CN115517753A - 一种侵入式电极装置 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种侵入式电极装置，包括：电极本体，电极本体内设置有针尖电极、第一控制机构、第二控制机构和第三控制机构，其中，所述第一控制机构用于控制所述针尖电极刺入或退出肿瘤组织；所述第二控制机构用于控制所述针尖电极在肿瘤组织内进行高频振动；所述第三控制机构用于控制所述针尖电极刺入肿瘤组织的深度和角度。本公开能够同时增强和优化电场分布，增大与肿瘤组织的接触效果，提高定位刺入深度，从而提升不可逆电穿孔的治疗效果。

Description

一种侵入式电极装置

技术领域

本公开涉及一种电极，尤其涉及一种侵入式电极装置。

背景技术

不可逆电穿孔治疗肿瘤的方案通常是采用电极向肿瘤区域施加微秒或纳秒级高压脉冲，当对细胞施加的电场强度达到一定阈值后，细胞膜会出现不可逆转的穿孔现象，从而使细胞内外的生理平衡被打破，导致细胞死亡。与传统治疗方法相比，不可逆电穿孔治疗肿瘤具有以下诸多显著优势：治疗快捷、作用区域可控(治疗参数可通过三维建模电场计算获取，治疗范围精确、安全)、肿瘤作用过程可视、杀伤作用区域具有选择性、治疗过程无明显热效应、无其他副作用和并发症。此外，相较于热消融治疗方法使肿瘤蛋白质抗原变性，不可逆电穿孔在治疗肿瘤的同时，保留了肿瘤抗原的完整性，能够有效激发机体免疫系统，有助于对治疗区外微转移病灶进行攻击。

在开展不可逆电穿孔治疗时，需要利用电极(阵列)在目标病患区域构建理想的且较强的电场分布，这对不可逆电穿孔电极提出了很高的要求，要求电极结构、刺入深度等满足设定值，因此在实验和实际治疗过程中，保证刺入电极能够精确控制灵活调节电极刺入深度和位置具有重要意义。然而，现有不可逆电穿孔电极通常采用裸针电极形式，其最大场强和电场分布仅依赖于电极曲率半径，难以实现较强且理想的电场分布。尽管可通过刺入多根针尖电极构成电极阵列的方式获得较大面积的电场分布，但也显著增加了装置的体积，对手术操作过程也提出了更高的要求。此外，随着现代医疗技术的发展，无创治疗不断普及，在开展食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗时，希望在利用内窥镜观察的同时，可以直接对肿瘤组织进行电极刺入、组织消融等操作，现有装置难以满足无创、便捷、灵活、精准的操作需求。

另外，现有的不可逆电穿孔电极在集成于内窥镜管道刺入时，难以实现针尖电极的精确控制和可靠穿刺，特别的，部分肿瘤组织，如食道肿瘤等其肿瘤组织细胞呈现较强的脆性，入刺所需力度较大，常规的电极难以适用，需配备额外的加力机构来诱导针尖电极可靠穿刺肿瘤组织，这大大降低了电穿孔的治疗效果。

最后，对于早期肿瘤组织的不可逆电穿孔处理时，需要针尖电极能够较为精准的穿刺肿瘤组织，需要电极能够在小范围内实现角度和方向的调节，现有设备中均难以实现上述功能。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种侵入式电极装置，其可同时增强和优化电场分布，增大与肿瘤组织的接触效果，提高定位刺入深度，对于提升不可逆电穿孔治疗效果具有重要意义。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种侵入式电极装置，包括：

电极本体，

所述电极本体内设置有针尖电极、第一控制机构、第二控制机构和第三控制机构，其中，

所述第一控制机构用于控制所述针尖电极刺入或退出肿瘤组织；

所述第二控制机构用于控制所述针尖电极在肿瘤组织内进行高频振动；

所述第三控制机构用于控制所述针尖电极刺入肿瘤组织的深度和角度。

优选的，所述第一控制机构包括牵引器。

优选的，所述第二控制机构包括高频振动激励器，所述高频振动激励器连接有振动激励电源。

优选的，所述第三控制机构包括微力矩控制器，所述微力矩控制器连接有脉冲方波电源。

优选的，所述针尖电极的端部设置有纳米级尖端。

优选的，所述电极装置还包括电穿孔脉冲源，所述电穿孔脉冲源通过柔性导丝电极连接所述针尖电极。

优选的，所述电极本体外设置绝缘涂层。

与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：本公开能够同时增强和优化电场分布，增大与肿瘤组织的接触效果，提高定位刺入深度，从而提升不可逆电穿孔的治疗效果。

