CN113440247B - 高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及肿瘤治疗技术领域，具体涉及一种高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，包括：上位机、脉冲功率发生装置、放电电极；其中，所述脉冲功率发生装置包括：变压器和多个相同构造的功率模块；所述功率模块包括交流输入端、直流输入端、升压单元、输出端、电源单元、驱动单元、控制单元、通信单元、放电单元；其中，所述升压单元具有整流单元、储能单元以及H桥电路；所述放电单元为反激电源。本发明提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，频率高且脉冲功率发生装置的模块化程度高、可靠性好、通用性强、组装方便、生产成本低。

Description

高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统

技术领域

本发明涉及肿瘤治疗技术领域，具体涉及一种高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统。

背景技术

消融技术已经成为治疗肿瘤的常用控制手段之一。高压脉冲电场引起细胞膜发生纳米级不可逆穿孔，导致细胞凋亡，与射频、微波以及冷冻等传统消融方案相比，具有消融时间短、治疗区域的血管、神经等重要组织不受损伤、不受热沉效应影响、治疗区域可恢复正常功能等显著优势，因此适用于多种复杂难治的肿瘤治疗。目前第一代超短脉冲电场肿瘤治疗装置(纳米刀)以其不可逆电穿孔(IRE)非热效应杀伤实体肿瘤的优势，已经在临床肿瘤治疗中取得良好效果。

不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的核心部件是脉冲功率发生装置，通过脉冲功率发生装置把储存的电能以高频功率脉冲的形式快速释放，从而产生高压脉冲电场作用于实体肿瘤。高压脉冲的频率、宽度以及幅值等越大，电场的分布越均匀，肿瘤残留和复发的几率越小。

中国专利CN107809184A公开了一种脉冲电压发生装置，如图1所示，包括变压器A、第一AC/DC转换电路B、储能电容C、放电控制电路D、第二AC/DC转换电路E以及DC/AC转换电路F。通过第二AC/DC转换电路E先将低频的电网电压转换为直流电压，然后再通过DC/AC转换电路F转换得到较高频的方波电压，利用变压器A将所述较高频的方波电压传递至第一AC/DC转换电路B转换为直流电压，使得储能电容C快速充电，最后经过放电控制电路D输出高压脉冲。

发明人发现，在实际的生产制造脉冲功率发生装置的过程中，由于变压器需要足够量线圈，其体积比较大，往往是单独的一个模块，那对于脉冲功率发生装置而言，变压器两侧的单元所实现的功能不同，内部的电路连接也不相同，上述技术方案公开的脉冲电压发生装置通常需要将变压器两侧所包含的单元分别进行模块设计组装后再连接至变压器，也即是说，需要将第二AC/DC转换电路E以及DC/AC转换电路F设计封装成一个模块，再将第一AC/DC转换电路B、储能电容C、放电控制电路D一起设计封装成一个模块，因此，必须配置两组不同的生产产线，以分别进行变压器两侧元器件的生产制造，投入的人力、物力以及资金较高，增大产品的失效率和维护成本。对于上述缺陷，中国专利申请CN106787928A所公开的用于绝缘检测的双极性脉冲电源也存在相同的问题。

