CN113693711A - 脉冲发生电路、装置及脉冲发生方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种脉冲发生电路、装置及脉冲发生方法。该脉冲发生电路包括：电荷存储单元，用于与电源模块电连接；分压单元，其输入端与电荷存储单元电连接，输出端被设置为与控制模块电连接，用于向控制模块反馈电荷存储单元的电信号；脉冲发生单元，其输入端与电荷存储单元电连接，控制端被设置为与控制模块电连接，用于根据控制模块的控制信号输出脉冲；控制信号是基于电信号生成的。本申请可使细胞及组织中的电场分布更加均匀，使肿瘤消融更加彻底，减少肿瘤复发的情况；同时可使能够引起肌肉收缩的电流密度阈值大幅度提升，降低肌肉收缩强度，进而减轻治疗过程中病人的痛苦并减少电极针移位的情况，从而使消融区域的控制更加精确。

Description

脉冲发生电路、装置及脉冲发生方法

技术领域

本申请涉及信号发生装置技术领域，具体而言，本申请涉及一种脉冲发生电路、装置及脉冲发生方法。

背景技术

自从IRE(不可逆电穿孔技术)消融肿瘤批准用于临床后，应用越来越广泛，并且取得了较好的治疗效果。但是随着临床研究的深入，发现IRE在消融时存在以下问题：由于脉冲电场的刺激，肌肉和神经会引发动作电位，从而导致手术中的肌肉收缩现象，在临床治疗中会增加病人的痛苦，并容易引起电极针移位，导致消融区域不能精确控制；由于电场在组织中分布不均匀，导致术后肿瘤局部消融不彻底，容易引起肿瘤复发。这些问题很大程度上限制了IRE消融肿瘤技术更近一步的发展。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种脉冲发生电路、装置及脉冲发生方法，用以解决现有技术存在的因动作电位的产生和电场分布不均匀的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种脉冲发生电路，与电源模块和控制模块相配合，该脉冲发生电路包括：

电荷存储单元，用于与电源模块电连接；

分压单元，其输入端与电荷存储单元电连接，输出端被设置为与控制模块电连接，用于向控制模块反馈电荷存储单元的电信号；

脉冲发生单元，其输入端与电荷存储单元电连接，控制端被设置为与控制模块电连接，用于根据控制模块的控制信号输出脉冲；控制信号是基于电信号生成的。

第二方面，本申请实施例提供了一种脉冲发生装置，包括：电源模块、控制模块、目标负载以及如本申请实施例第一方面提供的脉冲发生电路；

控制模块、目标负载、脉冲发生电路均与电源模块电连接；

控制模块和目标负载还与脉冲发生电路电连接。

第三方面，本申请实施例提供了一种脉冲发生方法，应用于本申请实施例第二方面的脉冲发生装置，包括：

控制模块控制脉冲发生电路中脉冲发生单元的导通状态，使脉冲发生单元输出单极性脉冲或双极性脉冲至目标负载。

本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：

本申请实施例中，脉冲发生电路在控制模块的控制下释放出高频单极性脉冲和/或双极性脉冲，在应用于肿瘤消融治疗时，高频双极性脉冲可使细胞及组织中的电场分布更加均匀，使肿瘤消融更加彻底，减少肿瘤复发的情况；同时对于所产生的某一动作电位，本申请实施例可使能够引起肌肉收缩的电流密度阈值大幅度提升，降低肌肉收缩强度，进而减轻治疗过程中病人的痛苦并减少电极针移位的情况，从而使消融区域的控制更加精确。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种脉冲发生装置的结构框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种脉冲发生电路的电路原理示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种脉冲发生电路的电路原理示意图；

图4为本申请实施例中脉冲输出控制模块的电路原理以及脉冲发生电路的连接关系示意图；

图5为本申请实施例中目标负载的一种电路原理示意图；

图6为本申请实施例中单极性脉冲的示意图；

图7为本申请实施例中双极性脉冲的示意图；

图8为本申请实施例中治疗仪器开机自检过程的信号时序示意图；

图9为本申请实施例中治疗仪器常规工作模式的信号时序示意图；

图10为本申请实施例中治疗仪器外部触发模式的信号时序示意图；

图11为本申请实施例中治疗仪器故障自动停止模式的信号时序示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种脉冲发生装置，如图1所示，包括：控制模块100、目标负载200、脉冲发生电路300以及电源模块400。

控制模块100、目标负载200、脉冲发生电路300均与电源模块400电连接，电源模块400用于为控制模块100、目标负载200以及脉冲发生电路300供电；控制模块100和目标负载200还与脉冲发生电路300电连接。

本申请实施例中的目标负载200可用于与生物体电连接，实现对生物体的肿瘤消融治疗。

本申请实施例提供了一种脉冲发生电路300，与电源模块400和控制模块100相配合，如图2或图3所示，该脉冲发生电路300包括：电荷存储单元301、分压单元302和脉冲发生单元303。

