CN113262040A - 一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备包括电源模块、控制模块、传输电路、红外识别手势控制装置和采样电路；控制模块接收红外识别手势控制装置的信号，控制模块分别连接电源模块、采用电路和传输电路，控制模块的主控芯片为芯片STM32F103VE；解决了现有肿瘤治疗设备易发生触电，操作不便导致治疗效果不明显的问题。

Description

一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备
技术领域
本发明涉及肿瘤消融领域，特别是一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备。
背景技术
纳秒脉冲电场以其独特的“细胞内电处理”效应在生物医学领域得到越来越多的关注。所谓“细胞内电处理”效应，是指在外加纳秒脉冲的作用下，细胞出现一种与微秒脉冲电穿孔现象截然不同的生物学效应，即细胞膜表面不会出现明显的电穿孔现象，但细胞内部如细胞核、线粒体等部位出现一系列功能性改变，产生大量微核，同时诱导细胞发生程序性死亡，也称之为“凋亡”。由于肿瘤细胞和正常细胞具有不同的电阻值，因此，在肿瘤疾病的临床治疗上，利用不同强度的纳秒脉冲电场来击穿肿瘤细胞，能够在不损害正常细胞的同时杀死肿瘤细胞，具有很好的治疗效果。
因此，肿瘤消融设备应运而生，但是现有的肿瘤消融设备，并未注意到肿瘤细胞可能会随着治疗的进行而改变尺寸，导致设置的击穿电流不够或过大，而伤害到正常细胞；另外，利用现有技术在治疗过程中，会出现患者肌肉震颤严重，增加患者的心理负担，不利于治疗，且由于现有的肿瘤消融技术需要很大的电压来使肿瘤细胞凋亡，因此设备电到医生和患者的事情时有发生极大地影响治疗效果。
1)人体细胞电阻变化比较大，不容易测量。癌变后，电阻会变大；杀死癌细胞后，电阻值会变小，所以通过测量施加高压复合窄脉冲，来测量癌变区域电阻。
2)高压窄脉冲电流不好测量，所以提出本专利的采样方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，解决了现有肿瘤治疗设备易发生触电，操作不便导致治疗效果不明显的问题。
本发明提供了一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备包括电源模块、控制模块、传输电路、红外识别手势控制装置和采样电路；控制模块接收红外识别手势控制装置的信号，控制模块分别连接电源模块、采用电路和传输电路，控制模块的主控芯片为芯片STM32F103VE。
优选地，电源模块包括芯片AMS1086、电容C2、电容C5、电容C10和电容C12；芯片AMS1086的第1引脚连接地，芯片AMS1086的第2引脚连接芯片AMS1086的第4引脚，芯片AMS1086的第3引脚分别连接接地电容C5、接地电容C2和5V电源。
优选地，传输电路包括芯片SP3485E、电阻、三极管Q1、稳压管D2、稳压管D3、电容C17和电容C18、5V电源；电阻包括电阻电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；
芯片SP3485E的第1引脚连接电阻R12，芯片SP3485E的第2引脚分别连接芯片SP3485E的第3引脚、三极管Q1的集电极和电阻R10的一端，芯片SP3485E的第4引脚分别连接电阻R9的一端、电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接5V电源，
电阻R9的另一端连接5V电源，三极管Q1的发射极连接地，芯片SP3485E的第5引脚连接地，芯片SP3485E的第6引脚连接电阻R14的一端、电阻R15的一端、接地电容C18和接地稳压管D3，芯片SP3485E的第7引脚分别连接接地电阻R13、电阻R15的另一端、接地电容C17和接地稳压管D2。
优选地，采样电路包括放大器U1A、放大器U1B、电流互感器TA1；电流互感器TA1的第2引脚和第4引脚均接地，电流互感器TA1的第1引脚连接放大器U1A的第3引脚，芯片U1A的第2引脚连接芯片U1A的第1引脚和电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端和放大器U1B的第5引脚，电阻R4的另一端连接滑动变阻器RV1，放大器U1B的第6引脚分别连接放大器U1B的第7引脚和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接芯片STM32F103VE的第26引脚。