附图说明

图1是本公开一个实施例提供的一种侵入式电极的结构示意图；

图2是图1所示电极中针尖电极的局部放大示意图；

图3是图1所示电极中微力矩控制器的横向切面示意图；

图4(a)是传统针尖电极的相对电场强度分布示意图；

图4(b)是图3所示针尖电极的相对电场强度分布示意图；

附图标记说明如下：

1、针尖电极；2、纳米级尖端；3、微力矩控制器；4、护套基座；5、电流引线；6、绝缘涂层；7、牵引器；8、牵引器护套；9、高频振动激励器；10、激励器控制引线；11、护套；12、柔性导丝电极；13、操作基座。

具体实施方式

下面将参照附图1至图4(b)详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。

一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种侵入式电极装置，包括：

电极本体，

电极本体内设置有针尖电极、第一控制机构、第二控制机构和第三控制机构，其中，

所述第一控制机构用于控制所述针尖电极刺入或退出肿瘤组织；

所述第二控制机构用于控制所述针尖电极在肿瘤组织内进行高频振动；

所述第三控制机构用于控制所述针尖电极刺入肿瘤组织的深度和角度。

上述实施例提出的侵入式接触电极可通过胃镜导管进行布置从而抵近消化道肿瘤组织等，其中，针尖电极在第一控制机构的作用下刺入肿瘤组织，随后启动第二控制机构带动针尖电极在肿瘤组织内产生高频振动，对肿瘤组织产生宏观穿刺效果。当需要调整针尖电极的刺入角度和深度时，关闭第二控制机构，同时启动第三控制机构对针尖电极的刺入角度和深度进行调节，从而确定目标位置。上述实施例提出的侵入式电极装置能够辅助实现更精准的电场施加和调节，提升不可逆电穿孔治疗效果，进而实现对特定肿瘤组织的无创治疗。

另一个实施例中，所述第一控制机构包括牵引器7。

本实施例中，电极本体中还设置有护套11，护套11的一侧通过操作基座13连接牵引器7，另一侧设置有护套基座4，牵引器7外设置有牵引器护套8，牵引器护套8可对牵引器7进行限位，从而保证牵引器7沿其轴向方向移动。牵引器7通过柔性导丝电极12与针尖电极1连接，当操作牵引器7向牵引器护套8外侧牵拉时，针尖电极1在柔性导丝电极12的牵引作用下微量收缩。

传统的针尖电极在刺入肿瘤组织时，由于需要配备额外的加力机构，会导致电极系统体积和重量增大，因而使其无法有效集成于内窥镜导管内，从而使得其无法适用于无创或微创手术应用场景。作为改进，本实施例通过将同样作为加力机构的牵引器置于针尖电极内部，不仅减小了电极系统的体积和重量，而且更适用于无创或微创手术应用场景。

另一个实施例中，所述第二控制机构包括高频振动激励器9，所述高频振动激励器9连接有振动激励电源。

本实施例中，高频振动激励器9采用高性能压电陶瓷，可将输入的电信号转化为机械振动信号。高频振动激励器9通过激励器控制引线10连接振动激励电源，当振动激励电源输出高频电压信号后，高频振动激励器9可以实现数Hz至数kHz的高频振动，从而带动针尖电极1在mm尺度范围内产生高频振动，在针尖电极1刺入肿瘤组织后，高频振动将增加肿瘤细胞的宏观机械刺激，对于某些肿瘤细胞可以直接产生杀伤效果。

上述高频振动激励器通过对针尖电极进行高频振动，能够有效提高针尖电极对肿瘤组织的穿刺能力，从而可以克服现有技术的不可逆电穿孔电极在刺入肿瘤组织后难以可靠穿刺的问题。

另一个实施例中，所述第三控制机构包括微力矩控制器3，所述微力矩控制器3连接有脉冲方波电源。

本实施例中，如图2所示，微力矩控制器3环抱住高频振动激励器9，且通过电流引线5与输出脉冲时序可控的高压脉冲方波电源连接。微力矩控制器3由四片高分子凝胶构成，凝胶中包含导电纤维，在脉冲方波电源的激励作用下，导电纤维将产生焦耳热，进而提高凝胶的机械强度，并诱发其在径向方向膨胀增长。通过脉冲方波电源控制通入凝胶的电流大小，可以改变凝胶的机械强度和相对长度，从而改变凝胶对高频振动激励器9的作用力矩，进而调节高频振动激励器9的基座端面角度，实现对针尖电极1端部的方向改变。针尖电极1的刺入深度可通过脉冲方波电源对四片凝胶所施加的电流同时增大或减小进行调节，刺入肿瘤组织的深度为mm量级。

