CN106388933B - 用于不可逆电穿孔设备的电极 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于不可逆电穿孔设备的电极，包括电极主体，该电极主体适于接收电脉冲并以预定方向施加电场。该电极主体的表面包括由导电材料构成的导电区域和由绝缘材料构成的绝缘区域，在电极主体的所述预定方向一侧上设置有导电区域，并且导电区域面向所述预定方向，在电极主体的与所述预定方向相反的一侧上设置有绝缘区域。
Description
技术领域
本申请涉及用于不可逆电穿孔设备的电极，更具体地，本申请涉及用于在生物组织的细胞上产生不可逆穿孔从而消融生物组织的设备中的电极、电极的阵列以及不可逆电穿孔设备。
背景技术
癌症是危害人类健康的主要疾病。肿瘤的传统疗法以及新近发展起来的以微创消融为特征的热消融物理疗法，由于受适应症、禁忌症、治疗副作用、热效应等因素的限制，使得其临床应用存在一定的局限性。近年来，随着脉冲生物电学的不断发展，电场脉冲以其非热、微创的生物医学效应引起了研究人员的关注，而其中的不可逆电穿孔治疗肿瘤以其快捷、可控、可视、选择性和非热机理等的优势和特色更是引起国内外生物电学领域研究人员的广泛关注，并逐渐应用于肿瘤的临床治疗。
发明内容
然而，虽然不可逆电穿孔技术在国内外的临床应用中取得了令人振奋的治疗效果，但是患者在治疗过程往往会出现不同程度的肌肉收缩现象而导致其疼痛感和不适。目前临床上通常采用给病人注射肌肉松弛剂的方法来缓解肌肉收缩的强度，但是，使用肌肉松弛剂并不能完全消除肌肉收缩，而且这种药物的使用可能产生患者横纹肌溶解的医疗风险，将给患者带来较大的副作用。另外，为防止注射肌肉松弛剂后患者呼吸停止，必须对患者配合使用呼吸机，使得治疗过程变得复杂。缓解治疗中的肌肉收缩问题，将促进不可逆电穿孔治疗肿瘤在临床的推广应用。
因此，本申请针对上述问题中的至少一个提出了以下方面。
本申请的一个方面涉及一种用于不可逆电穿孔的电极，包括电极主体，该电极主体适于接收电脉冲并向预定方向施加电场。该电极主体的表面包括由导电材料构成的导电区域和由绝缘材料构成的绝缘区域，在电极主体的所述预定方向一侧上设置有所述导电区域，所述导电区域面向所述预定方向，并且在电极主体的与所述预定方向相反的一侧上设置有所述绝缘区域。
使用根据本申请的实施方式的电极来对目标生物组织进行不可逆电穿孔处理，由于电极主体的表面并不是全部被导电区域覆盖并且在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上具有绝缘区域，本申请的电极可以抑制电场的扩散，从而抑制动作电位向远离目标生物组织的方向传播，缓解了肌肉收缩。另外，根据本申请的电极可以抑制在绝缘区域一侧(即，与电场施加方向相反的一侧)的电场分布，从而减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
本申请的另一方面涉及一种电极阵列，其包括：一对或多对电极，所述一对或多对电极的电极主体的轴线相互平行，其中，在每对电极中的至少一个电极是根据本申请的电极，并且该电极的导电区域面向该对电极中的另一个电极。
本申请的另一方面涉及一种不可逆电穿孔设备，其包括：脉冲形成装置，被配置为产生电脉冲；和根据本申请的电极，被配置为从脉冲形成装置接收电脉冲。
附图说明
图1是根据本申请的实施方式的不可逆电穿孔设备的示意图。
图2是根据本申请的实施方式的电极的正视图和侧视图。
图3是根据本申请的实施方式的电极的电极主体的立体示意图。
图4示出了用根据本申请的电极构成的电极阵列对目标生物组织进行不可逆电穿孔处理时的电极布置。
图5是现有技术中的不具有绝缘区域的针状电极与如图3所示的根据本申请的针状电极的电场分布图的比较，其中，图5的(A)是现有技术的针状电极的电场分布，而图5的(B)是本申请的针状电极的电场分布。
图6是现有技术中的不具有绝缘区域的针状电极与图3的根据本申请的针状电极的肌肉收缩情况的比较，其中，图6的(A)是现有技术的针状电极的肌肉收缩情况，而图6的(B)是本申请的针状电极的肌肉收缩情况。
图7是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。
图8是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。
图9是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。
图10是根据本申请的实施方式的电极主体的电场分布的示意图。
图11是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。
