超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置

摘要

本发明公开了超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，包括可连接体外循环的四通管、用于脉冲高电压处理场的高电压电极、可调节超高电压纳秒脉冲的方波高电压输出装置、高压电缆、对体外循环红细胞产生可逆、可控电穿孔的电穿孔处理场和用于电极电缆连接处的绝缘保护套，所述四通管为聚氯乙烯材质，所述四通管包括横向管、纵向管和汇合部，所述横向管和纵向管均设有两组，且横向管和纵向管连接在汇合部的四个端面处，本发明可以在不影响常规血液净化治疗的同时，对红细胞所携带的致病物质进行促进释放，实现的物质清除作用大大提高了治疗效果，且通过电极对处理场内的电场进行调控，对经过处理场的血液进行连续性治疗。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体为超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置。

背景技术

血液的成分包括血浆和有形成分，有形成分又包括红细胞、白细胞、血小板。正常人血液中红细胞体积比可达37％-50％，红细胞除了携带和运输氧气和二氧化碳外，对其他代谢产物也有贮存和转运的作用。红细胞可以随血液流动在全身各处，是机体极为重要的物质转运载体。目前针对尿毒症患者国内外应用最为广泛的治疗为血液净化，包括血液透析、血液滤过、血液透析滤过、血液灌流等众多治疗方式，但这些治疗只能通过弥散、对流、吸附的方式清除血浆中的致病物质，即尿毒症毒素。血液中的红细胞也是尿毒症毒素的重要载体，但上述常规治疗都不能清除红细胞内的尿毒症毒素。

如果能够将红细胞内贮存的尿毒症毒素释放出来，而又不破坏红细胞，不影响红细胞的正常功能和寿命，那么相同时间内血液净化治疗清除尿毒症毒素的效率将大幅度提高，而且对部分主动跨膜转运贮存在红细胞内的尿毒症毒素的清除将大大改善透析患者的预后。高电压脉冲电场治疗目前主要应用于杀灭肿瘤细胞，为此，我们提出超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置。

发明内容

本发明的目的在于提供超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，将四通管与常规体外循环管路进行连接，通过两电极构成处理场，高电压及脉冲方波输出装置通过电极对处理场内的电场进行调控，从而对经过处理场的血液进行连续性治疗。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，包括可连接体外循环的四通管、用于脉冲高电压处理场的高电压电极、可调节超高电压纳秒脉冲的方波高电压输出装置、高压电缆、对体外循环红细胞产生可逆、可控电穿孔的电穿孔处理场和用于电极电缆连接处的绝缘保护套；

所述四通管为聚氯乙烯材质，所述四通管包括横向管、纵向管和汇合部，所述横向管和纵向管均设有两组，且横向管和纵向管连接在汇合部的四个端面处，两组横向管处于同一轴线，两组纵向管处于同一轴线，所述横向管和纵向管管径均为4.9mm，所述横向管和纵向管的尾端采用二层圆环锥；

所述高电压电极连接在横向管内，所述高电压电极通过高压电缆与方波高电压输出装置连接。

优选的，所述纵向管连接体外循环管路连接，所述纵向管的管内单向流动血液，所述纵向管长度为43mm，所述纵向管包括流入道连接部分和流出道连接部分，所述流入道连接部分和流出道连接部分的长度为16mm，外径为6.3mm，所述流入道连接部分和流出道连接部分对称分布在汇合部的两侧。

优选的，所述横向管长度为43mm，所述横向管包括阳极电极管和阴极电极管，所述阳极电极管和阴极电极管对称分布在汇合部的两侧，且纵轴垂直，所述阳极电极管和阴极电极管各长16mm，外径6.3mm。

优选的，所述横向管和纵向管尾端的二层圆环锥的总长度为8mm、最小外径为6.3mm、最大外径为8.5mm。

优选的，所述高电压电极包括阳极电极和阴极电极，所述阳极电极插接在阳极电极管内，所述阴极电极插接在阴极电极管内，所述阳极电极和阴极电极的尾端连接高压电缆，所述绝缘保护套套在阳极电极和阴极电极与高压电缆的连接处。

