CN211357441U - 脉冲产生电路及肿瘤治疗装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种脉冲产生电路及肿瘤治疗装置。脉冲产生电路包括主控制板、RS485接口芯片、电源单元、脉冲产生单元以及切换单元；脉冲产生单元配置有第一处理器，切换单元配置有第二处理器；主控制板的第一UART口连接RS485接口芯片的输入端，RS485接口芯片的输出端通过RS485总线分别连接第一处理器和第二处理器；主控制板的第二UART口连接电源单元，用于控制电源单元产生高压直流电压；脉冲产生单元用于从电源单元接收高压直流电压并将其转变成双极性脉冲电压；切换单元用于从脉冲产生单元接收双极性脉冲电压并将其输出至对应的电极针。通过本申请实施例的脉冲产生电路及肿瘤治疗装置，简化了各板块之间的连接结构，提高抗干扰能力，而且便于维护。

Description

脉冲产生电路及肿瘤治疗装置

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，特别涉及脉冲产生电路及肿瘤治疗装置。

背景技术

癌症是危害人类健康的主要疾病。肿瘤的传统疗法以及新近发展起来的以微创消融为特征的热消融物理疗法，由于受适应症、禁忌症、治疗副作用、热效应等因素的限制，使得其临床应用存在一定的局限性。近年来，随着脉冲生物电学的不断发展，电场脉冲以其非热、微创的生物医学效应引起了研究人员的关注，并逐渐应用于肿瘤的临床治疗。

电场脉冲***的原理是通过高压电源和脉冲发生器产生高压超短纳秒脉冲，发射一定频率的超短脉冲，将电能通过电极以脉冲电场形式释放，通过电极针将电场能量传送到肿瘤组织使肿瘤细胞产生不可逆电穿孔而凋亡。

现有的技术中的脉冲产生电路采用传统IO口并发控制，IO口数目繁多，连线复杂，导致抗干扰能力差，维修困难等。

发明内容

本申请提供一种脉冲产生电路及肿瘤治疗装置。

根据本申请实施例的第一方面提供一种脉冲产生电路，应用于包含电极针的肿瘤治疗装置，所述脉冲产生电路包括：主控制板、RS485接口芯片、电源单元、脉冲产生单元以及切换单元；所述脉冲产生单元配置有第一处理器，所述切换单元配置有第二处理器；所述主控制板的第一UART口连接所述RS485接口芯片的输入端，所述RS485接口芯片的输出端通过RS485总线分别连接所述第一处理器和所述第二处理器；所述主控制板的第二UART口连接所述电源单元的输入端，用于控制所述电源单元产生高压直流电压，并输出至所述脉冲产生单元；所述脉冲产生单元的输入端连接所述电源单元的输出端，所述脉冲产生单元响应于所述第一处理器，用于接收所述高压直流电压，并将所述高压直流电压转变成双极性脉冲电压，以及将所述双极性脉冲电压输出至所述切换单元；所述切换单元的输入端连接所述脉冲产生单元的输出端，所述切换单元响应于所述第二处理器，用于接收所述双极性脉冲电压，并将所述双极性脉冲电压输出至对应的所述电极针。

进一步地，所述脉冲产生电路还包括：急停单元；所述急停单元包括第三处理器和急停开关；所述RS485接口芯片的输出端通过所述RS485总线连接所述第三处理器；所述急停单元连接在所述电源单元和所述脉冲产生单元之间；所述急停单元响应于所述第三处理器，在所述急停开关被导通时，切断从所述电源单元接收所述高压直流电压的能量输入，并且切断向所述脉冲产生单元输出所述高压直流电压的能力输出，以及释放能量。

