本发明专利技术提供一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，包括控制模块、充电模块、高压脉冲形成模块、传输线，其中充电模块由主板和变压器构成，充电模块中的变压器对高压脉冲形成模块中的高压电容悬浮充电，充电后高压电容两端的对地电位极性相反、幅值相等，高压电容两端通过一体化双子多间隙火花开关分别与两根传输线输入端的内导体连接，双子多间隙火花开关可自动同步导通，通过传输线在负载两端形成幅值相等、极性相反的双极性高压脉冲，本发明专利技术还提供运用双极性脉冲发生装置消融组织的使用方法，可广泛应用于微创治疗人体内的各种肿瘤和病灶组织，与现有技术相比，在具体实施中其优势在于，提出的可能量回收反相复位功能的充电方法，可以大幅度提升变压器磁滞回线工作范围，提高变压器脉冲能量传递能力和效率，利于变压器小型化；独特的脉冲形成电路可使双子多间隙火花开关自动同步而不需要额外的同步电路或器件，输出同步双极性高压脉冲，降低设备对地绝缘要求，实现装置一体化集成，便于临床实际应用。实际应用。实际应用。
【技术实现步骤摘要】
一种同步双极性脉冲电场组织消融装置
[0001]本专利技术涉及医疗器械中的电磁场肿瘤治疗领域，尤其涉及高压脉冲电场肿瘤组织消融和细胞处理。
技术介绍
[0002]恶性肿瘤严重危害人类的生命与健康，近年来出现的基于不可逆电穿孔的消融疗法是一种新型的非热消融技术，该技术利用高压脉冲电场破坏细胞膜，使其发生不可逆穿孔，破坏细胞稳态，最终导致细胞死亡，与热消融技术相比，其消融边界清晰，能有效避免损伤重要的血管、胆管和神经等结构，让更多的肿瘤患者获得了救治机会，并取得了显著的临床效果。
[0003]2012年美国AngioDynamics公司生产的Nanoknife获得FDA医疗注册证，国内天津市鹰泰利安康医疗有限责任公司和上海睿刀医疗科技有限公司生产的设备于2021年获得医疗许可证，这些设备采用微秒脉冲，单极性、双极性脉冲或者脉冲组合，消融所需电场强度约3kV/cm，由于微秒脉冲能量高，在治疗过程暴露出一些突出问题，如严重肌肉震颤、高血压、心率失常、心肌炎等，同时在治疗过程中存在产生气泡放电导致冲击波破坏组织的风险。
[0004]研究发现，纳秒脉冲电场对细胞活性也有影响，当作用于细胞的纳秒脉冲电场足够强时，可以激发细胞内钙库内的钙离子释放、细胞膜肿胀和出泡、破坏肌动蛋白等细胞骨架，导致细胞凋亡或死亡，纳秒脉冲电场与微秒脉冲电场相比，较小的能量即可快速消融肿瘤，并且明显降低肌肉震颤等副作用，但纳秒脉冲消融所需场强阈值较高（8
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10kV/cm），绝缘强度要求高，不利于装置稳定和小型化，对此，人们提出在不改变电极针间场强的情况下，采用同步双极性纳秒脉冲，降低绝缘要求，保障设备的可靠性，同步双极性脉冲的发生可基于单个高压开关或双开关，双开关的脉冲对称性较好，其主要问题是如何在纳秒量级实现正负脉冲的同步，通常需要外部同步电路或其它同步元件如电缆、磁环等，导致装备复杂庞大，可靠性差。
技术实现思路
[0005]针对脉冲消融所存在的上述技术缺陷，本专利技术创造性地提出一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，包括控制模块、充电模块、高压脉冲形成模块、传输线，其中充电模块由主板和变压器构成。
[0006]所述充电模块中的主板上的电容（48）与开关（49）串联后与变压器（5）的原边并联构成能量回收复位电路，提高变压器单脉冲传递的能量，有利于变压器小型化；所述高压脉冲形成模块中的开关优选为一体化双子多间隙火花开关，所述一体化双子多间隙火花开关由多个相同结构的电极板集成，每个电极板包括绝缘板（18）和两个金属电极（19），两个金属电极（19）嵌入绝缘板（18）对应的两个孔中，两个金属电极（19）之间设置爬电槽，两组平行的多个等间距金属电极分别构成对应的双子多间隙火花开关（77）和
火花开关（78），所述一体化双子多间隙火花开关的工作气体介质可以为但不限于空气、氮气、氢气或其他气体，可置于封闭或开放的腔体内，可工作在吹气或非吹气状态，可工作在大气压、高气压或低气压状态；所述高压脉冲形成模块中，二极管（73）和二极管（75）用于变压器（5）的副边对高压电容（74）悬浮充电；高压电容（74）的两端分别经过开关（77）和开关（78）与传输线（91）和传输线（92）的输入端的内导体相连；传输线（91）和传输线（92）输入端的外导体并联接地；所述传输线（91）和传输线（92）输出端的内导体与负载两端相连，传输线（91）和传输线（92）输出端的外导体连接在一起；所述控制模块，由控制芯片经外部触发或内部设置输出连续脉冲控制信号或间歇式脉冲控制信号。
[0007]所述高压脉冲形成模块中的开关优选一体化双子火花间隙开关，也可以为半导体开关、闸流管开关、磁开关等闭合开关。
