协同脉冲不可逆电穿孔装置.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811107543.8 (22)申请日 2018.09.21 (66)本国优先权数据 201710865337.2 2017.09.22 CN (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 (72)发明人 姚陈果 董守龙 吕彦鹏 赵亚军 刘红梅 (74)专利代理机构 北京律智知识产权代理有限 公司 11438 代理人 袁礼君 阚梓瑄 (51)Int.Cl. A61B 18/12(2006.01) A61B 18/14(2006.01) (54)

2、发明名称 协同脉冲不可逆电穿孔装置 (57)摘要 本发明公开了一种可以用于消融肿瘤细胞 的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 涉及医疗器械技 术领域。 协同脉冲不可逆电穿孔装置主要包括协 同脉冲发生电路和至少一对电极， 协同脉冲发生 电路用于对该电极输出包括高电压/窄脉宽的第 一脉冲和低电压/宽脉宽的第二脉冲在内的协同 脉冲， 以通过电极对肿瘤细胞进行消融。 本公开 实施例提供的协同脉冲不可逆电穿孔装置可以 提高大体积肿瘤的治疗效率。 权利要求书3页 说明书14页 附图13页 CN 109124760 A 2019.01.04 CN 109124760 A 1.一种协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在

3、于， 包括： 至少一对电极； 协同脉冲发生电路， 耦接于所述电极， 用于向所述电极输出包括第一脉冲与第二脉冲 的协同脉冲， 所述第一脉冲的幅值大于所述第二脉冲的幅值， 所述第一脉冲的脉冲宽度小 于所述第二脉冲的脉冲宽度。 2.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲与第二 脉冲的延迟时间在500ns1000s之间。 3.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲的脉冲 宽度在50ns10 s之间。 4.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第二脉冲的脉冲 宽度在10 s1000 s之间。 5.如权利要求1所

4、述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲的脉冲 幅值在-10kV+10kV之间。 6.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第二脉冲的脉冲 幅值在-3kV+3kV之间。 7.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲与所述 第二脉冲包括矩形脉冲、 高斯脉冲或指数衰减脉冲。 8.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲与所述 第二脉冲包括单极性脉冲和双极性脉冲。 9.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第二脉冲包括对 称脉冲和不对称脉冲。 10.如权利要求1所述的

5、协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 在所述协同脉冲中 所述第一脉冲与第二脉冲顺序出现或交替出现。 11.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述协同脉冲发生 电路包括： 第一直流电压输入端， 正极耦接于第一脉冲发生单元， 用于接收第一电压； 第二直流电压输入端， 正极耦接于第二脉冲发生单元， 用于接收第二电压， 所述第二电 压小于所述第一电压； 所述第一脉冲发生单元耦接于第一控制信号输入端以及第一输出端， 用于响应第一控 制信号向所述第一输出端输出或停止输出所述第一电压， 以形成幅值为所述第一电压的所 述第一脉冲； 所述第二脉冲发生单元耦接于第二控制信号输入端以及

6、所述第一输出端， 用于响应第 二控制信号向所述第一输出端输出或停止输出所述第二电压， 以形成幅值为所述第二电压 的所述第二脉冲； 第二输出端， 耦接于所述第一直流电压输入端的负极、 所述第二直流电压输入端的负 极、 所述第一脉冲发生单元以及所述第二脉冲发生单元， 与所述第一输出端同时耦接于所 述电极。 12.如权利要求11所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一脉冲发生 单元包括： 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 109124760 A 2 第一电阻， 第一端耦接于所述第一直流电压输入端的正极； 第一电感， 第一端与所述第一电阻的第二端耦接于第一节点； 第一电容， 耦

7、接于所述第一节点和所述第二输出端； 第一开关元件， 漏极耦接于所述第一电感的第二端， 源极耦接于第一二极管的正极， 栅 极耦接于所述第一控制信号输入端； 所述第一二极管的负极耦接于所述第一输出端。 13.如权利要求12所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第二脉冲发生 单元包括： 第二电阻， 第一端耦接于所述第二直流电压输入端的正极； 第二电感， 第一端与所述第二电阻耦接于第二节点； 第二电容， 耦接于所述第二节点和所述第二输出端； 第二开关元件， 漏极耦接于所述第二电感的第二端， 源极耦接于第二二极管的正极， 栅 极耦接于第二控制信号输入端， 所述第二二极管的负极耦接于所述第一

