全时段高压陡脉冲癌症治疗装置及方法
【专利摘要】全时段高压陡脉冲癌症治疗装置及方法，通过脉冲尾切开关尾切微秒、纳秒脉冲发生器产生的脉冲而形成的更加陡的纳秒、皮秒高压脉冲，杀死肿瘤细胞特别是恶性肿瘤细胞，通过控制脉冲发生器的电容器和尾切开关，可以对脉冲的幅值、脉宽、脉冲后沿等参数进行调整，其构成单元主要包括开关电源、脉冲发生器、尾切开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件，所述的负载电极包括含钛铂金电极，所述的开关电源由开关及驱动器构成；市电由电缆或导线通过所述的开关电源的开关与脉冲发生器的输入连接，脉冲发生器的输出端通过导线、光纤或电缆与负载连接，所述的脉冲发生器的输出端用电缆、光纤或电缆，与开关器件连接后，与示波器连接后再与负载连接。
【专利说明】全时段高压陡脉冲癌症治疗装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种医疗治疗仪器，用于治疗良性肿瘤与恶性肿瘤即癌症的医疗治疗仪器，也可以用于其他病症的治疗的辅助治疗。
【背景技术】
[0002]恶性肿瘤已经成为死亡率很高的疾病。现有的癌症治疗技术方法主要是化疗、基因治疗、中医治疗及中西医结合治疗、基因治疗、超声波治疗及药物治疗，而以化疗为主要技术方法，化疗因其高昂的治疗费用和巨大的副作用，让多数的癌症患者放弃治疗。而中科院近代物理研究所发明的重离子束治疗癌症，技术成熟，效果良好，对于大部份中晚期癌症患者治疗有效，前期实验表明经过治疗后的晚期总部患者无复发症状，但该设备及配套设施投资高达10亿元以上，设备庞大，制造周期长，不利于推广。这些治疗技术都不能或难以从根本上杀死癌细胞和抑制癌细胞的扩散，而且化疗的副作用对于病人的身体损伤较大，治疗费用高。根据利用不可逆电容孔陡脉冲技术治疗肿瘤，实验显示治疗肿瘤效果良好，这但种技术关键设备脉冲发生器的电子电器设备复杂，制作工艺复杂，所产生的脉冲的脉冲边沿不够陡峭，顶部不平坦。
[0003][0003]脉冲发 生器技术已经成熟产，应用全面。现有的基于高压脉冲治疗设备，包括重庆大学的申请号20101054616.7专利不可逆电穿孔肿瘤治疗的装置及方法，该技术条件下产生的脉冲为us微秒脉冲，目前的医学实验表明，微秒脉冲对良性及恶性肿瘤治疗的效果不显著；而专利文献申请号为201110195350.4的基于FPGA控制的固态高压纳方波脉冲发生器公开的技术，所产生的纳秒脉冲波，仍然还可以进行一步的陡化。现代高压脉冲技术研究及实验表明，通过开关或开关器件对脉冲发生器产生的高压脉冲进行截尾或尾切，可以进一步的陡化高压脉冲波后沿。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述技术缺陷，通过运用开关器件对高压微秒、纳秒脉冲发生器产生脉冲方波进行二次或多次截尾陡化，从而产生尾切后的更加陡化的高压纳秒、皮秒脉冲方波，利用这种高压脉冲波通过医用电极负载放电，进行有效的肿瘤治疗，特别是恶性肿瘤即癌症的治疗。
[0005]本发明技术方案:全时段高压陡脉冲癌症治疗仪，通过脉冲尾切开关尾切微秒、纳秒脉冲发生器产生的脉冲而形成的更加陡的纳秒、皮秒高压脉冲，杀死肿瘤细胞特别是恶性肿瘤细胞，通过控制脉冲发生器的电容器和尾切开关，可以对脉冲的幅值、脉宽、脉冲后沿等参数进行调整，其构成单元主要包括开关电源、脉冲发生器、尾切开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件，所述的负载电极包括含钛钼金电极，所述的开关电源由开关及驱动器构成；市电由电缆或导线通过所述的开关电源的开关与脉冲发生器的的输入连接，脉冲发生器的输出端通过导线、光纤或电缆与负载连接，所述的脉冲发生器的输出端用电缆、光纤或电缆，与开关器件连接后，与示波器连接后再与负载连接。[0006]所述脉冲发生器的包括基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器，基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器主要包括电源系统、脉冲形成系统、脉冲测量系统、FPGA控制系统、信号转换系统、电脑或带电脑接口的和单机芯片的单机。
