便携式高压纳秒方波脉冲发生器.pdf

一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，涉及高压纳秒方波脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的医疗装置。本发明主要包括电源系统、高压直流模块、低压电源、脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统。本发明装置输出脉冲幅值最高15kV，脉宽调节范围50ns～1us，上升沿陡度可达10ns，输出脉冲重复频率0.2～15Hz可控，且装置输出脉冲个数可设定，该装置可多参数(脉冲幅值、脉宽、重复频率、脉冲个数等)大范围、灵活、独立调节，更有利于寻找肿瘤细胞凋亡的最佳窗口参数，促进肿瘤细胞发生凋亡，提高肿瘤治疗效果。同时该装置结构紧凑、轻便、工作可靠、操作简单、便于推广应用，本发明可广泛应用于各种肿瘤的治疗中。

1.  一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，主要包括电源系统、高压直流模块、低压电源、脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统，电源系统由电源、电源滤波器、保险管、电源开关组成，电源通过导线与电源滤波器的输入端相连接，电源滤波器的输出端通过导线与保险管输入端相连接，保险管输出端通过导线接至电源开关，由电源开关处的输出端用导线分别接至高压直流模块、低压电源和脉冲计数器的电源进线端，其特征在于高压直流源模块为市购模块，其高压输出端通过导线与限流保护电阻(R1)的一端相连接，限流保护电阻为市购高品质电阻，限流保护电阻(R1)另一端经导线至脉冲形成系统的L-CT形网络(以下简称T形网络)，并与T形网络的第一级高压电容高压端相连接，通过调节高压直流模块输出电流可以实现对T形网络充电速度的控制，进而实现装置输出脉冲重复频率可控，低压电源为市购模块，输入220V交流市电，输出+15V直流，通过导线连接至脉冲整形及计数系统电路板电源进线端，脉冲形成系统主要由L-CT形网络、自击穿气体火花开关(以下简称气体开关)和匹配负载电阻(R2)构成，T形网络是由6～10个数目相同的等值电感L、等值高压电容C组成的T形电路，高压电容C采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C低压端通过螺钉与铜板紧密连接，电感L两端分别与相邻两级高压电容C的高压端相连接，最后一级电感一端和最后一级高压电容的高压端连接，另一端连至气体开关高压电极(1)接线端，整个T形网络构成一个模块，可根据需要添加或减小模块，从而增加或减小本装置输出脉冲脉宽，最终实现本装置输出脉冲脉宽可变，自击穿气体火花开关主要由高压电极(1)、低压电极(2)、绝缘外壳(3)、进气阀(4)、出气阀(5)构成，高压电极(1)和低压电极(2)均为铜质电极，并分别分为球头(1-3、2-3)、圆柱极身(1-2、2-2)、根部圆盘(1-1、2-1)三部分，球头(1-3、2-3)为半径5mm～15mm的半球，圆柱极身(1-2、2-2)为直径10mm～30mm、高度15mm～30mm的圆柱体，根部圆盘(1-1、2-1)为直径30mm～50mm、高度5mm～10mm的圆柱体，在高压电极(1)的根部圆盘(1-1)靠近外边缘处分别对称的开设一个带有螺纹的通孔，并在通孔内安装进、出气阀(4、5)，高压电极(1)位于气体开关上部，低压电极(2)位于气体开关下部，高、低压电极(1、2)的球头(1-3、2-3)相对呈对称分布，高、低压电极球头(1-3、2-3)间距为1mm～3mm，并形成气体开关放电主间隙，绝缘外壳(3)为圆筒形有机玻璃，内径30mm～50mm，外径40mm～60mm，高、低压电极(1、2)与绝缘外壳(3)通过螺纹紧密连接，通过进、出气阀(4、5)调节气体开关内的密闭气压，即可调节气体开关的击穿电压，进而调节本发明装置输出脉冲幅值，气体开关低压电极的根部圆盘(2-1)与匹配负载电阻(R2)的一端相连接，匹配负载电阻(R2)为市购高品质无感电阻；
