[发明专利]一种纳米刀肿瘤消融控制装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种纳米刀肿瘤消融控制装置，包括电源变换电路、电压幅度调节电路、隔离式高频变换器、信号触发器、电极和供电电源，所述电源变换电路的幅度调节控制端与所述电压幅度调节电路的调节输入端连接，电源变换电路的电压输出端与隔离式高频变换器的电压输入端连接，隔离式高频变换器的电压调节控制端与所述电压幅度调节电路的电压调节输出端连接，信号触发器的信号输出端与所述隔离式高频变换器的信号触发输入端连接，所述隔离式高频变换器的高压输出端与所述电极连接，所述供电电源分别与所述电源变换电路、电压幅度调节电路、隔离式高频变换器和信号触发器连接。本发明的消融控制装置可获得高输出脉冲幅度，以扩大单次消融范围。

技术领域

本发明属于电子医疗器械技术领域，特别涉及一种纳米刀肿瘤消融装置及其控制方法。

背景技术

肿瘤消融治疗技术是指在图像引导下，将射频、微波、冷冻、激光、电场等能量极精准穿刺至肿瘤靶区，实施精准微创消融术，进行原位灭活肿瘤，是全新的精准微创手术。热消融通过对组织进行加热或冷冻，来破坏肿瘤细胞，目前临床广泛应用的物理消融技术包括氩氦刀冷冻消融，射频、微波和激光热消融等。这些消融技术尽管疗效确切、优点突出，但其主要缺点是对组织的破坏是无选择性的，即在消融区内除肿瘤组织外，正常的组织器官如血管、神经、胆管、胰管等均受到完全破坏。此缺点是导致消融术后出现并发症的主要原因，如临床常见的消融术后大出血、胆管系统损伤、肠管穿孔和神经功能障碍等。热消融的这种无选择性组织破坏使此项技术的临床应用风险大大增加，并严重限制其在临床的应用范围。此外，由于血流会带走热量，热消融效果受到血液灌注影响严重。而且热消融是导致组织坏死，不易排出体外。

纳米刀消融术是一种非热消融技术，它是利用不可逆性电穿孔实现组织消融目的。不可逆电穿孔是指通过施加高强度外部电场致使细胞膜发生永久性通透的过程。由外部电场引起的跨膜电位，导致细胞膜内形成无数个纳米级微孔，破坏了细胞内稳态。如果所施加的电场超过某一阈值，将导致细胞膜结构和细胞内稳态永久性破坏，引起免疫反应，从而导致细胞调亡。与热消融术相比，纳米刀消融具有三个优势。首先，消融时间很短，在1min内即可创建直径约为3cm的消融区域。其次，由于纳米刀消融为非热消融，不受血流的影响，可以血管周围产生完整的细胞死亡。第三，纳米刀消融的是活细胞，它在理论上保留的细胞基质和细胞周围的结构，所以大血管和胆管在结构和功能上仍然保持完整。

根据不同的肿瘤，脉冲电场强度为1.5kV/cm，脉冲宽度为20～1000μs，脉冲幅度决定单次消融的体积，幅度单次消融的体积越大，最大输出电流可达50A，脉冲幅度为3kV，脉冲功率将达到150kW；脉冲幅度为4.5kV，脉冲功率将达到225kW。纳米刀消融系统由脉冲发生器和电极两个部分构成。脉冲发生器是其核心部分，可分为电容器直接放电式和电磁隔离式两种。其中，电容器直接放电式安全性较低，也就是说，如果放电开关发生短路故障，储能电容器中的能量将全部释放给患者，将造成灾难性后果；隔离式脉冲发生器采用脉冲变压器隔离输入端和输出端。由于脉冲变压器的隔离作用，该方法比较安全。如果开关发生短路故障，将造成脉冲宽度过大，导致变压器饱和而失去能量传递作用，阻断储能电容器中的能量向患者释放，从而保护患者的安全。虽然隔离式脉冲发生器增加了安全性，但却减少了脉冲产生的灵活性。这种设计的特点如下：直流电压源较低，通过脉冲变压器的变比实现提升输出脉冲的幅度；电气隔离输出；因为开关管的源极接地，所以驱动简单。但由于必需对变压器消磁，因而限制占空比上限为10％；脉冲持续时间的最大受变压器特性限制；上升时间也受到变压器漏感限制。如果采用电磁隔离式设计，脉冲宽度为100μs，等效于10kHz的方波，因此，由于脉冲宽度过宽，直接采用脉冲变压隔离，将存在波形畸变和磁饱和的问题。如果电磁隔离要达到设计要求，变压器的体积和重量将变得无法接受，为了克服电容直接放电式脉冲发生器的一些技术缺陷，需要采用全新的纳米刀消融系统解决方案进行肿瘤消融治疗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供了一种纳米刀肿瘤消融装置及其控制方法，本发明的可获得高输出脉冲幅度，以扩大单次消融范围，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：