一种单针型纳秒脉冲治疗电极

1.本实用新型涉及脉冲肿瘤消融治疗领域，尤其涉及一种单针型纳秒脉冲治疗电极。


背景技术：

2.纳秒脉冲源于高功率电磁武器技术，是一种脉宽在纳秒级别的高压脉冲电场，近年来作为新兴的非热肿瘤消融治疗手段，在多种不同肿瘤中展现出良好治疗前景。纳秒脉冲可以将上万伏电场能量压缩在十亿分之一秒的超短脉冲对肿瘤进行连珠炮式攻击，产生特殊的细胞效应，能穿膜入核，选择性攻击分裂旺盛的肿瘤细胞，同时不借助焦耳热杀伤细胞，可有效保护血管、胆管及神经等结构，尤其在肝癌治疗领域，对邻近肝门、血管和胆管等结构复杂肝癌的治疗具有重要价值。
3.目前，纳秒脉冲在临床上较为成熟的研究方向是以黑色素瘤为代表的皮肤肿瘤，由于位置表浅，常采用多电极针矩阵点位进行电极的布针，并且电极针的长度较短，相关电极针已有商业化产品上市。但对于以肝癌为代表的深部肿瘤，必须使用更长的电极针以深达病灶进行消融，其消融方案多分为以下两种：1、开腹手术或腹腔镜下直接使用电极针消融肿瘤；2、超声引导下电极针经皮穿刺直达肿瘤病灶进行消融。前者的手术创伤较大，与手术切除肿瘤相比几乎无异，无法体现纳秒脉冲治疗的微创优势，因此经皮穿刺消融是纳秒脉冲治疗深部肿瘤的更佳方案。
4.在实际应用中，纳秒脉冲消融肿瘤至少需要两根电极，一根阳极，一根阴极，对于较大肿瘤可能还需要插入更多电极，消融时轮流作为阳极或阴极。根据电场分布原理，当两根电极完全平行的时候，才能最大化消融的范围和效果，但实际操作过程中很难保证先后插入的两根电极相互平行，因此纳秒脉冲消融肿瘤的效果也难以充分发挥。
5.为解决上述问题，现有采用增加模具固定进针方向、使用板状电极等办法。增加模具虽然可以使电极针更加平行，却也固定了进针角度，大大增加了医师的操作难度，使其在进针时难以避开血管等重要结构；采用板状电极增大了两电极间相互平行的面积，但同时也扩大了进针创面，并且板状电极的进针操作相比针状电极更困难。


技术实现要素：

6.本技术实施例的目的是提供一种单针型纳秒脉冲治疗电极，以解决现有纳秒脉冲电极需要至少两根电极针，难以保证电极针之间相互平行从而影响治疗效果，且操作复杂需多次进针，患者创伤较大等存在的不足。
7.根据本技术实施例，提供一种单针型纳秒脉冲治疗电极，包括：
8.阳极电极针，包括针体以及固定在所述针体底部的针尖；
9.阴极套管，套接在所述针体外，所述阴极套管的外壁分为绝缘覆盖段和裸露段；
10.第一绝缘涂层，分布在所述针体与所述阴极套管之间；
11.第二绝缘涂层，覆盖所述绝缘覆盖段；
12.握持部，固定于所述阴极套管和所述阳极电极针的上端；及
13.尾插，可拆卸地插接在所述握持部上，所述尾插上具有两个电极接头，两个电极接头分别与所述阳极电极针和阴极套管电连接。
14.进一步地，所述的阳极电极针和阴极套管采用室温下电导率大于等于1x106s/m的金属材料制作。
15.进一步地，还包括：
16.第三绝缘涂层，分布在所述阴极套管下端与所述针尖上端之间。
17.进一步地，所述的第一绝缘涂层、第二绝缘涂层、第三绝缘涂层均采用电导率小于等于1x10-13
s/m的高分子材料制作，且所述第二绝缘涂层、所述第三绝缘涂层采用具有低电导率且同时具有良好生物相容性和自润滑性的高分子材料。
18.进一步地，所述握持部为中间向内侧凹陷的圆柱体。
19.进一步地，所述握持部内装有与所述阴极套管相连的金属导线，所述握持部尾部设有与所述金属导线相连的金属插头。
20.进一步地，所述阳极电极针的上端贯穿出所述握持部。
21.进一步地，所述金属插头采用不锈钢材质，所述金属导线采用铜材质。
22.进一步地，所述电极接头为一金属插座。
23.进一步地，所述尾插采用工程塑料材质，所述电极接头采用不锈钢材质。