优选地，根据权利要求4所述的运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，所述采样电路的采样方法包括以下步骤：
S1：开始捕捉116次芯片STM32F103VE的ADC，先按时间先后顺序中间50组数据，进行冒泡排序，按从大到小排列；
S2：按大小排序中间的20个数据求平均值为电流脉冲取样值；
S3：根据芯片STM32F103VE内的内ADC采样值与实际电流比例计算校准后计算实际电流；
S4：芯片STM32F103VE内部的ADC采样电压是0-3.3V，没有信号时电流为0时需要用RV1将PC1调整到1.65V；
S5：高频脉冲电流互感器50A:100ma，理论采样电阻为25.5欧，芯片STM32F103VE的PC3处的电压＝(3.30V+取样电压)/2，最大取样电压3.3V，最大脉冲电流3300/51＝64.7A。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.在肿瘤疾病的临床治疗上，利用不同强度的纳秒脉冲电场来击穿肿瘤细胞，能够在不损害正常细胞的同时杀死肿瘤细胞，具有很好的治疗效果。
2.利用现有技术在治疗过程中，会出现患者肌肉震颤严重，增加患者的心理负担，不利于治疗，且由于现有的肿瘤消融技术需要很大的电压来使肿瘤细胞凋亡，因此设备电到医生和患者的事情时有发生极大地影响治疗效果。
附图说明
图1是本发明总框图。
图2是本发明控制模块图。
图3是本发明采样电路图。
图4是本发明电源模块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备包括电源模块、控制模块、传输电路、红外识别手势控制装置和采样电路；控制模块接收红外识别手势控制装置的信号，控制模块分别连接电源模块、采用电路和传输电路，如图2所示，控制模块的主控芯片为芯片STM32F103VE。
如图4所示，电源模块包括芯片AMS1086、电容C2、电容C5、电容C10和电容C12；芯片AMS1086的第1引脚连接地，芯片AMS1086的第2引脚连接芯片AMS1086的第4引脚，芯片AMS1086的第3引脚分别连接接地电容C5、接地电容C2和5V电源。
传输电路包括芯片SP3485E、电阻、三极管Q1、稳压管D2、稳压管D3、电容C17和电容C18、5V电源；电阻包括电阻电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；
芯片SP3485E的第1引脚连接电阻R12，芯片SP3485E的第2引脚分别连接芯片SP3485E的第3引脚、三极管Q1的集电极和电阻R10的一端，芯片SP3485E的第4引脚分别连接电阻R9的一端、电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接5V电源，
电阻R9的另一端连接5V电源，三极管Q1的发射极连接地，芯片SP3485E的第5引脚连接地，芯片SP3485E的第6引脚连接电阻R14的一端、电阻R15的一端、接地电容C18和接地稳压管D3，芯片SP3485E的第7引脚分别连接接地电阻R13、电阻R15的另一端、接地电容C17和接地稳压管D2。
如图3所示，采样电路包括放大器U1A、放大器U1B、电流互感器TA1；电流互感器TA1的第2引脚和第4引脚均接地，电流互感器TA1的第1引脚连接放大器U1A的第3引脚，芯片U1A的第2引脚连接芯片U1A的第1引脚和电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端和放大器U1B的第5引脚，电阻R4的另一端连接滑动变阻器RV1，放大器U1B的第6引脚分别连接放大器U1B的第7引脚和电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接芯片STM32F103VE的第26引脚。
本实施方案在实施时，采样电路中R1，R2取样电阻，UIA电压跟随器(又称射极跟随器，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用)。UIB直流偏执(把交流信号变成0—5V的信号)，改变RV1的阻值可改变0电位的位置，R3、R4、R5限流电阻。
脉冲宽度100us，单片机STM32F429VET6采样精度12位采样速率1.1667M。
