| 主权项 |
全时段高压陡脉冲癌症治疗装置及方法，其特征是：主要包括开关电源、脉冲发生器、尾切开关、带内窥镜的电极、示波器、电缆、光纤、电脑及相关配件，所述的负载电极包括含钛铂金电极，所述的开关电源由开关及驱动器构成；市电由电缆或导线通过所述的开关电源的开关与脉冲发生器的的输入连接，脉冲发生器的输出端通过导线、光纤或电缆与负载连接，所述的脉冲发生器的输出端用电缆、光纤或电缆，与开关器件连接后，与示波器连接后再与负载连接；（1） 所述的脉冲发生器的包括基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器，基于FPGA控制的高压纳秒方波脉冲发生器主要包括电源系统、脉冲形成系统、脉冲测量系统、FPGA控制系统、信号转换系统、电脑或带电脑接口的和单机芯片的单机；（2）所述的电源系统，包括电源、开关及开关驱动器，隔离变压器（电压、频率变化为1：1）、高压直流模块、开关电源T1、开关电源T2、DC‑DC模块；所述的电流为220V市电，通过导线可电缆通过带驱动器的开关与隔离变压器的原边连接，而隔离变压器的副边通过导线与高压直流模块的输入端连接，用于为高压直流模块提供交流电源；带驱动器的开关一端拉电源，一端连接隔离变压器，该开关的驱动器的控制通过导线或光纤与所述信号转换系统中的光/电转换器K2的输出连接；所述的高压直流模块包括输出最高电压幅值2000V、最大电流幅值为40mA的直流市购模块，高压直流模块的输出端通过导线与脉冲形成系统的充电隔离电阻串联后再与脉冲形成系统的马克斯电路的输入端连接，用于为脉冲形成系统的马克斯电路中的储能电容器组提供充电电源；所述的隔离变压器的原边的接地线与副边的接地线不直接连接，将所述的电源与所述的高压直流模块进行隔离，使它们不同大地连接，大大减少了来自大地的各种干扰信号，提高系统的稳定性；所述的开关电源T1（市购元件）的输入端通过导线与撰述的电源连接，所述的电源T1将220V交流电置换为15V的直流电流后，通过导线与撰述的DC‑DC模块的输入端连接，该DC‑DC模块通过导线与脉冲形成系统的马克斯电路中的开关驱动器的开关驱动器的输入端和尾切开关的驱动器连接，为上述驱动器提供电源，并进行高压、低压强弱电压之间的隔离，以保障整个系统的安全；所述的开关电源T2为市购元件其输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T2将220V交流电源转换为5V直流电后，分别通过导线与FPGG控制系统中的FPGA模块、单片机模块（或单片机）、报警模块及信号置换系统的两个电/光转换器J1、J2和两个光/电转换器K1、K2的输入端，用于为所述的FPGA模块、单片机模块（或单片机）、报警模块及上述数个转换器提供电源，电源系统通过上述工作方式为脉冲形成系统、FPGA控制系统和信号转换系统提供安全稳定的电源，保障其正常工作；（3）所述的脉冲形成系统包括充电隔离电阻、马克斯电路、和负载；充电隔离电阻的一端与上述高压直流模块的输出端连接，用于发挥充电的限流和马克斯的高压与充电直流模块电源低压之间的隔离作用，充电隔离电阻的另一端通过导线与马克斯电路的第一级电压单元的旁路二极管的正极连接；所述的马克斯电路由4～10个或（或根据需要的数个）串联在电板母板上的带旁路二级管的电压单元组成，电压单元的数量可以根据需要确定；每个电压单元包括全固态开关、开关驱动器、储能电容器、旁路二极管、二级管；在各电压单元中，旁路二极管的负极通过导线或电缆与全固态开关和电容器的并联点连接，全固态开关的栅极通过导线与开关驱动器的输出端连接；开关驱动器和尾切开关驱动器的输入端通过导线与所述的电源系统的DC‑DC模块的输出端连接；电源与隔离变压器之间的开关的驱动器、马克斯电路中的开关驱动器和尾切开关驱动器等驱动器的的控制端、通过导线与所述的信号转换系统中的第二光/电转换器K2连接，在该第二光/电转换器K2的作用下，上述开关和尾切开关开通‑关断；储能电容器的另一端与二极管的正极串联后，与全固态开关并联；当全固态开关断开时，旁路二级管和二级管通导，储能电容器组进行并联充电；当全固态开关通导开通时