CN114601556B - 脉冲场消融刺激用电极、使用方法及电压调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲场消融刺激用电极、使用方法及电压调节方法。脉冲场消融刺激用电极，包括：电极安装盘、电极针、循环支撑杆、第一罩体、第二罩体、连接法兰和冷却循环系统。本发明实施例可以防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于电极针射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤，大大提高了脉冲场消融效果。

Description

脉冲场消融刺激用电极、使用方法及电压调节方法

技术领域

本发明涉及脉冲场消融刺激技术领域，特别是涉及一种脉冲场消融刺激用电极、使用方法及电压调节方法。

背景技术

近年来，随着脉冲生物电学的不断发展，电场脉冲以其非热、微创的生物医学效用收到广泛的关注，并逐渐应用于肿瘤的临床治疗。微创疗法往往需要将电极消融针插入到人体内的病灶区域进行消融治疗。

电脉冲消融作为一种微创伤热消融技术，能够消融肝癌、肺癌、肾癌、前列腺癌、胰腺癌等各种实体肿瘤，其治疗机理是通过高压电源和脉冲发生器产生高压超短纳秒脉冲，发射一定频率的超短脉冲,将电能通过电极以脉冲电场形式释放，通过电极针将电场能量传送到肿瘤组织而损毁病灶。相对于其他热消融方式，电脉冲消融具有应用不致热，不损伤胆管血管等脉管组织，创伤小、疗效确切、可重复多次治疗、成本低等优势,其最重要的部件是电极，电极设计精准才能充分覆盖肿瘤，达到电脉冲毁损肿瘤，激活免疫等目的。

目前，较为常规的消融设备采用的循环冷却系统能够对消融过程中治疗针附近组织进行冷却，防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤。但内部水体流通过程中的不稳定冲击极易造成针管的不规则的细微抖动和震颤，此种抖动和震颤极易造成手术位置的偏差，因此可能需要增加穿刺针的数量进行手术，才能够保证所需的消融效果。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种脉冲场消融刺激用电极，包括：电极安装盘、电极针、循环支撑杆、第一罩体、第二罩体、连接法兰和冷却循环系统。本发明实施例可以防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于电极针射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤，大大提高了脉冲场消融效果。

本发明实施例第二方面提供了一种如本发明实施例第一方面任一项所述脉冲场消融刺激用电极的使用方法，包括：将所述电极针插入到待消融刺激区域；将所述第一罩体盖住待消融刺激区域；启动所述冷却循环系统，向所述第一罩体、所述第二罩体内补充循环冷却液；给所述电极针通电，调整对应所述电极针的电压实施消融刺激。本发明实施例脉冲场消融刺激用电极的使用方法简单、便于实施操作，行之有效，具有很高的实用价值。

本发明实施例第三方面提供了一种脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法，计算出每一对正电极针和负电极针之间待消融刺激区域消融刺激时所需的脉冲场场强阈值；建立电极间电场阈值连续的最大电极场强的拟合模型；针对N对脉冲场场强阈值，得到每个场强阈值E所对应的最大电极电压的拟合函数表达式；基于所得到的N个最大电极电压的拟合函数表达式，确定使得电极的阈值电场连续的最大电极电压。本发明实施例的脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法应用以后，每一个正电极针与对应其的负电极针之间产生的电场强度分布可以分布在整个待消融刺激区域，可以达到最理想的消融刺激状态。

（2）技术方案

本发明第一方面的实施例提出了一种脉冲场消融刺激用电极，包括：

电极安装盘，所述电极安装盘为圆盘结构，所述电极安装盘上设有若干个电极针；若干个所述电极针包括不少于一根的正电极针和负电极针，不少于一根的所述正电极针设置在所述电极安装盘的圆心位置，不少于一根的所述负电极针均匀布置在所述正电极针的一圆周，所述正电极针和所述负电极针相对设置，所述电极针还包括正极连接导线和负极连接导线，所述正极连接导线与所述正电极针连接，所述负极连接导线与所述负电极针连接；

循环支撑杆，所述循环支撑杆垂直于所述电极安装盘设置，且所述循环支撑杆的一端穿过所述电极安装盘，所述连接导线设置在所述循环支撑杆内，且所述正极连接导线和所述负极连接导线均从所述循环支撑杆的另一端穿出；

第一罩体，所述电极安装盘、所述电极针设置在所述第一罩体内，所述第一罩体套设在所述循环支撑杆上且所述第一罩体可相对所述循环支撑杆的长度方向移动；所述第一罩体上设有第一进液口；