脉冲宽度100us周期内有效采样是116次，OPT2是触发信号触发信号时单片机启动ADC采样，开始捕捉116次ADC，先按时间先后顺序中间50组数据，进行冒泡排序，按从大到小排列。再按大小排序中间的20个数据求平均值为电流脉冲取样值。再根据ADC采样值与实际电流比例计算校准后计算实际电流。
单片机内部的ADC采样电压是0-3.3V，没有信号时电流为0时需要用RV1将PC1调整到1.65V。
TAK17-05高频脉冲电流互感器50A:100ma,理论采样电阻为25.5欧。PC3处的电压＝(3.30V+取样电压)/2。最大取样电压3.3V，最大脉冲电流3300/51＝64.7A
本实施方案在实施时，超高压正负复合脉冲电场生成电路设计
超高压正负复合脉冲电场生成电路，涉及高压脉冲治疗领域，电路包括：电源模块、电场生成模块、驱动电路、控制模块和接口电路，利用电源模块提供正负电源，利用电场生成模块将电源电压上升到3000V，以提供正负3000v的双极性电压，来减少肌肉震颤，通过接口电路与外部检测设备相连，通过控制模块采集、处理实时数据，并生成驱动信号驱动电场生成模块运作。能够解决现有肿瘤治疗技术中的出现的肿瘤细胞治疗不精准，肌肉震颤严重的问题，进一步提高肿瘤细胞的治疗效率。
技术特征
超高压正负复合脉冲电场生成电路，电路，包括：
电源模块：电源模块用于为电路提供正负工作电压；
电场生成模块：电场生成模块与电源模块相连，用于将电源电压转换成超高压的治疗电压，且提供正负复合脉冲，所述电场生成模块的输出端设置有多个探针接口；
驱动电路：驱动电路与电场生成模块相连，用于接收驱动信号，并根据所述驱动信号驱动电场生成模块工作；
控制模块：控制模块与驱动电路相连，用于根据临床数据生成驱动信号，以控制驱动电路工作；
接口电路：接口电路与控制模块相连，用于接收临床数据，并将所述临床数据发送至控制模块。
红外识别手势控制装置设计
功能需求
红外识别手势控制方法、装置及***，利用红外发射器发射红外线，感应手部的动作；红外接收器接收反射的红外线，并将接收的红外线发送至信号处理器；信号处理器根据反射的红外线强度判断手势动作，将手势指令发送至中央处理器，中央处理器根据不同手势指令输出对应的控制指令；脉冲发生器接收控制指令，输出相应强度的脉冲电流；电极针与脉冲发生器连接，接收脉冲电流，对肿瘤进行放电治疗。解决了现有手术电极针脉冲电流调节速度慢、调节过程易导致患者感染的问题。
技术特征
红外识别手势控制方法
红外发射器发射红外线，感应手部的动作；
红外接收器接收反射的红外线，并将接收的红外线发送至信号处理器；
信号处理器根据反射的红外线强度判断手势动作，将手势指令发送至中央处理器，中央处理器根据不同手势指令输出对应的控制指令；
脉冲发生器接收控制指令，输出相应强度的脉冲电流；
电极针与脉冲发生器连接，接收脉冲电流，对肿瘤进行放电治疗。
计算机可读存储介质，计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，一个或多个程序指令用于被一种红外识别手势控制***执行以上任一项所述的方法。
运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备
功能需求
运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，涉及肿瘤治疗设备领域，肿瘤消融设备包括：交互装置，通过手势控制发出控制指令；主机，与交互装置电连接，用于对手术所需的实时数据进行采集和处理，生成控制指令，控制内部电路生成超高压正负复合脉冲电场；探针，与主机的探针接口相连，且探针接口的电极性仅有一个为负，其余为正，探针作用于肿瘤细胞。本设备能够解决现有肿瘤治疗设备易发生触电，操作不便导致治疗效果不明显的问题。采用一负五正的探针设计，运用红外线手势控制技术，安全无菌，保证手术的操作环境，提高治疗效率。
技术特征
运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，肿瘤消融设备包括的各单元及特征如下：
交互装置，包括数据屏和操作屏，数据屏用于显示手术所需的实时数据，操作屏用于显示手术操刀部位的实时画面，且操作屏设置有手势控制模块；
主机，与交互装置电连接，用于对手术所需的实时数据进行采集和处理，生成控制指令，控制内部电路生成超高压正负复合脉冲电场；
探针，与主机的探针接口相连，且探针接口的电极性仅有一个为负，其余为正，探针作用于肿瘤细胞。
***组成及结构
***组成
标准配置如表1所示
表1
序号 配件名称 数量 备注
1 主机(发生器) 1台
2 操作台 1个
3 电脑屏幕 2台
