一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电极

技术领域

本发明公开一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电极，涉及肿瘤组织医疗设备领域。

背景技术

不可逆电穿孔（IRE）技术是利用高压脉冲电场作用于肿瘤细胞，使得细胞膜在电势作用下发生不可逆穿孔，从而破坏细胞稳态致其死亡，现在多用于肿瘤治疗。然而，电极布置需要暴露肿瘤组织，且食道毗邻心脏等重要器官，使用传统IRE技术具有一定的风险。当前不可逆电穿孔技术已在医学上得到应用，申请号为CN 111743621 A《一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电极》提出了一种将电极隐藏在活动套环中的侵入式电极，在接触到肿瘤组织时收起套环开始工作，然而该方式容易存在机械操作失误，套环内部也容易藏有积液，影响工作。专利号CN 106388933 B《用于不可逆电穿孔设备的电极》仅实现单一脉冲信号的发送，无法实现智能判别与灵活调节。在传统单一设备下开展IRE技术临床，存在操作难度大、局限性大的特点。

因此研究一种智能判定肿瘤组织、灵活调节电场强度以降低手术难度、提高手术成功概率的新型侵入式电极成为亟需。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电。

为解决上述问题，本发明所提出了技术方案是：

一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电极，其特征在于，包括电极主体与智能中心，其中电极主体放置待手术位置，从智能中心接收脉冲激励，并以预定方向施加电场，实现肿瘤组织的不可逆电穿孔治疗，同时将多电极采集电压/电流信号传送至智能中心，为智能控制提供数据信息；智能中心主要完成从电极主体接收信息，进行生物阻抗检测，并以此判定侵入式电极所接触组织的类别及肿瘤组织数量，从而确定是否向电极发送脉冲信号及发送脉冲信号强度。

进一步地，所述电极主体至少包含两对电极，其电极类型可以是针型电极或平板电极，且多个电极主体的轴线成平行分布，多电极共用一个公共接地电位，且公共接地电位放置在电极中间。

进一步地，所述电极主体的包含导电区域与绝缘区域，导电区域为电极定向电场方向，且有效地将定向电场限制在电极中间的生物组织，电场强度足以使得生物组织细胞产生不可逆电穿孔效果；

进一步地，所述电极主体上集成有电流检测模块、电压检测模块，检测过程中如下：

步骤1：通过智能中心向某一电极主体给定测试激励信号，再从其他电极主体采集电压、电流信号；

步骤2：采集信号的电极将信息以有线形式传送给智能中心；

进一步地，所述生物阻抗检测需要先建立食道组织阻抗数据库，在使用本发明所提侵入式电极前需要对是食道内包括但不限于血液、表皮、积液、肿瘤组织等进行检测，且需将多个电极轮换输出测试信号以降低设备差异带来的检测误差，同时记录不同生物组织的生物阻抗数据库；

进一步地，智能中心接收到来自电极主体的电压电流信号后，需进行数据滤波以消除设备采样误差，滤波后数据经过阻抗检测算法得到电极主体当前接触组织的实时阻抗信息，将该阻抗信息与所建生物阻抗数据库信息进行对比，从而自动判断当前电极接触的组织类型；

实时阻抗信息与生物阻抗数据库信息对比可以采用伪孪生网络、误差反向传播（BP）神经网络、卷积神经网络（CNN）等深度学习网络/算法的一种或多种组合。

进一步地，智能中心识别出当前电极接触组织类型后，若判定为非肿瘤组织，则发出电极脉冲封锁信号，此时所有电极仅有发送测试信号与检测信号功能，不能用于电穿孔治疗；若判定为肿瘤组织，则电极既可以用于电穿孔治疗，也可以用于发送测试信号与检测信号；

进一步地，智能中心在确认当前电极接触为肿瘤组织后，需进一步根据多电极回馈信号判定肿瘤组织数量，并依据判定的肿瘤组织数量灵活调节电极脉冲强度，从而改变电场强度，加快肿瘤细胞不可逆电穿孔；

进一步地，基于生物阻抗判定侵入式电极所接触组织类型确定是否发出脉冲，相比于既有将电极放入活动套环的形式更加智能可靠，且可有效避免误操作，提升手术成功率；

进一步地，根据多电极检测结果判定不同电极间生物阻抗从而确定肿瘤组织的数量，智能调节电场强度来实现治疗效果，电场强度的最大值仍在合理范围内，电场强度的最小值也能实现肿瘤细胞不可逆电穿孔。

