本發(fā)明創(chuàng)造屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙向陡脈沖腫瘤治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

不可逆電穿孔(ire)是一項有關(guān)腫瘤非熱消融的新興技術(shù)。該項技術(shù)通過電極發(fā)送一組高壓電脈沖在組織中形成電場，使細胞膜發(fā)生不可逆電穿孔，從而使得腫瘤細胞凋亡。

不可逆電穿孔(ire)已經(jīng)成為應(yīng)對腫瘤和其他非癌癥病理的非熱治療新興手法。此方案通過直接植入或者放置在病變組織周圍的電極傳送一系列短且強的電脈沖，在電極之間形成電場，改變細胞膜的跨膜電位(tmp)，一旦跨膜電位達到閾值，在細胞膜上就會形成電穿孔，在電場較小時，電穿孔是可逆的，即在一段時間后細胞膜會恢復(fù)其電擊前的生理功能。隨著電場繼續(xù)增大，將會導(dǎo)致細胞不可逆電穿孔，使細胞發(fā)生凋亡。同時，由于陡脈沖作用時間極短(微秒級別)，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)往往可以忽略不計,不會對組織產(chǎn)生熱損傷。

高壓陡脈沖作用于人體，瞬間的強電場會刺激肌肉，產(chǎn)生較強的肌肉收縮，肌肉收縮可能影響植入的針頭的位置，致使治療方案無效，甚至對周圍組織造成傷害，對手術(shù)的安全順利進行有著極大得威脅。臨床上，陡脈沖手術(shù)治療需注射麻痹性藥物來減弱肌肉收縮，以降低肌肉抖動造成的手術(shù)風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種雙向陡脈沖腫瘤治療系統(tǒng)，以提供一種能夠雙向交替脈沖放電的系統(tǒng)，以減弱肌肉累積電荷，達到減弱肌肉收縮程度的目的。

為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種雙向陡脈沖腫瘤治療系統(tǒng)，包括控制模塊、光電隔離模塊、驅(qū)動模塊和雙脈沖發(fā)生模塊，控制模塊的輸出的控制信號經(jīng)過光電隔離模塊后傳遞給驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊的輸出端與雙脈沖發(fā)生模塊的輸入端連接，雙脈沖發(fā)生模塊包括兩個脈沖輸入輸出點，在控制模塊的控制下兩個脈沖輸出點能夠?qū)崿F(xiàn)正負脈沖交替輸出。

進一步的，所述雙脈沖發(fā)生模塊包括第一igbt、第二igbt、第三igbt、第四igbt四個大功率igbt，四個igbt構(gòu)成橋式電路，橋式電路的外部高壓電源正極接入點分別與第一igbt的c1引腳和第三igbt的c3引腳連接，第一igbt的e1引腳和第三igbt的e3引腳分別與第二igbt的c2引腳和第四igbt的c4引腳連接，e1引腳與c2引腳的連接點處為第一脈沖輸入輸出點，e3引腳與c4引腳的連接點處為第二脈沖輸入輸出點，第二igbt的e2引腳和第四igbt的e4引腳分別與外部高壓電源負極接入點連接，第一igbt的g1引腳、第二igbt的g2引腳、第三igbt的g3引腳、第四igbt的g4引腳分別與驅(qū)動模塊的輸出端連接。

進一步的，所述驅(qū)動模塊包括驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片的型號為m57962cl，驅(qū)動芯片的第四引腳和第六引腳分別與電源連接，第一電容和第三電容、第七電容和第九電容分別連接在兩個電源與地之間用于穩(wěn)壓和濾波；

驅(qū)動芯片的第四引腳與第二引腳之間連接有第五電容，驅(qū)動芯片的第六引腳與第一穩(wěn)壓二極管的正極連接，第一穩(wěn)壓二極管的負極與驅(qū)動芯片的第一引腳連接，第一穩(wěn)壓二極管的負極與第一引腳的連接節(jié)點與第一二極管的正極連接，第一二極管的負極與雙脈沖發(fā)生模塊連接；

