不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種治療腫瘤用納米刀，尤其涉及一種不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]腫瘤是一類常見病、多發(fā)病，其中惡性腫瘤是目前危害人類健康最嚴(yán)重的一類疾病。由于惡性腫瘤的發(fā)病機(jī)制和病因尚未完全了解，因而缺乏根本的預(yù)防措施。迄今為止，人類尚無法像治療其他常見多發(fā)病那樣地治愈惡性腫瘤。由于惡性腫瘤的難治性，數(shù)世紀(jì)以來，各國(guó)學(xué)者除通過手術(shù)和放化療相結(jié)合的方法，對(duì)惡性腫瘤進(jìn)行治療，以取得更長(zhǎng)的生存期。但放療和化療對(duì)人體免疫力影響很大，嚴(yán)重影響生存質(zhì)量。
[0003]自1970年代早期開始，電穿孔就被用于將分子插入到動(dòng)物或植物細(xì)胞內(nèi)。一般地，電穿孔是一種通過電脈沖使不能穿透細(xì)胞膜的大分子進(jìn)入細(xì)胞的技術(shù)。如果施加強(qiáng)的電場(chǎng)，則細(xì)胞膜暫時(shí)變成多孔的，對(duì)外來物質(zhì)表現(xiàn)出滲透性。但到目前為止，電穿孔的方法仍僅用于細(xì)胞穿透，并沒有得到進(jìn)一步的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種可以殺死細(xì)胞的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明為解決這一問題所采取的技術(shù)方案是:
一種不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，包括上層信息管理單元和高壓脈沖放電主回路，上層信息管理單元通過高頻脈沖發(fā)生控制單元、時(shí)序功能控制單元、第一光電隔離單元和功率放大電路將控制信號(hào)傳送至高壓脈沖放電主回路；高壓脈沖放電主回路通過電壓電流檢測(cè)電路、第二光電隔離單元和信號(hào)濾波單元將反饋信號(hào)回傳至上層信息管理單元。所述的上層信息管理單元為醫(yī)用計(jì)算機(jī)。
[0006]所述的高壓脈沖放電主回路包括與充電電源連接的儲(chǔ)能電容組和通過快速電子開關(guān)與儲(chǔ)能電容連接的成對(duì)的放電電極；儲(chǔ)能電容組與充電電源之間設(shè)置有充電開關(guān)，快速電子開關(guān)與放電電極之間設(shè)置有放電開關(guān)。儲(chǔ)能電容組由100uF~400uF的大容量電容與
0.1uF-1uF的小容量電容并聯(lián)組成?？焖匐娮娱_關(guān)采用絕緣柵雙極型晶體管，并設(shè)有IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，使用納秒級(jí)上升沿的高電壓脈沖，對(duì)生物細(xì)胞的外膜進(jìn)行納米數(shù)量級(jí)的電擊穿孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物細(xì)胞的滅活效果。該系統(tǒng)應(yīng)用于腫瘤治療中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的滅活治療，還可以做到微創(chuàng)和無熱沉積的效果。另外，由于不可逆電穿孔只能對(duì)一般組織細(xì)胞進(jìn)行穿孔，而血管、神經(jīng)等結(jié)締組織細(xì)胞在其作用下則受損傷較輕并能恢復(fù)完好。因此，這種對(duì)治療效果的高選擇性治療，對(duì)周圍組織的損傷小，可以使一些不能進(jìn)行手術(shù)治療的癌癥，能夠采用此裝置進(jìn)行治療。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明的高壓脈沖放電主回路的電路原理圖。
[0009]附圖中主要部件符號(hào)說明:
1:放電電極 2: IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下參照附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說明。下面描述的具體實(shí)施例僅是本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011]圖1是本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，包括上層信息管理單元和高壓脈沖放電主回路，上層信息管理單元通過高頻脈沖發(fā)生控制單元、時(shí)序功能控制單元、第一光電隔離單元和功率放大電路將控制信號(hào)傳送至高壓脈沖放電主回路；高壓脈沖放電主回路通過電壓電流檢測(cè)電路、第二光電隔離單元和信號(hào)濾波單元將反饋信號(hào)回傳至上層信息管理單元。