[0007]所述的基于FPGA控制的高压纳方波脉冲发生器发生器的原理是基于马克斯发生器，通过对一组或多级多个电容器并联充电，然后由多个开关器器件对电容串联放电产生的脉冲多次斩波后获得所需要的高压纳秒、皮秒方波脉冲。负载与马克斯发生器脉冲输出端之间有数个尾切开关器件，每个尾切开关器件上有驱动器，在驱动器的控制下，尾切开关进行通导与断开，从而对脉冲波进行尾切。操作人员通过电脑程序用户界面或单片机面板，对脉冲发生器设置输出幅值、脉冲宽度、脉冲频率和脉冲个数等参数，FPGA控制系统的模块运算牖后通过信号置换系统发送控制信号给脉冲形成系统和高压直流模块。高压直流模块按照操作人员设定的脉冲宽度、脉冲频率和脉冲个数进行开关动作、从而控制输出脉冲的宽度、频率和脉冲个数。脉冲测量系统中的分压器测量得到的输出处理或负载处脉冲电压、通过处理电路处理后发送给FPGA控制系统，实时调节充电电压，这样可以使设置输出恒定的预设幅值的高压纳秒、皮秒方波脉冲；电流传感器测量到输出处或负载处的脉冲电流信号通过处理电路处理后发送给FPGA控制系统，当超过设定的电流信号时，由FPGA控制系统进行延时判断锁定控制信号，关断脉冲形成系统中的开关器件工作和负载前端的截尾开关器件的工作，断开脉冲形成电路和负载电极放电电路，实现整个装置的保护，并保护使用者、患者的安全。所述的开关器件或截尾开关器件包括气体开关、固态开关和液体开关，优选固态开关，开关器件或尾切开关器件的数量包括个或一个以上。
[0008][0007]所述的电源系统，包括电源、开关及开关驱动器，隔离变压器(电压、频率变化为1:1)、高压直流模块、开关电源Tl、开关电源T2、DC-DC模块。所述的电流为220V市电，通过导线可电缆通过带驱动器的开关与隔离变压器的原边连接，而隔离变压器的副边通过导线与高压直流模块的输入端连接，用于为高压直流模块提供交流电源；带驱动器的开关一端拉电源，一端连接隔离变压器，该开关的驱动器的控制通过导线或光纤与所述信号转换系统中的光/电转换器K2的输出连接。所述的高压直流模块包括输出最高电压幅值2000V、最大电流幅值为40m A的直流市购模块，高压直流模块的输出端通过导线与脉冲形成系统的充电隔离电阻串联后再与脉冲形成系统的马克斯电路的输入端连接，用于为脉冲形成系统的马克斯电路中的储能电容器组提供充电电源。所述的隔离变压器的原边的接地线与副边的接地线不直接连接，将所述的电源与所述的高压直流模块进行隔离，使它们不同大地连接，大大减少了来自大地的各种干扰信号，提高系统的稳定性。所述的开关电源Tl (市购元件)的输入端通过导线与撰述的电源连接，所述的电源Tl将220V交流电置换为15V的直流电流后，通过导线与撰述的DC-DC模块的输入端连接，该DC-DC模块通过导线与脉冲形成系统的马克斯电路中的开关驱动器的开关驱动器的输入端和尾切开关的驱动器连接，为上述驱动器提供电源，并进行高压、低压强弱电压之间的隔离，以保障整个系统的安全。所述的开关电源T2为市购元件其输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T2将220V交流电源转换为5V直流电后，分别通过导线与FPGG控制系统中的FPGA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及信号置换系统的两个电/光转换器J1、J2和两个光/电转换器K1、K2的输入端，用于为所述的FPGA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及上述数个转换器提供电源，电源系统通过上述工作方式为脉冲形成系统、FPGA控制系统和信号转换系统提供安全稳定的电源，保障其正常工作。
[0009][0008]所述的脉冲形成系统包括充电隔离电阻、马克斯电路、和负载。
