1.本发明涉及高压脉冲电场消融装置技术领域，尤其涉及一种不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置。


背景技术：

2.心房颤动(房颤)是最常见的心律失常，其发病率约为2％，且随着年龄增加其发病率逐渐升高。房颤最严重的并发症是血栓栓塞，可导致卒中、心肌梗死等，其中脑卒中是房颤死亡最常见的并发症。
3.治疗房颤的方法有两大类，即药物治疗和非药物治疗。根据中华医学会心电生理和起搏分会发表的《心房颤动：目前的认识和治疗建议-2015》，目前房颤的药物治疗主要包括：控制心室率、恢复并维持窦性心律和抗血栓治疗。其中药物治疗又包括抗心律失常治疗和抗凝治疗，抗心律失常治疗的目的是预防房颤的发生、控制房颤时快心率和去除房颤并维持窦性心率。常用药物有心律平、地高辛、倍他乐克、可达龙等。抗凝治疗的目的是防止心房内形成附壁血栓，预防心房内附壁血栓脱落造成其他脏器柱栓塞，特别是脑栓塞，常用药物是华法林。
4.房颤非药物治疗包括消融治疗、外科手术治疗和起搏治疗等，其适用于药物方法治疗房颤效果不佳或不适合药物治疗的病人，成功的消融治疗和外科手术治疗可以治愈房颤。
5.目前，导管消融是房颤患者恢复和维持窦性心律的有效手段。导管消融以射频能量为主，但也有其他能源(包括冷冻、超声和激光消融等)。然而，这些基于热/冷能量传导方式的消融具有一定局限性，其对消融区域组织的破坏缺乏选择性，且依赖于导管对消融组织的贴靠力，所以可能对邻近的食管、冠状动脉和膈神经等造成损伤。导致手术围术期存在一定并发症，且因为导管贴靠效果和病灶深度等原因，部分患者会复发。据报道，射频消融的复发率在20～40％，冷冻消融的复发率在10～30％。
6.近年来，国内外已经开始探索脉冲电场消融在心脏消融领域中的应用，并且取得了可喜的结果。与传统能量不同，脉冲电场能量通过瞬间放电在细胞膜上形成不可逆的微孔，造成细胞凋亡，达到非热消融的目的，也被称为不可逆电穿孔(irreversible electroporation,ire)。目前，电穿孔消融已被用作一种破坏恶性肿瘤组织的有效手段。脉冲电场消融理论上可在不加热组织的情况下损伤心肌细胞，并具有细胞/组织选择性，保护消融组织周围关键结构。
7.脉冲消融其原理为通过短暂的直流高压脉冲可以在数厘米范围内形成几百伏特的电场，这个电场可以细胞膜上产生破坏形成穿孔。如果在细胞膜处形成的电场大于阈值，则形成的电穿孔不可逆，保持气孔的开放。从而导致细胞坏死或凋亡。因此，脉冲消融是一种非热生物学消融，与射频、冷冻、微波、超声不同，能够有效避免血管、神经、食道的损伤。
8.目前心脏组织消融的一种有效方法是使用直流电进行的不可逆电穿孔(direct current irreversible electroporation,dc-ire)的消融手术。但是，dc-ire的存在以下
的两个问题：i)在dc-ire手术的过程中由于肌肉严重的收缩，所以患者必须全身麻醉；ii)dc-ire手术中由于电解作用会产生含有气态产物的气泡。高频交流电进行的不可逆电穿孔(high frequency irreversible electroporation,hf-ire)能够解决dc-ire出现的两个问题，因为hf-ire几乎不产生肌肉痉挛，并且不会引起电解。研究表明，不对称高频波形的不可逆电穿孔可以在心脏组织中形成病变并且与具有相同能量的对称波形或具有相同电荷的对称波形相比，不对称的高频波形会产生更深的损伤。
9.因此，本领域的技术人员致力于开发一种不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置。


技术实现要素：

10.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，在具有相同能量时获得更好的不可逆电穿孔效果。
11.为实现上述目的，本发明提供了一种不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，包括高压直流电源、储能电容模块、高压放电电路、不对称波形的脉冲产生电路、开关矩阵电路、导管和控制系统电路；所述控制系统电路与所述高压直流电源、储能电容模块、高压放电电路、不对称波形的脉冲产生电路、开关矩阵电路相连接；所述高压直流电源被配置为接受所述控制系统电路的控制，输出可调的正负直流双路电压；所述储能电容模块与所述高压直流电源的输出端并联连接；所述储能电容模块与所述高压直流电源的输出端并联连接；所述高压放电电路与所述储能电容模块并联连接；所述不对称波形的脉冲产生电路被配置为将输入的所述正负直流双路电压通过半桥转换器输出不对称的高频脉冲信号；所述不对称的高频脉冲信号通过所述开关矩阵电路连接至所述导管。
