具有反馈控制的高压模拟电路脉冲发生器的制作方法

1.发明领域本申请大体涉及电脉冲的技术，包括用于产生电脉冲的电路和系统，包括使用通过相对低压晶体管通过负载放电并用于控制所述放电的蓄能元件。具体地，脉冲技术用于产生供电疗法使用的可变持续时间纳秒脉冲电场(nspef)。2.现有技术描述肿瘤的手术切除可能导致感染和留下疤痕。此外，如果存在更多的肿瘤，则外科医生应当识别每个癌性肿瘤并单独切除所述癌性肿瘤。这可能是耗时且昂贵的，更不用说对于患者而言是不舒服的。患者体内的癌性肿瘤可能特别难以移除，更不用说检测和治疗。许多患者的生活由于其体内发现癌症而发生了天翻地覆的改变，有时所述癌症在被检测到之前已经形成了相对较大的肿瘤。“纳秒脉冲电场”(有时缩写为nspef)包括具有在0.1纳秒(ns)与1000纳秒之间的亚微秒脉冲宽度的电场，或如本领域其他方面已经的。它有时被称为亚微秒脉冲电场。nspef通常具有高峰值电压，诸如10千伏/厘米(kv/cm)、20kv/cm、至500kv/cm。用nspef技术治疗生物细胞通常使用频率范围从0.1/秒(hz)至10,000hz的许多周期性脉冲。已发现nspef触发癌性肿瘤中的细胞凋亡。用nspef选择性治疗此类肿瘤可以诱导肿瘤细胞内的细胞凋亡，因为其非热性质而不会显著影响周围组织中的正常细胞。在美国专利号6,326,177(授予schoenbach等人)中示出并描述了应用于生物细胞的nspef的实例，所述专利申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文。为了治疗肿瘤而使用nspef是相对较新的领域。需要一种更好地控制电特性以用于安全且有效地研究和治疗人类受试者的癌症的装置。

背景技术：

技术实现思路

1、总体上，公开一种纳秒脉冲电场(nspef)发生器，其包括用于补偿或调整所产生的nspef脉冲的一个或多个特性的反馈控制系统。例如，可以响应于测量参数来调整以下中的一个或多个：电源电压、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲频率、占空比或另一个特性。例如，可以响应于电流、电压、温度或另一个参数中的一个或多个的测量值来调整一个或多个特性。

2、为了产生用于nspef治疗的高压短持续时间脉冲，使用纳秒脉冲电场(nspef)发生器。所产生的脉冲至少在一个或多个方面是优选可控的，诸如持续时间、幅度、上升/下降时间、以及对受治疗组织的温度的影响。

3、本发明的一个方面是一种亚微秒脉冲电场发生器。所述场发生器包括：控制器，其被配置来产生电源控制信号并产生脉冲发生器控制信号；以及电源，其被配置来接收所述电源控制信号并被配置来部分地基于所接收的电源控制信号来产生一个或多个电源电压。所述场发生器还包括脉冲发生器，其被配置来接收所述一个或多个电源电压和所述脉冲发生器控制信号，并且部分地基于从所述电源接收的所述一个或多个电源电压并部分地基于从所述控制器接收的所述脉冲发生器控制信号来产生一个或多个脉冲。所述控制器被配置来接收表示所述脉冲的特性或结果的值的一个或多个反馈信号，并且部分地基于所接收的一个或多个反馈信号来产生所述电源控制信号和所述脉冲发生器控制信号中的至少一个。

4、本发明的另一个方面是一种产生一个或多个亚微秒脉冲电场脉冲的方法。所述方法包括：利用控制器产生电源控制信号，利用所述控制器产生脉冲发生器控制信号，以及在电源处接收所述一个或多个电源控制信号。所述方法还包括：利用所述电源部分地基于所述电源控制信号来产生一个或多个电源电压，在脉冲发生器处接收所述一个或多个电源电压和所述脉冲发生器控制信号，以及利用所述脉冲发生器，部分地基于从所述电源接收的所述一个或多个电源电压并部分地基于从所述控制器接收的所述脉冲发生器控制信号来产生一个或多个脉冲。所述方法还包括在所述控制器处接收表示所述脉冲的特性或结果的值的一个或多个反馈信号。此外，所述电源控制信号和所述脉冲发生器控制信号中的至少一个由所述控制器部分地基于所接收的一个或多个反馈信号来产生。

