CN113454913A - 使用磁芯施加具有高均匀性的脉冲电场的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于产生具有良好均匀性的脉冲电场的装置、系统和方法。电场占据适合放置人类或动物患者的大体积。提供了一种用于生成电场的装置，该装置包括用电线缠绕的一个或更多个环形或圆筒形磁芯，当用电流加以脉冲时，该电线在环形或圆筒形芯的内部区域中生成高均匀性的电场。这些电场脉冲当与药理学药剂结合使用时，会通过称为靶向渗透裂解的过程破坏癌细胞。

Description

使用磁芯施加具有高均匀性的脉冲电场的方法和系统

相关申请

本申请要求2018年12月6日提交的美国临时申请第62/776,105号和2019年12月2日提交的美国临时申请第62/942,348号的优先权，两者均通过引用全部并入本文以供所有目的。

领域

本发明涉及医疗装置和疾病和障碍的医学治疗领域。更具体地，本发明涉及针对医疗应用使用环形或圆筒形磁芯施加具有高均匀性的脉冲电场的方法和系统。

背景技术

脉冲电场治疗现在广泛用于多种生物和医学应用：基因递送、电化学疗法和癌症疗法。脉冲电场治疗的一个优点是能够以非热能方式破坏组织或肿瘤。因此，脉冲电场治疗使得诸如血管和轴突的敏感组织保持完整成为可能。此外，该非侵入性技术允许在治疗区域中采用健康细胞和组织进行再生的可能性而不会留下疤痕，并且与电流刺激不同，刺激的递送明显更加均匀。

传统器具由三部分组成：脉冲发生器、电极以及它们之间的连接链路。脉冲发生器以规律间隔产生方波脉冲。幅度、脉冲宽度、周期和相位延迟是确定输出波形的形状的主要参数。取决于脉冲幅度和电极之间的距离，电场强度通常对于完全的治疗效果至关重要。当电极不合适时，某个目标区的强度不足，导致不完全的治疗效果。

电场由类似于在雷达中使用的设备生成。这对成本和可用性有一些影响。最典型的设备生成短方波并使极性反转，部分地是为了避免电极腐蚀。然而，双极发电机的成本大约是单极发电机的两倍。其他波形包括指数衰减和正弦波形。正弦形式在某种程度上更容易生成，因为它使用类似于普通无线电设备的设备，但它只在一瞬间达到峰值功率，并且因此与方波相比，在临界场强以上每周期递送更少的能量。

用于生成此类电场脉冲的两种替代方案是明显的。第一种是使用螺线管布置，诸如在内部生成均匀磁场的大线圈。患者将被放置在螺线管内侧。然而，该技术具有很大的缺点。第一个在于生成的电场沿此类螺线管的轴为零，并且随着距中心轴的距离线性增加。因此，电场不仅在最临界区域消失，而且在各处高度不均匀。事实上，该不均匀性是将患者放置在倾斜磁场(ramped magnetic field)的区域内的任何技术的固有限制。由于电磁场的物理特性，变化磁场的区域内的电场必然是不均匀的。此类技术的第二个缺点是此类线圈会生成的热量的量。如果此类线圈设计得足够大，从而使人类患者或中等大小的动物适配在内部，则线圈会生成极大数量的热量，该热量不仅必须从装置中去除，而且对应用该装置的建筑物强加了大量的HVAC要求。对于被放大以应用于人类或大型动物大小的装置，将生成50-400千瓦范围内的峰值热功率。此类功率需求对建筑设施提出了巨大挑战。

用于生成电场的第二替代方案是使用带电物体的布置，诸如导电板，以生成电场。该技术的缺点在于，最实际的实现方式涉及以使得场点垂直于患者的表面排列的方式施加电场，从而由于组织内水分子的介电极化，导致患者体内电场的大幅降低。此外，实际的场对患者填充的板之间的空间的百分比非常敏感。该技术的另一个缺点是对患者的几何形状的敏感性。腰围较大的患者需要不同的施加电压。身体的具有不同大小的不同区域(诸如，与躯干相比的手臂和腿)将会接收非常不同的电场剂量。板可以与患者直接接触地放置，但除非板是柔性的，否则它们只会接触患者皮肤的一部分。通过这种方式，需要大量能量来克服皮肤的阻抗，而电刺激并不舒服，并且常常是痛苦的。此类限制在本质上是实际的，并且相信这里公开的方法为此类方法提供了许多优点。

