肿瘤电场治疗系统及电场施加方法与流程

1.本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种肿瘤电场治疗系统及电场施加方法。


背景技术：

2.中国发明专利第cn104771830b公开了一种肿瘤电场治疗系统及其电场施加方法。该肿瘤电场治疗系统包括生成交变电压的电场发生仪以及与电场发生仪电性连接的两对绝缘电极。两对绝缘电极呈彼此垂直状设于实验动物体内恶性肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞四周，并将电场发生仪生成的交变电压周期性循环地、交替地施加至实验动物体内恶性肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞，以对实验动物体内恶性肿瘤进行治疗或抑制组织培养物中细胞的增殖。电场发生仪包括ac信号生成器以及与ac信号生成器电性连接的ac信号控制器。ac信号控制器产生具有两种输出状态的周期性控制信号，以控制ac信号生成器在两对绝缘电极之间产生间隔、交替施加的交变信号。具体而言，当ac信号控制器处于第一种输出状态时，ac信号控制器控制ac信号生成器在两对绝缘电极中的第一对绝缘电极之间产生交变信号，在第二对绝缘电极之间不产生交变信号；当ac信号控制器处于第二种输出状态时，ac信号控制器控制ac信号生成器在两对绝缘电极中的第二对绝缘电极之间产生交变信号，但在第一对绝缘电极之间不产生交变信号。也即，当第一对绝缘电极之间的交变电信号导通时，第二对绝缘电极之间的交变电信号断开；当第一对绝缘电极之间的交变电信号断开时，第二对绝缘电极之间的交变电信号导通。
3.上述肿瘤电场治疗系统通过控制ac信号控制器在第一输出状态与第二输出状态之间的切换实现ac信号生成器产生的交变电信号在两对绝缘电极之间的切换，进而实现向实验动物恶性肿瘤部位或组织培养物的增殖细胞交替施加不同方向的交变电场进行肿瘤治疗或抑制增殖细胞。该肿瘤电场治疗系统虽然通过ac信号控制器交替地将交变电场通过两对绝缘电极施加至实验动物恶性肿瘤部位或组织培养物的增殖细胞达到治疗肿瘤或抑制增殖细胞的目的，但是两对绝缘电极之间的交变电压在从无到有或从有到无切换的瞬间存在电压突变、单位时间内电压变化量很大导致ac信号控制器存在信号突变、产生尖峰信号，进而冲击、容易损毁ac信号控制器中电子元器件的问题；此外，在将该肿瘤电场治疗设备用于人体时也会存在患者头皮刺痛的问题。
4.因此，确有必要提供一种改进的肿瘤电场治疗系统及电场施加方法，以克服现有技术中存在的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明提供一种避免交变电压在切换时产生尖峰信号、冲击或损毁电子元件器的肿瘤电场治疗系统及电场施加方法。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：一种肿瘤电场治疗系统，用于向肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞施加交变电场，其包括电场治疗仪以及与电场治疗仪电性连接的至少两对绝缘电极，所述电场治疗仪包括ac信号生成器以及与ac信号生成器电性连接的ac
内恒速率上升至特定值是通过mcu控制单元根据执行模块获取的交变电信号方向切换周期来控制dc电源单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号恒速升压实现的。
21.进一步地，所述施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降是通过mcu控制单元根据执行模块获取的交变电信号方向切换周期来控制dc电源单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号恒速降压实现的。
22.进一步地，所述mcu控制单元具有3.3v的基准电压，所述dac数据寄存器具有与mcu控制单元的基准电压对应的2
12
的数值。
23.进一步地，所述mcu控制单元的执行模块被配置为自存储模块中读取电场治疗仪的电场频率与输出ac电压幅度并根据读取的电场治疗仪的电场频率与输出ac电压幅度以及mcu控制单元的基准电压向逆变升压控制单元输出频率与读取的电场治疗仪的电场频率相同、电压幅度值与mcu基准电压的电压幅度值相等的脉冲信号。
24.进一步地，所述电场治疗仪的电场频率为200khz、输出ac电压幅度为160v、交变电信号方向切换周期为1s。
25.进一步地，所述脉冲信号是频率为200khz、ac电压幅度为3.3v、占空比为50％的方波。
26.进一步地，所述逆变升压控制单元包括与mcu控制单元的执行模块通信连接的升压模块以及与升压模块通信连接的逆变模块，所述dc电源控制单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号是向升压模块输出的。
27.进一步地，所述dc电源控制单元向升压模块输出的直流电信号为20v的直流电信号，所述升压模块对接收的来自mcu的执行模块输出的方波以及来自dc电源控制单元的20v直流电信号进行叠加、升压处理后向逆变模块输出频率为200khz、ac电源幅度为80v的方波。
28.进一步地，所述逆变模块对接收来自升压模块输出的频率为200khz、ac电源幅度为80v的方波进行逆变处理后向滤波控制单元输出频率为200khz、ac电源幅度为
±
80v的方波。
29.进一步地，所述滤波控制单元对接收的来自逆变模块输出的方波信号进行滤波处理后向ac电源控制单元输出频率为200khz、ac电源幅度为160v的正弦波，所述ac电源控制单元在方向控制单元的控制下向成对设置的绝缘电极之间施加交变电场。