图12是根据本申请的实施方式的电极阵列的示意图。
图13是图12所示的电极阵列的电场分布的示意图。
图14是根据本申请的实施方式的电极阵列的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施方式。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施方式中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施方式的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施方式的其它示例可以具有不同的值。
本申请的发明人对于在不可逆电穿孔治疗过程中产生的肌肉收缩的原因进行了深入的研究和分析。
本申请的发明人注意到，在不可逆电穿孔治疗过程中施加的电脉冲产生电场，电场刺激神经纤维，使其产生动作电位，动作电位则激发邻近区域细胞膜去极化，从而产生新的动作电位，如此下去，动作电位便通过邻近区域细胞得到兴奋的传导，兴奋经过神经肌肉接头传到肌肉从而引起了肌肉收缩。在此基础上，本申请的发明人进一步发现，对生物组织施加电脉冲时产生的肌肉收缩与电极的配置和在该电极布置下的电场分布情况有关，并提出了本申请的技术方案。
图1是根据本申请的实施方式的不可逆电穿孔设备的示意图。
如图1所示，根据该实施方式的不可逆电穿孔设备1包括脉冲形成装置10和电极20。该脉冲形成装置10用来产生在目标生物组织产生不可逆电穿孔的电脉冲，电极20用来从脉冲形成装置10接收所产生的脉冲，并将所产生的脉冲施加到生物组织的细胞，诸如肿瘤细胞。
如图1所示，根据本申请的实施方式的脉冲形成装置10包括电源11、脉冲产生单元12、控制单元13和用户界面14等。电源11用来为不可逆电穿孔设备1以及其中的各个单元供电。脉冲产生单元12用来产生在目标生物组织产生不可逆电穿孔的电脉冲。控制单元13用来对不可逆电穿孔设备1的各个单元的操作进行控制和监测。用户界面14用来提供用户输入、监视不可逆电穿孔过程和显示不可逆电穿孔结果等。
控制单元13可以至少部分以数字电子电路、模拟电子电路或者计算机硬件、固件、软件或其组合来实施。控制单元13可以实施为特定目的逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)。另外，控制单元13可以实施作为计算机程序产品，即，有形地嵌入信息载体，例如机器可读存储设备或者产生的信号至的计算机程序，可由数据处理装置，例如可编程处理器、计算机或多计算机执行或控制操作。计算机程序可以以任何编程语言编写，包括编辑或编译语言，并且其可以以任何形式布置，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以布置为在一个地点或分布在多个地点处的一个计算机上或者多个计算机上执行并且由通信网络互联。并且，控制单元13还可以包括存储器等，用来存储用户设置、各个参数以及监测结果等。
用户界面14用于输入命令和显示状态、信息等，并且可以包括各种输入/输出设备。例如，输入设备可以使用触摸屏、小键盘或全键盘，并且包括各种输入接口、磁盘驱动器等。输出设备包括各种视觉、听觉、触觉输出设备，例如，显示器、LED灯、振动器等。
图2是根据本申请的实施方式的电极的正视图和侧视图。如图2所示，本申请的电极20包括电极主体21、手柄22和输入部23。
电极主体21适于接收电脉冲并向预定方向施加电场。在下文中，将该预定方向称作“电场施加方向”，下文中对其进行进一步解释。手柄22用作电极主体21的底座，使得电极主体21以固定或可替换的方式连接到手柄22。手柄22还可以用作外科医生或外科手术机器人等操作电极20的操作部。输入部23一般为线缆，其一端连接到脉冲形成装置10，另一端连接到手柄22并与电极主体21电连接，用来从脉冲形成装置10的脉冲产生单元12接收电脉冲，并将电脉冲提供给电极主体21。
接下来对本申请的实施方式的电极20的电极主体21进行说明。
图3是根据本申请的实施方式的电极的电极主体21的立体示意图。图3中的实施方式以针状电极主体的形式举例来进行说明。
如图3所示，该针状电极主体的前端是以相对于电极针的轴线而倾斜的端缘为刃面，形成为锋利状针尖。针状电极主体的轴线沿着电极针的纵长方向并位于电极主体的中心。该电极主体21的表面包括绝缘材料，从而形成绝缘区域24，并且在针状电极主体的前端在一侧包括导电材料，从而形成导电区域25。