电荷存储单元用于与电源模块400电连接；分压单元302，其输入端与电荷存储单元电连接，输出端被设置为与控制模块100电连接，用于向控制模块100反馈电荷存储单元的电信号；脉冲发生单元303，其输入端与电荷存储单元电连接，控制端被设置为与控制模块100电连接，用于根据控制模块100的控制信号输出脉冲；控制信号是基于电信号生成的。

在一个可选的实施方式中，本申请实施例提供的脉冲发生电路300的电路原理如图2所示。

参照图2，电荷存储单元301可包括电容C1，该电容C1的两端分别与电源模块400的正极(HV+)和负极(HV-)电连接。

参照图2，脉冲发生单元303为至少一级，每一级脉冲发生单元303包括第一端、第二端、第三端和第四端；

第一级脉冲发生单元303的第一端、第二端与电荷存储单元301(例如C1)的两端电连接；任意相邻两级脉冲发生单元303中，后一级脉冲发生单元303的第一端、第二端与前一级脉冲发生单元303的第三端、第四端电连接；

第一级脉冲发生单元303的第二端作为脉冲发生电路300的负脉冲输出端OUT-，最后一级脉冲发生单元303的第四端作为脉冲发生电路300的正脉冲输出端OUT+。

可选的，每一级脉冲发生单元303还包括：第一开关子单元、第二开关子单元和电荷存储子单元。

第一开关子单元的第一端与电荷存储子单元的第一端电连接并作为脉冲发生单元303的第一端，第二端与电荷存储子单元的第二端电连接并作为脉冲发生单元303的第四端；

第二开关子单元的第一端与电荷存储单元301的第三端电连接并作为脉冲发生单元303的第三端，第二端作为脉冲发生单元303的第二端，第三端与第一开关子单元的第三端电连接。

可选的，参照图2，第一开关子单元包括第一晶体管S1和第四晶体管S4，第二开关子单元包括第一晶体管S2和第三晶体管S3，电荷存储子单元包括电感L1和电容C2。

第一晶体管S1的第一端与电感L1电连接，该连接端作为本级脉冲发生单元303的第一端，与电源模块400或前一级脉冲发生单元303的第三端电连接；第一晶体管S1的第二端与第四晶体管S4的第一端电连接，第四晶体管S4的第二端与电容C2电连接，该连接端作为本级脉冲发生单元303的第四端，与后一级脉冲发生单元303的第二端电连接；第二晶体管S2的第一端与电感L1和电容C2连接端电连接，该连接端作为本级脉冲发生单元303的第三端，与后一级脉冲发生单元303的第一端电连接；第二晶体管S2的第二端与第三晶体管S3的第一端电连接，第三晶体管S3的第二端作为本级脉冲发生单元303的第二端与电容C1电连接。

晶体管S1-S4的控制端均可通过驱动芯片(图2中未示出)与控制模块100电连接，接受控制模块100的控制。

本申请实施例的多级脉冲发生单元303的设置，可扩展脉冲发生电路300输出脉冲的电压范围；当每一级脉冲发生单元303中第一开关子单元均导通、第二开关子单元均断开时，各级脉冲发生单元303的第一开关单元与电荷存储单元301共同形成串联通路，可扩展输出的正极性脉冲的电压范围；当每一级脉冲发生单元303中第二开关子单元均导通、第一开关子单元均断开时，各级脉冲发生单元303的第二开关单元与电荷存储单元301共同形成串联通路，可扩展输出的负极性脉冲的电压范围。

本申请实施例中电感L1的设置可防止在电容C1或前一级脉冲发生单元303中的电容C2放电时，本级脉冲发生单元303中的电容C2发生短路。

在另一个可选的实施方式中，本申请实施例提供的脉冲发生电路300的结构如图3所示。

参照图3，电荷存储单元301包括电阻R1和电容C1，电阻R1的第一端与电源模块400的正极(HV+)电连接，电阻R1的第二端与电容C1的第一端电连接，电容C1的第二端、电源模块400的负极(HV-)均接地。

参照图3，脉冲发生单元303包括：第一开关子单元和第二开关子单元。

第一开关子单元的第一端、第二开关子单元的第一端均与电容C1的第一端电连接，第一开关子单元的第二端、第二开关子单元的第二端均与电容C1的第二端电连接，第一开关子单元的第三端、第四端分别与第二开关子单元的第三端、第四端电连接。

可选的，参照图3，第一开关子单元包括第一晶体管S1和第四晶体管S4，第二开关子单元包括第二晶体管S2和第三晶体管S3。

第一晶体管S1的第一端和第二晶体管S2的第一端均电容C1的第一端电连接；第一晶体管S1的第二端与第三晶体管S3的第一端电连接，该连接端作为脉冲发生单元303的正脉冲输出端OUT+；第二晶体管S2的第二端与第四晶体管S4的第一端电连接，该连接端作为脉冲发生单元303的负脉冲输出端OUT-。