脉冲整形及计数系统由电流传感器、RC脉冲整形电路、光电隔离模块、脉宽调制电路和脉冲计数器组成，电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为25mm～37mm，内径为10mm～17mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕100～170匝直径0.5mm～0.65mm的铜质漆包线，匹配负载电阻(R2)的另一端经引线垂直穿过电流传感器中心，并与T形网络的地线端相连，电流传感器线圈的两端分别经导线与积分电阻的两端连接，在积分电阻两端产生的纳秒脉冲信号经二极管输入RC脉冲整形电路，RC脉冲整形电路是由电阻和电容组成的Γ型电路，RC脉冲整形电路输出信号经导线引至光电隔离模块，光电隔壁模块为市购模块，光电隔离模块引出信号至脉宽调制电路，脉宽调制电路为市购模块，其输出信号引线至脉冲计数器，脉冲计数器为市购模块，具有拨码设定功能，配合脉冲计数器内置继电器控制装置电源输入，从而实现本装置脉冲输出个数可控。

2.  按照权利要求1所述的便携式高压纳秒方波脉冲发生器，其特征在于所述的脉冲形成系统所形成的高压纳秒脉冲为方波脉冲，其脉冲幅值在0～15kV之间连续调节或预置、脉冲宽度范围50ns～1μs、重复频率在0.2Hz～15Hz之间连续调节或预置、脉冲个数根据治疗需要调节或预置。

3.  按照权利要求1所述的便携式高压纳秒方波脉冲发生器，其特征在于T形网络是由6个数目相同的等值电感(L1～L6)、等值高压电容(C1～C6)组成的T形电路，高压电容(C1～C6)为市购无感陶瓷高压电容，容值为150pF，耐压值为40kV，采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C1～C6低压端通过螺钉与铜板紧密连接，电感(L1～L6)为市购高精度电感，电感值为375nH，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接，最后一级电感(L6)一端和最后一级高压电容(C6)高压端连接，另一端连至气体开关高电极(1)接线端；
球头(1-3、2-3)为半径5mm的半球，圆柱极身(1-2、2-2)为直径10mm、高度15mm的圆柱体，根部圆盘(1-3、2-3)为直径30mm、高度5mm的圆柱体，高、低压电极的球头(1-3、2-3)间距为1mm，并形成气体开关放电主间隙，绝缘外壳(3)为圆筒形有机玻璃，内径30mm，外径40mm；
电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为25mm，内径为10mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕100匝直径0.5mm的铜质漆包线，RC脉冲整形电路是由电阻和电容组成的Γ型电路，R为100Ω，C为2uF。

4.  按照权利要求1所述的便携式高压纳秒方波脉冲发生器，其特征在于L-CT形网络是由8个数目相同的等值电感(L1～L8)、等值高压电容(C1～C8)组成的T形电路，高压电容(C1～C8)为市购无感陶瓷高压电容，电感(L1～L8)为市购高精度电感，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接，最后一级电感(L8)一端和最后一级高压电容(C8)高压端连接，另一端连至气体开关高压端；
球头(1-3、2-3)为半径10mm的半球，圆柱极身(1-2、2-2)为直径20mm、高度20mm的圆柱体，根部圆盘(i-3、2-3)为直径40mm、高度8mm的圆柱体，高、低压电极(1、2)的球头(1-3、2-3)间距为2mm，并形成气体开关放电主间隙，绝缘外壳(3)为圆筒形有机玻璃，内径40mm，外径50mm；