由于不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的核心部件是脉冲功率发生装置，当脉冲功率发生装置存在上述问题时，将直接导致不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的整体成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有技术中的由于脉冲功率发生装置模块化程度低、成本高以及组装和生产制造的过程中复杂导致不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的整体成本较高的问题，从而提供一种用于高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，包括：上位机；脉冲功率发生装置，与所述上位机通信连接，用于产生高压脉冲；放电电极，与所述脉冲功率发生装置电连接，用于向人体组织发射所述高压脉冲；其中，所述脉冲功率发生装置包括：变压器和多个相同构造的功率模块，一个所述功率模块与所述变压器的原边线圈连接，用于接入的交流电或者交流电转化后的直流电；至少一个所述功率模块与所述变压器的副边线圈连接，用于利用所述变压器变压后的交流电产生所述高压脉冲，其中，所述功率模块包括：交流输入端，用于接入交流电；直流输入端，用于接入直流电；升压单元，具有整流单元、储能单元以及H桥电路；所述整流单元与所述交流输入端连接，所述储能单元的一端与所述整流单元连接，另一端与所述直流输入端连接，所述H桥电路与所述储能单元的输出端连接；输出端，与所述H桥电路连接，用于输出交流电或者高压脉冲；电源单元，用于向所述功率模块提供至少一路电压大小的电源；驱动单元，与所述H桥电路连接；其中，所述电源单元的输出端与所述驱动单元连接；所述H桥电路包括功率半导体开关；控制单元，与所述驱动单元连接，用于向所述驱动单元提供控制信号；其中，所述电源单元的输出端与所述控制单元连接；通信接口；通信单元，一端与所述功率模块的通信接口连接，另一端与所述控制单元连接；放电单元，分别与所述储能单元以及所述控制单元连接，用于在所述控制单元的控制下对所述储能单元进行放电；所述电源单元为反激电源，与所述储能单元连接，用于从所述储能单元取电以向所述功率模块内其他的单元提供多路电压的电源。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统具有如下有益效果：(1)既可以接交流电也可以接直流电，对电源的兼容性较高。当接交流电时，依次经过整流单元、储能单元以及H桥电路，当接直流电时，依次经过储能单元以及H桥电路，在所述功率模块的输出端输出频率、脉宽、极性、脉冲数可调的交流电或者高压脉冲；(2)各功率模块可以共用一套控制程序，极大简化了开发和维护难度；(3)整流单元串入保险丝保护，避免各模块之间的单一故障影响，增大系统的鲁棒性，可靠性程度高；同时整流单元采用倍压整流拓扑，可以提高储能单元的电压，同等输出脉冲电压条件下，可以减少级联功率模块的个数；(4)由于本发明提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统采用多个相同构造的功率模块进行级联，与现有的高压脉冲发生装置相比，高压脉冲的频率更高，因此，在进行肿瘤治疗手术时，电场的分布更加均匀，肿瘤的消融效率更高、更彻底。除此之外，较高的频率特性能够减小手术时患者的肌肉抽搐，降低心律失调风险，可适当减小麻醉剂和肌松剂的使用量，扩大肿瘤治疗的使用范围；(5)在应用过程中，所述功率模块既可以作为脉冲功率发生装置的变压器原边的使能模块，也可以作为脉冲功率发生装置的变压器副边的交流电或高压脉冲的产生模块，通用性强；在生产制造所述脉冲功率发生装置时，只需配置一组生产产线，大幅节约人力、物力以及资金；(6)在组装时，只需将所述功率模块的交流输入端接入市电电网，或者，直流输入端接入直流电源，再将输出端接入变压器的原边线圈，便可完成使能侧的组装；在变压器的副边线圈一侧，只需将至少一个所述功率模块的交流输入端接入所述副边线圈，输出端依次串联，便可实现交流电或高压脉冲输出，组装过程仅需将变压器同侧的交流输入端或直流输入端、输出端两个端子连接，便于组合或拆分，模块化程度高，进而使得所述脉冲功率发生装置的组装更加简单。

由于本发明实施例提供的所述脉冲功率发生装置的模块化程度高，使得其生产制造和组装简单方便，最终降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的整体成本。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，功率模块的控制单元控制驱动单元，使H桥电路输出相应的交流电或高压脉冲；所述H桥电路采用功率半导体开关，缩短高压脉冲的上升沿和下降沿的时间，有利于产生较高频率的重复高压脉冲，在肿瘤治疗时，电场的分布更均匀，肿瘤治疗越彻底；通信接口能够实现所述功率模块与外部控制器以及所述脉冲功率发生装置中其他功率模块的信息交互，保证所述功率模块以及所述脉冲功率发生装置的工作可靠性，使得所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统在治疗时，具有良好的工作稳定性。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，通过反激电源从储能单元取电以向所述功率模块内其他的单元提供多路电压的电源，不需要提供额外的电源为所述功率模块内部各个单元进行供电，使得单个所述功率模块可以独立工作，进而使得所述功率模块内部的集成度高、脉冲功率发生装置的绝缘设计难度小，降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的制造成本和难度。

可选地，所述高压脉冲的频率为小于等于500千赫兹，所述高压脉冲的脉宽为10纳秒至100微秒，所述高压脉冲的幅值为500伏至10千伏。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，采用多个相同构造的功率模块进行级联，能产生频率高达500千赫兹、脉宽10纳秒至100微秒、幅值500伏至10千伏的高压脉冲，使得所述肿瘤治疗系统在术中具有更均匀的电场分布，肿瘤消融的效率更高、更彻底，单次治疗的肿瘤直径更大；同时，能够减轻肌肉抽搐，降低心律失调风险，进而减小麻醉剂和肌松剂的使用量，扩大肿瘤治疗的适用范围。