S1-S4的控制端均可通过驱动芯片(图3中未示出)与控制模块100电连接，接受控制模块100的控制。

本申请实施例中的晶体均可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，其是由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型三极管)和MOS(Metal Oxid Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体绝缘栅型场效应管)的高输入阻抗和GTR(Giant Transistor，大功率晶体管)的低导通压降两方面的优点。

在一个示例中，本申请实施例中的S1-S4的工作频率最高为1MHz(兆赫兹)，S1和S4、与S2和S3之间有死区时间，死区时间为100ns(纳秒)-50us(微秒)可调。

可选的，参照图2或图3，分压单元302包括串联的电阻R2和R3，在图2的示例中，该串联结构与电容C1并联，在图3的示例中，该串联结构与电容C1并联。该串联结构可向控制模块100反馈电容C1的电压信号MS1。

可选的，本申请实施例提供的脉冲发生电路300还包括：放电控制单元304。

放电控制单元304，其输入端与电荷存储单元301电连接，控制端被设置为与控制模块100电连接，用于在控制模块100的控制下导通使电荷存储单元301放电。

可选的，参照图2或图3，放电控制单元包括第五晶体管S5和电阻R4。

第五晶体管S5的第一端、第二端分别与电荷存储单元301的第一端、电阻R4的第一端电连接，控制端被设置为与控制模块100电连接，用于根据控制模块100的控制信号导通或关断；电阻R4的第二端与电荷存储单元301的第二端电连接。

可选的，在图2所示的示例中，放电控制单元304和脉冲发生单元303之间还可连接电感L2，电感L2可减少脉冲发生电路300中的电位突变，例如可以减少MS1信号和DGND信号的突变，DGND信号具体可以是DGND-ISO-0信号。

可选的，本申请实施例提供的脉冲发生装置还包括：脉冲输出控制模块400。

控制模块100、目标负载200、脉冲发生电路300中的脉冲发生单元303均与脉冲输出控制模块400电连接；

脉冲输出控制模块400用于在控制模块100的控制下将脉冲发生单元303输出的脉冲输出至目标负载200上。

可选的，如图4所示，脉冲输出控制模块400包括：第一阻抗单元和第一继电器401。

第一阻抗单元的第一端与脉冲发生单元303的正脉冲输出端OUT+电连接，第二端与脉冲发生单元303的负脉冲输出端OUT-、目标负载200分别电连接。

第一继电器401的控制端与控制模块100电连接，输入端3与脉冲发生单元303的正脉冲输出端OUT+电连接，第一输出端1与目标负载200电连接，第二输出端2悬空；第一继电器401用于根据控制模块100的控制信号，控制脉冲发生单元303的脉冲输出端与目标负载200导通或断开。

可选的，参照图4，第一阻抗单元可以包括电阻Rj。

可选的，参照图4，脉冲输出控制模块400还可包括：第二阻抗单元，其两端分别与第一继电器401的第三输出端4、第四输出端5电连接，第二阻抗单元可以包括电阻Rrelaysr。

可选的，控制模块100包括第一控制端和第二控制端；第一控制端和第二控制端均与脉冲发生电路300中的脉冲发生单元303电连接。

控制模块100用于通过第一控制端和第二控制端控制脉冲发生单元303发出单极性脉冲或双极性脉冲。

在如图2或图3所示的示例中，控制模块100的第一控制端与脉冲发生单元303中的第一晶体管S1的控制端、第二晶体管S4的控制端分别电连接，控制模块100通过第一控制端控制第一晶体管S1和第二晶体管S4导通或关断，在第一晶体管S1和第二晶体管S4间歇性导通或关断时，可输出正极性脉冲；控制模块100的第二控制端与第二晶体管S2的控制端、第三晶体管S3的控制端分别电连接，控制模块100通过第二控制端控制第二晶体管S2和第三晶体管S3导通或关断，在第二晶体管S2和第三晶体管S3间歇性导通或关断时，可输出负极性脉冲。

可选的，控制模块100包括第三控制端；控制模块100的第三控制端与脉冲发生电路300中的放电控制单元304电连接；控制模块100用于通过第三控制端控制放电控制单元304的导通或关断。

可选的，在如图2或图3所示的示例中，控制模块100的第三控制端与第五晶体管S5(栅极G)的控制端电连接，控制模块100通过第三控制端控制第五晶体管S5导通或关断，在导通时电容C1两端的电压会随着电阻R4的消耗下降。

可选的，控制模块100还包括第四控制端；控制模块100的第四控制端与脉冲输出控制模块400电连接；控制模块100用于通过第四控制端控制脉冲输出控制模块400。

可选的，控制模块100包括第一信号接收端和第二信号接收端中的至少一个。

第一信号接收端用于与生物信号检测模块电连接，第二信号接收端用于与脚踏开关电连接。

控制模块100用于：通过第一信号接收端接收生物信号检测模块的反馈信号，根据生物信号检测模块的反馈信号生成用于控制脉冲发生单元303的控制信号；通过第二信号接收端接收脚踏开关的反馈信号，根据脚踏开关的反馈信号生成用于控制脉冲输出控制模块400的控制信号。