优选的，所述高电压电极为钛或铜芯镀铂中的一种，直径5mm的圆柱体，所述阳极电极和阴极电极的长度为25mm，所述阳极电极和阴极电极采用头端20mm的圆柱体和末端长度5mm的立方体组成。

优选的，所述脉冲方波高电压输出装置提供6-10KV、脉宽100nm、上升下降宽10-20nm、恢复时间250nm、20KHz的方形直流电。

优选的，所述电穿孔处理场为四通管和高电压电极共同组成的空间，由脉冲方波高电压输出装置通过高压电缆引入高电压电极，在阳极电极和阴极电极之间形成的电场，其范围在四通管内的横向管与纵向管结汇处的汇合部。

优选的，所述高压电缆承载＞10kV电压。

优选的，位于电穿孔处理场内的高电压电极的横截面保持平滑，侧面无裸露，两电极间距离5.0mm；

优选的，该处理场内将产生10-12kJ/L的等效脉冲注入能量，体外模拟红细胞穿孔率在18％，由此避免造成红细胞不可逆穿孔而破裂溶血。

本发明提供了超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，具备以下有益效果：

(1)本发明的装置在滤器、吸附器等其他常规血液净化器材之前，进行红细胞穿孔作业，而且处理室因管径变化造成湍流，使红细胞穿孔均匀有效，血液不形成粘滞层，进一步使得红细胞释放的致病物质连同血浆中的致病物质，在体外循环下游得到有效清除，同样实现了治疗效率大幅提升的效果。

(2)本发明的装置提供的处理场按照特定频率作业，与体外循环血液流动速度相匹配，可以形成连续性治疗，在不影响常规血液净化治疗时间、频次基础上，增加了协同治疗模块，实现治疗效率的提升。

(3)本发明的装置制造电穿孔释放的非血浆致病物质，可以增加血液净化的清除致病物质的范畴，对治疗效果存在明显的优势。

(4)本发明的装置可调、可控，组件生物相容性好，无电解、产热、化学反应、物理损害等效应，红细胞穿孔效应为可逆性，体外治疗不直接接触人体，增加安全性。

(5)本发明的装置组装和拆卸便捷，除四通管为一次性使用外，其他组件均可重复使用，高电压电极采用常规医疗灭菌方式灭菌即可，符合临床无菌原则，同时在批量重复治疗过程中，可使成本大幅度下降，减轻患者经济负担，有利于临床推广。

本发明公布的超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，可以在不影响常规血液净化治疗的同时，对红细胞所携带的致病物质进行促进释放，实现的物质清除作用，大大提高了治疗效率和效果，且通过电极对处理场内的电场进行调控，对经过处理场的血液进行连续性治疗。

附图说明

图1为本发明的四通管结构示意图；

图2为本发明的装置结构示意图；

图3为本发明的工作示意图。

图中：100、四通管；110、横向管；111、阳极电极管；112、阴极电极管；120、纵向管；121、流入道连接部分；122、流出道连接部分；130、汇合部；200、高电压电极；210、阳极电极；220、阴极电极；300、脉冲方波高电压输出装置；400、高压电缆；500、电穿孔处理场；600、绝缘保护套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，包括可连接体外循环的四通管100、用于脉冲高电压处理场的高电压电极200、可调节超高电压纳秒脉冲的方波高电压输出装置300、高压电缆400、对体外循环红细胞产生可逆、可控电穿孔的电穿孔处理场500和用于电极电缆连接处的绝缘保护套600；

所述四通管(100)为聚氯乙烯材质，所述四通管100包括横向管110、纵向管120和汇合部130，所述横向管110和纵向管120均设有两组，且横向管110和纵向管120连接在汇合部130的四个端面处，两组横向管110处于同一轴线，两组纵向管120处于同一轴线，所述横向管110和纵向管120管径均为4.9mm，所述横向管110和纵向管120的尾端采用二层圆环锥；

所述高电压电极200连接在横向管110内，所述高电压电极200通过高压电缆400与方波高电压输出装置300连接。

所述纵向管120连接体外循环管路连接，所述纵向管120的管内单向流动血液，所述纵向管120长度为43mm，所述纵向管120包括流入道连接部分121和流出道连接部分122，所述流入道连接部分121和流出道连接部分122的长度为16mm，外径为6.3mm，所述流入道连接部分121和流出道连接部分122连接部分对称分布在汇合部130的两侧。

