CN109481002A - 一种融合冷消融与电消融的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种融合冷消融与电消融的装置，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，所述主机包括控制器和冷冻消融装置，消融探针组件包括冷冻探针，其特征在于：所述主机还包括直流电发生器、电脉冲发生器中的至少一种，所述消融探针组件还包括与所述直流电发生器或电脉冲发生器连接的电融探针。本发明所述的融合冷消融与电消融的装置，采用了复合增效的消融方式，利用了冻冻形成的低密度区域和对电解质的析出效应，达到对冷冻区域完全消融，增强了消融效果和缩短了治疗时间。

Description

一种融合冷消融与电消融的装置
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，尤其是涉及一种融合冷消融与电消融的装置。
背景技术
冷冻外科治疗是利用超低温毁损和消融病变组织的方法，也是人类历史上最早使用的病变组织消融技术。自1960年美国神经外科医生Irving Cooper和工程师Arnold Lee发明了探针状液氮冷冻器并用于冷冻脑组织后，使用液氮作为低温工质(冷媒)、加热氮气作为高温工质(热媒)的液氮冷冻外科设备被应用于治疗各种肿瘤。自1990年代起，基于焦耳-汤姆逊原理的气体节流型低温冷冻外科系统的发明和应用，如使用高压氩气冷冻和氦气复温的氩氦刀等已广泛应用于各种良恶性肿瘤的冷冻消融治疗。
由于组织或器官冷冻前后会出现较大的密度变化，故冷冻治疗的突出优点是通过与密度相关的超声、CT和MRI等医学成像方法，显示组织冷冻范围的图像。科学界证明的组织冷冻消融致死的温度范围为低于-40℃，而自冷冻区域中心的最低温(通常低于-80℃)至该致死温度范围，远小于冷冻区域本身(通常不到一半)。也就是说冷冻区域-40℃至冷冻边缘(0℃)范围内的大量组织并未得到有效消融，仍然可以存活。也就是医学影像显示的冷冻区域并非治疗边界，尤其在邻近大血管区域。
大量科学研究已证明：要达到对肿瘤组织的有效冷冻消融，必须采用两次“冷冻-复温”的循环。而每次循环，需要20～30min，冷冻消融的过程耗时较长。冷冻消融技术急需一种彻底消融和耗时更短的改进方法。
电消融是基于直流电场、交流电场或脉冲电场的消融技术，包括电解消融、电穿孔消融等。电解消融早在19世纪就已经被用于微创组织消融，也被称之为电化学疗法(EChT)或电化学消融，是通过插在处理组织中的电融探针将直流电流传递到治疗范围内，引起治疗范围局部的PH值变化而形成细胞毒素环境，以及在电解过程中形成的一些新的化学物质进而导致细胞死亡的方法。电解消融需要很小的直流电流(几十到几百毫安)以及很低的电压(几到十几伏)。因此设备既简单又安全，这是其优势所在。但是由于这种细胞死亡方法的时间长短是由组织中产生的电化学产物的扩散速率以及引起细胞凋亡所需要的电解产物的浓度决定的，因此，电解消融的治疗过程耗时较长，从几十分钟到几小时不等，这也是电解消融技术的局限性。
电穿孔消融是通过施加非常短暂的高幅度电场脉冲使细胞膜透化，造成细胞受组织液毒化致死，细胞膜透化程度是电场强度的作用结果。电穿孔分为可逆电穿孔和不可逆电穿孔：可逆电穿孔可用使脂质双分子层产生可逆孔洞，从而允许将诸如基因和药物的分子引入细胞中。而不可逆电穿孔术原理是应用电场强度高于500～600V/cm电脉冲作用于击破肿瘤细胞膜，使细胞膜产生大量永久性纳米级微孔，以破坏细胞内稳状态，促进细胞凋亡，最终导致细胞的彻底死亡。它具有不产热、对腔道、血管和神经等不产生损伤的优点；缺点是消融范围不可视及消融不完全的问题。
因此，需要一种新的融合上述肿瘤消融的优点的治疗装置或治疗方法来解决现有技术中治疗装置或治疗方法中存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种融合冷消融与电消融的装置，通过冷冻形成的清晰边界和对电解质的析出效应，结合电解消融对冷冻边界消融的补充，既解决了影像显示的冷冻程度和实际上的消融范围不一致的问题，又缩短了治疗时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种融合冷消融与电消融的装置，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，所述主机包括控制器和冷冻消融装置，消融探针组件包括冷冻探针，所述主机还包括直流电发生器、电脉冲发生器中的至少一种，所述消融探针组件还包括与所述直流电发生器或电脉冲发生器连接的电融探针。