本申请实施例中的生物信号检测模块可以是ECG(electrocardiogram，心电图)检测模块，在一个可选的实施方式中，本申请实施例中的生物信号检测模块和脚踏开关可通过隔离模块与控制模块连接，在生物信号检测模块和脚踏开关一侧出现信号波动时，可降低对控制模块的影响。

参照图4的示例，控制模块100可通过第一信号接收端接收ECG隔离模块的反馈信号，基于该反馈信号可生成用于控制第一至第四晶体管S1-S4的控制信号，第一晶体管S1和第四晶体管S4的控制信号可通过第一控制端输出，第二晶体管S3和第三晶体管S2的控制信号可通过第二控制端输出；控制模块100还可通过第二信号接收端接收脚踏开关的反馈信号，基于该反馈信号可生成用于控制第一继电器的控制信号，该控制信号可通过第三控制端输出。

可选的，控制模块100还包括第三信号接收端和第四信号接收端中的至少一个。

第三信号接收端与脉冲发生电路300中的分压单元302电连接，第四信号接收端与脉冲发生电路300中的脉冲发生单元303电连接。

控制模块100用于通过第三信号接收端接收分压单元302反馈的电压信号(即电荷存储单元310两端的电压信号)，和/或，通过第四信号接收端接收脉冲发生单元330的电流信号；根据该电压信号和电流信号中的至少一种信号生成用于控制脉冲发生单元303的控制信号。

在如图2或图3所示的示例中，第三信号接收端可接收分压器(附图中未示出)测量(测量端为分压单元302的一个输出端)电容C1两端的电压信号MS1，第四信号接收端可接收电流传感器测量的电流信号MS2，控制模块100可判断该电压信号MS1和电流信号MS2中的至少一种信号是否正常，若有异常则生成用于控制第一至第四晶体管的控制信号。

在一个示例中，MS1信号的范围为0-5V(伏)，传输接头为两根插线接头(1正、1GND即接地)。MS2信号的形式为脉冲串，其脉宽范围为1-200μs(微秒)，幅值范围为0-6V，上升沿200ns(纳秒)，下降沿1μs，传输接头为SMA(SubMiniature version A，超小型版本)接头。

在一个示例中，本申请实施例中的控制模块100的参数及硬件需求如下：

采样需求：2路10位以上的ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)，采样率5M(兆)以上；1路边沿触发接收端。

控制需求：2路10为以上的DAC(Digital-to-Analog Converter)，输出直流电压0-2.5V(或0-3.3V)；12路TTL(Transistor-Transistor Logic晶体管-晶体管逻辑电路)高低电平输出信号，上升沿<100ns，下降沿<100ns，控制时间精度<500ns。

其它需求：性能稳定，可长时间安全稳定运行，抗电磁干扰能力强。

在一个示例中，本申请实施例中的控制模块100输出的控制信号为0/3.3V，各控制信号可独立控制。

可选的，本申请实施例中的目标负载200包括：至少一个电极针组件和脉冲输出切换模块。

在一个可选的实施方式中，脉冲输出切换模块的输入端与脉冲发生电路300的脉冲输出端(包括正脉冲输出端OUT+和负脉冲输出端OUT-)电连接，至少一个输出端与至少一个电极针组件电连接，控制端与控制模块100电连接；控制模块100用于控制脉冲输出切换模块导通脉冲发生单元303与任意数量的电极针组件之间的电路。

在另一个可选的实施方式中，脉冲输出切换模块的输入端与脉冲输出控制模块400的脉冲输出端(包括正脉冲输出端+Pulse和负脉冲输出端-Pulse)电连接，输出端的连接方式同前。

可选的，本申请实施例中的脉冲输出切换模块包括：至少一组继电器；每组继电器均包括：第二继电器和第三继电器。

在每组继电器中，第二继电器的输入端与脉冲输出端中的正脉冲输出端(例如图4中的OUT+或+Pulse)电连接，一个输出端与对应的一个电极针组件电连接；第三继电器的输入端与脉冲输出端中的负脉冲输出端(例如图4中的OUT+或+Pulse)电连接，一个输出端与一个电极针组件电连接；第二继电器的控制端和第三继电器的控制端均与控制模块100电连接；第二继电器和第三继电器用于：在控制模块100的控制下导通或断开。

图5中示出6组继电器作为示例的目标负载200示意图，6组继电器分别为继电器+1和继电器-1、继电器+2和继电器-2、继电器+3和继电器-3、继电器+4和继电器-4、继电器+5和继电器-5、以及继电器+6和继电器-6。其中，继电器+1至+6分别为6组继电器中与正脉冲输出端电连接的第二继电器，继电器-1至-6分别为6组继电器中与负脉冲输出端电连接的第三继电器；图5中的J1至J6为6组继电器分别对应的6个电极针组件。

