一种高压复合电脉冲调制电路及消融设备的制作方法

本实用新型涉及高压电脉冲消融设备制造领域，更具体地说是一种高压复合电脉冲调制电路及消融设备。

背景技术：

利用脉冲电场杀死肿瘤细胞，相比传统方式治疗方法，该治疗方法并不依赖温度进行治疗，不受热池效应的影响，且消融边界清晰、可预测，消融彻底，治疗时间短。

目前，脉冲电场治疗方法包括采用高压微秒脉冲实现不可逆电穿孔治疗和高压纳秒脉冲诱导细胞凋亡治疗。高压微秒脉冲电压幅值一般不超过3000v,高压纳秒脉冲电压幅值一般超过10kv。高压微秒脉冲通过作用于细胞外膜，导致细胞的不可逆电穿孔，从而引起细胞的坏死。高压纳秒脉冲通过作用于细胞内核，具有诱导细胞凋亡的效应。

高压微秒脉冲治疗肿瘤设备已经应用于临床，相比高压纳秒脉冲，由于采用直接杀死细胞的方式，炎症反应更严重，所需治疗时间需要更长。高压纳秒脉冲治疗肿瘤设备由于其电压更高，脉宽更短，在治疗过车中维持稳定的输出在技术上存在困难，因为还未大量推广。

因此，现有的高压微秒脉冲和高压纳秒脉冲调制电路和消融设备均无法在实际应用中更好的改善治疗效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种高压复合电脉冲调制电路及消融设备，能够降低技术要求，调制出改善治疗效果的电脉冲。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案得以实现：一种高压复合电脉冲调制电路，包括，直流可调稳压电源电路，用于配置2-3kv的直流电；高压微秒脉冲调制电路，耦接于直流可调稳压电源电路，用于调制微秒脉冲；marx放电电路，耦接于直流可调稳压电源电路，用于调制高压纳秒脉冲；继电开关组，包括两组，一组设于高压微秒脉冲调制电路，另一组设于marx放电电路；控制电路，与继电器开关组信号连接，通过两组继电开关来控制高压微秒脉冲调制电路和marx放电电路交替工作，产生所述高压复合电脉冲。

上述技术方案，实现了高压纳秒脉冲和微秒脉冲的线性叠加，结合了两者的优势，能产生的治疗效果更好的消融脉冲。

本实用新型进一步优选方案为：所述高压微秒脉冲调制电路包括充电电容c0、电阻r1以及一igbt驱动模块；该igbt驱动模块受控于所述控制电路。

本实用新型进一步优选方案为：所述marx放电电路是以igbt作为驱动模块构成的多级充放电结构的电路；每级充放电结构中的igbt驱动模块均受控于所述控制电路。

本实用新型进一步优选方案为：所述控制电路包括单片机和fpga芯片，所述单片机经fpga芯片与igbt驱动模块电连接。

本实用新型进一步优选方案为：在所述高压微秒脉冲调制电路中，充电电容ｃ0的一端耦接于直流电，另一端用于向电极释放微秒脉冲；igbt驱动模块采用n型igbt0，其集电极耦接于充电电容的一端，其栅极与fpga芯片相连，其发射极接地；所述电阻r1耦接于充电电容的一端；在充点电容c0与直流电之间设有继电开关k1，在充点电容c0与igbt0的集电极之间设有继电开关k2，在充点电容c0于电阻r1之间设有继电开关k3，k1、k2和k3均为具有带载通断能力的高压真空继电器，三者于高压微秒脉冲调制电路中构成第一组继电开关组。

本实用新型进一步优选方案为：在所述marx放电电路中，在首级充放电结构与直流电之间设有继电开关k5，其末级充放电结构上设有继电开关k4,k4和k5均为具有带载通断能力的高压真空继电器，两者于marx放电电路中构成第二组继电开关组。

本实用新型进一步优选方案为：所述marx放电电路具有4级或5级充放电结构。

本实用新型另一方面还提供了一种消融设备，包括电脉冲调制电路和电极组件，所述电脉冲调制电路采用了上述的高压复合电脉冲调制电路；所述电极组件包括电极a和电极b，电极ａ分别耦接于高压微秒脉冲调制电路和marx放电电路的放电端，电极ｂ接地。

本实用新型进一步优选方案为：两电极上分别设有电压采样电路和电流采样电路，采样电压与采样电流分别经模数转换电路传输至单片机。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：1、实现了高压纳秒脉冲和微秒脉冲的线性叠加发送，增强治疗效果；2、多参数组合，为更好的探究治疗机制提供硬件支持。

附图说明

图1是本实用新型消融设备的结构框图。

图2是本实用新型高压复合电脉冲调制电路的电路原理图。

图3是本实用新型消融设备调制的高压复合脉冲波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1和图2所示，示出了一种消融设备和高压复合电脉冲调制电路，该消融设备包括该高压复合电脉冲调制电路和电极组件。