电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为31mm，内径为14mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕140匝直径0.6mm的铜质漆包线。

5.  按照权利要求1所述的便携式高压纳秒方波脉冲发生器，其特征在于L-C T形网络是由10个数目相同的等值电感(L1～L10)、等值高压电容(C1～C10)组成的T形电路，高压电容(C1～C10)为市购无感陶瓷高压电容，电感(L1～L10)为市购高精度电感，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接，最后一级电感(L10)一端和最后一级高压电容(C10)高压端连接，另一端连至气体开关高压端；
球头(1-3、2-3)为半径15mm的半球，圆柱极身(1-2、2-2)为直径30mm、高度30mm的圆柱体，根部圆盘(1-3、2-3)为直径50mm、高度10mm的圆柱体，高、低压电极(1、2)的球头(1-3、2-3)间距为3mm，并形成气体开关放电主间隙，绝缘外壳(3)为圆筒形有机玻璃，内径50mm，外径60mm；
电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为37mm，内径为17mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕170匝直径0.65mm的铜质漆包线。

便携式高压纳秒方波脉冲发生器
技术领域
本发明属于生物电磁技术领域，特别涉及高压纳秒脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的医疗装置。
背景技术
目前，脉冲电场对细胞结构和功能的影响与对生物体的治疗作用，逐渐成为生物电磁技术领域的研究热点。研究表明：当脉宽降低至纳秒(ns)级、电场强度升高到10kV/cm及以上时，这种纳秒脉冲电场带来的是一系列与电穿孔现象截然不同的细胞响应，尽管细胞膜表面没有发生明显的电穿孔现象，但细胞内部却出现了磷脂酰丝氨酸外翻、半胱氨酸蛋白酶(Caspases)活化、钙离子释放、DNA和染色体破碎、大量微核产生等一系列的功能性改变，同时诱导细胞发生程序性死亡(Programmed death)，也称之为凋亡(Apoptosis)，这种现象称为细胞内电处理效应(Intracellular Electromanipulation，IEM)。纳秒脉冲电场以其独特的细胞内电处理效应及其诱导凋亡的重要特征已引起人们极大的关注，成为生物电磁技术研究的重要课题。
现有高压纳秒脉冲医疗装置，如申请号为200710078665.4的“高压纳秒脉冲诱导肿瘤细胞凋亡的装置”，该装置主要包括高压直流模块、脉冲形成系统、脉冲测量系统、计算机系统、电源系统等。装置输出高压纳秒脉冲的幅值在0～9.9kV之间连续调节或预置、重复频率在2Hz～100Hz之间连续调节或预置、宽度在200ns～1μs之间分7级调节或预置、治疗时间可根据治疗需要调节或预置。该装置在医学实践中主要存在以下不足：输出脉冲幅值过低，不能够产生更高强度纳秒脉冲电场作用于肿瘤细胞，限制了装置的应用范围；输出脉冲脉宽调节范围有限(最小200ns)，且不能包含所有纳秒脉冲脉宽参数，不能满足纳秒脉冲电场肿瘤细胞内电处理效应窗口参数选择的需要；脉冲上升沿平缓，忽略了高频分量对肿瘤细胞内电处理效应的影响；输出脉冲为指数衰减脉冲，该脉冲等效频率复杂，不利于对脉冲参数进行频谱分析；装置输出脉冲个数不可控，不能有效控制作用于肿瘤细胞的脉冲治疗剂量。