一、“揭榜挂帅”攻关任务

1.攻关任务名称

等离子体活化介质抑制肿瘤术后复发技术（丁卫东）

2.攻关任务背景和意义

癌症是威胁公共健康的主要因素之一，现有治疗方法疗效有限，存在毒副作用大、术后易复发等缺点。电脉冲消融肿瘤技术具有非热效应毒副作用小、一般无并发症和后遗症等优势，具有广阔的应用前景。但我国当前电脉冲消融肿瘤设备多依赖进口，作为关键部件的脉冲电源亟需研究开发。

脉冲电源在肿瘤消融、等离子体术后处理等方面有广阔应用。电源输出特性与肿瘤消融和等离子体处理效果息息相关，需要创新电源设计以优化医疗效果。

为此，团队围绕电脉冲肿瘤消融和等离子体处理，研究电源的拓扑结构、开关技术和控制方法，攻克用于电脉冲肿瘤消融的宽参数范围复合脉冲源以及用于等离子体产生的高重复频率快前沿纳秒脉冲源。

3.技术方案

（1）微纳秒复合方波脉冲消融技术：开展不同幅值比例的单、双极性微纳秒复合脉冲电源的研发，开发其配套的上位机控制系统。开展动物实验，研究不同脉冲参数组合对消融深度及其阻抗谱的影响规律，评估阻抗谱变化与消融深度的相互关系，推进针对大体积肿瘤消融的临床应用。

（2）植入式脉冲消融技术：开展低压可植入式脉冲电场系统与全固态微纳秒复合脉冲源的研发，结合H桥+自举升压+预充电架构，实现200V以内单/双极性脉冲输出。通过仿真优化同心圆电极结构，并结合四电极阻抗谱测量技术，进行消融效果的定量预测与实时评估。开展动物实验，研究不同脉冲参数与电极结构对消融深度及阻抗谱的影响规律，评估其对胃部等复杂环境中系统稳定性的影响，推进该技术在胃肠疾病等复杂部位的临床应用，确保系统长期稳定运行。

（3）推挽式全固态LTD脉冲源技术：开展基于推挽电路的全固态LTD脉冲源研发，提供多参数可调的双极性高压脉冲输出。开发配套的控制系统，并进行动物实验，研究不同脉冲参数（如脉宽、频率、极性）对肿瘤不可逆电穿孔（IRE）治疗效果的影响，探索电场均匀性与消融完整性之间的关系，评估不同脉冲参数组合对术中稳定性、肌肉收缩的减轻及安全性边界的影响，推进其在肿瘤治疗中的临床应用，特别是在大体积肿瘤的消融中，降低对邻近重要结构的热损伤风险。

二、团队概况

西安交通大学电气学院丁卫东教授联合第一附属医院任冯刚副研究员牵头组建“电脉冲肿瘤消融技术研究及设备研发团队”，依托国家医学中心和国家医学攻关产教融合平台，联合电气学院、附属医院、精准外科与再生医学工程研究中心及多家企业，构建医工融合创新体系。团队聚焦脉冲电场、柔性电子等方向，围绕临床需求开展技术攻关，已建立低压植入式脉冲消融系统与全固态微纳秒复合脉冲源两大平台，突破微创、低压、可控与评估一体化等关键技术。

丁卫东教授：工学博士，高压教研室/Z箍缩及应用研究中心研究人员，西安交通大学电气学院教授、博士生导师。脉冲功率技术学会常务理事，IEEE P2426标准工作组副主席。长期从事气体绝缘与气体放电、脉冲功率技术和高电压测量技术研究。先后承担科研项目70余项，主持自然科学基金青年基金1项目、自然科学基金面上项目1项目、国家重点研发计划课题1项、军口863项目1项、预研项目1项，参与自然科学基金重大项目1项。发表论文100余篇，包括SCI论文70余篇，获得发明专利10余项，获得中国电力技术进步1等奖3项。

任冯刚副研究员：现为西安交通大学第一附属医院肝胆外科青年医生，胆胰内镜亚专业主任助理，共青团西安交通大学委员会副书记（兼职）。长期从事医工结合内镜外科创新医疗技术研究与应用，率先开展经自然腔道脉冲电场消融关键技术研究与临床转化，完成世界首例内镜下脉冲电场肿瘤消融术。主持国家自然科学基金青年项目、陕西省自然科学基础研究计划、中央高校基本科研业务费等5项；参与国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”重点专项、陕西省两链融合项目等。以第一/通讯作者发表SCI收录论文8篇，申请各类专利13项，获授权8项。曾获宝钢教育基金会优秀学生奖、西安交通大学青年岗位能手、优秀博士研究生标兵等荣誉；“国创杯”医疗器械创新创业大赛初创组一等奖、全国卫生健康行业青年创新大赛组委会大奖等奖项。