驅(qū)動芯片的第五引腳與第五電阻的一管腳連接，第五電阻的另一管腳與雙脈沖發(fā)生模塊連接，第五電阻的另一管腳還與第三穩(wěn)壓二極管的正極連接，第三穩(wěn)壓二極管的負極與第五穩(wěn)壓二極管的負極連接，第五穩(wěn)壓二極管的正極分別與地和雙脈沖發(fā)生模塊連接；

驅(qū)動芯片的第十四管腳接正電源，驅(qū)動芯片的第十三管腳與光電隔離模塊的輸出端連接。

進一步的，所述光電隔離模塊包括型號為6n137的光電隔離器，光電隔離器的第二引腳與第三引腳之間并聯(lián)有第一電容和第二二極管，第二二極管的正極與第三引腳連接，第二二極管的負極與第一電容的節(jié)點連接電源dvcc5，控制模塊的輸出信號經(jīng)過第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第五十九電阻后從光電隔離器的第三引腳輸入到光電隔離器中，電源dvcc5與第五十七電阻(r57)的一引腳連接，第五十七電阻的另一引腳與第一觸發(fā)器的輸入引腳九連接；

光電隔離器的第五引腳接地，光電隔離器的第六引腳與第三觸發(fā)器的輸入引腳三連接，第三觸發(fā)器的輸出引腳四與驅(qū)動模塊的輸入端連接，光電隔離器的第六引腳和第七引腳分別與電阻和電阻連接后與電源evcc5連接，光電隔離器的第八引腳與電源evcc5連接。

進一步的，所述控制模塊為單片機。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種雙向陡脈沖腫瘤治療系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明所述的脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，既能輸出正向和反向交替的脈沖，又能只輸出一路正向或一路反向的脈沖，能精確的控制脈寬和周期，使用靈活性強，方便使用；

(2)目前，ire的臨床應(yīng)用要求使用全身麻醉和麻痹劑以消除每一脈沖過程中產(chǎn)生的肌肉收縮，肌肉收縮可能影響植入的針頭的位置，這可以使得治療方案無效，甚至對周圍組織產(chǎn)生危害，根據(jù)當(dāng)前研究和動物實驗驗證已經(jīng)證實，雙脈沖下肌肉的收縮程度有了明顯的降低，極大的降低了手術(shù)風(fēng)險，本發(fā)明創(chuàng)造采用正負脈沖交替方式放電，極大地降低了肌肉收縮，可以減少肌肉松弛劑的用量，在脈沖頻率較高時，甚至不用肌肉松弛劑也能保證手術(shù)安全順利進行，大大的降低了手術(shù)風(fēng)險和麻醉藥物的使用。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明創(chuàng)造的進一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實施例的原理圖；

圖2為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的雙脈沖發(fā)生模塊的電路示意圖；

圖3為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的驅(qū)動模塊的電路示意圖；

圖4為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的光電隔離模塊的電路示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-控制模塊；2-光電隔離模塊；3-驅(qū)動模塊；4-雙向脈沖發(fā)生模塊。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明創(chuàng)造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明創(chuàng)造的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明創(chuàng)造中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明創(chuàng)造。

如圖1所示，一種雙向陡脈沖腫瘤治療系統(tǒng)，包括控制模塊1、光電隔離模塊2、驅(qū)動模塊3和雙脈沖發(fā)生模塊4，控制模塊1的輸出的控制信號經(jīng)過光電隔離模塊2后傳遞給驅(qū)動模塊3，驅(qū)動模塊3的輸出端與雙脈沖發(fā)生模塊4的輸入端連接，雙脈沖發(fā)生模塊4包括兩個脈沖輸入輸出點，在控制模塊1的控制下兩個脈沖輸出點能夠?qū)崿F(xiàn)正負脈沖交替輸出。本實施例中控制模塊1為單片機。