8、输出端。 14.如权利要求11所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一电压在0- 3kV之间， 所述第二电压在0-3kV之间。 15.如权利要求11所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一电压在- 10kV+10kV之间， 所述第二电压在-10kV+10kV之间。 16.如权利要求11所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述第一控制信号 和所述第二控制信号的导通时间在0.2100 s之间， 导通周期在0.110s之间。 17.根据权利要求1116任一项所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 还包 括： 控制模块， 耦接于所述协同脉冲发生电路，

9、 用于输出所述第一控制信号与所述第二控 制信号； 电源模块， 耦接于所述控制模块与所述协同脉冲发生电路， 用于根据所述控制模块输 出的电源控制信号对所述协同脉冲发生电路输出所述第一电压与所述第二电压。 18.如权利要求17所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 还包括： 信号转换模块， 耦接于所述控制模块、 所述电源模块与所述协同脉冲发生电路， 用于对 所述第一控制信号、 所述第二控制信号以及所述电源控制信号进行光/电转换或电/光转 换。 19.如权利要求18所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 还包括： 脉冲测量模块， 耦接于所述控制模块以及所述电极， 用于接收并识别所述电

10、极的电信 号， 并将识别结果发送至所述控制模块。 20.如权利要求19所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 还包括： 显示模块， 耦接于所述控制模块， 用于显示所述第一控制信号、 所述第二控制信号、 所 述电源控制信号的参数以及所述第一脉冲和所述第二脉冲的形态； 输入模块， 耦接于所述控制模块， 用于传输对于所述第一控制信号、 所述第二控制信 号、 所述电源控制信号的参数的设置指令。 21.如权利要求1所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 其特征在于， 所述协同脉冲发生 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 109124760 A 3 电路包括多电平箝位型电路、 级联型全桥电路、 M

11、arx结构电路、 LTD结构电路、 MMC结构电路 或开关串并联结构电路。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 109124760 A 4 协同脉冲不可逆电穿孔装置 技术领域 0001 本公开涉及医疗器械技术领域， 具体而言， 涉及一种能够输出协同脉冲的不可逆 电穿孔装置。 背景技术 0002 针对癌症的治疗仪器有多种， 近年来随着脉冲生物电学的不断发展， 以电场脉冲 技术为基础的肿瘤治疗仪器以其非热、 微创的生物医学效应引起了生物电磁领域研究人员 的广泛关注。 0003 在电场脉冲技术的应用中， 不可逆电穿孔技术是一种新型的应用方式。 不可逆电 穿孔是指通过对靶区细胞发送电场脉冲(典型

12、脉冲参数为： 场强1500-3000V/cm， 脉冲宽度 100 s， 重复频率1Hz， 脉冲个数70-120， 单极性方波电场脉冲)， 使细胞内外的离子运动并聚 集在外膜两侧， 引起跨膜电位的急剧变化， 细胞膜发生不可逆电穿孔， 打破细胞内外平衡， 最终引起细胞死亡。 不可逆电穿孔技术因其在前期肿瘤消融研究中表现出快捷、 可控、 可 视、 微创、 选择性、 非热机理的优势和特色得以广泛应用。 0004 但是， 以不可逆电穿孔技术为基础的治疗仪器仅对尺寸小于3cm的实体肿瘤有效， 随着肿瘤尺寸的增长， 不可逆电穿孔有效性逐渐降低， 对于较大尺寸的肿瘤， 更是存在治疗 效率较低的问题。 如果盲目

13、增加脉冲能量(如电压、 脉冲宽度等)， 虽可使细胞得到彻底消 融， 但是会引起热效应， 对正常组织如血管也会产生不可逆的破坏； 如果增加和优化电极数 量， 虽然也能够有效消融大尺寸肿瘤， 但会增加治疗复杂性和医疗风险， 甚至会增加治疗的 侵入性。 0005 因此， 需要一种能够提供更好的肿瘤治疗效果的技术。 0006 需要说明的是， 在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理 解， 因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。 发明内容 0007 本公开的目的在于提供一种协同脉冲不可逆电穿孔装置， 用于至少在一定程度上 克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的对大尺寸

14、肿瘤治疗效率低的问题。 0008 根据本公开的一个方面， 提供一种协同脉冲不可逆电穿孔装置， 包括： 0009 至少一对电极； 0010 协同脉冲发生电路， 耦接于所述电极， 用于向所述电极输出包括第一脉冲与第二 脉冲的协同脉冲， 所述第一脉冲的幅值大于所述第二脉冲的幅值， 所述第一脉冲的脉冲宽 度小于所述第二脉冲的脉冲宽度。 0011 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲与第二脉冲的延迟时间在500ns 1000s之间。 0012 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲的脉冲宽度在50ns10 s之间。 0013 在本公开的示例性实施例中， 所述第二脉冲的脉冲宽度在10 s1000 s

