一種高頻不可逆電穿孔儀制造技術

本發明專利技術屬于醫療器械技術領域，具體涉及一種高頻不可逆電穿孔儀，包括電源變換電路、儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路、信號控制器、電極和電源，所述電源的輸出端與電源變換電路連接，該電源變換電路依次通過儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路與電極連接，所述信號控制器分別與儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路的控制輸入端連接，通過信號控制器從而控制隔離式高頻變換輸出電路的脈沖輸出信號使電極進行放電，本發明專利技術使活細胞產生不可逆性電擊穿，增加不可逆性點穿孔的均勻性，減少了電穿孔刺激神經而引起的肌肉收縮，可用于實體腫瘤治療的在體或離體治療實驗研究。

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.

【技術實現步驟摘要】
一種高頻不可逆電穿孔儀
本專利技術屬于醫療器械
，具體涉及一種高頻不可逆電穿孔儀。
技術介紹
不可逆性電穿孔是指通過施加高強度外部電場致使細胞膜發生永久性通透的過程，外部電場引起的跨膜電位導致細胞膜內形成無數個納米級微孔，破壞了細胞內穩態，如果所施加的電場低于某一閾值，則此事件只是暫時性的，當外部電場撤除后，細胞膜恢復正常(可逆性電穿孔)，這種所謂的“可逆電穿孔”已經成為分子醫學中一項重要的技術，用于幫助藥物通過細胞膜，然而，如果所施加的電場超過某一閾值，將導致細胞膜結構和細胞內穩態永久性破壞，從而導致細胞死亡，后一種效果最近被用來作為一種新的微創消融技術。隨著經濟和社會的發展，健康嚴重威脅人們的生命，腫瘤愈發成為全球人類健康的主要威脅，2013年的《世界癌癥報告》顯示，全球腫瘤發病數和死亡人數呈逐年上升趨勢，腫瘤發病數從2008年的1270萬例上升到2012年的1410萬例，死亡人數也從2008年的760萬人上升至2012年的820萬人。不可逆性電穿孔治療腫瘤技術，作為一種新的腫瘤治療方法，具有現有物理治療方法無法比擬的優勢，表現出良好的臨床應用前景。然而，不可逆性電穿孔消融術也確實存在一些劣勢。在消融肺部或左葉肝臟腫瘤時，由于這些部位都在心臟附近(<1.7cm)，高強度電場會引起心律失常，包括臨床前研究中的心室顫動，心電門控型不可逆性電穿孔消融采用心動周期同步施加電場，可以克服這個劣勢。此外，不可逆性電穿孔消融術所用的高電壓會出現肌肉強烈收縮的情況，目前治療中一般通過注射肌肉松弛劑來減緩肌肉收縮，當所采用脈沖的重復頻率為1Hz時，每注入1次脈沖，肌肉就收縮1次，目前臨床上多采用單極性方波脈沖，如圖1所示，傳統上所用脈沖電場強度為1.5kV/cm，脈沖寬度為100μs，并獲得了明顯的治療效果，圖2為單極性方波脈沖的放大圖。臨床用電穿孔儀采用脈沖幅度為3kV的方波，生物組織阻抗隨著治療過程在不斷地變化，治療電極之間的阻抗可降到60Ω，因此，最大輸出電流可達50A，脈沖功率將達到150kW。不可逆性電穿孔消融技術是一種非加熱性消融技術，與其他消融方法相比，不可逆性電穿孔具有一些理論上的優勢，首先，消融時間很短，在1min內即可創建直徑約為3cm的消融區域。其次，由于不可逆性電穿孔為非熱消融，沒有“熱沉”效應，可以在血管周圍產生完整的細胞死亡。再次，不可逆性電穿孔消融的是活細胞，它在理論上保留的細胞基質和細胞周圍的結構，所以大血管和膽管在結構和功能上仍然保持完整。再次，利用不可逆性電穿孔消融肝臟邊緣或頂部時，對附近結構的間接損傷的可能性很小。第三，引起細胞死亡的機制是凋亡，而非壞死。細胞凋亡的優點是通過免疫介入來清除凋亡細胞同時吞噬細胞將凋亡細胞作為正常細胞的死亡過程而將其清除從而促進正常組織的再生與修復。因此經不可逆性電穿孔治療后治療區域可以在短時間內被正常細胞替代從而恢復原有功能，最后，實時超聲可用于治療監測，并能夠準確地描繪出治療區域，而且該區域與免疫組織病理學上見到的細胞死亡區域相關甚好。這些特點恰恰擬補了熱消融技術的不足。而高頻電流對神經、肌肉等可興奮組織的沒有刺激，廣泛用于醫療領域，如高頻電刀、射頻消融；達瓦洛斯（DavalosRV）則采用雙極性的高頻脈沖串對鼠的腦組織進行了不可逆性電穿孔實驗，實驗過程中未發現肌肉收縮現象，但是所需要的脈沖電壓幅值更高，克里斯托弗（Christopher)等采用250kHz或500kHz的雙相脈沖串對實驗鼠的腦腫瘤進行消融，并未發現明顯的肌肉收縮，通過高頻信號對輸出的微妙級脈沖進行調制產生雙極性正脈沖、負脈沖，這種雙極性高頻短脈沖波形不僅能夠在細胞膜上形成對稱性電穿孔，而且還可以明顯減少對神經的刺激作用，同時不會引起肌肉的收縮。