该装置存在的上述不足之处，不利于在医学实验中寻求使肿瘤细胞凋亡而正常细胞不受影响的最佳脉冲治疗窗口参数，进而影响肿瘤细胞治疗的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有高压纳秒脉冲医疗装置的不足之处，提供一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器。该装置输出脉冲幅值更高(0kV～15kV)、脉宽调节范围更大(50ns～1us)、上升沿更陡(最小10ns)、重复频率可控(0.2～15Hz)的高压方波脉冲，且装置输出脉冲个数可设定，并具有液晶显示和短路保护功能，该装置能有效应用于肿瘤细胞内电处理效应及窗口参数的选择。
本发明的机理：本发明装置是基于布鲁姆莱恩(Blumlein)单形成线集中参数原理，由若干个数目相同的等值电感L、等值高压电容C组成T形脉冲形成线网络。在电路拓扑上，它是传输线集中参数条件下的近似模型。高压直流电源首先通过限流保护电阻向L-CT形网络(以下简称T形网络)充电，当最后一级高压电容充电电压达到自击穿气体火花开关(以下简称气体开关)击穿电压时，气体开关瞬间闭合。对匹配负载电阻(R_{匹配负载电阻}＝(L/C)1/2)，T形网络放电过程如下：首先最后一级高压电容经最后一级电感向匹配负载电阻放电，经过放电延迟，后一级高压电容经次级电感和最后一级电感向同一匹配负载电阻放电。依此类推，由于各级高压电容储存的能量相同，而放电持续时间不同，且放电的各曲线幅度也不同，各级高压电容对匹配负载电阻放电波形的叠加即为T形网络输出的高压纳秒方波脉冲。高压纳秒方波脉冲主要参数：脉冲幅值U＝0.5U_C(U_C为最后一级高压电容充电电压)；脉冲脉宽：  (n为T形网络级数)，脉冲上升沿：。T形网络便于制造，重复性、兼容性好；一个T形网络可封装为一个独立模块，可通过增加或减少模块来增加或减少输出高压纳秒方波脉冲脉宽，且不影响整个脉冲形成系统的阻抗；改变气体开关的击穿电压又可方便的调节装置输出脉冲幅值，因而T形网络具有很好的应用潜力。
实现本发明目的的技术方案：一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，主要包括电源系统、高压直流模块、低压电源、脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统。电源系统由电源、电源滤波器、保险管、电源开关组成，电源通过导线与电源滤波器的输入端相连接，用以对输入的电源进行滤波；电源滤波器的输出端通过导线与保险管输入端相连接，用以对整个装置进行过流保护；保险管输出端通过导线接至电源开关，用以对整个装置输入电源进行控制；由电源开关处的输出端用导线分别接至高压直流模块、低压电源和脉冲计数器的电源进线端。高压直流源模块为市购模块，其高压输出端通过导线与限流保护电阻的一端相连接，限流保护电阻为市购高品质电阻，用以防止装置因使用不当引起的短路故障。限流保护电阻另一端经导线至脉冲形成系统的L-CT形网络，并与T形网络的第一级高压电容高压端相连接，通过调节高压直流模块的输出电流可以实现对T形网络充电速度的控制，进而实现装置输出脉冲重复频率(0.2～15Hz)可控。低压电源为市购模块，输入220V交流市电，输出+15V直流，通过导线连接至脉冲整形及计数系统电路板电源进线端，用以对脉冲整形及计数系统提供电源。
脉冲形成系统主要由L-CT形网络、自击穿气体火花开关和匹配负载电阻构成。T形网络是由6～10个数目相同的等值电感L、等值高压电容C组成的T形电路，高压电容C采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C低压端通过螺钉与铜板紧密连接。电感L两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接，最后一级电感一端和最后一级高压电容高压端连接，另一端连至气体开关高压电极接线端。