12.进一步地，所述高压直流电源具有正输出端、负输出端和中性输出端，所述储能电容模块包括第一储能电容和第二储能电容，所述高压直流电源的正输出端与所述第一储能电容的一端相连接，所述第一储能电容的另一端与所述第二储能电容的一端和所述高压直流电源的中性输出端相连接，所述高压直流电源的负输出端与所述第二储能电容的另一端相连接。
13.进一步地，所述高压直流电源的输入控制端与所述控制系统电路的输出控制端通过rs232或者rs485通信连接，以控制输出的所述正负直流双路电压的大小。
14.进一步地，所述高压放电电路的一端与所述第一储能电容的一端相连接，所述高压放电电路的另一端与所述第二储能电容的另一端相连接，所述高压放电电路的放电输入控制端与所述控制系统电路的放电输出控制端相连接。
15.进一步地，所述高压放电电路包括串联连接的放电开关和放电电阻，所述放电开关的控制端作为所述高压放电电路的放电输入控制端。
16.进一步地，所述放电开关为绝缘栅双极型晶体管，所述放电开关的集电极与所述高压直流电源的正输出端相连接，所述放电开关的发射极与所述放电电阻的一端相连接，所述放电电阻的另一端与所述高压直流电源的负输出端相连接，所述放电开关的门级作为控制端与所述控制系统电路的放电输出控制端相连接。
17.进一步地，所述不对称波形的脉冲产生电路包括第一开关和第二开关，所述第一
开关和第二开关为绝缘栅双极型晶体管，所述第一开关的集电极与所述高压直流电源的正输出端相连接，所述高压直流电源的中性输出端作为所述不对称的高频脉冲信号的第一输出端，所述第一开关的发射极与所述第二开关的集电极相连接作为所述不对称的高频脉冲信号的第二输出端，所述第二开关的发射极与所述高压直流电源的负输出端相连接，所述第一开关和第二开关的门极分别作为所述不对称波形的脉冲产生电路的第一驱动端和第二驱动端连接至所述控制系统电路。
18.进一步地，所述控制系统电路包括电压电流信号采集单元和温度信号采集单元，所述电压电流信号采集单元用于所述不对称波形的脉冲产生电路输出的不对称的高频脉冲信号的电压、电流信号的采集，所述温度信号采集单元用于所述导管的电极温度信号的采集。
19.进一步地，还包括与所述开关矩阵电路相连接的电生理记录仪，所述电生理记录仪用于测量消融前后心电的电位信号。
20.进一步地，还包括与所述控制系统电路相连接的心电信号检测电路和脚踏开关，所述心电信号检测电路和脚踏开关用于触发/控制输出所述不对称的高频脉冲信号。
21.本发明的有益效果：
22.提供了一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，通过可调的双路输出正负直流电压的高压直流电源、高压放电电路、半桥变换器电路、开关矩阵电路和控制系统电路等，使不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置可以输出正负不对称的高频脉冲波形。
23.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
24.图1是本发明的一个较佳实施例的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置的结构示意图；
25.图2是本发明的一个较佳实施例的高压放电电路的电路图；
26.图3是本发明的一个较佳实施例的高压直流电源和储能电容的电路图；
27.图4是本发明的一个较佳实施例的半桥变换器的电路图；
28.图5是本发明的一个较佳实施例的输出不对称脉冲波形图。
29.其中，11-高压直流电源，12-第二储能电容，13-第一储能电容，14-高压放电电路，15-不对称波形的脉冲产生电路，151-驱动电路，152-逆变电路，16-开关矩阵电路，17-导管，18-心电信号检测电路，19-控制系统电路，20-脚踏开关，21-电生理记录仪，101-正脉冲电压，102-负脉冲电压，201-正脉冲宽度，202-负脉冲宽度，203-相间间隔，204-脉冲间隔，205-脉冲周期长度，206-脉冲串长度。
