脉冲产生电路和并入了脉冲产生电路的电外科产生器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电外科产生器的双极脉冲产生电路，所述双极脉冲产生电路用于产生适合于引起生物组织的电穿孔的波形。所述双极脉冲产生电路包括：电压源，所述电压源能够经由开关元件连接到负载；以及同轴传输线，所述同轴传输线具有通过介电材料与外导体隔开的内导体。所述内导体具有连接在所述开关元件的输入端与所述电压源之间的第一端和处于开路状况的第二端，由此所述同轴传输线在所述开关元件处于关断状态时被所述电压源充电，并且将在所述开关元件处于接通状态时放电。所述双极脉冲产生电路进一步包括：第一输出端，所述第一输出端能够连接到所述负载，其中所述第一输出端位于所述开关元件的输出端与接地端之间以在所述同轴传输线放电时支持正脉冲；以及第二输出端，所述第二输出端能够连接到所述负载，其中所述第二输出端位于所述同轴传输线的所述外导体与接地端之间以在所述同轴传输线放电时支持负脉冲。所述同轴传输线的阻抗被配置成与(i)所述开关元件的阻抗、(ii)所述负载在所述第一输出端处的阻抗和(iii)所述负载在所述第二输出端处的阻抗的总和匹配。所述第二输出端处的阻抗的总和匹配。所述第二输出端处的阻抗的总和匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脉冲产生电路和并入了脉冲产生电路的电外科产生器


[0001]本专利技术涉及一种用于产生适合于引起生物组织的电穿孔的波形的电外科产生器。确切来说，本专利技术涉及一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，在电外科产生器中，所述脉冲产生电路被配置成产生持续时间小于10ns的高电压脉冲。

技术介绍

[0002]电外科产生器普遍存在于医院手术室中，用于开腹和腹腔镜手术，并且也越来越多地出现在内窥镜检查套件中。在内窥镜手术中，通常穿过在内窥镜内部的管腔插入电外科附件。考虑到腹腔镜手术的等效进入通道，此种管腔的内径相当窄且长度较大。
[0003]WO 2019/185331 A1公开一种能够以引起生物组织的电穿孔的波形供应能量的电外科产生器。该电外科产生器可包括电穿孔波形供应单元，该电穿孔波形供应单元与产生用于治疗的微波电磁信号和射频电磁信号的装置集成在一起。该电外科产生器可被配置成沿着共同的馈送电缆线递送不同类型的能量。该电穿孔波形供应单元包括DC电力供应器和DC脉冲产生器。该DC电力供应器可包括用于对可调整电压供应器输出的电压进行升频转换的DC
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DC转换器。每一DC脉冲可具有在1ns到10ms范围内的持续时间和在10V到10kV范围内的最大振幅。
[0004]近年来，超短电场脉冲产生器具有许多发展[1]。在纳秒范围内的超短电场脉冲具有许多应用。这些应用包括：例如粒子测量、摄影、超宽带雷达检测和医学应用[2]‑
[3]。
[0005]有许多方法能产生上升时间和下降时间为2ns的高振幅纳秒脉冲式电场。通常，与火花间隙、Marx bank或二极管和激光断开开关技术相关的基于同轴传输线的实施方式(诸如，Blumlein)已被用于产生高电压纳秒脉冲[1]。

