[发明专利]一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器，包括触发设置及产生模块和脉冲发生模块，所述触发设置及产生模块与脉冲发生模块电性连接，所述脉冲发生模块与脉冲变压器电性连接，所述脉冲变压器与负载电性连接，所述脉冲发生模块与充电模块电性连接；所述脉冲发生模块由多个单元脉冲发生模块叠加而成，所述单元脉冲发生模块放电在产生脉冲并连接到脉冲变压器初级侧，脉冲变压器将初级脉冲耦合到次级并在负载端输出双极性脉冲电压。本发明，实现不可逆电穿孔治疗对高压脉冲电场序列的需求；用于产生特定技术指标的双极性高压脉冲序列串，将该脉冲序列施加到肿瘤细胞实现杀死肿瘤细胞而对正常组织细胞不产生过大影响的目的。

技术领域

本发明涉及脉冲发生器技术领域，具体是一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器。

背景技术

在临床组织移除术中，消融是除去手术切除外另一主要的局部组织移除方式，不同于手术切除机械式的从人体切离目标组织，消融利用物理或化学的方式在原位来实现局部目标组织的杀死，无需将目标组织从体内移除。其中，不可逆电穿孔(IRE)是近10年来临床治疗中新兴的一种物理消融方法，其利用高压脉冲(数百或上kV/cm)对细胞膜进行穿孔来激发细胞的凋亡，从而杀死目标生物组织，即实现对生物组织的消融。在IRE技术中，高压脉冲的形式直接决定了IRE的安全性、消融效率和消融范围。目前，临床中广泛使用的脉冲形式是脉宽为50-100μs的单向方波，但是，在高压下大的脉宽和单向导致的能量在细胞膜上的累积，会导致该种脉冲形式对神经有强烈的刺激，从而导致肌肉的抽搐。患者的IRE治疗必须配合肌松剂才能进行。针对上述情况，双极性脉冲被提出用以避免或减弱高压所带来的肌肉抽搐。

此外，高频双极性脉冲由于减少了细胞上能量的累积和高频对细胞膜的穿透性，因此，不同种类的细胞由于形态的差异对于高频双极性脉冲的反应具有较大的差异性。例如，在1μs脉宽的高频双极性脉冲下，星形胶质细胞和质母细胞瘤细胞的致死电场阈值分别为1035V/cm和642V/cm，而在100μs脉宽的单向脉冲下的致死电场阈值分别为538和458V/cm。该种特性使高频双极性脉冲在对组织进行消融时能够有一定的细胞选择性，可以减少对正常组织的消融促进病人的术后恢复。

国内外学者对全固态双极性脉冲发生器进行了一定的研究。其中重庆大学姚陈果采用全桥结构实现了双极性脉冲电源。这种电源不具有升压功能，多开关串并联实现升压时，需要比较复杂的开关均压与均流电路。重庆大学唐潇采用线性变压器叠加器实现了双极性脉冲变压器。此脉冲电源在每个脉冲子模块上集成数量相等极性相反的放电回路。通过叠加子模块来实现电压升高。问题是双极性脉冲电压正脉冲与负脉冲的电压相等，不能分别调节。此外，脉冲串工作模式下，脉冲电压具有明显的顶降。上海理工大学饶俊峰也采用线性变压器叠加器实现了双极性脉冲变压器。其不同之处在于，每个脉冲子模块生成单极性(正极或负极)的脉冲电压，正负极性的脉冲子模块叠加实现脉冲电压的叠加。这种电源的问题是，正极性脉冲子模块工作时需要负极性脉冲子模块磁芯处于饱和状态，这需要专门的磁芯复位电路实现。且磁芯复位电路的参数需要根据输出脉冲电压的高低动态调整。重庆大学王晓雨等采用Marx发生器原理实现了一台输出脉冲±5kV，脉宽200ns～10μs，的双极性脉冲电源。该电源利用量化的多级模块堆叠实现高压输出，使用开关的时序逻辑控制实现输出极性和脉冲宽度灵活调节。其缺点也是明显的高压开关串并联存在的均压及均流问题。

因此，基于上述情况，本发明提出了一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高频不可逆电穿孔高压脉冲发生器，包括触发设置及产生模块和脉冲发生模块，所述触发设置及产生模块与脉冲发生模块电性连接，所述脉冲发生模块与脉冲变压器电性连接，所述脉冲变压器与负载电性连接，所述脉冲发生模块与充电模块电性连接；所述脉冲发生模块由多个单元脉冲发生模块叠加而成，所述单元脉冲发生模块放电在产生脉冲并连接到脉冲变压器初级侧，脉冲变压器将初级脉冲耦合到次级并在负载端输出双极性脉冲电压。