自适应陡脉冲肿瘤治疗系统及其控制方法与流程

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种自适应陡脉冲肿瘤治疗系统及其控制方法。

背景技术：

1、陡脉冲消融治疗是一种常见的肿瘤治疗方法，其通过电极针将高压窄脉冲传递到靶区，在目标区域建立电场以此破坏肿瘤细胞结构，诱导肿瘤细胞坏死与凋亡，实现肿瘤组织的消融。这种治疗方法存在的问题是，实践中，手术治疗时，随着输出脉冲数量的增加，人体组织的电流导通性会增加，电流会逐渐增大，此时治疗已经产生了一定的效果；但随着人体组织电流导通性的增加，电流会出现瞬间击穿的现象，也就是产生电弧放电，由此，此时人体组织的电阻值尚不构成短路条件，导致常规的igbt驱动不会触发断电保护，而若采用主控制板的反馈系统进行电流采集和计算来触发断电保护，由于需要较长的反馈时间，来不及避免电弧对组织的伤害。因此，如何开发处一种自适应陡脉冲肿瘤治疗系统，提升对关断igbt模块的控制反应速度，避免电弧放电对人体组织造成的损伤，是本领域技术人员的一个重要研究方向。

技术实现思路

1、本发明的技术目的是提供一种自适应陡脉冲肿瘤治疗系统及其控制方法，避免治疗中形成瞬间电弧，增加治疗效果，减小治疗中的风险，提高硬件的反应速度。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、本发明提供了一种自适应陡脉冲肿瘤治疗系统，包括与igbt模块连接的采样电路、控制电路、充电电路和igbt驱动光耦；

4、采样电路，用于实时检测并获取治疗过程中每个脉冲周期对应的治疗数据，所述治疗数据至少包括实时检测到的电流数据；

5、控制电路，包括与所述i gbt驱动光耦连接的i gbt模块，用于将实时检测到的电流值与电流阈值进行对比，根据电流反馈的对比结果实现对i gbt模块开启或关闭的瞬时控制，开启后输出陡脉冲治疗电流；

6、充电电路，包括恒流源电路和计时电容，用于启动预备模式，通过恒流源电路向所述计时电容进行充电后并输入i gbt驱动光耦；

7、i gbt驱动光耦，所述i gbt驱动光耦的一端与所述计时电容连接，所述i gbt驱动光耦的另一端与i gbt模块连接，用于判断所述计时电容向所述i gbt驱动光耦输出的信号是否满足自启动条件，在获取到的当前电压值大于预设的自启动电压值时满足自启动条件，所述i gbt驱动光耦处于正常运行状态从而控制i gbt模块处于导通模式，所述i gbt驱动光耦驱动i gbt模块输出陡脉冲治疗电流；

8、自适应调节模式下，在脉冲周期n的电流超出电流阈值触发i gbt模块输出关闭后，获取脉冲周期n+1下的当前电流值并判断当前的电流值是否小于等于电流阈值，在当前电流值小于电流阈值时，通过向所述充电模块进行充电操作直至满足预备模式下的自启动条件，使得i gbt驱动光耦处于复位模式，在驱动恢复正常状态后，等待下一脉冲周期n+1的电流输出，从而通过触发预设的自恢复脉冲输出实现对陡脉冲治疗电流的脉宽自适应调节。

9、作为优选地，所述i gbt驱动光耦还用于在陡脉冲治疗过程中，确定电流变化与脉宽的对应关系，组织的电阻呈逐渐减小趋势，同时输出脉冲的电流呈上升趋势，直到当前电流实际输出值大于电流阈值时，开启所述控制电路中的隔离光耦进行放电控制后，获取到的当前电压值不满足预备模式下的自启动条件，对当前脉冲周期n的电流输出进行瞬时关闭控制以触发i gbt驱动光耦的断电保护模式，从而使得所述i gbt模块在当前脉冲周期n从关断起点至关断终点时间段中停止输出陡脉冲治疗电流。

