專利名稱：：便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于生物電磁
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及高壓納秒脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的醫(yī)療裝置。
背景技術(shù)：
：目前，脈沖電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的影響與對(duì)生物體的治療作用，逐漸成為生物電磁
技術(shù)領(lǐng)域：
的研究熱點(diǎn)。研究表明當(dāng)脈寬降低至納秒(ns)級(jí)、電場(chǎng)強(qiáng)度升高到10kV/cm及以上時(shí)，這種納秒脈沖電場(chǎng)帶來的是一系列與電穿孔現(xiàn)象截然不同的細(xì)胞響應(yīng)，盡管細(xì)胞膜表面沒有發(fā)生明顯的電穿孔現(xiàn)象，但細(xì)胞內(nèi)部卻出現(xiàn)了磷脂酰絲氨酸外翻、半胱氨酸蛋白酶(Caspases)活化、鈣離子釋放、DNA和染色體破碎、大量微核產(chǎn)生等一系列的功能性改變，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生程序性死亡(Programmeddeath)，也稱之為凋亡(Apoptosis)，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)(IntracellularElectromanipulation，IEM)。納秒脈沖電場(chǎng)以其獨(dú)特的細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)及其誘導(dǎo)凋亡的重要特征已引起人們極大的關(guān)注，成為生物電磁技術(shù)研究的重要課題?，F(xiàn)有高壓納秒脈沖醫(yī)療裝置，如申請(qǐng)?zhí)枮?00710078665.4的"高壓納秒脈沖誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的裝置"，該裝置主要包括高壓直流模塊、脈沖形成系統(tǒng)、脈沖測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。裝置輸出高壓納秒脈沖的幅值在09.9kV之間連續(xù)調(diào)節(jié)或預(yù)置、重復(fù)頻率在2Hz100Hz之間連續(xù)調(diào)節(jié)或預(yù)置、寬度在200ns1ys之間分7級(jí)調(diào)節(jié)或預(yù)置、治療時(shí)間可根據(jù)治療需要調(diào)節(jié)或預(yù)置。該裝置在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中主要存在以下不足輸出脈沖幅值過低，不能夠產(chǎn)生更高強(qiáng)度納秒脈沖電場(chǎng)作用于腫瘤細(xì)胞，限制了裝置的應(yīng)用范圍；輸出脈沖脈寬調(diào)節(jié)范圍有限(最小200ns)，且不能包含所有納秒脈沖脈寬參數(shù)，不能滿足納秒脈沖電場(chǎng)腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)窗口參數(shù)選擇的需要；脈沖上升沿平緩，忽略了高頻分量對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)的影響；輸出脈沖為指數(shù)衰減脈沖，該脈沖等效頻率復(fù)雜，不利于對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行頻譜分析；裝置輸出脈沖個(gè)數(shù)不可控，不能有效控制作用于腫瘤細(xì)胞的脈沖治療劑量。該裝置存在的上述不足之處，不利于在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中尋求使腫瘤細(xì)胞凋亡而正常細(xì)胞不受影響的最佳脈沖治療窗口參數(shù)，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞治療的效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有高壓納秒脈沖醫(yī)療裝置的不足之處，提供一種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器。該裝置輸出脈沖幅值更高(0kV15kV)、脈寬調(diào)節(jié)范圍更大(50nslus)、上升沿更陡(最小10ns)、重復(fù)頻率可控(0.215Hz)的高壓方波脈沖，且裝置輸出脈沖個(gè)數(shù)可設(shè)定，并具有液晶顯示和短路保護(hù)功能，該裝置能有效應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)及窗口參數(shù)的選擇。本發(fā)明的機(jī)理本發(fā)明裝置是基于布魯姆萊恩(Blumlein)單形成線集中參數(shù)原理，由若干個(gè)數(shù)目相同的等值電感L、等值高壓電容C組成T形脈沖形成線網(wǎng)絡(luò)。在電路拓?fù)渖?，它是傳輸線集中參數(shù)條件下的近似模型。高壓直流電源首先通過限流保護(hù)電阻向L-CT形網(wǎng)絡(luò)(以下簡(jiǎn)稱T形網(wǎng)絡(luò))充電，當(dāng)最后一級(jí)高壓電容充電電壓達(dá)到自擊穿氣體火花開關(guān)(以下簡(jiǎn)稱氣體開關(guān))擊穿電壓時(shí)，氣體開關(guān)瞬間閉合。對(duì)匹配負(fù)載電阻(Rrae貞g^fi二(L/C)1/2)，T形網(wǎng)絡(luò)放電過程如下首先最后一級(jí)高壓電容經(jīng)最后一級(jí)電感向匹配負(fù)載電阻放電，經(jīng)過放電延遲，后一級(jí)高壓電容經(jīng)次級(jí)電感和最后一級(jí)電感向同一匹配負(fù)載電阻放電。