可选地，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：显示单元与外部输入设备，分别与所述上位机连接。

可选地，所述上位机连接有超声影像接口，用于连接超声影像设备。

可选地，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：心电同步检测单元，与所述脉冲功率发生装置电连接，用于根据人体心电信号控制所述脉冲功率发生装置产生高压脉冲。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，设置所述心电同步检测单元，保证所述脉冲功率发生装置在患者的QRS波期间产生高压脉冲，避免在T波时产生高压脉冲引起患者的心室纤颤。

可选地，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：双触发脚踏开关，与所述脉冲功率发生装置连接。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，采用双触发脚踏开关，起到防呆作用，避免误触发。

可选地，所述变压器包括多个所述副边线圈，每个所述副边线圈连接有所述功率模块；其中，所有所述功率模块级联。

可选地，所有所述变压器的原边线圈对应于一个所述功率模块。

可选地，所有所述变压器的原边线圈与所述功率模块一一对应。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，利用所述的功率模块以及变压器进行级联，使得所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统能够利用脉冲频率高达500千赫兹、脉冲峰值为500伏至10千伏、脉宽从10纳秒至100微秒的高压脉冲或交流电对患者的肿瘤进行治疗，同时，由于所述功率模块具有模块化程度高的优点，使得所述脉冲功率发生装置的结构清晰，方便扩展和维修，节约人力物力，降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的成产制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的脉冲功率发生装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的示意图；

图3是本发明实施例提供的脉冲功率发生装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的功率模块的完整结构示意图；

图5是本发明实施例提供的功率模块的原理框图；

图6是本发明实施例提供的功率模块的控制原理框图；

图7是本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的完整结构示意图；

图8是本发明实施例提供的脉冲功率发生装置的结构拓扑示意图；

图9是本发明实施例提供的脉冲功率发生装置的结构拓扑示意图；

图10是本发明实施例提供的脉冲功率发生装置的结构拓扑示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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“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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，如图2所示，包括：上位机10；脉冲功率发生装置20，与所述上位机10通信连接，用于产生高压脉冲；放电电极30，与所述脉冲功率发生装置20电连接，用于向人体组织发射所述高压脉冲；其中，如图3所示，所述脉冲功率发生装置20包括：变压器21和多个相同构造的功率模块22，一个所述功率模块22与所述变压器21的原边线圈连接，用于接入的交流电或者交流电转化后的直流电；至少一个所述功率模块22与所述变压器21的副边线圈连接，用于利用所述变压器21变压后的交流电产生所述高压脉冲，其中，如图4所示，所述功率模块22包括：交流输入端221，用于接入交流电；直流输入端222，用于接入直流电；升压单元223，具有整流单元01、储能单元02以及H桥电路03；所述整流单元01与所述交流输入端221连接，所述储能单元02的一端与所述整流单元01连接，另一端与所述直流输入端222连接，所述H桥电路03与所述储能单元02的输出端连接；输出端224，与所述H桥电路03连接，用于输出交流电或者高压脉冲；电源单元225，用于向所述功率模块22提供至少一路电压大小的电源；驱动单元226，与所述H桥电路03连接；其中，所述电源单元225的输出端与所述驱动单元226连接；所述H桥电路03包括功率半导体开关；控制单元227，与所述驱动单元226连接，用于向所述驱动单元226提供控制信号；其中，所述电源单元225的输出端与所述控制单元227连接；通信接口228；通信单元229，一端与所述功率模块22的通信接口228连接，另一端与所述控制单元227连接；放电单元200，分别与所述储能单元02以及所述控制单元227连接，用于在所述控制单元227的控制下对所述储能单元02进行放电。

请参见图2，所述上位机10为所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的中央控制单元，用于配置相应的高压脉冲参数，控制所述脉冲功率发生装置20产生所述高压脉冲；所述放电电极30包括两根脉冲针，用于将所述脉冲功率发生装置20产生的高压脉冲发射至患者的肿瘤位置。

请参见图3，在所述变压器21的原边线圈接入一个所述功率模块22使能，传递至副边线圈。在所述变压器21的副边线圈接入一个所述功率模块22。需要说明的是，所述变压器21的副边线圈还可以接入多个所述功率模块22，图3仅以副边线圈接入一个所述功率模块进行说明。