进一步的，所述直流电发生器、电脉冲发生器均与所述控制器连接。
进一步的，所述电脉冲发生器输出1V～3000V的单个或多个电脉冲；所述直流电发生器输出0.1V～500V的直流电。
进一步的，所述直流电发生器和电脉冲发生器与冷冻探针之间设有一电极逻辑分配器。
进一步的，所述电融探针设置于所述冷冻探针上形成电冷探针或独立于所述冷冻探针单独设置。
进一步的，所述冷冻探针为至少两个，每个冷冻探针上设有一个电融探针形成至少两个电冷探针，即所述消融探针组件包括至少两个电冷探针。
进一步的，所述冷冻探针为一个，所述电融探针为至少两个，且其中一个电融探针设置于所述冷冻探针上形成电冷探针，其余电融探针独立于所述冷冻探针单独设置，即所述消融探针组件包括一个电冷探针和至少一个电融探针。
进一步的，所述冷冻探针上设有测温电偶，所述测温电偶和所述电冷探针上的电融探针分别通过测温导线和电融探针导线连接主机；所述冷冻探针非靶区的壳体外壁上设有电绝缘层。
进一步的，所述测温电偶的其中一根测温导线和电融探针导线合成为一根，所述测温导线同时作为电融探针导线。
相对于现有技术，本发明所述的融合冷消融与电消融的装置具有以下优势：
(1)本发明所述的融合冷消融与电消融的装置，通过设置直流电发生器、电脉冲发生器将冷冻消融和电解消融或电穿孔消融结合在一起，采用了复合增效的消融方式，利用了冻冻形成的清晰影像和对电解质的析出效应，对冰球范围内组织产生充分消融，增强了消融效果，解决了医院影像显示的冷冻程度和实际上的消融范围不一致的问题，又缩短了治疗时间；
(2)本发明所述的消融探针组件包括冷冻探针和与所述直流电发生器或电脉冲发生器连接的电融探针，适用于本发明的融合冷消融与电消融的装置，电融探针设置于冷冻探针内部形成电冷探针或独立于所述冷冻探针单独设置：电冷探针结构是在原有冷冻探针结构上做出的适应性结构改进，保留了原有冷冻探针的结构特点的同时兼具新的功能要求，生产工艺简单成本低；
独立设置的电融探针可保证不改变原有冷冻探针结构或少改变冷冻探针结构的同时达到相同或相似的治疗效果，设备简单易实现，适用于批量生产。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的融合冷消融与电消融的装置的结构简图；
图2为本发明实施例1所述的融合冷消融与电消融的装置的整体结构示意图；
图3为本发明实施例2所述的融合冷消融与电消融的装置的整体结构示意图；
图4为实施例1中电冷探针的内部结构示意图；
图5为实施例2中电冷探针的内部结构示意图；
图6为本发明实施例3所述的融合冷消融与电消融的装置的整体结构示意图；
图7为本发明实施例4所述的融合冷消融与电消融的装置的整体结构示意图；
图8为本发明实施例5所述的融合冷消融与电消融的装置的整体结构示意图。
附图标记说明：
1-刀头；2-电绝缘层；3-刀杆；4-绝热层；5-测温电偶；6-测温导线；7-进气管；8-电融探针；9-电融探针导线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种融合冷消融与电消融的装置，如图1所示，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，所述主机包括控制器和冷冻消融装置，消融探针组件包括冷冻探针，所述主机还包括直流电发生器、电脉冲发生器中的至少一种，所述消融探针组件还包括与所述直流电发生器或电脉冲发生器连接的电融探针。实际使用或装配时，所述直流电发生器、电脉冲发生器可以单独设置单独操作或控制，但作为优选的方案，所述直流电发生器、电脉冲发生器均与所述控制器连接，便于操作人员通过控制器操控整个装置。其中，所述电脉冲发生器输出100V～3000V的电脉冲；所述冷冻消融装置中的冷源为液氮、氮气、氩气、一氧化氮或二氧化碳中的一种。
为了方便操作时，根据消融探针的电流需求任意切换直流电发生器和电脉冲发生器与消融探针的通断关系，所述直流电发生器和电脉冲发生器与冷冻探针之间还可以根据需要优选的设有一电极逻辑分配器。
本发明消融探针组件中的电融探针也根据实际操作环境的需要设置于所述冷冻探针上或独立于所述冷冻探针单独设置，主要包含如下设置方式：(1)电融探针和冷冻探针均有多个，且所有的电融探针均设置于冷冻探针上，二者一一对应：例如，消融探针组件包含两个电冷探针，每个电冷探针是由一个冷冻探针和一个设置于冷冻探针上的电融探针组成；(2)电融探针和冷冻探针均有多个，且所有的电融探针和冷冻探针上均独立设置，互不干涉：例如消融探针组件包含若干个冷冻探针和若干个电融探针，均相互独立设置；(3)电融探针和冷冻探针均有多个，冷冻探针的个数少于电融探针，且每个冷冻探针上设有一个电融探针：例如，消融探针组件包含一个电冷探针和至少一个单独设置的电融探针。