依此類推，由于各級(jí)高壓電容儲(chǔ)存的能量相同，而放電持續(xù)時(shí)間不同，且放電的各曲線幅度也不同，各級(jí)高壓電容對(duì)匹配負(fù)載電阻放電波形的疊加即為T形網(wǎng)絡(luò)輸出的高壓納秒方波脈沖。高壓納秒方波脈沖主要參數(shù)脈沖幅值U=0.5UC(UC為最后一級(jí)高壓電容充電電壓)；脈沖脈寬T*2WI5(n為T形網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù))，脈沖上升沿tr^0.8^^/T^。t形網(wǎng)絡(luò)便于制造，重復(fù)性、兼容性好；一個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)可封裝為一個(gè)獨(dú)立模塊，可通過增加或減少模塊來增加或減少輸出高壓納秒方波脈沖脈寬，且不影響整個(gè)脈沖形成系統(tǒng)的阻抗；改變氣體開關(guān)的擊穿電壓又可方便的調(diào)節(jié)裝置輸出脈沖幅值，因而T形網(wǎng)絡(luò)具有很好的應(yīng)用潛力。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，主要包括電源系統(tǒng)、高壓直流模塊、低壓電源、脈沖形成系統(tǒng)和脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)。電源系統(tǒng)由電源、電源濾波器、保險(xiǎn)管、電源開關(guān)組成，電源通過導(dǎo)線與電源濾波器的輸入端相連接，用以對(duì)輸入的電源進(jìn)行濾波；電源濾波器的輸出端通過導(dǎo)線與保險(xiǎn)管輸入端相連接，用以對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行過流保護(hù)；保險(xiǎn)管輸出端通過導(dǎo)線接至電源開關(guān)，用以對(duì)整個(gè)裝置輸入電源進(jìn)行控制；由電源開關(guān)處的輸出端用導(dǎo)線分別接至高壓直流模塊、低壓電源和脈沖計(jì)數(shù)器的電源進(jìn)線端。高壓直流源模塊為市購(gòu)模塊，其高壓輸出端通過導(dǎo)線與限流保護(hù)電阻的一端相連接，限流保護(hù)電阻為市購(gòu)高品質(zhì)電阻，用以防止裝置因使用不當(dāng)引起的短路故障。限流保護(hù)電阻另一端經(jīng)導(dǎo)線至脈沖形成系統(tǒng)的L-CT形網(wǎng)絡(luò)，并與T形網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)高壓電容高壓端相連接，通過調(diào)節(jié)高壓直流模塊的輸出電流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)T形網(wǎng)絡(luò)充電速度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置輸出脈沖重復(fù)頻率(0.215Hz)可控。低壓電源為市購(gòu)模塊，輸入220V交流市電，輸出+15V直流，通過導(dǎo)線連接至脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路板電源進(jìn)線端，用以對(duì)脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供電源。脈沖形成系統(tǒng)主要由L-CT形網(wǎng)絡(luò)、自擊穿氣體火花開關(guān)和匹配負(fù)載電阻構(gòu)成。T形網(wǎng)絡(luò)是由610個(gè)數(shù)目相同的等值電感L、等值高壓電容C組成的T形電路，高壓電容C采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容C低壓端通過螺釘與銅板緊密連接。電感L兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接，最后一級(jí)電感一端和最后一級(jí)高壓電容高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高壓電極接線端。整個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)模塊，可根據(jù)需要添加或減小模塊，從而增加或減小本裝置輸出脈沖脈寬，最終實(shí)現(xiàn)本裝置輸出脈沖脈寬(50nslus)可變，并具有良好的重復(fù)性、兼容性、可拓展性。自擊穿氣體火花開關(guān)主要由高壓電極、低壓電極、絕緣外殼、進(jìn)氣閥、出氣閥構(gòu)成。高壓電極和低壓電極均為銅質(zhì)電極，并分別分為球頭、圓柱極身、根部圓盤三部分。球頭為半徑5mm15mm的半球，圓柱極身為直徑10mm30mm、高度15mm30mm的圓柱體。根部圓盤為直徑30mm50mm、高度5mm10mm的圓柱體。在高壓電極的根部圓盤靠近外邊緣處分別對(duì)稱的開設(shè)一個(gè)帶有螺紋的通孔，并在通孔內(nèi)安裝進(jìn)、出氣閥。高壓電極位于氣體開關(guān)上部，低壓電極位于氣體開關(guān)下部，高、低壓電極的球頭相對(duì)呈對(duì)稱分布，高、低壓電極球頭間距為lmm3mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙。絕緣外殼為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑30mm50mm，外徑40mm60mm，用以對(duì)高、低壓電極進(jìn)行絕緣和密封氣體，高、低壓電極與絕緣外殼通過螺紋緊密連接。通過進(jìn)、出氣閥調(diào)節(jié)氣體開關(guān)內(nèi)的密閉氣壓，即可調(diào)節(jié)氣體開關(guān)的擊穿電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置輸出脈沖幅值(OkV15kV)可調(diào)。