一种同步双极性脉冲电场组织消融装置的制作方法

本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。

背景技术：

1、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。

2、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（8-10kv/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

1、针对脉冲消融所存在的上述技术缺陷，本实用新型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。

2、 所述充电模块中的主板上的电容a 48与开关a49串联后与脉冲变压器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；

3、所述高压脉冲形成模块中的开关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b 77和火花开关c 78，所述一体化双子多间隙火花开关的工作气体介质为空气、氮气或氢气，工作在封闭或开放的腔体内，吹气或非吹气状态，大气压、高气压或低气压状态；

4、所述高压脉冲形成模块中，二极管a 73和二极管b 75用于变压器5的副边对高压电容b 74悬浮充电；高压电容b 74的两端分别经过火花开关b 77和火花开关c 78与传输线a 91和传输线b 92的输入端的内导体相连；传输线a 91和传输线b 92输入端的外导体并联接地；

5、所述传输线a 91和传输线b 92输出端的内导体与负载两端相连，传输线a 91和传输线b 92输出端的外导体连接在一起；

6、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。

7、所述高压脉冲形成模块中的开关为一体化双子火花间隙开关、半导体开关、闸流管开关或磁开关。

8、 所述高压脉冲形成模块中的电容b 74为高压陶瓷电容、人工形成线、传输线或blumlein线。

9、所述充电模块所含主板上的电源40为直流电源、交流电源或电池；

10、所述充电模块中的主板上的开关d 42、开关e 47、开关a 49为igbt、mosfet或闸流管。

11、所述传输线为单根或多根传输线串并联构成。

12、所述的充电模块由主板和变压器构成，或由直流充电、交流充电、基于全桥逆变的充电电路构成。

13、所述负载为生物组织、肿瘤、细胞或微生物。

14、本实用新型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。

技术特征：

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：

2.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的高压脉冲形成模块中的开关为一体化双子火花间隙开关、半导体开关、闸流管开关或磁开关。

3.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的高压电容b（74）为高压陶瓷电容、人工形成线、传输线或blumlein线。

4.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的主板上的电源（40）可以为直流电源、交流电源或电池。

5.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的主板上的开关d（42）、开关e（47）、开关a（49）为igbt、mosfet或闸流管。

6.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的传输线为单根传输线或由多根传输线串并联构成。

7.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的充电模块由主板和变压器构成，或由直流充电、交流充电、基于全桥逆变的充电电路构成。

8.根据权利要求1所述的一种同步双极性脉冲电场组织消融装置，其特征在于所述的负载为生物组织、肿瘤、细胞或微生物。

技术总结
本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。主板和变压器构成的充电模块对高压脉冲形成模块中的电容悬浮充电，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，输出幅值相等、极性相反的双极性高压脉冲。本技术还提供该装置消融组织的使用方法。与现有技术相比其优势在于，能量回收复位充电方法提高变压器脉冲能量传递能力和效率，利于变压器小型化；脉冲形成电路中的火花开关可自动同步输出双极性高压脉冲，不需要额外的同步电路或器件，且双极性输出降低设备对地绝缘要求，有利于实现临床应用的小型一体化装置。

技术研发人员：陈慧媛,徐巍华
受保护的技术使用者：杭州西赛电子科技有限公司
技术研发日：20220822
技术公布日：2024/1/15