具体实施方式
30.以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
31.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
32.如图1所示，本实施例公开了医疗器械领域使用的一种治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，包括：双路输出的高压直流电源11、高压放电电路14、用于高频不可逆电穿孔的不对称波形的脉冲产生电路15(具体地，采用半桥变换器电路)、开关矩阵电路16、控制系统电路19。
33.本实施例的技术方案是一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，通过可调的双路输出正负直流电压的高压直流电源11、高压放电电路14、半桥变换器电路、开关矩阵电路16、心电信号检测电路18、脚踏开关20和控制系统电路19，使不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置可以输出正负不对称的高频脉冲波形，同时导管兼具消融导管和标测导管的功能。具体过程为控制系统设定好高压直流电源输出的正直流电压幅值和负直流电压幅值，控制系统通过控制半桥变换器的igbt1和igbt2(如图4所示)，使其输出不对称的高频脉冲信号pulse1(图3中示出)和pulse2(图4中示出)。
34.如图1所示，一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置，包括：
35.高压直流电源11。高压直流电源11为可调的正负直流双路电压输出，可以通过控制系统设定其输出。高压直流电源11可以输出可控的正负直流电压，其有三个接口，分别为正输出端“+”、中性输出端“0”、负输出端
“‑”
，其中正输出端“+”与中性输出端“0”输出的为可调的正直流电压，负输出端
“‑”
与中性输出端“0”输出的为可调的负直流电压，中性输出端“0”输出的为中性点电位，与高频脉冲信号pulse1相连接(图3中示出)。正输出端“+”输出的正直流电压值为v
p
，负输出端
“‑”
输出的负直流电压值为vn(v
p
≠vn)，输出的正负电压幅值比为v
p
/vn。高压直流电源11的正输出端“+”(正直流电压v
p
)与第一储能电容13(c1)的一端相连接，第一储能电容13的另一端与第二储能电容12(c2)的一端和高压直流电源11的中性输出端“0”相连接，高压直流电源11的负输出端
“‑”
(负直流电压vn)与第二储能电容12的另一端相连接，同时，高压直流电源11的输入控制端与控制系统电路19的输出控制端通过rs232或者rs485通信连接，通过rs232或者rs485控制输出的正负直流双路电压的大小。
36.第二储能电容12(c2)。第二储能电容12的一端与高压直流电源11的负输出端
“‑”
相连接，第二储能电容12的另一端与第一储能电容13的一端和高压直流电源11的中性输出端“0”相连接。
37.第一储能电容13(c1)。第一储能电容13的一端与高压直流电源11的正输出端“+”相连接，第一储能电容13的另一端与第二储能电容12的一端和高压直流电源11的中性输出端“0”相连接。
38.高压放电电路14。高压放电电路14的一端与第一储能电容13的一端相连接，高压放电电路14的另一端与第二储能电容12的另一端相连接，高压放电电路14的放电输入控制端与控制系统电路19的放电输出控制端相连接。
39.不对称波形的脉冲产生电路15。不对称波形的脉冲产生电路15包括驱动电路151和逆变电路152；不对称波形的脉冲产生电路15的第一输入端与第一储能电容13的一端和高压直流电源11的正输出端“+”相连接，不对称波形的脉冲产生电路15的第二输入端与第
二储能电容12的另一端和高压直流电源11的负输出端
“‑”
相连接，不对称波形的脉冲产生电路15的输出端与开关矩阵电路16相连接，不对称波形的脉冲产生电路15输出的脉冲电压与脉冲电流分别与控制系统电路19的电压电流采样单元相连接。
40.开关矩阵电路16。开关矩阵电路16的输入端与不对称波形的脉冲产生电路15的输出端相连接，开关矩阵电路16的第一输出端out1与导管17相连接，开关矩阵电路16的第二输出端out2与电生理记录仪21相连接。