氣體開關(guān)低壓電極的根部圓盤與匹配負(fù)載電阻一端相連接，匹配負(fù)載電阻為市購(gòu)高品質(zhì)無感電阻，用以匹配T形網(wǎng)絡(luò)阻抗。脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)由電流傳感器、RC脈沖整形電路、光電隔離模塊、脈寬調(diào)制電路和脈沖計(jì)數(shù)器組成。電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為25mm37mm，內(nèi)徑為10mm17mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞100170匝直徑O.5mm0.65mm的銅質(zhì)漆包線。匹配負(fù)載電阻另一端經(jīng)引線垂直穿過電流傳感器中心，并與T形網(wǎng)絡(luò)的地線端相連。電流傳感器線圈的兩端分別經(jīng)導(dǎo)線與積分電阻的兩端連接，在積分電阻兩端產(chǎn)生的納秒脈沖信號(hào)經(jīng)二極管輸入RC脈沖整形電路，以便防止電流回流及濾除電流傳感器信號(hào)中的負(fù)半波部分。RC脈沖整形電路是由電阻和電容組成的r型電路，以便將納秒方波信號(hào)整形為微秒級(jí)指數(shù)衰減信號(hào)。RC脈沖整形電路輸出信號(hào)經(jīng)引線至光電隔離模塊，光電隔壁模塊為市購(gòu)模塊，以便防止信號(hào)之間相互干擾。光電隔離模塊引出信號(hào)至脈寬調(diào)制電路。脈寬調(diào)制電路為市購(gòu)模塊，其輸出信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線引至脈沖計(jì)數(shù)器，功能作用是將微秒級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被脈沖計(jì)數(shù)器識(shí)別的毫秒級(jí)低壓方波脈沖信號(hào)。脈沖計(jì)數(shù)器為市購(gòu)模塊，具有撥碼設(shè)定功能，配合脈沖計(jì)數(shù)器內(nèi)置繼電器控制裝置電源輸入，從而實(shí)現(xiàn)本裝置脈沖輸出個(gè)數(shù)可控。整個(gè)裝置緊湊、輕便、可靠，為進(jìn)一步研究壓納秒脈沖電場(chǎng)的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果(1)本發(fā)明的高性能低擊穿時(shí)延的自擊穿氣體火花開關(guān)。具有較高的擊穿電壓且重量較輕，并通過調(diào)節(jié)氣體開關(guān)內(nèi)的壓強(qiáng)可實(shí)現(xiàn)裝置輸出脈沖幅值從OkV15kV變化，本裝置輸出的高能量納秒脈沖電場(chǎng)，將更有利于促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡。(2)本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)阻抗不變的情況下，能制作多個(gè)L-CT型網(wǎng)絡(luò)模塊，通過增加或減少網(wǎng)絡(luò)模塊可方便快捷的實(shí)現(xiàn)裝置輸出脈沖寬度的增加或減少，脈沖寬度能實(shí)現(xiàn)從50nslus的變化。本裝置輸出高壓納秒方波脈沖脈寬大范圍可變，將更有利于尋找影響腫瘤細(xì)胞凋亡的最佳的脈寬，提高腫瘤治療效果。(3)本發(fā)明裝置合理布局、結(jié)構(gòu)緊湊，減小了放電回路的雜散電感，并采用優(yōu)質(zhì)的電子元器件，從而提高了裝置輸出脈沖上升沿陡度。本裝置輸出脈沖所包含的高頻分量將有助于腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)，進(jìn)一步提高腫瘤細(xì)胞凋亡率，達(dá)到更好的腫瘤治療效果。(4)本發(fā)明裝置繞制的高品質(zhì)精確小電感和采用的高精度無感負(fù)載電阻，使網(wǎng)絡(luò)阻抗和匹配負(fù)載電阻精確匹配，有效消除因折反射引起的尾部震蕩。裝置輸出的高壓納秒方波脈沖，波形質(zhì)量好，等效頻率單一，更有利于理論分析，并選擇腫瘤細(xì)胞凋亡的最佳頻譜特性，提高腫瘤治療效果。(5)本發(fā)明裝置緊湊、輕便，工作可靠，實(shí)現(xiàn)了輸出脈沖個(gè)數(shù)可設(shè)定的智能化控制，有效滿足了醫(yī)療裝置的需要，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明裝置可廣泛應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)及其誘導(dǎo)凋亡機(jī)理的研究，可以應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞脈沖治療，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，提高腫瘤治愈率。圖1為本發(fā)明裝置的原理框圖；圖2為圖1中的L-CT形網(wǎng)絡(luò)主電路拓?fù)鋱D；圖3為本發(fā)明裝置中的自擊穿氣體火花開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)施例的脈沖整形電路、光電隔離模塊及脈寬調(diào)制電路原理圖；圖5為本實(shí)施例1的輸出脈沖波形圖。圖中R1為限流保護(hù)電阻，R2為匹配負(fù)載電阻，LIL6為等值電感，ClC6為等值高壓電容，1為高壓電極，1-1為高壓電極的根部圓盤，1-2為高壓電極圓柱極身，1-3為高壓電極的球頭，2為低壓電極，2-l為低壓電極的根部圓盤，2-2為低壓電極的圓柱極身，2-3為低壓電極的球頭，3為絕緣外殼，4為進(jìn)氣閥，5為出氣閥。