整个T形网络构成一个模块，可根据需要添加或减小模块，从而增加或减小本装置输出脉冲脉宽，最终实现本装置输出脉冲脉宽(50ns～1us)可变，并具有良好的重复性、兼容性、可拓展性。自击穿气体火花开关主要由高压电极、低压电极、绝缘外壳、进气阀、出气阀构成。高压电极和低压电极均为铜质电极，并分别分为球头、圆柱极身、根部圆盘三部分。球头为半径5mm～15mm的半球，圆柱极身为直径10mm～30mm、高度15mm～30mm的圆柱体。根部圆盘为直径30mm～50mm、高度5mm～10mm的圆柱体。在高压电极的根部圆盘靠近外边缘处分别对称的开设一个带有螺纹的通孔，并在通孔内安装进、出气阀。高压电极位于气体开关上部，低压电极位于气体开关下部，高、低压电极的球头相对呈对称分布，高、低压电极球头间距为1mm～3mm，并形成气体开关放电主间隙。绝缘外壳为圆筒形有机玻璃，内径30mm～50mm，外径40mm～60mm，用以对高、低压电极进行绝缘和密封气体，高、低压电极与绝缘外壳通过螺纹紧密连接。通过进、出气阀调节气体开关内的密闭气压，即可调节气体开关的击穿电压，进而实现本发明装置输出脉冲幅值(0kV～15kV)可调。气体开关低压电极的根部圆盘与匹配负载电阻一端相连接，匹配负载电阻为市购高品质无感电阻，用以匹配T形网络阻抗。
脉冲整形及计数系统由电流传感器、RC脉冲整形电路、光电隔离模块、脉宽调制电路和脉冲计数器组成。电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为25mm～37mm，内径为10mm～17mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕100～170匝直径0.5mm～0.65mm的铜质漆包线。匹配负载电阻另一端经引线垂直穿过电流传感器中心，并与T形网络的地线端相连。电流传感器线圈的两端分别经导线与积分电阻的两端连接，在积分电阻两端产生的纳秒脉冲信号经二极管输入RC脉冲整形电路，以便防止电流回流及滤除电流传感器信号中的负半波部分。RC脉冲整形电路是由电阻和电容组成的Γ型电路，以便将纳秒方波信号整形为微秒级指数衰减信号。RC脉冲整形电路输出信号经引线至光电隔离模块，光电隔壁模块为市购模块，以便防止信号之间相互干扰。光电隔离模块引出信号至脉宽调制电路。脉宽调制电路为市购模块，其输出信号经导线引至脉冲计数器，功能作用是将微秒级信号转换为可被脉冲计数器识别的毫秒级低压方波脉冲信号。脉冲计数器为市购模块，具有拨码设定功能，配合脉冲计数器内置继电器控制装置电源输入，从而实现本装置脉冲输出个数可控。整个装置紧凑、轻便、可靠，为进一步研究压纳秒脉冲电场的生物医学效应奠定了基础。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
(1)本发明的高性能低击穿时延的自击穿气体火花开关。具有较高的击穿电压且重量较轻，并通过调节气体开关内的压强可实现装置输出脉冲幅值从0kV～15kV变化，本装置输出的高能量纳秒脉冲电场，将更有利于促进肿瘤细胞的凋亡。
(2)本发明在网络阻抗不变的情况下，能制作多个L-CT型网络模块，通过增加或减少网络模块可方便快捷的实现装置输出脉冲宽度的增加或减少，脉冲宽度能实现从50ns～1us的变化。本装置输出高压纳秒方波脉冲脉宽大范围可变，将更有利于寻找影响肿瘤细胞凋亡的最佳的脉宽，提高肿瘤治疗效果。
(3)本发明装置合理布局、结构紧凑，减小了放电回路的杂散电感，并采用优质的电子元器件，从而提高了装置输出脉冲上升沿陡度。本装置输出脉冲所包含的高频分量将有助于肿瘤细胞内电处理效应，进一步提高肿瘤细胞凋亡率，达到更好的肿瘤治疗效果。
(4)本发明装置绕制的高品质精确小电感和采用的高精度无感负载电阻，使网络阻抗和匹配负载电阻精确匹配，有效消除因折反射引起的尾部震荡。装置输出的高压纳秒方波脉冲，波形质量好，等效频率单一，更有利于理论分析，并选择肿瘤细胞凋亡的最佳频谱特性，提高肿瘤治疗效果。