进一步地，所述脉冲产生电路还包括：第一隔离单元；所述第一隔离单元连接在所述第一UART口与所述RS485接口芯片的输入端之间。

进一步地，所述脉冲产生电路还包括：第二隔离单元；所述第二隔离单元连接在所述第二UART口与所述电源单元的输入端之间。

进一步地，所述切换单元包含至少2个切换通道，每个切换通道包含一个单刀双掷开关和一个单刀单掷开关；所述单刀双掷开关的两个不动端分别连接所述双极性脉冲电压的正极性脉冲电压端和负极性脉冲电压端；所述单刀双掷开关的公共端通过所述单刀单掷开关连接至所述电极针；所述单刀双掷开关和所述单刀单掷开关的使能端分别连接所述第二处理器。

进一步地，所述切换通道有8个。

进一步地，所述主控制板由STM32F2芯片搭建而成。

进一步地，所述第一处理器、所述第二处理器以及所述第三处理器均为ARMCortex-M3处理器。

进一步地，所述RS485接口芯片采用型号为SN65LBC176A系列的芯片。

根据本申请实施例的第二方面提供一种肿瘤治疗装置，包括：至少2个电极针、上位机以及上述的脉冲产生电路；所述上位机通过串口连接所述主控制板；所述电极针连接所述切换单元的输出端。

本申请实施例的脉冲产生电路及肿瘤治疗装置，采用RS485主从网络的拓扑结构，主控制板通过RS485串行总线与其他从功能板(脉冲产生单元和切换单元)连接。而且每个从功能板都单独配置有处理器，可以独立工作，主控制板又可以通过RS485网络控制各从功能板协同工作。相对于现有技术中主控制板通过IO口并发控制其它功能板块，减少了连接接口，布线简单，大大简化了各板块之间的连接结构。而且RS485网络采用差分方式传输信号，相较于现有技术中IO口的并发控制，提高了抗干扰能力，能有效提升响应速度。另外，在需要添加新的从功能板时，直接串接到RS485总线上即可，简单方便。在故障维修时，可以只对有故障的功能板进行维修，有利于***维护。

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，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并人说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请一示例性实施例示出的一种脉冲产生电路的结构示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种脉冲产生单元的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种切换单元的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的另一种脉冲产生电路的结构示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种急停单元的结构示意图；

图6是本申请一示例性实施例示出的又一种脉冲产生电路的结构示意图；

图7是本申请一示例性实施例示出的一种肿瘤治疗装置的结构示意图。

具体实施方式

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申请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、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请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。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、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，在不脱离本申请范围的情况下，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”。

图1所示为一个实施例的脉冲产生电路10的示意图。脉冲产生电路10应用于包含电极针的肿瘤治疗装置。脉冲产生电路10包括主控制板1、RS485接口芯片2、电源单元3、脉冲产生单元4以及切换单元5。脉冲产生单元4配置有第一处理器41，切换单元5配置有第二处理器51。主控制板1的第一UART口11连接RS485接口芯片2的输入端，RS485接口芯片2的输出端通过RS485总线分别连接第一处理器41和第二处理器51；主控制板1的第二UART口12连接电源单元3的输入端，用于控制电源单元3产生高压直流电压，并输出至脉冲产生单元4；脉冲产生单元4的输入端连接电源单元3的输出端，脉冲产生单元4响应于第一处理器41，用于接收高压直流电压，并将高压直流电压转变成双极性脉冲电压，以及将双极性脉冲电压输出至切换单元5；切换单元5的输入端连接脉冲产生单元4的输出端，切换单元5响应于第二处理器51，用于接收双极性脉冲电压，并将双极性脉冲电压输出至对应的电极针20。

具体的说，本申请实施例中，主控制板1至少部分以数字电子电路、模拟电子电路或者计算机硬件、固件、软件或其组合来实现。在一可选的实施例中，主控制板1的功能可以由单片机来完成，可选的，可以由STM32F2系列芯片搭建而成，此如型号为STM32F207VCT6的芯片。STM32F2系列单片机搭载ARM Cortex-M3内核，能够自适应实时闪存加速器使得STM32F2可以在片内闪存上以120MHz的高速零等待地执行代码，从而可以最大化地发挥ARMCortex-M3内核的性能优势。

