一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统的制作方法

本实用新型属于医疗器械领域，尤其是涉及一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统。

背景技术：

不可逆电穿孔(IRE)是一项有关肿瘤非热消融的新兴技术。该项技术通过电极发送一组高压电脉冲在组织中形成电场，使细胞膜发生不可逆电穿孔，从而使得肿瘤细胞凋亡。

不可逆电穿孔(IRE)已经成为应对肿瘤和其他非癌症病理的非热治疗新兴手法。此方案通过直接植入或者放置在病变组织周围的电极传送一系列短且强的电脉冲，在电极之间形成电场，改变细胞膜的跨膜电位(TMP)，一旦跨膜电位达到阈值，在细胞膜上就会形成电穿孔，在电场较小时，电穿孔是可逆的，即在一段时间后细胞膜会恢复其电击前的生理功能。随着电场继续增大，将会导致细胞不可逆电穿孔，使细胞发生凋亡。同时，由于陡脉冲作用时间极短(微秒级别)，其产生的热效应往往可以忽略不计,不会对组织产生热损伤。

高压陡脉冲作用于人体，瞬间的强电场会刺激肌肉，产生较强的肌肉收缩，肌肉收缩可能影响植入的针头的位置，致使治疗方案无效，甚至对周围组织造成伤害，对手术的安全顺利进行有着极大得威胁。临床上，陡脉冲手术治疗需注射麻痹性药物来减弱肌肉收缩，以降低肌肉抖动造成的手术风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统，以提供一种能够双向交替脉冲放电的系统，以减弱肌肉累积电荷，达到减弱肌肉收缩程度的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统，包括控制模块、光电隔离模块、驱动模块和双脉冲发生模块，控制模块的输出的控制信号经过光电隔离模块后传递给驱动模块，驱动模块的输出端与双脉冲发生模块的输入端连接，双脉冲发生模块包括两个脉冲输入输出点，在控制模块的控制下两个脉冲输出点能够实现正负脉冲交替输出。

进一步的，所述双脉冲发生模块包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT四个大功率IGBT，四个IGBT构成桥式电路，桥式电路的外部高压电源正极接入点分别与第一IGBT的C1引脚和第三IGBT的C3引脚连接，第一IGBT的E1引脚和第三IGBT的E3引脚分别与第二IGBT的C2引脚和第四IGBT的C4引脚连接，E1引脚与C2引脚的连接点处为第一脉冲输入输出点，E3引脚与C4引脚的连接点处为第二脉冲输入输出点，第二IGBT的E2引脚和第四IGBT的E4引脚分别与外部高压电源负极接入点连接，第一IGBT的G1引脚、第二IGBT的G2引脚、第三IGBT的G3引脚、第四IGBT的G4引脚分别与驱动模块的输出端连接。

进一步的，所述驱动模块包括驱动芯片，驱动芯片的型号为M57962CL，驱动芯片的第四引脚和第六引脚分别与电源连接，第一电容和第三电容、第七电容和第九电容分别连接在两个电源与地之间用于稳压和滤波；

驱动芯片的第四引脚与第二引脚之间连接有第五电容，驱动芯片的第六引脚与第一稳压二极管的正极连接，第一稳压二极管的负极与驱动芯片的第一引脚连接，第一稳压二极管的负极与第一引脚的连接节点与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与双脉冲发生模块连接；

驱动芯片的第五引脚与第五电阻的一管脚连接，第五电阻的另一管脚与双脉冲发生模块连接，第五电阻的另一管脚还与第三稳压二极管的正极连接，第三稳压二极管的负极与第五稳压二极管的负极连接，第五稳压二极管的正极分别与地和双脉冲发生模块连接；

驱动芯片的第十四管脚接正电源，驱动芯片的第十三管脚与光电隔离模块的输出端连接。

进一步的，所述光电隔离模块包括型号为6N137的光电隔离器，光电隔离器的第二引脚与第三引脚之间并联有第一电容和第二二极管，第二二极管的正极与第三引脚连接，第二二极管的负极与第一电容的节点连接电源DVCC5，控制模块的输出信号经过第一触发器、第二触发器和第五十九电阻后从光电隔离器的第三引脚输入到光电隔离器中，电源DVCC5与第五十七电阻(R57)的一引脚连接，第五十七电阻的另一引脚与第一触发器的输入引脚九连接；