继电器+1至+6中任意一个继电器导通时可将脉冲发生电路300发出的正极性脉冲(脉冲+)输出至对应的一个电极针组件，继电器-1至-6中任意一个继电器导通时可将脉冲发生电路300发出的负极性脉冲(脉冲-)输出至对应的一个电极针组件。

基于同一组中两个继电器的导通状态，可实现向所连接的电极针组件输出单极性脉冲或双极性脉冲。以继电器+1和继电器-1例，若继电器+1持续导通，继电器-1持续关断，则可向J1输出单极性脉冲(此时为正极性脉冲)；若继电器-1持续导通，继电器+1持续关断，则可向J1输出单极性脉冲(此时为负极性脉冲)；若继电器-1和继电器-1交替导通和关断，即在继电器+1间歇性地处于导通状态的同时，继电器-1间歇性地处于关断状态，在继电器+1间歇性地处于关断状态的同时，继电器-1间歇性地处于导通状态，此时可向J1间歇性地输出正极性脉冲和负极性脉冲，实现双极性脉冲的输出。

电极针组件用于与生物体连接，向生物体输出脉冲，对生物体的肿瘤细胞进行治疗。

本申请实施例提供的脉冲发生装置的具体工作原理可参照后续的方法实施例

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种脉冲发生方法，可应用于本申请实施例提供的脉冲发生装置，该脉冲发生方法包括：

控制模块100控制脉冲发生电路300中脉冲发生单元303的导通状态，使脉冲发生单元303输出单极性脉冲或双极性脉冲至目标负载200。

可选地，控制模块100通过第一信号接收端接收生物信号检测模块的反馈信号，根据该反馈信号生成用于控制脉冲发生单元303的控制信号，通过第一控制端和第二控制端将该控制信号输出至脉冲发生单元303，使脉冲发生单元303输出单极性脉冲或双极性脉冲至目标负载200。

参照图2或图3的示例，控制模块100可根据生物信号检测模块的反馈信号生成用于控制脉冲发生单元303中第一晶体管S1和第四晶体管S4的控制信号和用于控制脉冲发生单元303中第二晶体管S3和第三晶体管S2的控制信号；通过第一控制端将用于控制第一晶体管S1和第四晶体管S4的控制信号输出至第一晶体管S1和第四晶体管S4，以控制其通断状态；通过第二控制端将用于控制第二晶体管S3和第三晶体管S2的控制信号输出至第二晶体管S3和第三晶体管S2，以控制其通断状态。

基于第一至第四晶体管的通断可实现如下任意一种脉冲的输出；

1)第一晶体管S1和第二晶体管S4间歇性导通或关断，且第二晶体管S2和第三晶体管S3持续关断时，如图2或图3中所示的电容C1(在图3中还可以是前一级脉冲发生单元303中的电容C2)在第一晶体管S1和第二晶体管S4导通时放电，在第一晶体管S1和第二晶体管S4关断时停止放电，从而向目标负载200或脉冲输出控制模块400的第二阻抗单元输出正极性脉冲，此时为单极性脉冲。

正极性脉冲的输出形式可以是如图6左图中所示的脉冲串，每个脉冲串内可包括如图6右图所示的n个串内脉冲，n为正整数。

2)第二晶体管S3和第三晶体管S2间歇性导通或关断，且第一晶体管S1和第四晶体管S4持续关断时，向目标负载200或脉冲输出控制模块400的第二阻抗单元输出负极性脉冲，此时为单极性脉冲。

在如图2所示的电路结构中，电容C1在第二晶体管S3和第三晶体管S2导通时放电，在第二晶体管S3和第三晶体管S2关断时停止放电，从而产生负极性脉冲；在如图3所示的电路结构中，本脉冲发生单元303中的电容C2在第二晶体管S3和第三晶体管S2导通时放电，在第二晶体管S3和第三晶体管S2关断时停止放电，从而产生负极性脉冲。

负极性脉冲的输出形式可以是类似于图6左图中所示的脉冲串，每个脉冲串内可包括类似于图6右图所示的n个串内脉冲，与图6的区别在于，负极性脉冲的脉冲幅值为负。

3)第一晶体管S1和第二晶体管S4间歇性导通或关断，且第二晶体管S2和第三晶体管S3间歇性关断或导通(在S1和S4导通时关断，在S1和S4关断时导通)时，向目标负载200或脉冲输出控制模块400的第二阻抗单元间歇性输出正极性脉冲和负极性脉冲，实现双极性脉冲的输出。

在如图2所示的电路结构中，第一晶体管S1和第二晶体管S4、以及第二晶体管S2和第三晶体管S3交替导通或关断，电容C1间歇性放电，从而产生双极性脉冲；在如图3所示的电路结构中，第一晶体管S1和第二晶体管S4、以及第二晶体管S2和第三晶体管S3交替导通或关断，电容C1和电容C2交替放电，从而产生双极性脉冲。