(5)本发明装置紧凑、轻便，工作可靠，实现了输出脉冲个数可设定的智能化控制，有效满足了医疗装置的需要，便于推广应用。
本发明装置可广泛应用于肿瘤细胞内电处理效应及其诱导凋亡机理的研究，可以应用于肿瘤细胞脉冲治疗，促进肿瘤细胞的凋亡，提高肿瘤治愈率。
附图说明
图1为本发明装置的原理框图；
图2为图1中的L-CT形网络主电路拓扑图；
图3为本发明装置中的自击穿气体火花开关结构示意图；
图4为本实施例的脉冲整形电路、光电隔离模块及脉宽调制电路原理图；
图5为本实施例1的输出脉冲波形图。
图中：R1为限流保护电阻，R2为匹配负载电阻，L1～L6为等值电感，C1～C6为等值高压电容，1为高压电极，1-1为高压电极的根部圆盘，1-2为高压电极圆柱极身，1-3为高压电极的球头，2为低压电极，2-1为低压电极的根部圆盘，2-2为低压电极的圆柱极身，2-3为低压电极的球头，3为绝缘外壳，4为进气阀，5为出气阀。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
如图1～4所示，一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，主要包括电源系统、高压直流模块、低压电源、脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统。电源系统由电源、电源滤波器、保险管、电源开关等组成。电源为220V/50Hz的市电，电源通过导线与电源滤波器的输入端相连接，用以对输入的市电电源进行滤波；电源滤波器的输出端通过导线与保险管输入端相连接，保险管最大通过电流为3A，用以对整个装置进行过流保护；保险管输出端通过导线接至电源开关，对整个装置输入电源进行控制；电源开关的火线、零线输出端用导线分别接至低压电源、脉冲计数器的电源进线端，同时电源开关零线、地线引出端经引线直接接至高压直流模块零线、地线端，电源开关火线引出端接至脉冲计数器3号管脚，计数器5号管脚经引线接至高压直流模块火线进线端。脉冲计数器、高压直流模块均为市购模块，高压直流模块的输入电压：DC 24±10％；输出电压：DC 0～+30kV；最大输出电流：1mA，高压直流模块配有电流、电压显示模块和调节电位器，并具有过压、过流保护功能。高压直流模块高压输出端与限流保护电阻R1相连接，限流保护电阻R1为市购高品质电阻，阻值为15MΩ，用以防止装置因使用不当引起的短路故障。限流保护电阻R1另一端经导线至脉冲形成系统的L-CT形网络，并与T形网络的第一级高压电容C1高压端相连接，用以向脉冲形成系统的充电。通过调节高压直流模块的输出电流可以实现对T形网络充电速度的控制，进而实现装置输出脉冲重复频率可控。低压电源输出+15V直流，通过导线连接至脉冲整形及计数系统电路板电源进线端，用以对脉冲整形及计数系统提供电源。
脉冲形成系统主要由L-CT形网络、自击穿气体火花开关和匹配负载电阻R2构成。T形网络是由6个数目相同的等值电感L1～L6、等值高压电容C1～C6组成的T形电路。高压电容C1～C6为市购无感陶瓷高压电容，容值为150pF，耐压值为40kV，采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C1～C6低压端通过螺钉与铜板紧密连接。电感L1～L6为市购高精度电感，电感值为375nH，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接。最后一级电感L6一端和最后一级高压电容C6高压端连接，另一端连至气体开关高电极1接线端。整个T形网络构成一个模块，可根据需要添加或减小模块，从而增加或减小本装置输出脉冲脉宽，最终实现本装置输出脉冲脉宽可变，具有良好的重复性、兼容性、可拓展性。