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1如圖14所示，一種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，主要包括電源系統(tǒng)、高壓直流模塊、低壓電源、脈沖形成系統(tǒng)和脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)。電源系統(tǒng)由電源、電源濾波器、保險(xiǎn)管、電源開關(guān)等組成。電源為220V/50Hz的市電，電源通過導(dǎo)線與電源濾波器的輸入端相連接，用以對(duì)輸入的市電電源進(jìn)行濾波；電源濾波器的輸出端通過導(dǎo)線與保險(xiǎn)管輸入端相連接，保險(xiǎn)管最大通過電流為3A，用以對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行過流保護(hù)；保險(xiǎn)管輸出端通過導(dǎo)線接至電源開關(guān)，對(duì)整個(gè)裝置輸入電源進(jìn)行控制；電源開關(guān)的火線、零線輸出端用導(dǎo)線分別接至低壓電源、脈沖計(jì)數(shù)器的電源進(jìn)線端，同時(shí)電源開關(guān)零線、地線引出端經(jīng)引線直接接至高壓直流模塊零線、地線端，電源開關(guān)火線引出端接至脈沖計(jì)數(shù)器3號(hào)管腳，計(jì)數(shù)器5號(hào)管腳經(jīng)引線接至高壓直流模塊火線進(jìn)線端。脈沖計(jì)數(shù)器、高壓直流模塊均為市購(gòu)模塊，高壓直流模塊的輸入電壓DC24±10%;輸出電壓DC0+30kV;最大輸出電流lmA，高壓直流模塊配有電流、電壓顯示模塊和調(diào)節(jié)電位器，并具有過壓、過流保護(hù)功能。高壓直流模塊高壓輸出端與限流保護(hù)電阻R1相連接，限流保護(hù)電阻R1為市購(gòu)高品質(zhì)電阻，阻值為15MQ，用以防止裝置因使用不當(dāng)引起的短路故障。限流保護(hù)電阻R1另一端經(jīng)導(dǎo)線至脈沖形成系統(tǒng)的L-CT形網(wǎng)絡(luò)，并與T形網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)高壓電容Cl高壓端相連接，用以向脈沖形成系統(tǒng)的充電。通過調(diào)節(jié)高壓直流模塊的輸出電流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)T形網(wǎng)絡(luò)充電速度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置輸出脈沖重復(fù)頻率可控。低壓電源輸出+15￥直流，通過導(dǎo)線連接至脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路板電源進(jìn)線端，用以對(duì)脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供電源。脈沖形成系統(tǒng)主要由L-CT形網(wǎng)絡(luò)、自擊穿氣體火花開關(guān)和匹配負(fù)載電阻R2構(gòu)成。T形網(wǎng)絡(luò)是由6個(gè)數(shù)目相同的等值電感LlL6、等值高壓電容ClC6組成的T形電路。高壓電容C1C6為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，容值為150pF，耐壓值為40kV，采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容C1C6低壓端通過螺釘與銅板緊密連接。電感LlL6為市購(gòu)高精度電感，電感值為375nH，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接。最后一級(jí)電感L6—端和最后一級(jí)高壓電容C6高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高電極l接線端。整個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)模塊，可根據(jù)需要添加或減小模塊，從而增加或減小本裝置輸出脈沖脈寬，最終實(shí)現(xiàn)本裝置輸出脈沖脈寬可變，具有良好的重復(fù)性、兼容性、可拓展性。自擊穿氣體火花開關(guān)主要由高壓電極1、低壓電極2、絕緣外殼3、進(jìn)氣閥4、出氣閥5構(gòu)成。高壓電極1和低壓電極2均為銅質(zhì)電極，并分別分為球頭l-3、2-3、圓柱極身1-2、2-2、根部圓盤l-3、2-3三部分。球頭l-3、2-3為半徑5mm的半球，圓柱極身1_2、2_2為直徑10mm、高度15mm的圓柱體。根部圓盤1_3、2_3為直徑30mm、高度5mm的圓柱體。在高壓電極1的根部圓盤1-1靠近外邊緣處分別對(duì)稱的開設(shè)一個(gè)帶有螺紋的通孔，并在通孔內(nèi)安裝進(jìn)、出氣閥4、5。高壓電極1位于氣體開關(guān)上部，低壓電極2位于氣體開關(guān)下部，高、低壓電極1、2的球頭l-3、2-3相對(duì)呈對(duì)稱分布，高、低壓電極1、2的球頭l-3、2-3間距為lmm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙。絕緣外殼3為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑30mm，外徑40mm，用以對(duì)高、低壓電極1、2進(jìn)行絕緣和密封氣體，高、低壓電極1、2與絕緣外殼3通過螺紋緊密連接。通過進(jìn)、出氣閥4、5調(diào)節(jié)氣體開關(guān)內(nèi)的密閉氣壓，即可調(diào)節(jié)氣體開關(guān)的擊穿電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)本發(fā)明裝置輸出脈沖幅值。氣體開關(guān)低壓電極2的根部圓盤2-1與匹配負(fù)載電阻R2—端相連接；匹配負(fù)載電阻R2為市購(gòu)無感電阻電阻，阻值50Q+1%，功率40W，能精確匹配T形網(wǎng)絡(luò)阻抗，避免因折反射引起的裝置輸出脈沖振蕩。脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)由電流傳感器、RC脈沖整形電路、光電隔離模塊、脈寬調(diào)制電路和脈沖計(jì)數(shù)器組成。電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為25mm，內(nèi)徑為10mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞100匝直徑0.5mm的銅質(zhì)漆包線。匹配負(fù)載電阻R2另一端經(jīng)引線垂直穿過電流傳感器中心，并與T形網(wǎng)絡(luò)的地線端相連。電流傳感器線圈的兩端分別經(jīng)導(dǎo)線與積分電阻的兩端連接，在積分電阻兩端產(chǎn)生的納秒脈沖信號(hào)經(jīng)二極管IN4007輸入RC脈沖整形電路，以便防止電流回流及濾除電流傳感器信號(hào)中的負(fù)半波部分。RC脈沖整形電路是由電阻和電容組成的r型電路，R為IOOQ，C為2uF，以便將納秒方波信號(hào)整形為微秒級(jí)指數(shù)衰減信號(hào)。RC脈沖整形電路輸出信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線引至光電隔離模塊，光電隔壁模塊為市購(gòu)模塊(TP250光電隔離芯片)，以便防止信號(hào)之間相互干擾。TP250芯片6號(hào)管腳引出，經(jīng)過O.luF濾波電容引至脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路為市購(gòu)模塊(NE555芯片)，NE555芯片1號(hào)、3號(hào)管腳分別經(jīng)引線至脈沖計(jì)數(shù)器9號(hào)、10號(hào)管腳，功能作用是將微秒信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被脈沖計(jì)數(shù)器識(shí)別的毫秒級(jí)低壓方波脈沖信號(hào)。脈沖計(jì)數(shù)器為市購(gòu)模塊，具有撥碼設(shè)定功能，配合脈沖計(jì)數(shù)器內(nèi)置繼電器(3號(hào)、5號(hào)管腳)控制裝置電源輸入，從而實(shí)現(xiàn)本裝置脈沖輸出個(gè)數(shù)可設(shè)定的智能化控制。本發(fā)明裝置緊湊設(shè)計(jì)，連線、焊接、布局都盡力減小引入電感。整個(gè)裝置長(zhǎng)為440mm，寬為370mm，高為220mm，重量為7.5Kg。具有良好的便攜性。測(cè)試時(shí)，選擇一個(gè)L-CT形網(wǎng)絡(luò)模塊(6級(jí)網(wǎng)絡(luò))，高壓直流模塊輸出電壓為30kV，自擊穿氣體火花開關(guān)內(nèi)充滿0.49MPa氣壓，采用美國(guó)Tektronic公司DP04054型數(shù)字熒光示波器和P6015A型高壓探頭，對(duì)裝置輸出脈沖波形進(jìn)行測(cè)試。本裝置輸出的脈沖波形如圖5所示，脈沖幅值15kV、上升沿10ns、半高寬脈寬100ns，脈沖波形穩(wěn)定、光滑、無明顯毛剌。實(shí)施例2—種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，同實(shí)施例1，其中L-CT形網(wǎng)絡(luò)是由8個(gè)數(shù)目相同的等值電感LlL8、等值高壓電容ClC8組成的T形電路。高壓電容ClC8為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容C1C8低壓端通過螺釘與銅板緊密連接。電感L1L8為市購(gòu)高精度電感，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接。最后一級(jí)電感L8—端和最后一級(jí)高壓電容C8高壓端連接。球頭l-3、2-3為半徑10mm的半球，圓柱極身1_2、2_2為直徑20mm、高度20mm的圓柱體。根部圓盤l-3、2-3為直徑40mm、高度8mm的圓柱體。高、低壓電極1、2的球頭1-3、2-3間距為2mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙。絕緣外殼3為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑40mm，外徑50mm。電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為31mm，內(nèi)徑為14mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞140匝直徑0.6mm的銅質(zhì)漆包線。實(shí)施例3—種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，同實(shí)施例l，其中L-CT形網(wǎng)絡(luò)是由IO個(gè)數(shù)目相同的等值電感LlL10、等值高壓電容ClC10組成的T形電路。高壓電容ClC10為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容C1C10低壓端通過螺釘與銅板緊密連接。電感LlL10為市購(gòu)高精度電感，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接。最后一級(jí)電感L10—端和最后一級(jí)高壓電容C10高壓端連接。球頭l-3、2-3為半徑15mm的半球，圓柱極身1_2、2_2為直徑30mm、高度30mm的圓柱體。根部圓盤l-3、2-3為直徑50mm、高度10mm的圓柱體。高、低壓電極1、2的球頭1-3、2-3間距為3mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙。絕緣外殼3為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑50mm，外徑60mm。