本实施例中，主控制板1的第一UART口11和第二UART口12均采用TTL电平，即低电平(0V电平)为0，高电平(+5V电平)为1，以异步通信的方式传输数据。而RS485通信采用差分信号传输方式，也称作平衡传输，采用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。逻辑“1”以两线间的电压差为+(2～6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2～6)V表示。RS485接口芯片2主要用于电平转换，将第一UART口11出来的信号转换成适用于RS485网络传输的数据。可选的，RS485接口芯片2可以采用SN65LBC176A系列芯片，该芯片采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，抗噪声干扰性好。

本申请实施例中，RS485通信网络采用总线式拓扑结构，同一总线上最多可以挂接128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。在本实施例中，主控制板1作为主功能板，脉冲产生单元4和切换单元5作为从功能板，主控制板1通过RS485串行总线与各从功能板(脉冲产生单元4和切换单元5)连接，从而控制各从功能板协同工作。每个从功能板都单独配置有处理器，使得各从功能板可以独立工作。在一可选实施例中，第一处理器41和第二处理器51均可采用ARM Cortex-M3处理器进行逻辑控制与电流电压信号采集，并将采集的电流电压信号通过RS485网络反馈给主控制板1。以供主控制板1收集各从功能板的工作状态、电流电压参数等。

在一可选的实施例中，主控制板1可以通过RS232串行线连接电源单元3。具体的，主控制板1的第二UART口12可以通过RS232接口芯片6连接至电源单元3，参考图1。RS232接口芯片6主要用于电平转换，以使得第二UART口12出来的信号可以通过RS232串行线传输。当然，主控制板1也可以通过其它的连接方式连接电源单元3。

本申请实施例中的电源单元3用来为脉冲产生电路10的各个单元供电。电源单元3可包括，例如，市电电源、总开关、电源滤波装置、开关电源模块和高压直流电源模块。其中，开关电源模块可包括变压和整流装置，例如，将220V/50Hz交流输入变为12V直流输出。高压直流电源模块可以基于主控制板1的命令生成所需的高压直流电压。例如，将220V的交流市电电压转换生成为800V至3000V的直流电压。在另一些示例中，高压直流电源模块也可以将交流市电电压转换生成为诸如300V、400V、500V、600V或700V之类的低于800V的直流电压。

本申请实施例中的脉冲产生单元4基于第一处理器41的指令，从电源单元3接收高压直流电压，并将该高压直流电压转变成双极性脉冲电压(包括正极性脉冲电压和负极性脉冲电压)。在一个实施例中，脉冲产生单元4可以为IGBT全桥电路，如图2所示。脉冲产生单元4接收的高压直流电压经过电流传感器42进行电流采样，然后经过ADC模数转换器43进行转换，然后通过IGBT全桥电路转换成双极性脉冲电压输出至切换单元5。在一可选的实施例中，脉冲产生单元4还可以包括脚踏开关S1，脚踏开关S1连接于脉冲产生单元4的输出端和转换单元5的输入端之间，可以更加方便的切断或导通双极性脉冲电压的输出。

在一可选的实施例中，切换单元5包含至少2个切换通道，每个切换通道包含一个单刀双掷开关52和一个单刀单掷开关53。请参考图3(图3中以2个切换通道为例进行说明)。在一可选的实施例中，单刀双掷开关52和单刀单掷开关53均为继电器开关。单刀双掷开关52的两个不动端分别连接脉冲产生单元4输出的双极性脉冲电压的正极性脉冲电压端和负极性脉冲电压端。单刀双掷开关52的公共端通过单刀单掷开关53连接至电极针20。其中，单刀双掷开关52和单刀单掷开关53的使能端均连接至第二处理器51，单刀双掷开关52用来进行脉冲电压极性的选择，单刀单掷开关53用来控制脉冲的输出。在本实施例中，该切换通道中至少有2个切换通道同时导通，即：其中一个切换通道输出正极性脉冲电压，另一个输出负极性脉冲电压。同理，本实施例中的电极针20也至少有2个，其中一个输出正极性脉冲电压，另一个输出负极性脉冲电压。电极针20被用于施加到人体的肿瘤组织，从而在肿瘤组织上的电极针20之间形成高压电场。