15、之间。 说 明 书 1/14 页 5 CN 109124760 A 5 0014 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲的脉冲幅值在-10kV+10kV之间。 0015 在本公开的示例性实施例中， 所述第二脉冲的脉冲幅值在-3kV+3kV之间。 0016 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲与所述第二脉冲包括矩形脉冲、 高斯 脉冲或指数衰减脉冲。 0017 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲与所述第二脉冲包括单极性脉冲和双 极性脉冲。 0018 在本公开的示例性实施例中， 所述第二脉冲包括对称脉冲和不对称脉冲。 0019 在本公开的示例性实施例中， 在所述协同脉冲中所述第一脉冲与第

16、二脉冲顺序出 现或交替出现。 0020 在本公开的示例性实施例中， 所述协同脉冲发生电路包括： 0021 第一直流电压输入端， 正极耦接于第一脉冲发生单元， 用于接收第一电压； 0022 第二直流电压输入端， 正极耦接于第二脉冲发生单元， 用于接收第二电压， 所述第 二电压小于所述第一电压； 0023 所述第一脉冲发生单元耦接于第一控制信号输入端以及第一输出端， 用于响应第 一控制信号向所述第一输出端输出或停止输出所述第一电压， 以形成幅值为所述第一电压 的所述第一脉冲； 0024 所述第二脉冲发生单元耦接于第二控制信号输入端以及所述第一输出端， 用于响 应第二控制信号向所述第一输出端输出或停

17、止输出所述第二电压， 以形成幅值为所述第二 电压的所述第二脉冲； 0025 第二输出端， 耦接于所述第一直流电压输入端的负极、 所述第二直流电压输入端 的负极、 所述第一脉冲发生单元以及所述第二脉冲发生单元， 与所述第一输出端同时耦接 于所述电极。 0026 在本公开的示例性实施例中， 所述第一脉冲发生单元包括： 0027 第一电阻， 第一端耦接于所述第一直流电压输入端的正极； 0028 第一电感， 第一端与所述第一电阻的第二端耦接于第一节点； 0029 第一电容， 耦接于所述第一节点和所述第二输出端； 0030 第一开关元件， 漏极耦接于所述第一电感的第二端， 源极耦接于第一二极管的正 极，

18、 栅极耦接于所述第一控制信号输入端； 0031 所述第一二极管的负极耦接于所述第一输出端。 0032 在本公开的示例性实施例中， 所述第二脉冲发生单元包括： 0033 第二电阻， 第一端耦接于所述第二直流电压输入端的正极； 0034 第二电感， 第一端与所述第二电阻耦接于第二节点； 0035 第二电容， 耦接于所述第二节点和所述第二输出端； 0036 第二开关元件， 漏极耦接于所述第二电感的第二端， 源极耦接于第二二极管的正 极， 栅极耦接于第二控制信号输入端， 0037 所述第二二极管的负极耦接于所述第一输出端。 0038 在本公开的示例性实施例中， 所述第一电压在0-3kV之间， 所述第二

19、电压在0-3kV 之间。 0039 在本公开的示例性实施例中， 所述第一电压在-10kV+10kV之间， 所述第二电压 说 明 书 2/14 页 6 CN 109124760 A 6 在-10kV+10kV之间。 0040 在本公开的示例性实施例中， 所述第一控制信号和所述第二控制信号的导通时间 在0.2100 s之间， 导通周期在0.110s之间。 0041 根据上述任意一项所述的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 还包括： 0042 控制模块， 耦接于所述协同脉冲发生电路， 用于输出所述第一控制信号与所述第 二控制信号； 0043 电源模块， 耦接于所述控制模块与所述协同脉冲发生电路， 用于根据所

20、述控制模 块输出的电源控制信号对所述协同脉冲发生电路输出所述第一电压与所述第二电压； 0044 在本公开的示例性实施例中， 还包括： 0045 信号转换模块， 耦接于所述控制模块、 所述电源模块与所述协同脉冲发生电路， 用 于对所述第一控制信号、 所述第二控制信号以及所述电源控制信号进行光/电转换或电/光 转换。 0046 在本公开的示例性实施例中， 还包括： 0047 脉冲测量模块， 耦接于所述控制模块以及所述电极， 用于接收并识别所述电极的 电信号， 并将识别结果发送至所述控制模块。 0048 在本公开的示例性实施例中， 还包括： 0049 显示模块， 耦接于所述控制模块， 用于显示所述第

