随着社会的发展，人口的增加，人们在追求高生产率和高质量生活的同时，所处的自然环境也在不断变化。加上越来越多的人工作压力增大，生活不规律，导致近年来癌症的发病率正在逐年升高。现代科学技术和医学工程发展迅速，为各种肿瘤的治疗提供了多种方法，这在一定程度提高了肿瘤的治疗效果，延缓了病情的恶化进程，取得了比较显著的成就。但是对于一类生长于重要组织周围的肿瘤，要想实现根治依然是肿瘤治疗领域的世界性难题。　　如将具有一定条件的高压电脉冲对生物细胞放电，将会对细胞膜产生不可逆的电穿孔效应，即导致细胞自己凋亡。这一现象引起众多领域专家的高度重视，将该技术应用于对肿瘤细胞的灭活，实现对各种肿瘤的高效治疗是生物医学与工程技术领域的研究热点内容。这项技术不是利用“热”或“冷”效应“杀死”肿瘤细胞，它是通过将高电压瞬间加在一对正负电极之间，产生高压突变电场（陡脉冲），将电极之间及周围附近的某类型细胞（包括癌细胞）膜击穿，在细胞膜表面形成纳米级的微穿孔，引导细胞凋亡，同时对另一类组织细胞（如结缔组织细胞）的影响很小。电脉冲技术对肿瘤周围的正常组织细胞没有“热”或“冷”的积累效应，对组织的杀伤效应具有高选择性。　　现有的研究成果已经表明，电脉冲技术可以促使多种肿瘤实现有效灭活。在临床应用中需要根据治疗的需求调节多种参数;针对肿瘤的大小和位置需要对放电电极进行布局，对放电顺序进行设计。围绕以上内容，本文主要完成以下工作:　　(1)针对生物细胞在高电压陡脉冲电场作用下的生物机理，建立了细胞多通道电路模型，并以此为基础给出了细胞膜以及细胞核膜上各部分膜电位的计算方法;在频域和时域内分析了细胞内外膜对不同参数的电脉冲响应特性;结合滤波原理解释不同脉冲宽度对细胞内外膜作用效果的差异，试图说明高电压陡脉冲放电环境下，生物细胞产生不可逆击穿(IRE)的原因。　　(2)针对高电压陡脉冲形式的电场环境下生物细胞的电特性和热传导特性，建立了细胞组织的电场点位分布和热传导数学模型;讨论了不同电脉冲作用下，细胞组织不可逆电穿孔的有效作用区域以及区域内的温度分布情况，希望以不可逆电穿孔区域完全覆盖治疗区域来实现肿瘤的完全凋亡，同时对周围正常组织的副作用达到最小;分析优化了治疗不同形状和体积的肿瘤组织时，所需要的电脉冲参数和电极分布情况。　　(3)采用电容组充放电的形式，以现场可编程门阵列(FPGA)为中央控制器，以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为陡脉冲生成开关，研制了陡脉冲发生器实验样机，实现了具有纳秒级上升时间的陡脉冲输出;实现了输出脉冲频率、脉冲幅值、脉冲宽度和脉冲个数的大范围调节功能;实现了可编程的多电极顺序放电功能。为分析基于IRE的肿瘤治疗理论、实验验证和参数优化创造了硬件条件，奠定了研究的基础。　　(4)利用所研制的实验样机进行了生物细胞实验和动物实验，对上述理论研究结果进行验证。对加入荧光剂的乳腺癌肿瘤细胞悬浊液施加电脉冲刺激，通过检测其荧光强度和肿瘤细胞存活率，分析电脉冲刺激对肿瘤细胞膜通透性的影响;对无菌白鼠体内的乳腺癌肿瘤组织施加电脉冲刺激，实现了肿瘤细胞的灭活。　　实验结果验证了上述的理论分析，采用实验样机进行电刺激后对动物肿瘤细胞具有很好的灭活效果。所研制的肿瘤治疗仪样机能够有效的应用于陡脉冲作用下肿瘤治疗的相关研究，并有望可进一步得到产品化。