CN103585715B - 一种集成中频电流电场刺激设备 - Google Patents

Abstract

一种集成中频电流电场刺激设备，包括单片机中央控制单元；由电流刺激部分和电场刺激部分构成的绝缘或接触一体化电极；接所述单片机中央控制单元在其控制下生成多种形状与频率刺激信号的信号发生单元；接所述信号发生单元将所述刺激信号放大的功率放大单元；以及接所述功率放大单元和单片机中央控制单元控制下将放大后的刺激信号连接至所述一根导电线的输出切换模块，本发明可以根据实验者的选择对肿瘤细胞或组织实施中频电场或中频电流刺激，也可以交替实施这两种刺激观察协同效应。

Description

一种集成中频电流电场刺激设备

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，涉及肿瘤治疗实验研究，特别涉及一种集成中频电流电场刺激设备。

背景技术

自从2004年Yoram Palti等发现低强度（1-2V/cm）、中频（100-300kHz）交变电场能选择性抑制肿瘤细胞增殖，称为肿瘤治疗电场（Tumor TreatingFields，TTF）之后，越来越多的机构参与中频电场和中频电流（频率100—300Khz,电流大小50mA左右）在肿瘤治疗领域的研究。中频电场刺激将非接触电极置于被刺激肿瘤细胞或肿瘤组织的两侧，目前的机制表明，其主要通过干扰肿瘤细胞有丝分裂纺锤体的形成抑制肿瘤细胞的增殖。而中频电流刺激则是将导电电极直接接触被刺激肿瘤细胞或者肿瘤组织，目前发现其抑制细胞增殖的潜在作用机制有干扰肿瘤细胞DNA复制、改变肿瘤细胞膜形态等。

目前中频电场实验研究设备基本采用美国Novocure公司投资研发的NovoTTF-100A中频交变电场肿瘤治疗设备，该设备在肿瘤组织两端施加0—10V/cm，100—300kHZ的中频刺激电场。而中频电流刺激主要通过信号发生器产生各类波形，再接入功率放大设备，最后将放大的刺激信号通过接触电极施加到肿瘤细胞或组织上。

中频电场刺激和中频电流刺激虽然相似，但是现有的机制表明它们对肿瘤组织的刺激效应确实有不同的地方。现有的中频电场、中频电流肿瘤治疗实验设备单一，给实验研究者带来很大不便，因为很多研究机构需要同时研究中频电流、中频电场的肿瘤刺激效应，同时也可能需要研究两种作用的协同效应。按照目前的已有的方案，将需要多种实验设备（中频电场刺激仪、信号发生器、功率放大仪器等），同时，现有设备没法提供一些智能的刺激模式。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种集成中频电流电场刺激设备，通过特定的电极设计和输出切换控制，使得设备既可以用于电场刺激，也可以用于电流刺激，同时，设备还提供混沌刺激模式（频率、波形随机），以满足中频电场、中频电流刺激肿瘤治疗实验研究的需要。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种集成中频电流电场刺激设备，包括：

单片机中央控制单元；

绝缘或接触一体化电极，由自内到外的导电粘胶、导电海绵、无纺绝缘布一、锡箔纸和无纺绝缘布二共五层构成，导电粘胶与导电海绵连接并从导电海绵引出一根导电线，构成电流刺激部分；锡箔纸与导电海绵通过无纺绝缘布一相隔离，锡箔纸连接另一根导电线，构成电场刺激部分；

接所述单片机中央控制单元在其控制下生成多种形状与频率刺激信号的信号发生单元；

接所述信号发生单元将所述刺激信号放大的功率放大单元；以及

接所述功率放大单元和单片机中央控制单元控制下将放大后的刺激信号连接至所述一根导电线的输出切换模块。

所述两根导电线以DC3.5mm接口的形式连接至输出切换模块的PJ-3423.5mm座上。

所述信号发生单元以DDS芯片AD9851为核心，在单片机的控制下产生100—300KHZ频率范围的正弦波、三角波或方波。

所述功率放大单元是根据滑动变阻器调节输出幅度。

所述输出切换模块是两个由单片机中央控制单元IO控制的低导通电阻继电器，3.3V控制电压，根据选择将放大后的刺激信号切换至其中一根导电线上，从而决定电流还是电场刺激。

所述单片机中央控制单元运行波形与频率随机的混沌刺激模式，随机生成当前刺激信号的波形与频率。

与现有技术相比，本发明可以根据实验者的选择对肿瘤细胞或组织实施中频电场或中频电流刺激，也可以交替实施这两种刺激观察协同效应。因此，本发明解决了当前中频电场、中频电流刺激肿瘤治疗领域设备灵活性不足的问题，通过独特的电极片设计以及与之配套的输出切换电路系统，使得实验者可以随意切换刺激方式，并且可以进行两种刺激方式的协同效应研究。同时，本发明还提供波形与频率随机变化的混沌刺激模式，方便解决细胞或者组织潜在的耐受性问题，便于实验研究。