光电隔离器的第五引脚接地，光电隔离器的第六引脚与第三触发器的输入引脚三连接，第三触发器的输出引脚四与驱动模块的输入端连接，光电隔离器的第六引脚和第七引脚分别与电阻和电阻连接后与电源EVCC5连接，光电隔离器的第八引脚与电源EVCC5连接。

进一步的，所述控制模块为单片机。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统具有以下优势：

(1)本发明所述的脉冲发生器结构简单，设计合理，既能输出正向和反向交替的脉冲，又能只输出一路正向或一路反向的脉冲，能精确的控制脉宽和周期，使用灵活性强，方便使用；

(2)目前，IRE的临床应用要求使用全身麻醉和麻痹剂以消除每一脉冲过程中产生的肌肉收缩，肌肉收缩可能影响植入的针头的位置，这可以使得治疗方案无效，甚至对周围组织产生危害，根据当前研究和动物实验验证已经证实，双脉冲下肌肉的收缩程度有了明显的降低，极大的降低了手术风险，本实用新型采用正负脉冲交替方式放电，极大地降低了肌肉收缩，可以减少肌肉松弛剂的用量，在脉冲频率较高时，甚至不用肌肉松弛剂也能保证手术安全顺利进行，大大的降低了手术风险和麻醉药物的使用。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的原理图；

图2为本实用新型实施例所述的双脉冲发生模块的电路示意图；

图3为本实用新型实施例所述的驱动模块的电路示意图；

图4为本实用新型实施例所述的光电隔离模块的电路示意图。

附图标记说明：

1-控制模块；2-光电隔离模块；3-驱动模块；4-双向脉冲发生模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，一种双向陡脉冲肿瘤治疗系统，包括控制模块1、光电隔离模块2、驱动模块3和双脉冲发生模块4，控制模块1的输出的控制信号经过光电隔离模块2后传递给驱动模块3，驱动模块3的输出端与双脉冲发生模块4的输入端连接，双脉冲发生模块4包括两个脉冲输入输出点，在控制模块1的控制下两个脉冲输出点能够实现正负脉冲交替输出。本实施例中控制模块1为单片机。

如图2所示，双脉冲发生模块4包括第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3、第四IGBT Q4四个大功率IGBT，四个IGBT构成桥式电路，通过控制模块1控制不同节点引出到电极，以达到正向和反向放电的目的。第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3、第四IGBT Q4分别包括C1，G1，E1、C2，G2，E2、C3，G3，E3、C4，G4，E4三个引脚，其中C1、C2、C3、C4为输入引脚，G1、G2、G3、G4为控制引脚，E1、E2、E3、E4为输出引脚。桥式电路的外部高压电源正极接入点JHV+1分别与第一IGBT Q1的C1引脚和第三IGBT Q3的C3引脚连接，第一IGBT Q1的E1引脚和第三IGBT Q3的E3引脚分别与第二IGBT Q2的C2引脚和第四IGBT Q4的C4引脚连接。E1引脚与C2引脚的连接点处为第一脉冲输入输出点A，E3引脚与C4引脚的连接点处为第二脉冲输入输出点B。第二IGBT Q2的E2引脚和第四IGBT Q4的E4引脚分别与外部高压电源负极接入点JHV-1连接，第一IGBT Q1的G1引脚、第二IGBT Q2的G2引脚、第三IGBT Q3的G3引脚、第四IGBT Q4的G4引脚分别与驱动模块3的输出端连接。

陡脉冲输出由第一脉冲输入输出点A和第二脉冲输入输出点B输入输出，具体的控制方式为：同时使能Q1、Q4两个IGBT，高压脉冲从JHV+1经Q1从第一脉冲输入输出点A输出，经肿瘤组织，从第二脉冲输入输出点B、Q4和JHV-1形成回路，即此时电流流向为从A到B；反之，将Q2、Q3两个IGBT同时使能，高压脉冲从JHV+1经Q3从第二脉冲输入输出点B点输出，经肿瘤组织，经第一脉冲输入输出点A、Q2和JHV-1形成回路，即此时电流流向为从B到A；如此实现正负脉冲交替输出。

每一个IGBT对应一个驱动模块3，如图3所示，图3中以第一IGBT Q1的驱动为例，其余三个均与之相同。驱动模块3由正负12伏电源供电，驱动模块3包括型号为M57962CL的驱动芯片，驱动芯片的第四引脚和第六引脚分别与+12V电源和-12V电源连接。第一电容C1和第三电容C3分别连接在+12V电源与地之间起滤波和稳压作用，第七电容C7和第九电容C9分别连接在-12V电源与地之间用于稳压和滤波。驱动芯片的第四引脚与第二引脚之间连接有第五电容C5，驱动芯片的第六引脚与第一稳压二极管DZ1的正极连接，第一稳压二极管DZ1的负极与驱动芯片的第一引脚连接，第一稳压二极管DZ1的负极与第一引脚的连接节点与第一二极管DH1的正极连接，第一二极管DH1的负极与第一IGBT Q1的C1脚连接。第一稳压二极管DZ1的型号为IN4751，第一二极管DH1的型号为MUR30120。