附图说明

图1为本发明工作示意图。

图2为本发明系统框图。

图3为本发明三电极检测示意图。

图4为有/无机理信号下人体组织阻抗模型。

实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1~图4所示，一种用于食道肿瘤组织不可逆电穿孔治疗的侵入式电极，其特征在于，包括电极主体与智能中心，其中电极主体放置待手术位置，从智能中心接收脉冲激励，并以预定方向施加电场，实现肿瘤组织的不可逆电穿孔治疗，同时将多电极采集电压/电流信号传送至智能中心，为智能控制提供数据信息；智能中心主要完成从电极主体接收信息，进行生物阻抗检测，并以此判定侵入式电极所接触组织的类别及肿瘤组织数量，从而确定是否向电极发送脉冲信号及发送脉冲信号强度。

优选的，所述电极主体至少包含两对电极，其电极类型可以是针型电极或平板电极，且多个电极主体的轴线成平行分布，多电极共用一个公共接地电位，且公共接地电位放置在电极中间。

优选的，所述电极主体的包含导电区域与绝缘区域，导电区域为电极定向电场方向，且有效地将定向电场限制在电极中间的生物组织，电场强度足以使得生物组织细胞产生不可逆电穿孔效果；

优选的，所述电极主体上集成有电流检测模块、电压检测模块，检测过程中如下：

步骤1：通过智能中心向某一电极主体给定测试激励信号，再从其他电极主体采集电压、电流信号；

步骤2：采集信号的电极将信息以有线形式传送给智能中心；

优选的，所述生物阻抗检测需要先建立食道组织阻抗数据库，在使用本发明所提侵入式电极前需要对是食道内包括但不限于血液、表皮、积液、肿瘤组织等进行检测，且需将多个电极轮换输出测试信号以降低设备差异带来的检测误差，同时记录不同生物组织的生物阻抗数据库；在生物阻抗数据库建立过程中，往往可以通过不同生物组织的频谱相应曲线来确定谐波特征次阻抗值，并以此作为建立生物阻抗数据库的特征量之一。

以附图3为例，在三个侵入式电极工作的情况下，当电极1发出测试信号，电极2与电极3接受测试信号，若电极2与电极3传回的信号同时监测到肿瘤组织，则肿瘤组织应在以电极2与电极3为圆心，距离电极1的长度为半径的两圆相交处。因此，当侵入式电极数量越多，多圆面积交点越小，则能更加精准定位肿瘤位置。从另一角度来看，电极数量也并非越多越好，一方面要考虑实际操作的可行性，另一方面过大的回传信号也会增加数据中心的数据处理量。

优选的，智能中心接收到来自电极主体的电压电流信号后，需进行数据滤波以消除设备采样误差，滤波后数据经过阻抗检测算法得到电极主体当前接触组织的实时阻抗信息，将该阻抗信息与所建生物阻抗数据库信息进行对比，从而自动判断当前电极接触的组织类型；

优选的，智能中心识别出当前电极接触组织类型后，若判定为非肿瘤组织，则发出电极脉冲封锁信号，此时所有电极仅有发送测试信号与检测信号功能，不能用于电穿孔治疗；若判定为肿瘤组织，则电极既可以用于电穿孔治疗，也可以用于发送测试信号与检测信号；

利用生物阻抗识别的途径来实现电极工作条件的判定，相比于既有侵入式电极采用机械套装的形式更加智能化、精准化，有利于提高手术的成功率。

优选的，智能中心在确认当前电极接触为肿瘤组织后，需进一步根据多电极回馈信号判定肿瘤组织数量，并依据判定的肿瘤组织数量灵活调节电极脉冲强度，从而改变电场强度，加快肿瘤细胞不可逆电穿孔；

优选的，基于生物阻抗判定侵入式电极所接触组织类型确定是否发出脉冲，相比于既有将电极放入活动套环的形式更加智能可靠，且可有效避免误操作，提升手术成功率；

优选的，根据多电极检测结果判定不同电极间生物阻抗从而确定肿瘤组织的数量，智能调节电场强度来实现治疗效果，电场强度的最大值仍在合理范围内，电场强度的最小值也能实现肿瘤细胞不可逆电穿孔。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。