24.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
25.由上述实施例可知，本技术与现有纳秒脉冲治疗电极相比，本实用新型采用单针型嵌套式电极设计，第一绝缘涂层和第二绝缘涂层的设置确保所述阳极电极针和阴极套管之间相互绝缘，所述针尖和裸露段作为电极针的治疗区，握持部有利于持针操作和固定针体，尾插的设计则保证了进针操作时不受较长电线导致重心偏后的影响。以实现使用一根电极便可进行纳秒脉冲消融治疗的技术目的，有效避免了传统多电极纳秒脉冲消融时，电极针难以保证相互平行的问题，确保了治疗效果的稳定性和可靠性；第一绝缘涂层取代了传统的绝缘套管，解决了传统绝缘套管与电极针连接不够紧密的问题，使电极针结构更紧凑；尾插的可拆卸设计避免了进针时电线较长影响操作时重心偏移的问题。
26.本实用新型仅需一根电极针即可完成纳秒脉冲消融治疗，且一次进针后，在超声引导下变换进针深度和角度即可进行多点位消融，相比于传统的多电极针多点位治疗，治疗时长更短，进针次数更少，患者负担和创伤更小；电极针整体结构紧凑，相比传统含绝缘套管的治疗电极直径更小，并优化了操作手感，降低了穿刺操作的阻力，提高了医师进针操作的便捷性和准确性，降低了操作时损伤血管等意外风险。
27.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
28.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
29.图1为本实用新型实施例提供的一种单针型纳秒脉冲治疗电极的侧面结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例提供的针尖处的局部放大示意图；
31.图3为本实用新型实施例提供的握持部放大示意图；
32.图4为本实用新型实施例提供的握持部俯视示意图；
33.图5为本实用新型实施例提供的尾插的示意图；
34.图6为本实用新型实施例提供的尾插的仰视图；
35.图7为本实用新型实施例提供的仿真模拟组织消融范围二维示意图；
36.图8为本实用新型实施例提供的仿真模拟组织消融范围三维示意图。
37.图中：1、针体；2、第一绝缘涂层；3、阴极套管；4、第二绝缘涂层；5、第三绝缘涂层；6、裸露段；7、针尖；8、阴极金属插头；9、金属导线；10、握持部；11、阳极金属插头；12、尾插；13、阳极电极接头；14、阴极电极接头；15、阴极电线；16、阳极电线；17、阳极供电接头；18、阴极供电接头。
具体实施方式
38.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
39.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
40.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
41.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种单针型纳秒脉冲治疗电极，其特征在于，包括：阳极电极针、阴极套管3、第一绝缘涂层2、第二绝缘涂层4、握持部10、尾插12，所述阳极电极针包括针体1以及固定在所述针体1底部的针尖7；所述阴极套管3套接在所述针体1外，所述阴极套管3的外壁分为绝缘覆盖段和裸露段6；所述第一绝缘涂层2分布在所述针体1与所述阴极套管3之间，以防止所述电极针和所述金属套管之间发生短路和击穿；所述第二绝缘涂层4覆盖所述绝缘覆盖段；所述握持部10固定于所述阴极套管3和所述阳极电极针的上端；所述尾插12可拆卸地插接在所述握持部10上，所述尾插12上具有两个电极接头，两个电极接头分别与所述阳极电极针和阴极套管3电连接。
