本文描述了用于将高压、高电流、亚微秒(例如纳秒范围)脉冲输出施加到例如组织、细胞等生物材料同时防止负载电弧放电造成的损坏的设备和方法。本文所描述的所述设备和方法中的一些可以通过在脉冲电源和负载之间使用传输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对缆线)来在负载电弧放电的情况下显著限制负载和脉冲电源电流，所述传输线具有被配置成实现此目标的长度。长度。长度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于限制纳秒脉冲电源中的负载电流的设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2019年10月1日提交的标题为“用于限制纳秒脉冲电源中的负载电流的设备和方法(APPARATUSES AND METHODS FOR LIMITING LOAD CURRENT IN NANOSECOND PULSED POWER SOURCES)”的美国临时专利申请第62/909,187号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
[0003]通过引用并入
[0004]本说明书中提到的所有出版物和专利申请都通过引用以其整体并入本文，其程度就如同明确且单独地指明了每个单独的出版物或专利申请通过引用并入。
[0005]本文描述了脉冲电源，其使用长传输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对传输线)来限制负载电流，以引入分布电感和传输线延迟，从而防止对脉冲电源的损坏。这些设备(系统和设备)通常涉及高压、快速(例如，纳秒、皮秒等)脉冲。特别地，本文描述了能够递送用于电疗的高压、纳秒脉冲电场(nsPEF)的纳秒脉冲系统和设备。
技术介绍
[0006]“纳秒脉冲电场”(nsPEF)可以应用于医疗和/或治疗目的，尤包括用于生物材料(例如，细胞和组织)的处理。nsPEF可以包括脉冲持续时间可以小于约1000纳秒(ns)的电场，诸如在约0.1ns和1000ns之间，并且可以具有高压的峰值电压，在一些变化中高达约5kV/cm、约10kV/cm、约20kV/cm、约50kV/cm、约100kV/cm、约250kV/cm或约500kV/cm。此类高压、非常短暂的脉冲给治疗性医疗装置带来了独特的问题。特别是，高压下快速变化(例如，纳秒或更快的脉冲)的递送可能导致负载电弧放电。当脉冲功率被传输到组织(负载)时，负载电弧放电可能发生，并且由于电流(例如，大于1kA的电流)可能从负载传输回脉冲生成器，因此可能导致对高压脉冲生成器的损坏。由于负载处的电弧实际上是负载处的突然的、意外的短路，此高短路电流(大于1kA)将从电弧反射回脉冲生成器，并且相对高的施加电压和电流可能导致大的返回电流，这可能损坏脉冲生成器的电路。
[0007]因此，期望提供装置和设备，包括用于纳秒脉冲电场生成和递送的系统，其被配置成允许用于电疗的可变持续时间纳秒脉冲电场的生成和递送，解决现有问题，包括由电弧放电导致的问题。还期望提供可以防止负载电弧放电对设备的损坏而不会显着影响系统性能的设备和使用它们的方法。此类设备和方法在不断发展的治疗性nsPEF领域(包括用于治疗癌症/肿瘤、皮肤病和其他应用)特别有用。
技术实现思路
[0008]本文描述了用于将高压(在一些变型中，高电流)、亚微秒(例如，纳秒范围)脉冲输出施加到生物材料(例如，组织、细胞等)同时防止负载电弧放电对设备的损坏的设备(系统、装置等)和方法。本文所描述的一些设备和方法可以通过在脉冲电源和负载之间使用传
输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对缆线)来在负载电弧放电的情况下显著限制负载和脉冲电源电流，所述传输线具有相对较长的长度，并且特别是大于最大脉冲持续时间除以缆线上的特征脉冲速度的一半。通过如本文所描述选择传输线的长度，可以提高脉冲电源(例如，纳秒脉冲生成器)的可靠性。如本文所用，关于施加的能量，诸如电磁场能量，术语“脉冲宽度”可以与“脉冲持续时间”互换。
[0009]例如，本文描述了用于传输纳秒脉冲电能的设备，其包括传输缆线，所述传输缆线被配置成限制或防止负载电弧放电电流到达脉冲生成器。这些设备中的任一个可以包括：纳秒脉冲生成器，其被配置成至少提供最大脉冲持续时间高达1000ns的高压、高电流脉冲输出；传输缆线，其在第一端耦合到纳秒脉冲生成器，所述传输缆线具有特征阻抗(Z0)和缆线上的特征脉冲速度(v)，其中传输缆线在第一端和第二端之间的长度大于最大脉冲持续时间除以缆线上的特征脉冲速度的一半；以及脉冲递送输出端，其中脉冲递送输出端耦合到传输缆线的第二端。
[0010]例如，纳秒脉冲生成器可以是基于Marx生成器堆叠混合电路的可调高压纳秒脉冲生成器，其具有多个不同的级，每个级在每一级都包括功率MOSFET的堆叠，所述功率MOSFET在每一级都准许相对高的充电电压，准许用单个触发器生成总输出电压。例如，参见的美国申请第15/148,334号(公开号US20170245928A1，标题为“具有反馈控制的高压模拟电路脉冲生成器(High
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voltage analog circuit pulser with feedback control)”)，其全部内容通过引用并入本文。