当进行不可逆电穿孔治疗时，利用上述微力矩控制器，可改变刺入肿瘤组织的多根针尖电极在肿瘤组织中的插入方向和深度，从而调整所形成电场的分布，能够满足不可逆电穿孔对于作用位置的精密控制，提升不可逆电穿孔处理效果。

另一个实施例中，所述针尖电极的端部设置有纳米级尖端2。

本实施例中，针尖电极1的端部圆周面通过银离子溶液中原位生长方式，构造出如图3所示的一维纳米线狼牙棒结构的纳米级尖端2，该尖端可以增大与肿瘤细胞的接触面积及接触数量，同时，当外部电源在针尖电极1施加脉冲电压时，该纳米级尖端2可以显著增强局域电场，提高不可逆电穿孔杀灭肿瘤细胞效果。

图4(a)是传统针尖电极的相对电场强度分布示意图；图4(b)是图3所示针尖电极的相对电场强度分布示意图。其中，图中曲线为施加相同激励电压时，相对电场强度的等值线分布。图4(a)中，传统针尖电极由于仅包含端部尖端，电场强度主要集中在针尖端部，呈现较为规则的环状弧线分布，针尖端部以下及周围区域由于形状较为规整，电场强度较弱，电场线为针尖电场线的延伸，且随着距离针尖位置的增大，电场强度值不断降低。不可逆电穿孔对肿瘤细胞的杀伤机制主要为强电场作用下细胞膜通透性的改变，由于传统针尖电极强电场位置仅集中在针尖位置，因而导致其有效作用区域也仅仅集中于针尖附近区域，从而限制了对肿瘤细胞的杀伤效率。图4(b)中，由于纳米级尖端2的存在，在每一个纳米针尖均会形成区域增强的电场分布，且由于一维纳米线尖端端部直径为数纳米量级，远小于主电极针尖直径，纳米线针电极局域电场可以被显著增强，其相对电场强度可达到针尖电极场强的十倍或数十倍，对于提高针尖电极侧面区域对肿瘤细胞的杀伤具有重要作用。

通过对比图4(a)和图4(b)的电场仿真结果，进一步说明了本实施例提出的包含纳米级尖端2的针尖电极可以增强区域电场，扩大肿瘤细胞杀伤范围，提高不可逆电穿孔治疗效果。

另一个实施例中，所述电极装置还包括电穿孔脉冲源，所述电穿孔脉冲源通过柔性导丝电极12连接所述针尖电极1。

本实施例中，当针尖电极刺入肿瘤组织且调节好角度和深度后，启动电穿孔脉冲源，脉冲源通过柔性导丝电极对针尖电极施加特定高压脉冲，从而对肿瘤组织进行电穿孔治疗。

另一个实施例中，所述电极本体外设置绝缘涂层6。

本实施例中，由于针尖电极设置有激励器控制引线10和电流引线5，通过在电极本体外设置绝缘涂层，可以防止人体组织与上述引线的电接触。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims (7)

1.一种侵入式电极装置，包括：

电极本体，

所述电极本体内设置有针尖电极、第一控制机构、第二控制机构和第三控制机构，其中，

所述第一控制机构用于控制所述针尖电极刺入或退出肿瘤组织；

所述第二控制机构用于控制所述针尖电极在肿瘤组织内进行高频振动；

所述第三控制机构用于控制所述针尖电极刺入肿瘤组织的深度和角度。

2.根据权利要求1所述的电极装置，其中，优选的，所述第一控制机构包括牵引器。

3.根据权利要求1所述的电极装置，其中，所述第二控制机构包括高频振动激励器，所述高频振动激励器连接有振动激励电源。

4.根据权利要求1所述的电极装置，其中，所述第三控制机构包括微力矩控制器，所述微力矩控制器连接有脉冲方波电源。

5.根据权利要求1所述的电极装置，其中，所述针尖电极的端部设置有纳米级尖端。

6.根据权利要求1所述的电极装置，其中，所述电极装置还包括电穿孔脉冲源，所述电穿孔脉冲源通过柔性导丝电极连接所述针尖电极。

7.根据权利要求1所述的电极装置，其中，所述电极本体外设置绝缘涂层。

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