[0010]充电隔离电阻的一端与上述高压直流模块的输出端连接，用于发挥充电的限流和马克斯的高压与充电直流模块电源低压之间的隔离作用，充电隔离电阻的另一端通过导线与马克斯电路的第一级电压单元的旁路二极管的正极连接。所述的马克斯电路由4-10个或(或根据需要的数个)串联在电板母板上的带旁路二级管的电压单元组成，电压单元的数量可以根据需要确定。每个电压单元包括全固态开关、开关驱动器、储能电容器、旁路二极管、二级管；在各电压单元中，旁路二极管的负极通过导线或电缆与全固态开关和电容器的并联点连接，全固态开关的栅极通过导线与开关驱动器的输出端连接；开关驱动器和尾切开关驱动器的输入端通过导线与所述的电源系统的DC-DC模块的输出端连接。电源与隔离变压器之间的开关的驱动器、马克斯电路中的开关驱动器和尾切开关驱动器等驱动器的的控制端、通过导线与所述的信号转换系统中的第二光/电转换器K2连接，在该第二光/电转换器K2的作用下，上述开关和尾切开关开通-关断；储能电容器的另一端与二极管的正极串联后，与全固态开关并联。当全固态开关断开时，旁路二级管和二级管通导，储能电容器组进行并联充电；当全固态开关通导开通时，二极管和旁路二极管反向截止，已经充满到预设电压的储能电容器以串联方式通过尾切开关对负载进行放电，尾切开关对放电脉冲进行切尾；控制电容器对负载放电的脉宽和调节尾切开关，可以得到需要的高压纳秒或皮秒方波；当全固态开关断开时，再充对电容器进行充电，如此反复。当一个或多个全固态开关失效，则旁路二级管和二极管通导而自动旁路该一个或多个电压单元，其余电压单元仍然能正常工作，从而全系统仍然能释放出需要的纳秒、皮秒方波。所述的负载为无感电阻负载，通过导线并联在马克斯电路的输出端，该输出端与负载的连接处通过导线与脉冲测量系统连接。
[0009]所述的脉冲测量系统，包括分压器、电流传感器和处理电路。所述的分压器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的出端连接，所述的分压器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，用于监测撰述的`脉冲形成系统的马克斯电路产生的脉冲电压信号。所述的电流传感器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的输出端连接，所述的电源传感器的输出端与处理电路的输入端连接，用于监测脉冲形成系统中的马克斯电路产生的脉冲电流信号。所述的处理电路的输出端通过导线与撰述的FPGA控制系统的FPGA模块的输入端连接。通过FPGA控制系统运算后处理检测出所述马克斯电路对撰述负载的放电状态信息，包括脉冲电压在被尾切开关进行尾切前后的信息。
[0011][0010]所述的FPGA控制系统，包括高见FPGA模块和同步触发模块及单片机模块和报警模块。所述FPGA模块接收从所述测量系统的处理电路传输来的监测的所述脉冲形成系统的马克斯电路输出的高压脉冲的电压和电流信号，包括经过尾切开关尾切后的脉冲电压电流信号，经过运算处理后，一方面，所述的FPGA模块通过导线与所述的单片机模块进行数据交换；另一方面，上述FPGA模块通过导线与所述的同步触发模块的输入端连接，所述的同步触发模块的输出端通过光纤，经过信号转换系统的第二电/光转换器J2和第二光/电转换器K2，与所据隔离变压器的开关的驱动器、所述的脉冲形成系统的马克斯电路的开关驱动器的控制端和各尾切开关的驱动器的的控制端连接，避免受到所述的脉冲形成系统的高压的干扰，确保同步触发脉冲信号稳定与同步性。所述的报警模块通过导线与所述的FPGA模块连接，当负载输出的脉冲电流，超过设定的电流时，上述FPGA模块进行延时判断后通过同步触发模块、电光转换J2及光电转换器K2发出信号启动驱动器切断隔离变压器与电源之间的开关，同时发出报警信号，提示工作人员或操作人员切断电源，从而确保本脉冲发生器和操作人员的安全。所述的单片机模块通过光纤，经过信号转换系统的第一电/光转换器Jl和第一光/电转换Kl与撰述电源系统的高压直流模块的控制端连接，将所述的FPGA控制系统发出的对所述的高压直流模块的控制信号转换成光信号进行传输，光纤传输可以避免受到脉冲形成系统的高压干扰，控制所述高压直流模块向所述的储能电容器组进行正常充电，确保方波脉冲电压幅值到达设定值。所述的FPGA控制器系统的主要功能是通过电脑或单机实现人机通信，发送高压直流模块、马克斯电路控制信号，接收所述的脉冲测量系统得到的测量信号，控制整个脉冲发生器及治疗仪的工作，并处理突发事故。
[0012][0011]所述的电脑为普通市购电脑，硬盘在320G以上，内存2G以上，英特尔酷睿处理器i5-460M，WIIND0WS XP以上操作系统，该电脑通过串行电缆与所述的FPGA控制系统的单片机或单片机模块连接，操作人员通过电脑控制程序的用户界面或单片机显示面板设置参数、程序发送给所述的FPGA控制系统，从而实现人机互信。