5、本发明的另一个方面是一种亚微秒脉冲电场发生器。所述场发生器包括：控制器，其被配置来在控制器输出端处产生电源控制信号并产生脉冲发生器控制信号；以及电源，其包括被配置来接收所述电源控制信号的电源输入端，其中所述电源被配置来在一个或多个对应的电源输出端处产生一个或多个电源电压，并且其中所述一个或多个电源电压部分地基于所接收的电源控制信号而产生。所述场发生器还包括脉冲发生器，其包括被配置来接收所述一个或多个电源电压和所述脉冲发生器控制信号的多个脉冲发生器输入端，其中所述脉冲发生器被配置来部分地基于从所述电源接收的所述一个或多个电源电压并部分地基于从所述控制器接收的所述脉冲发生器控制信号来产生一个或多个脉冲。此外，所述控制器包括反馈输入端，所述反馈输入端被配置来接收表示所述脉冲的特性或结果的值的一个或多个反馈信号，并且所述控制器被配置来部分地基于所接收的一个或多个反馈信号来产生所述电源控制信号和所述脉冲发生器控制信号中的至少一个。

技术特征：

1.一种操作高压脉冲发生器的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制信号脉冲的最大宽度、所述开关的最大导通时间和所述输出脉冲的最大脉冲宽度在纳秒级范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括使用所述有损变压器来抑制耦合到所述开关驱动器的高压和/或在开始下一个脉冲之前耗散剩余磁通。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，所述方法进一步包括将一或多个脉冲从所述脉冲发生器发送到至少一个电极，并用所述脉冲发生器、所述至少一个电极或两者生成一或多个反馈信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述一或多个反馈信号包括表示测量电压、测量电流或两者的信号，所述方法进一步包括由控制器计算组织阻抗、组织电感或组织电容中的一或多个。

6.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括使用接口，所述接口经配置以接收指示所述一或多个脉冲的特性或结果的期望值的信息。

8.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括形成反馈回路，其中所述反馈回路使用以下各项中的一者来控制：

9.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其进一步包括用温度传感器产生表示测量温度的信号。

10.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中所述开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管mosfet、晶闸管或绝缘栅双极晶体管igbt。

11.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，所述方法包括使用以下各项中的一或多个：热电偶、电压探针、电流探针、阻抗探针、电容探针、光传感器、湿度传感器、组织监测探针、或化学分析探针。

12.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，所述方法进一步包括使用查找表来确定下一个控制信号值或者使下一个控制信号值增加或减少固定量。

13.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中所述脉冲发生器包括串联连接的多个脉冲发生器级。

14.一种操作高压脉冲发生器的方法，所述方法包括：

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括使用低输入阻抗差分缓冲器来驱动所述模数转换器的输入，其中所述低输入阻抗差分缓冲器连接到所述脉冲发生器的所述正电压输出端和所述负电压输出端。

16.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括使用分压器将所述正电压输出端连接到所述模数转换器。

17.根据权利要求14-16中的任一项权利要求所述的方法，所述方法包括用感测电阻器生成流过所述感测电阻器的电流的电压响应，且用放大器基于跨所述感测电阻器的所述电压生成用于所述模数转换器的输入。

18.根据权利要求14-16中的任一项权利要求所述的方法，其中所述高压脉冲为纳秒脉冲。

技术总结
本公开涉及具有反馈控制的高压模拟电路脉冲发生器。公开一种亚微秒脉冲电场发生器。所述场发生器包括：控制器，其产生电源控制信号并且产生脉冲发生器控制信号；以及电源，其接收所述电源控制信号并且基于所接收的电源控制信号来产生一个或多个电源电压。所述场发生器还包括脉冲发生器，其接收所述电源电压和所述脉冲发生器控制信号，并且基于所述电源电压并基于所述脉冲发生器控制信号来产生一个或多个脉冲。所述控制器接收表示所述脉冲的特性或结果的值的反馈信号，并且基于所接收的反馈信号来产生所述电源控制信号和所述脉冲发生器控制信号中的至少一个。

技术研发人员：S·萧,B·G·阿索斯,M·P·克赖斯,D·J·达尼兹,D·R·于克尔
受保护的技术使用者：脉冲生物科学有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15