尽管最近在使用电脉冲来诱导细胞死亡方面取得了进展，但本领域仍然需要改进的方法来破坏患病或紊乱的组织，诸如肿瘤组织，而不损害正常组织。特别需要生成具有高均匀性的大体积的脉冲电场的方法和系统。

发明概述

鉴于前述内容，本发明的目的是解决对于医疗应用生成具有高均匀性的大体积的脉冲电场的需要。本发明的实施例涉及用于在空的空间中产生幅度在0-100伏/米范围内、每个的持续时间在1-50毫秒范围内的脉冲电场的方法和系统。电场占据适合放置人类或动物患者的大体积。电场具有良好的均匀性。

一个实施例提供了一种用于生成脉冲电场的装置，该装置包括缠绕有电线的多个环形磁芯。另一个实施例提供了一种用于生成电场的装置，该装置包括以圆筒形几何形状成形的多个磁芯，使得磁性材料占据围绕圆筒的轴线的环形区域，并且圆筒的中心区域是空的。各种设计包括类似于长圆筒的芯和类似于环形几何形状的短芯。磁芯缠绕有电线，当用电流产生脉冲时，该电线会在环形或圆筒形芯的内部区域生成高均匀性的电场。这些电场脉冲当与药理学药剂结合使用时，会通过称为靶向渗透裂解(TOL)的过程破坏癌细胞。参见US8,921,320。

磁芯由具有高磁导率的材料构成。当电流施加到电气绕组时，磁性材料内侧会产生大磁场。该场沿靠近装置的中心的环形或圆筒形芯的轴线最均匀。施加时间相关电流会导致芯内侧的变化磁场，进而在芯材料外侧产生可以用于治疗的电场。电场脉冲的幅度、持续时间和时间间隔可以通过控制施加到电气绕组的电压和电流来控制。

所产生的电场的重要特性是高均匀性，以及沿着人类受试者或许多动物受试者的长轴指向的方向。该装置的另一个重要方面在于它以所生成的极低功率产生电场，从而实现低成本驱动电子器件、对设施的低电气要求，并且对临床设施的HVAC系统没有影响。

环形或圆筒形芯以优化所产生电场的均匀性的间隔同轴地布置。产生的电场指向沿着环形或圆筒形芯的轴向方向。患者被放置在沿着环形或圆筒形芯的轴线的内部区域中。

该系统由连接到一组驱动电子器件的环形或圆筒形装置组成，驱动电子器件允许用户控制电场脉冲的幅度、持续时间和间隔。电子器件由生成脉冲电压或电流波形的部件、对波形的输出进行放大和滤波的部件以及提供用于控制输出的用户界面的微处理器组成。

具体地，一个实施例提供了一种用于生成脉冲电场的装置，包括：

一个或更多个环形或圆筒形结构，

围绕每个环形或圆筒形结构缠绕的多个导电绕组，以及

向导电绕组供应电流的多根电线。

根据一个实施例，环形结构由具有在1,000至40,000范围内的高相对磁导率的磁性材料制成。具有40,000或更高的磁导率的磁性材料可以用于该应用。合适的磁性材料的一些示例包括但不限于硅钢、铁粉、镍铁合金、铁氧体陶瓷、铁、硼和硅的纳米晶合金。导电绕组由10-28AWG范围内的铜线制成，并在环形结构上缠绕成通常为1到200匝的线圈布置。用于导电绕组的合适材料的其他示例包括但不限于铝、银、锡、镀锌钢、磷青铜、铅和金。当电流通过导电绕组是倾斜的时，磁性材料内侧会生成磁场。

根据一个实施例，多个环形结构同轴对齐并且被隔开等于环形结构的半径的距离。在至少另一实施例中，三个环形结构轴向布置，其中具有较大半径的一个环形结构位于两个相同环形结构之间的中间。

根据另一实施例，圆筒形结构由具有高相对磁导率的磁性材料制成，该磁导率通常高于1,000。合适的磁性材料的一些示例包括但不限于硅钢、铁粉、镍铁合金、铁氧体陶瓷、铁、硼和硅的纳米晶合金。导电绕组由10-28AWG范围内的铜线制成，并在圆筒形结构上缠绕成通常为1到200匝的线圈布置。用于导电绕组的合适材料的其他示例包括但不限于铝、银、锡、镀锌钢、磷青铜、铅和金。当电流通过导电绕组是倾斜的时，磁性材料内侧会生成磁场。