電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為37mm，內(nèi)徑為17mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞170匝直徑0.65mm的銅質(zhì)漆包線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用本實(shí)施例裝置對(duì)人漿液囊腺性卵巢癌SK0V3進(jìn)行腫瘤細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期貼壁生長(zhǎng)的SK0V3癌細(xì)胞用0.25%胰酶(GIBCO公司)消化后離心，用RPMI-1640培養(yǎng)液制成單腫瘤細(xì)胞懸液，并校正腫瘤細(xì)胞濃度至1X106/ml。取2ml腫瘤細(xì)胞懸液盛于鉑金電極細(xì)胞槽，兩鉑金電極之間距離為lcm。發(fā)生器產(chǎn)生納秒脈沖對(duì)腫瘤細(xì)胞液進(jìn)行處理，裝置輸出所有脈沖參數(shù)均為lHz。脈沖電場(chǎng)處理完后，采用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)腫瘤細(xì)胞凋亡。按照FITC標(biāo)記AnnexinV細(xì)胞凋亡試劑盒(晶美生物公司)的說明書操作，收集各組脈沖電場(chǎng)處理后培養(yǎng)4h細(xì)胞各1X106個(gè)，冷PBS洗滌2遍后，用250yL的A皿exin結(jié)合緩沖液重懸細(xì)胞，取100yL細(xì)胞懸液于5mL流式管中，加5iiL的AnnexinVFITC和10yL的PI，混勻后室溫避光孵育15min，在反應(yīng)管中加入400iiL的PBS，立即用流式細(xì)胞儀(FACSCalibur)檢測(cè)。以Annexin+/PI-判斷為早期凋亡，八皿^1!1+/1+判斷為晚期凋亡或壞死，AnneXin-/PI+為操作中損傷細(xì)胞或處理過于強(qiáng)烈機(jī)械性損失的細(xì)胞，AnnexinVPI-為正常細(xì)胞。每組參數(shù)重復(fù)3次。根據(jù)上述方法得到的各組參數(shù)正交設(shè)計(jì)凋亡實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，表中凋亡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示為每組參數(shù)重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)后得到的平均值±偏差(文+S)表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出利用本發(fā)明裝置產(chǎn)生的高壓納秒脈沖能夠使得腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。同時(shí)發(fā)現(xiàn)第4組脈沖參數(shù)(10kV/cm、100ns、5min)所誘導(dǎo)的早期凋亡細(xì)胞數(shù)最多(29.66±7.28)，第8組脈沖參數(shù)(15kV/cm、300ns、lmin)次之(22.74±6.37)。即第4組脈沖參數(shù)是最佳的誘導(dǎo)凋亡脈沖參數(shù)組合，后續(xù)實(shí)驗(yàn)即可根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見本發(fā)明裝置輸出脈沖幅值更高、脈寬調(diào)節(jié)范圍更大、上升沿更陡的高壓納秒方波脈沖，有助于腫瘤細(xì)胞內(nèi)電處理效應(yīng)，提高了腫瘤細(xì)胞凋亡率；本發(fā)明裝置多參數(shù)(脈沖幅值、脈寬、重復(fù)頻率、脈沖個(gè)數(shù)等)、大范圍、靈活、獨(dú)立調(diào)節(jié)也有利于在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中尋求最佳的脈沖治療窗口參數(shù)，使腫瘤細(xì)胞凋亡而正常細(xì)胞不受影響，提高腫瘤細(xì)胞治療效果；同時(shí)本發(fā)明裝置緊湊、輕便，工作可靠，有效滿足了醫(yī)療裝置的需要，便于推廣應(yīng)用。權(quán)利要求一種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，主要包括電源系統(tǒng)、高壓直流模塊、低壓電源、脈沖形成系統(tǒng)和脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)，電源系統(tǒng)由電源、電源濾波器、保險(xiǎn)管、電源開關(guān)組成，電源通過導(dǎo)線與電源濾波器的輸入端相連接，電源濾波器的輸出端通過導(dǎo)線與保險(xiǎn)管輸入端相連接，保險(xiǎn)管輸出端通過導(dǎo)線接至電源開關(guān)，由電源開關(guān)處的輸出端用導(dǎo)線分別接至高壓直流模塊、低壓電源和脈沖計(jì)數(shù)器的電源進(jìn)線端，其特征在于高壓直流源模塊為市購(gòu)模塊，其高壓輸出端通過導(dǎo)線與限流保護(hù)電阻(R1)的一端相連接，限流保護(hù)電阻為市購(gòu)高品質(zhì)電阻，限流保護(hù)電阻(R1)另一端經(jīng)導(dǎo)線至脈沖形成系統(tǒng)的L-CT形網(wǎng)絡(luò)(以下簡(jiǎn)稱T形網(wǎng)絡(luò))，并與T形網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)高壓電容高壓端相連接，通過調(diào)節(jié)高壓直流模塊輸出電流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)T形網(wǎng)絡(luò)充電速度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置輸出脈沖重復(fù)頻率可控，低壓電源為市購(gòu)模塊，