21、一控制信号、 所述第二控制信 号、 所述电源控制信号的参数以及所述第一脉冲和所述第二脉冲的形态； 0050 输入模块， 耦接于所述控制模块， 用于传输对于所述第一控制信号、 所述第二控制 信号、 所述电源控制信号的参数的设置指令。 0051 在本公开的示例性实施例中， 所述协同脉冲发生电路包括多电平箝位型电路、 级 联型全桥电路、 Marx结构电路、 LTD结构电路、 MMC结构电路或开关串并联结构电路。 0052 本公开实施例提供的协同脉冲不可逆电穿孔装置， 通过对电极发送包括高电平/ 窄脉宽的第一脉冲和低电平/宽脉宽的第二脉冲的协同脉冲， 可以同时利用高电压/窄脉宽 的脉冲对靶区细胞进行深

22、度穿孔， 利用低电压/宽脉宽的脉冲对穿孔区域进行消融， 同时克 服前者穿孔面积小、 后者消融深度小的缺陷， 在不增加脉冲能量的情况下既扩大了消融面 积， 提高了穿孔的不可恢复性， 进而提高了对大体积肿瘤的治疗效率。 0053 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 能限制本公开。 附图说明 0054 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分， 示出了符合本公开的实施 例， 并与说明书一起用于解释本公开的原理。 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本公开 的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据 这些附图获得

23、其他的附图。 0055 图1是本公开示例性实施例中协同脉冲不可逆电穿孔装置的方框图。 0056 图2A和图2B是本公开示例性实施例中协同脉冲不可逆电穿孔装置的输出波形示 意图。 0057 图3A和图3B是本公开示例性实施例中协同脉冲不可逆电穿孔装置的另一种输出 说 明 书 3/14 页 7 CN 109124760 A 7 波形示意图。 0058 图4A是第二脉冲在第一脉冲之前的协同脉冲示意图。 0059 图4B是第一脉冲在第二脉冲之前的协同脉冲示意图。 0060 图4C是单极性高频第一脉冲位于第二脉冲之后的协同脉冲示意图。 0061 图4D是双极性第一脉冲位于第二脉冲之后的协同脉冲示意图。

24、0062 图4E是单极性第一脉冲和单极性第二脉冲同时出现的协同脉冲示意图。 0063 图4F是双极性第一脉冲和双极性第二脉冲同时出现的协同脉冲示意图。 0064 图4G是不同脉冲延迟时间的协同脉冲示意图。 0065 图5A和图5B是第一脉冲和第二脉冲对应的效果施行的原理示意图。 0066 图6A和图6B是第一脉冲和第二脉冲作用下细胞膜上微孔密度的空间分布示意图。 0067 图7A和图7B是第一脉冲和第二脉冲作用下细胞膜上微孔尺寸的空间分布示意图。 0068 图8是本公开示例性实施例中协同脉冲发生电路的方框图。 0069 图9是本公开示例性实施例中协同脉冲发生电路的电路示意图。 0070 图10

25、是本公开一个示例性实施例中另一种协同脉冲不可逆电穿孔装置的方框图。 0071 图11是图10所示实施例中协同脉冲不可逆电穿孔装置的示意图。 0072 图12是使用协同脉冲不可逆电穿孔装置的一个应用场景示意图。 0073 图13是本公开实施例中协同脉冲发生电路的输出波形的效果示意图。 0074 图14是本公开实施例中验证协同脉冲发生电路的输出波形的效果的实验示意图。 0075 图15是图14所示实验的效果示意图。 0076 图16是组织H&E染色结果图。 具体实施方式 0077 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。 然而， 示例实施方式能够以多种形 式实施， 且不应被理解为限于在此阐述的范例

26、； 相反， 提供这些实施方式使得本公开将更加 全面和完整， 并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。 所描述的特征、 结 构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。 在下面的描述中， 提供许 多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。 然而， 本领域技术人员将意识到， 可 以实践本公开的技术方案而省略特定细节中的一个或更多， 或者可以采用其它的方法、 组 元、 装置、 步骤等。 在其它情况下， 不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得 本公开的各方面变得模糊。 0078 此外， 附图仅为本公开的示意性图解， 图中相同的附图标记表示相同或类似的部 分， 因