[0013][0012]所述的基于FPGA控制的高压纳秒脉冲发生器，输出的脉冲幅值为0-10KV,脉冲宽度为200-1000ns、脉冲频率为I-1000Hz,下降沿为0.2ns-40ns,脉冲个数为I-1000个，具体参数可以根据相关肿瘤治疗等需要确定， [0013]本发明的有益效果:1是使用安全便捷，自动化的智能设计，保有效保障了使用者的人身安全及设备本身的安全。
[0014][0014]与传统的ICA器件相比，结构单位，易于维修维护。
[0015][0015]光纤信号传输,可以强弱电的有效隔离，保障信号传输不受电流高压干扰，信号传输稳定保真。
[0016][0016]设备结构紧凑，无电感电阻负载，有效提高冲陡度。
[0017][0017]所需要的相关脉冲的参数可以在一定范围内设定，提供了设备的使用范围，可以提高电脉冲对肿瘤特别是恶性肿瘤的治疗效果。
[0018][0018]本发明可以广泛用于肿瘤特别是恶性肿瘤的治疗，以及其他的物理、生物、医学医疗等方面的应用。
【专利附图】
【附图说明】[0019][0019]
图1实施之一原理图；
图2实施之一马克斯电路拓扑图；
图3实施之一脉冲未切尾波形图；
图4脉冲切尾电路拓扑图；
图5发明示意图；
图6实施之一有尾切开关与无尾切开关脉冲波形对比图。
[0020][0021]图中:1电源系统，2脉冲形成系统，3脉冲测量系统，4 FPGA控制系统，5信号转换系统，6电脑或便携式计算机，7马克电路，8电路单元，Re充电隔离电阻，Cf C8电容器，Dl-D16 二极管，Sl-S8和Sa-Sb开关或全固态开关，G1-G8和Ga、Gb开关驱动器。在图5中，SI带驱动器的开关，Il为脉冲发生器输入电流，12为脉冲发生器输出脉冲电流。【具体实施方式】
[0021][0021]本发明其构成单元主要包括电源、开关电源、脉冲发生器、截尾开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件。所述的负载电极包括含钛钼金电极。本发明技术方案:通过脉冲发生器产生的纳秒、皮秒高压脉冲，杀死肿瘤细胞特别是恶性肿瘤细胞。其构成单元主要包括电源、开关电源、脉冲发生器、尾切开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件，所述的负载电极包括含钛钼金电极。所述的开关电源由开关及驱动器构成。电源由电缆或导线通过所述的开关电源的开关与脉冲发生器的的输入连接，脉冲发生器的输出端通过导线、光纤或电缆与负载连接，所述的脉冲发生器的输出端用电缆、光纤或电缆，与开关器件连接后，与示波器连接后再与负载连接。用于肿瘤治疗时，肿瘤部位经过常规消毒或手术后，在B超、内容成像设备的引导下，根据肿瘤的程度，设置好相关脉冲幅值、脉宽等参数，将负载电极放放肿瘤表面或刺入肿瘤部位，通过本发明产生的纳秒、皮秒高压脉冲，诱导肿瘤细胞调亡及杀死肿瘤细胞，死亡的肿瘤细胞经过人体新陈代谢通过尿液而排出身外，而凋亡的良性或恶性细肿瘤胞则被其就近的健康细胞吞食，从而达到有效治疗肿瘤的目的。
[0022]实施实例之一:所述脉冲发生器的包括基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器，基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器主要包括I电源系统、2脉冲形成系统、脉冲测量系统、FPGA控制系统、信号转换系统和电脑或带电脑接口的和单机芯片的单机；