30.进一步地，所述执行模块被配置为根据读取的电场治疗仪的交变电信号方向切换周期向方向控制单元输出周期性方向切换驱动信号。
31.进一步地，所述方向控制单元根据接收到的mcu控制单元的控制模块输出的周期性方向切换驱动信号控制第一方向开关、第二方向开关与ac电源控制单元之间的导通与断开。
32.进一步地，所述ac信号生成器主要由mcu控制单元的存储模块、执行模块、数模转换模块、控制模块、逆变升压控制单元、滤波控制单元以及ac电压控制单元共同构成。
33.进一步地，所述ac信号控制器主要由mcu控制单元的存储模块、执行模块、控制模块、方向控制单元以及与方向控制单元电性连接的第一方向开关与第二方向开关共同构成。
34.进一步地，所述第一方向开关为x方向开关，第二方向开关为y方向开关，所述方向
控制单元根据mcu控制单元输出的方向周期性切换驱动信号来循环切换控制x方向开关、y方向开关的导通与断开，进而循环、交替地将ac电源控制单元输出的交变电信号施加至相应的成对设置的绝缘电极之间。
35.进一步地，所述ac信号控制器输出状态切换的驱动信号是所述mcu控制单元基于电场治疗仪的方向切换周期生成的。
36.进一步地，所述mcu控制单元是依据dc电源控制单元在单位时间t内的直流电压变化量来计算数模转换模块的dac数据寄存器在单位时间t内的数值输出增量的。
37.进一步地，所述mcu控制单元是依据dc电源控制单元在单位时间t的直流电压变化量计算数模转换模块的dac数据寄存器在单位时间t的数值输出减量的。
38.进一步地，所述至少两对绝缘电极被成对地配置在肿瘤部位或组织培养物的增殖细胞的周围。
39.进一步地，所述ac信号控制器的输出状态的种数与所述成对设置的绝缘电极的对数一致。
40.进一步地，所述ac信号控制器的各种输出状态对应的时间段各不重叠，且所述ac信号控制器在每个时间段仅具有一种输出状态。
41.进一步地，所述ac信号生成器被配置为根据ac信号控制器的输出状态将生成的交变电信号选择性地施加至至少两对绝缘电极中的一对绝缘电极上。
42.进一步地，所述交变电信号在切换接通时段t3内从0恒速率上升至特定值与在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降至0产生的单位时间t内的突变信号均在特定值的5％以内。
43.本发明还提供一种肿瘤电场治疗系统的电场施加的方法，利用上述肿瘤电场治疗系统向肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞施加交变电场。
44.本发明的肿瘤电场治疗系统的电场发生仪的ac信号生成器被配置为在交替地将交变电信号施加至不同对绝缘电极上时使施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换接通时段t3内恒速率上升至特定值或在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降，既可避免施加至不同对绝缘电极上的ac电压在进行方向切换时产生突变损坏ac信号控制器，同时也避免通过配置在肿瘤部位体表的绝缘电极因ac电压突变而使实验动物或人体产生刺痛感。
45.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
46.图1为本发明的肿瘤电场治疗系统的系统框图。
47.图2为本发明的肿瘤电场治疗系统的电场治疗仪的ac信号控制器产生的控制信号的波形示意图。
48.图3为本发明施加至肿瘤电场治疗系统的电极上的优选波形示意图。
49.附图标记说明：
50.肿瘤电场治疗系统1000、电场治疗仪1、ac信号生成器10、mcu控制单元11、存储模块110、执行模块111、数模转换模块112、dac数据寄存器1120、控制模块113、dc电源控制单
元12、逆变升压控制单元13、升压模块130、逆变模块131、滤波控制单元14、ac电压控制单元15、方向控制单元16、x方向开关17、y方向开关18、绝缘电极2、y方向电极21、x方向电极22、y方向交变电场23、x方向交变电场24、ac信号控制器20、驱动信号31、32。
具体实施方式
51.这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致装置、系统、设备和方法的例子。
52.参考图1所示，本发明的肿瘤电场治疗系统1000用于对肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞施加交变电压以进行肿瘤治疗或抑制组织培养物中的增殖细胞，其包括电场治疗仪1以及与电场治疗仪1电性连接的两对绝缘电极2。所述电场治疗仪1生成肿瘤治疗或抑制组织培养物中增殖细胞的交变电压信号，并将生成的交变电压信号循环、交替地施加至两对绝缘电极2之间，进而在两对绝缘电极2之间交替产生方向变换的交变电场。两对绝缘电极2包括与电场治疗仪1电性连接的一对y方向电极21与一对x方向电极22。两个y方向电极21呈平行状设置，两个x方向电极22呈平行状设置。两y方向电极21与两x方向电极22彼此呈垂直状设置。两个y方向电极21之间产生一y方向交变电场23。两个x方向电极22之间产生一x方向交变电场24。x方向交变电场24与y方向交变电场23呈垂直状设置。
53.所述电场治疗仪1包括mcu控制单元11、与mcu控制单元11电性连接的逆变升压控制单元13、同时与mcu控制单元11、逆变升压控制单元13进行通信连接的dc电源控制单元12、与逆变升压控制单元13电性连接的滤波控制单元14以及与滤波控制单元14电性连接的ac电压控制单元15、与mcu控制单元11电性连接的方向控制单元16、与方向控制单元16电性连接并控制ac电压控制单元15与两x方向电极22之间的接通与断开的x方向开关17以及与方向控制单元16电性连接并控制ac电压控制单元15与两y方向电极21之间的接通与断开的y方向开关18。