请参见图4，所述功率模块22具有三个功率接线端子，即，图4所示的交流输入端221、直流输入端222以及输出端224。其中，所述交流输入端221可以接市电电网或者变压器21的副边线圈，所述直流输入端222可以接市电电网经过转换后的直流电。当所述功率模块22作为变压器21原边侧的使能模块时，按照所提供的电源的类型，如，市电电网或者市电电网经过转换后的直流电，选择相应的功率接线端子，如交流输入端221或者直流输入端222，再将所述输出端224接入变压器21的原边线圈。所述升压单元223可以是变频器、运放电路等可以对交流电或直流电进行转换的单元，在这里，所述升压单元223具有依次连接的整流单元01、储能单元02以及H桥电路03。所述整流单元01与所述交流输入端221连接，用于将市电电网整流后变为直流电，整流单元01采用串入保险丝方案可以减小功率模块的单一故障影响，采用倍压整流拓扑结构，可以提高储能单元的电压，同等输出脉冲电压条件下，可以减少级联功率模块个数。所述储能单元02利用所述直流电快速充电，经所述H桥电路03变为交流电或者高压脉冲至所述功率模块的输出端224，为变压器21的副边侧提供能量。

当所述功率模块22作为变压器21副边侧的交流电或高压脉冲的产生模块时，所述功率模块的交流输入端221接入变压器21的副边线圈，依次经过整流单元01、储能单元02以及H桥电路03后产生交流电或高压脉冲输出。

由于所述功率模块22中的各个单元，例如所述H桥电路03均需要提供相应的辅助电源，因此，设置所述电源单元225为所述H桥电路03以及其他各个单元提供相应的驱动电源。在这里，所述电源单元225可以从外部电源取电，也可以是多功能电源，产生多路电压大小的电压信号。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统具有如下有益效果：(1)既可以接交流电也可以接直流电，对电源的兼容性较高。当接交流电时，依次经过整流单元、储能单元以及H桥电路，当接直流电时，依次经过储能单元以及H桥电路，在所述功率模块的输出端输出频率、脉宽、极性、脉冲数可调的交流电或者高压脉冲；(2)各功率模块可以共用一套控制程序，极大简化了开发和维护难度；(3)整流单元串入保险丝保护，避免各模块之间的单一故障影响，增大系统的鲁棒性，可靠性程度高；同时整流单元采用倍压整流拓扑，可以提高储能单元的电压，同等输出脉冲电压条件下，可以减少级联功率模块的个数；(4)由于本发明提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统采用多个相同构造的功率模块进行级联，与现有的高压脉冲发生装置相比，高压脉冲的频率更高，因此，在进行肿瘤治疗手术时，电场的分布更加均匀，肿瘤的消融效率更高、更彻底。除此之外，较高的频率特性能够减小手术时患者的肌肉抽搐，降低心律失调风险，可适当减小麻醉剂和肌松剂的使用量，扩大肿瘤治疗的使用范围；(5)在应用过程中，所述功率模块既可以作为脉冲功率发生装置的变压器原边的使能模块，也可以作为脉冲功率发生装置的变压器副边的交流电或高压脉冲的产生模块，通用性强；在生产制造所述脉冲功率发生装置时，只需配置一组生产产线，大幅节约人力、物力以及资金；(6)在组装时，只需将所述功率模块的交流输入端接入市电电网，或者，直流输入端接入直流电源，再将输出端接入变压器的原边线圈，便可完成使能侧的组装；在变压器的副边线圈一侧，只需将至少一个所述功率模块的交流输入端接入所述副边线圈，输出端依次串联，便可实现交流电或高压脉冲输出，组装过程仅需将变压器同侧的交流输入端或直流输入端、输出端两个端子连接，便于组合或拆分，模块化程度高，进而使得所述脉冲功率发生装置的组装更加简单。

由于本发明实施例提供的所述脉冲功率发生装置的频率高、模块化程度高，使得其生产制造和组装简单方便，最终降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的整体成本。

在这里，所述控制单元227为FPGA控制芯片，所述H桥电路03包括四个功率半导体开关(例如IGBT、MOSFET、SiC-IGBT、SiC-MOSFET等)。所述控制单元227用于通过所述驱动单元226控制所述四个功率半导体开关的闭合或断开，使得所述H桥电路03能够输出交流电或电脉冲，并且通过功率半导体开关，输出的电脉冲的上升时间和下降时间缩短至10纳秒至100微秒。其中，所述驱动单元226用于将所述控制单元227发送的控制信号放大并作出响应，进一步控制所述功率半导体开关的通断。