[0012]高壓脈沖放電主回路，用于產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)。電壓電流檢測(cè)單元用于檢測(cè)高壓脈沖放電主回路的反饋信號(hào)點(diǎn)的電壓和電流信號(hào)。信號(hào)濾波單元為由高壓脈沖放電主回路輸入的反饋信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0013]高頻脈沖發(fā)生控制單元，以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA or CPLD)為中央控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓脈沖放電主回路充放電的控制。高頻脈沖發(fā)生控制單元和時(shí)序功能控制單元共同實(shí)現(xiàn)對(duì)充電時(shí)間、放電時(shí)刻的控制，對(duì)電極的連接控制，對(duì)充電電壓的監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集，對(duì)放電脈沖的寬度，脈沖個(gè)數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，對(duì)放電過程的監(jiān)視，放電電壓、電流的數(shù)據(jù)采集等控制與監(jiān)測(cè)功能。功率放大電路為輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大。
[0014]兩個(gè)光電隔離單元為所有的輸入輸出信號(hào)做光電隔離，以減小外部噪聲信號(hào)對(duì)內(nèi)部控制單元的噪聲干擾，提高控制單元的可靠性。
[0015]上層信息管理單元為醫(yī)用計(jì)算機(jī)。上層信息管理單元為操作者設(shè)置各種工作參數(shù)提供交互的途徑，并將設(shè)置好的工作參數(shù)下傳到功能控制單元中；接受功能控制單元采集的各種數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和曲線繪制并顯示出來，為操作者提供充電和放電過程的信息；為操作者提供編程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)放電順序的智能化控制。
[0016]圖2是本發(fā)明的高壓脈沖放電主回路的電路原理圖。如圖2所示，高壓脈沖放電主回路包括與充電電源連接的儲(chǔ)能電容組和通過快速電子開關(guān)Kl與儲(chǔ)能電容連接的成對(duì)的放電電極I。儲(chǔ)能電容組與充電電源之間設(shè)置有充電開關(guān)KJl和KJ2，快速電子開關(guān)與放電電極之間設(shè)置有放電開關(guān)KJ8和KJ5。儲(chǔ)能電容組由一個(gè)或多個(gè)100uF~400uF的大容量電容與一個(gè)或多個(gè)0.1uF~1uF的小容量電容并聯(lián)組成。儲(chǔ)能電容組可以在短時(shí)間內(nèi)供應(yīng)大電流，實(shí)現(xiàn)電流脈沖的快速上升。圖中有兩個(gè)大容量電容Cl和C2串聯(lián)，兩個(gè)小容量電容C3和C4串聯(lián)后，再行并聯(lián)組成儲(chǔ)能電容組。快速電子開關(guān)采用絕緣柵雙極型晶體管，并設(shè)有IGBT驅(qū)動(dòng)電路2。
[0017]兩個(gè)電阻Rl和R2串聯(lián)后，一端連接在兩充電開關(guān)KJl和KJ2之間，另一端接地，電阻Rl和R2之間設(shè)置第一反饋信號(hào)點(diǎn)。兩個(gè)電阻R3和R4串聯(lián)后，一端連接在快速電子開關(guān)Kl與KJ8之間，另一端接地，并通過R5與KJ5連接，電阻R3和R4之間設(shè)置第二反饋信號(hào)點(diǎn)。系統(tǒng)工作時(shí)，將放電電極插入病灶部位，首先閉合KJl和KJ2，為儲(chǔ)能電容組充電。當(dāng)該點(diǎn)的電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，斷開KJl和KJ2，閉合KJ8和KJ5，儲(chǔ)能電容組放電，快速電子開關(guān)在IGBT驅(qū)動(dòng)電路作用下，形成高頻高電壓的脈沖，脈沖的寬度可以設(shè)定為lOOus。在脈沖的上升沿，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的穿孔，該穿孔的過程是不可逆的，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞滅活。