輸入220V交流市電，輸出+15V直流，通過導(dǎo)線連接至脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)電路板電源進(jìn)線端，脈沖形成系統(tǒng)主要由L-CT形網(wǎng)絡(luò)、自擊穿氣體火花開關(guān)(以下簡(jiǎn)稱氣體開關(guān))和匹配負(fù)載電阻(R2)構(gòu)成，T形網(wǎng)絡(luò)是由6～10個(gè)數(shù)目相同的等值電感L、等值高壓電容C組成的T形電路，高壓電容C采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容C低壓端通過螺釘與銅板緊密連接，電感L兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容C的高壓端相連接，最后一級(jí)電感一端和最后一級(jí)高壓電容的高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高壓電極(1)接線端，整個(gè)T形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)模塊，可根據(jù)需要添加或減小模塊，從而增加或減小本裝置輸出脈沖脈寬，最終實(shí)現(xiàn)本裝置輸出脈沖脈寬可變，自擊穿氣體火花開關(guān)主要由高壓電極(1)、低壓電極(2)、絕緣外殼(3)、進(jìn)氣閥(4)、出氣閥(5)構(gòu)成，高壓電極(1)和低壓電極(2)均為銅質(zhì)電極，并分別分為球頭(1-3、2-3)、圓柱極身(1-2、2-2)、根部圓盤(1-1、2-1)三部分，球頭(1-3、2-3)為半徑5mm～15mm的半球，圓柱極身(1-2、2-2)為直徑10mm～30mm、高度15mm～30mm的圓柱體，根部圓盤(1-1、2-1)為直徑30mm～50mm、高度5mm～10mm的圓柱體，在高壓電極(1)的根部圓盤(1-1)靠近外邊緣處分別對(duì)稱的開設(shè)一個(gè)帶有螺紋的通孔，并在通孔內(nèi)安裝進(jìn)、出氣閥(4、5)，高壓電極(1)位于氣體開關(guān)上部，低壓電極(2)位于氣體開關(guān)下部，高、低壓電極(1、2)的球頭(1-3、2-3)相對(duì)呈對(duì)稱分布，高、低壓電極球頭(1-3、2-3)間距為1mm～3mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙，絕緣外殼(3)為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑30mm～50mm，外徑40mm～60mm，高、低壓電極(1、2)與絕緣外殼(3)通過螺紋緊密連接，通過進(jìn)、出氣閥(4、5)調(diào)節(jié)氣體開關(guān)內(nèi)的密閉氣壓，即可調(diào)節(jié)氣體開關(guān)的擊穿電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)本發(fā)明裝置輸出脈沖幅值，氣體開關(guān)低壓電極的根部圓盤(2-1)與匹配負(fù)載電阻(R2)的一端相連接，匹配負(fù)載電阻(R2)為市購(gòu)高品質(zhì)無感電阻；脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)由電流傳感器、RC脈沖整形電路、光電隔離模塊、脈寬調(diào)制電路和脈沖計(jì)數(shù)器組成，電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為25mm～37mm，內(nèi)徑為10mm～17mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞100～170匝直徑0.5mm～0.65mm的銅質(zhì)漆包線，匹配負(fù)載電阻(R2)的另一端經(jīng)引線垂直穿過電流傳感器中心，并與T形網(wǎng)絡(luò)的地線端相連，電流傳感器線圈的兩端分別經(jīng)導(dǎo)線與積分電阻的兩端連接，在積分電阻兩端產(chǎn)生的納秒脈沖信號(hào)經(jīng)二極管輸入RC脈沖整形電路，RC脈沖整形電路是由電阻和電容組成的Γ型電路，RC脈沖整形電路輸出信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線引至光電隔離模塊，光電隔壁模塊為市購(gòu)模塊，光電隔離模塊引出信號(hào)至脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路為市購(gòu)模塊，其輸出信號(hào)引線至脈沖計(jì)數(shù)器，脈沖計(jì)數(shù)器為市購(gòu)模塊，具有撥碼設(shè)定功能，配合脈沖計(jì)數(shù)器內(nèi)置繼電器控制裝置電源輸入，從而實(shí)現(xiàn)本裝置脈沖輸出個(gè)數(shù)可控。2.按照權(quán)利要求1所述的便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，其特征在于所述的脈沖形成系統(tǒng)所形成的高壓納秒脈沖為方波脈沖，其脈沖幅值在015kV之間連續(xù)調(diào)節(jié)或預(yù)置、脈沖寬度范圍50ns1iis、重復(fù)頻率在0.2Hz15Hz之間連續(xù)調(diào)節(jié)或預(yù)置、脈沖個(gè)數(shù)根據(jù)治療需要調(diào)節(jié)或預(yù)置。3.