所述通信单元229用于与外部控制器，如上位机，和/或，其他功率模块22进行信息交互，所述通信单元229可以采用有线通信方式，也可以采用无线通信方式。使用时，只需将所述通信接口228与所述外部控制器和/或其他功率模块22的通信接口228进行连接即可。

在这里，请再次参见图4，所述功率模块22还可以包括采集单元100，与所述储能单元02的输出端以及所述控制单元227连接，用于采集所述储能单元02的输出电压和输出电流，由所述控制单元227进行过压和过流判断，并将过压和过流故障通过所述通信单元229发送至外部控制器或其他功率模块22，对发生故障的功率模块22进行及时封锁驱动，避免损坏，同时，实时调整其他功率模块22的驱动参数，保证最终产生的交流电或高压脉冲的幅值、频率满足用户所需。同时，当所述储能单元02存储的电能过剩时，所述控制单元227还可以控制所述放电单元200放电，均衡所述储能单元02存储的电能。在一个具体的实施例中，所述放电单元200为开关器件和电阻。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，功率模块的控制单元控制驱动单元，使H桥电路输出相应的交流电或高压脉冲；所述H桥电路采用功率半导体开关，缩短高压脉冲的上升沿和下降沿的时间，有利于产生较高频率的重复高压脉冲，在肿瘤治疗时，电场的分布更均匀，肿瘤治疗越彻底；通信接口能够实现所述功率模块与外部控制器以及所述脉冲功率发生装置中其他功率模块的信息交互，保证所述功率模块以及所述脉冲功率发生装置的工作可靠性，使得所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统在治疗时，具有良好的工作稳定性。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，通过放电单元可以实现所述功率模块的快速放电，也可以实现各个所述功率模块之间的电压均衡，确保各个所述功率模块的一致性以及所述脉冲功率发生装置的输出脉冲的精度，使得所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的治疗精度更高。

可选地，所述通信接口228为光纤通信接口，所述通信单元229为光纤收发器。

在所述变压器21的副边侧，所述多个功率模块22的通信接口228可采用闭环连接的方式，具体地，第一个所述功率模块22的通信接口228的通信发送端子接入第二个所述功率模块22的通信接收端子，第二个所述功率模块22的通信发送端子接入第三个所述功率模块22的通信接收端子，最后一个所述功率模块22的通信发送端子接入第一个所述功率模块22的通信接收端子。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，采用光纤通信，信息传输速度快，保护及时，各个所述功率模块之间的电气隔离程度高。

可选地，所述电源单元225为反激电源，与所述储能单元02连接(图中未画出)，用于从所述储能单元02取电以向所述功率模块22内其他的单元提供多路电压的电源。

在这里，所述反激电源具有电压变换器，将从所述储能单元02取到的电变换为多路电压大小的电压信号，以向所述功率模块22内其他的单元提供多路电压的电源。所述电源单元225用于为所述功率模块22中的H桥电路03、放电单元200、采集单元100、驱动单元226、控制单元227以及通信单元229提供相应的辅助电源。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，通过反激电源从储能单元取电以向所述功率模块内其他的单元提供多路电压的电源，不需要提供额外的电源为所述功率模块内部各个单元进行供电，使得单个所述功率模块可以独立工作，进而使得所述功率模块内部的集成度高、脉冲功率发生装置的绝缘设计难度小，降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的制造成本和难度。

图5是本发明提供的功率模块的原理框图，如图5所示，整流单元01包括二极管D1和D2，将交流电变为直流电；储能单元02采用电容C1、C2、C3以及C4，两两串联后并联充电的方式，对所述直流电储存；

交流电经过整流单元01通过二极管D1和D2，对所述交流电进行整流，变为直流电；储能单元02采用电容C1、C2、C3以及C4，两两串联后并联充电的方式，对所述直流电储存；H桥电路03包括四个金属-氧化物半导体场效应管MOSFET，分别为Q1、Q2、Q3、Q4，将直流电变为交流电或者高压脉冲；放电单元200设置在所述储能单元02的输出端，通过PWM调制方式，控制开关S1导通，进而使得电阻R1回路导通释放电能，均衡所述储能单元02存储的电能；电源单元225包括金属-氧化物半导体场效应管Q5、变压器T1以及整流模块，将从所述储能单元02的输出端获取到的直流电变为多种电压大小的电压信号，例如5V、15V、22V等。

