纳秒脉冲激发参数验证装置、纳秒脉冲激发装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及脉冲控制技术领域，尤其是涉及一种纳秒脉冲激发参数验证装置、纳秒脉冲激发装置及系统。


背景技术：

2.对于肿瘤，纳秒脉冲是一个极有潜力的治疗手段。纳秒是十亿分之一秒，纳秒脉冲是指宽度只有几个到几百个纳秒的电脉冲，它对细胞的特别之处在于脉冲宽度小于细胞外膜的充电时间。使用纳秒脉冲对肿瘤细胞消融的过程就是对这些癌细胞进行“连珠炮”式的“轰击”的过程，在癌细胞膜内外产生梯度电势，破坏癌细胞膜内外平衡创建穿孔，可达到肿瘤坏死而损毁病灶的目的。相对于其他热消融方式，纳秒脉冲消融技术具有应用不致热，不损伤胆管血管等脉管组织，创伤小、疗效确切、可重复多次治疗、成本低等优势。
3.已有研究表明，治疗的效果取决于纳秒脉冲产生的电场分布和电场强度这两个指标，这两个指标是由纳秒脉冲的激发参数决定的，这些参数包括了：脉冲强度、脉宽和脉冲个数。在进行临床手术之前，一般会根据病灶组织的位置以及大小来计算得出所需的电场分布和电场强度，进一步计算得出激发参数(脉冲强度、脉宽和脉冲个数)。然而，通过计算得到的参数并不能保证它的可靠性(即不能在预定的病灶组织范围内产生预定的电场分布以及电场强度大小)。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种纳秒脉冲激发参数验证装置、纳秒脉冲激发装置及系统，可以检验纳秒脉冲的激发参数是否精准合格，使得实际临床手术达到预期消融效果。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种纳秒脉冲激发参数验证装置，该装置包括：脉冲激发器、样品容纳器、多个电场探头、显示端和验证端；所述脉冲激发器用于根据所述纳秒脉冲激发参数向所述样品容纳器中的样品发送脉冲信号；所述电场探头的一端设置在所述样品容纳器内部，所述电场探头的另一端与所述显示端通信连接；所述电场探头用于采集所述脉冲信号，并将所述脉冲信号发送至所述显示端；所述显示端用于将所述脉冲信号转换为目标数据，并将所述目标数据发送至所述验证端；所述验证端用于根据所述目标数据生成所述纳秒脉冲激发参数的验证结果。
6.第二方面，本实用新型实施例还提供一种纳秒脉冲激发装置，该装置包括接收模块、调整模块和激发模块；所述接收模块，用于接收纳秒脉冲激发参数的验证结果；所述调整模块，用于根据所述验证结果调整所述纳秒脉冲激发参数；所述激发模块，用于根据调整后的纳秒脉冲激发参数生成纳秒脉冲信号。
7.第三方面，本实用新型实施例还提供一种纳秒脉冲激发系统，该系统包括上述纳秒脉冲激发参数验证装置和上述纳秒脉冲激发装置。
8.本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供了一种纳秒脉冲激发参数验证方案，该方案包括：脉冲激发器、样品容纳器、多个电场探头、显示端和验证
端；脉冲激发器用于根据纳秒脉冲激发参数向样品容纳器中的样品发送脉冲信号；电场探头的一端设置在样品容纳器内部，电场探头的另一端与显示端通信连接；电场探头用于采集脉冲信号，并将脉冲信号发送至显示端；显示端用于将脉冲信号转换为目标数据，并将目标数据发送至验证端；验证端用于根据目标数据生成纳秒脉冲激发参数的验证结果。本实用新型实施例可以在模拟环境中检验纳秒脉冲激发参数是否精准合格，进而使得实际临床手术达到预期消融效果。
9.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
10.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本实用新型实施例提供的纳秒脉冲激发参数验证装置结构框图；