附图说明

图1为本装置整体示意图。

图2为本装置功率运放单元示意图。

图3为本装置输出切换模块示意图。

图4为本装置电极设计结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

图1是本发明集成中频电流电场刺激设备架构示意图，包括：单片机中央控制单元1、信号发生单元2、人机界面7、功率放大单元3、输出切换模块4、电源系统6以及接触及绝缘一体化电极5。单片机中央控制单元1控制信号发生单元2产生各种形状与频率的刺激波形，该刺激波形经过功率放大单元3放大后，进入输出切换模块4，输出切换模块4由单片机中央控制单元1控制，它根据用户的设定决定放大刺激信号进入绝缘或接触一体化电极5中的哪个部分（与刺激组织接触的粘胶或者与刺激组织绝缘的锡纸），当刺激信号在电极的粘胶中时，设备施加电流刺激；当刺激信号在锡纸中时，设备施加电场刺激。所以可以根据实验者的选择对肿瘤细胞或组织实施中频电场或中频电流刺激，也可以交替实施这两种刺激观察协同效应。设备提供波形与频率随机变化的混沌刺激模式，方便解决细胞或者组织潜在的耐受性问题，便于实验研究。

所述的单片机中央控制单元1通过SPI接口与以DDS芯片AD9851为核心的信号发生单元2相连，利用AD9851的芯片功能生成100—300kHZ频率范围的正弦、三角以及方波波形，这些波形经过低通滤波后进入功率放大单元3。如图2所示，功率放大单元3采用运放加三极管扩流的方式进行信号幅度和功率的放大，信号发生单元2产生的波形通过线路21进入，经过放大后由22、23引出至输出切换模块4，通过R101可调节输出幅度的大小。

如图3所示，输出切换模块4的核心是两个由单片机IO电平控制的低导通电阻继电器，输出切换模块的31、32分别与功率放大模块的22、23相连，P1、P2是PJ-3423.5mm插座，通过控制继电器的通断，将刺激信号引至PJ-342的不同引脚上。

如图4所示为本装置的电极设计，电极片分为五层，从内到外依次为导电粘胶44、导电海绵42、无纺绝缘布43、锡箔纸41、无纺绝缘布43。导电海绵42与导电粘胶44连接在一起，DC3.5mm接口的一根导电线与导电海绵42相连，导电海绵42、导电粘胶44和与导电海绵42相连的导电线一起构成电流刺激部分，导电粘胶直接与受刺激的组织表面接触，将中频电流施加在受刺激的组织上。锡箔纸41与导电海绵42通过无纺绝缘布43相隔离，DC3.5mm接口的另一根导电线与锡箔纸41相连构成电场刺激部分，由于无纺绝缘布43的绝缘隔离，此时通过中频电场来刺激组织，在这种情况下，导电粘胶44可以粘在刺激组织上，只起固定刺激电极的作用。两个这样的电极片组成一组电流/电场刺激电极，每个电极片的刺激信号分别由DC3.5mm接口45接入。电极片尺寸为20mm*20mm。

本装置还包括一个由液晶显示屏和控制面板组成的交互界面，通过交互界面，用户可以设定中频电场或者电流刺激方式，可以选择是否采用混沌刺激模式，可以选择刺激频率、波形以及幅度。

Claims (4)

1.一种集成中频电流电场刺激设备，其特征在于，包括：

单片机中央控制单元；

绝缘或接触一体化电极，由自内到外的导电粘胶、导电海绵、无纺绝缘布一、锡箔纸和无纺绝缘布二共五层构成，导电粘胶与导电海绵连接并从导电海绵引出一根导电线，构成电流刺激部分；锡箔纸与导电海绵通过无纺绝缘布一相隔离，锡箔纸连接另一根导电线，构成电场刺激部分；

接所述单片机中央控制单元在其控制下生成多种形状与频率刺激信号的信号发生单元，所述信号发生单元以DDS芯片AD9851为核心，在单片机的控制下产生100—300KHZ频率范围的正弦波、三角波或方波；

接所述信号发生单元将所述刺激信号放大的功率放大单元，所述功率放大单元是根据滑动变阻器调节输出幅度；以及

接所述功率放大单元和单片机中央控制单元控制下将放大后的刺激信号连接至所述一根导电线的输出切换模块。

2.根据权利要求1所述的集成中频电流电场刺激设备，其特征在于，所述两根导电线以DC3.5mm接口的形式连接至输出切换模块的PJ-3423.5mm座上。

3.根据权利要求1所述的集成中频电流电场刺激设备，其特征在于，所述输出切换模块是两个由单片机中央控制单元IO控制的低导通电阻继电器，3.3V控制电压，根据选择将放大后的刺激信号切换至其中一根导电线上，从而决定电流还是电场刺激。

4.根据权利要求1所述的集成中频电流电场刺激设备，其特征在于，所述单片机中央控制单元运行波形与频率随机的混沌刺激模式，随机生成当前刺激信号的波形与频率。