其中，无论电融探针是否与冷冻探针复合设置，均需要满足：若电融探针的个数为两个，则两个电融探针(或电冷探针)分别连接直流电发生器或电脉冲发生器的正负极，若电融探针个数超过2个，则需要确定至少一个电融探针连接直流电发生器或电脉冲发生器的正极作为主要的探针，其余探针均作为负极。使用时，电融探针和冷冻探针一起或与电冷探针一起或者单独的电冷探针分别作为插入的消融探针插入器官病变部位的相应位置，配合完成器官的冷冻消融和电消融。
本发明中的电消融可以为电解消融(电融探针连接直流电发生器时)或电脉冲消融(电融探针连接电脉冲发生器时)，其中电消融的脉冲电压需要满足对相应的作用靶区(即器官病变部位)形成不可逆电穿孔。
本发明的消融探针组件中的所述冷冻探针可以为市面上在售的用普通冷冻探针，也可以为利用焦耳-汤姆逊原理设计的冷冻探针。
作为一种优选的实施方案，本发明中的电冷探针包括由刀头和刀杆组成的壳体(优选的，所述刀头和刀杆一体成型)和设置于壳体内的进气管，进气管外壁与壳体内壁之间形成回气通道，形成所述刀头处的壳体内壁上设有测温电偶和电融探针，所述测温电偶和电融探针分别通过测温导线和电融探针导线连接主机；所述刀杆处的壳体内壁上设有绝热层，壳体外壁上设有电绝缘层。优选的，所述测温电偶的其中一根测温导线和电融探针导线合成为一根，所述测温电偶测温的同时可以作为电融探针使用。
实施例1
一种融合冷消融与电消融的装置，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，如图2所示，所述主机包括控制器和分别于控制器连接的冷冻消融装置、直流电发生器和电脉冲发生器，消融探针组件包括两个电冷探针，每个电冷探针包括一个冷冻探针和一个设置于冷冻探针上的与直流电发生器和电脉冲发生器连接的电融探针。两个电冷探针分别为阳极和阴极，阳极连接电源正极，阴极连接电源负极，一起插入器官病变部位，进行肿瘤消融。
如图3所示，本实施例中的电冷探针的结构设计如下：其中冷冻探针包括由刀头1(靶区)和刀杆3(非靶区)组成的一体成型的壳体和设置于壳体内的进气管7，所述刀头处的壳体内壁上设有测温电偶5；电融探针8同样设置于冷冻探针的壳体内壁上。所述测温电偶和电融探针分别通过测温导线6和电融探针导线9连接主机；所述刀杆处的壳体内壁上设有绝热层4，壳体外壁上设有电绝缘层2。
本发明实施例1的工作过程为：
手术开始后，将电冷探针插入器官病变部位，确定位置后，开启冷冻消融装置，开始对病变部位进行冷冻消融，冷冻开始后，病变部位在超声或CT下有清晰的边界，同时在冷冻作用下病变部分盐分析出形成若干条导电带。此时开启直流电发生器，为电冷探针供电，由于电冷探针插在器官病变部位，借助病变部位的细胞组织液或导电带形成电回路，持续性通电会使得阴阳电融探针周围不断的发生电解反应，阳极周围聚集大量阳离子，使电冷探针周围呈现酸性环境，阴极周围聚集大量阴离子，使得电融探针周围呈现碱性，过酸过碱都会破坏细胞稳态结构进而导致细胞死亡；
或者在冷冻过程中，开启电脉冲发生器，为电冷探针供电，由于电冷探针插在器官病变部位，电脉冲对处于冷冻状态的病变组织形成可逆及不可逆电穿孔，进而导致细胞永久性死亡。
实施例2
如图4示，与实施例1不同的是，消融探针组件包括一个电冷探针(即为带电融探针的冷冻探针)和1个以上单独设置的电融探针，其中电冷探针作为主刀连接直流电发生器或电脉冲发生器的正极，其余单电融探针作为负极，电融探针可以设计为针状电极。本实施例中的电冷探针的结构设计如图5所示，包括由刀头1和刀杆3组成的一体成型的壳体和设置于壳体内的进气管7，所述刀头1处的壳体内壁上设有测温电偶5和电融探针，与实施例1不同的是，测温电偶的其中一根测温导线和电融探针导线合成为一根，所述测温电偶测温的同时可以作为电融探针使用。
本发明实施例2的工作过程为：
手术开始后，将电冷探针插入器官病变部位中心，同时将单独的电融探针也插入器官病变部位(优选病变部位的外围)，确定位置后，开启冷冻消融气路，开始对病变部位进行冷冻消融，同样的，在开始冷冻或复温的过程中，开启直流电源发生器，为电融探针(电融探针为针状电极)或电冷探针供电，借助病变部位的细胞组织液形成电回路，破坏细胞稳态结构进而导致细胞死亡。或者在冷冻过程中，开启电脉冲发生器，为电融探针和电冷探针供电，高压电电脉冲会形成高压电场的环境，对冷冻靶区的病变组织进行不可逆的电穿孔，使细胞膜产生大量永久性纳米级微孔，以破坏细胞内稳状态，促进细胞凋亡，最终导致细胞的彻底死亡。同样的可以结合上述方案进行冷冻消融与电消融的转换。