[0008]所述高压脉冲形成模块中的电容（74）优选使用高压陶瓷电容，也可以为人工形成线、传输线、Blumlein线等其他形式的储能器件。
[0009]所述充电模块中的主板上的电源（40）可以为直流电源、交流电源或电池；所述充电模块中的主板上的开关（42、47、49）可以是但不限于IGBT、MOSFET、闸流管等。
[0010]所述传输线可以由单根或多根传输线串并联构成。
[0011]所述的充电模块优选采用所述的主板和变压器构成，也可为直流充电、交流充电或基于全桥逆变的充电电路等。
[0012]所述负载可以是但不限于生物组织、肿瘤、细胞、微生物等。
[0013]本专利技术创造性地提出一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其优势在于：创新设计了一种带有能量回收复位电路的充电模块，提高变压器单脉冲传递的能量和效率，有利于变压器小型化；双子多间隙火花开关的一体化结构创新设计和独特的脉冲形成电路，可以实现两组开关的自动同步，无需额外电路或器件，在负载上输出同步双极性纳秒高压陡脉冲，使传输线的绝缘要求降低一半，大幅提高设备可靠性；此外，变压器对高压电容悬浮充电，充电电压极性相反、幅值相等，对变压器和线路的绝缘要求也降低一半，从而实现整体装置一体小型化，当用于组织消融时，电位极性相反的消融电极可协同作用，在保证消融范围的前提下，使消融电极针对地电压降低一半，大幅度降低了电极针绝缘层的绝缘要求，降低了消融电极针制造难度，本脉冲发生装置采用高频、高效快速充电，通过控制模块的设置，可以使双子多间隙火花开关在不吹气条件下实现大于500Hz高频间歇式运行，在实际消融过程中，较小的能量实现较大的消融范围，并且可以控制在心电不应期内输出多个纳秒陡脉冲。
附图说明
[0014]图1 一体化双极性脉冲发生装置结构示意图。
[0015]图2 双极性脉冲发生装置的电路原理图。
[0016]图3 双极性脉冲装置的典型输出脉冲波形图。
[0017]图4 一体化双子多间隙火花开关结构示意图。
[0018]图5 利用双极性脉冲发生装置驱动平行电极消融肝脏组织的实施例。
[0019]图6 利用双极性脉冲发生装置驱动同轴电极消融肝脏组织的实施例。
[0020]图7 控制模块输出间歇式脉冲控制信号典型示意图。
[0021]图中：1、脉冲发生装置；2、触摸控制屏；3、控制模块；4主板；5、脉冲变压器；6、隔离变压器；7、高压脉冲形成模块；8、BNC接头；91、传输线；92、传输线；10、负载；11、接地；12、电极板；13、电极板；14、电极板；15、电极板；16、电极板；17、触发电极；18、绝缘板；19、金属电极；20、消融电极针；21、消融电极针；22、组织；23、同轴消融电极针；24、同轴消融电极针；25、脉冲控制信号；40、电源；41、电容；42、开关；43、电感；44、二极管；45、电容；46、二极管；47、开关；48、电容；49、开关；71、电阻；72、二极管；73、二极管；74、高压电容；75、二极管；76、电阻；77、开关；78、开关。
具体实施方式
[0022]为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0023]实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，包括控制模块、充电模块、高压脉冲形成模块、传输线，其中充电模块由主板和变压器构成，其特征在于：所述充电模块中的主板上的电容（48）与开关（49）串联后与变压器（5）的原边并联构成能量回收反向复位电路，提高变压器脉冲能量传递能力和效率，利于变压器小型化；所述高压脉冲形成模块中的开关优选为一体化双子多间隙火花开关，所述一体化双子多间隙火花开关由多个相同结构的电极板集成，每个电极板包括绝缘板（18）和两个金属电极（19），两个金属电极（19）嵌入绝缘板（18）对应的两个孔中，两个金属电极（19）之间设置爬电槽，两组平行的多个等间距金属电极分别构成对应的双子多间隙火花开关（77）和火花开关（78），所述一体化双子多间隙火花开关的工作气体介质可以为但不限于空气、氮气、氢气或其他气体，可置于封闭或开放的腔体内，可工作在吹气或非吹气状态，可工作在大气压、高气压或低气压状态；所述高压脉冲形成模块中，二极管（73）和二极管（75）用于变压器（5）的副边对高压电容（74）悬浮充电；高压电容（74）的两端分别经过开关（77）和开关（78）与传输线（91）和传输线（92）的输入端的内导体相连；传输线（91）和传输线（92）输入端的外导体并联接地；所述传输线（...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧媛，徐巍华，
申请(专利权)人：杭州西赛电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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