技术实现思路

[0006]总体上来说，本专利技术提供一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，所述脉冲产生电路被配置成产生适合于引起生物细胞的电穿孔的持续时间小于10ns的高电压脉冲。确切来说，本文中所公开的脉冲产生电路可适合于产生展现出
‘
平顶
’
轮廓(即具有急剧(例如小于2ns)的上升时间和下降时间、具有最小振铃(ringing))的双极脉冲。如下文更详细地阐释，这可通过与相对于传输线和快速开关元件而在适合的位置放置一对负载输出(针对正脉冲和负脉冲)相结合的开路传输线技术来达成。
[0007]根据本专利技术，提供一种用于电外科产生器的双极脉冲产生电路，所述双极脉冲产生电路包括：电压源，所述电压源可经由开关元件连接到负载；同轴传输线，所述同轴传输线具有通过介电材料与外导体隔开的内导体，其中所述内导体具有连接在所述开关元件的输入端与所述电压源之间的第一端和处于开路状况的第二端，由此所述同轴传输线在所述开关元件处于关断状态时被所述电压源充电，并且在所述开关元件处于接通状态时放电；第一输出端(output)，所述第一输出端能够连接到所述负载，其中所述第一输出端位于所述开关元件的输出端与接地端(ground)之间以在所述同轴传输线放电时支持正脉冲；以及
第二输出端，所述第二输出端能够连接到所述负载，其中所述第二输出端位于所述同轴传输线的所述外导体与接地端之间以在所述同轴传输线放电时支持负脉冲，其中所述同轴传输线的阻抗被配置成与(i)所述开关元件的阻抗、(ii)所述负载在所述第一输出端处的阻抗和(iii)所述负载在所述第二输出端处的阻抗的总和匹配。通过此结构，所述电路可产生超短(例如小于10ns)持续时间的双极脉冲，其中所述脉冲的正部分与负部分是对称的。使阻抗匹配能确保将反射最小化或消除。此种电路配置可产生具有短持续时间(由同轴传输线的长度控制)的平顶脉冲(由于匹配的阻抗状况)。
[0008]在一个实例中，延迟线可连接到所述第一输出端或所述第二输出端，由此所述第一输出端和所述第二输出端处的正脉冲和负脉冲的供应循序地发生。例如，延迟线可连接在所述同轴传输线的所述外导体与所述第二输出端之间。所述延迟线的长度能够被选择成(或能够被调整成)控制相对于正脉冲的初始值(beginning)在第二输出端处出现的负脉冲的量。可包括连接在所述第一输出端和所述第二输出端中的每一者处的延迟线，以提供对所输出的双极波形的轮廓的完全控制。特别地，可能期望提供具有可调整长度的延迟线，以使得正脉冲和负脉冲的分离可被独立地控制。所述延迟线可具有任何适合的结构。例如，它可以是另一长度的同轴传输线。
[0009]所述开关元件可包括：多个串联连接的雪崩晶体管；和触发脉冲产生器，所述触发脉冲产生器被配置成产生触发脉冲以激活所述多个串联连接的雪崩晶体管。这由于串联连接的雪崩晶体管的级联效应而使得正脉冲和负脉冲能够具有超短的上升时间和下降时间以及适合于电穿孔的振幅。特别地，输出的振幅可以是500V或更大，例如1kV或更大，但不超过所述多个串联连接的雪崩晶体管中的任一个串联连接的雪崩晶体管两端的集电极
‑
基极击穿电压。
[0010]所述同轴传输线可具有被选择成提供等于或小于5ns的线延迟的长度。脉冲持续时间是所述线延迟的两倍，因此输出脉冲可具有等于或小于10ns的持续时间。
[0011]所述同轴传输线可由电压源通过具有高阻抗(例如1MΩ)的电阻器充电。因此，所述电路可被视为在开关元件处于关断状态时包括第一回路并且在开关元件处于接通状态时包括第二回路。在所述第一回路中，电流从电压源流过电阻器从而给所述同轴传输线充电。在所述第二回路中，电流从所述同轴传输线流过开关元件并流到负载。
[0012]触发脉冲可包括TTL信号。触发脉冲产生器可以是适合于产生此种信号的任何源，例如微处理器等。触发脉冲可具有比所述多个雪崩晶体管中的每一个雪崩晶体管的发射极
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基极击穿电压小的电压。触发脉冲的持续时间可长于来自同轴传输线的脉冲的持续时间，以确保所述开关元件处于接通状态长达足以使同轴传输线完全放电的时间。在一个实例中，触发脉冲具有5V的电压和600ns的持续时间。
[0013]触发脉冲产生器可经由变压器连接到所述多个串联连接的雪崩晶体管。这意味着触发信号在基极与发射极之间浮动，并且因此独立于经过晶体管并进入负载中的电压。在一个实例中，可在所述多个串联连接的雪崩晶体管中的第一晶体管的集电极与发射极之间施加触发脉冲。第一晶体管可以是距所述同轴传输线最远的晶体管。
[0014]二极管可与所述多个串联连接的雪崩晶体管中的每一个串联连接的雪崩晶体管并联连接以将横跨每一个晶体管的电压钳制成小于其集电极
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基极击穿电压。这会保护晶体管。
[0015]所述多个串联连接的雪崩晶体管中的每一个晶体管可以是同一的(identical)，以使得电压源的电压均匀地划分在所述晶体管之间。
[0016]如上文所述，本专利技术特别适合用于电外科。因此，负载可包括能够递送用于对生物组织进行电穿孔的单极脉冲的电外科器械。
[0017]在另一实例中，本专利技术可提供一种具有如上文所阐述的脉冲产生电路的电外科产生器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电外科产生器的双极脉冲产生电路，所述双极脉冲产生电路包括：电压源，所述电压源能够经由开关元件连接到负载；同轴传输线，所述同轴传输线具有通过介电材料与外导体隔开的内导体，其中所述内导体具有连接在所述开关元件的输入端与所述电压源之间的第一端和处于开路状况的第二端，由此所述同轴传输线在所述开关元件处于关断状态时被所述电压源充电，并且将在所述开关元件处于接通状态时放电；第一输出端，所述第一输出端能够连接到所述负载，其中所述第一输出端位于所述开关元件的输出端与接地端之间以在所述同轴传输线放电时支持正脉冲；以及第二输出端，所述第二输出端能够连接到所述负载，其中所述第二输出端位于所述同轴传输线的所述外导体与接地端之间以在所述同轴传输线放电时支持负脉冲，其中所述同轴传输线的阻抗被配置成与(i)所述开关元件的阻抗、(ii)所述负载在所述第一输出端处的阻抗和(iii)所述负载在所述第二输出端处的阻抗的总和匹配。2.根据权利要求1所述的双极脉冲产生电路，其中延迟线连接到所述第一输出端或所述第二输出端，由此所述第一输出端和所述第二输出端处的正脉冲和负脉冲的供应循序地发生。3.根据权利要求1或2所述的双极脉冲产生电路，其中所述延迟线具有可调整的长度。4.根据权利要求2或3所述的双极脉冲产生电路，其中所述延迟线是另一长度的同轴传输线。5.根据任一前述权利要求所述的双极脉冲产生电路，其中所述开关元件包括：多个串联连接的雪崩晶体管；以及触发脉冲产生器，所述触发脉冲产生器被配置成产生触发脉冲以激活所述多个串联连接的雪崩晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：科瑞欧医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：