可选的，本实施例中的切换通道有8个，每个切换通道的输出端连接一个电极针20。基于所针对的肿瘤类型、形状、尺寸、恶性程度等因素，可以选择更多的电极针20。例如可以选择8个电极针20，其中4个输出正极性脉冲电压，另外4个输出负极性脉冲电压。在另一示例中，可以选择4个、5个或7个电极针20，并且所选的电极针20输出的脉冲电压的极性不同。

在本实施例中，在使用单刀双掷开关52进行脉冲电压极性的选择时，要么选择正极性脉冲电压，要么选择负极性脉冲电压，不会出现正极负极脉冲电压同时导通的现象，从而可以避免输出短路。

在另一可选的实施例中，参考图4，脉冲产生电路10还可以包括急停单元7，急停单元7连接在电源单元3和脉冲产生单元4之间，急停单元7包括第三处理器71和急停开关72。RS485接口芯片2的输出端通过RS485总线连接第三处理器71；第三处理器71也可以采用ARMCortex-M3进行逻辑控制与电流电压信号采集，并将采集的电流电压信号通过RS485网络反馈给主控制板1。

在一可选的实施例中，急停单元7还可以包括开关K1、开关K2、电容C1、放电开关K3、放电电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3。如图5所示。电容C1并联在电源单元3的高压直流电源模块的输出端，进行电能的存储，急停单元7响应于第三处理器71，在急停开关72被导通时(例如机械按钮被按下)，通过断开开关K1切断从电源单元3接收高压直流电压的能量输入，通过断开开关K2切断向脉冲产生单元4输出高压直流电压的能量输出，通过闭合放电开关K3，接通放电电阻R1将电容C1存储的能量释放，从而达到降压、放电的目的。另外，分压电阻R2和分压电阻R3可以将高电压分压成低电压输入到第三处理器71，以供第三处理器71进行电流电压信号的采集。

在另一可选的实施例中，如图6中所示，脉冲产生电路10还可以包括第一隔离单元8，第一隔离单元8连接在第一UART口11与RS485接口芯片2的输入端之间。在另一可选的实施例中，脉冲产生电路10还可以包括第二隔离单元9，继续参考图6，第二隔离单元9连接在第二UART口12与电源单元3的输入端之间。第一隔离单元8和第二隔离单元9均可以包括隔离变压器和光电隔离器，隔离变压器主要用于电气隔离，使得一次侧与二次侧的控制电路不被干扰。光电隔离器将接收到的信号进行电-光-电的转换，在转换过程中把电路中的干扰源和易受干扰的部分隔离开来，起到输入、输出、隔离的作用，从而可以避免信号之间的干扰以及隔离保障设备及操作人员的安全。

本申请实施例的脉冲产生电路10采用RS485主从网络的拓扑结构，主控制板1通过RS485串行总线与其他从功能板(脉冲产生单元4和切换单元5以及急停单元7)连接。而且每个从功能板都单独配置有处理器，可以独立工作，主控制板1又可以通过RS485网络控制各从功能板协同工作。相对于现有技术中主控板通过IO口并发控制其它功能板块，减少了连接接口，布线简单，大大简化了各板块之间的连接结构。而且RS485接口采用差分方式传输信号，相较于现有技术中IO口的并发控制，提高了抗干扰能力，能有效提升响应速度。另外，在需要添加新的从功能板时，直接串接到RS485总线上即可，简单方便。在故障维修时，可以只对有故障的功能板进行维修，有利于***维护。

图7所示为一个实施例的肿瘤治疗装置的结构示意图。肿瘤治疗装置包括：至少2个电极针20、上位机30以及上述的脉冲产生电路10。其中，上位机30通过串口连接主控制板1，例如，可以选择RS485串口连接控制板1，电极针20连接脉冲产生电路10中切换单元5的输出端。