双极性脉冲的输出形式可以是如图7左图中所示的脉冲串，每个脉冲串内可包括如图7右图所示的n个串内脉冲。

可选地，控制模块100控制脉冲发生电路300中的放电控制单元的通断状态，使脉冲发生电路300中的电荷存储单元301在放电控制单元导通时放电。

参照图2或图3的示例，控制模块100可在当前的治疗停止时生成用于控制第五晶体管S5的控制信号，通过第三控制端将该控制信号输出至第五晶体管S5，使第五晶体管S5导通，电容C1(在图3中还可以是前一级脉冲发生单元303中的电容C2)两端的电压随着电阻R2的消耗下降。

可选地，在脉冲发生电路300输出单极性脉冲或双极性脉冲的过程中，控制模块100通过第三信号接收端接收脉冲发生电路300中分压单元302反馈的电压信号，通过第四信号接收端接收脉冲发生单元330的电流信号，根据电压信号和电流信号中的至少一种控制脉冲发生电路300中脉冲发生单元303的导通状态。

参照图2或图3的示例，电荷存储单元301的电压信号MS1可通过分压单元302的输出端输出至控制模块100的第三信号接收端，脉冲发生单元330的电流信号MS2可通过输出端输出至控制模块100的第四信号接收端；控制模块100可根据该电压信号MS1和电流信号MS2中的至少一种信号，判断电路是否出现异常，若出现异常，则控制脉冲发生单元303中的各晶体管断开，从而断开整个脉冲发生电路300。

可选地，控制模块100通过第二信号接收端接收脚踏开关的反馈信号，基于该反馈信号生成用于控制第一继电器的控制信号，通过第四控制端将该控制信号输出至第一继电器，使第一继电器与目标负载200导通，从而可向目标负载200交替输出脉冲发生电路300产生的脉冲。

参照图2或图3的示例，第一继电器401在接收到控制信号后，将输入端3与输出端之间的开关由第二输出端2切换至第一输出端1，从而将脉冲发生单元303的脉冲输出端与目标负载200导通。

可选地，本申请实施例提供的脉冲发生方法，还包括：控制模块100控制脉冲输出切换模块向所连接的至少一个电极针组件交替输出正极性脉冲或负极性脉冲，形成双极性脉冲。

参照图2或图3的示例，控制模块100可控制脉冲输出切换模块中的各继电器，通过各继电器将脉冲发生电路300的脉冲输出端或脉冲输出控制单元的脉冲输出端与相应的电极针组件导通，将脉冲发生电路300产生的脉冲输出至电极针组件，进而通过电极针组件可输出至生物体，实现对生物体肿瘤细胞的治疗。

在一个示例中，参照图5，若脉冲输出切换模块400中的继电器+1和继电器-2的控制信号均为高电平信号，其它继电器的控制信号均为低电平时，则电极针组件J1和J2上可分别输出正极性脉冲和负极性脉冲；若继电器+1、继电器+2、继电器-3和继电器-4的控制信号均为高电平，其它继电器的控制信号均为低电平，则则电极针组件J1、J2、J3、J4上可分别输出正极性脉冲、正极性脉冲、负极性脉冲、负极性脉冲。

本申请实施例提供的技术方案在应用于肿瘤消融的治疗仪器时，该仪器通常包括四种工作模式：开机自检过程、常规工作模式、外部触发模式和故障自动停止模式。

下面以图3所示的脉冲发生电路300为基础，示例性地对上述四种模式进行如下介绍：

图8至图11分别示出了上述四种模式下各开关的信号时序示意图，图中的HVP-U和HVP-I分别为电源模块400的设定电压和设定电流；S5信号为晶体管S5的控制信号，该控制信号为低电平时S5断开，该控制信号为高电平时S5导通；S1-4信号为晶体管S1至S4的控制信号，该控制信号为低电平时，相应的晶体管断开，该控制信号为高电平时，相应的晶体管导通；relay为脚踏开关的反馈信号，该反馈信号为低电平时，表示脚踏开关为松开的状态，该反馈信号为高电平时，表示脚踏开关为踩下的状态；外部触发信号为生物信号检测模块的反馈信号，后续将以ECG隔离模块反馈的心电图信号为例进行介绍。

由图8可知，在开机自检过程中，首先打开电源开始对电容充电，当充电电压达到一个稳定值时，进行脉冲放电阶段，对晶体管S1和S4、以及晶体管S2和S3交替施加高电平控制信号，使脉冲发生电路300按照预设的频率输出双极性脉冲；脉冲放电阶段结束后，对晶体管S5施加高电平控制信号，使晶体管S5导通，电容开始放电；relay始终保持低电平。

由图9可知，在常规工作模式下，电容的充电过程、脉冲放电阶段S1-4信号的变化以及脉冲放电阶段之后的电容放电的信号变化过程同图8。在图9的脉冲放电阶段，若用户踩下脚踏开关，则relay由低电平转为高电平，若用户松开脚踏开关，则relay由高电平回到低电平，在relay保持高电平的阶段(脉冲放电阶段的阶段2)，第一继电器可将脉冲发生电路300程发生的脉冲通过脉冲输出切换模块输出至相应的电极针组件。