13.图2为本实用新型实施例提供的纳秒脉冲消融数值计算方案验证系统框架；
14.图3为本实用新型实施例提供的纳秒脉冲消融数值计算方案验证系统流程图；
15.图4为本实用新型实施例提供的纳秒脉冲激发装置结构框图；
16.图5为本实用新型实施例提供的电场探头结构示意图。
具体实施方式
17.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.目前，在进行临床手术之前，需要根据病灶组织的位置以及大小来计算得出所需的电场分布和电场强度进而得到激发参数的数值，然后设定纳秒脉冲的激发参数。然而，通过计算得到的参数并不能保证它的可靠性(即不能在预定的病灶组织范围内产生预定的电场分布以及电场强度大小)，这将会导致无法有效的消融整个病灶组织而达不到好的治疗效果，或者会损伤好的组织细胞以及其他器官组织。因此，本实用新型的目的就是设计一套验证系统来检验这些参数的合理性。
19.基于此，本实用新型实施例提供的一种纳秒脉冲激发参数验证装置、纳秒脉冲激发装置及系统，该方案通过使用纳秒脉冲数值模拟验证系统来模拟临床真实手术环境，来检验纳秒脉冲的激发参数是否合理。
20.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种纳秒脉冲激发参数验证装置进行详细介绍。
21.本实用新型实施例提供了一种纳秒脉冲激发参数验证装置，参见图1所示的一种纳秒脉冲激发参数验证装置结构框图，该装置包括：
22.脉冲激发器11、样品容纳器12、多个电场探头13、显示端14和验证端15；脉冲激发器用于根据纳秒脉冲激发参数向样品容纳器中的样品发送脉冲信号；电场探头的一端设置在样品容纳器内部，电场探头的另一端与显示端通信连接；电场探头用于采集脉冲信号，并将脉冲信号发送至显示端；显示端用于将脉冲信号转换为目标数据，并将目标数据发送至验证端；验证端用于根据目标数据生成纳秒脉冲激发参数的验证结果。
23.在本实用新型实施例中，电场探头可以是金属材质，其形状可以根据实际需求进行设置，可以从多个方向更广泛地采集组织中的脉冲信号。电场探头可以穿过样品容纳器的一个面插入到样品容纳器中的样品中。
24.在本实用新型实施例中，脉冲信号可以为纳秒脉冲信号。纳秒脉冲是指宽度只有几个到几百个纳秒的电脉冲。
25.本实用新型实施例提供了一种纳秒脉冲激发参数验证装置，该装置包括：脉冲激发器、样品容纳器、多个电场探头、显示端和验证端；脉冲激发器用于根据纳秒脉冲激发参数向样品容纳器中的样品发送脉冲信号；电场探头的一端设置在样品容纳器内部，电场探头的另一端与显示端通信连接；电场探头用于采集脉冲信号，并将脉冲信号发送至显示端；显示端用于将脉冲信号转换为目标数据，并将目标数据发送至验证端；验证端用于根据目标数据生成纳秒脉冲激发参数的验证结果。本实用新型实施例可以在模拟环境中检验纳秒脉冲激发参数是否精准合格，进而使得实际临床手术达到预期消融效果
26.在一个实施例中，显示端为示波器。
27.在本实用新型实施例中，示波器的型号可以根据实际需求进行设置，本实用新型实施例对此不作具体限定。
28.在一个实施例中，样品容纳器是由外壳围成的中空多面体。
29.在本实用新型实施例中，样品容纳器可以是中空的长方体或正方体，可以稳定放置于台面，样品容纳器内部可以容纳组织样品。
30.在一个实施例中，外壳表面设有金属皮。
31.在本实用新型实施例中，金属皮可以用于防止外界电磁对内部磁场的干扰，避免影响激发参数的测量与计算。可以在外壳表面设置有金属铁皮。
32.在一个实施例中，电场探头的一端包括第一轴、第二轴和第三轴；第一轴、第二轴和第三轴两两垂直；电场探头的一端通过导线与电场探头的另一端通信连接；电场探头的另一端包括接口，接口用于显示端通信连接。