27、而将省略对它们的重复描述。 附图中所示的一些方框图是功能实体， 不一定必须与物 理或逻辑上独立的实体相对应。 可以采用软件形式来实现这些功能实体， 或在一个或多个 硬件模块或集成电路中实现这些功能实体， 或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器 装置中实现这些功能实体。 0079 下面结合附图对本公开示例实施方式进行详细说明。 0080 图1是本公开实施例中协同脉冲不可逆电穿孔装置的示意图。 0081 参考图1， 协同脉冲不可逆电穿孔装置可以包括： 0082 至少一对电极2； 说 明 书 4/14 页 8 CN 109124760 A 8 0083 协同脉冲发生电路1， 耦接于电极2， 用于

28、向电极2输出包括第一脉冲与第二脉冲的 协同脉冲， 其中第一脉冲的幅值大于第二脉冲的幅值， 第一脉冲的脉冲宽度小于第二脉冲 的脉冲宽度。 0084 在图1所示的协同脉冲不可逆电穿孔装置中， 第一脉冲可以被称为高电压、 窄脉 冲， 或者高电压/窄脉宽的脉冲； 第二脉冲可以被称为低电压、 宽脉冲， 或者低电压/宽脉宽 的脉冲。 0085 在一些实施例中， 电极2例如可以为电极针， 该电极针可以直接接触肿瘤细胞， 以 输出协同脉冲， 或者通过离体实行、 体内实行等方式对靶区细胞施加协同脉冲。 0086 图2A是本公开实施例中协同脉冲的一种形态。 0087 参考图2A， 在本公开的一种示例性实施例中，

29、第一脉冲与第二脉冲交替出现， 从而 形成如图2A所示的脉冲。 0088 图2B是本公开实施例中协同脉冲的另一种形态。 0089 参考图2B， 在本公开的一种示例性实施例中， 第一脉冲与第二脉冲顺序出现， 从而 形成如图2B所示的脉冲。 0090 本申请发明人在研究中发现， 不同的脉冲参数引起的细胞电生理变化具有较大的 差异， 不同的脉冲宽度和电场强度引起的细胞电生理响应也不相同。 传统的不可逆电穿孔 技术一般通过破坏细胞膜诱导细胞坏死， 从肿瘤研究的机理出发， 对细胞膜的破坏越大， 细 胞死亡的可能性就会越大， 参考以下公式： 0091 0092 其中， E为所施加的脉冲场强， r为细胞膜的半

30、径， 表示场强方向与细胞膜径向的 夹角， t表示脉冲宽度， C表示细胞膜电容， Se表示细胞外液电导率， Si表示细胞质电导率。 0093 由公式(1)可知， 场强越高， 细胞膜上产生的穿孔区域就会越大。 0094 为了不引起热效应， 需要克制脉冲能量。 因此如需使用较高的电场强度， 就需要降 低脉冲的脉冲宽度。 如果将电场脉冲的脉冲宽度降低到百纳秒级， 并将电场强度上升至数 十kV/cm， 或者采用双极性高电压窄微秒脉冲， 使电场强度能够同时作用于细胞膜与细胞器 膜， 可诱导细胞程序性死亡， 即凋亡。 0095 这种高电压/窄脉宽的脉冲虽然能够在细胞膜上产生较深的穿孔， 但由于脉冲宽 度较窄

31、， 穿孔尺寸较小， 极易恢复， 难以出现穿孔不可逆的效果。 而如需增加穿孔尺寸， 需要 增加脉冲宽度， 此时在脉冲能量有限的情况下， 脉冲的电场强度较小， 脉冲对细胞膜的破坏 也较小。 0096 因此， 为了克服上述脉冲的缺陷、 保留上述脉冲的优势， 本公开提供一种用于产生 具有更高肿瘤治疗效率的协同脉冲的协同脉冲不可逆电穿孔装置。 这种协同脉冲可以通过 高电压/窄脉宽的脉冲在细胞膜上产生宽范围、 高密度的穿孔， 诱导细胞内膜穿孔； 通过低 电压/宽脉宽的脉冲扩大穿孔区域内微孔的尺寸致不可恢复， 继而杀死肿瘤细胞或者消融 靶向肿瘤组织。 因此， 本公开提出的协同脉冲不可逆电穿孔装置能有效增强不

32、可逆电穿孔 的治疗效果， 对较大面积的靶区细胞进行不可逆电穿孔， 应用于人体以及动物的生物组织 消融。 0097 图3A和图3B分别对应于图2A和图2B中脉冲形态的另一种方案。 说 明 书 5/14 页 9 CN 109124760 A 9 0098 参考图3A和图3B， 在本公开的一种示例性实施例中， 两种脉冲可以分别具有上升 时间和下降时间， 且上升时间和下降时间可以均为30ns。 0099 在一些实施例中， 第一脉冲和第二脉冲之间的间隔即脉冲延迟时间可以在20ns- 50 s范围之间(如图4G)或500ns1000s之间， 第一脉冲的脉冲宽度可以是纳秒或微秒级， 例如为50ns10 s；

