[发明专利]纳秒-微秒脉冲序列消融癌变组织/不规则细胞的治疗系统

说明书

本发明公开了纳秒‑微秒脉冲序列消融癌变组织/不规则细胞的治疗系统，主要包括脉冲序列形成模块和若干脉冲电极。本发明利用纳秒脉冲与微秒脉冲组合的脉冲电场，可以实现更大程度的消融肿瘤组织。

技术领域

本发明涉及脉冲领域，具体是纳秒-微秒脉冲序列消融癌变组织/不规则细胞的治疗系统。

背景技术

当微秒脉冲电场作用于细胞时，会导致细胞外膜的跨膜电位增加，当超过阈值电压～1V时，在细胞外膜上形成大量的微孔，而脉冲电场剂量足够高时，会导致这些微孔不可恢复，最终导致细胞死亡。这种现象称为“不可逆电穿孔”。它的非热性、微创性及不损伤正常组织的优势和特色引起国内外生物电学领域研究学者的广泛关注，并作为一种新的物理消融方法已逐渐应用于肿瘤消融领域。

微秒脉冲不可逆电穿孔技术作为一种新兴肿瘤消融技术在国内外的临床应用中取得了较好的使用效果，然而，事实上，肿瘤是由许多细胞组成的，这些细胞在复杂多变的微环境中，其遗传、转录和表型等方面差异很大。这也体现在肿瘤细胞的物理特性差异上，尤其是不同的细胞尺寸，各种畸变的形态，可能还有不同的机械表型(刚度，柔性度)，这些物理特性差异都是肿瘤细胞在分化进程中以适应异质性的微环境所导致的。从电学角度看：组织作为一种生物电介质，其电气参数的各向异性特点影响着电场的分布。当细胞尺寸不同时，细胞的消融效果存在显著性差异，当细胞尺寸越大，其脉冲电场对它的消融效果越好。而脉冲电场对不规则形状细胞的消融效果则受细胞畸形程度的影响，因为不规则细胞对应的跨膜电位分布是不对称的，进而导致外膜表面经历不同程度的电穿孔，这将在很大程度上影响脉冲电场的作用效果即在去除肿瘤组织过程中可能会导致残余肿瘤细胞，导致消融不彻底。因此肿瘤细胞畸形度必须被视为消融肿瘤细胞的一个重要因素或潜在问题，但如何解决细胞大小和畸形度导致对脉冲电场电敏感性降低的问题，仍是脉冲电场肿瘤消融领域亟需突破的研究方向。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，纳秒-微秒脉冲序列消融癌变组织/不规则细胞的治疗系统，主要包括脉冲序列形成模块和若干脉冲电极。

所述脉冲序列形成模块向若干脉冲电极发送脉冲驱动信号。

每个脉冲电极接收到脉冲驱动信号后，周期性发射N个纳秒脉冲和M个微秒脉冲。N≥1，M≥1。

纳秒-微秒脉冲序列消融癌变组织/不规则细胞的治疗系统将纳秒脉冲作用于不规则细胞的细胞核实现不规则细胞的电穿孔效应，再将微秒脉冲作用于不规则细胞外膜，实现不规则细胞的不可逆电穿孔，使不规则细胞出现坏死效应。

优选的，所述纳秒脉冲作用于不规则细胞膜内细胞器。所述细胞器包括细胞核膜、线粒体和内质网。

进一步，所述不规则细胞包括生物组织中的正常细胞和肿瘤细胞。

优选的，所述若干脉冲电极插入细胞悬液、不规则贴壁细胞或待消融的生物组织中。

优选的，所述生物组织包覆或附着有若干不规则肿瘤细胞。

优选的，一个脉冲周期内，脉冲电极先发送n个纳秒脉冲，间隔t时间后，再发送m个微秒脉冲。t＝[1us，5000s]。

优选的，一个脉冲周期内，脉冲电极交替性发送纳秒脉冲和微秒脉冲。

优选的，所述纳秒脉冲的宽度范围为[20ns，1000ns]，电压幅度范围为[5kV/cm，50kV/cm]，纳秒脉冲个数N＝[1，5000]。

所述微秒脉冲的宽度范围为[1μs，100μs]，电压幅度范围为[0.5kV/cm，5kV/cm]，微秒脉冲个数M＝[1，5000]。

优选的，脉冲电极周期性发射的N个纳秒脉冲和M个微秒脉冲综合作用于多个细胞位点。