33.在本实用新型实施例中，参见图5所示的电场探头结构示意图，电场探头的一端包括第一轴、第二轴和第三轴。第一轴、第二轴和第三轴两两垂直，并且三个轴的中点通信连接，三个轴的中点通过导线与电场探头的另一端的接口通信连接，导线可穿过样品容纳器的表面。
34.在一个实施例中，可以设置第一轴的长度为3厘米，第二轴的长度为3厘米，第三轴的长度为6厘米。
35.在一个实施例中，电场探头的一端间隔预设距离，设置在样品容纳器内部。
36.在本实用新型实施例中，多个电场探头可以在样品容纳器内部形成阵列，参见图2
所示，图中的“+”符号表示一个电场探头。
37.在一个实施例中，脉冲激发器为纳秒刀。
38.在本实用新型实施例中，纳秒刀是一种纳秒脉冲设备，拥有两根释放纳秒脉冲的探针，探针外部绝缘，内部是耐高压同轴导线。纳秒刀可以穿透样品容纳器插入样品容纳器内的组织样品中，从而向组织样品发送脉冲信号。
39.在一个实施例中，验证端用于根据目标数据按照如下公式生成纳秒脉冲激发参数的验证结果：其中，e为电场强度，σ(e)为电场分布，k为常数，q为电荷，r为到电荷q的距离，σ1为第一介质中的电阻率，σ2为第二介质中的电阻率，e
irr
为体外实验得到的不可逆击穿细胞的最小场强，e
rev
为外加电场强度。
40.在本实用新型实施例中，常数k和到电荷q的距离r是根据脉冲信号得到的目标数据，e为脉冲信号在样品中产生的电场强度，σ(e)为脉冲信号在样品中的电场分布数据，σ1、σ2和e
irr
可以提前通过实验测得，e
rev
为脉冲信号的外加电场强度。
41.根据上述公式计算纳秒脉冲激发参数在样品中产生的电场强度和电场分布情况，如果样品中产生的电场强度和电场分布情况满足预设值，则验证结果为纳秒脉冲激发参数无需调整，否则，验证结果为纳秒脉冲激发参数需要调整。
42.下面以一个具体实施例对该装置的使用过程进行说明。参见图2所示的纳秒脉冲消融数值计算方案验证系统框架，其中介质a模拟人体正常组织，介质b是模拟病灶组织，介质b是以10cm为直径的一个球形组织，在介质a和介质b外面是一层金属铁皮，目的是为了防止外界电磁对内部磁场的干扰从而影响激发参数的测量与计算。在介质a和介质b中，我们会均匀在空间中放置一些电场探头阵列(图中十字符号)，用来检测介质中电场的分布以及强度。
43.电场探头阵列在检测到电信号后，会将电信号通过示波器的测试探头传输给示波器，示波器将电信号转换成二进制数据通过串口传输给电脑中的纳秒脉冲消融数值计算验证系统。该验证系统根据公式自动计算得出电场强度以及电场分布情况。
44.上述的纳秒脉冲消融数值计算方案验证实施过程可以参考图3。
45.在测试过程中，首先搭建整个验证环境：先将金属暗箱与示波器连接，再将示波器与电脑连接，配置好电脑中验证系统的端口号后未报错即可正常通信；然后，将纳秒刀插入金属盒中的介质b中并释放纳秒脉冲；示波器会实时监控金属盒内部电信号，并将电信号数据传输给电脑中的验证系统，验证系统会分析出介质a和介质b中的电场强度和电场分布。
46.本实用新型实施例提供了一种纳秒脉冲激发参数验证装置、纳秒脉冲激发装置及系统，该装置可以检验纳秒脉冲的激发参数是否精准合格，进而使得实际临床手术达到预期消融效果。
47.本实用新型实施例中还提供了一种纳秒脉冲激发装置，如下面的实施例所述。参见图4所示的纳秒脉冲激发装置结构框图，该装置包括：
48.接收模块41，用于接收纳秒脉冲激发参数的验证结果；调整模块42，用于根据验证结果调整纳秒脉冲激发参数；激发模块43，用于根据调整后的纳秒脉冲激发参数生成纳秒脉冲信号。
49.本实用新型实施例还提供一种纳秒脉冲激发系统，该系统包括上述的纳秒脉冲激
发参数验证装置和上述的纳秒脉冲激发装置。
50.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。