研究目的:不可逆电穿孔(Irreversible Electroporation,IRE)通过高压直流脉冲破坏肿瘤细胞的细胞膜使肿瘤细胞凋亡,消融同时有效保护了重要的脉管结构,避免了温度消融术中邻近组织结构不可逆损伤及“热沉效应”。本研究基于数值仿真模型和临床肝脏消融实验结果优化了高压陡脉冲治疗仪治疗参数,获得符合临床需求的治疗方案。研究目的:(1)优化高压陡脉冲治疗仪,通过临床试验验证安全性和有效性。(2)研究符合临床实际的肝脏消融数值仿真模型,通过术前术后电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)评价模型的有效性。(3)总结临床试验数据,优化治疗方案,为临床应用提供参考。研究方法:1.基于临床试验反馈信息,优化高压主电路和控制电路,完善心电同步信号输入电路,脉冲电压保护电路。2.设计临床试验,统计临床试验患者术前筛选、手术后影像学报告及相关病历记录等,比较手术前后以及随访阶段的影像学报告结果。3.利用COMSOL有限元仿真软件进行肿瘤和电极针、肝脏模型的建立,输入相关参数、公式对已建立模型进行电场仿真,得到建立模型的场强分布情况,术后CT影像优化模型参数,指导临床消融。研究结果:1.试验提取了天津市第一中心医院和天津医科大学总医院接受高压陡脉冲消融手术的34位受试者数据进行统计,理论预测消融3维消融范围与CT术后重建结果一致,模型指导剂量消融术后,2例CT显示消融范围未完全覆盖肿瘤,肿瘤完全消融有效率为94.12%,三个月局部复发率为9.38%。2.优化后的高达陡脉冲治疗仪完成的34台手术,系统均可产生幅值为3000V,脉宽100μs,极间最大电流45A的放电脉冲;放电脉冲与心电R波完全同步,术中未出现患者室颤;电流超过45A后5μs内启动过流保护。3.建立了符合临床实际需求的剂量指导方案:脉冲宽度为70-100μs,肝脏消融电场强度2000V/cm,极间距离≤2cm,电流变化范围≥5A,则可在电极间形成极间距+1cm的3维消融区域,数值模型可以用于手术前治疗计划制定。研究结论:1.优化后的高压陡脉冲治疗仪可满足临床应用需求,可安全有效的完成肝脏恶性实体肿瘤消融。2.数值仿真模型可以有效的依据输入剂量预测消融范围及预后,对CT引导的介入肝脏肿瘤消融手术布针、参数选择具有指导意义。3.结合临床试验数据及数值模型,获得了符合临床实际消融的剂量指导方案,方案有望应用于未来临床治疗。