[0011]例如，纳秒脉冲生成器可以被配置成提供至少200kV/μs的高压、高电流脉冲输出。由纳秒脉冲生成器生成的高压(在一些变型中，高电流)脉冲输出可以例如被配置成具有大于15kV的电压和大于300A的输出电流。
[0012]这些设备中的任一个都可以被配置成使得通常很长(例如，在20英尺和420英尺之间)的传输缆线被固定以防止其干扰设备的其余部分。例如，传输缆线可以缠绕在脉冲生成器内和/或周围。在一些变型中，传输缆线可以被封装在壳体内，使得仅它的一小部分(例如，在传输缆线的第二端的1英尺至7英尺之间，连接到脉冲递送输出端)被暴露。同一壳体可以封装所有或一些纳秒脉冲生成器，或不同的壳体可以封装缆线和脉冲生成器。在一些变型中，所述设备包括壳体，所述壳体封装纳秒脉冲生成器的至少一部分，此外其中传输缆线的至少大部分(例如，除了最后1英尺至10英尺之外的全部)存储在壳体内。
[0013]传输缆线可以被配置成传输高电流、高压、纳秒脉冲。例如，缆线可以是高压同轴缆线，诸如Teledyne Reynolds 167
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2669或178
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8793缆线，具有31欧姆的特征阻抗(额定20kV)。传输缆线可以是同轴缆线、双绞线或平行对传输缆线类型。传输缆线可以具有例如在约30欧姆和175欧姆之间的特征阻抗。传输缆线可在缆线上具有约1.2ft/ns和1.6ns/ft之间的特征脉冲速度。
[0014]如上所描述的，将脉冲生成器连接到脉冲递送输出端的传输缆线的最小长度可以大于、等于或大于缆线的特征脉冲速度的最大脉冲持续时间的一半。这可在来自负载侧短路的反射脉冲之前为脉冲生成器提供足够的时间来关闭。脉冲持续时间例如可在约10ns和约1000ns之间(例如，在约50ns和约1000ns之间、在约100ns和1000ns之间等)。所述设备(例如，脉冲生成器和/或用于脉冲生成器的控制器)可以被配置成将脉冲持续时间限制为小于约1000ns(例如，小于约950ns、小于约900ns、小于约850ns、小于约800ns、小于约750ns等)。
[0015]通常，本文所描述的设备可以包括大于25英尺至30英尺的传输缆线长度(例如，大于70英尺、大于75英尺、大于100英尺等)，包括例如在约70英尺和450英尺之间。
[0016]通常来说，较短的缆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于递送纳秒脉冲电能的设备，其包含：纳秒脉冲生成器，其被配置成至少提供最大脉冲持续时间高达1000ns的高压脉冲输出；传输缆线，其在第一端耦合到所述纳秒脉冲生成器，所述传输缆线具有特征阻抗(Z0)和特征脉冲速度(v)，其中所述传输缆线在所述第一端和第二端之间的长度大于所述最大脉冲持续时间(以ns为单位)除以所述传输缆线上的所述特征脉冲速度(以ns/ft为单位)的一半；以及脉冲递送输出端，其中所述脉冲递送输出端耦合到所述传输缆线的所述第二端。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述纳秒脉冲生成器被配置成提供至少200kV/μs的高压、高电流脉冲输出。3.根据权利要求1所述的设备，其还包含壳体，所述壳体封装所述纳秒脉冲生成器的至少一部分，此外其中所述传输缆线的至少大部分存储在所述壳体内。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述传输缆线的所述长度大于100英尺。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体内的所述传输缆线的所述长度在5英尺和420英尺之间。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述传输缆线的所述长度小于所述最大脉冲持续时间除以所述传输缆线上的所述特征脉冲速度的0.51倍。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述传输缆线的所述特征阻抗在30欧姆和175欧姆之间。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述传输缆线上的所述特征脉冲速度在1.2ns/ft和1.6ns/ft之间。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述脉冲递送输出端包含被配置成递送所述高压脉冲输出的手持件。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述脉冲递送输出端包含被配置成递送所述高压脉冲输出的手持件，此外其中所述手持件包含具有多个组织穿透电极的可移除尖端。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述脉冲递送输出端包含比色皿夹具。12.根据权利要求1所述的设备，其中由所述纳秒脉冲生成器生成的所述高压脉冲输出被配置成具有大于15kV的电压和大于300A的输出电流。13.根据权利要求1所述的设备，其还包含在所述传输缆线的所述第二端处或附近的电流传感器，其中所述电流传感器包含与所述传输缆线并联连接的额定脉冲低电感...
【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：脉冲生物科学有限公司，
类型：发明
国别省市：
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