54.所述mcu控制单元11具有3.3v的基准电压，其包括存储模块110、与存储模块110通信连接的执行模块111、与执行模块111通信连接的数模转换模块(dac)112以及控制存储模块110、执行模块111、数模转换模块112执行相应操作的控制模块113。所述存储模块110被配置为存储电场治疗仪1的系统参数，包括电场频率、输出的ac电压幅度、交变电信号方向切换周期等。
55.所述执行模块111被配置为自存储模块110中读取电场治疗仪1的电场频率、输出ac电压幅度、交变电信号方向切换周期。所述执行模块111也被配置为根据读取的电场治疗仪1的交变电信号方向切换周期向方向控制单元16输出周期性方向切换驱动信号。所述执行模块111还配置为根据读取的电场治疗仪1的电场频率与输出ac电压幅度以及mcu控制单元11的基准电压向逆变升压控制单元13输出频率与读取的电场治疗仪1的电场频率相同、ac电压幅度值与mcu控制单元11的基准电压幅度值相等的脉冲信号。本实施例中执行模块111向逆变升压控制单元13输出的脉冲信号为频率为200khz、电压幅度为3.3v、占空比为50％的方波。
56.数模转换模块112与dc电源控制单元12通信连接，其具有dac数据寄存器1120并可
根据dac数据寄存器1120中的数字值向dc电源控制单元12输出对应的直流电压以启动dc电源控制单元12。数模转换模块112的dac数据寄存器1120与mcu控制单元11的基准电压3.3v对应的数字值为2
12
。控制模块113控制执行模块111执行上述相应的功能，并且控制模块113还根据执行模块111读取的电场治疗仪1的交变电信号方向切换周期来控制数模转换模块112与dc电源控制单元12两者之间通信的导通与断开以及控制执行模块111是否向逆变升压控制单元13输出脉冲信号。
57.dc电源控制单元12接收来自mcu控制单元11的数模转换模块112输出的约为500mv的直流电压信号，并向逆变升压控制单元13输出约为20v的直流电信号。逆变升压控制单元13具有一升压模块130以及与升压模块130通信的逆变模块131。所述升压模块130同时接收来自mcu控制单元11的执行模块111输出的频率为200khz、电压幅度为3.3v、占空比为50％的方波以及来自dc电源控制单元12输出的20v的直流电信号，并对接收到的方波与直流电信号进行叠加处理后再进行升压处理以向逆变模块131输出频率为200khz、ac电压幅度为80v的方波。逆变模块131接收来自升压模块130输出的频率为200khz、电压幅度为80v的方波信号，并对接收到的方波信号进行逆变处理以向滤波控制单元14输出频率为200khz、电压幅度为
±
80v的方波。滤波控制单元14对接收到的来自逆变模块131的频率为200khz、电压幅度为
±
80v的方波进行滤波处理获得频率为200khz、ac电压峰值为160v的正弦波，并将向ac电压控制单元15输出滤波处理后的频率为200khz、ac电压峰值为160v的正弦波。ac电压控制单元15同时与x方向开关17、y方向开关18连接，并根据x方向开关17、y方向开关18的导通或断开来选择性地将经滤波控制单元14处理后的频率为200khz、ac电压峰值为160v的正弦波施加至与ac电压控制单元15电性连接的两x方向电极22或两y方向电极21上，以实现在两x方向电极22之间生成x方向电场或在两y方向电极21之间生成y方向电场对实验动物恶性肿瘤部位进行肿瘤治疗或对组织培养物的增殖细胞进行抑制。
58.方向控制单元16根据mcu控制单元11的执行模块111输出的周期性方向切换驱动信号来循环控制x方向开关17、y方向开关18的导通与断开。具体地，mcu控制单元11的控制模块113根据执行模块111读取的电场治疗仪1的方向切换周期控制执行模块111向方向控制单元16输出周期性方向切换驱动信号，进而通过方向控制单元16交替、循环地导通x方向开关17、断开y方向开关18或断开x方向开关17、导通y方向开关18，从而实现将ac电压控制单元15接收的频率为200khz、ac电压峰值为160v的正弦波周期性循环、交替地施加至与ac电压控制单元15电性连接的两x方向电极22、两y方向电极21之间，以向实验动物肿瘤部位或组织培养物的增殖细胞周期性循环、交替施加x方向交变电场24、y方向交变电场23。
59.也即，当mcu控制单元11控制方向控制单元16使x方向开关17导通、y方向开关18断开时，ac电压控制单元15向与其电性连接的两x方向电极22施加频率为200khz、ac电压峰值160v的正弦波信号，并在两x方向电极22之间生成x方向交变电场24；当mcu控制单元11控制方向控制单元16使x方向开关17断开、y方向开关18导通时，ac电压控制单元15向与其电性连接的两y方向电极21施加频率为200khz、ac电压峰值160v的正弦波信号，并在两y方向电极21之间生成y方向交变电场23。本实施例中，mcu控制单元11的执行模块111向方向控制单元16输出的周期性方向切换驱动信号的占空比为50％，周期为2s。也即，方向控制单元16控制x方向开关17在第1s导通，y方向开关18在第2s导通，x方向开关17在第3s导通，y方向在第4s导通，如此循环。肿瘤电场治疗系统1000通过x方向开关17与y方向开关18的循环导通向x
方向电极22与y方向电极21循环交替施加交变电压，以对实验动物肿瘤部位进行治疗或对组织培养物的增殖细胞进行抑制。