33、 第二脉冲的脉冲宽度可以是微秒级， 例如为10 s1000 s。 0100 此外， 第一脉冲的脉冲幅值可以为-10kV+10kV， 对应的， 第二脉冲的脉冲幅值可 以为-10kV+10kV， 或在-3kV+3kV之间， 即第一脉冲和第二脉冲均可以为单极性脉冲或 双极性脉冲。 0101 在一些实施例中， 当第二脉冲时双极性脉冲时， 既可以是对称脉冲(正负幅值相 等)， 也可以是不对称脉冲(正负幅值不等)。 0102 在一些实施例中， 第一脉冲和第二脉冲的形式可以包括矩形脉冲、 高斯脉冲或指 数衰减脉冲。 0103 第一脉冲的宽度可以根据细胞膜的充电时间与细胞膜跨膜电压达到阈值所需要 的时间确定，

34、 第二脉冲的宽度可以根据细胞膜上微孔所发展至不可恢复阶段所需要的时间 确定， 其中细胞膜的充电时间常数与微孔不可恢复阶段需要的时间可由建立数值模型和实 验测定。 0104 图4A-图4F是本公开实施例中一些协同脉冲形态的示意图。 0105 图4A是第二脉冲在第一脉冲之前的协同脉冲示意图。 0106 图4B是第一脉冲在第二脉冲之前的协同脉冲示意图。 0107 图4C是单极性高频第一脉冲位于第二脉冲之后的协同脉冲示意图。 0108 图4D是双极性第一脉冲位于第二脉冲之后的协同脉冲示意图。 0109 图4E是单极性第一脉冲和单极性第二脉冲同时出现的协同脉冲示意图。 0110 图4F是双极性第一脉冲和

35、双极性第二脉冲同时出现的协同脉冲示意图。 0111 图4G是不同脉冲延迟时间的协同脉冲示意图。 0112 本领域技术人员还可以自行设置第一脉冲和第二脉冲的宽度、 周期、 上升时间等 参数以调整协同脉冲的形态， 本公开不以此为限。 0113 图5A和图5B是第一脉冲和第二脉冲对应的效果施行的原理示意图。 0114 图6A和图6B是第一脉冲和第二脉冲作用下细胞膜上微孔密度的空间分布示意图。 0115 图7A和图7B是第一脉冲和第二脉冲作用下细胞膜上微孔尺寸的空间分布示意图。 0116 参考图5A、 图6A和图7A， 第一脉冲作用在靶区组织时， 可以同时诱导细胞膜与细胞 器膜跨膜电位的上升， 进而在

36、细胞膜上产生了高密度的微孔， 使部分细胞由于凋亡或坏死 而被杀死或抑制。 0117 参考图5B、 图6B和图7B， 第二脉冲作用在靶区组织时， 可以在细胞膜上产生大尺寸 微孔， 使部分细胞由于坏死而被杀死或抑制。 0118 因此第一脉冲和第二脉冲的组合能够有效增强不可逆电穿孔效果， 继提高细胞杀 伤效率， 有效地提高肿瘤组织的消融区域。 0119 图8示意性示出本公开示例性实施例中协同脉冲发生电路的方框图。 0120 参考图8， 协同脉冲发生电路1可以包括： 0121 第一直流电压输入端VI1， 正极耦接于第一脉冲发生单元11， 用于接收第一电压 说 明 书 6/14 页 10 CN 1091

37、24760 A 10 V1； 0122 第二直流电压输入端VI2， 正极耦接于第二脉冲发生单元12， 用于接收第二电压 V2， 第二电压V2小于第一电压V1； 0123 第一脉冲发生单元11耦接于第一控制信号输入端S1以及第一输出端E1， 用于响应 第一控制信号S1向第一输出端E1输出或停止输出第一电压V1， 以形成幅值为第一电压的脉 冲； 0124 第二脉冲发生单元12耦接于第二控制信号输入端S2以及第一输出端E1， 用于响应 第二控制信号S2向第一输出端E1输出或停止输出第二电压V2， 以形成幅值为第二电压的脉 冲； 0125 第二输出端E2， 耦接于第一直流电压输入端VI1、 第二直流电

