变换输出电路的脉冲输出信号使电极进行放电。优选地，所述电源变换电路为一路，或为两路以上并行连接，所述隔离式高频变换输出电路为一路，或为两路以上并行连接，通过一路或两路以上的电源变换电路与一路或两路以上的储能电路进行连接，所述储能电路与一路或两路以上的隔离式高频变换输出电路进行连接。优选地，所述电源变换电路包括脉宽调制电路、升压电路、滤波电路和整流电路，电源通过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，该升压电路的输出端依次通过所述滤波电路、整流电路与储能电路连接,所述电源还与所述升压电路、滤波电路的输入端连接。优选地,所述脉宽调制电路包括PWM控制器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可调电阻R4、电阻R5、电容C1和电容C2，所述升压电路包括场效应Q1、场效应Q2和升压变压器T1，所述储能电路包括电容C3和电容C4，所述整流电路包括二极管D1和二极管D2，所述电阻R1的一端与PWM控制器的振荡放电输出端连接，所述电阻R2的一端与PWM控制器的振荡定时电阻输入端连接，电容C1的一端与PWM控制器的振荡定时电容输入端连接,所述电阻R1的另一端、电阻R2的另一端和电容C1的另一端都与地连接，所述电阻R3的一端、可调电阻R4的一端、可调电阻R4的中心抽头都与PWM控制器反相误差输入端连接，可调电阻R4的另一端与地连接，所述PWM控制器的第一互补输出端与场效应管Q1的栅极连接，PWM控制器的第二互补输出端与场效应管Q2的栅极连接，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PWM控制器的外部关断信号输入端、电阻R5的一端、场效应管Q2的源极连接，所述电阻R5的另一端与地连接，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、滤波电路连接，所述升压变压器T1副边抽头的一端分别与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接，所述升压变压器T1副边抽头的另一端分别与电容C3的负极、电容C4的正极连接，所述电容C3的正极分别与电阻R3的另一端、二极管D1的阴极、隔离式高频变换输出电路的输入端连接，所述电容C4的负极与地连接，所述PWM控制器的电容输入端与信号控制器的输入/输出控制端口连接。优选地,所述电源为0～36V的直流电压，频率为30～100kHz。优选地,所述PWM控制器输出的频率为50kHz的方波脉冲信号，该PWM控制器采用的型号为SG3525芯片。优选地,所述电容C3、电容C4的容值不低于2200μF,耐压值不低于450V。优选地,所述隔离式高频变换输出电路包括高速脉宽调制控制器、第一数字隔离驱动器、第二数字隔离驱动器、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于，包括电源变换电路(1)、储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)、信号控制器(4)、电极(5)和电源(6)，所述电源(6)的输出端与电源变换电路(1)连接，该电源变换电路(1)依次通过储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)与电极(5)连接，所述信号控制器(4)分别与储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)的控制输入端连接，所述信号控制器(4)从而控制隔离式高频变换输出电路(3)的脉冲输出信号使电极(5)进行放电。

【技术特征摘要】
1.一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于，包括电源变换电路(1)、储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)、信号控制器(4)、电极(5)和电源(6)，所述电源(6)的输出端与电源变换电路(1)连接，该电源变换电路(1)依次通过储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)与电极(5)连接，所述信号控制器(4)分别与储能电路(2)、隔离式高频变换输出电路(3)的控制输入端连接，所述信号控制器(4)从而控制隔离式高频变换输出电路(3)的脉冲输出信号使电极(5)进行放电。2.根据权利要求1所述的一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于，所述电源变换电路(1)为一路，或为两路以上并行连接，所述隔离式高频变换输出电路(3)为一路，或为两路以上并行连接，通过一路或两路以上的电源变换电路(1)与一路或两路以上的储能电路(2)进行连接，所述储能电路(2)与一路或两路以上的隔离式高频变换输出电路(3)进行连接。3.根据权利要求1或2所述的一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于，所述电源变换电路(1)包括脉宽调制电路(100)、升压电路(101)、滤波电路(102)和整流电路(103)，电源6)通过所述脉宽调制电路(100)的信号输出端与升压电路(101)的控制端连接，该升压电路(101)的输出端依次通过所述滤波电路(103)、整流电路(102)与储能电路(2)连接,所述电源(6)还与所述升压电路(101)、滤波电路(102)的输入端连接。4.根据权利要求3所述的一种高频不可逆电穿孔仪，其特征在于,所述脉宽调制电路(100)包括PWM控制器(IC1)、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可调电阻R4、电阻R5、电容C1和电容C2，所述升压电路(101)包括场效应Q1、场效应Q2和升压变压器T1，所述储能电路(2)包括电容C3和电容C4，所述整流电路(102)包括二极管D1和二极管D2，所述电阻R1的一端与PWM控制器(IC1)的振荡放电输出端(DIS)连接，所述电阻R2的一端与PWM控制器(IC1)的振荡定时电阻输入端(RT)连接，电容C1的一端与PWM控制器(IC1)的振荡定时电容输入端(CT)连接,所述电阻R1的另一端、电阻R2的另一端和电容C1的另一端都与地连接，所述电阻R3的一端、可调电阻R4的一端、可调电阻R4的中心抽头都与PWM控制器(IC1)反相误差输入端(INV)连接，可调电阻R4的另一端与地连接，所述PWM控制器(IC1)的第一互补输出端(OUTA)与场效应管Q1的栅极连接，PWM控制器(IC1)的第二互补输出端(OUTB)与场效应管Q2的栅极连接，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PWM控制器(IC1)的外部关断信号输入端(SD)、电阻R5的一端、场效应管Q2的源极连接，所述电阻R5的另一端与地连接，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(6)的输入端、滤波电路(103)连接，所述升压变压器T1副边抽头的一端分别与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接，所述升压变压器T1副边抽头的另一端分别与电容C3的负极、电容C4的正极连接，所述电容C3的正极分别与电阻R3的另一端、二极管D1的阴极、隔离式高频变换输出电路(3)的输入端连接，所述电容C4的负极与地连...

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