第二罩体，所述第二罩体套设在所述循环支撑杆上，所述第二罩体与所述第一罩体间隔一定距离，所述第二罩体上设有第二进液口；所述第二罩体内设有沿所述循环支撑杆相对滑动的活塞环，所述活塞环朝向第一罩体的一侧设有活塞杆，所述活塞杆穿过所述第二罩体后所述第一罩体连接，用于驱动所述第一罩体沿着所述循环支撑杆的长度方向移动；

连接法兰，所述连接法兰设置在所述循环支撑杆的另一端；

冷却循环系统，所述冷却循环系统包括循环泵、储液池，所述循环支撑杆的另一端通过第一管道连通至所述储液池内，所述储液池通过第二管道与所述循环泵连接，所述循环泵的输出端通过第三管道与所述第一进液口连接，所述循环泵的输出端通过第四管道与所述第二进液口连接，且所述第四管道中的液压值大于所述第三管道中的液压值。

进一步地，所述正电极针和所述负电极针均设有六个，相邻所述负电极针的夹角为60°。

进一步地，所述第一罩体的周壁上设有密封圈。

进一步地，所述正电极针和所述负电极针的端部齐平。

进一步地，所述第二罩体与所述循环支撑杆固定连接。

进一步地，所述正极连接导线的另一端连接供电电源，所述正极连接导线与所述供电电源之间设有调压装置。

本发明第二方面的实施例提出了一种如本发明第一方面任一项所述脉冲场消融刺激用电极的使用方法，包括如下步骤：

将所述电极针插入到待消融刺激区域；

将所述第一罩体盖住待消融刺激区域；

启动所述冷却循环系统，向所述第一罩体、所述第二罩体内补充循环冷却液；

给所述电极针通电，调整对应所述电极针的电压实施消融刺激。

进一步地，所述循环冷却液为去离子水。

进一步地，所述循环冷却液的温度范围为37℃-39℃。

本发明第三方面的实施例提出了一种脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法，包括如下步骤：

通过影像法计算出每一对正电极针和负电极针之间待消融刺激区域消融刺激时所需的脉冲场场强阈值E_o；

建立电极间电场阈值连续的最大电极场强的拟合模型:E_{f_max}＝f(V，L)，其中V为每一对正电极针和负电极针之间所施加的电压，L为每一对正电极针和负电极针之间的距离；其中拟合模型:E_{f_max}=A₁+A₁V₀+A₃L₁+A₄V₀ ²+A₅V₀L₂+A₆V₀L₂ ²，其中，A1、A2、A3、A4、A5和A6为拟合系数；

针对N对脉冲场场强阈值E_o，N为整数，得到每个场强阈值E所对应的最大电极电压的拟合函数表达式E_{f_max_N}＝fN(V，L)；其中E_{f_max_N}＝A_1-N+A_2-NV₀+A_3-NL₂+A_4-NV₀ ²+A_5-NV₀L₂+A₆V_{0- N}L₂ ²；

基于所得到的N个最大电极电压的拟合函数表达式，确定使得电极的阈值电场连续的最大电极电压U＝f(V，L，E_{f_max_N})。

（3）有益效果

本发明实施例的脉冲场消融刺激用电极可以通过循环泵向第一罩体内补充循环冷却液，循环冷却液使得待实施消融刺激区域的温度保持恒定，从而电极针在工作时稳定处于正常范围内，可以防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于电极针射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤，大大提高了脉冲场消融效果。

本发明实施例脉冲场消融刺激用电极的使用方法简单、便于实施操作，行之有效，具有很高的实用价值。

本发明实施例的脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法应用以后，每一个正电极针与对应其的负电极针之间产生的电场强度分布可以分布在整个待消融刺激区域，可以达到最理想的消融刺激状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明一实施例中脉冲场消融刺激用电极的结构示意图。

图2是本发明一实施例中冷却循环系统的原理图。

图3是本发明一实施例中电极针的结构示意图。

图4是本发明一实施例中供电电源、调压装置与正极连接导线连接的原理图。

图5是本发明一实施例中电极针的结构示意图。

图6是本发明一实施例中脉冲场消融刺激用电极的使用方法的流程图。

图7是本发明一实施例中脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法的流程图。

图中：

电极安装盘1；

电极针2、正电极针21、负电极针22、正极连接导线23、负极连接导线24、供电电源25、调压装置26；

循环支撑杆3；

第一罩体4、第一进液口41、密封圈42；

第二罩体5、第二进液口51、活塞环52、活塞杆53；

连接法兰6；

冷却循环系统7、循环泵71、储液池72、第一管道73、第二管道74、第三管道75、第四管道76。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1-附图7并结合实施例来详细说明本申请。