所述的基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器发生器的原理是基于马克斯发生器，通过对一组或多级多个电容器并联充电，然后由多个开关器器件对电容串联放电产生的脉冲多次斩波后获得所需要的高压纳秒、皮秒方波脉冲。负载与马克斯发生器脉冲输出端之间有数个尾切开关器件，每个尾切开关器件上有驱动器，在驱动器的控制下，尾切开关进行通导与断开，从而对脉冲波进行尾切。操作人员通过电脑程序用户界面或单片机面板，对脉冲发生器设置输出幅值、脉冲宽度、脉冲频率和脉冲个数等参数，FPGA控制系统的模块运算牖后通过信号置换系统发送控制信号给脉冲形成系统和高压直流模块。高压直流模块按照操作人员设定的脉冲宽度、脉冲频率和脉冲个数进行开关动作、从而控制输出脉冲的宽度、频率和脉冲个数。脉冲测 量系统中的分压器测量得到的输出处理或负载处脉冲电压、通过处理电路处理后发送给FPGA控制系统，实时调节充电电压，这样可以使设置输出恒定的预设幅值的高压纳秒、皮秒方波脉冲；电流传感器测量到输出处或负载处的脉冲电流信号通过处理电路处理后发送给FPGA控制系统，当超过设定的电流信号时，由FPGA控制系统进行延时判断锁定控制信号，关断脉冲形成系统中的开关器件工作和负载前端的截尾开关器件的工作，断开脉冲形成电路和负载电极放电电路，实现整个装置的保护，并保护使用者、患者的安全。所述的开关器件或截尾开关器件包括气体开关、固态开关和液体开关，优选固态开关，开关器件或尾切开关器件的数量包括个或一个以上；
所述的电源系统，包括电源、开关及开关驱动器，隔离变压器(电压、频率变化为1:1)、高压直流模块、开关电源Tl、开关电源T2、DC-DC模块。所述的电流为220V市电，通过导线可电缆通过带驱动器的开关与隔离变压器的原边连接，而隔离变压器的副边通过导线与高压直流模块的输入端连接，用于为高压直流模块提供交流电源；带驱动器的开关一端拉电源，一端连接隔离变压器，该开关的驱动器的控制通过导线或光纤与所述信号转换系统中的光/电转换器K2的输出连接。所述的高压直流模块包括输出最高电压幅值2000V、最大电流幅值为40mA的直流市购模块，高压直流模块的输出端通过导线与脉冲形成系统的充电隔离电阻串联后再与脉冲形成系统的马克斯电路的输入端连接，用于为脉冲形成系统的马克斯电路中的储能电容器组提供充电电源。所述的隔离变压器的原边的接地线与副边的接地线不直接连接，将所述的电源与所述的高压直流模块进行隔离，使它们不同大地连接，大大减少了来自大地的各种干扰信号，提高系统的稳定性。所述的开关电源Tl (市购元件)的输入端通过导线与撰述的电源连接，所述的电源Tl将220V交流电置换为15V的直流电流后，通过导线与撰述的DC-DC模块的输入端连接，该DC-DC模块通过导线与脉冲形成系统的马克斯电路中的开关驱动器的开关驱动器的输入端和尾切开关的驱动器连接，为上述驱动器提供电源，并进行高压、低压强弱电压之间的隔离，以保障整个系统的安全。所述的开关电源T2为市购元件其输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T2将220V交流电源转换为5V直流电后，分别通过导线与FPGG控制系统中的FPGA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及信号置换系统的两个电/光转换器Jl、J2和两个光/电转换器K1、K2的输入端，用于为所述的FPGA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及上述数个转换器提供电源，电源系统通过上述工作方式为脉冲形成系统、FPGA控制系统和信号转换系统提供安全稳定的电源，保障其正常工作；
所述的脉冲形成系统包括充电隔离电阻、马克斯电路、和负载，充电隔离电阻的一端与上述高压直流模块的输出 端连接，用于发挥充电的限流和马克斯的高压与充电直流模块电源低压之间的隔离作用，充电隔离电阻的另一端通过导线与马克斯电路的第一级电压单元的旁路二极管的正极连接。所述的马克斯电路由4-10个或(或根据需要的数个)串联在电板母板上的带旁路二级管的电压单元组成，电压单元的数量可以根据需要确定。每个电压单元包括全固态开关、开关驱动器、储能电容器、旁路二极管、二级管；在各电压单元中，旁路二极管的负极通过导线或电缆与全固态开关和电容器的并联点连接，全固态开关的栅极通过导线与开关驱动器的输出端连接；开关驱动器和尾切开关驱动器的输入端通过导线与所述的电源系统的DC-DC模块的输出端连接。电源与隔离变压器之间的开关的驱动器、马克斯电路中的开关驱动器和尾切开关驱动器等驱动器的的控制端、通过导线与所述的信号转换系统中的第二光/电转换器K2连接，在该第二光/电转换器K2的作用下，上述开关和尾切开关开通-关断；储能电容器的另一端与二极管的正极串联后，与全固态开关并联。