根据本申请的实施方式的电极20是方向性的电极，将电场从电极主体21以电场施加方向施加到目标生物组织。在本申请的实施方式中，根据电极上的导电区域的位置来确定电极的电场施加方向。例如，导电区域所面对的方向是电场施加方向。另外，导电区域所面对的方向例如可以由导电区域的法线的方向确定。在一些情况下，导电区域的中心的法线方向被限定为电场施加方向。在图3中，电场施加方向包括从电极主体的导电区域向右并略微朝向纸面之外的方向。另外，在本申请中，当逆着电场施加方向观察电极主体时所能看到的电极主体的一侧就是电极主体的电场施加方向一侧，其相反侧就是电极主体的与电场施加方向相反的一侧。
本领域技术人员很容易理解，在对目标生物组织(例如，癌症组织等)进行不可逆电穿孔时，可以将电极主体的电场施加方向与目标生物组织相对，以将消融电场施加到目标生物组织。
电极主体和/或手柄22上可以提供指示电极的电场施加方向的标记，例如，箭头、文字、特殊符号、手柄的特定形状等，以方便外科医生在不可逆电穿孔手术期间操纵电极。
如图3所示，导电区域25具有沿着针状电极主体的轴线的导电长度和沿着针状电极主体的周向的导电宽度。从图3中可以看出，在该实施方式中，在针状电极主体的周向上，导电区域与绝缘区域的比例约为1：1，即，导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的一半，并且近似等于在电极主体的电场施加方向一侧的表面的宽度。
在本申请的一个实施方式中，电极主体可以整体由导电材料构成，并且在表面上的绝缘区域处涂布有绝缘涂层，从而电极主体的表面上不被绝缘涂层覆盖的暴露区域构成导电区域。导电材料可以是本领域技术人员可以想到的任何导电材料，特别是适合于施加不可逆电穿孔脉冲的导电材料，例如，导电金属材料等。所涂布的绝缘涂层包括具有绝缘性、耐热性和生物兼容性的各种有机材料和无机材料，例如，聚对二甲苯等。
在本申请的另一个实施方式中，电极主体可以整体由绝缘材料构成，并且在表面上的导电区域处布置有导体层，从而电极主体的表面上不具有导体层的区域构成绝缘区域。该导体层被电连接(例如通过穿过电极主体的绝缘材料的导电部分)到电极20的输入部22。
另外，在本申请的再一个实施方式中，电极主体可以整体由绝缘材料和导电材料二者构成，绝缘材料和导电材料二者的形状被确定为在将二者结合形成电极主体之后，电极主体表面的绝缘区域由绝缘材料构成，而电极主体表面的导电区域由导电材料构成，并且导电材料能够被电连接到电极20的输入部22。
另外，考虑到电极主体的强度，电极主体整体由一种材料构成的配置是优选的。
在此基础上，本领域技术人员可以理解，根据本申请的实施方式的电极主体可以采用任何方式来构造，只要其表面具有根据本申请的实施方式配置的导电区域和绝缘区域即可。
图4示出了用根据本申请的电极对目标生物组织进行不可逆电穿孔处理时的电极布置，其中用两个电极构成了电极阵列。其中，两个电极的电极主体彼此平行并在两个电极的电极主体的导电区域彼此相对的状态下将目标生物组织夹置在两个电极之间。即，两个电极的电场施加方向都朝向目标生物组织。
图5是现有技术中的不具有绝缘区域的针状电极与如图3所示的根据本申请的针状电极的电场分布图的比较，其中，图5的(A)是现有技术的针状电极的电场分布，而图5的(B)是本申请的针状电极的电场分布。
具体来说，图5是将前列腺组织作为靶向消融组织，借助有限元多物理场仿真软件对现有技术的普通医用不锈钢针电极和本申请的具有绝缘区域的针状电极作用下的电场分布进行的仿真。仿真模拟了将两个相同的电极相互平行地插入前例腺组织内部，并对置于两个电极之间的前列腺组织进行不可逆电穿孔的情况。按照类似于图4所示的电极布置，本申请的针状电极的导电区域彼此相对，即，两个电极的电场施加方向彼此相对，并且都朝向前列腺组织。现有技术的普通针状电极不具有方向性，从而不需要考虑其电场施加方向。仿真中对一个电极施加脉冲电压信号，将另一电极接地，两电极之间平均场强为2000V/cm，不可逆电穿孔场强阈值设置为1200V/cm，也就是说，电场强度超过1200V/cm的区域就是其中发生不可逆电穿孔的消融区域。图5中示出了在与两个针状电极的轴线垂直的平面内的电场分布，以间隔200V/cm的等值电场线的形式示出了电场的强度分布，并且图中的深色区域为电场强度超过阈值1200V/cm的消融区域。在图5中的电场分布图的右侧，分别示出了电场强度与灰度的对应图例，图例的单位为×103V/cm。
现有技术的针状电极的电场分布如图5的(A)所示，可见对于末端完全不具有绝缘区域的针状电极，在电极的周围，电场的分布在整个圆周上是向外围发散的，消融区域分布在两电极之间以及电极的整个圆周，并且消融区域的宽度较宽。因此，现有技术中的目前所使用的传统电极阵列的电场分布呈放射状，这样的电场分布有利于动作电位向远方传播，从而加剧肌肉收缩的发展。
