[发明专利]一种用于组织消融的高压类指数衰减脉冲波产生系统

说明书

本发明公开了一种应用于电穿孔协同电解消融技术的高压类指数衰减脉冲波产生系统，系统包括供电模块、控制模块及包括多级Marx电路的类指数衰减脉冲发生电路，所述Marx电路接入电源，控制信号通过电‑光‑电转换模块用于驱动多级Marx电路，并根据指数衰减波的特性，调整每级Marx电路的控制信号，从而产生用于组织消融的类指数衰减波。本发明中电路控制简单、方便、灵活，同时初级电源电压低，每级Marx电路击穿电压低，从而降低了电路设计的难度，并实现了高压类指数衰减脉冲波的精确调控。

技术领域

本发明属于高压脉冲医疗技术应用领域，具体涉及一种用于组织消融的高压类指数衰减脉冲波产生系统。

背景技术

物理电手段是治疗癌症(肿瘤)的重要技术之一。目前临床中采用两种物理电治疗技术，即脉冲电穿孔技术和直流电解技术。当微秒级脉冲电场作用在具有细胞结构的组织时，可在组织内细胞膜上产生纳米级微孔，即电穿孔效应。低强度的脉冲电场在细胞膜上产生的是可逆电穿孔效应，并和药物相结合用于癌症的治疗。而高强度的脉冲电场在细胞膜上产生的是不可逆电穿孔效应，从而诱导细胞死亡，进而破坏癌症组织。此外，脉冲电场电穿孔技术在杀伤肿瘤细胞同时，能够保留细胞外基质(如重要血管，胆管，神经等)功能完整性。因此，可以消融不可切除或化疗耐药的实体肿瘤。

肿瘤(癌症)组织也可采用直流电进行消融，在直流电作用下，电极与组织发生化学反应，产生有毒粒子，从而改变靶向组织的pH值，进而导致肿瘤细胞死亡。有毒粒子通过扩散效应将有毒粒子运载至更远区域，从而扩大消融区域，但是因扩散速度较慢，因此刺激时间需数十分钟至数小时。新进研究发现，电穿孔效应联合电解效应也能够有效的杀伤肿瘤细胞，并且无需增加抗肿瘤药物。发生电穿孔的细胞对电解效应极为敏感，即在常规下不能杀伤肿瘤细胞的电解剂量仍然能够有效的杀伤发生电穿孔的细胞。而类指数衰减脉冲波能够同时产生电穿孔效应和电解效应。类指数衰减脉冲波的高压初始部分能够产生电穿孔，而低压拖尾部分能够产生电解效应，进而有效杀伤肿瘤细胞。

目前产生类指数衰减脉冲波常用的电源主要是采用单一的电容(或电容矩阵)对生物组织放电，但是采用此方法产生类指数衰减脉冲波经常存在以下问题：

第一，对于特定的负载，类指数衰减脉冲波的衰减时间主要由电容和负载决定，但是电容(或电容矩阵)很难在宽范围内进行连续调节，此外，需要提前知道负载的电阻才能计算衰减时间，从而导致衰减时间施加的不确定性；

第二，对于不同类型的靶向组织(如肝脏，肾脏等)，电导率不相同，甚至相差很大，因此在采用相同电容的容值进行放电时，不能保证一致的衰减时间。即使对于同一类型的组织，由于个体差异，电导率仍然不能保持相同，因此，消融不同类型组织和不同个体的靶向组织时，指数衰减脉冲的衰减时间是变化的。例如，如果靶向组织电导率过高，则指数衰减脉冲的衰减时间太短，无法产生足够的电解效应以进行消融。

第三、组织在消融过程中，因电穿孔效应，组织的电导率会瞬间升高，从而在脉冲重复放电时，导致波形失真。此外，电容器在治疗一个周期后需很长时间重新充电，因此重复放电的频率较低，从而影响治疗效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种用于组织消融的高压类指数衰减脉冲波产生系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题中的一项或多项。

为解决上述技术问题，本发明的内容包括：

一种用于组织消融的高压类指数衰减脉冲波产生系统，包括供电模块、控制模块和类指数衰减脉冲波发生电路；所述供电模块用于对控制模块和类指数衰减脉冲波发生电路进行供电；所述类指数衰减脉冲波发生电路包括开关触发电路和级联的N级Marx电路，所述控制模块包括依次相连的计算机、FPGA模块和电-光-电转换模块；