，二极管和旁路二极管反向截止，已经充满到预设电压的储能电容器以串联方式通过尾切开关对负载进行放电，尾切开关对放电脉冲进行切尾；控制电容器对负载放电的脉宽和调节尾切开关，可以得到需要的高压纳秒或皮秒方波，当全固态开关断开时，再充对电容器进行充电，如此反复；当一个或多个全固态开关失效，则旁路二级管和二极管通导而自动旁路该一个或多个电压单元，其余电压单元仍然能正常工作，从而全系统仍然能释放出需要的纳秒、皮秒方波；所述的负载为无感电阻负载，通过导线并联在马克斯电路的输出端，该输出端与负载的连接处通过导线与脉冲测量系统连接；（4）所述的脉冲测量系统，包括分压器、电流传感器和处理电路；所述的分压器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的出端连接，所述的分压器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，用于监测撰述的脉冲形成系统的马克斯电路产生的脉冲电压信号；所述的电流传感器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统的输出端连接，所述的电源传感器的输出端与处理电路的输入端连接，用于监测脉冲形成系统中的马克斯电路产生的脉冲电流信号；所述的处理电路的输出端通过导线与撰述的FPGA控制系统的FPGA模块的输入端连接；通过FPGA控制系统运算后处理检测出所述马克斯电路对撰述负载的放电状态信息，包括脉冲电压在被尾切开关进行尾切前后的信息； （5）所述的FPGA控制系统，包括高见FPGA模块和同步触发模块及单片机模块和报警模块；所述FPGA模块接收从所述测量系统的处理电路传输来的监测的所述脉冲形成系统的马克斯电路输出的高压脉冲的电压和电流信号，包括经过尾切开关尾切后的脉冲电压电流信号，经过运算处理后，一方面，所述的FPGA模块通过导线与所述的单片机模块进行数据交换；另一方面，上述FPGA模块通过导线与所述的同步触发模块的输入端连接，所述的同步触发模块的输出端通过光纤，经过信号转换系统的第二电/光转换器J2和第二光/电转换器K2,与所据隔离变压器的开关的驱动器、所述的脉冲形成系统的马克斯电路的开关驱动器的控制端和各尾切开关的驱动器的的控制端连接，避免受到所述的脉冲形成系统的高压的干扰，确保同步触发脉冲信号稳定与同步性；所述的报警模块通过导线与所述的FPGA模块连接，当负载输出的脉冲电流，超过设定的电流时，上述FPGA模块进行延时判断后通过同步触发模块、电光转换J2及光电转换器K2发出信号启动驱动器切断隔离变压器与电源之间的开关，同时发出报警信号，提示工作人员或操作人员切断电源，从而确保本脉冲发生器和操作人员的安全；所述的单片机模块通过光纤，经过信号转换系统的第一电/光转换器J1和第一光/电转换K1与撰述电源系统的高压直流模块的控制端连接，将所述的FPGA控制系统发出的对所述的高压直流模块的控制信号转换成光信号进行传输，光纤传输可以避免受到脉冲形成系统的高压干扰，控制所述高压直流模块向所述的储能电容器组进行正常充电，确保方波脉冲电压幅值到达设定值；所述的FPGA控制器系统的主要功能是通过电脑或单机实现人机通信，发送高压直流模块、马克斯电路控制信号，接收所述的脉冲测量系统得到的测量信号，控制整个脉冲发生器及治疗仪的工作，并处理突发事故； （6）所述的电脑为普通市购电脑，硬盘在320G以上，内存2G以上，英特尔酷睿处理器i5‑460M，WIINDOWS XP以上操作系统，该电脑通过串行电缆与所述的FPGA控制系统的单片机或单片机模块连接，操作人员通过电脑控制程序的用户界面或单片机显示面板设置参数、程序发送给所述的FPGA控制系统，从而实现人机互信； （7）所述的基于FPGA控制的高压纳秒脉冲发生器，输出的脉冲幅值为0～10KV可调,脉冲宽度为200～1000ns可调、脉冲频率为1～1000Hz可调,下降沿为0.2ns~40ns可调,脉冲个数为1～1000个可调，具体参数可以根据相关肿瘤治疗等需要确定； （8）所述的开关、尾切开关包括固态开关、气体开关和液体开关，所述的液体开关包括水开关。 |
