CN109481010B - 一种电消融装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电消融装置，包括主机箱和多个电极；所述主机箱内设有控制电路，该控制电路包括电源、控制器、直流发生器和电脉冲发生器；所述电源分别与控制器、直流发生器和电脉冲发生器电连接；所述控制器分别与直流发生器和电脉冲发生器的控制端信号连接；所述直流发生器和电脉冲发生器均与每个电极的端口电连接。本发明将电穿孔消融与电解消融结合在一起，使其发生协同作用，降低了对人体电损伤、缩短了治疗时间，提高了治疗效果。

Description

一种电消融装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其是涉及一种电消融装置。
背景技术
肿瘤物理消融技术是指在图像引导下，将射频、微波、冷冻、激光、电场等能量作用至肿瘤靶区，原位灭活肿瘤。目前临床广泛应用的物理消融技术包括射频、微波、冷冻和激光消融等，统称热消融技术。这些消融技术尽管疗效确切、优点突出，但其主要缺点是对组织的破坏是无选择性的，即在消融区内除肿瘤组织外，正常的组织如血管、神经、胆管、胰管等均受到破坏。导致消融术后多种并发症，如临床常见的消融术后大出血、胆管系统损伤、肠管穿孔和神经损毁等。热消融的这种无选择性组织破坏使此项技术的临床应用风险大大增加，严重限制其在临床的应用范围。此外，由于血流会带走热量，热消融效果受到血液灌注影响严重，尤其在大血管附近热消融效果较差。
电消融是是一种非热消融技术，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，是通过插入组织中的一对或多个电极将低压直流电传递到治疗范围内，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有毒化学物质进而导致细胞死亡的方法。电解消融需要很低的直流电流(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。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。它具有消融时间短、不产热、不损伤腔道、血管和神经等优点；缺点是需要数十个2000-3000伏的高压电脉冲反复作用，因而需要全身麻醉和注射肌松剂以缓解肌肉非自主收缩。
因此，需要一种新的融合上述两种肿瘤电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电消融装置，将电穿孔与电解融合在一起，使得电穿孔和电解消融发生协同作用，降低了电穿孔的电压脉冲幅值和个数、减小了对人体电损伤的同时加速了治疗时间，提高了治疗效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电消融装置，包括主机箱和多个电极；
所述主机箱内设有控制电路，该控制电路包括电源、控制器、直流发生器和电脉冲发生器；
所述电源分别与控制器、直流发生器和电脉冲发生器电连接；
所述控制器分别与直流发生器和电脉冲发生器的控制端信号连接；
所述直流发生器和电脉冲发生器均与每个电极的端口电连接。
进一步的，所述控制电路还包括电极逻辑分配器，所述直流发生器和电脉冲发生器通过电极逻辑分配器与每个电极的端口电连接。
进一步的，所述电脉冲发生器包括多个并联的高压输出电路，每个高压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接；各条高压输出电路之间均电气隔离。
进一步的，所述高压输出电路包括依次串联的第一隔离变压器、储能控制开关、升压电路和第一输出控制开关，所述储能控制开关和第一输出控制开关的控制端分别与控制器信号连接，所述第一隔离变压器的输入端与所述电源电连接，所述第一输出控制开关的输出端与对应的电极电连接。
进一步的，所述直流发生器包括多个并联的低压输出电路，每个低压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接；各条低压输出电路之间均电气隔离。
进一步的，所述低压输出电路包括依次串联的DC/DC电源模块、PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关；