根据另一个实施例，多个圆筒形结构同轴对齐。圆筒形结构之间的间距和流经围绕每个圆筒形结构的线圈的电流被调节以提供最优的电场强度和均匀性，以及具有理想的电气特性，诸如电感和电阻。

根据至少一个实施例，一种用于生成脉冲电场的装置还包括用于感测在装置内生成的电场的附加线圈绕组。附加线圈绕组包括电线线环(a loop of wire)，其环绕环形或圆筒形结构的横截面至少一匝或更多匝以对电场具有更高灵敏度，其中，电线线环感应出电压，该电压在大小上与通过环形或圆筒形结构的横截面的磁通量的变化率成比例。

另一个实施例涉及一种用于涉及电场的治疗处理的系统，包括：

环形或圆筒形装置，其用于生成脉冲电场，

驱动和感测电路系统，

多条电缆，其将装置连接到驱动和感测电路系统，以及

微处理器，其提供用于操作装置以及驱动和感测电路系统的用户界面。

根据一个实施例，磁性环形或圆筒形装置包括一个或更多个环形或圆筒形结构、围绕环形或圆筒形结构缠绕的导电绕组以及向导电绕组供应电流的电线。当与药理学药剂组合时，脉冲电场在用于治疗癌症的靶向渗透裂解的应用中使用。

进一步的实施例涉及一种用于涉及电场的治疗性处理的方法，包括通过磁性环形或圆筒形装置生成脉冲电场，其中磁性环形或圆筒形装置包括一个或更多个磁性环形或圆筒形结构，围绕环形结构缠绕的导电绕组以及向导电绕组供应电流的电线。当与药理学药剂组合时，该方法可以在用于治疗癌症的靶向渗透裂解的应用中使用。

附图简述

下面将基于一个或更多个附图更详细地描述本发明，这些附图示出了示例性实施例。

图1.描绘了具有绕组的单个环形线圈。环形线圈由高磁导率的磁性材料组成，高磁导率的磁性材料的例子是硅钢。

图2.描绘了具有绕组的单个圆筒。圆筒由高磁导率的磁性材料组成，高磁导率的磁性材料的例子是硅钢。

图3.具有磁性结构的环形或圆筒形结构，除了足够宽以放置相关解剖结构的间隙之外，该磁性结构是闭合的。

图4.两个环形芯以在环形芯内部的空区域中产生电场的方式布置。

图5.多个圆筒同轴布置以提供电场暴露的扩展区域。

图6.可以环绕环形横截面一次或多于一次以对电场具有更高灵敏度的电线线环。

图7.治疗系统，包括在外壳中的环形或圆筒形芯，并连接到控制系统，用于涉及电场的治疗的应用。

图8.与TOL应用相关联的典型脉冲序列。

图9.用TOL治疗的小鼠达到人道终点安乐死标准的时间明显长于对照组的小鼠。箭头指示治疗天数。

实施例的详细描述

应当理解，本发明不限于在本文中描述的特定方法、方案和系统等，并且因此可以变化。本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由权利要求限定。

如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非有相反的说明，否则以下术语具有如下所示的含义。

“相对磁导率”是指特定介质的磁导率与自由空间的磁导率之比。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”，当在本说明书中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的组的存在或添加。

下面的描述和附图充分说明了特定实施例以使本领域技术人员能够实践它们。其他实施例可以结合结构、逻辑、电气、过程和其他变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在其他实施例的那些部分和特征中或被它们替代。

本发明解决了在大(人体大小)体积中产生脉冲电场的需求。该需求出现在靶向渗透裂解(TOL)的应用中，它使用此类电场脉冲来刺激癌细胞的细胞膜中的钠通道打开。参见US8,921,320。希望电场高度均匀，使得相关联的治疗效果是均匀的。

该技术涉及使用被限制在高磁导率材料(例如变压器芯)中的倾斜磁场。优选实施例是具有足够大的内直径以将患者放置通过内部的环形或圆筒形芯形状，以及装置的其他部件，诸如患者处理硬件。