高压复合电脉冲调制电路，包括直流可调稳压电源电路、高压微秒脉冲调制电路、marx放电电路、继电开关组以及控制电路。

直流可调稳压电源电路，用于配置2-3kv的直流电，该电源电路属于现有技术，此处不再一一详述。

高压微秒脉冲调制电路，耦接于直流可调稳压电源电路，用于调制微秒脉冲。本实施例中，高压微秒脉冲调制电路包括充电电容c0、电阻r1以及一igbt驱动模块；该igbt驱动模块受控于控制电路。

marx放电电路，耦接于直流可调稳压电源电路，用于调制高压纳秒脉冲。本实施例中，marx放电电路是以igbt作为驱动模块构成的多级充放电结构的电路；每级充放电结构中的igbt驱动模块均受控于控制电路。一般marx放电电路采用4级或5级充放电结构即可。本实施例中，igbt驱动模块均采用n型igbt，依次为igbt1、igbt2、……、igbtn。

继电开关组，包括两组，一组设于高压微秒脉冲调制电路，另一组设于marx放电电路。

控制电路，与继电器开关组信号连接，通过两组继电开关来控制高压微秒脉冲调制电路和marx放电电路交替工作，产生高压复合电脉冲。控制电路包括单片机和fpga芯片，单片机经fpga芯片与igbt驱动模块电连接。

在高压微秒脉冲调制电路中，充电电容ｃ0的一端耦接于直流电，另一端用于向电极释放微秒脉冲；igbt驱动模块采用n型igbt0，其集电极耦接于充电电容的一端，其栅极与fpga芯片相连，其发射极接地；电阻r1耦接于充电电容的一端；在充点电容c0与直流电之间设有继电开关k1，在充点电容c0与igbt0的集电极之间设有继电开关k2，在充点电容c0于电阻r1之间设有继电开关k3，k1、k2和k3均为具有带载通断能力的高压真空继电器，三者于高压微秒脉冲调制电路中构成第一组继电开关组。

在marx放电电路中，在首级充放电结构与直流电之间设有继电开关k5，其末级充放电结构上设有继电开关k4,k4和k5均为具有带载通断能力的高压真空继电器，两者于marx放电电路中构成第二组继电开关组。

电极组件包括电极a和电极b，电极ａ分别耦接于高压微秒脉冲调制电路和marx放电电路的放电端，电极ｂ接地。两电极间产生的高压复合脉冲的波形如图3所示。

两电极上分别设有电压采样电路和电流采样电路。本实施例中，电极a与充点电容c0的连接点和接地端之间串接采样电阻r2和r3，电阻r2和r3之间的连接点与接地端之间生成采样电压。电极b与接地端之间串接一电阻r4以获取采样电流。采样电压与采样电流分别经模数转换电路传输至单片机。

具体工作原理如下：整个电路主要由高压电源、igbt、高压真空继电器、高压硅堆、电阻等部分组成，c0为发送微秒脉冲用储能电容器。

当电路不工作的时候，高压真空继电器k1和k2打开，k3处于常闭状态，c0通过k3、r1、r2、r3形成电容放电回路，使c0上不会存储大的能量，保证安全。当需要发送微秒脉冲时，需要经过充电和放电两个过程。充电时，k1和k2闭合，k3断开，高压电源通过恒流输出对c0进行充电，当电压达到预定值后，k1断开。单片机通过控制fpga芯片igbt0导通，c0通过k2、igbt0、r4和肿瘤组织进行放电，到达预设脉宽后，单片机通过控制fpga芯片igbt0关断，从而在肿瘤组织中形成微秒脉冲。

c1、c2…cn为发送纳秒脉冲用储能电容器，由于脉宽在纳秒时，为了达到诱导肿瘤凋亡的生物学效应，所需要的脉冲幅值电压需要很高，本发明采用了marx放电器的结构，该结构为现有技术，因此不再详述，采用并联充电，串联放电的模式。电容数量可根据具体的电容参数和所需要达到的电压幅值确认。

当系统不工作的时候，k5断开，k4处于常闭状态，c1、c2…cn通过k4、r2、r3以及高压硅堆形成电容放电回路，使c1、c2…cn不会存储大的能量，保证安全。

当需要发送纳秒脉冲时，储能电容需要经过并联充电和串联放电两个过程。充电时，k5闭合，k4打开，高压电源通过恒流输出对c1、c2…cn电容进行并联充电。当电压达到预定值后，k5断开。单片机通过控制fpga芯片igbt1、igbt2…igbtn导通，假设每个电容上充电电压为u,则并联放电的电压幅值为（n-1）*u。

单片机通过控制fpga芯片和继电开关组，使marx放电电路和高压微秒脉冲调制电路在同一递送脉冲的期间交替工作，先利用高压纳秒脉冲击穿细胞核膜，在细胞核膜破碎的瞬间，细胞的阻抗也发生变化，使随后的微秒脉冲更易迅速的击穿细胞膜，从而可实现更好的治疗效果。

需要说明的是，该电路中r2和r3串联，通过r3对脉冲电压进行采样。r4和电极组件串联，进行电流采样。