本发明提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，所述功率模块中的整流单元将交流电变为直流电，储能单元将利用电容充电存储电能，由H桥电路逆变产生高压脉冲交流电，放电单元接入所述储能单元的输出端以及控制单元，通过PWM调制，使得所述放电单元能够均衡所述储能单元的电能，电源单元从所述储能单元取电，并产生多种电压大小的电压信号，为所述功率模块中的各个单元提供需要的驱动电压，无需额外向所述功率模块提供辅助电源，使得单个所述功率模块可以独立工作，集成度高且绝缘难度小，降低了所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的成本。

可选地，所述高压脉冲的频率为小于等于500千赫兹，所述高压脉冲的脉宽为10纳秒至100微秒，所述高压脉冲的幅值为500伏至10千伏。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，采用多个相同构造的功率模块进行级联，能产生频率高达500千赫兹、脉宽10纳秒至100微秒、幅值500伏至10千伏的高压脉冲，使得所述肿瘤治疗系统在术中具有更均匀的电场分布，肿瘤消融的效率更高、更彻底，单次治疗的肿瘤直径更大；同时，能够减轻肌肉抽搐，降低心律失调风险，进而减小麻醉剂和肌松剂的使用量，扩大肿瘤治疗的适用范围。

具体地，图6是本发明提供的功率模块的控制原理框图，如图6所示，所有功率模块22可以共用一套控制程序，所述功率模块22通过光纤通信的方式接受到控制单元的指令后，将所述指令解码后得到具体的控制信号，再通过PWM调制后经过死区将PWM调制输出的信号PWM至驱动单元226，同时，利用ADC采样的方式采集储能单元02的输出电压和输出电流，当所述输出电压或输出电流超过预设保护阈值，时对所述功率模块22进行过压过流保护，同时封锁PWM调制和死区单元的驱动输出，使得所述驱动单元226快速封锁，最后将过压过流保护的故障信息编码后通过光纤通信传递至控制单元227，实现所述功率模块22的闭环控制。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，基于光纤通信方式进行信息的传递，并利用ADC采样、过压过流保护的方式，控制PWM调制或死区，使得驱动单元快速封锁，最后将过压过流保护的信息利用光纤通信传递给控制单元，实现闭环控制，保证所述功率模块在工作时的安全性和稳定性，进而提升所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的稳定性。

可选地，如图7所示，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：显示单元40与外部输入设备50，分别与所述上位机10连接。具体地，所述外部输入设备50为键盘、鼠标等，所述显示单元40为进行人机交互的显示界面。

可选地，如图7所示，所述上位机10连接有超声影像接口11，用于连接超声影像设备。

可选地，如图7所示，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：心电同步检测单元60，与所述脉冲功率发生装置20电连接，用于根据人体心电信号控制所述脉冲功率发生装置20产生高压脉冲。

具体地，所述心电同步检测单元60将患者的心电图信号进行检测，根据所述心电图信号实时判断患者的心电信号处于QRS波段还是T波段，并在处于T波段时，控制所述脉冲功率发生装置20不产生高压脉冲。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，设置所述心电同步检测单元，保证所述脉冲功率发生装置在患者的QRS波期间产生高压脉冲，避免在T波时产生高压脉冲引起患者的心室纤颤。

可选地，如图7所示，所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统还包括：双触发脚踏开关70，与所述脉冲功率发生装置20连接。

具体地，所述双触发脚踏开关70需要连续的两次脚踩才起作用，相比单触发脚踏开关，能避免误触发的现象，同时，也对所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统起到防呆作用。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，采用双触发脚踏开关，起到防呆作用，避免误触发。

可选地，如图8所示，所述变压器21包括多个所述副边线圈，每个所述副边线圈连接有所述功率模块22；其中，所有所述功率模块22级联。

图8以所述脉冲功率发生装置包括一个变压器21，所述变压器21包括一个原边线圈和多个副边线圈为例。在所述变压器21的原边线圈接入一个所述功率模块22使能，传递至副边线圈。在所述变压器21的副边线圈侧(即副边侧)，所述多个功率模块22的通信接口可采用闭环连接的方式，所述多个功率模块22的输出端采用依次串联的方式，使得所述多个功率模块22产生的交流电或高压脉冲叠加。组装时，只需将所述多个功率模块22的交流输入端221并联接入变压器21的副边线圈，输出端224依次串联即可。