电场由图1中所示的环形装置产生。环形装置由环形结构(1)以及导电绕组(2)组成，该环形结构(1)由具有高磁导率的材料制成，高磁导率的材料诸如硅钢或常用于电力变压器的芯中的其他材料，该导电绕组(2)围绕环形材料缠绕，通过电线(3)被供应电流。环形的磁性材料通常具有在1,000-40,000范围内的相对磁导率。希望磁导率尽可能大。可以被认为是合适的一些其他材料例如是铁粉、镍铁合金、铁氧体陶瓷以及铁、硼和硅的纳米晶合金。导电绕组通常是10-28AWG范围内的铜线，在环形线圈上缠绕成通常具有1-200匝的线圈布置，这取决于驱动电路系统的其他方面。

如图1中所示，环形线圈(1)以类似于变压器的方式用载流电线(2)的线圈紧密缠绕。环形线圈包括高磁导率磁性材料。磁性材料的示例包括但不限于硅钢。电流通过这些电线是倾斜的，从而在磁性材料内侧生成强磁场。该磁场随着电线中的电流增加或减少而增加或减少，这通过法拉第效应产生相关联的电场。通过随时间改变磁场的大小，如图1所示，在由环形芯的内部区域限定的区域中会生成电场。

由于环形线圈材料的高磁导率，绕组(2)中的电流在环形线圈内侧产生强磁场。如果这些绕组中的电流随时间变化，则变化的电流会在环形线圈内侧产生变化的磁场。该变化的磁场通过法拉第感应定律在环形线圈材料内但也在环形线圈材料外侧的区域中(包括环形线圈的中心区域(4))生成电场。生成的电场的大小与环形线圈材料内侧的磁场的变化率成正比。

图1中的环形单元(1)原则上可以成形为非圆形几何形状，并且不必是完全闭合的结构。圆形形状和闭合结构是优选实施例，因为它们以低功率输入产生高均匀性的场。对于未闭合的形状，诸如带间隙的环形，所需的输入功率会增加，但相对于不使用磁性材料，功率要求仍会显著降低。如果希望电场脉冲仅遍及小体积，则可以通过具有这样的磁性结构来创建场，该磁性结构除了足够宽以放置相关解剖结构的间隙之外是闭合的，如图3中所示。

电场由圆筒形装置产生，如图2中所示。该装置由圆筒形结构(1)以及导电绕组(2)组成，该圆筒形结构(1)由具有高磁导率的材料制成，高磁导率的材料诸如硅钢或常用于电力变压器的芯的其他材料，该导电绕组(2)围绕圆筒形材料缠绕，通过电线(3)被供应电流。圆筒的磁性材料通常具有高于1,000的相对磁导率。希望磁导率尽可能大。可以被认为是合适的一些其他材料例如是铁粉、镍铁合金、铁氧体陶瓷以及铁、硼和硅的纳米晶合金。导电绕组通常是10-28AWG范围内的铜线，在圆筒上缠绕成通常具有1-200匝的线圈布置，这取决于驱动电路系统的其他方面。

如图2中所示，圆筒(1)以类似于变压器的方式用载流电线(2)的线圈紧密缠绕。圆筒包括高磁导率磁性材料。磁性材料的示例包括但不限于硅钢。电流通过这些电线是倾斜的，从而在磁性材料内侧生成强磁场。该磁场随着电线中的电流增加或减少而增加或减少，这通过法拉第效应产生相关联的电场。通过随时间改变磁场的大小，在圆筒的内部区域限定的区域中生成电场，如图2所示。

由于构成圆筒的磁性材料的高磁导率，绕组(2)中的电流在圆筒内侧产生强磁场。如果这些绕组中的电流随时间变化，则变化的电流会在圆筒内侧产生变化的磁场。该变化的磁场通过法拉第感应定律在磁性圆筒形材料内但也在圆筒形材料外侧的区域中(包括圆筒的中心区域(4))生成电场。生成的电场的大小与圆筒形材料内侧磁场的变化率成正比。

图2中的圆筒形单元(1)原则上可以被成形为非圆形几何形状，并且不必是完全闭合的结构。圆形形状和闭合结构是优选实施例，因为它们以低功率输入产生高均匀性的场。对于未闭合的形状，诸如带有间隙的圆筒，所需的输入功率会增加，但与不使用磁性材料相比，功率要求上仍会显著降低。如果希望电场脉冲仅遍及小体积，则可以通过具有这样的磁性结构来创建场，该磁性结构除了足够宽以放置相关解剖结构的间隙之外是闭合的，如图3中所示。