所述PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关的控制端分别与控制器信号连接；
所述DC/DC电源模块的输入端与电源电连接；
所述第二输出控制开关的控制端与对应的电极电连接。
进一步的，所述电源包括网电源、第二隔离变压器和开关电源，所述网电源有两路输出，一路为电脉冲发生器供电，另一路依次串联第二隔离变压器和开关电源，该开关电源的输出端分别给直流发生器和控制器供电。
进一步的，所述开关电源的输出端通过DC稳压电路与控制器的电源端电连接。
进一步的，所述DC/DC电源模块的型号为URB242YMD-15wr3。
进一步的，所述开关电源的型号为SB-450-24。
相对于现有技术，本发明所述的电消融装置具有以下优势：
本发明创造所述的电消融装置，将电穿孔与电解融合在一起，使得电穿孔与电解消融发生协同作用：由于电穿孔效应打开了肿瘤组织的细胞壁，使得电解产生的毒素可以进入细胞内部，加速了电解产物中的毒素对细胞的毒害作用，减小了电穿孔的作用电压，进而减小了对人体的电损伤的同时加速了电解时间，治疗效果相较于单独电穿孔和单独电解均有所提高。
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为本发明实施例所述的电消融装置的原理示意图；
图2为本发明实施例所述的设有电极逻辑分配器的肿瘤治疗装置原理示意图；
图3为本发明实施例所述的电消融装置的模块原理示意图；
图4为本发明实施例所述的高压输出电路电路原理图；
图5为本发明实施例所述的低压输出电路的电路原理图。
附图标记说明：
1-控制器；2-电源；3-电脉冲发生器；4-直流电发生器；K-储能控制开关；K1-第一输出控制开关；K2-第二输出控制开关。
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。
如图1所示，本发明提供一种电消融装置，包括主机箱和多个电极；
所述主机箱内设有控制电路，该控制电路包括控制器1、电源2、电脉冲发生器3和直流发生器4；
所述电源2分别与控制器1、直流发生器4和电脉冲发生器3电连接；
所述控制器1分别与直流发生器4和电脉冲发生器3的控制端信号连接；
所述直流发生器4和电脉冲发生器3均与每个电极的端口电连接。
控制器可以同时或者分时在同一电极上输出高压脉冲或电解电压。
如图2所示，所述控制电路还包括电极逻辑分配器，所述直流发生器4和电脉冲发生器3通过电极逻辑分配器与每个电极的端口电连接。
如图3所示，所述电脉冲发生器3包括多个并联的高压输出电路，每个高压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接。
所述直流发生器4包括多个并联的低压输出电路，每个低压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接。
如图3和4所示，所述高压输出电路包括依次串联的第一隔离变压器、储能控制开关K、升压电路和第一输出控制开关K1，所述储能控制开关K和第一输出控制开关K1的控制端分别与控制器信号连接，所述第一隔离变压器的输入端与所述电源电连接，所述第一输出控制开关K1的输出端与对应的电极电连接，图4虚线框内为升压电路。
如图3所示，所述低压输出电路包括依次串联的DC/DC电源模块、PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关K2；
所述PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关K2的控制端分别与控制器1信号连接；
所述DC/DC电源模块的输入端与电源电连接；
所述第二输出控制开关K2的控制端与对应的电极电连接。
如图5所示，PWM及V/I变换模块包括依次串联的PWM功率调制电路、滤波电路和V/I变换电路。
进一步的，所述电源包括网电源、第二隔离变压器和开关电源，所述网电源有两路输出，一路为电脉冲发生器3供电，另一路依次串联第二隔离变压器和开关电源，该开关电源的输出端分别给直流发生器4和控制器1供电。
进一步的，所述开关电源的输出端通过DC稳压电路与控制器的电源端电连接。
所述DC/DC电源模块的型号为URB242YMD-15wr3。
所述开关电源的型号为SB-450-24。