当全固态开关断开时，旁路二级管和二级管通导，储能电容器组进行并联充电；当全固态开关通导开通时，二极管和旁路二极管反向截止，已经充满到预设电压的储能电容器以串联方式通过尾切开关对负载进行放电，尾切开关对放电脉冲进行切尾；控制电容器对负载放电的脉宽和调节尾切开关，可以得到需要的高压纳秒或皮秒方波；当全固态开关断开时，再充对电容器进行充电，如此反复。当一个或多个全固态开关失效，则旁路二级管和二极管通导而自动旁路该一个或多个电压单元，其余电压单元仍然能正常工作，从而全系统仍然能释放出需要的纳秒、皮秒方波。所述的负载为无感电阻负载，通过导线并联在马克斯电路的输出端，该输出端与负载的连接处通过导线与脉冲测量系统连接。；
所述的脉冲测量系统，包括分压器、电流传感器和处理电路；所述的分压器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的出端连接，所述的分压器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，用于监测撰述的脉冲形成系统的马克斯电路产生的脉冲电压信号。所述的电流传感器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的输出端连接，所述的电源传感器的输出端与处理电路的输入端连接，用于监测脉冲形成系统中的马克斯电路产生的脉冲电流信号。所述的处理电路的输出端通过导线与撰述的FPGA控制系统的FPGA模块的输入端连接。通过FPGA控制系统运算后处理检测出所述马克斯电路对撰述负载的放电状态信息，包括脉冲电压在被尾切开关进行尾切前后的信息。
[0023]所述的FPGA控制系统，包括高见FPGA模块和同步触发模块及单片机模块和报警模块。所述FPGA模块接收从所述测量系统的处理电路传输来的监测的所述脉冲形成系统的马克斯电路输出的高压脉冲的电压和电流信号，包括经过尾切开关尾切后的脉冲电压电流信号，经过运算处理后，一方面，所述的FPGA模块通过导线与所述的单片机模块进行数据交换；另一方面，上述FPGA模块通过导线与所述的同步触发模块的输入端连接，所述的同步触发模块的输出端通过光纤，经过信号转换系统的第二电/光转换器J2和第二光/电转换器K2，与所据隔离变压器的开关的驱动器、所述的脉冲形成系统的马克斯电路的开关驱动器的控制端和各尾切开关的驱动器的的控制端连接，避免受到所述的脉冲形成系统的高压的干扰，确保同步触发脉冲信号稳定与同步性。所述的报警模块通过导线与所述的FPGA模块连接，当负载输出的脉冲电流，超过设定的电流时，上述FPGA模块进行延时判断后通过同步触发模块、电光转换J2及光电转换器K2发出信号启动驱动器切断隔离变压器与电源之间的开关，同时发出报警信号，提示工作人员或操作人员切断电源，从而确保本脉冲发生器和操作人员的安全。所述的单片机模块通过光纤，经过信号转换系统的第一电/光转换器Jl和第一光/电转换Kl与撰述电源系统的高压直流模块的控制端连接，将所述的FPGA控制系统发出的对所述的高压直流模块的控制信号转换成光信号进行传输，光纤传输可以避免受到脉冲形成系统的高压干扰，控制所述高压直流模块向所述的储能电容器组进行正常充电，确保方波脉冲电压幅值到达设定值。所述的FPGA控制器系统的主要功能是通过电脑或单机实现人机通信，发送高压直流模块、马克斯电路控制信号，接收所述的脉冲测量系统得到的测量信号，控制整个脉冲发生器及治疗仪的工作，并处理突发事故。
[0024]所述的电脑为普通市 购电脑，硬盘在320G以上，内存2G以上，英特尔酷睿处理器15-460M, WIINDOffS XP以上操作系统，该电脑通过串行电缆与所述的FPGA控制系统的单片机或单片机模块连接，操作人员通过电脑控制程序的用户界面或单片机显示面板设置参数倒序发送给所述的FPGA控制系统，从而实现人机互信。
[0025]所述的基于FPGA控制的高压纳秒脉冲发生器，输出的脉冲幅值为0-10KV，脉冲宽度为200-1000ns、脉冲频率为I-1000Hz,下降沿为0.2ns-40ns,脉冲个数为I-1000个，具体参数可以根据相关肿瘤治疗等需要确定。
【权利要求】