通过使用具有关于直径和间隔精心设计的几何关系的多个此类环形或圆筒形芯，可以生成高电场均匀性的大区域。一个实施例类似于被用于由电流产生磁场的亥姆霍兹线圈(Helmholtz Coil)。在该布置中，如图4中所示，环形芯对齐，因此它们共享公共轴，并且被隔开等于环形或圆筒形芯的半径的距离。图5中示出了另一个实施例，其中多个圆筒形芯被布置为共享公共轴。在图4和图5中描绘的任一配置中，患者沿装置的中心轴被放置。当如此布置时，电场沿环形或圆筒形芯的轴线运行，在优选应用中，其将沿人类患者或许多类型的兽医患者的长轴运行。此类布置使两个线圈的电场均匀性最大化。通过使用多于两个线圈可以产生更大的均匀区域。例如，对于三个线圈，可以使用类似于用于磁场的麦克斯韦线圈的布置，其包括位于两个相同线圈中间的具有更大半径的线圈。此类设计可以以系统成本、重量和复杂性为代价被扩展到任意大数量的线圈以增加均匀体积。

为了获得给定幅度的电场脉冲，线圈由电压脉冲驱动。在线圈绕组两端施加的电压会在线圈周围产生电场，从而在绕组中感应出相反电压(opposing voltage)，就像在任何电感器中发生的一样。产生该相反电压的电场就是所需的电场。尽管一些施加的电压会消耗在绕组的电阻和电路中的其他部件中，但主要部分负责产生所需的电场。采用该方法生成电场有三个主要好处。第一，电场具有高空间均匀性。第二，电场切向地指向躺在装置中的患者的表面。第三，相对于一些其他方法，功率要求和热量生成非常低。需要高均匀性，使得以在整个身体或治疗区域一致的方式施加治疗。对于该应用的可用治疗区域被认为是在空的空间中场强变化小于大约10％的地方。

切向地指向患者表面的电场的可取性是最小化由于身体内部的水分子极化而发生的电场的减少。水具有很强的极化性(电极化率)，这会导致身体内部的场大大减少。对于垂直指向表面的场，该效应最大，其中电场减少到高达1/75-1/80(a factor of 75-80)。对于沿患者表面指向的电场，该减少可以小得多，范围从几乎没有减少至减少到约1/20。

由于在环形或圆筒形芯中使用具有高磁化率的材料，因此该技术的功率要求非常低。在不使用磁性材料的情况下，所需的功率和生成的热量可能会高出10,000倍以上，从而导致对电气设施的艰巨要求、与热移除相关的工程挑战、患者安全问题以及构建HVAC系统的繁重特殊要求。

此类功率估计可以通过使用圆筒几何形状考虑产生所需磁场所需的电流密度来进行。用于此类比较的一个有用的参考几何形状是，电流在空间中占据圆筒形环，从半径R1到半径R2，长度为L，主要在方位角方向中流动。本领域技术人员可以容易地计算产生沿螺线管轴线定向的给定磁场所需的电流密度，并使用铜的电导率估计生成的热密度。例如，使用实心铜填充内直径为70cm且外直径为110cm、长1米的圆筒形环，将导致峰值热生成超过40千瓦，并且需要超过2000磅的铜。

在本公开中描述的装置中生成类似电场所需的峰值功率，当在环形线圈中使用高磁导率材料(诸如硅钢)时在5-20瓦的范围内，并且当在圆筒中使用高导磁率材料(诸如硅钢)时通常小于100瓦。功率的该大幅降低是磁性材料的非常高的磁导率的结果，导致磁性材料内部的磁场比相同绕组模式下的空的空间中的磁场大了大约四个数量级。

电场幅度可以在“开环”布置中控制，其中从输入电压、产生的电流和系统电阻中已知预期的电场输出；或者可以在“闭环”布置中控制，其中使用反馈回路。电场可以以下述方式测量，并且该信息在反馈回路中反馈到电子系统中，该反馈回路调节施加的电压以产生所需的电场幅度。

电场的测量通过计算和测量的组合来完成。测量局部电场可能非常困难，但是可以围绕闭环执行整体测量。如图6所示的包围环形线圈或圆筒的横截面的电线线环(5)将在其中感应出电压，该电压在大小上与通过环形线圈/圆筒横截面的磁通量的变化率相等，因为几乎所有的磁通量都包含在磁性材料中。整体电压将仅取决于电线线环绕横截面的次数，且另外与线环所遵循的路径无关。