根据本申请的具有绝缘区域的针状电极的电场分布如图5的(B)所示。通过与图5的(A)相比较，可以看到由于电极主体的表面并不是全部被导电区域覆盖并且在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上具有绝缘区域，可以看到相同电场强度的等值电场线的面积基本都减小了，即，电场的扩散受到了抑制。所以，根据本申请的针状电极可以抑制电场的扩散，从而抑制动作电位向远离目标生物组织的方向传播，减少了肌肉收缩。另外，通过图5的(A)和(B)之间的比较，由于在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的绝缘区域，根据本申请的针状电极可以抑制在绝缘区域一侧(即，与电场施加方向相反的一侧)的电场分布，从而减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。另外，根据本申请的针状电极的等值电场线可以围绕电极针呈现扇形分布，电场消融区域类似两个尖部相对的桃形结构并且消融区域的宽度较窄，从而能够进一步将所产生的电场限制在目标生物组织附近。
因此，基于如上文中的电场分布图可以看出，相比于现有技术中的放射性的电场分布，由于电极主体的表面并不是全部被导电区域覆盖并且在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上具有绝缘区域，本申请的电极抑制了电场的扩散，从而可以抑制动作电位向远方传播并减少了肌肉收缩。
图6是现有技术中的不具有绝缘区域的针状电极与图3的根据本申请的针状电极的肌肉收缩情况的比较，其中，图6的(A)是现有技术的针状电极的肌肉收缩情况，而图6的(B)是本申请的针状电极的肌肉收缩情况。
在实验中，分别采用现有技术的针状电极和本申请的针状电极将电压为600V、脉宽为100us单极性脉冲施加到兔的肝脏，从而在兔的肝脏中产生强度为2kV/cm以上的消融电场，并采用加速度传感器测量刺激过程的肌肉收缩强度。
现有技术的针状电极的肌肉收缩加速度如图6的(A)所示，可见加速度最大幅值约为g＝3m/s2。根据本申请的具有绝缘区域的针状电极的肌肉收缩加速度如图6的(B)所示，可见加速度的幅值约为g＝1m/s2。通过对比可以确定，相比于现有技术中的不具有绝缘区域的针状电极，使用根据本申请的针状电极明显地减少了肌肉收缩。
因此，通过使用根据本申请的实施方式的电极进行不可逆电穿孔，由于电极主体的表面并不是全部被导电区域覆盖并且在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上具有绝缘区域，可以抑制电场的扩散，从而抑制动作电位向远离目标生物组织的方向传播并减少了肌肉收缩。因此，根据本申请的实施方式，能够促进不可逆电穿孔消融肿瘤技术在临床的推广应用。另外，本申请的实施方式的电极可以抑制在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的电场分布，减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
在上文中以图3所示的在末端具有导电区域的圆柱形针状电极主体为例进行了说明，但是本领域技术人员可以明白本申请的电极主体并不局限与图3所示的情况，并且在绝缘区域设置在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的基础上，可以采用各种电极主体形状以及对导电区域和绝缘区域的位置、面积和形状进行不同的设置。
例如，除了图3所示的圆柱体的针状电极主体以及在圆柱体表面的绝缘区域和导电区域之外，针状电极主体还可以是除了圆柱体之外的其他针状形状，并且导电区域的形状也可以相应改变。此外，在电极主体的表面上，除所确定的导电区域的形状和面积之外，其他区域都由绝缘材料构成。图7是根据本申请的另一个实施方式的电极主体的示意图。如图7的(A)所示，针状电极主体还可以在一侧具有平坦的表面，并且导电区域位于该平坦表面内，从而使得导电区域成为平面形状的导电区域。另外，如图7的(B)所示，针状电极主体可以整体不是圆柱体形，而是由平面构成的多面体形，导电区域可以位于一个平面内并形成平面形状的导电区域。另外，如图7的(C)所示，可以在圆柱体的针状电极主体中部挖出平面的凹槽，并由该凹槽来形成平面形状的导电区域。