驱动芯片的第五引脚与第五电阻R5的一管脚连接，第五电阻R5的另一管脚与第一IGBT Q1的G1脚连接。第五电阻R5的另一管脚还与第三稳压二极管DZ3的正极连接，第三稳压二极管DZ3的负极与第五稳压二极管DZ5的负极连接，第五稳压二极管DZ5的正极分别与地和第一IGBT Q1的E1脚连接。驱动芯片的第十四管脚IGBT_Drive1+接+5V电源，驱动芯片的第十三管脚IGBT_Drive1-为低电平与光电隔离模块2的输出端连接。具体控制方式为：IGBT_Drive1+接正5V电源，由控制模块1控制IGBT_Drive1-为低电位，此时G1与E1间产生10v的电位差，受控的第一IGBT Q1即处于导通状态。第三稳压二极管DZ3、第五稳压二极管DZ5的型号均为IN4744。

光电隔离模块2用于将控制模块1的控制信号与驱动模块3的驱动信号进行光电隔离。每一个IGBT对应一个光电隔离模块2，如图4所示，图4以第一IGBT Q1的光电隔离模块2为例，其余三个均与之相同。光电隔离模块2包括型号为6N137的光电隔离器PC1，光电隔离器PC1的第二引脚与第三引脚之间并联有第一电容C1和第二二极管DM1，第二二极管DM1的正极与第三引脚连接，第二二极管DM1的负极与第一电容C1的节点连接电源DVCC5。第二二极管DM1用于保护光隔元件。控制模块1的输出信号Prog0经过第一触发器UA5D、第二触发器UA5C和第五十九电阻R59后从光电隔离器PC1的第三引脚输入到光电隔离器PC1中。第一触发器UA5D、第二触发器UA5C的型号均为74HC14。第一触发器UA5D、第二触发器UA5C为两级触发器，用于稳定数字电平，防止震荡信号的干扰。

第五十七电阻R57和DVCC5为上拉电阻，用于建立一个稳定的初始数字电平.电源DVCC5与第五十七电阻R57的一引脚连接，第五十七电阻R57的另一引脚与第一触发器UA5D的输入引脚九连接。光电隔离器PC1的第五引脚接地，光电隔离器PC1的第六引脚与第三触发器UB1B的输入引脚三连接，第三触发器UB1B的输出引脚四与驱动模块3的输入端连接，光电隔离器PC1的第六引脚和第七引脚分别与电阻RA1和电阻RM1连接后与电源EVCC5连接，光电隔离器PC1的第八引脚与电源EVCC5连接。电阻RA1和电阻RM1为上拉电阻，光电隔离器的输出信号经EVCC5V上拉，经第三触发器UB1B，即得到输出信号ProgramOut0，ProgramOut0与驱动芯片的第十三引脚IGBT_Drive1-相连接。第三触发器UB1B的型号为74HC14。

本实用新型的工作原理：

控制模块1的输出信号ProgOut0输出一个低电平，经第一触发器UA5D、第二触发器UA5C和串联电阻R59，接入光电隔离器PC1的输入端，使得光耦点亮，经光电隔离器PC1的第六引脚输出低电平信号，连接到第三触发器UB1B的输入，在第三触发器UB1B的输出引脚4处即得到高电平信号ProgramOut0；ProgramOut0与IGBT_Driver-相连接，IGBT_Driver+接+5v电源，因为IGBT_Driver-与IGBT_Driver+均为高电平，所以驱动不会产生动作，第一IGBTQ1不会导通。当ProgOut0输出一个高电平时，ProgramOut0处信号为低电平状态，即IGBT_Driver-为低电平，驱动模块3产生动作，第一IGBT Q1导通。

如规定当图2中的Q1、Q4同时导通时为正脉冲，则当图2中Q2、Q3同时导通时为负脉冲。即通过控制四个驱动模块3的动作、给ProgOut0不同电平即可产生正负交替的脉冲，当需要单方向脉冲时，只导通Q1、Q4即可实现。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。