41.导管17。导管17与开关矩阵电路16的第一输出端out1相连接。同时导管兼具消融导管和标测导管的功能。
42.心电信号检测电路18。心电信号检测电路18与控制系统电路19相连接，给控制系统电路19发送不对称脉冲电压输出的触发信号。
43.控制系统电路19。控制系统电路19与高压直流电源11相连接控制高压直流电源11直流电压的输出及大小，控制系统电路19与高压放电电路14相连接控制高压放电电路泄放第一储能电容13和第二储能电容12储存的能量，控制系统电路19与不对称波形的脉冲产生电路15相连接控制脉冲电压的输出与关闭，控制系统电路19包括与不对称波形的脉冲产生电路15相连接的电压电流信号采集单元，用于脉冲电压、脉冲电流信号的采集，控制系统电路19与心电信号检测电路18相连接，接收心电信号检测电路18发送的触发控制信号，控制系统电路19与脚踏开关20相连接，通过检测脚踏开关20的信号控制输出高压电脉冲。控制系统电路19还可以包括温度信号采集单元，用于导管17的电极温度信号的采集。
44.脚踏开关20。脚踏开关20与控制系统电路19相连接控制高压电脉冲的输出。
45.电生理记录仪21。电生理记录仪21与开关矩阵电路16相连接，用于测量消融前后心电的电位信号。
46.如图2所示，一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置的高压放电电路包括：放电输入控制端g、放电开关sw和放电电阻r。
47.高压放电电路14一端与第一储能电容13的一端相连接，高压放电电路14的另一端与第二储能电容12的另一端相连接，高压放电电路14的放电输入控制端与控制系统电路19的放电输出控制端相连接。当停止手术或者设备出现故障时，控制系统电路19立即给出放电输出控制信号至放电输入控制端g，高压放电电路14开始工作，将储存在第一储能电容13和第二储能电容12的能量泄放。
48.放电开关sw为绝缘栅双极型晶体管(igbt)，放电开关sw的一端(集电极c)与高压直流电源11的正输出端“+”相连接，放电开关sw的另一端(发射极e)与放电电阻r的一端相连接，放电开关sw的门级g与控制系统电路19的放电输出控制端相连接；放电电阻r的另一端与高压直流电源11的负输出端
“‑”
相连接。
49.如图3所示，一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置的高压直流电源和储能电容的电路图包括：
50.高压直流电源11、第一储能电容c1和第二储能电容c2，高压直流电源11的三个接口分别为正输出端“+”、中性输出端“0”、负输出端
“‑”
，其中正输出端“+”与第一储能电容c1的一端相连接，中性输出端“0”分别与第一储能电容c1的另一端、第二储能电容c2的一端和高频脉冲信号pulse1相连接，负输出端
“‑”
端与第二储能电容c2的另一端相连接，同时，高压直流电源11的输入控制端与控制系统电路19的输出控制端通过rs232或者rs485通信连
接，通过rs232或者rs485控制输出的正负直流双路电压的大小。
51.如图4所示，一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置的不对称波形的脉冲产生电路15的拓扑结构采用半桥变换器，半桥变换器的电路图包括：
52.半桥变换器中的igbt1的一端(集电极c)与高压直流电源11的正输出端“+”相连接，igbt1的另一端(发射极e)与高频脉冲信号pulse2和半桥变换器中的igbt2的一端(集电极c)相连接；igbt2的另一端(发射极e)与高压直流电源11的负输出端
“‑”
相连接。半桥变换器的第一驱动端driver1与igbt1的门极g相连接，半桥变换器的第二驱动端driver2与igbt2的门极g相连接。
53.如图5所示，一种新型的治疗房颤的不对称波形的高频不可逆电穿孔脉冲消融装置输出不对称脉冲波形图，包括：
54.正脉冲电压101、负脉冲电压102、正脉冲宽度201、负脉冲宽度202、相间间隔203、脉冲间隔204、脉冲周期长度205以及脉冲串长度206，输出的正脉冲电压101的幅值为v
p
，输出的负脉冲电压102的幅值为vn，输出的正负脉冲电压的幅值比为v
p
/vn。
55.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。