不可恢复电穿孔系统

摘要

本发明公开了一种不可恢复电穿孔系统，包括上层信息管理单元和高压脉冲放电主回路，上层信息管理单元通过高频脉冲发生控制单元、时序功能控制单元、第一光电隔离单元和功率放大电路将控制信号传送至高压脉冲放电主回路；高压脉冲放电主回路通过电压电流检测电路、第二光电隔离单元和信号滤波单元将反馈信号回传至上层信息管理单元。本发明使用纳秒级上升沿的高电压脉冲，对生物细胞的外膜进行纳米数量级的电击穿孔，实现对生物细胞的灭活效果。该系统应用于肿瘤治疗中，不仅能够实现对肿瘤细胞的灭活治疗，还可以做到微创和无热沉积的效果，对周围组织的损伤小，可以使一些不能进行手术治疗的癌症，能够采用此装置进行治疗。

权利要求

1.一种不可恢复电穿孔系统，该系统包括上层信息管理单元和高压脉冲放电主回路，上层信息管理单元通过高频脉冲发生控制单元、时序功能控制单元、第一光电隔离单元和功率放大电路将控制信号传送至高压脉冲放电主回路；所述高压脉冲放电主回路包括与充电电源连接的储能电容组和通过快速电子开关与储能电容组连接的成对的放电电极；其特征在于，所述储能电容组与充电电源之间设置有两个充电开关，两个电阻串联后的一端连接在两个所述充电开关之间，另一端接地；所述快速电子开关与两个所述放电电极之间分别设置有一个放电开关，两个电阻串联后的一端连接在所述快速电子开关与其中一个所述放电开关之间，另一端接地，并通过电阻与另一个所述放电开关连接；所述高压脉冲放电主回路通过电压电流检测电路、第二光电隔离单元和信号滤波单元将反馈信号回传至上层信息管理单元。

2.根据权利要求1所述的不可恢复电穿孔系统，其特征在于：上层信息管理单元为医用计算机。

3.根据权利要求1所述的不可恢复电穿孔系统，其特征在于：储能电容组由100uF～

400uF的大容量电容与0.1uF～1uF的小容量电容并联组成。

4.根据权利要求1所述的不可恢复电穿孔系统，其特征在于：快速电子开关采用绝缘栅双极型晶体管，并设有IGBT驱动电路。

说明书

不可恢复电穿孔系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种治疗肿瘤用纳米刀，尤其涉及一种不可恢复电穿孔系统。

背景技术

[0002] 肿瘤是一类常见病、多发病，其中恶性肿瘤是目前危害人类健康最严重的一类疾病。由于恶性肿瘤的发病机制和病因尚未完全了解，因而缺乏根本的预防措施。迄今为止，人类尚无法像治疗其他常见多发病那样地治愈恶性肿瘤。由于恶性肿瘤的难治性，数世纪以来，各国学者除通过手术和放化疗相结合的方法，对恶性肿瘤进行治疗，以取得更长的生存期。但放疗和化疗对人体免疫力影响很大，严重影响生存质量。

[0003] 自1970年代早期开始，电穿孔就被用于将分子插入到动物或植物细胞内。一般地，电穿孔是一种通过电脉冲使不能穿透细胞膜的大分子进入细胞的技术。如果施加强的电场，则细胞膜暂时变成多孔的，对外来物质表现出渗透性。但到目前为止，电穿孔的方法仍仅用于细胞穿透，并没有得到进一步的应用。

发明内容

[0004] 本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种可以杀死细胞的不可恢复电穿孔系统。

[0005] 本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

[0006] 一种不可恢复电穿孔系统，包括上层信息管理单元和高压脉冲放电主回路，上层信息管理单元通过高频脉冲发生控制单元、时序功能控制单元、第一光电隔离单元和功率放大电路将控制信号传送至高压脉冲放电主回路；高压脉冲放电主回路通过电压电流检测电路、第二光电隔离单元和信号滤波单元将反馈信号回传至上层信息管理单元。所述的上层信息管理单元为医用计算机。

[0007] 所述的高压脉冲放电主回路包括与充电电源连接的储能电容组和通过快速电子开关与储能电容连接的成对的放电电极；储能电容组与充电电源之间设置有充电开关，快速电子开关与放电电极之间设置有放电开关。储能电容组由100uF 400uF的大容量电容与~0.1uF 1uF的小容量电容并联组成。快速电子开关采用绝缘栅双极型晶体管，并设有IGBT驱~
动电路。

[0008] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0009] 本发明的不可恢复电穿孔系统，使用纳秒级上升沿的高电压脉冲，对生物细胞的外膜进行纳米数量级的电击穿孔，实现对生物细胞的灭活效果。该系统应用于肿瘤治疗中，不仅能够实现对肿瘤细胞的灭活治疗，还可以做到微创和无热沉积的效果。另外，由于不可逆电穿孔只能对一般组织细胞进行穿孔，而血管、神经等结缔组织细胞在其作用下则受损伤较轻并能恢复完好。因此，这种对治疗效果的高选择性治疗，对周围组织的损伤小，可以使一些不能进行手术治疗的癌症，能够采用此装置进行治疗。