60.图2为用于控制被施加在y方向电极21及x方向电极22之间的电场件的方向切换的周期性方向切换的驱动信号波形图，也即方向控制单元16对x方向开关17和y方向开关18的驱动信号的波形图。驱动信号31、32分别对应x方向电极22及y方向电极21，驱动信号31、32的占空比均为50％，周期也均为2s。x方向开关17和y方向开关18交替循环通断，每个开关的每次导通时间及断开时间均为1秒，并且同一个时间点，x方向开关17和y方向开关18中只有一个导通时，即，x方向开关17导通时，x方向电极22产生x方向ac电场，x方向开关17导通持续1s后，x方向开关17断开，y方向开关18导通，y方向电极21产生y方向ac电场，y方向开关18导通持续一秒后，y方向开关18断开，x方向开关17再次导通，如此反复循环。方向控制单元16通过切换x方向开关17和y方向开关18使目标区域交替受到y方向及x方向的ac电场的作用。
61.mcu控制单元11的存储模块110、执行模块111、数模转换模块112、控制模块113、逆变升压控制单元13、滤波控制单元14以及ac电压控制单元15共同构成了电场治疗仪1的ac信号生成器10。mcu控制单元11的存储模块110、执行模块111、控制模块113、方向控制单元16以及与方向控制单元16电性连接的x方向开关17与y方向开关18共同构成ac信号控制器20。当ac信号生成器10生成的交流电压信号施加至两x方向电极22上时，在两x方向电极22之间产生x方向交变电场24。当ac信号生成器10生成的交流电压信号施加至两y方向电极21上时，在两y方向电极21之间产生y方向交变电场23。
62.在两x方向电极22之间的x方向交变电场24与两y方向电极21之间的y方向交变电场23需要进行方向切换前，mcu控制单元11通过控制模块113断开数模转换模块112与dc电源控制单元12之间通信连接，并通过控制模块113控制执行模块111停止向逆变升压控制单元13输出脉冲信号，以避免两x方向电极22产生的x方向交变电场24与两y方向电极21产生的y方向交变电场23同时导通影响治疗或抑制效果。在执行模块111停止向逆变升压控制单元13输出脉冲信号、数模转换模块112与dc电源控制单元12之间的通信断开后再控制方向控制单元16进行x方向开关17与y方向开关18的切换。
63.在mcu控制单元11的控制方向控制单元16完成产生于两x方向电极22之间的x方向交变电场24与产生于两y方向电极21之间的y方向交变电场23的切换后，mcu控制单元11的控制模块113需要控制数模转换模块112向dc电源控制单元12输出484mv的电压以启动dc电源控制单元12进而使dc电源控制单元12向逆变升压控制单元13输出20v的直流电信号，同时控制模块113控制执行模块111向逆变升压控制单元13输出200khz的方波信号，再经滤波控制单元14处理后以使ac电压控制单元能输出200khz、ac电压峰值160v的正弦波至两x方向电极22或两y方向电极21。数模转换模块112输出的484mv的直流电信号所对应的dac数据寄存器1120中的数值为600(484*4096/3300≈600)。
64.本发明的电场治疗仪1通过mcu控制单元11的控制模块113根据执行模块111获取的交变电信号方向切换周期来控制dc电源控制单元12输出的恒速升压或恒速降压的直流电信号、进而使施加至两对绝缘电极2之间的ac电压在各自的工作周期内恒速缓慢上升或恒速缓慢下降，以避免mcu控制单元11在控制方向控制单元16完成x方向交变电场24与y方向交变电场23之间的切换时ac电压控制单元15输出的ac电压突变产生尖峰信号冲击、损毁
ac信号控制器20中x方向开关17、y方向开关18或ac电压突变产生尖峰脉冲传递至配置在肿瘤部位周围的x方向电极22、y方向电极21上使实验动物或人体产生刺痛感，具体参如下描述。
65.图3为mcu控制单元11输出给方向控制单元16的周期性方向切换驱动信号以使两x方向电极22之间产生x方向交变电场24进行肿瘤电场治疗的示意图，其中驱动信号31为周期性方向切换驱动信号的部分波形图，信号41为施加至两x方向电极上的正弦波。x方向交变电场24的工作时间t1为该方向上的每个周期的电场持续导通时间。交变电信号切换接通时段t3对应的阶段是施加至两x方向电极22上ac电压由0升压到特定值v(施加于电极上的ac电压值)的过程，交变电信号切换断开时段t4对应的阶段是施加至两x方向电极22上ac电压由特定值v降压到0的过程，交变电信号切换接通时段t3及交变电信号切换断开时段t4的速率相同。为了消除尖峰脉冲，mcu控制单元11通过控制dac数据寄存器1120内的数值的变化量来使dc电源控制单元12输出恒速缓慢上升或恒速缓慢下降的直流电信号，进而致使输出至ac电压控制单元15的ac电压在升压过程中进行恒速率缓慢升压，将整体的升压量平均分至每个单位时间t，定义需要在n个单位时间t内ac电压由0升压至特定电压v，那么单位时间t的电压变化量
△
v＝v/n，交变电信号切换接通时段t3为nt，即n＝t3/t。同样，降压过程也采用恒速率降压，以消除尖峰脉冲，将整体的降压量平均分至每个单位时间t，定义需要在n个单位时间t内ac电压由特定电压v降压至0，那么单位时间t的电压变化量为v/n，交变电信号切换断开时段t4为nt，即n＝t4/t。也就是说，ac电压在预设的时间段以匀速升压至特定电压v或自特定电压匀速降压至0，单位时间t的电压变化依据特定电压v的值不同而不同。
66.结合图3所示，下面针对不同的特定电压v的升压控制及降压进行详细说明。
67.第一种升压实施方式：特定电压v为100v，交变电信号切换接通时段t3为50ms，单位时间t为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝100/50＝2v，即需要每ms升压2v，持续50ms，将电压由0升至100v。电压100v对应的dac数据寄存器1120的数值为375，单位时间t的dac数据寄存器1120的数值变量
△