本发明实施例第一方面的一种脉冲场消融刺激用电极，包括：

电极安装盘1，所述电极安装盘1为圆盘结构，所述电极安装盘1上设有若干个电极针2；若干个所述电极针2包括不少于一根的正电极针21和负电极针22，不少于一根的所述正电极针21设置在所述电极安装盘1的圆心位置，不少于一根的所述负电极针22均匀布置在所述正电极针21的一圆周，所述正电极针21和所述负电极针22相对设置，所述电极针2还包括正极连接导线23和负极连接导线24，所述正极连接导线23与所述正电极针21连接，所述负极连接导线24与所述负电极针22连接；

循环支撑杆3，所述循环支撑杆3垂直于所述电极安装盘1设置，且所述循环支撑杆3的一端穿过所述电极安装盘1，所述连接导线23设置在所述循环支撑杆3内，且所述正极连接导线23和所述负极连接导线24均从所述循环支撑杆3的另一端穿出；

第一罩体4，所述电极安装盘1、所述电极针2设置在所述第一罩体4内，所述第一罩体4套设在所述循环支撑杆3上且所述第一罩体4可相对所述循环支撑杆3的长度方向移动；所述第一罩体4上设有第一进液口41；

第二罩体5，所述第二罩体5套设在所述循环支撑杆3上，所述第二罩体5与所述第一罩体4间隔一定距离，所述第二罩体5上设有第二进液口51；所述第二罩体5内设有沿所述循环支撑杆3相对滑动的活塞环52，所述活塞环52朝向第一罩体4的一侧设有活塞杆53，所述活塞杆53穿过所述第二罩体5后所述第一罩体4连接，用于驱动所述第一罩体4沿着所述循环支撑杆3的长度方向移动；

连接法兰6，所述连接法兰6设置在所述循环支撑杆3的另一端；

冷却循环系统7，所述冷却循环系统7包括循环泵71、储液池72，所述循环支撑杆3的另一端通过第一管道73连通至所述储液池72内，所述储液池72通过第二管道74与所述循环泵71连接，所述循环泵71的输出端通过第三管道75与所述第一进液口41连接，所述循环泵71的输出端通过第四管道76与所述第二进液口51连接，且所述第四管道76中的液压值大于所述第三管道75中的液压值。

在本发明实施例中，参阅附图1-附图5所示，脉冲场消融刺激用电极，包括：电极安装盘1、电极针2、循环支撑杆3、第一罩体4、第二罩体5、连接法兰6和冷却循环系统7。具体的，电极针2用于提供电脉冲场实施消融刺激，而电极安装盘1用于安装电极针2，循环支撑杆3一方面用于给电极针2的穿刺提供支撑力，另一方面用于稳定电极针2在消融刺激时的稳定；除此之外，还将用于循环冷却液的流动（具体如下述），而第一罩体4可以包覆住待实施消融刺激的区域，第二罩体5内设置有活塞环52，利用活塞环52推动活塞杆53对第一罩体4施加推力，使得第一罩体4稳定地包覆住待实施消融刺激的区域，而活塞环52由冷却循环系统7中的循环泵71向第二罩体5内充入高压液体介质，使得活塞环52在高压液体介质的挤压下朝向第一罩体4一侧移动，实现对第一罩体4的挤压，从而第一罩体4可以完全包覆住待实施消融刺激的区域。

在第一罩体4完全包覆住待实施消融刺激的区域以后，可以通过循环泵71向第一罩体4内补充循环冷却液，循环冷却液使得待实施消融刺激区域的温度保持恒定，从而电极针2在工作时稳定处于正常范围内，可以防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于电极针2射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤，大大提高了脉冲场消融效果。

根据本发明第一方面的另一个实施例，参阅附图3所示，所述正电极针21和所述负电极针22均设有六个，相邻所述负电极针22的夹角为60°。当正电极针21和负电极针22均设有六个，相邻负电极针22的夹角为60°时，各个负电极针22实现了均匀设置，从而在进行脉冲场消融时可以进行大范围的实施，且实施的更加均匀、彻底。

根据本发明第一方面的另一个实施例，参阅附图1所示，所述第一罩体4的周壁上设有密封圈42。设置的密封圈42可以进一步提高第一罩体4与待实施消融刺激的区域之间的密封性，从而在循环冷却时可以避免液体泄漏。

根据本发明第一方面的又一个实施例，所述正电极针21和所述负电极针22的端部齐平。参阅附图1、附图2和附图5所示，这样正电极针21和负电极针22可以形成平衡的电场，进而可以有效地对待实施消融刺激的区域进行消融刺激操作。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述第二罩体5与所述循环支撑杆3固定连接。参阅附图1所示，这样在活塞环52推动第一罩体4的过程，第二罩体5不会发生位移，从而可以将全部的作用力施加在第一罩体4上。

