一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備，包括單片機中央控制單元；由電流刺激部分和電場刺激部分構(gòu)成的絕緣或接觸一體化電極；接所述單片機中央控制單元在其控制下生成多種形狀與頻率刺激信號的信號發(fā)生單元；接所述信號發(fā)生單元將所述刺激信號放大的功率放大單元；以及接所述功率放大單元和單片機中央控制單元控制下將放大后的刺激信號連接至所述一根導(dǎo)電線的輸出切換模塊，本發(fā)明可以根據(jù)實驗者的選擇對腫瘤細胞或組織實施中頻電場或中頻電流刺激，也可以交替實施這兩種刺激觀察協(xié)同效應(yīng)。
【專利說明】一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及腫瘤治療實驗研究，特別涉及一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備。
【背景技術(shù)】[0002]自從2004年Yoram Palti等發(fā)現(xiàn)低強度(l_2V/cm)、中頻(100_300kHz)交變電場能選擇性抑制腫瘤細胞增殖，稱為腫瘤治療電場(Tumor Treating Fields，TTF)之后，越來越多的機構(gòu)參與中頻電場和中頻電流(頻率100— 300Khz，電流大小50mA左右)在腫瘤治療領(lǐng)域的研究。中頻電場刺激將非接觸電極置于被刺激腫瘤細胞或腫瘤組織的兩側(cè)，目前的機制表明，其主要通過干擾腫瘤細胞有絲分裂紡錘體的形成抑制腫瘤細胞的增殖。而中頻電流刺激則是將導(dǎo)電電極直接接觸被刺激腫瘤細胞或者腫瘤組織，目前發(fā)現(xiàn)其抑制細胞增殖的潛在作用機制有干擾腫瘤細胞DNA復(fù)制、改變腫瘤細胞膜形態(tài)等。
[0003]目前中頻電場實驗研究設(shè)備基本采用美國Novocure公司投資研發(fā)的NovoTTF-1OOA中頻交變電場腫瘤治療設(shè)備，該設(shè)備在腫瘤組織兩端施加O — lOV/cm，100—300kHZ的中頻刺激電場。而中頻電流刺激主要通過信號發(fā)生器產(chǎn)生各類波形，再接入功率放大設(shè)備，最后將放大的刺激信號通過接觸電極施加到腫瘤細胞或組織上。
[0004]中頻電場刺激和中頻電流刺激雖然相似，但是現(xiàn)有的機制表明它們對腫瘤組織的刺激效應(yīng)確實有不同的地方。現(xiàn)有的中頻電場、中頻電流腫瘤治療實驗設(shè)備單一，給實驗研究者帶來很大不便，因為很多研究機構(gòu)需要同時研究中頻電流、中頻電場的腫瘤刺激效應(yīng)，同時也可能需要研究兩種作用的協(xié)同效應(yīng)。按照目前的已有的方案，將需要多種實驗設(shè)備(中頻電場刺激儀、信號發(fā)生器、功率放大儀器等)，同時，現(xiàn)有設(shè)備沒法提供一些智能的刺激模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備，通過特定的電極設(shè)計和輸出切換控制，使得設(shè)備既可以用于電場刺激，也可以用于電流刺激，同時，設(shè)備還提供混沌刺激模式(頻率、波形隨機)，以滿足中頻電場、中頻電流刺激腫瘤治療實驗研究的需要。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備，包括:
[0008]單片機中央控制單元；
[0009]絕緣或接觸一體化電極，由自內(nèi)到外的導(dǎo)電粘膠、導(dǎo)電海綿、無紡絕緣布一、錫箔紙和無紡絕緣布二共五層構(gòu)成，導(dǎo)電粘膠與導(dǎo)電海綿連接并從導(dǎo)電海綿引出一根導(dǎo)電線，構(gòu)成電流刺激部分；錫箔紙與導(dǎo)電海綿通過無紡絕緣布一相隔離，錫箔紙連接另一根導(dǎo)電線，構(gòu)成電場刺激部分；
[0010]接所述單片機中央控制單元在其控制下生成多種形狀與頻率刺激信號的信號發(fā)生單元；