由图10可知，在外部触发模式下，电容的充电过程、脉冲放电阶段relay信号的变化以及脉冲放电阶段之后的电容放电的信号变化过程同图9。在图10的脉冲放电阶段，S1-4信号随着外部触发信号也即心电图信号的变化而变化，具体地，每当接收到外部触发信号(外部触发信号为高电平)时，即对晶体管S1和S4、以及晶体管S2和S3交替施加高电平控制信号，使脉冲发生电路300输出双极性脉冲，未接收到外部触发信号时，则不对晶体管S1-S4施加控制信号，停止双极性脉冲的输出，从而使双极性脉冲的发生频率与外部触信号的频率一致，在对心脏附近的组织进行治疗时，可减少治疗所使用的双极性脉冲对心脏的不利影响。

由图11可知，在故障自动停止模式下，电容的充电过程、脉冲放电阶段relay信号的部分变化同图9。脉冲放电阶段，例如图11所示的relay的高电平阶段，若脉冲发生电路300中存在数据异常(例如电压信号或电流信号的异常)，则停止对晶体管S1-S4施加控制信号，直接进入电容的放电过程。

应用本申请实施例的技术方案，至少能够实现如下有益效果：

1)本申请实施例可通过控制模块来控制脉冲发生电路使释放出高频双极性脉冲，在应用于肿瘤消融治疗时，高频双极性脉冲可使细胞及组织中的电场分布更加均匀，使肿瘤消融更加彻底，减少肿瘤复发的情况；同时对于所产生的动作电位，本申请实施例可使能够引起肌肉收缩的电流密度阈值大幅度提升，降低肌肉收缩强度，进而减轻治疗过程中病人的痛苦并减少电极针移位的情况，从而使消融区域的控制更加精确。

2)本申请实施例的脉冲发生电路中可设置多级脉冲发生单元，可扩展脉冲发生电路输出脉冲的电压范围，脉冲发生单元的级数越多，电压范围越大；当每一级脉冲发生单元中第一开关子单元均导通、第二开关子单元均断开时，各级脉冲发生单元的第一开关单元与电荷存储单元共同形成串联通路，可扩展输出的正极性脉冲的电压范围；当每一级脉冲发生单元中第二开关子单元均导通、第一开关子单元均断开时，各级脉冲发生单元的第二开关单元与电荷存储单元共同形成串联通路，可扩展输出的负极性脉冲的电压范围。

3)本申请实施例中通过在脉冲发生电路中设置放电控制单元，可控制电荷存储单元的放电，在治疗停止时，可通过控制放电控制单元使其导通，实现电荷存储单元的放电。

4)本申请实施例中通过在脉冲发生装置中设置脉冲输出控制模块，可控制脉冲发生电路与目标负载之间的电路通断，在治疗过程时，可根据实际需求通过脚踏开关来控制脉冲输出控制模块，使其在脚踏开关为踩下的状态时导通脉冲发生电路与目标负载之间的电路，实现双极性脉冲的输出。

5)本申请实施例中通过在目标负载中设置脉冲输出切换模块，可控制脉冲发生电路或脉冲输出控制模块与电极针组件之间的电路通断，在治疗过程时，可根据实际需求通过选择所需的电极针组件来输出双极性脉冲，以实现肿瘤消融的治疗。

6)本申请实施例的控制模块可基于生物信号检测模块的反馈信号来控制脉冲发生单元，使其输出的双极性脉冲的脉冲串的频率与特征信号检测模块的反馈信号一致，从而可优化治疗。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种脉冲发生电路，其特征在于，与电源模块和控制模块相配合，所述脉冲发生电路包括：

电荷存储单元，用于与所述电源模块电连接；

分压单元，其输入端与所述电荷存储单元电连接，输出端被设置为与所述控制模块电连接，用于向所述控制模块反馈所述电荷存储单元的电信号；

脉冲发生单元，其输入端与所述电荷存储单元电连接，控制端被设置为与所述控制模块电连接，用于根据所述控制模块的控制信号输出脉冲；所述控制信号是基于所述电信号生成的。

2.根据权利要求1所述的脉冲发生电路，其特征在于，所述脉冲发生单元为至少一级，每一级所述脉冲发生单元包括第一端、第二端、第三端和第四端；

第一级所述脉冲发生单元的第一端、第二端与所述电荷存储单元的两端电连接；任意相邻两级所述脉冲发生单元中，后一级所述脉冲发生单元的第一端、第二端与前一级所述脉冲发生单元的第三端、第四端电连接；

所述第一级所述脉冲发生单元的第二端作为所述脉冲发生电路的负脉冲输出端，最后一级所述脉冲发生单元的第四端作为所述脉冲发生电路的正脉冲输出端。

3.根据权利要求2所述的脉冲发生电路，其特征在于，每一级所述脉冲发生单元还包括：第一开关子单元、第二开关子单元和电荷存储子单元；

所述第一开关子单元的第一端与所述电荷存储子单元的第一端电连接并作为所述脉冲发生单元的第一端，第二端与所述电荷存储子单元的第二端电连接并作为所述脉冲发生单元的第四端；