可选地，如图9所示，所有所述变压器21的原边线圈对应于一个所述功率模块22。

图9以所述脉冲功率发生装置包括两个变压器21，每个所述变压器21分别具有一个原边线圈为例，第二个所述变压器21的原边线圈接入第一个所述变压器21的原边线圈，第一个所述变压器21的原边线圈与一个所述功率模块22连接。

可选地，如图10所示，所有所述变压器21的原边线圈与所述功率模块22一一对应。

图10以所述脉冲功率发生装置包括两个变压器21，每个所述变压器21分别具有一个原边线圈为例。如图10所示，每个所述变压器21的原边线圈分别连接有一个所述功率模块22。

本发明实施例提供的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，利用所述的功率模块以及变压器进行级联，使得所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统能够利用脉冲频率高达500千赫兹、脉冲峰值为500伏至10千伏、脉宽从10纳秒至100微秒的高压脉冲或交流电对患者的肿瘤进行治疗，同时，由于所述功率模块具有模块化程度高的优点，使得所述脉冲功率发生装置的结构清晰，方便扩展和维修，节约人力物力，降低所述高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统的成产制造成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，包括：

上位机；

脉冲功率发生装置，与所述上位机通信连接，用于产生高压脉冲；

放电电极，与所述脉冲功率发生装置电连接，用于向人体组织发射所述高压脉冲；

其中，所述脉冲功率发生装置包括：变压器和多个相同构造的功率模块，一个所述功率模块与所述变压器的原边线圈连接，用于接入的交流电或者交流电转化后的直流电；至少一个所述功率模块与所述变压器的副边线圈连接，用于利用所述变压器变压后的交流电产生所述高压脉冲，其中，所述功率模块包括：

交流输入端，用于接入交流电；

直流输入端，用于接入直流电；

升压单元，具有整流单元、储能单元以及H桥电路；所述整流单元与所述交流输入端连接，所述储能单元的一端与所述整流单元连接，另一端与所述直流输入端连接，所述H桥电路与所述储能单元的输出端连接；

输出端，与所述H桥电路连接，用于输出交流电或者高压脉冲；

电源单元，用于向所述功率模块提供至少一路电压大小的电源；

驱动单元，与所述H桥电路连接；其中，所述电源单元的输出端与所述驱动单元连接；所述H桥电路包括功率半导体开关；

控制单元，与所述驱动单元连接，用于向所述驱动单元提供控制信号；其中，所述电源单元的输出端与所述控制单元连接；

通信接口；

通信单元，一端与所述功率模块的通信接口连接，另一端与所述控制单元连接；

放电单元，分别与所述储能单元以及所述控制单元连接，用于在所述控制单元的控制下对所述储能单元进行放电；

所述电源单元为反激电源，与所述储能单元连接，用于从所述储能单元取电以向所述功率模块内其他的单元提供多路电压的电源；

所述功率模块还包括采集单元，所述采集单元与所述储能单元的输出端以及所述控制单元连接，用于采集所述储能单元的输出电压和输出电流，由所述控制单元进行过压和过流判断，并将过压和过流故障通过所述通信单元发送至外部控制器或其它功率模块，对发生故障的功率模块进行封锁驱动，调整其它功率模块的驱动参数。

2.根据权利要求1所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，所述高压脉冲的频率为小于等于500千赫兹，所述高压脉冲的脉宽为10纳秒至100微秒，所述高压脉冲的幅值为500伏至10千伏。

3.根据权利要求1所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，还包括：显示单元与外部输入设备，分别与所述上位机连接。

4.根据权利要求1所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，所述上位机连接有超声影像接口，用于连接超声影像设备。

5.根据权利要求1所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，还包括：

心电同步检测单元，与所述脉冲功率发生装置电连接，用于根据人体心电信号控制所述脉冲功率发生装置产生高压脉冲。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，还包括：

双触发脚踏开关，与所述脉冲功率发生装置连接。

7.根据权利要求1所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，所述变压器包括多个所述副边线圈，每个所述副边线圈连接有所述功率模块；其中，所有所述功率模块级联。

8.根据权利要求7所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，所有所述变压器的原边线圈对应于一个所述功率模块。

9.根据权利要求7所述的高频不可逆电穿孔肿瘤治疗系统，其特征在于，所有所述变压器的原边线圈与所述功率模块一一对应。

Images