电场的空间相关性可以从已知的几何形状计算并且与围绕单个线环测量的电压相关。为了执行线环周围的电压测量，电线线环围绕环形线圈或圆筒的横截面穿过，并在高阻抗端子处(诸如示波器的输入端或任何高输入阻抗端子)闭合。只要端子的输入阻抗比电线的电阻大得多，则线环周围感应的几乎整个电压都会降在高阻抗端子上。线环周围的电压可以与计算出的电场空间分布一起使用，以获得电场强度的局部值。在这种能力中，围绕单个线环感应的电压充当空间分布的缩放或校准因子。

因此，该装置的附加元件是电线线环(5)，其可以环绕环形线圈或圆筒横截面一次或多于一次以对电场具有更高的灵敏度。该电线连接回系统电子器件，以用于监视电场，或用于前面描述的反馈回路。

驱动电子器件中的电压脉冲可以用许多不同类型的放大器配置产生。由于通常需要驱动环形或圆筒形绕组的电压在15-100伏范围内，因此需要D类放大器配置以避免放大器的输出晶体管中的大量热耗散。该配置使用脉宽调制(PWM)来控制放大器的输出，并且以高效率和低成本著称。

产生电场的装置可以进一步结合到系统中，该系统可以应用于治疗能力，当与药理学药剂组合时，可以治疗某些类型的癌症，如图7中所示。具体地，该系统包括外壳中的一个或更多个环形或圆筒形芯，并连接到控制系统，用于涉及电场的治疗的应用。图7示出系统的框图。环形或圆筒形装置(6)在放置患者的内部区域产生电场脉冲。电缆(7)将环形或圆筒形装置连接到驱动和感测电路系统(8.1-8.3)，该电路系统向环形单元上的绕组提供电压或电流脉冲。环形或圆筒形单元内的感测线圈测量环形或圆筒形单元内产生的电场，并且可以用于控制输出。微处理器(9)向装置的操作者提供用户界面，并与驱动和感测电路系统接口连接以控制脉冲的幅度、持续时间和间隔，以及开始和停止脉冲。

驱动电子器件连接到计算机，该计算机托管用户界面，该用户界面使用户能够控制脉冲幅度、持续时间和间隔，以及开始和停止脉冲治疗。计算机可以通过串行总线与驱动电子器件通信，但其他选择也是可能的。

脉冲电场系统可以应用于称为靶向渗透裂解(TOL)的治疗技术。参见US8,921,320。该技术背后的原理在于电场脉冲刺激细胞膜中的钠通道打开，将更多的钠输送到细胞中。众所周知，癌细胞比非癌细胞具有多得多的钠通道。产生了细胞内的钠浓度的增加。药理学药剂阻止钠从细胞中排出。结果是细胞内的渗透压增加，导致细胞破裂。由于癌细胞比非癌细胞具有多得多的钠通道，因此正常组织被保留。

图8示出与TOL应用相关联的典型脉冲序列。在自由空间中，电场幅度落在0.1V/m到100V/m的范围内。脉冲包括大约1-50毫秒的正向极化(forward polarization)，然后是相似持续时间和幅度的反向极化。脉冲从结束到开始间隔5-50毫秒。定时、持续时间和幅度的精确细节在应用中可以不尽相同。

图9描绘了在乳腺癌小鼠模型中诱导渗透裂解的脉冲磁场的治疗功效的体内验证。在以1小时的间隔注射7mg/kg地高辛或生理盐水中的500K高度恶性小鼠乳腺癌4T1细胞(颈部的皮下背面)五次后，建立了四组具有异种移植物(下背部直径0.7-1.2cm)的雌性免疫活性BALBc小鼠(n＝8)。该方案甚至在糟糕的血管组织中建立了稳态药代动力学。从最后一次注射后15分钟开始，将小鼠暴露于由环形装置生成的脉冲磁场中30分钟。该治疗在第0日(day 0)(治疗的第一天)和第1日进行。监视小鼠的肿瘤生长并在小鼠符合NIH人道终点安乐死标准时将其处死。如图9中所示，用TOL治疗的小鼠达到人道终点安乐死标准的时间明显长于对照组的小鼠。

由环形或圆筒形装置产生的电场还可以具有其他治疗或工业应用。

应当理解，上述实施例仅是对可以构成本发明原理的应用的众多且不同的其他实施例的说明。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本领域技术人员可以容易地设计出此类其他实施例，并且我们的意图是将它们视为在本发明的范围内。

