[发明专利]脉冲产生电路和并入了脉冲产生电路的电外科产生器

说明书

本发明涉及一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，所述脉冲产生电路用于产生适合于引起生物组织的电穿孔的波形。所述脉冲产生电路包括：电压源，所述电压源能够经由开关元件连接到负载；以及开路同轴传输线，所述开路同轴传输线连接在所述开关元件与所述电压源之间，以在所述开关元件处于关断状态时被所述电压源充电，并且将在所述开关元件处于接通状态时放电。所述开关元件包括多个串联连接的雪崩晶体管和触发脉冲产生器，所述触发脉冲产生器被配置成产生触发脉冲以激活所述多个串联连接的雪崩晶体管。此外，所述同轴传输线的阻抗被配置成与(i)所述多个串联连接的雪崩晶体管的阻抗和(ii)所述负载的阻抗的总和匹配。

技术领域

本发明涉及一种用于产生适合于引起生物组织的电穿孔的波形的电外科产生器。确切来说，本发明涉及一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，在电外科产生器中，所述脉冲产生电路被配置成产生持续时间小于10ns的高电压脉冲。

发明背景

电外科产生器普遍存在于医院手术室中，用于开腹和腹腔镜手术，并且也越来越多地出现在内窥镜检查套件中。在内窥镜手术中，通常穿过在内窥镜内部的管腔插入电外科附件。考虑到腹腔镜手术的等效进入通道，此种管腔的内径相当窄且长度较大。

WO 2019/185331 A1公开一种能够以引起生物组织的电穿孔的波形供应能量的电外科产生器。该电外科产生器可包括电穿孔波形供应单元，该电穿孔波形供应单元与产生用于治疗的微波电磁信号和射频电磁信号的装置集成在一起。该电外科产生器可被配置成沿着共同的馈送电缆线递送不同类型的能量。该电穿孔波形供应单元包括DC电力供应器和DC脉冲产生器。该DC电力供应器可包括用于对可调整电压供应器输出的电压进行升频转换的DC-DC 转换器。每一DC脉冲可具有在1ns到10ms范围内的持续时间和在10V到10kV范围内的最大振幅。

近年来，超短电场脉冲产生器具有许多发展[1]。在纳秒范围内的超短电场脉冲具有许多应用。这些应用包括：例如粒子测量、摄影、超宽带雷达检测和医学应用[2]-[3]。

有许多方法能产生上升时间和下降时间为2ns的高振幅纳秒脉冲式电场。通常，与火花间隙、Marx bank或二极管和激光断开开关技术相关的基于同轴传输线的实施方式(诸如， Blumlein)已被用于产生高电压纳秒脉冲[1]。

发明内容

总体上来说，本发明提供一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，所述脉冲产生电路被配置成产生适合于引起生物细胞的电穿孔的持续时间小于10ns的高电压脉冲。确切来说，本文中所公开的脉冲产生电路可适合于产生展现出‘平顶’轮廓(即，具有急剧(例如小于2ns)的上升时间和下降时间、具有最小振铃(ringing))的脉冲。如下文更详细地阐释，这可通过与作为快速开关元件的雪崩晶体管的堆叠体相结合的开路传输线技术来达成。

根据本发明，提供一种用于电外科产生器的脉冲产生电路，所述脉冲产生电路包括：电压源，所述电压源可经由开关元件连接到负载；开路同轴传输线，所述开路同轴传输线连接在所述开关元件与所述电压源之间，以在所述开关元件处于关断状态时被所述电压源充电并且将在所述开关元件处于接通状态时放电，其中所述开关元件包括：多个串联连接的雪崩晶体管；和触发脉冲产生器，所述触发脉冲产生器被配置成产生触发脉冲以激活所述多个串联连接的雪崩晶体管，并且其中所述同轴传输线的阻抗被配置成与(i)所述多个串联连接的雪崩晶体管的阻抗和(ii)所述负载的阻抗的总和匹配。由于串联连接的雪崩晶体管的级联效应，此种电路配置可产生具有短持续时间(由同轴传输线的长度控制)的平顶脉冲(由于匹配的阻抗状况)，该平顶脉冲具有超短的上升时间(由开关元件控制)和适合于电穿孔的振幅。特别地，输出的振幅可以是500V或更大，例如1kV或更大，但不超过所述多个串联连接的雪崩晶体管中的任一个串联连接的雪崩晶体管两端的集电极-基极击穿电压。

所述同轴传输线可具有被选择成提供等于或小于5ns的线延迟的长度。脉冲持续时间是所述线延迟的两倍，因此输出脉冲可具有等于或小于10ns的持续时间。