本实施例的装置使用过程中电解消融需要保证当供应直流电的时候保证组织或细胞内的电解稳定发生的相对微弱的电流，电压优选0.1-10V；电穿孔所需电脉冲的电压优选为500V～1000V。
实施例3
一种融合冷消融与电消融的装置，如图6所示，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，与实施例1不同的是，所述主机包括直流电发生器、冷冻消融装置和与直流电发生器与冷冻消融装置连接的控制器，消融探针组件包括冷冻探针和与所述直流电发生器连接的电融探针。
实施例4
一种融合冷消融与电消融的装置，如图7所示，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，与实施例1不同的是，所述主机包括电脉冲发生器、冷冻消融装置和与二者相连接的控制器，消融探针组件包括冷冻探针和与所述电脉冲发生器连接的电融探针。
实施例5
一种融合冷消融与电消融的装置，如图8所示，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，所述主机包括直流电发生器、电脉冲发生器、冷冻消融装置和控制器，且直流电发生器、电脉冲发生器均与控制器连接，便于操作人员通过控制器操控整个装置。其消融探针组件包括冷冻探针和与所述直流电发生器和电脉冲发生器连接的电融探针。
与实施例1不同的是，为了方便操作时，根据消融探针的电流需求任意切换直流电发生器和电脉冲发生器与消融探针的通断关系，所述直流电发生器和电脉冲发生器与冷冻探针之间设有一电极逻辑分配器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种融合冷消融与电消融的装置，包括主机和与所述主机连接的消融探针组件，所述主机包括控制器和冷冻消融装置，消融探针组件包括冷冻探针，其特征在于：所述主机还包括直流电发生器、电脉冲发生器中的至少一种，所述消融探针组件还包括与所述直流电发生器或电脉冲发生器连接的电融探针。
2.根据权利要求1所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述直流电发生器、电脉冲发生器均与所述控制器连接。
3.根据权利要求1或2所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述电脉冲发生器输出1V～3000V的单个或多个电脉冲。
4.根据权利要求1或2所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述直流电发生器输出0.1V～500V的直流电。
5.根据权利要求1所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述直流电发生器和电脉冲发生器与消融探针组件之间设有一电极逻辑分配器。
6.根据权利要求1所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述电融探针设置于所述冷冻探针上形成电冷探针或独立于所述冷冻探针单独设置。
7.根据权利要求6所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述冷冻探针为至少两个，每个冷冻探针上均设有一个电融探针。
8.根据权利要求6所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述冷冻探针为一个，所述电融探针为至少两个，且其中一个电融探针设置于所述冷冻探针上，其余电融探针独立于所述冷冻探针单独设置。
9.根据权利要求6所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述电冷探针上设有测温电偶，所述测温电偶和所述电冷探针上的电融探针分别通过测温导线和电融探针导线连接主机；所述电冷探针非靶区的壳体外壁上设有电绝缘层。
10.根据权利要求9所述的融合冷消融与电消融的装置，其特征在于：所述测温电偶的其中一根测温导线和电融探针导线合成为一根，所述测温电偶同时作为电融探针导线。
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