除了针状电极主体之外，电极主体还可以具有其他形状。图8是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图，其示出了板状电极主体。板状电极主体可以为图8的(A)所示的圆形板，或者图8的(B)所示的矩形板。在圆形板和矩形板的一个侧表面上具有导电区域，并且除了导电区域之外的其他区域由绝缘材料构成。另外，除了圆形板和矩形板之外，板状电极主体可以是适合于对目标生物组织进行不可逆电穿孔的任何形状。例如，板状电极主体的形状可以根据目标生物组织的形状来相应改变，从而例如提高不可逆电穿孔手术的效率、避免损伤目标生物组织之外的生物组织、节约手术时间等。
在使用具有板状电极主体的电极对目标生物组织进行处理时，例如可以将两个电极彼此平行地夹置目标生物组织并使得它们的导电区域彼此相对，从而对目标生物组织进行不可逆电穿孔处理。
本领域技术人员还可以想到，除了板状电极主体和针状电极主体之外，电极主体还可以具有适合于对目标生物组织进行不可逆电穿孔的任何形状。例如，可以制作与目标生物组织的立体外形对应的电极主体，从而将目标生物组织包覆在电极主体内，使得电极的导电区域面对目标生物组织，这样例如提高不可逆电穿孔手术的效率、避免损伤目标生物组织之外的生物组织、节约手术时间等。另外，根据例如尖端放电原理等，可以根据期望产生的电场强度分布来改变电极主体的形状。
另外，除了图3中示出的导电区域位于针状电极主体前端处并且导电区域的导电宽度和绝缘区域的绝缘宽度各占针状电极主体在周向上的长度1/2的情况之外，如下所述，还可以对导电区域和绝缘区域的位置、面积和形状进行不同的设置。
图9是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。在图3中示出了导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的1/2的情况，但是导电区域的面积可以设置为一个范围内的任意值。例如，如图9所示，在针状电极主体上具有导电区域的位置处，导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的比例可以从左到右依次为1/3(图9的(A)，即，导电宽度占整个圆周的120度)、1/2(图9的(B)，即，导电宽度占整个圆周的180度)和2/3(图9的(C)，即，导电宽度占整个圆周的240度)以及从1/3到2/3之间的任何值。即，在导电区域的位置处的电极主体的周向上，导电区域与绝缘区域的比例可以在例如1：2与2：1之间。图9的(B)的电极主体与图3的电极主体类似。也就是说，在一种情况下，导电区域可以在电极主体的电场施加方向一侧的表面区域之内(对应于导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的比例为1/3到1/2的情况)。另外，在另一种情况下，导电区域可以从电极主体的电场施加方向一侧延伸到电极主体的与电场施加方向相反的一侧(对应于导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的比例为1/2到2/3的情况)。
图10是根据本申请的实施方式的电极主体的电场分布的示意图。如图10所示，分别对应于图9的(A)、(B)和(C)，图10的(A)、(B)和(C)从左到右分别是导电区域的导电宽度占针状电极主体在周向上的长度的1/3、1/2和2/3的情况下对应的电场分布图。图10的(B)与图5的(B)类似。与图5的(A)所示现有技术的不具有绝缘区域的针状电极主体的电场分布相比，明显可以看出通过这样的电极主体，由于在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的绝缘区域，仍然能够实现以下技术效果：可以抑制电场的扩散，并且进一步可以抑制动作电位向远方传播，从而减少了肌肉收缩；另外，还可以抑制在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的电场分布，减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
图11是根据本申请的实施方式的电极主体的示意图。在图3中示出了导电区域位于针状电极主体的前端的情况，但是导电区域的位置不局限于此，而是可以在针状电极上的任意位置。例如，如图11的(A)所示，导电区域的位置可以被配置为仅包括刃面或者不包括针状电极主体的刃面和前端。如图11的(B)所示，导电区域的形状除了连续的导电区域之外，还可以包括由绝缘材料被纵向或横向分隔开的导电区域。如图11的(C)所示，导电区域的形状除了方形之外，还可以具有圆形、多边形以及不规则形状。另外，电极主体的不与生物组织接触的部分(例如，电极主体的在不可逆电穿孔手术期间位于体外的部分)可以不具有绝缘材料，因为该部分由于不与生物组织接触而不会向生物组织施加电场。
