[发明专利]用于限制纳秒脉冲电源中的负载电流的设备和方法

说明书

本文描述了用于将高压、高电流、亚微秒(例如纳秒范围)脉冲输出施加到例如组织、细胞等生物材料同时防止负载电弧放电造成的损坏的设备和方法。本文所描述的所述设备和方法中的一些可以通过在脉冲电源和负载之间使用传输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对缆线)来在负载电弧放电的情况下显著限制负载和脉冲电源电流，所述传输线具有被配置成实现此目标的长度。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年10月1日提交的标题为“用于限制纳秒脉冲电源中的负载电流的设备和方法(APPARATUSES AND METHODS FOR LIMITING LOAD CURRENT INNANOSECOND PULSED POWER SOURCES)”的美国临时专利申请第62/909,187号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。

通过引用并入

本说明书中提到的所有出版物和专利申请都通过引用以其整体并入本文，其程度就如同明确且单独地指明了每个单独的出版物或专利申请通过引用并入。

技术领域

本文描述了脉冲电源，其使用长传输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对传输线)来限制负载电流，以引入分布电感和传输线延迟，从而防止对脉冲电源的损坏。这些设备(系统和设备)通常涉及高压、快速(例如，纳秒、皮秒等)脉冲。特别地，本文描述了能够递送用于电疗的高压、纳秒脉冲电场(nsPEF)的纳秒脉冲系统和设备。

背景技术

“纳秒脉冲电场”(nsPEF)可以应用于医疗和/或治疗目的，尤包括用于生物材料(例如，细胞和组织)的处理。nsPEF可以包括脉冲持续时间可以小于约1000纳秒(ns)的电场，诸如在约0.1ns和1000ns之间，并且可以具有高压的峰值电压，在一些变化中高达约5kV/cm、约10kV/cm、约20kV/cm、约50kV/cm、约100kV/cm、约250kV/cm或约500kV/cm。此类高压、非常短暂的脉冲给治疗性医疗装置带来了独特的问题。特别是，高压下快速变化(例如，纳秒或更快的脉冲)的递送可能导致负载电弧放电。当脉冲功率被传输到组织(负载)时，负载电弧放电可能发生，并且由于电流(例如，大于1kA的电流)可能从负载传输回脉冲生成器，因此可能导致对高压脉冲生成器的损坏。由于负载处的电弧实际上是负载处的突然的、意外的短路，此高短路电流(大于1kA)将从电弧反射回脉冲生成器，并且相对高的施加电压和电流可能导致大的返回电流，这可能损坏脉冲生成器的电路。

因此，期望提供装置和设备，包括用于纳秒脉冲电场生成和递送的系统，其被配置成允许用于电疗的可变持续时间纳秒脉冲电场的生成和递送，解决现有问题，包括由电弧放电导致的问题。还期望提供可以防止负载电弧放电对设备的损坏而不会显着影响系统性能的设备和使用它们的方法。此类设备和方法在不断发展的治疗性nsPEF领域(包括用于治疗癌症/肿瘤、皮肤病和其他应用)特别有用。

发明内容

本文描述了用于将高压(在一些变型中，高电流)、亚微秒(例如，纳秒范围)脉冲输出施加到生物材料(例如，组织、细胞等)同时防止负载电弧放电对设备的损坏的设备(系统、装置等)和方法。本文所描述的一些设备和方法可以通过在脉冲电源和负载之间使用传输线(例如，同轴缆线、双绞线或平行对缆线)来在负载电弧放电的情况下显著限制负载和脉冲电源电流，所述传输线具有相对较长的长度，并且特别是大于最大脉冲持续时间除以缆线上的特征脉冲速度的一半。通过如本文所描述选择传输线的长度，可以提高脉冲电源(例如，纳秒脉冲生成器)的可靠性。如本文所用，关于施加的能量，诸如电磁场能量，术语“脉冲宽度”可以与“脉冲持续时间”互换。