所述第二开关子单元的第一端与所述电荷存储单元的第三端电连接并作为所述脉冲发生单元的第三端，第二端作为所述脉冲发生单元的第二端，第三端与所述第一开关子单元的第三端电连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的脉冲发生电路，其特征在于，还包括：放电控制单元；

所述放电控制单元，其输入端与所述电荷存储单元电连接，控制端被设置为与所述控制模块电连接，用于在所述控制模块的控制下导通使所述电荷存储单元放电。

5.一种脉冲发生装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、目标负载以及如上述权利要求1-4中任一项所述的脉冲发生电路；

所述控制模块、所述目标负载、所述脉冲发生电路均与所述电源模块电连接；

所述控制模块和所述目标负载还与所述脉冲发生电路电连接。

6.根据权利要求5所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述脉冲发生装置还包括：脉冲输出控制模块；

所述控制模块、所述目标负载、所述脉冲发生电路中的脉冲发生单元均与所述脉冲输出控制模块电连接；

所述脉冲输出控制模块用于在所述控制模块的控制下将所述脉冲发生单元输出的脉冲输出至所述目标负载上。

7.根据权利要求6所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述脉冲输出控制模块包括：第一阻抗单元和第一继电器；

所述第一阻抗单元的第一端与所述脉冲发生单元的正脉冲输出端电连接，第二端与所述脉冲发生单元的负脉冲输出端、所述目标负载分别电连接；

所述第一继电器的控制端与所述控制模块电连接，输入端与所述脉冲发生单元的正脉冲输出端电连接，第一输出端与所述目标负载电连接，第二输出端悬空；

所述第一继电器用于根据所述控制模块的控制信号，控制所述脉冲发生单元的脉冲输出端与所述目标负载导通或断开。

8.根据权利要求6所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述控制模块包括第一信号接收端和第二信号接收端中的至少一个；

所述第一信号接收端用于与生物信号检测模块电连接，所述第二信号接收端用于与脚踏开关电连接；

所述控制模块用于：通过所述第一信号接收端接收所述生物信号检测模块的反馈信号，根据所述生物信号检测模块的反馈信号生成用于控制所述脉冲发生单元的控制信号；通过所述第二信号接收端接收所述脚踏开关的反馈信号，根据所述脚踏开关的反馈信号生成用于控制所述脉冲输出控制模块的控制信号。

9.根据权利要求5所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制端和第二控制端；

所述第一控制端和所述第二控制端均与所述脉冲发生电路中的脉冲发生单元电连接；

所述控制模块用于通过所述第一控制端和所述第二控制端控制所述脉冲发生单元发出单极性脉冲或双极性脉冲。

10.根据权利要求5所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述控制模块包括第三控制端；

所述第三控制端与所述脉冲发生电路中的放电控制单元电连接；

所述控制模块用于通过所述第三控制端控制所述放电控制单元的导通或关断。

11.根据权利要求8或9所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述控制模块还包括第三信号接收端和第四信号接收端中的至少一个；

所述第三信号接收端与所述脉冲发生电路中的分压单元电连接，所述第四信号接收端与所述脉冲发生电路中的脉冲发生单元电连接；

所述控制模块用于通过所述第三信号接收端接收所述分压单元反馈的电压信号，和/或，通过所述第四信号接收端接收所述脉冲发生单元的电流信号；根据所述电压信号和所述电流信号中的至少一种信号生成用于控制所述脉冲发生单元的控制信号。

12.根据权利要求5所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述目标负载包括：至少一个电极针组件和脉冲输出切换模块；

所述脉冲输出切换模块的输入端与所述脉冲发生电路的脉冲输出端电连接，至少一个输出端与至少一个所述电极针组件电连接，控制端与所述控制模块电连接；

所述控制模块用于控制所述脉冲输出切换模块导通所述脉冲发生单元与任意数量的所述电极针组件之间的电路。

13.根据权利要求12所述的脉冲发生装置，其特征在于，所述脉冲输出切换模块包括：至少一组继电器；每组继电器均包括：第二继电器和第三继电器；

在每组所述继电器中，所述第二继电器的输入端与所述脉冲输出端中的正脉冲输出端电连接，一个输出端与对应的一个电极针组件电连接；所述第三继电器的输入端与所述脉冲输出端中的负极输出端电连接，一个输出端与所述一个电极针组件电连接；

所述第二继电器的控制端和所述第三继电器的控制端均与所述控制模块电连接；

所述第二继电器和所述第三继电器用于：在所述控制模块的控制下导通或断开。

14.一种脉冲发生方法，应用于如权利要求5-13中任一项所述的脉冲发生装置，其特征在于，包括：

控制模块控制脉冲发生电路中脉冲发生单元的导通状态，使所述脉冲发生单元输出单极性脉冲或双极性脉冲至目标负载。

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