以上以针状电极为例讨论了电极的形状和导电区域的不同配置情况，本领域技术人员能够对于板状电极和其他形状的电极想到各种其他配置，这些配置也都在本申请的保护范围之内。
在阅读本申请的技术方案之后，本领域技术人员能够理解，对于根据本申请的实施方式的电极，当在电场施加方向的一侧具有导电区域并且在与电场施加方向相反的一侧具有绝缘区域的情况下，在对目标生物组织进行不可逆电穿孔时，导电区域和绝缘区域可以具有任何的形状和布置，并仍然能够实现以下技术效果：可以抑制电场的扩散，并且进一步可以抑制动作电位向远方传播，从而减少了肌肉收缩；另外，还可以抑制在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的电场分布，减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
根据本申请的一个方面，除了上文中描述的使用两个根据本申请的实施方式的电极来对目标生物组织进行处理的技术方案之外，本领域技术人员还可以想到，根据本申请的实施方式的电极可以与现有技术的电极搭配使用，使得根据本申请的实施方式的电极的导电区域面向现有技术的电极。由于根据本申请的实施方式的电极在电场施加方向的一侧具有导电区域并且在与电场施加方向相反的一侧具有绝缘区域，所以在对目标生物组织进行不可逆电穿孔时，即使与现有技术的电极配合使用，仍然能够相比于全部采用现有技术的电极的情况实现以下技术效果：可以抑制电场的扩散，并且进一步可以抑制动作电位向远方传播，从而减少了肌肉收缩；另外，还可以抑制在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的电场分布，减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
根据本申请的一个方面，除了上文中描述的使用两个根据本申请的电极的电极阵列来对目标生物组织进行处理的技术方案之外，还可以采用更多个电极形成的电极阵列来对目标生物组织进行不可逆电穿孔。
图12是根据本申请的实施方式的电极阵列的示意图。
如图12的(A)所示，三个电极的阵列可以被配置为三个电极的轴线彼此平行地排列在一个平面内，左右两侧的电极可以是如图3所示的电极，中间的电极的导电区域围绕该电极一周，并且分别与左右两侧的电极的导电区域彼此相对。即，左右两侧的电极的电场施加方向彼此相对并且都经过中间的电极。另外，在三个电极的阵列中，中间的电极也可以在不与左右电极相对的位置处具有绝缘区域。
在使用如图12的(A)所示的三个电极的阵列进行不可逆电穿孔处理时，待消融的生物组织可以被布置在左右两侧的电极之间，在中间电极的附近。因为中间电极附近的电场强度较大，所以可以加强对待消融生物组织的不可逆穿孔效果。在对电极施加不可逆电穿孔脉冲时，可以例如将中间的电极接地，并在左右两个电极上分别施加电脉冲。
另外，如图12的(B)所示，四个轴线彼此平行的电极构成了电极阵列。该电极阵列包括两对电极，在每对电极中，两个电极的导电区域彼此相对，使得在对目标生物组织进行不可逆电穿孔时，目标生物组织在每对电极的两个电极的电极主体的导电区域之间。图12的(B)中的虚线分别连接一对电极中的两个电极，并且表示出这两个电极的轴线构成的平面的位置。可以看到，各个电极对中的两个电极的轴线构成的平面相互平行。
在使用如图12的(B)所示的四个电极的阵列进行不可逆电穿孔处理时，使得待消融的生物组织被布置在每一对电极之间，从而可以例如扩大可以进行不可逆电穿孔的生物组织区域的面积。在对电极施加不可逆电穿孔脉冲时，可以在每一对电极上分别施加电脉冲。另外，两对电极本身的形状参数和所施加的电脉冲参数等可以彼此不同，从而可以增加不可逆电穿孔的灵活性。另外，即使使用了具有四个电极的阵列，也可以仅对其中的一对或多对电极施加不可逆电穿孔脉冲，而不对其他对电极施加不可逆电穿孔脉冲，从而增加电极阵列应用的灵活性。
另外，对于如图12的(B)所示的四个电极的阵列，还可以在电极阵列的每个电极对中增加与图12的(A)中的中间电极类似的中间电极。
此外，如图12的(C)所示，六个彼此平行的电极构成了电极阵列。该电极阵列包括三对电极，在每对电极中，两个电极的导电区域彼此相对，使得在对目标生物组织进行不可逆电穿孔时，目标生物组织在每对电极的两个电极的电极主体的导电区域之间。图12的(C)中的虚线分别连接一对电极中的两个电极，并且表示出这两个电极的轴线构成的平面的位置。可以看到，各个电极对中的两个电极的轴线构成的平面相互平行。
与参照图12的(B)针对四个电极的阵列表述的情况类似，使用如图12的(C)所示的六个电极的阵列，可以例如扩大可以进行不可逆电穿孔的生物组织区域的面积，并增加电极阵列应用的灵活性。另外，对于如图12的(C)所示的六个电极的阵列，也可以在电极阵列的每个电极对中增加与图12的(A)中的中间电极类似的中间电极。