如圖2所示，雙脈沖發(fā)生模塊4包括第一igbtq1、第二igbtq2、第三igbtq3、第四igbtq4四個大功率igbt，四個igbt構(gòu)成橋式電路，通過控制模塊1控制不同節(jié)點引出到電極，以達到正向和反向放電的目的。第一igbtq1、第二igbtq2、第三igbtq3、第四igbtq4分別包括c1，g1，e1、c2，g2，e2、c3，g3，e3、c4，g4，e4三個引腳，其中c1、c2、c3、c4為輸入引腳，g1、g2、g3、g4為控制引腳，e1、e2、e3、e4為輸出引腳。橋式電路的外部高壓電源正極接入點jhv+1分別與第一igbtq1的c1引腳和第三igbtq3的c3引腳連接，第一igbtq1的e1引腳和第三igbtq3的e3引腳分別與第二igbtq2的c2引腳和第四igbtq4的c4引腳連接。e1引腳與c2引腳的連接點處為第一脈沖輸入輸出點a，e3引腳與c4引腳的連接點處為第二脈沖輸入輸出點b。第二igbtq2的e2引腳和第四igbtq4的e4引腳分別與外部高壓電源負極接入點jhv-1連接，第一igbtq1的g1引腳、第二igbtq2的g2引腳、第三igbtq3的g3引腳、第四igbtq4的g4引腳分別與驅(qū)動模塊3的輸出端連接。

陡脈沖輸出由第一脈沖輸入輸出點a和第二脈沖輸入輸出點b輸入輸出，具體的控制方式為：同時使能q1、q4兩個igbt，高壓脈沖從jhv+1經(jīng)q1從第一脈沖輸入輸出點a輸出，經(jīng)腫瘤組織，從第二脈沖輸入輸出點b、q4和jhv-1形成回路，即此時電流流向為從a到b；反之，將q2、q3兩個igbt同時使能，高壓脈沖從jhv+1經(jīng)q3從第二脈沖輸入輸出點b點輸出，經(jīng)腫瘤組織，經(jīng)第一脈沖輸入輸出點a、q2和jhv-1形成回路，即此時電流流向為從b到a；如此實現(xiàn)正負脈沖交替輸出。

每一個igbt對應(yīng)一個驅(qū)動模塊3，如圖3所示，圖3中以第一igbtq1的驅(qū)動為例，其余三個均與之相同。驅(qū)動模塊3由正負12伏電源供電，驅(qū)動模塊3包括型號為m57962cl的驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片的第四引腳和第六引腳分別與+12v電源和-12v電源連接。第一電容c1和第三電容c3分別連接在+12v電源與地之間起濾波和穩(wěn)壓作用，第七電容c7和第九電容c9分別連接在-12v電源與地之間用于穩(wěn)壓和濾波。驅(qū)動芯片的第四引腳與第二引腳之間連接有第五電容c5，驅(qū)動芯片的第六引腳與第一穩(wěn)壓二極管dz1的正極連接，第一穩(wěn)壓二極管dz1的負極與驅(qū)動芯片的第一引腳連接，第一穩(wěn)壓二極管dz1的負極與第一引腳的連接節(jié)點與第一二極管dh1的正極連接，第一二極管dh1的負極與第一igbtq1的c1腳連接。第一穩(wěn)壓二極管dz1的型號為in4751，第一二極管dh1的型號為mur30120。

驅(qū)動芯片的第五引腳與第五電阻r5的一管腳連接，第五電阻r5的另一管腳與第一igbtq1的g1腳連接。第五電阻r5的另一管腳還與第三穩(wěn)壓二極管dz3的正極連接，第三穩(wěn)壓二極管dz3的負極與第五穩(wěn)壓二極管dz5的負極連接，第五穩(wěn)壓二極管dz5的正極分別與地和第一igbtq1的e1腳連接。驅(qū)動芯片的第十四管腳igbt_drive1+接+5v電源，驅(qū)動芯片的第十三管腳igbt_drive1-為低電平與光電隔離模塊2的輸出端連接。具體控制方式為：igbt_drive1+接正5v電源，由控制模塊1控制igbt_drive1-為低電位，此時g1與e1間產(chǎn)生10v的電位差，受控的第一igbtq1即處于導(dǎo)通狀態(tài)。第三穩(wěn)壓二極管dz3、第五穩(wěn)壓二極管dz5的型號均為in4744。