dac＝375/50≈8，mcu控制单元11每1ms增加dac数据寄存器1120数值为8。dac数据寄存器1120的数值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据寄存器数值8对应的输出为(8*3.3/4096)*1000≈6mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每1ms增加dac112输出约6mv，匀速提升dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每1ms升压2v，均匀变化50次后，ac电压由0v升压至100v。升压到100v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有2v的突变电压，2v在100v占比只有2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
68.第二种升压实施方式：特定电压v为120v，交变电信号切换接通时段t3为50ms，单位时间t设定为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝120/50＝2.4v，即需要ac电压每1ms升压2.4v，持续50ms，将ac电压由0升至120v。电压120v对应的dac数据寄存器1120数值为450，单位时间t的dac数据寄存器1120的数值变量
△
dac＝450/50＝9，mcu控制单元11每1ms增加dac数据寄存器1120的数值为8。dac数据寄存器1120的数值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据寄存器1120的数值9对应的输出为(9*3.3/4096)*1000≈7mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每1ms增加dac输出约7mv，匀速提升dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每1ms升压2.4v，均匀变化50次后，ac电压由0v升压至120v。升压到120v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有2.4v的突变电压，2.4v在120v占比只有
2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
69.第三种升压实施方式：特定电压v为160v，交变电信号切换接通时段t3为50ms，单位时间t设定为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝160/50＝3.2v，即需要每ms升压3.2v，持续50ms，将ac电压由0升至160v。电压160v对应的dac数据寄存器的数值为600，单位时间t的dac数据寄存器1120的值变量
△
dac＝600/50＝12，mcu控制单元11每1ms增加dac数据寄存器1120的值为12。dac数据寄存器1120的值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据寄存器1120的值9对应的输出为(12*3.3/4096)*1000≈10mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每1ms增加dac112输出约10mv，匀速提升dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每1ms升压3.2v，均匀变化50次后，ac电压由0v升压至160v。升压到160v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有3.2v的突变电压，3.2v在160v占比只有2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
70.上述升压实施方式中，交变电信号切换接通时段t3的值均设为50ms。交变电信号切换接通时段t3期间平均电压幅值偏低没有达到目标电压值，产生的ac电场场强偏低，影响癌细胞有丝分裂小，每个周期电场工作时间t1为1秒。
71.第一种降压实施方式：特定电压v为100v，交变电信号切换断开时段t4即为50ms，单位时间t设定为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝100/50＝2v，即需要每ms降压2v，持续50ms，将电压由100v降至0。电压100v对应的dac数据寄存器1120数值为375，单位时间t的dac数据寄存器1120值变量
△
dac＝375/50≈8，mcu控制单元11每1ms降低dac数据寄存器1120数值为8。dac数据寄存器1120数值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据寄存器1120数值8对应的输出为(8*3.3/4096)*1000≈6mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每ms减少dac112输出约6mv，匀速降低dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每ms降压2v，均匀变化50次后，ac电压由100v降压至0v。降压到0v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有2v的突变电压，2v在100v占比只有2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