三、近三年（平台成立起）攻关领域科研情况

近三年承担攻关领域横纵向项目3项，其中省部级项目2项，国家级项目1项，发表论文6篇。成果获专利5项，其中申请专利3项，授权专利2项。

四、团队人才培养情况

2023至2025年，共招收本科生0人，硕士生2人，博士生4人。其中3人获得国家级竞赛获奖。

2023年获得第十八届中国研究生电子设计竞赛国家级一等奖

2025年获得第二十届中国研究生电子设计竞赛国家级二等奖

2025年获得第五届届全国大学生高电压与等离子体科技创新竞赛国家级一等奖

2023年获得第三届届全国大学生高电压与等离子体科技创新竞赛国家级一等奖

五、合作开展情况

1.合作企业、医院共3家。

六、转化成果

基于推挽电路的全固态LTD脉冲源在肿瘤不可逆电穿孔(IRE)治疗中的应用：本研究开发了基于推挽电路的全固态LTD脉冲源，针对肿瘤不可逆电穿孔（IRE）治疗，提供了多参数可调的双极性高压脉冲源。该脉冲源采用双极性高频方波技术，在保证非热机理的同时，显著减轻了肌肉收缩，提升了手术中的稳定性及患者的耐受性。脉宽、频率、极性等参数可以根据病灶体积和邻近重要结构进行个体化设定，通过CT/超声导航优化了电场的均匀性和消融的完整性，显著降低了对血管、导管、神经等重要组织的热损伤风险。同时，脉冲源的输出上升沿快、过冲小、平顶稳，便于精确界定安全边界和确保操作的重复性，为肿瘤治疗机制研究和临床转化应用提供了有力支持。该设备兼容经皮和腔镜电极，具有广泛的临床应用前景。

该成果的临床转化有望在肿瘤治疗中实现更高效、更安全的电穿孔疗法，为肿瘤治疗领域提供了新的技术手段。

七、创新创业

1.核心技术支撑企业发展

八、潜在可转化技术

（1）微纳秒复合方波脉冲消融技术

微纳秒复合方波脉冲消融技术作为不可逆电穿孔（IRE）领域的前沿方向，目前已实现从理论验证到核心设备研制的关键突破。在技术层面，研究团队成功开发出“7 kV单极性微纳秒复合脉冲发生器”原理样机，其核心创新在于实现了高压纳秒脉冲（0-7 kV，脉宽300–1000 ns）与低压微秒脉冲（0-3.5 kV，脉宽1–100 μs）的协同输出，通过参数灵活可调的复合波形设计，可显著提升肿瘤组织的消融效率和范围。相关研究表明，该技术通过纳秒脉冲击穿细胞膜结构、微秒脉冲扩大电穿孔效应的协同机制，可形成较传统单模态脉冲更广的消融边界，同时保留血管、神经等关键组织结构。当前，该样机已通过电路仿真与负载测试，验证了其输出稳定性与参数精确可控性，为后续活体实验奠定基础。在安全性优化方面，团队进一步探索了双极性微纳秒复合脉冲的生成技术。相关研究表明，双极性脉冲可通过电荷中和效应显著降低肌肉神经的兴奋性，从而规避传统单极性脉冲常见的手术中肌颤问题，当前，双极性微纳秒复合电源已进入电路实验阶段。

（2）植入式脉冲消融技术

植入式脉冲消融技术的研发已取得显著进展，目前已完成系统各模块的功能测试，包括无线充电、无线通信、脉冲发生及阻抗测量模块。在马铃薯组织上成功进行了消融实验和阻抗谱监测，预测误差小于10%。此外，技术团队已在大动物实验中初步验证了消融效果，成功实现了黏膜层的完全消融。该技术采用低压可植入式脉冲电场系统与全固态微纳秒复合脉冲源，前者基于H桥+自举升压+预充电架构，实现200V以内的单/双极性脉冲输出。结合仿真优化的同心圆电极结构和四电极阻抗谱测量技术，能够实时评估消融效果并进行定量预测。通过磁锚定位与磁共振无线充电技术，确保系统在胃部等复杂环境中长期稳定运行，为后续临床应用奠定了坚实基础。

（3）面向肿瘤IRE治疗的推挽式全固态LTD脉冲源

基于推挽电路的全固态LTD脉冲源面向肿瘤不可逆电穿孔(IRE)治疗,提供多参数可调的双极性高压脉冲源。双极性高频方波在保证非热机理的同时,显著减轻肌肉收缩,提高术中稳定性与患者耐受。脉宽、频率、极性可按病灶体积与邻近重要结构个体化设定,在CT/超声导航下提升电场均匀性与消融完整性,降低对血管、导管、神经的热损伤风险。输出上升沿快、过冲小、平顶稳,便于界定安全边界与重复性,支撑机制研究与临床转化,兼容经皮/腔镜电极。