根据本发明第一方面的另一个实施例，所述正极连接导线23的另一端连接供电电源25，参阅附图3所示，所述正极连接导线23与所述供电电源25之间设有调压装置26。当正极连接导线23的另一端连接供电电源25，正极连接导线23与供电电源25之间设有调压装置26的时候，可以通过调压装置26的调节，来改变正电极针21、负电极针22之间的电压，进而可以改变正电极针21、负电极针22之间的电场强度，这样可以根据不同的组织来进行设置不同的电压等级，这样可以精准实现对不同组织的电压脉冲刺激，可以大大提高电压脉冲刺激的效果。

本发明实施例第二方面的一种如本发明实施例第一方面的任一项所述脉冲场消融刺激用电极的使用方法，包括如下步骤：

将所述电极针2插入到待消融刺激区域；

将所述第一罩体4盖住待消融刺激区域；

启动所述冷却循环系统7，向所述第一罩体4、所述第二罩体5内补充循环冷却液；

给所述电极针2通电，调整对应所述电极针2的电压实施消融刺激。

参阅附图6所示，在本发明实施例中，首先将所述电极针2插入到待消融刺激区域；然后将所述第一罩体4盖住待消融刺激区域；接着，再启动所述冷却循环系统7，向所述第一罩体4、所述第二罩体5内补充循环冷却液；最后给所述电极针2通电，调整对应所述电极针2的电压实施消融刺激。这样可以将本发明实施例第一方面所述脉冲场消融刺激用电极应用到脉冲场消融刺激中去，可以通过循环泵71向第一罩体4内补充循环冷却液，循环冷却液使得待实施消融刺激区域的温度保持恒定，从而电极针2在工作时稳定处于正常范围内，可以防止组织过热损伤增加阻抗从而不利于电极针2射频电流的传输，同时减轻对正常组织的损伤，大大提高了脉冲场消融效果。除此之外，本发明实施例的脉冲场消融刺激用电极的使用方法简单、便于实施操作，行之有效，具有很高的实用价值。

具体地，根据本发明第二方面的一个实施例，所述循环冷却液为去离子水。去离子水对患者组织、皮肤温和、不刺激，且价格便宜，无污染，使用过程中无危险。

具体地，根据本发明第二方面的另一个实施例，所述循环冷却液的温度范围为37℃-39℃。当循环冷却液的温度范围为37℃-39℃与人体的皮肤相近，可以将组织保持在正常的生长条件下，进而便于脉冲场消融刺激的正常实施。

本发明实施例第三方面的一种脉冲场消融刺激用电极的电压调节方法，包括如下步骤：

通过影像法计算出每一对正电极针21和负电极针22之间待消融刺激区域消融刺激时所需的脉冲场场强阈值E_o；

建立电极间电场阈值连续的最大电极场强的拟合模型:E_{f_max}＝f(V，L)，其中V为每一对正电极针21和负电极针22之间所施加的电压，L为每一对正电极针21和负电极针22之间的距离；其中拟合模型:E_{f_max}=A₁+A₁V₀+A₃L₁+A₄V₀ ²+A₅V₀L₂+A₆V₀L₂ ²，其中，A1、A2、A3、A4、A5和A6为拟合系数；

针对N对脉冲场场强阈值E_o，N为整数，得到每个场强阈值E所对应的最大电极电压的拟合函数表达式E_{f_max_N}＝fN(V，L)；其中E_{f_max_N}＝A_1-N+A_2-NV₀+A_3-NL₂+A_4-NV₀ ²+A_5-NV₀L₂+A₆V_{0- N}L₂ ²；

基于所得到的N个最大电极电压的拟合函数表达式，确定使得电极的阈值电场连续的最大电极电压U＝f(V，L，E_{f_max_N})。

在本发明的实施例中，参阅附图7所示，首先，通过影像法计算出每一对正电极针21和负电极针22之间待消融刺激区域消融刺激时所需的脉冲场场强阈值E_o；然后，建立电极间电场阈值连续的最大电极场强的拟合模型:E_{f_max}＝f(V，L)，其中V为每一对正电极针21和负电极针22之间所施加的电压，L为每一对正电极针21和负电极针22之间的距离；其中拟合模型:E_{f_max}=A₁+A₁V₀+A₃L₁+A₄V₀ ²+A₅V₀L₂+A₆V₀L₂ ²，其中，A1、A2、A3、A4、A5和A6为拟合系数；接着，再针对N对脉冲场场强阈值E_o，N为整数，得到每个场强阈值E所对应的最大电极电压的拟合函数表达式E_{f_max_N}＝fN(V，L)；其中E_{f_max_N}＝A_1-N+A_2-NV₀+A_3-NL₂+A_4-NV₀ ²+A_5-NV₀L₂+A₆V_{0- N}L₂ ²；最后，基于所得到的N个最大电极电压的拟合函数表达式，确定使得电极的阈值电场连续的最大电极电压U＝f(V，L，E_{f_max_N})。

