[发明专利]一种用于肿瘤消融的小型化纳秒脉冲发生系统

说明书

本申请公开了一种用于肿瘤消融的小型化纳秒脉冲发生系统，包括主控制单元、驱动电路、高压开关、高压电源、高压脉冲能量储存器、隔离变压器以及电极阵列；所述高压电源、高压脉冲能量储存器以及隔离变压器一次侧构成充电回路；所述高压开关、高压脉冲能量储存器以及隔离变压器二次侧构成放电回路，隔离变压器的二次侧与电极阵列连接，输出纳秒脉冲；所述主控制单元通过控制驱动电路触发高压开关导通；所述高压脉冲能量储存器采用LC网络代替传输电磁能的传输线进行阻抗匹配，实现纳秒脉冲发生系统的小型化。

技术领域

本申请涉及医疗设备领域，特别涉及一种用于肿瘤消融的小型化纳秒脉冲发生系统。

背景技术

随着生物电磁学技术的不断发展，采用高压电脉冲治疗肿瘤技术逐渐被认可和接受。高压电脉冲治疗技术包括微秒脉冲和纳秒脉冲。微秒脉冲电场基于细胞膜电穿孔原理杀死肿瘤细胞，而纳秒脉冲电场则是依托更高密度外加电场能量跨膜入细胞核，在细胞内引起压电效应，使细胞核、核膜和线粒体等细胞器膜依次发生各种不同的肿瘤凋亡效应。具体而言，纳秒脉冲肿瘤消融系统能产生极高功率、纳秒级的脉冲宽度和10KV/cm的高电场强度。纳秒脉冲技术来源于军工技术，其高压传输线的实现方法，要求绝缘距离远，空间大，但是在医疗器械中，由于手术室的空间有限，特别是门诊日间手术室的空间更小，对手术器械的尺寸要求更严，因此，常用的纳秒脉冲技术无法直接应用于医疗领域的肿瘤消融治疗。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于肿瘤消融的小型化纳秒脉冲发生系统，实现了纳秒脉冲技术实现的小型化，在保证安全绝缘的基础上，大大缩小了尺寸。

本申请公开了一种用于肿瘤消融的小型化纳秒脉冲发生系统，包括主控制单元、驱动电路、高压开关、高压电源、高压脉冲能量储存器、隔离变压器以及电极阵列；所述高压电源、高压脉冲能量储存器以及隔离变压器一次侧构成充电回路；所述高压开关、高压脉冲能量储存器以及隔离变压器二次侧构成放电回路，隔离变压器的二次侧与电极阵列连接，输出纳秒脉冲；所述主控制单元通过控制驱动电路触发高压开关导通；所述高压脉冲能量储存器采用LC网络代替传输电磁能的传输线进行阻抗匹配，实现纳秒脉冲发生系统的小型化。

进一步地，所述高压脉冲能量储存器包括m个用于控制脉冲输出等级的选择开关，主控制单元根据不同的消融需求控制选择开关通断进行不同等级脉宽的切换。

进一步地，所述高压脉冲能量储存器包括m组并联的LC网络，每组LC网络对应一个脉冲输出等级；所述选择开关设置在LC网络与隔离变压器之间。

进一步地，所述LC网络包括n个相互串联的电感和n个相互并联的电容，其中第一个电感L的第一端作为输入端与高压电源输出端连接，每个电感L的第二端与一个电容C的第一端连接，n个电容C的第二端均与选择开关、隔离变压器依次连接。

进一步地，所述电感L的电感值为用于传输电磁能的传输线的单位长度电感值，电容C的电容值为用于传输电磁能的传输线的单位长度电容值。

进一步地，所述LC网络的级数根据所述电极阵列的阻抗和隔离变压器的匝数比确定。

进一步地，所述电极阵列包括多路并联的输出电极，每个输出电极通过一个继电器开关控制。

进一步地，所述电极阵列的输入端设有电流传感器，电流传感器与主控制单元连接。

进一步地，所述电流传感器经衰减网络衰减后与运算放大器连接，经运算放大器信号放大后传输至主控制器单元，所述电流传感器的输出阻抗与衰减网络的特征阻抗相一致。

进一步地，所述高压脉冲能量储存器的输出脉宽包括300nS\500nS\700nS\900nS。