42.由以上技术方案可知，第一绝缘涂层2和第二绝缘涂层4的设置确保所述阳极电极针和阴极套管3之间相互绝缘，所述针尖7和裸露段6作为电极针的治疗区，握持部10有利于持针操作和固定针体1，尾插12的设计则保证了进针操作时不受较长电线导致重心偏后的影响。
43.进一步地，还可包括第三绝缘涂层5，所述第三绝缘涂层5分布在所述阴极套管3下
端与所述针尖7上端之间。具体地，第三绝缘涂层5的形状类似空心圆台，下窄上宽，下端与所述针尖7的直径相适应，上端与阴极套管3裸露段6的外径相适应，整体呈现平滑过渡，有利于增加进针操作过程的顺滑度，减少进针阻力，降低操作难度，提升操作精度。
44.本实施例中，所述第一绝缘涂层2采用室温电导率小于等于1x10-15
s/m的高分子绝缘材料，如聚己内酯二醇型的聚氨酯弹性体(pcl-pue)；第二绝缘涂层4和第三绝缘涂层5采用室温电导率小于等于1x10-13
s/m、良好生物相容性和自润滑性的高分子材料，如聚对二甲苯(parylene)。其中第一绝缘涂层2位于所述针体1和阴极套管3之间，需要采用电导率更低、击穿强度更高的材料，以确保阳极和阴极之间不发生击穿，保证纳秒脉冲消融的安全性；第二绝缘涂层4和第三绝缘涂层5在进针操作中直接与患者组织接触，需要采用电导率低、生物相容性良好和自润滑性的材料，防止电极向组织漏电，避免出现对电极针过敏的情况，同时降低进针时的阻力，使操作更加顺畅。
45.本实施例中，所述阳极电极针和阴极套管3采用室温下电导率大于等于1x106s/m的金属材料制作，如304不锈钢(fe-18％cr-8％ni)、430不锈钢(fe-18％cr)等。
46.本实施例中，阳极电极针针尖7和裸露段6表面没有绝缘涂层覆盖，这两处区域构成了纳秒脉冲消融治疗时的阳极和阴极，形成了本单针型纳秒脉冲治疗电极的有效治疗区域，即纳秒脉冲消融治疗时，需要将所述针尖7和所述裸露段6全部插入需要消融的组织部位，以保证消融范围的覆盖和稳定。
47.本实施例中，如图3所示，握持部10固定于阴极套管3和阳极电极针的上端，其材质采用工程塑料，具有良好的绝缘性和较强的可塑性，其形状为中间向内弯曲的圆柱体，符合手指的曲线，有利于在进行穿刺、旋转等进针操作时，提高握持时的稳定性和舒适度。握持部10内部装有金属导线9，金属导线9的下端与阴极套管3的上端相连，其上端与阴极金属插头8相连，使电流可以经阴极套管3和金属导线9流向阴极金属插头8。所述阴极金属插头8采用不锈钢材质，所述金属导线9采用铜材质。特别地，所述阳极电极针针体1的上段贯穿出所述握持部10，所述穿出部即为阳极金属插头11，如图4所示，其目的是将阳极和阴极置于同一平面中的两个插头上，使结构更加紧凑，便于与尾插12相插接。
48.本实施例中，如图5和图6所示，尾插12通过插接的方式安装在握持部10上端，为可拆卸设计，其形状类似圆形纽扣，其材质采用工程塑料，内部具有两个电极接头以及分别与其相连的电线。具体地，电极接头为金属插座，其材质采用不锈钢，其中位于尾插12底面圆心处的阳极电极接头13与阳极金属插头11相插接，另一阴极电极接头14与阴极金属插头8相插接，两个电极接头的内径均略小于相插接的金属插头外径，有利于提高尾插12与握持部10插接时的稳定性。阳极电线16和阴极电线15分别与阳极电极接头13和阴极电极接头14相连接，其电线材质采用多芯硅胶高压电线，以确保电线的耐用性和耐高压性能。两条电线从尾插12的上部贯穿出，末端分别与阳极供电接头17和阴极供电接头18相连，便于与纳秒脉冲消融仪的阳极和阴极输出接口连接。由于尾插12整合了电线和供电接头，其质量要大于尾插12的主体和治疗电极，会导致整体重心向后偏移，因此在穿刺进针操作的过程中不需要安装尾插12，在完成进针操作后再将尾插12与握持部10相插接，避免了传统治疗电极因电线和供电插头导致重心后移从而增大进针操作难度的问题，改善了进针操作的手感。