其次，对于例如六个电极的阵列来说，除了如图12的(C)所示的各个电极对中的两个电极的轴线构成的平面相互平行的情况之外，如图12的(D)所示，每个电极对中的两个电极的轴线构成的平面可以相互交叉。
在使用如图12的(D)所示的六个电极的阵列进行不可逆电穿孔处理时，使得待消融的生物组织被布置在各个电极对中的两个电极的导电区域的连接线的交叉点附近，从而例如增加电极阵列中央的电场强度，加强对生物组织区域的不可逆电穿孔效果，提高穿孔效率。在对电极施加不可逆电穿孔脉冲时，可以在每一对电极上分别施加电脉冲。另外，即使使用了具有六个电极的阵列，也可以仅对其中的一对或多对电极施加不可逆电穿孔脉冲，而不对其他对电极施加不可逆电穿孔脉冲，从而增加电极阵列应用的灵活性。
另外，如图12的(D)所示的六个电极的阵列，还可以在电极阵列中央增加与图12的(A)中的中间电极类似的中间电极。
本领域技术人员可以想到，除了上文中介绍的采用三个、四个、六个电极的电极阵列之外，可以使用具有任意数目的电极的电极阵列，并且只要使得电极的导电区域相对，电极可以以任意方式布置。
图13是根据本申请的实施方式的电极阵列的电场分布的示意图，其中图13的(A)对应于图12的(A)的三个电极的阵列的情况，图13的(B)对应于图12的(B)的四个电极的阵列的情况，图13的(C)对应于图12的(C)的六个电极的阵列的情况，而图13的(D)对应于图12的(D)的六个电极的阵列的情况。通过该图可以看出，由于在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的绝缘区域，根据本申请的该实施方式的电极阵列也能够抑制电场的扩散，并且进一步可以抑制动作电位向远方传播，从而减少了肌肉收缩。
除了针状电极的阵列之外，对于使用电极板进行不可逆电穿孔的实施方式，本领域技术人员同样可以想到还可以使用由多个板状电极构成的电极阵列来进行不可逆电穿孔处理。
图14是根据本申请的实施方式的电极阵列的示意图，其中使用四个板状电极构成电极阵列来对目标生物组织进行处理。从图14中可以看出，四个板状电极的轴线彼此平行。板状电极的轴线指的是例如沿着从电极手柄向电极主体的方向经过板面中心的轴线，该轴线可以与板状电极的板面平行。对于其他任意形状的电极，电极主体的轴线的方向都可以表示为沿着从电极手柄向电极主体的方向并经过电极主体的中心的轴线。四个板状电极包括两对板状电极，每个板状电极对中的两个板状电极彼此平行，并且每对板状电极中的两个板状电极的轴线构成的平面相互交叉。通过该板状电极阵列，可以加强对生物组织区域的不可逆电穿孔效果，提高穿孔效率。
另外，两对板状电极也可以彼此并排布置，使得每对板状电极中的两个板状电极的轴线构成的平面相互平行。通过该板状电极阵列，例如可以增加不可逆电穿孔的处理面积。
通过以上内容，本领域技术人员可以明白上述的根据本申请的实施方式的电极阵列的特征可以相互组合并且根据本申请的实施方式的电极阵列可以包括本申请的实施方式的一种或多种电极。
另外，本领域技术人员还可以想到，在电极阵列中，根据本申请的实施方式的电极可以与现有技术的电极搭配使用，并且仍然实现本申请的技术效果。具体来说，在电极阵列中的一个电极对中，可以包括一个根据本申请的实施方式的电极和一个现有技术的电极，并且根据本申请的实施方式的电极的导电区域面向现有技术的电极，从而仍然能够相比于全部采用现有技术的电极的情况实现以下技术效果：可以抑制电场的扩散，并且进一步可以抑制动作电位向远方传播，从而减少了肌肉收缩；另外，还可以抑制在电极主体的与电场施加方向相反的一侧上的电场分布，减小在电极主体的这一侧上的电场扩散。
本说明书中“实施方式”或类似表达方式的引用是指结合该实施方式所述的特定特征、结构、或特性系包括在本公开的至少一具体实施方式中。因此，在本说明书中，“在本公开的实施方式中”及类似表达方式的用语的出现未必指相同的实施方式。
Claims (12)
1.一种用于不可逆电穿孔设备的适于成对使用的电极，包括：
电极主体，该电极主体适于接收电脉冲并向预定方向施加电场，
其中，该电极主体的表面包括由导电材料构成的平面形状的导电区域和由绝缘材料构成的绝缘区域，在电极主体的所述预定方向一侧上设置有所述导电区域，所述导电区域面向所述预定方向，并且在电极主体的与所述预定方向相反的一侧上设置有所述绝缘区域，使得当所述电极成对使用时，抑制每对电极间产生的电场的扩散、并将产生的电场限制在位于每对电极之间的目标生物组织附近。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电区域被限制在在电极主体的中部形成的平面的凹槽之内。