附图说明

[0010] 图1是本发明的不可恢复电穿孔系统的结构框图；

[0011] 图2是本发明的高压脉冲放电主回路的电路原理图。

[0012] 附图中主要部件符号说明：

[0013] 1：放电电极             2：IGBT驱动电路。

具体实施方式

[0014] 以下参照附图和具体实施例对本发明的不可恢复电穿孔系统进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

[0015] 图1是本发明的不可恢复电穿孔系统的结构框图。如图1所示，本发明的不可恢复电穿孔系统，包括上层信息管理单元和高压脉冲放电主回路，上层信息管理单元通过高频脉冲发生控制单元、时序功能控制单元、第一光电隔离单元和功率放大电路将控制信号传送至高压脉冲放电主回路；高压脉冲放电主回路通过电压电流检测电路、第二光电隔离单元和信号滤波单元将反馈信号回传至上层信息管理单元。

[0016] 高压脉冲放电主回路，用于产生高频脉冲信号。电压电流检测单元用于检测高压脉冲放电主回路的反馈信号点的电压和电流信号。信号滤波单元为由高压脉冲放电主回路输入的反馈信号进行滤波处理。

[0017] 高频脉冲发生控制单元，以现场可编程门阵列（FPGA or CPLD）为中央控制器，实现对高压脉冲放电主回路充放电的控制。高频脉冲发生控制单元和时序功能控制单元共同实现对充电时间、放电时刻的控制，对电极的连接控制，对充电电压的监视和数据采集，对放电脉冲的宽度，脉冲个数等参数的设置，对放电过程的监视，放电电压、电流的数据采集等控制与监测功能。功率放大电路为输出的控制信号进行功率放大。

[0018] 两个光电隔离单元为所有的输入输出信号做光电隔离，以减小外部噪声信号对内部控制单元的噪声干扰，提高控制单元的可靠性。

[0019] 上层信息管理单元为医用计算机。上层信息管理单元为操作者设置各种工作参数提供交互的途径，并将设置好的工作参数下传到功能控制单元中；接受功能控制单元采集的各种数据，对数据进行处理和曲线绘制并显示出来，为操作者提供充电和放电过程的信息；为操作者提供编程环境，实现对系统放电顺序的智能化控制。

[0020] 图2是本发明的高压脉冲放电主回路的电路原理图。如图2所示，高压脉冲放电主回路包括与充电电源连接的储能电容组和通过快速电子开关K1与储能电容连接的成对的放电电极1。储能电容组与充电电源之间设置有充电开关KJ1和KJ2，快速电子开关与放电电极之间设置有放电开关KJ8和KJ5。储能电容组由一个或多个100uF 400uF的大容量电容与~一个或多个0.1uF 1uF的小容量电容并联组成。储能电容组可以在短时间内供应大电流，实~
现电流脉冲的快速上升。图中有两个大容量电容C1和C2串联，两个小容量电容C3和C4串联后，再行并联组成储能电容组。快速电子开关采用绝缘栅双极型晶体管，并设有IGBT驱动电路2。

[0021] 两个电阻R1和R2串联后，一端连接在两充电开关KJ1和KJ2之间，另一端接地，电阻R1和R2之间设置第一反馈信号点。两个电阻R3和R4串联后，一端连接在快速电子开关K1与KJ8之间，另一端接地，并通过R5与KJ5连接，电阻R3和R4之间设置第二反馈信号点。系统工作时，将放电电极插入病灶部位，首先闭合KJ1和KJ2，为储能电容组充电。当该点的电压达到预定值时，断开KJ1和KJ2，闭合KJ8和KJ5，储能电容组放电，快速电子开关在IGBT驱动电路作用下，形成高频高电压的脉冲，脉冲的宽度可以设定为100us。在脉冲的上升沿，实现对细胞的穿孔，该穿孔的过程是不可逆的，从而实现了细胞灭活。

[0022] 本发明的不可恢复电穿孔系统，使用纳秒级上升沿的高电压脉冲，对生物细胞的外膜进行纳米数量级的电击穿孔，实现对生物细胞的灭活效果。该系统应用于肿瘤治疗中，不仅能够实现对肿瘤细胞的灭活治疗，还可以做到微创和无热沉积的效果。另外，由于不可逆电穿孔只能对一般组织细胞进行穿孔，对血管、神经等结缔组织细胞不起作用，因此，这种对治疗效果的高选择性治疗，对周围组织的损伤小，可以使一些不能进行手术治疗的癌症，能够采用此装置进行治疗。本发明采用电容组充放电的形式，以现场可编程门阵列(FPGA)为中央控制器，以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为陡脉冲生成开关，实现了输出脉冲的上升时间小于62ns，频率可调：1Hz-100kHz，脉冲幅值可调：0-3500V，脉冲宽度可调：30-100μs，输出脉冲数任意设置。通过对无菌白鼠体内的乳腺癌肿瘤细胞施加陡脉冲刺激，实现了肿瘤细胞的灭活，实验结果表明：本发明能够有效的应用于陡脉冲作用下肿瘤治疗的相关研究；产品化后将可以应用于多种癌症病症的治疗中。