自击穿气体火花开关主要由高压电极1、低压电极2、绝缘外壳3、进气阀4、出气阀5构成。高压电极1和低压电极2均为铜质电极，并分别分为球头1-3、2-3、圆柱极身1-2、2-2、根部圆盘1-3、2-3三部分。球头1-3、2-3为半径5mm的半球，圆柱极身1-2、2-2为直径10mm、高度15mm的圆柱体。根部圆盘1-3、2-3为直径30mm、高度5mm的圆柱体。在高压电极1的根部圆盘1-1靠近外边缘处分别对称的开设一个带有螺纹的通孔，并在通孔内安装进、出气阀4、5。高压电极1位于气体开关上部，低压电极2位于气体开关下部，高、低压电极1、2的球头1-3、2-3相对呈对称分布，高、低压电极1、2的球头1-3、2-3间距为1mm，并形成气体开关放电主间隙。绝缘外壳3为圆筒形有机玻璃，内径30mm，外径40mm，用以对高、低压电极1、2进行绝缘和密封气体，高、低压电极1、2与绝缘外壳3通过螺纹紧密连接。通过进、出气阀4、5调节气体开关内的密闭气压，即可调节气体开关的击穿电压，进而调节本发明装置输出脉冲幅值。气体开关低压电极2的根部圆盘2-1与匹配负载电阻R2一端相连接；匹配负载电阻R2为市购无感电阻电阻，阻值50Ω+1％，功率40W，能精确匹配T形网络阻抗，避免因折反射引起的装置输出脉冲振荡。
脉冲整形及计数系统由电流传感器、RC脉冲整形电路、光电隔离模块、脉宽调制电路和脉冲计数器组成。电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为25mm，内径为10mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕100匝直径0.5mm的铜质漆包线。匹配负载电阻R2另一端经引线垂直穿过电流传感器中心，并与T形网络的地线端相连。电流传感器线圈的两端分别经导线与积分电阻的两端连接，在积分电阻两端产生的纳秒脉冲信号经二极管IN4007输入RC脉冲整形电路，以便防止电流回流及滤除电流传感器信号中的负半波部分。RC脉冲整形电路是由电阻和电容组成的Γ型电路，R为100Ω，C为2uF，以便将纳秒方波信号整形为微秒级指数衰减信号。RC脉冲整形电路输出信号经导线引至光电隔离模块，光电隔壁模块为市购模块(TP250光电隔离芯片)，以便防止信号之间相互干扰。TP250芯片6号管脚引出，经过0.1uF滤波电容引至脉宽调制电路，脉宽调制电路为市购模块(NE555芯片)，NE555芯片1号、3号管脚分别经引线至脉冲计数器9号、10号管脚，功能作用是将微秒信号转换为可被脉冲计数器识别的毫秒级低压方波脉冲信号。脉冲计数器为市购模块，具有拨码设定功能，配合脉冲计数器内置继电器(3号、5号管脚)控制装置电源输入，从而实现本装置脉冲输出个数可设定的智能化控制。
本发明装置紧凑设计，连线、焊接、布局都尽力减小引入电感。整个装置长为440mm，宽为370mm，高为220mm，重量为7.5Kg。具有良好的便携性。测试时，选择一个L-C T形网络模块(6级网络)，高压直流模块输出电压为30kV，自击穿气体火花开关内充满0.49MPa气压，采用美国Tektronic公司DPO4054型数字荧光示波器和P6015A型高压探头，对装置输出脉冲波形进行测试。本装置输出的脉冲波形如图5所示，脉冲幅值15kV、上升沿10ns、半高宽脉宽100ns，脉冲波形稳定、光滑、无明显毛刺。
实施例2
一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，同实施例1，其中：L-CT形网络是由8个数目相同的等值电感L1～L8、等值高压电容C1～C8组成的T形电路。高压电容C1～C8为市购无感陶瓷高压电容，采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C1～C8低压端通过螺钉与铜板紧密连接。电感L1～L8为市购高精度电感，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接。最后一级电感L8一端和最后一级高压电容C8高压端连接。