技術實現思路
本專利技術的目的為解決現有技術的上述問題和不足，本專利技術提供了一種高頻不可逆電穿孔儀，采用高頻雙相調制方波使活細胞產生不可逆性電擊穿，增加不可逆性點穿孔的均勻性，以減少了電穿孔刺激神經而引起的肌肉收縮，為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下:一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于，包括電源變換電路、儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路、信號控制器、電極和電源，所述電源的輸出端與電源變換電路連接，該電源變換電路依次通過儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路與電極連接，所述信號控制器分別與儲能電路、隔離式高頻變換輸出電路的控制輸入端連接,通過信號控制器從而控制隔離式高頻變換輸出電路的脈沖輸出信號使電極進行放電。優選地，所述電源變換電路為一路，或為兩路以上并行連接，所述隔離式高頻變換輸出電路為一路，或為兩路以上并行連接，通過一路或兩路以上的電源變換電路與一路或兩路以上的儲能電路進行連接，所述儲能電路與一路或兩路以上的隔離式高頻變換輸出電路進行連接。優選地，所述電源變換電路包括脈寬調制電路、升壓電路、濾波電路和整流電路，電源通過所述脈寬調制電路的信號輸出端與升壓電路的控制端連接，該升壓電路的輸出端依次通過所述濾波電路、整流電路與儲能電路連接,所述電源還與所述升壓電路、濾波電路的輸入端連接。優選地,所述脈寬調制電路包括PWM控制器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、可調電阻R4、電阻R5、電容C1和電容C2，所述升壓電路包括場效應Q1、場效應Q2和升壓變壓器T1，所述儲能電路包括電容C3和電容C4，所述整流電路包括二極管D1和二極管D2，所述電阻R1的一端與PWM控制器的振蕩放電輸出端連接，所述電阻R2的一端與PWM控制器的振蕩定時電阻輸入端連接，電容C1的一端與PWM控制器的振蕩定時電容輸入端連接,所述電阻R1的另一端、電阻R2的另一端和電容C1的另一端都與地連接，所述電阻R3的一端、可調電阻R4的一端、可調電阻R4的中心抽頭都與PWM控制器反相誤差輸入端連接，可調電阻R4的另一端與地連接，所述PWM控制器的第一互補輸出端與場效應管Q1的柵極連接，PWM控制器的第二互補輸出端與場效應管Q2的柵極連接，所述場效應管Q1的漏極與升壓變壓器T1原邊抽頭的一端連接，該場效應管Q1的源極分別與PWM控制器的外部關斷信號輸入端、電阻R5的一端、場效應管Q2的源極連接，所述電阻R5的另一端與地連接，所述場效應管Q2的漏極與升壓變壓器T1原邊抽頭的另一端連接，升壓變壓器T1的中心抽頭分別與所述電源的輸入端、濾波電路連接，所述升壓變壓器T1副邊抽頭的一端分別與二極管D1的陽極、二極管D2的陰極連接，所述升壓變壓器T1副邊抽頭的另一端分別與電容C3的負極、電容C4的正極連接，所述電容C3的正極分別與電阻R3的另一端、二極管D1的陰極、隔離式高頻變換輸出電路的輸入端連接，所述電容C4的負極與地連接，所述PWM控制器的電容輸入端與信號控制器的輸入/輸出控制端口連接。優選地,所述電源為0～36V的直流電壓，頻率為30～100kHz。優選地,所述PWM控制器輸出的頻率為50kHz的方波脈沖信號，該PWM控制器采用的型號為SG3525芯片。優選地,所述電容C3、電容C4的容值不低于2200μF,耐壓值不低于450V。優選地,所述隔離式高頻變換輸出電路包括高速脈寬調制控制器、第一數字隔離驅動器、第二數字隔離驅動器、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于，包括電源變換電路(1)、儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)、信號控制器(4)、電極(5)和電源(6)，所述電源(6)的輸出端與電源變換電路(1)連接，該電源變換電路(1)依次通過儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)與電極(5)連接，所述信號控制器(4)分別與儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)的控制輸入端連接，所述信號控制器(4)從而控制隔離式高頻變換輸出電路(3)的脈沖輸出信號使電極(5)進行放電。