本发明的工作过程为：治疗过程中，医生握持手柄，开启储能控制开关K和开关电源，将电极探针穿刺插入器官病变部位，确定位置后，然后控制器1控制第一输出控制开关K1闭合，电脉冲发生器3的高压输出电路接收网电源电能，由第一隔离变压器的220V交流输出，经升压电路将电压升高，生成高压电脉冲，控制器控制电极逻辑分配器中电极端口的连接通路，使得高压输出电路上生成的高压电脉冲通过导线将高压电脉冲传导至电极，高压电脉冲通过施加高强度外部电场导致细胞膜内形成无数个纳米级微孔，破坏了细胞内的稳态；
此时第一输出控制开关K1打开，第二输出控制开关K2闭合，同时控制器转换电极逻辑分配器中电极端口的连接通路，直流发生器的低压输出电路中，DC/DC电源模块在隔离保护的情况下接收开关电源输出的24V直流电，经PWM及V/I变换模块的调整，即依次由PWM功率调制电路进行功率调整，由滤波电路滤波，并由V/I变换电路的运算放大器及外围电路进行电压电流变换，最终通过第二输出控制开关K2接入位于器官病变部位的电极，该电极借助病变部位的细胞组织液形成电回路，持续性通电会使得阴阳电极周围不断发生电解反应，形成大量对细胞有毒害作用的新的化合物，由于细胞膜上有孔，上述有毒害作用的化合物会快速进入细胞组织内部，并进一步聚集并破坏细胞的稳态环境，造成细胞凋亡。
本发明的V/I变换电路分为两路，第一路Ⅰ为可调电流输出，第二路Ⅱ为可调电压输出，该两路通过第二输出控制开关K2可选择地连接电极，即所述第二输出控制开关用于切换电解输出为电压驱动模式或电流驱动模式。
本发明消融时间很短，属于非热消融，不受血流的影响，可以在血管周围产生完整的细胞死亡，不受热岛效应影响；治疗彻底，治疗边界清晰，效果及过程可实时监控；电脉冲相较于单独纳米刀有所降低，但同时保留了治疗效果，对人体损伤较小。
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 (6)

1.一种电消融装置，其特征在于：包括主机箱和多个电极；
所述主机箱内设有控制电路，该控制电路包括电源、控制器、直流发生器和电脉冲发生器；
所述电源分别与控制器、直流发生器和电脉冲发生器电连接；
所述控制器分别与直流发生器和电脉冲发生器的控制端信号连接；
所述直流发生器和电脉冲发生器均与每个电极的端口电连接；
所述直流发生器包括多个并联的低压输出电路，每个低压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接；各条低压输出电路之间均电气隔离；
所述低压输出电路包括依次串联的DC/DC电源模块、PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关；
所述PWM及V/I变换模块和第二输出控制开关的控制端分别与控制器信号连接；
所述DC/DC电源模块的输入端与电源电连接；
所述第二输出控制开关的控制端与对应的电极电连接；
所述V/I变换模块分为两路，第一路I为可调电流输出，第二路II为可调电压输出，该两路通过第二输出控制开关可选择地连接电极；所述第二输出控制开关用于切换电解输出为电压驱动模式或电流驱动模式。
2.根据权利要求1所述的电消融装置，其特征在于：所述控制电路还包括电极逻辑分配器，所述直流发生器和电脉冲发生器通过电极逻辑分配器与每个电极的端口电连接。
3.根据权利要求1所述的电消融装置，其特征在于：所述电脉冲发生器包括多个并联的高压输出电路，每个高压输出电路的输入端与电源电连接，输出端与对应的电极电连接；各条高压输出电路之间均电气隔离。
4.根据权利要求3所述的电消融装置，其特征在于：所述高压输出电路包括依次串联的第一隔离变压器、储能控制开关、升压电路和第一输出控制开关，所述储能控制开关和第一输出控制开关的控制端分别与控制器信号连接，所述第一隔离变压器的输入端与所述电源电连接，所述第一输出控制开关的输出端与对应的电极电连接。
5.根据权利要求1所述的电消融装置，其特征在于：所述电源包括网电源、第二隔离变压器和开关电源，所述网电源有两路输出，一路为电脉冲发生器供电，另一路依次串联第二隔离变压器和开关电源，该开关电源的输出端分别给直流发生器和控制器供电。
6.根据权利要求5所述的电消融装置，其特征在于：所述开关电源的输出端通过DC稳压电路与控制器的电源端电连接。
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