光電隔離模塊2用于將控制模塊1的控制信號與驅(qū)動模塊3的驅(qū)動信號進行光電隔離。每一個igbt對應(yīng)一個光電隔離模塊2，如圖4所示，圖4以第一igbtq1的光電隔離模塊2為例，其余三個均與之相同。光電隔離模塊2包括型號為6n137的光電隔離器pc1，光電隔離器pc1的第二引腳與第三引腳之間并聯(lián)有第一電容c1和第二二極管dm1，第二二極管dm1的正極與第三引腳連接，第二二極管dm1的負極與第一電容c1的節(jié)點連接電源dvcc5。第二二極管dm1用于保護光隔元件?？刂颇K1的輸出信號prog0經(jīng)過第一觸發(fā)器ua5d、第二觸發(fā)器ua5c和第五十九電阻r59后從光電隔離器pc1的第三引腳輸入到光電隔離器pc1中。第一觸發(fā)器ua5d、第二觸發(fā)器ua5c的型號均為74hc14。第一觸發(fā)器ua5d、第二觸發(fā)器ua5c為兩級觸發(fā)器，用于穩(wěn)定數(shù)字電平，防止震蕩信號的干擾。

第五十七電阻r57和dvcc5為上拉電阻，用于建立一個穩(wěn)定的初始數(shù)字電平.電源dvcc5與第五十七電阻r57的一引腳連接，第五十七電阻r57的另一引腳與第一觸發(fā)器ua5d的輸入引腳九連接。光電隔離器pc1的第五引腳接地，光電隔離器pc1的第六引腳與第三觸發(fā)器ub1b的輸入引腳三連接，第三觸發(fā)器ub1b的輸出引腳四與驅(qū)動模塊3的輸入端連接，光電隔離器pc1的第六引腳和第七引腳分別與電阻ra1和電阻rm1連接后與電源evcc5連接，光電隔離器pc1的第八引腳與電源evcc5連接。電阻ra1和電阻rm1為上拉電阻，光電隔離器的輸出信號經(jīng)evcc5v上拉，經(jīng)第三觸發(fā)器ub1b，即得到輸出信號programout0，programout0與驅(qū)動芯片的第十三引腳igbt_drive1-相連接。第三觸發(fā)器ub1b的型號為74hc14。

本發(fā)明創(chuàng)造的工作原理：

控制模塊1的輸出信號progout0輸出一個低電平，經(jīng)第一觸發(fā)器ua5d、第二觸發(fā)器ua5c和串聯(lián)電阻r59，接入光電隔離器pc1的輸入端，使得光耦點亮，經(jīng)光電隔離器pc1的第六引腳輸出低電平信號，連接到第三觸發(fā)器ub1b的輸入，在第三觸發(fā)器ub1b的輸出引腳4處即得到高電平信號programout0；programout0與igbt_driver-相連接，igbt_driver+接+5v電源，因為igbt_driver-與igbt_driver+均為高電平，所以驅(qū)動不會產(chǎn)生動作，第一igbtq1不會導(dǎo)通。當(dāng)progout0輸出一個高電平時，programout0處信號為低電平狀態(tài)，即igbt_driver-為低電平，驅(qū)動模塊3產(chǎn)生動作，第一igbtq1導(dǎo)通。

如規(guī)定當(dāng)圖2中的q1、q4同時導(dǎo)通時為正脈沖，則當(dāng)圖2中q2、q3同時導(dǎo)通時為負脈沖。即通過控制四個驅(qū)動模塊3的動作、給progout0不同電平即可產(chǎn)生正負交替的脈沖，當(dāng)需要單方向脈沖時，只導(dǎo)通q1、q4即可實現(xiàn)。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。