72.第二种降压实施方式：特定电压v为120v，交变电信号切换断开时段t4为50ms，单位时间t设定为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝120/50＝2.4v，即需要每ms降压2.4v，持续50ms，将电压由120v降至0。电压120v对应的dac数据寄存器1120数值为450，单位时间t的dac数据寄存器1120值变量
△
dac＝450/50＝9，mcu控制单元11每1ms减少dac数据寄存器1120数值为9。dac数据寄存器1120数值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据寄存器1120数值9对应的输出为(9*3.3/4096)*1000≈7mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每1ms降低dac112输出约7mv，匀速降低dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每ms降压2.4v，均匀变化50次后，ac电压由120v降压至0v。降压到0v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有2.4v的突变电压，2v在120v占比只有2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
73.第三种降压实施方式：特定电压v为160v，交变电信号切换断开时段t4即为50ms，单位时间t设定为1ms，即n为50，那么电压变化量
△
v＝v/n＝160/50＝3.2v，即需要每ms降压3.2v，持续50ms，将电压由160v降至0。电压160v对应的dac数据寄存器1120数值为600，单位时间t的dac数据寄存器1120数值变量
△
dac＝600/50＝12，mcu控制单元11每1ms减少dac数据寄存器1120数值为12。dac数据寄存器1120数值4096对应的输出为3.3v，计算dac数据
寄存器1120数值12对应的输出为(12*3.3/4096)*1000≈10mv。也就是说在50ms的期间，mcu控制单元11每1ms降低dac112输出约10mv，匀速降低dc电源控制单元12的输出电压，以控制ac电压每1ms降压3.2v，均匀变化50次后，ac电压由160v降压至0v。降压到0v时，即使电压突变有100％尖峰脉冲，也只有3.2v的突变电压，3.2v在160v占比只有2％，因突变电压仍然在ac电压输出5％的误差范围内，可以忽略不计。
74.上述降压实施方式中，交变电信号切换接通时段t4的值均设为50ms。因为交变电信号切换断开时段t4期间平均电压幅值偏低没有达到目标电压值，产生的ac电场场强偏低，影响癌细胞有丝分裂小，每个周期电场工作时间t1为1秒。
75.本发明的肿瘤电场治疗系统1000的电场治疗仪1通过mcu控制单元11的控制模块113通过控制dac数据寄存器1120单位时间内的数值变化量来控制dc电源控制单元12输出的直流电信号在升压过程中恒速缓慢升压、在降压过程中恒速缓慢降压，进而使得由ac电压控制单元15施加至两x方向电极22或两y方向电极21上的交变电压在各自的周期性工作时期内自接通过程中恒速升压、在断开过程中恒速降压，且使单位时间内变化的电压值控制在其工作ac电压的5％以内，既可避免施加至x方向电极22、y方向电极21上的ac电压在进行方向切换时产生突变损坏ac信号控制器20的x方向开关17或y方向开关18，同时也避免通过配置在肿瘤部位体表的x方向电极22、y方向电极21因ac电压突变而使实验动物或人体产生刺痛感。
76.本发明以上仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

技术特征：
1.一种肿瘤电场治疗系统，用于向肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞施加交变电场，其包括电场治疗仪以及与电场治疗仪电性连接的至少两对绝缘电极，所述电场治疗仪包括ac信号生成器以及与ac信号生成器电性连接的ac信号控制器，其特征在于，所述ac信号控制器被配置为具有各自时间段并且循环转换的至少两种输出状态，所述ac信号生成器被配置为生成肿瘤电场治疗用的交变电信号并被配置为当ac信号控制器在至少两种输出状态之间循环转换时将生成的交变电信号循环、交替地施加至至少两对绝缘电极中成对设置的绝缘电极上以在成对设置的绝缘电极之间产生方向循环切换的交变电场，所述ac信号生成器还被配置为在交替地将交变电信号施加至不同对绝缘电极上时使施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换接通时段t3内恒速率上升至特定值或在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降。2.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述特定值为特定电压值v，所述交变电信号为交变电压，单位时间t内的突变信号为单位时间t内的电压变化量δv。3.根据权利要求2所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述特定电压值v为不大于所述电场治疗仪的设定的ac电压峰值。4.根据权利要求2所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述交变电信号在切换接通时段t3中单位时间t内的电压变化量δv通过如下方式获得：δv＝vt/t3，其中v为特定电压值，t为单位时间，t3为交变电信号切换接通时间段。5.