所述横向管110长度为43mm，所述横向管110包括阳极电极管111和阴极电极管112，所述阳极电极管111和阴极电极管112对称分布在汇合部130的两侧，且纵轴垂直，所述阳极电极管111和阴极电极管112各长16mm，外径6.3mm。

所述横向管110和纵向管120尾端的二层圆环锥的总长度为8mm、最小外径为6.3mm、最大外径为8.5mm，常规血液净化治疗体外循环管路内径多为6.5mm，本发明中使用的二层圆环锥的外径为6.3-8.5mm直径圆锥形，可以与体外循环管路紧密连接，连接长度＞7mm，可有效的避免连接处漏液，或因压力变化造成解连脱落。

所述高电压电极200包括阳极电极210和阴极电极220，所述阳极电极210插接在阳极电极管111内，所述阴极电极220插接在阴极电极管112内，所述阳极电极210和阴极电极220的尾端连接高压电缆400，所述绝缘保护套600套在阳极电极210和阴极电极220与高压电缆400的连接处。

所述高电压电极200为钛或铜芯镀铂中的一种，直径5mm的圆柱体，所述阳极电极210和阴极电极220的长度为25mm，所述阳极电极210和阴极电极220采用头端20mm的圆柱体和末端长度5mm的立方体组成，高电压电极200直径5mm，四通管横向管内径4.9mm，电极置入横向管中与管壁紧密连接，避免发生漏液或解连脱落，避免电极侧面接触液体产生额外电场。

所述脉冲方波高电压输出装置300提供6-10KV、脉宽100nm、上升下降宽10-20nm、恢复时间250nm、20KHz的方形直流电，此范围电源参数是可逆性红细胞电穿孔的基本电学参数，可以通过电压、脉宽、频率等参数的调整实现可调节、可控的临床治疗需求。

所述电穿孔处理场500为四通管100和高电压电极200共同组成的空间，由脉冲方波高电压输出装置300通过高压电缆400引入高电压电极200，在阳极电极210和阴极电极220之间形成的电场，其范围在四通管100内的横向管110与纵向管120结汇处的汇合部130。

所述高压电缆400承载＞10kV电压，连接处进行绝缘保护，避免漏电及电场干扰。

位于电穿孔处理场500内的高电压电极200的横截面保持平滑，侧面无裸露，两电极间距离5.0mm；

该处理场内将产生10-12kJ/L的等效脉冲注入能量，体外模拟红细胞穿孔率在18％，由此避免造成红细胞不可逆穿孔而破裂溶血；体外循环血液由直径6.5mm进入直径4.9mm处理室将发生湍流，无细胞或血浆成分滞留在处理场内，尤其是电极表面，该湍流对细胞电穿孔效应起到很好的均质化作用。

需要说明的是，超高压纳秒脉冲电场可控性体外循环红细胞电穿孔治疗装置，在工作时，在常规血液净化体外循环管路中加装四通管100，由于四通管100的纵向管120包括流入道连接部分121和流出道连接部分122，将流入道连接部分121与体外循环管路的流入管道连接，将流出道连接部分122与体外循环管路的流出管道连接，将高电压电极200的阳极电极210插入横向管110的阳极电极管111，将阴极电极220插入到阴极电极管112内，阳极电极210和阴极电极220间距离为5.0mm，并将阳极电极210和阴极电极220的末端通过高压电缆400与脉冲方波高电压输出装置300连接，体外循环建立后，通过预设定程序进行超高压、纳秒、脉冲、方波供电，对两电极构成的处理场内的红细胞进行电穿孔作业，电穿孔后的红细胞所释放的治病物质进入血浆，再通过现有成熟的血液净化技术清除出体外；

在生物相容性方面，四通管100与血液透析用体外循环管路材质相同，均为聚氯乙烯(PVC)，复合CFDA医疗器械相关标准(GB/T 16886.1-2011，GB 15593-1995等)；高电压电极200采用钛或铜芯镀铂圆柱形电极，可负载10kV高电压，在含电解质溶液中不发生氧化、腐蚀或电离释放金属，不与PVC材质发生物理、化学反应，纳秒级脉冲电场不产生热效应，从而保证良好的生物相容性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。