[0011]接所述信號發(fā)生單元將所述刺激信號放大的功率放大單元；以及
[0012]接所述功率放大單元和單片機中央控制單元控制下將放大后的刺激信號連接至所述一根導(dǎo)電線的輸出切換模塊。
[0013]所述兩根導(dǎo)電線以DC3.5mm接口的形式連接至輸出切換模塊的PJ-3423.5mm座上。
[0014]所述信號發(fā)生單元以DDS芯片AD9851為核心，在單片機的控制下產(chǎn)生100—300KHZ頻率范圍的正弦波、三角波或方波。
[0015]所述功率放大單元是根據(jù)滑動變阻器調(diào)節(jié)輸出幅度。
[0016]所述輸出切換模塊是兩個由單片機中央控制單元IO控制的低導(dǎo)通電阻繼電器，
3.3V控制電壓，根據(jù)選擇將放大后的刺激信號切換至其中一根導(dǎo)電線上，從而決定電流還是電場刺激。
[0017]所述單片機中央控制單元運行波形與頻率隨機的混沌刺激模式，隨機生成當前刺激信號的波形與頻率。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以根據(jù)實驗者的選擇對腫瘤細胞或組織實施中頻電場或中頻電流刺激，也可以交替實施這兩種刺激觀察協(xié)同效應(yīng)。因此，本發(fā)明解決了當前中頻電場、中頻電流刺激腫瘤治療領(lǐng)域設(shè)備靈活性不足的問題，通過獨特的電極片設(shè)計以及與之配套的輸出切換電路系統(tǒng)，使得實驗者可以隨意切換刺激方式，并且可以進行兩種刺激方式的協(xié)同效應(yīng)研究。同時，本發(fā)明還提供波形與頻率隨機變化的混沌刺激模式，方便解決細胞或者組織潛在的耐受性問題，便于實驗研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本裝置整體示意圖。
[0020]圖2為本裝置功率運放單元示意圖。
[0021]圖3為本裝置輸出切換模塊示意圖。
[0022]圖4為本裝置電極設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0024]圖1是本發(fā)明集成中頻電流電場刺激設(shè)備架構(gòu)示意圖，包括:單片機中央控制單元1、信號發(fā)生單元2、人機界面7、功率放大單元3、輸出切換模塊4、電源系統(tǒng)6以及接觸及絕緣一體化電極5。單片機中央控制單元I控制信號發(fā)生單元2產(chǎn)生各種形狀與頻率的刺激波形，該刺激波形經(jīng)過功率放大單元3放大后,進入輸出切換模塊4，輸出切換模塊4由單片機中央控制單元I控制，它根據(jù)用戶的設(shè)定決定放大刺激信號進入絕緣或接觸一體化電極5中的哪個部分(與刺激組織接觸的粘膠或者與刺激組織絕緣的錫紙)，當刺激信號在電極的粘膠中時，設(shè)備施加電流刺激；當刺激信號在錫紙中時，設(shè)備施加電場刺激。所以可以根據(jù)實驗者的選擇對腫瘤細胞或組織實施中頻電場或中頻電流刺激，也可以交替實施這兩種刺激觀察協(xié)同效應(yīng)。設(shè)備提供波形與頻率隨機變化的混沌刺激模式，方便解決細胞或者組織潛在的耐受性問題，便于實驗研究。[0025]所述的單片機中央控制單元I通過SPI接口與以DDS芯片AD9851為核心的信號發(fā)生單元2相連，利用AD9851的芯片功能生成100— 300kHZ頻率范圍的正弦、三角以及方波波形，這些波形經(jīng)過低通濾波后進入功率放大單元3。如圖2所示，功率放大單元3采用運放加三極管擴流的方式進行信號幅度和功率的放大，信號發(fā)生單元2產(chǎn)生的波形通過線路21進入，經(jīng)過放大后由22、23引出至輸出切換模塊4，通過RlOI可調(diào)節(jié)輸出幅度的大小。
[0026]如圖3所示，輸出切換模塊4的核心是兩個由單片機IO電平控制的低導(dǎo)通電阻繼電器，輸出切換模塊的31、32分別與功率放大模塊的22、23相連，P1、P2是PJ-3423.5mm插座，通過控制繼電器的通斷，將刺激信號引至PJ-342的不同引腳上。