38、压输入端VI2、 第一脉 冲发生单元11以及第二脉冲发生单元12， 与第一输出端E1同时耦接于电极2。 0126 在图8所示的实施例中， 两个脉冲单元各自受控输出对应于V1和V2的不同脉宽的 脉冲， 并共用同一个输出端对电极输出协同脉冲。 0127 在本公开的一种示例性实施例中， 第一电压可以定义在0-3kV之间， 第二电压可以 定义在0-3kV之间， 第一控制信号和第二控制信号的导通时间即脉冲宽度在0.2-100 s之间 连续可调， 第一控制信号和第二控制信号的导通周期即脉冲周期在0.1-10s之间可调。 0128 图9是图8所示协同脉冲发生电路的一个实施例的电路图。 0129 参考图9，

39、第一脉冲发生单元11可以包括： 0130 第一电阻R1， 第一端耦接于第一直流电压输入端VI1的正极； 0131 第一电感L1， 第一端与第一电阻R1的第二端耦接于第一节点N1； 0132 第一电容C1， 耦接于第一节点N1和第二输出端E2； 0133 第一开关元件M1， 漏极耦接于第一电感L1的第二端， 源极耦接于第一二极管D1的 正极， 栅极耦接于第一控制信号输入端S1； 0134 第一二极管D1的负极耦接于第一输出端E1。 0135 第二脉冲发生单元12可以包括： 0136 第二电阻R2， 第一端耦接于第二直流电压输入端VI2的正极； 0137 第二电感L2， 第一端与第二电阻R2耦接于

40、第二节点N2； 0138 第二电容C2， 耦接于第二节点N2和第二输出端E2； 0139 第二开关元件M2， 漏极耦接于第二电感L2的第二端， 源极耦接于第二二极管D2的 正极， 栅极耦接于第二控制信号输入端S2； 0140 第二二极管D2的负极耦接于第一输出端E1。 0141 在图9所示的电路中， 第一直流电压输入端VI1和第二直流电压输入端VI2可以分 别通过第一电阻R1和第二电阻R2对第一电容C1和第二电容C2充电， 使C1和C2在充电完成后 将能量释放到第一输出端E1， 经过E1与E2之间的负载后， 经由第二输出端E2返回两个直流 电压输入端的负极， 形成电流回路。 电容C1和C2的电

41、容值可以由总脉冲宽度、 输出脉冲电压 幅值、 输出脉冲电压允许降落值、 负载电阻值和放电时间常数决定。 0142 设最大总脉冲宽度为 ， 输出脉冲电压幅值为V0， 输出脉冲电压允许降落值为 Vd， 负载电阻值为RL， 则电容C1和电容C2的最小电容量根据以下公式进行计算： 说 明 书 7/14 页 11 CN 109124760 A 11 0143 0144 通过调整电容容值， 可以使每个脉冲串放电结束后， 电容C1和C2的电压最多降低 5。 0145 此外， 电容C1和C2的耐压值可以由脉冲的最大幅值即第一电压和第二电压确定。 0146 在图8和图9所示的实施例中， 第一直流电压输入端VI1

42、和第二直流电压输入端VI2 的正极和负极均可以通过两个输入端子耦接到外部的电源系统上， 以接收第一电压V1和第 二电压V2； 第一输出端E1和第二输出端E2可以分别耦接两个输出端子(例如为一对电极 针)， 以配合输出包括高电压/窄脉宽、 低电压/宽脉宽两种脉冲的协同脉冲。 图9中位于E1和 E2之间的电阻指代两个输出端耦接的外部负载， 例如为肿瘤。 0147 图9所示电路也可以用以下描述方式描述。 0148 电场脉冲生成电路的输入端包括输入端子A1、 输入端子A2、 输入端子B1和输入端 子B2。 电场脉冲生成电路1的输出端包括输出端子E1和输出端子E2。 电源系统1连接在输入 端子A1和输入

43、端子A2之间。 输入端子A1依次串联充电电阻R1和电容C1后连接输入端子A2。 图11所示的直流电压输出模块33按照设定的脉冲幅值通过充电电阻R1对储能电容C1进行 充电。 充电完成后储能电容C1将能量释放给负载。 输入端子A1依次串联电阻R1和电感L1后 与半导体开关MOSFET/IGBT S1的D极串联。 半导体开关MOSFET/IGBT S1的S极串联二极管D1 的正极。 二极管D1的负极串联负载后与输入端子A2连接。 二极管D1的负极串联负载后与输 入端子B2连接。 电源系统1连接在输入端子B1和输入端子B2之间。 输入端子B1依次串联电阻 R2和电容C2后与输入端子B2连接。 进一步