参考符号的列表

1 环形/圆筒形结构

2 导电绕组

3 电线

4 环形结构的中心区域

5 环绕环形结构的横截面的电线线环

6 环形/圆筒形装置

7 电缆

8 驱动和感测电路系统

9 微处理器。

Claims (33)

1.一种用于生成脉冲电场的装置，包括：

一个或更多个环形或圆筒形结构(1)，

多个导电绕组(2)，其围绕每个环形或圆筒形结构缠绕，以及

多根电线(3)，其向所述导电绕组(2)供应电流。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环形或圆筒形结构(1)由具有高相对磁导率的磁性材料制成。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述磁性材料的相对磁导率是1,000或更高。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述磁性材料选自由硅钢、铁粉、镍铁合金、铁氧体陶瓷、铁、硼和硅的纳米晶合金组成的组。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电绕组(2)由选自由铝、银、锡、镀锌钢、磷青铜、铅或金组成的组中的材料制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电绕组(2)由10-28AWG范围内的铜线制成。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电绕组(2)在所述环形或圆筒形结构上缠绕成1至200匝的线圈布置。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，当电流通过所述导电绕组(2)是倾斜的时，在所述磁性材料内生成磁场。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述磁场随着所述导电绕组(2)中的电流增加或减少而增加或减少以产生电场。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，通过随时间改变所述磁场的大小在所述环形或圆筒形结构(1)的内部区域中生成电场。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所生成的电场的大小与所述环形或圆筒形结构的所述磁性材料内部的所述磁场的变化率成正比。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环形或圆筒形结构(1)为圆形形状。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环形或圆筒形结构(1)为非圆形形状。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环形或圆筒形结构(1)是闭合结构。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环形或圆筒形结构(1)是非闭合结构。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，至少两个环形或圆筒形结构(1)同轴布置。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述至少两个环形或圆筒形结构(1)被隔开等于所述环形或圆筒形结构的半径的距离。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，人类或动物受试者沿着所述装置的中心轴被放置。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，给定幅度的电场脉冲由施加在所述环形或圆筒形结构(1)的所述导电绕组(2)两端的电压产生。

20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述脉冲电场的幅度在“开环”布置中被控制，在所述“开环”布置中，根据输入电压、产生的电流和系统电阻知道预期的电场输出。

21.根据权利要求1所述的装置，还包括用于感测在所述装置内生成的所述电场的附加线圈绕组。

22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述附加线圈绕组包括电线线环(5)，其围绕所述环形或圆筒形结构的横截面至少一匝，以对所述电场具有更高的灵敏度。

23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电线线环(5)感应出电压，所述电压在大小上与通过所述环形或圆筒形结构的所述横截面的磁通量的变化率相等。

24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电线线环(5)在高阻抗端子处闭合，用于测量所述线环周围的电压。

25.一种用于涉及电场的治疗处理的系统，包括：

环形或圆筒形装置(6)，其用于生成脉冲电场，

驱动和感测电路系统(8)，

多条电缆(7)，其将所述装置(6)连接到所述驱动和感测电路系统(8)，以及

微处理器(9)，其提供用于操作所述装置(6)以及所述驱动和感测电路系统(8)的用户界面。

26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述环形或圆筒形装置(6)包括一个或更多个环形或圆筒形结构(1)、围绕所述环形或圆筒形结构缠绕的导电绕组(2)以及向所述导电绕组(2)供应电流的电线(3)。

27.根据权利要求25所述的系统，其中，当与药理学药剂组合时，所述脉冲电场用于治疗癌症。

28.根据权利要求25所述的系统，其中，当与药理学药剂组合时，所述脉冲电场用于癌症治疗的靶向渗透裂解中使用。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述电场的幅度在自由空间中落在0.1V/m至100V/m的范围内。

30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述电场的脉冲由大约1-50毫秒的正向极化和随后的相似持续时间和幅度的反向极化组成。

31.根据权利要求28所述的系统，其中，所述电场的脉冲从结束到开始相隔5-50毫秒。

32.一种用于涉及电场的治疗处理的方法，包括通过环形或圆筒形装置(6)生成脉冲电场，其中，所述环形或圆筒形装置(6)包括一个或更多个环形或圆筒形结构(1)、围绕所述环形或圆筒形结构缠绕的导电绕组(2)以及向所述导电绕组(2)供应电流的电线(3)。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括使用药理学药剂进行靶向渗透裂解。

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