[0027]如圖4所示為本裝置的電極設(shè)計，電極片分為五層，從內(nèi)到外依次為導(dǎo)電粘膠44、導(dǎo)電海綿42、無紡絕緣布43、錫箔紙41、無紡絕緣布43。導(dǎo)電海綿42與導(dǎo)電粘膠44連接在一起，DC3.5mm接口的一根導(dǎo)電線與導(dǎo)電海綿42相連，導(dǎo)電海綿42、導(dǎo)電粘膠44和與導(dǎo)電海綿42相連的導(dǎo)電線一起構(gòu)成電流刺激部分，導(dǎo)電粘膠直接與受刺激的組織表面接觸，將中頻電流施加在受刺激的組織上。錫箔紙41與導(dǎo)電海綿42通過無紡絕緣布43相隔離，DC3.5mm接口的另一根導(dǎo)電線與錫箔紙41相連構(gòu)成電場刺激部分，由于無紡絕緣布43的絕緣隔離，此時通過中頻電場來刺激組織，在這種情況下，導(dǎo)電粘膠44可以粘在刺激組織上，只起固定刺激電極的作用。兩個這樣的電極片組成一組電流/電場刺激電極，每個電極片的刺激信號分別由DC3.5mm接口 45接入。電極片尺寸為20mm*20mm。
[0028]本裝置還包括一個 由液晶顯示屏和控制面板組成的交互界面，通過交互界面，用戶可以設(shè)定中頻電場或者電流刺激方式，可以選擇是否采用混沌刺激模式，可以選擇刺激頻率、波形以及幅度。
【權(quán)利要求】
1.一種集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，包括: 單片機中央控制單元； 絕緣或接觸一體化電極，由自內(nèi)到外的導(dǎo)電粘膠、導(dǎo)電海綿、無紡絕緣布一、錫箔紙和無紡絕緣布二共五層構(gòu)成，導(dǎo)電粘膠與導(dǎo)電海綿連接并從導(dǎo)電海綿引出一根導(dǎo)電線，構(gòu)成電流刺激部分；錫箔紙與導(dǎo)電海綿通過無紡絕緣布一相隔離，錫箔紙連接另一根導(dǎo)電線，構(gòu)成電場刺激部分； 接所述單片機中央控制單元在其控制下生成多種形狀與頻率刺激信號的信號發(fā)生單元; 接所述信號發(fā)生單元將所述刺激信號放大的功率放大單元；以及接所述功率放大單元和單片機中央控制單元控制下將放大后的刺激信號連接至所述一根導(dǎo)電線的輸出切換模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，所述兩根導(dǎo)電線以DC3.5mm接口的形式連接至輸出切換模塊的PJ-342 3.5mm座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，所述信號發(fā)生單元以DDS芯片AD9851為核心，在單片機的控制下產(chǎn)生100— 300KHZ頻率范圍的正弦波、三角波或方波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，所述功率放大單元是根據(jù)滑動變阻器調(diào)節(jié)輸出幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，所述輸出切換模塊是兩個由單片機中央控制單元IO控制的低導(dǎo)通電阻繼電器，3.3V控制電壓，根據(jù)選擇將放大后的刺激信號切換至其中一根導(dǎo)電線上，從而決定電流還是電場刺激。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成中頻電流電場刺激設(shè)備，其特征在于，所述單片機中央控制單元運行波形與頻率隨機的混沌刺激模式，隨機生成當前刺激信號的波形與頻率。
【文檔編號】A61N1/36GK103585715SQ201310597903
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】吳祖河, 武建安, 王亨, 唐勁天 申請人:清華大學(xué)