【技術特征摘要】
1.一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于，包括電源變換電路(1)、儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)、信號控制器(4)、電極(5)和電源(6)，所述電源(6)的輸出端與電源變換電路(1)連接，該電源變換電路(1)依次通過儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)與電極(5)連接，所述信號控制器(4)分別與儲能電路(2)、隔離式高頻變換輸出電路(3)的控制輸入端連接，所述信號控制器(4)從而控制隔離式高頻變換輸出電路(3)的脈沖輸出信號使電極(5)進行放電。2.根據權利要求1所述的一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于，所述電源變換電路(1)為一路，或為兩路以上并行連接，所述隔離式高頻變換輸出電路(3)為一路，或為兩路以上并行連接，通過一路或兩路以上的電源變換電路(1)與一路或兩路以上的儲能電路(2)進行連接，所述儲能電路(2)與一路或兩路以上的隔離式高頻變換輸出電路(3)進行連接。3.根據權利要求1或2所述的一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于，所述電源變換電路(1)包括脈寬調制電路(100)、升壓電路(101)、濾波電路(102)和整流電路(103)，電源6)通過所述脈寬調制電路(100)的信號輸出端與升壓電路(101)的控制端連接，該升壓電路(101)的輸出端依次通過所述濾波電路(103)、整流電路(102)與儲能電路(2)連接,所述電源(6)還與所述升壓電路(101)、濾波電路(102)的輸入端連接。4.根據權利要求3所述的一種高頻不可逆電穿孔儀，其特征在于,所述脈寬調制電路(100)包括PWM控制器(IC1)、電阻R1、電阻R2、電阻R3、可調電阻R4、電阻R5、電容C1和電容C2，所述升壓電路(101)包括場效應Q1、場效應Q2和升壓變壓器T1，所述儲能電路(2)包括電容C3和電容C4，所述整流電路(102)包括二極管D1和二極管D2，所述電阻R1的一端與PWM控制器(IC1)的振蕩放電輸出端(DIS)連接，所述電阻R2的一端與PWM控制器(IC1)的振蕩定時電阻輸入端(RT)連接，電容C1的一端與PWM控制器(IC1)的振蕩定時電容輸入端(CT)連接,所述電阻R1的另一端、電阻R2的另一端和電容C1的另一端都與地連接，所述電阻R3的一端、可調電阻R4的一端、可調電阻R4的中心抽頭都與PWM控制器(IC1)反相誤差輸入端(INV)連接，可調電阻R4的另一端與地連接，所述PWM控制器(IC1)的第一互補輸出端(OUTA)與場效應管Q1的柵極連接，PWM控制器(IC1)的第二互補輸出端(OUTB)與場效應管Q2的柵極連接，所述場效應管Q1的漏極與升壓變壓器T1原邊抽頭的一端連接，該場效應管Q1的源極分別與PWM控制器(IC1)的外部關斷信號輸入端(SD)、電阻R5的一端、場效應管Q2的源極連接，所述電阻R5的另一端與地連接，所述場效應管Q2的漏極與升壓變壓器T1原邊抽頭的另一端連接，升壓變壓器T1的中心抽頭分別與所述電源(6)的輸入端、濾波電路(103)連接，所述升壓變壓器T1副邊抽頭的一端分別與二極管D1的陽極、二極管D2的陰極連接，所述升壓變壓器T1副邊抽頭的另一端分別與電容C3的負極、電容C4的正極連接，所述電容C3的正極分別與電阻R3的另一端、二極管D1的陰極、隔離式高頻變換輸出電路(3)的輸入端連接，所述電容C4的負極與地連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：單純玉，郝麗俊，
申請(專利權)人：上海健康醫學院，
類型：發明
國別省市：上海,31