3.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电区域从电极主体的所述预定方向一侧延伸到电极主体的与所述预定方向相反的一侧。
4.根据权利要求1所述的电极，其中，在所述电极主体上具有所述导电区域的位置处，所述导电区域占电极主体在周向上的长度的1/3到2/3之间。
5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极主体为针状电极主体。
6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极主体为板状电极主体。
7.根据权利要求1到6中任意一项所述的电极，还包括手柄，所述电极主体连接到手柄。
8.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极具有指示所述预定方向的标识。
9.一种电极阵列，其包括：
一对或多对电极，所述一对或多对电极的电极主体的轴线相互平行，
其中，在每对电极中的至少一个电极是根据权利要求1到8中任意一项所述的电极，并且该电极的导电区域面向该对电极中的另一个电极。
10.根据权利要求9所述的电极阵列，其中，所述多对电极以每对电极中的两个电极的电极主体的轴线构成的平面相互平行或交叉的方式布置。
11.根据权利要求9或10所述的电极阵列，还包括公共接地电极，该公共接地电极被布置在任何一对或多对电极中的两个电极之间。
12.一种不可逆电穿孔设备，其包括：
脉冲形成装置，被配置为产生电脉冲；和
根据权利要求9-11中任意一项所述的电极阵列，被配置为从脉冲形成装置接收电脉冲。
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Inventor after: Wang Haifeng Inventor before: Sun Yinghao Inventor before: Yao Chenguo Inventor before: Wang Haifeng Inventor before: Dong Shoulong |
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Denomination of invention: Electrodes for irreversible electroporation equipment Effective date of registration: 20221009 Granted publication date: 20171010 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Pengpu Sub branch Pledgor: SHANGHAI REMEDICINE Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000282 |
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Address after: 200135 3rd floor, 2123 Pudong Avenue, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Shanghai RuiDao Medical Technology Co.,Ltd. Address before: 200135 3rd floor, 2123 Pudong Avenue, China (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: SHANGHAI REMEDICINE Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: Electrodes for irreversible electroporation equipment Effective date of registration: 20231123 Granted publication date: 20171010 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Wuning Branch Pledgor: Shanghai RuiDao Medical Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000770 |