1.全时段高压陡脉冲癌症治疗装置及方法，其特征是:主要包括开关电源、脉冲发生器、尾切开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件，所述的负载电极包括含钛钼金电极，所述的开关电源由开关及驱动器构成；市电由电缆或导线通过所述的开关电源的开关与脉冲发生器的的输入连接，脉冲发生器的输出端通过导线、光纤或电缆与负载连接，所述的脉冲发生器的输出端用电缆、光纤或电缆，与开关器件连接后，与示波器连接后再与负载连接； (1)所述的脉冲发生器的包括基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器，基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器主要包括电源系统、脉冲形成系统、脉冲测量系统、FPGA控制系统、信号转换系统、电脑或带电脑接口的和单机芯片的单机； (2)所述的电源系统，包括电源、开关及开关驱动器，隔离变压器(电压、频率变化为1:1)、高压直流模块、开关电源Tl、开关电源T2、DC-DC模块；所述的电流为220V市电，通过导线可电缆通过带驱动器的开关与隔离变压器的原边连接，而隔离变压器的副边通过导线与高压直流模块的输入端连接，用于为高压直流模块提供交流电源；带驱动器的开关一端拉电源，一端连接隔离变压器，该开关的驱动器的控制通过导线或光纤与所述信号转换系统中的光/电转换器K2的输出连接；所述的高压直流模块包括输出最高电压幅值2000V、最大电流幅值为40mA的直流市购模块，高压直流模块的输出端通过导线与脉冲形成系统的充电隔离电阻串联后再与脉冲形成系统的马克斯电路的输入端连接，用于为脉冲形成系统的马克斯电路中的储能电容器组提供充电电源；所述的隔离变压器的原边的接地线与副边的接地线不直接连接，将所述的电源与所述的高压直流模块进行隔离，使它们不同大地连接，大大减少了来自大地的各种干扰信号，提高系统的稳定性；所述的开关电源Tl (市购元件)的输入端通过导线与撰述的电源连接，所述的电源Tl将220V交流电置换为15V的直流电流后，通过导线与撰述的DC-DC模块的输入端连接，该DC-DC模块通过导线与脉冲形成系统的马克斯电路中的开关驱动器的开关驱动器的输入端和尾切开关的驱动器连接，为上述驱动器提供电源，并进行高压、低压强弱电压之间的隔离，以保障整个系统的安全；所述的开关电源T2为市购元件其输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T2将220V交流电源转换为5V直流电后，分别通过导线与FPGG控制系统中的FPGA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及信号置换系统的两个电/光转换器Jl、J2和两个光/电转换器K1、K2的输入端，用于为所述的FP GA模块、单片机模块(或单片机)、报警模块及上述数个转换器提供电源，电源系统通过上述工作方式为脉冲形成系统、FPGA控制系统和信号转换系统提供安全稳定的电源，保障其正常工作； (3)所述的脉冲形成系统包括充电隔离电阻、马克斯电路、和负载；充电隔离电阻的一端与上述高压直流模块的输出端连接，用于发挥充电的限流和马克斯的高压与充电直流模块电源低压之间的隔离作用，充电隔离电阻的另一端通过导线与马克斯电路的第一级电压单元的旁路二极管的正极连接；所述的马克斯电路由4-10个或(或根据需要的数个)串联在电板母板上的带旁路二级管的电压单元组成，电压单元的数量可以根据需要确定；每个电压单元包括全固态开关、开关驱动器、储能电容器、旁路二极管、二级管；在各电压单元中，旁路二极管的负极通过导线或电缆与全固态开关和电容器的并联点连接，全固态开关的栅极通过导线与开关驱动器的输出端连接；开关驱动器和尾切开关驱动器的输入端通过导线与所述的电源系统的DC-DC模块的输出端连接；电源与隔离变压器之间的开关的驱动器、马克斯电路中的开关驱动器和尾切开关驱动器等驱动器的的控制端、通过导线与所述的信号转换系统中的第二光/电转换器K2连接，在该第二光/电转换器K2的作用下，上述开关和尾切开关开通-关断；储能电容器的另一端与二极管的正极串联后，与全固态开关并联；当全固态开关断开时，旁路二级管和二级管通导，储能电容器组进行并联充电；当全固态开关通导开通时，二极管和旁路二极管反向截止，已经充满到预设电压的储能电容器以串