10、作为优选地，所述恒流源电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和pnp三极管组成的恒流源电路，所述pnp三极管的发射极与所述第一电阻连接至电源，所述pnp三极管的基极分别与第二电阻的一端和所述第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与电源连接，所述第三电阻的另一端接地，所述pnp三极管的集电极与所述计时电容连接并接地，且所述pnp三极管的集电极与隔离光耦的第四端口连接，在正常模式状态下，所述恒流源电路向所述计时电容进行恒流充电，在断电保护状态下，当前检测到的电流实际输出值大于电流阈值时，隔离光耦处于打开状态，对所述计时电容中存储的电量执行放电操作，使得所述i gbt驱动光耦不满足预备模式下的自启动条件，所述i gbt驱动光耦处于关闭状态，从而所述i gbt模块处于关闭状态，在复位模式状态下，当所述i gbt模块输出关闭后，所述恒流源电路继续为所述计时电容充电，当充电电压达到预备模式下的自启动条件，恢复至预备模式以实现陡脉冲治疗电流自恢复。

11、作为优选地，所述采样模块包括采样电阻和运算放大器，所述运算放大器的正相输入端与所述i gbt模块的输出端连接，所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端均与比较器的反相输入端连接至隔离光耦，所述采样电阻的一端与所述i gbt模块的输出端连接，所述采样电阻的另一端与治疗系统的能量输出端连接，用于对采样信号进行放大，获取实时检测电流值。

12、作为优选地，所述控制模块包括比较器、隔离光耦和滤波电路，所述比较器的反相输入端与所述采样模块的输出端连接，且所述采样模块的输出端与所述滤波电路连接，用于对所述采样模块输出的实时检测电流值进行滤波；所述比较器的正相输入端接入基准电流值，所述比较器的输出端与所述隔离光耦的第二端口连接，所述隔离光耦的第一端口与电源连接，所述隔离光耦的第三端口接地，所述隔离光耦的第四端口与计时电容连接并接地，用于将基准电流值与当前检测到的电流实际输出值进行比较，当前检测到的电流实际输出值大于电流阈值时，处于断电保护状态下，向运算放大器第四端口提供一控制信号，该控制信号经过所述比较器后输出使能信号至所述隔离光耦来打开所述隔离光耦，对所述计时电容中存储的电量执行放电操作，使得所述i gbt驱动光耦不满足预备模式下的自启动条件，所述i gbt驱动光耦处于关闭状态，从而所述i gbt模块处于关闭状态。

13、作为优选地，所述滤波电路包括第四电阻r6和第一电容，所述第四电阻的一端与运算放大器的输出端连接，所述第四电阻的另一端与所述比较器的反相输入端连接，且所述第四电阻的一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，在获取到的检测电流值经过第四电阻、第一电容构成的滤波电路实现对i gbt模块自身尖峰干扰的滤波。

14、作为优选地，所述预设脉冲周期的陡脉冲总输出时间最大为100us，且每个脉冲间输出间隔大于200ms，当计时电容的充电时间为200us，即在所述i gbt模块关闭输出200us后，驱动恢复正常状态，等待下一个脉冲信号，以实现脉宽的自适应调节。

15、作为优选地，所述i gbt驱动光耦采用hcpl-316j驱动光耦，所述驱动光耦的vi n+端口与计时电容和恒流源电路依次连接，所述驱动光耦的vi n-端口与电源连接，所述驱动光耦的vout端口与运算放大器的正相输入端连接，所述恒流源电路向计时电容执行充电操作，在当前电压值上升至预设的自启动电压值时，所述驱动光耦的vi n+端口为高电平状态，所述驱动光耦正常运行，当所述驱动光耦处于使能状态，所述运算放大器处于输出状态，从而导通所述i gbt模块。

16、作为优选地，所述陡脉冲治疗参数包括针间距、针尖暴露长度、电场强度及脉宽，其中，针间距为2cm，针尖暴露长度为2cm、电场强度为1500v/cm、脉宽为90us。

17、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

18、1、本发明所提供的治疗系统无需软件采集、判断和动作，减小因系统计算判断造成的时间延迟，更快的调节脉冲宽度的输出，为治疗提供更多的有效输出可更有效的保障治疗效果；

19、2、本发明所提供的治疗系统的内部电路无需高速采样元件和计算，减小系统出错率提高可靠性，节约电路成本；

20、3、本发明通过将比较器电路与计时电容的充放电特性相结合，实现基于电流值动态反馈调节脉宽，无需将检测电流反馈至主控制板进行计算，因此关断过程更迅速，有效减少了电弧放电对人体组织造成的损伤；

21、4、本发明通过恒流源电路对计时电容充电的电路，实现了关断后对陡脉冲治疗电流的自启动输出能量；

22、5、本发明能够实现对陡脉冲治疗电流的自适应脉宽调节，对电流进行最大限制的输出，保障了治疗效果；

23、6、本发明的电路设计结构简单，易于制备和实现，适于大批量生产。