[0018]本發(fā)明的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，使用納秒級(jí)上升沿的高電壓脈沖，對(duì)生物細(xì)胞的外膜進(jìn)行納米數(shù)量級(jí)的電擊穿孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物細(xì)胞的滅活效果。該系統(tǒng)應(yīng)用于腫瘤治療中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的滅活治療，還可以做到微創(chuàng)和無熱沉積的效果。另外，由于不可逆電穿孔只能對(duì)一般組織細(xì)胞進(jìn)行穿孔，對(duì)血管、神經(jīng)等結(jié)締組織細(xì)胞不起作用，因此，這種對(duì)治療效果的高選擇性治療，對(duì)周圍組織的損傷小，可以使一些不能進(jìn)行手術(shù)治療的癌癥，能夠采用此裝置進(jìn)行治療。本發(fā)明采用電容組充放電的形式，以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為中央控制器，以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為陡脈沖生成開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了輸出脈沖的上升時(shí)間小于62ns，頻率可調(diào):lHz-100kHz，脈沖幅值可調(diào):0_3500V，脈沖寬度可調(diào):30-100 μ S，輸出脈沖數(shù)任意設(shè)置。通過對(duì)無菌白鼠體內(nèi)的乳腺癌腫瘤細(xì)胞施加陡脈沖刺激，實(shí)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞的滅活，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本發(fā)明能夠有效的應(yīng)用于陡脈沖作用下腫瘤治療的相關(guān)研究；產(chǎn)品化后將可以應(yīng)用于多種癌癥病癥的治療中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括上層信息管理單元和高壓脈沖放電主回路，上層信息管理單元通過高頻脈沖發(fā)生控制單元、時(shí)序功能控制單元、第一光電隔離單元和功率放大電路將控制信號(hào)傳送至高壓脈沖放電主回路；高壓脈沖放電主回路通過電壓電流檢測(cè)電路、第二光電隔離單元和信號(hào)濾波單元將反饋信號(hào)回傳至上層信息管理單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，其特征在于:上層信息管理單元為醫(yī)用計(jì)算機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，其特征在于:高壓脈沖放電主回路包括與充電電源連接的儲(chǔ)能電容組和通過快速電子開關(guān)與儲(chǔ)能電容連接的成對(duì)的放電電極；儲(chǔ)能電容組與充電電源之間設(shè)置有充電開關(guān)，快速電子開關(guān)與放電電極之間設(shè)置有放電開關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)能電容組由100uF~400uF的大容量電容與0.1uF-1uF的小容量電容并聯(lián)組成。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，其特征在于:快速電子開關(guān)采用絕緣柵雙極型晶體管，并設(shè)有IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不可恢復(fù)電穿孔系統(tǒng)，包括上層信息管理單元和高壓脈沖放電主回路，上層信息管理單元通過高頻脈沖發(fā)生控制單元、時(shí)序功能控制單元、第一光電隔離單元和功率放大電路將控制信號(hào)傳送至高壓脈沖放電主回路；高壓脈沖放電主回路通過電壓電流檢測(cè)電路、第二光電隔離單元和信號(hào)濾波單元將反饋信號(hào)回傳至上層信息管理單元。本發(fā)明使用納秒級(jí)上升沿的高電壓脈沖，對(duì)生物細(xì)胞的外膜進(jìn)行納米數(shù)量級(jí)的電擊穿孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物細(xì)胞的滅活效果。該系統(tǒng)應(yīng)用于腫瘤治療中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的滅活治療，還可以做到微創(chuàng)和無熱沉積的效果，對(duì)周圍組織的損傷小，可以使一些不能進(jìn)行手術(shù)治療的癌癥，能夠采用此裝置進(jìn)行治療。
【IPC分類】A61B18/12
【公開號(hào)】CN105055015
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510471661
【發(fā)明人】顧偉儀, 薛志孝, 張磊, 任海星, 李紅剛
【申請(qǐng)人】天津市鷹泰利安康醫(yī)療科技有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月5日