按照權(quán)利要求1所述的便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，其特征在于T形網(wǎng)絡(luò)是由6個(gè)數(shù)目相同的等值電感(L1L6)、等值高壓電容(C1C6)組成的T形電路，高壓電容(CIC6)為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，容值為150pF，耐壓值為40kV，采用共地接線方式均勻分布在一塊銅板之上，且高壓電容ClC6低壓端通過螺釘與銅板緊密連接，電感(LlL6)為市購(gòu)高精度電感，電感值為375nH，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接，最后一級(jí)電感(L6)—端和最后一級(jí)高壓電容(C6)高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高電極(1)接線端;球頭(l-3、2-3)為半徑5mm的半球，圓柱極身(1_2、2_2)為直徑10mm、高度15mm的圓柱體，根部圓盤(l-3、2-3)為直徑30mm、高度5mm的圓柱體，高、低壓電極的球頭(1_3、2_3)間距為lmm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙，絕緣外殼(3)為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑30mm，外徑40mm;電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為25mm，內(nèi)徑為10mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞100匝直徑O.5mm的銅質(zhì)漆包線，RC脈沖整形電路是由電阻和電容組成的r型電路，R為100Q，C為2uF。4.按照權(quán)利要求1所述的便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，其特征在于L-CT形網(wǎng)絡(luò)是由8個(gè)數(shù)目相同的等值電感(L1L8)、等值高壓電容(C1C8)組成的T形電路，高壓電容(ClC8)為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，電感(LlL8)為市購(gòu)高精度電感，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接，最后一級(jí)電感(L8)—端和最后一級(jí)高壓電容(C8)高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高壓端；球頭(l-3、2-3)為半徑10mm的半球，圓柱極身(1_2、2_2)為直徑20mm、高度20mm的圓柱體，根部圓盤(i-3、2-3)為直徑40mm、高度8mm的圓柱體，高、低壓電極(1、2)的球頭(l-3、2-3)間距為2mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙，絕緣外殼(3)為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑40線夕卜徑50mm;電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為31mm，內(nèi)徑為14mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞140匝直徑0.6mm的銅質(zhì)漆包線。5.按照權(quán)利要求1所述的便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，其特征在于L-CT形網(wǎng)絡(luò)是由IO個(gè)數(shù)目相同的等值電感(L1L10)、等值高壓電容(C1C10)組成的T形電路，高壓電容(C1C10)為市購(gòu)無感陶瓷高壓電容，電感(L1L10)為市購(gòu)高精度電感，且兩端分別與相鄰兩級(jí)高壓電容的高壓端相連接，最后一級(jí)電感(L10)—端和最后一級(jí)高壓電容(C10)高壓端連接，另一端連至氣體開關(guān)高壓端；球頭(l-3、2-3)為半徑15mm的半球，圓柱極身(1_2、2_2)為直徑30mm、高度30mm的圓柱體，根部圓盤(l-3、2-3)為直徑50mm、高度10mm的圓柱體，高、低壓電極(1、2)的球頭(l-3、2-3)間距為3mm，并形成氣體開關(guān)放電主間隙，絕緣外殼(3)為圓筒形有機(jī)玻璃，內(nèi)徑50mm，夕卜徑60mm5電流傳感器骨架為圓環(huán)形硅鋼片疊加而成，圓環(huán)外徑為37mm，內(nèi)徑為17mm，在電流傳感器骨架上均勻纏繞170匝直徑0.65mm的銅質(zhì)漆包線。全文摘要一種便攜式高壓納秒方波脈沖發(fā)生器，涉及高壓納秒方波脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的醫(yī)療裝置。本發(fā)明主要包括電源系統(tǒng)、高壓直流模塊、低壓電源、脈沖形成系統(tǒng)和脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)。本發(fā)明裝置輸出脈沖幅值最高15kV，脈寬調(diào)節(jié)范圍50ns～1us，上升沿陡度可達(dá)10ns，輸出脈沖重復(fù)頻率0.2～15Hz可控，且裝置輸出脈沖個(gè)數(shù)可設(shè)定，該裝置可多參數(shù)(脈沖幅值、脈寬、重復(fù)頻率、脈沖個(gè)數(shù)等)大范圍、靈活、獨(dú)立調(diào)節(jié)，更有利于尋找腫瘤細(xì)胞凋亡的最佳窗口參數(shù)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，提高腫瘤治療效果。同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、輕便、工作可靠、操作簡(jiǎn)單、便于推廣應(yīng)用，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種腫瘤的治療中。文檔編號(hào)C12M1/42GK101745178SQ20091019195公開日2010年6月23日申請(qǐng)日期2009年12月17日優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日發(fā)明者唐炬,姚陳果,孫才新,張曉星,李成祥,米彥,趙東陽申請(qǐng)人:重慶大學(xué)