根据权利要求2所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述交变电信号在切换断开时段t4中单位时间t内的电压变化量δv通过如下方式获得：δv＝vt/t4，其中v为特定电压值，t为单位时间，t4为交变电信号切换断开时间段。6.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换接通时段t3内升压的速率与在切换断开时段t4内降压的速率相同。7.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述交变电信号的切换接通时间段t3与切换断开时间段t4相同。8.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述交变电信号的切换接通时间段t3为50ms，单位时间t为1ms。9.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述所述交变电信号的切换断开时间段t4为50ms，单位时间t为1ms。10.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号控制器在至少两种输出状态之间循环转换的周期为1s。11.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述电场治疗仪包括mcu控制单元、与mcu控制单元通信连接的dc电源控制单元、与mcu控制单元通信连接的逆变升压控制单元、与逆变升压控制单元连接的滤波控制单元、与滤波控制单元通信连接的ac电压控制单元、与mcu控制单元通信连接的方向控制单元、与方向控制单元电性连接并控制ac电压控制单元与一对绝缘电极之间的接通与断开的第一方向开关以及与方向控制单元电性连接并控制ac电压控制单元与另一对绝缘电极之间的接通与断开的第二方向开关。12.根据权利要求11所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述mcu控制单元包括存储电场治疗仪系统参数的存储模块、与存储模块通信连接的执行模块、与执行模块通信连
接的数模转换模块以及控制存储模块、执行模块、数模转换模块执行相应操作的控制模块。13.根据权利要求12所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述数模转换模块具有dac数据寄存器，所述dc电源控制单元与数模转换模块通信连接，所述数模转换模块被配置为根据的dac数据寄存器的数值向dc电源控制单元输出对应的直流电信号以启动dc电源控制单元，所述dc电源控制单元在启动后向逆变升压控制单元输出直流电信号。14.根据权利要求13所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述存储模块被配置为存储电场治疗仪的系统参数，所述电场治疗仪的系统参数包括电场频率、输出的ac电压幅度、交变电信号方向切换周期。15.根据权利要求14所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换接通时段t3内恒速率上升至特定值是通过mcu控制单元根据执行模块获取的交变电信号方向切换周期来控制dc电源单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号恒速升压实现的。16.根据权利要求14所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降是通过mcu控制单元根据执行模块获取的交变电信号方向切换周期来控制dc电源单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号恒速降压实现的。17.根据权利要求14所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述mcu控制单元具有3.3v的基准电压，所述dac数据寄存器具有与mcu控制单元的基准电压对应的2
12
的数值。18.根据权利要求17所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述mcu控制单元的执行模块被配置为自存储模块中读取电场治疗仪的电场频率与输出ac电压幅度并根据读取的电场治疗仪的电场频率与输出ac电压幅度以及mcu控制单元的基准电压向逆变升压控制单元输出频率与读取的电场治疗仪的电场频率相同、电压幅度值与mcu基准电压的电压幅度值相等的脉冲信号。19.根据权利要求18所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述电场治疗仪的电场频率为200khz、输出ac电压幅度为160v、交变电信号方向切换周期为1s。20.根据权利要求19所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述脉冲信号是频率为200khz、ac电压幅度为3.3v、占空比为50％的方波。21.根据权利要求20所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述逆变升压控制单元包括与mcu控制单元的执行模块通信连接的升压模块以及与升压模块通信连接的逆变模块，所述dc电源控制单元向逆变升压控制单元输出的直流电信号是向升压模块输出的。22.根据权利要求21所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述dc电源控制单元向升压模块输出的直流电信号为20v的直流电信号，所述升压模块对接收的来自mcu的执行模块输出的方波以及来自dc电源控制单元的20v直流电信号进行叠加、升压处理后向逆变模块输出频率为200khz、ac电源幅度为80v的方波。23.根据权利要求22所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述逆变模块对接收来自升压模块输出的频率为200khz、ac电源幅度为80v的方波进行逆变处理后向滤波控制单元输出频率为200khz、ac电源幅度为