众所周知，不同的组织病变需要对其进行脉冲场消融刺激的电场强度也不一样，所以就需要对其进行分别实施，在本发明实施例中，每一对正电极针21和负电极针22之间的距离L是一定的，首先可以通过影像法计算出每一对正电极针21和负电极针22之间病变组织的特征，可以将病变组织的特征与已经试验得到的结论进行比对，找到比对结果，进而便可以得到实验值，在此处也就是待消融刺激区域消融刺激时所需的脉冲场场强阈值E_o；然后将E_o作为最低的实验用脉冲场场强。接着，建立多个电极间电场阈值连续的最大电极场强的拟合模型:E_{f_max}＝f(V，L)，通过该模型分别计算出每个正电极针21需要施加的电压值U＝f(V，L，E_{f_max_N})，进而分别来调节每一个正电极针21的电压，这样每一个正电极针21与对应其的负电极针22之间产生的电场强度分布情况可以分布在整个待消融刺激区域，可以达到最理想的消融刺激状态。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

Claims (6)

1.一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，包括：

电极安装盘（1），所述电极安装盘（1）为圆盘结构，所述电极安装盘（1）上设有若干个电极针（2）；若干个所述电极针（2）包括不少于一根的正电极针（21）和负电极针（22），不少于一根的所述正电极针（21）设置在所述电极安装盘（1）的圆心位置，不少于一根的所述负电极针（22）均匀布置在所述正电极针（21）的一圆周，所述正电极针（21）和所述负电极针（22）相对设置，所述电极针（2）还包括正极连接导线（23）和负极连接导线（24），所述正极连接导线（23）与所述正电极针（21）连接，所述负极连接导线（24）与所述负电极针（22）连接；

循环支撑杆（3），所述循环支撑杆（3）垂直于所述电极安装盘（1）设置，且所述循环支撑杆（3）的一端穿过所述电极安装盘（1），所述正极连接导线（23）设置在所述循环支撑杆（3）内，且所述正极连接导线（23）和所述负极连接导线（24）均从所述循环支撑杆（3）的另一端穿出；

第一罩体（4），所述电极安装盘（1）、所述电极针（2）设置在所述第一罩体（4）内，所述第一罩体（4）套设在所述循环支撑杆（3）上且所述第一罩体（4）可相对所述循环支撑杆（3）的长度方向移动；所述第一罩体（4）上设有第一进液口（41）；

第二罩体（5），所述第二罩体（5）套设在所述循环支撑杆（3）上，所述第二罩体（5）与所述第一罩体（4）间隔一定距离，所述第二罩体（5）上设有第二进液口（51）；所述第二罩体（5）内设有沿所述循环支撑杆（3）相对滑动的活塞环（52），所述活塞环（52）朝向第一罩体（4）的一侧设有活塞杆（53），所述活塞杆（53）穿过所述第二罩体（5）后所述第一罩体（4）连接，用于驱动所述第一罩体（4）沿着所述循环支撑杆（3）的长度方向移动；

连接法兰（6），所述连接法兰（6）设置在所述循环支撑杆（3）的另一端；

冷却循环系统（7），所述冷却循环系统（7）包括循环泵（71）、储液池（72），所述循环支撑杆（3）的另一端通过第一管道（73）连通至所述储液池（72）内，所述储液池（72）通过第二管道（74）与所述循环泵（71）连接，所述循环泵（71）的输出端通过第三管道（75）与所述第一进液口（41）连接，所述循环泵（71）的输出端通过第四管道（76）与所述第二进液口（51）连接，且所述第四管道（76）中的液压值大于所述第三管道（75）中的液压值。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，所述正电极针（21）和所述负电极针（22）均设有六个，相邻所述负电极针（22）的夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，所述第一罩体（4）的周壁上设有密封圈（42）。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，所述正电极针（21）和所述负电极针（22）的端部齐平。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，所述第二罩体（5）与所述循环支撑杆（3）固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲场消融刺激用电极，其特征在于，所述正极连接导线（23）的另一端连接供电电源（25），所述正极连接导线（23）与所述供电电源（25）之间设有调压装置（26）。

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