4 电源控制装置 1个
5 脚踏开关 1个
6 一次性无菌电极 6个
7 心电仪安放装置 1个
8 复合脉冲电场肿瘤消融***操作软件 1套
9 复合脉冲电场肿瘤消融***计算机计划治疗软件 1套
10 复合脉冲电场肿瘤消融***用户手册 1册
11 随机工具 1套
***附件包括电源电缆、接地线、各分***的通讯电缆、外部线材或管材固定板、心电仪
***结构
复合脉冲电场肿瘤消融***利用一次性电极，把能量从发生器中输送到消融靶点上。结构包括如下：LCD显示器、控制台和键盘、供电装置和电源线双触发脚踏开关/脚踏板、心电仪。

Claims (5)

1.一种运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，其特征在于，包括电源模块、控制模块、传输电路、红外识别手势控制装置和采样电路；所述控制模块接收红外识别手势控制装置的信号，所述控制模块分别连接电源模块、采用电路和传输电路，所述控制模块的主控芯片为芯片STM32F103VE。
2.根据权利要求1所述的运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，其特征在于，所述电源模块包括芯片AMS1086、电容C2、电容C5、电容C10和电容C12；所述芯片AMS1086的第1引脚连接地，所述芯片AMS1086的第2引脚连接芯片AMS1086的第4引脚，所述芯片AMS1086的第3引脚分别连接接地电容C5、接地电容C2和5V电源。
3.根据权利要求1所述的运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，其特征在于，所述传输电路包括芯片SP3485E、电阻、三极管Q1、稳压管D2、稳压管D3、电容C17和电容C18、5V电源；所述电阻包括电阻电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；
所述芯片SP3485E的第1引脚连接电阻R12，所述芯片SP3485E的第2引脚分别连接芯片SP3485E的第3引脚、三极管Q1的集电极和电阻R10的一端，所述芯片SP3485E的第4引脚分别连接电阻R9的一端、电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接5V电源，所述电阻R9的另一端连接5V电源，所述三极管Q1的发射极连接地，所述芯片SP3485E的第5引脚连接地，所述芯片SP3485E的第6引脚连接电阻R14的一端、电阻R15的一端、接地电容C18和接地稳压管D3，所述芯片SP3485E的第7引脚分别连接接地电阻R13、电阻R15的另一端、接地电容C17和接地稳压管D2。
4.根据权利要求1所述的运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，其特征在于，所述采样电路包括放大器U1A、放大器U1B、电流互感器TA1；所述电流互感器TA1的第2引脚和第4引脚均接地，所述电流互感器TA1的第1引脚连接放大器U1A的第3引脚，所述芯片U1A的第2引脚连接芯片U1A的第1引脚和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端和放大器U1B的第5引脚，所述电阻R4的另一端连接滑动变阻器RV1，所述放大器U1B的第6引脚分别连接放大器U1B的第7引脚和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接芯片STM32F103VE的第26引脚。
5.根据权利要求4所述的运用超高压正负复合脉冲电场的肿瘤消融设备，所述采样电路的采样方法包括以下步骤：
S1：开始捕捉116次芯片STM32F103VE的ADC，先按时间先后顺序中间50组数据，进行冒泡排序，按从大到小排列；
S2：按大小排序中间的20个数据求平均值为电流脉冲取样值；
S3：根据芯片STM32F103VE内的内ADC采样值与实际电流比例计算校准后计算实际电流；
S4：芯片STM32F103VE内部的ADC采样电压是0-3.3V，没有信号时电流为0时需要用RV1将PC1调整到1.65V；
S5：高频脉冲电流互感器50A:100ma，理论采样电阻为25.5欧，芯片STM32F103VE的PC3处的电压＝(3.30V+取样电压)/2，最大取样电压3.3V，最大脉冲电流3300/51＝64.7A。
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