电极针20具体连接在切换单元5中每个切换通道的输出端。可选的，电极针20的数量为8个，切换单元5中切换通道也为8个，每个电极针20连接一个切换通道。

电极针20用于被施加到人体的肿瘤组织，从而在肿瘤组织上的电极针20之间形成高压电场，该高压电场对肿瘤细胞造成不可逆的伤害，从而使得肿瘤细胞自然凋亡，以此达到肿瘤治疗的目的。8个电极针可以适用于更多的肿瘤类型、形状及尺寸等，以提供更多的治疗方式，提高产品竞争力。

本申请实施例中，上位机30可以是诸如计算机和平板电脑之类的计算设备。在一些示例中，上位机30可以包括各种输入/输出设备。例如，输入设备可以为触摸屏、小键盘或全键盘等。输出设备可以为各种视觉、听觉、触觉输出设备，例如，显示器、LED灯、振动器等。上位机30用于接收治疗参数(如患者的基本信息和消融参数等)、传递控制参数、获取状态信息，监控治疗过程，显示治疗结果以及输出治疗报告等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲产生电路，应用于包含电极针的肿瘤治疗装置，其特征在于，所述脉冲产生电路包括：主控制板、RS485接口芯片、电源单元、脉冲产生单元以及切换单元；

所述脉冲产生单元配置有第一处理器，所述切换单元配置有第二处理器；

所述主控制板的第一UART口连接所述RS485接口芯片的输入端，所述RS485接口芯片的输出端通过RS485总线分别连接所述第一处理器和所述第二处理器；

所述主控制板的第二UART口连接所述电源单元的输入端，用于控制所述电源单元产生高压直流电压，并输出至所述脉冲产生单元；

所述脉冲产生单元的输入端连接所述电源单元的输出端，所述脉冲产生单元响应于所述第一处理器，用于接收所述高压直流电压，并将所述高压直流电压转变成双极性脉冲电压，以及将所述双极性脉冲电压输出至所述切换单元；

所述切换单元的输入端连接所述脉冲产生单元的输出端，所述切换单元响应于所述第二处理器，用于接收所述双极性脉冲电压，并将所述双极性脉冲电压输出至对应的所述电极针。

2.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述脉冲产生电路还包括：急停单元；

所述急停单元包括第三处理器和急停开关；

所述RS485接口芯片的输出端通过所述RS485总线连接所述第三处理器；

所述急停单元连接在所述电源单元和所述脉冲产生单元之间；

所述急停单元响应于所述第三处理器，在所述急停开关被导通时，切断从所述电源单元接收所述高压直流电压的能量输入，并且切断向所述脉冲产生单元输出所述高压直流电压的能量输出，以及释放能量。

3.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述脉冲产生电路还包括：第一隔离单元；

所述第一隔离单元连接在所述第一UART口与所述RS485接口芯片的输入端之间。

4.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述脉冲产生电路还包括：第二隔离单元；

所述第二隔离单元连接在所述第二UART口与所述电源单元的输入端之间。

5.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述切换单元包含至少2个切换通道，每个切换通道包含一个单刀双掷开关和一个单刀单掷开关；

所述单刀双掷开关的两个不动端分别连接所述双极性脉冲电压的正极性脉冲电压端和负极性脉冲电压端；

所述单刀双掷开关的公共端通过所述单刀单掷开关连接至所述电极针；

所述单刀双掷开关和所述单刀单掷开关的使能端分别连接所述第二处理器。

6.根据权利要求5所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述切换通道有8个。

7.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述主控制板由STM32F2芯片搭建而成。

8.根据权利要求2所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述第一处理器、所述第二处理器以及所述第三处理器均为ARM Cortex-M3处理器。

9.根据权利要求1所述的脉冲产生电路，其特征在于，所述RS485接口芯片采用SN65LBC176A系列芯片。

10.一种肿瘤治疗装置，其特征在于，包括：至少2个电极针、上位机以及如权利要求1至9中任一项所述的脉冲产生电路；

所述上位机通过串口连接所述主控制板；

所述电极针连接所述切换单元的输出端。

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