44、， 直流电压输出模块33按照设定的脉冲幅值通过 充电电阻R2对储能电容C2进行充电。 充电完成后储能电容C2将能量释放给负载。 输入端子 B1依次串联电感L2和电阻R2后连接半导体开关MOSFET/IGBT S2的D极。 半导体开关MOSFET/ IGBT S2的S极串联二极管D2的正极。 二极管D2的负极串联负载后与输入端子A2连接。 二极 管D2的负极串联负载后与输入端子B2连接。 负载连接在输出端子E1和输出端子E2之间。 进 一步， 电场脉冲生成电路1形成高电压和窄脉冲， 再形成低电压和宽脉冲。 高电压和窄脉冲、 低电压和宽脉冲按顺序出现。 通过电场脉冲生成电路1， 可以形成新型电场脉

45、冲施加方式， 即在传统的低电压、 宽脉冲的不可逆电穿孔参数前施加高电压、 窄脉冲降低消除阈值场强 的影响， 从而进一步扩大肿瘤消融区域。 也就是说， 高电压、 窄脉冲在组织上产生较大地穿 孔区域， 而随后的低电压、 宽脉冲无阈值场强的限制， 可以在已存在的穿孔区域内产生更大 的消融区域。 0149 在本公开的其他实施例中， 协同脉冲发生电路还可以有其他实现方式， 例如多电 平箝位型、 级联型全桥、 Marx结构、 LTD结构、 MMC结构或开关串并联结构等拓扑的脉冲发生 电路， 本领域技术人员可以自行设置， 只要能够实现图1所示实施例的效果即可。 0150 本发明的技术效果是毋庸置疑的， 本发

46、明装置能准确可靠地产生协同脉冲， 其能 诱导肿瘤细胞膜的跨膜电位大于穿孔阈值， 使得细胞膜发生不可逆电穿孔， 从而导致肿瘤 细胞死亡， 同时， 采用的协同脉冲电场， 能有效突破不可逆电穿孔中阈值场强的限制， 实现 目标肿瘤组织区域不可逆电穿孔剂量的有效电场范围扩大， 解决不可逆电穿孔临床应用中 的消融区域较小的问题。 0151 同时， 本发明提出的新型电场脉冲施加方式， 即在传统的低电压、 宽脉冲的不可逆 说 明 书 8/14 页 12 CN 109124760 A 12 电穿孔参数前施加高电压、 窄脉冲降低消除阈值场强的影响， 从而能够进一步扩大肿瘤消 融区域， 即高电压、 窄脉冲在组织上产

47、生较大地穿孔区域， 而随后的低电压、 宽脉冲无阈值 场强的限制， 在已存在的穿孔区域内产生更大的消融区域。 0152 本发明能够通过施加高场强的电场脉冲作用于生物组织， 诱导细胞膜出现不可逆 电穿孔， 从而导致细胞死亡， 并且高强度脉冲作用下， 细胞发生不可逆电穿孔， 无需施加化 疗药物能达到治疗的作用， 避免了化疗药物带来的副作用。 同时， 本发明具有快捷(治疗施 加脉冲时间仅为几十秒， 全过程也仅需几分钟)、 可控(治疗参数可通过三维建模电场计算 获取， 治疗范围精确、 安全)、 可视(治疗过程可在超声/CT/MRI引导下完成， 疗效可通过超 声/CT/MRI评估)、 可选择性(不损伤消融

48、区的胆管， 血管及神经等)和非热机理(无热效应， 可克服热疗法带来的 热损伤 与 热沉 )的优点。 0153 图10协同脉冲不可逆电穿孔装置的另一种示意图。 0154 参考图10， 是在本公开的一种示例性实施例中， 协同脉冲不可逆电穿孔装置还可 以包括： 0155 控制模块3， 耦接于协同脉冲发生电路1， 用于输出第一控制信号与第二控制信号； 0156 电源模块4， 耦接于控制模块3与协同脉冲发生电路1， 用于根据控制模块输出的电 源控制信号对协同脉冲发生电路输出第一电压与第二电压； 0157 脉冲测量模块5， 耦接于控制模块3以及协同脉冲发生电路1的第一输出端与第二 输出端， 用于接收并识别第一输出端与第二输出端的输出信号， 并将识别结果发送至控制 模块3。 0158 信号转换模块6， 耦接于控制模块3、 电源模块4与协同脉冲发生电路1， 用于对第一 控制信号、 第二控制信号以及电源控制信号进行光/电转换或电/光转换。 0159 显示装置7， 耦接于控制模块3， 用于显示第一控制信号、 第二控制信号、 电源控制 信号的参数以及控制模块3根据脉冲测量模块5输出的识别结果生成的协同脉冲的波形； 0160 输入装置8