±
80v的方波。24.根据权利要求23所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述滤波控制单元对接收的来自逆变模块输出的方波信号进行滤波处理后向ac电源控制单元输出频率为200khz、ac
电源幅度为160v的正弦波，所述ac电源控制单元在方向控制单元的控制下向成对设置的绝缘电极之间施加交变电场。25.根据权利要求16所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述执行模块被配置为根据读取的电场治疗仪的交变电信号方向切换周期向方向控制单元输出周期性方向切换驱动信号。26.根据权利要求25所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述方向控制单元根据接收到的mcu控制单元的控制模块输出的周期性方向切换驱动信号控制第一方向开关、第二方向开关与ac电源控制单元之间的导通与断开。27.根据权利要求26所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号生成器主要由mcu控制单元的存储模块、执行模块、数模转换模块、控制模块、逆变升压控制单元、滤波控制单元以及ac电压控制单元共同构成。28.根据权利要求27所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号控制器主要由mcu控制单元的存储模块、执行模块、控制模块、方向控制单元以及与方向控制单元电性连接的第一方向开关与第二方向开关共同构成。29.根据权利要求28所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述第一方向开关为x方向开关，第二方向开关为y方向开关，所述方向控制单元根据mcu控制单元输出的方向周期性切换驱动信号来循环切换控制x方向开关、y方向开关的导通与断开，进而循环、交替地将ac电源控制单元输出的交变电信号施加至相应的成对设置的绝缘电极之间。30.根据权利要求28所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号控制器输出状态切换的驱动信号是所述mcu控制单元基于电场治疗仪的方向切换周期生成的。31.根据权利要求17所述肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述mcu控制单元是依据dc电源控制单元在单位时间t内的直流电压变化量来计算数模转换模块的dac数据寄存器在单位时间t内的数值输出增量的。32.根据权利要求17所述肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述mcu控制单元是依据dc电源控制单元在单位时间t的直流电压变化量计算数模转换模块的dac数据寄存器在单位时间t的数值输出减量的。33.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述至少两对绝缘电极被成对地配置在肿瘤部位或组织培养物的增殖细胞的周围。34.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号控制器的输出状态的种数与所述成对设置的绝缘电极的对数一致。35.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号控制器的各种输出状态对应的时间段各不重叠，且所述ac信号控制器在每个时间段仅具有一种输出状态。36.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述ac信号生成器被配置为根据ac信号控制器的输出状态将生成的交变电信号选择性地施加至至少两对绝缘电极中的一对绝缘电极上。37.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述交变电信号在切换接通时段t3内从0恒速率上升至特定值与在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降至0产生的单位时间t内的突变信号均在特定值的5％以内。
38.一种肿瘤电场治疗系统的电场施加方法，其特征在于，该方法利用如权利要求1至37中任一项所述的肿瘤电场治疗系统向肿瘤部位或组织培养物中的增殖细胞施加交变电场。

技术总结
本发明提供一种肿瘤电场治疗系统及电场施加方法，包括电场治疗仪以及与电场治疗仪电性连接的至少两对绝缘电极。电场治疗仪包括AC信号生成器以及AC信号控制器，AC信号控制器被配置为具有各自时间段并且循环转换的至少两种输出状态，AC信号生成器被配置为生成交变电信号并被配置为当AC信号控制器在至少两种输出状态之间循环转换时将生成的交变电信号循环、交替地施加至至少两对绝缘电极中成对设置的绝缘电极上，以在成对设置的绝缘电极之间产生方向循环切换的交变电场。AC信号生成器还被配置为使施加至成对设置的绝缘电极之间的交变电信号在切换接通时段t3内恒速率上升至特定值或在切换断开时段t4内自特定值恒速率下降。降。降。


技术研发人员：应建俊 于晶 沈琪超 张军
受保护的技术使用者：江苏海莱新创医疗科技有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8