49.特别地，所述纳秒脉冲治疗电极有效治疗区域的各参数，即阳极电极针的直径、阴极套管3的内外径、针尖7的长度、裸露段6的长度和第三绝缘涂层5的长度共同决定了所述
治疗区域的消融范围大小，通过调节所述各参数的数值，可制作不同类型的单针型纳秒脉冲治疗电极，供给不同类别、大小、性质、部位的肿瘤消融使用。所述实施例不对上述参数起到任何限定作用，旨在便于理解本实用新型的结构和功能。
50.具体地，对本实施例中的单针型纳秒脉冲治疗电极进行comsol物理仿真，模拟其在肝脏组织中的消融情况。本模拟过程使用脉冲参数为：输出电压25000v、脉冲频率20hz、半高宽脉宽20ns、下降沿(10-90％)≤100ns，脉冲次数500次。模拟过程使用的单针型纳秒脉冲治疗电极有效治疗区域参数为：阳极电极针直径1mm、阴极套管3外径1.8mm、裸露段6长度3mm、针尖7长度3mm、第三绝缘涂层5长度3mm。模拟消融范围如图7、图8所示，模拟结果良好，电压输出正常，阳极电极针和阴极套管3之间无击穿，消融范围呈椭圆形(二维)或椭球形(三维)。
51.由上述实施例可知，本实用新型通过将阳极和阴极整合在同一根治疗电极上，并使用高分子绝缘涂层对阳极和阴极进行分隔，达到了仅使用一根治疗电极即可完成纳秒脉冲消融治疗的技术目的，避免了传统多电极消融时难以保证电极间相互平行的问题。此外，本实用新型还设有握持部10和尾插12，整合了电极接头、插头、导线等部件，可以有效提高本单针型纳秒脉冲治疗电极的电气接触质量，并降低了操作难度，提高了安全性。
52.具体地，本实施例中分别以阳极电极针和阴极套管3作为阳极和阴极，呈嵌套样设计，同时有第一绝缘涂层2、第二绝缘涂层4、第三绝缘涂层5分别位于针体1与阴极套管3之间、阴极套管3的绝缘覆盖段、阴极套管3裸露段6下端与针尖7上端之间，结构紧凑。并且第一绝缘涂层2的材料电导率更低，有效防止阳极阴极间击穿；第二、第三绝缘涂层5的材料在具有低电导率的同时，具有良好生物相容性和自润滑性，有效防止电极向人体组织漏电、防止材料过敏和降低穿刺进针的阻力。握持部10外形贴合手指曲线，有利于改善操作的舒适度、精确度和稳定性，并起到固定电极针和阴极套管3的作用。尾插12与握持部10相插接，为可拆卸设计，在医师进针操作时不安装尾插12，避免了传统治疗电极因电线较长使重心向后偏移的问题，有效降低了进针操作的难度。进行多点位消融治疗时，无需反复多次进针，只需变换进针深度和角度即可实现，操作简便，对患者损伤小，可有效满足临床应用需求。
53.本实用新型仅需一根电极针即可完成纳秒脉冲消融治疗，且一次进针后，在超声引导下变换进针深度和角度即可进行多点位消融，相比于传统的多电极针多点位治疗，治疗时长更短，进针次数更少，患者负担和创伤更小；电极针整体结构紧凑，相比传统含绝缘套管的治疗电极直径更小，并优化了操作手感，降低了穿刺操作的阻力，提高了医师进针操作的便捷性和准确性，降低了操作时损伤血管等意外风险。
54.以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行详细阐述，需注意上述仅为本实用新型的具体实施范例，并不对本实用新型加以限制，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换均包含在本实用新型的保护范围之内。