联方式通过尾切开关对负载进行放电，尾切开关对放电脉冲进行切尾；控制电容器对负载放电的脉宽和调节尾切开关，可以得到需要的高压纳秒或皮秒方波，当全固态开关断开时，再充对电容器进行充电，如此反复；当一个或多个全固态开关失效，则旁路二级管和二极管通导而自动旁路该一个或多个电压单元，其余电压单元仍然能正常工作，从而全系统仍然能释放出需要的纳秒、皮秒方波；所述的负载为无感电阻负载，通过导线并联在马克斯电路的输出端，该输出端与负载的连接处通过导线与脉冲测量系统连接； (4)所述的脉冲测量系统，包括分压器、电流传感器和处理电路；所述的分压器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的出端连接，所述的分压器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，用于监测撰述的脉冲形成系统的马克斯电路产生的脉冲电压信号；所述的电流传感器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的输出端连接，所述的电源传感器的输出端与处理电路的输入端连接，用于监测脉冲形成系统中的马克斯电路产生的脉冲电流信号；所述的处理电路的输出端通过导线与撰述的FPGA控制系统的FPGA模块的输入端连接；通过FPGA控制系统运算后处理检测出所述马克斯电路对撰述负载的放电状态信息，包括脉冲电压在被尾切开关进行尾切前后的信息；(5)所述的FPGA控制系统，包括高见FPGA模块和同步触发模块及单片机模块和报警模块；所述FPGA模块接收从所述测量系统的处理电路传输来的监测的所述脉冲形成系统的马克斯电路输出的高压脉冲的电压和电流信号，包括经过尾切开关尾切后的脉冲电压电流信号，经过运算处理后，一方面，所述的FPGA模块通过导线与所述的单片机模块进行数据交换；另一方面，上述FPGA模块通过导线与所述的同步触发模块的输入端连接，所述的同步触发模块的输出端通过光纤，经过信号转换系统的第二电/光转换器J2和第二光/电转换器K2，与所据隔离变压器的开关的驱动器、所述的脉冲形成系`统的马克斯电路的开关驱动器的控制端和各尾切开关的驱动器的的控制端连接，避免受到所述的脉冲形成系统的高压的干扰，确保同步触发脉冲信号稳定与同步性；所述的报警模块通过导线与所述的FPGA模块连接，当负载输出的脉冲电流，超过设定的电流时，上述FPGA模块进行延时判断后通过同步触发模块、电光转换J2及光电转换器K2发出信号启动驱动器切断隔离变压器与电源之间的开关，同时发出报警信号，提示工作人员或操作人员切断电源，从而确保本脉冲发生器和操作人员的安全；所述的单片机模块通过光纤，经过信号转换系统的第一电/光转换器Jl和第一光/电转换Kl与撰述电源系统的高压直流模块的控制端连接，将所述的FPGA控制系统发出的对所述的高压直流模块的控制信号转换成光信号进行传输，光纤传输可以避免受到脉冲形成系统的高压干扰，控制所述高压直流模块向所述的储能电容器组进行正常充电，确保方波脉冲电压幅值到达设定值；所述的FPGA控制器系统的主要功能是通过电脑或单机实现人机通信，发送高压直流模块、马克斯电路控制信号，接收所述的脉冲测量系统得到的测量信号，控制整个脉冲发生器及治疗仪的工作，并处理突发事故；(6)所述的电脑为普通市购电脑，硬盘在320G以上，内存2G以上，英特尔酷睿处理器i5-460M，WIIND0WS XP以上操作系统，该电脑通过串行电缆与所述的FPGA控制系统的单片机或单片机模块连接，操作人员通过电脑控制程序的用户界面或单片机显示面板设置参数、程序发送给所述的FPGA控制系统，从而实现人机互信；
(7)所述的基于FPGA控制的高压纳秒脉冲发生器，输出的脉冲幅值为O-IOKV可调，脉冲宽度为200-IOOOns可调、脉冲频率为I-IOOOHz可调，下降沿为0.2ns-40ns可调，脉冲个数为I-1000个可调，具体 参数可以根据相关肿瘤治疗等需要确定； (8)所述的开关、尾切开关包括固态开关、气体开关和液体开关，所述的液体开关包括水开关。
【文档编号】A61N1/32GK103446667SQ201210171151
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】张涛 申请人:张涛