球头1-3、2-3为半径10mm的半球，圆柱极身1-2、2-2为直径20mm、高度20mm的圆柱体。根部圆盘1-3、2-3为直径40mm、高度8mm的圆柱体。高、低压电极1、2的球头1-3、2-3间距为2mm，并形成气体开关放电主间隙。绝缘外壳3为圆筒形有机玻璃，内径40mm，外径50mm。
电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为31mm，内径为14mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕140匝直径0.6mm的铜质漆包线。
实施例3
一种便携式高压纳秒方波脉冲发生器，同实施例1，其中：L-CT形网络是由10个数目相同的等值电感L1～L10、等值高压电容C1～C10组成的T形电路。高压电容C1～C10为市购无感陶瓷高压电容，采用共地接线方式均匀分布在一块铜板之上，且高压电容C1～C10低压端通过螺钉与铜板紧密连接。电感L1～L10为市购高精度电感，且两端分别与相邻两级高压电容的高压端相连接。最后一级电感L10一端和最后一级高压电容C10高压端连接。
球头1-3、2-3为半径15mm的半球，圆柱极身1-2、2-2为直径30mm、高度30mm的圆柱体。根部圆盘1-3、2-3为直径50mm、高度10mm的圆柱体。高、低压电极1、2的球头1-3、2-3间距为3mm，并形成气体开关放电主间隙。绝缘外壳3为圆筒形有机玻璃，内径50mm，外径60mm。
电流传感器骨架为圆环形硅钢片叠加而成，圆环外径为37mm，内径为17mm，在电流传感器骨架上均匀缠绕170匝直径0.65mm的铜质漆包线。
实验结果
利用本实施例装置对人浆液囊腺性卵巢癌SKOV3进行肿瘤细胞凋亡实验，实验时，将处于对数生长期贴壁生长的SKOV3癌细胞用0.25％胰酶(GIBCO公司)消化后离心，用RPMI-1640培养液制成单肿瘤细胞悬液，并校正肿瘤细胞浓度至1×106/ml。取2ml肿瘤细胞悬液盛于铂金电极细胞槽，两铂金电极之间距离为1cm。发生器产生纳秒脉冲对肿瘤细胞液进行处理，装置输出所有脉冲参数均为1Hz。
脉冲电场处理完后，采用流式细胞术检测肿瘤细胞凋亡。按照FITC标记AnnexinV细胞凋亡试剂盒(晶美生物公司)的说明书操作，收集各组脉冲电场处理后培养4h细胞各1×106个，冷PBS洗涤2遍后，用250μL的Annexin结合缓冲液重悬细胞，取100μL细胞悬液于5mL流式管中，加5μL的Annexin V FITC和10μL的PI，混匀后室温避光孵育15min，在反应管中加入400μL的PBS，立即用流式细胞仪(FACSCalibur)检测。以Annexin+/PI-判断为早期凋亡，Annexin+/PI+判断为晚期凋亡或坏死，Annexin-/PI+为操作中损伤细胞或处理过于强烈机械性损失的细胞，Annexin-/PI-为正常细胞。每组参数重复3次。
根据上述方法得到的各组参数正交设计凋亡实验结果如表1所示，表中凋亡实验数据表示为每组参数重复3次实验后得到的平均值±偏差(X+S)
表1

由表1所示的实验结果可以看出：利用本发明装置产生的高压纳秒脉冲能够使得肿瘤细胞发生凋亡。同时发现第4组脉冲参数(10kV/cm、100ns、5min)所诱导的早期凋亡细胞数最多(29.66±7.28)，第8组脉冲参数(15kV/cm、300ns、1min)次之(22.74±6.37)。即第4组脉冲参数是最佳的诱导凋亡脉冲参数组合，后续实验即可根据这一实验结果进行参数优化设计。
由实验结果可见：本发明装置输出脉冲幅值更高、脉宽调节范围更大、上升沿更陡的高压纳秒方波脉冲，有助于肿瘤细胞内电处理效应，提高了肿瘤细胞凋亡率；本发明装置多参数(脉冲幅值、脉宽、重复频率、脉冲个数等)、大范围、灵活、独立调节也有利于在医学实验中寻求最佳的脉冲治疗窗口参数，使肿瘤细胞凋亡而正常细胞不受影响，提高肿瘤细胞治疗效果；同时本发明装置紧凑、轻便，工作可靠，有效满足了医疗装置的需要，便于推广应用。