CN114305659B - 高频双极性不可恢复电穿孔系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供高频双极性不可恢复电穿孔系统，所述穿孔系统包括双极性穿孔模块、数据采集模块以及穿孔调整模块；所述双极性穿孔模块包括双极性脉冲发生器以及脉冲控制单元，所述脉冲控制单元分别与穿孔调整模块和双极性脉冲发生器相连接，所述脉冲控制单元用于接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作；所述数据采集模块包括细胞特征预采集单元、脉冲参数获取单元以及细胞治疗参数采集单元；所述细胞特征预采集单元用于对治疗前的细胞基础特征进行采集，本发明能够基于细胞不同层级的基础特征以及治疗效果来变换脉冲输出参数，以解决现有的高频穿孔治疗效果较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲穿孔治疗技术领域，尤其涉及高频双极性不可恢复电穿孔系统。
背景技术
高频双极性不可恢复电穿孔系统中的高频双极性脉冲采用控制模块输出双极性脉冲，并且可以通过控制模块对双极性脉冲的输出参数进行调整，脉冲通常是指电子技术中经常运用的一种象脉搏似的短暂起伏的电冲击，其中，在现有的医学领域中，脉冲电场的治疗应用也越来越广泛，尤其是在对细胞进行消融穿孔的应用中也越来越广泛。
现有的技术中，在进行高频脉冲穿孔的治疗应用中，通常都是基于特定的预设穿孔参数进行治疗，由于细胞存在不同的层级，每一层级对于穿孔参数的要求都不同，现有的技术中很难根据细胞的基础特征进行针对性的治疗，对于穿孔的过程不能精准的进行判断，导致穿孔治疗的效果较弱，治疗的效果较差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供高频双极性不可恢复电穿孔系统，能够基于细胞不同层级的基础特征以及治疗效果来变换脉冲输出参数，以解决现有的高频穿孔治疗效果较差的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：高频双极性不可恢复电穿孔系统，所述穿孔系统包括双极性穿孔模块、数据采集模块以及穿孔调整模块；
所述双极性穿孔模块包括双极性脉冲发生器以及脉冲控制单元，所述脉冲控制单元分别与穿孔调整模块和双极性脉冲发生器相连接，所述脉冲控制单元用于接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作；
所述数据采集模块包括细胞特征预采集单元、脉冲参数获取单元以及细胞治疗参数采集单元；所述细胞特征预采集单元用于对治疗前的细胞基础特征进行采集，所述脉冲参数获取单元用于获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，所述细胞治疗参数采集单元用于获取治疗过程中的细胞治疗特征；
所述穿孔调整模块包括细胞特征预处理单元、细胞变化处理单元以及调整单元，所述细胞特征预处理单元分别与脉冲控制单元和细胞特征预采集单元相连接，所述细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；
所述细胞变化处理单元与细胞特征预采集单元以及细胞治疗参数采集单元相连接，所述细胞变化处理单元用于对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；
所述调整单元与细胞变化处理单元和脉冲参数获取单元相连接，所述调整单元用于对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元。
进一步地，所述细胞特征预采集单元采集的细胞基础特征包括细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度；
所述脉冲参数获取单元采集的脉冲发生器的输出参数包括脉冲宽度；
所述细胞治疗参数采集单元获取的治疗过程中的细胞治疗特征包括细胞膜电位值、细胞膜电导率以及穿孔孔径。
进一步地，所述细胞特征预处理单元配置有细胞特征预处理策略，所述细胞特征预处理策略包括：将细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度代入脉冲基础公式中求得脉冲基础参数值；
将脉冲基础参数值输出至脉冲控制单元。
进一步地，所述脉冲基础公式配置为：
Mjc＝(k1×Hxm×2+k2×Hxz×2+k3×Hxhm×2+k4×Hxhz)α；其中，Mjc为脉冲基础参数值，Hxm为细胞膜厚度，Hxz为细胞质厚度，Hxhm为细胞核膜厚度，Hxhz 为细胞核质厚度，k1为细胞膜参数比例值，k2为细胞质参数比例值，k3为细胞核膜参数比例值，k4为细胞核质参数比例值，α为细胞基础特征脉冲转换系数。
进一步地，所述细胞变化处理单元配置有细胞变化处理策略，所述细胞变化处理策略包括：每间隔第一变化时间获取一次细胞治疗参数采集单元获取到的数据；
并将获取到的第一变化次数的细胞膜电位值、细胞膜电导率和穿孔孔径，以及细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度带入细胞变化公式中求得细胞变化参考值；
将细胞变化参考值输出至调整单元。
进一步地，所述细胞变化公式配置为：
其中，Cbh为细胞变化参考值，i为第一变化次数，Dxm1值Dxmi为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电位值至第i次获取的细胞膜电位值， Ddxm1至Ddxm为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电导率至第i次获取的细胞膜电导率，Jc1至Jci为第一变化次数内第一次获取的穿孔孔径至第 i次获取的穿孔孔径，l1为细胞膜电位值的参考比例值，l2为细胞膜电导率的参考比例值，l3为穿孔孔径的参考比例值。
进一步地，所述调整单元配置有调整策略，所述调整策略包括：将脉冲宽度、脉冲基础参数值、细胞变化参考值以及带入脉冲调整公式中求得脉冲参数调整值；
将脉冲参数调整值输出至脉冲控制单元。
进一步地，所述脉冲调整公式配置为：
其中，Mct 为脉冲参数调整值，Mk为脉冲宽度，β为脉冲转换比，λ为细胞变化补偿系数。
本发明的有益效果：
1、本发明的双极性穿孔模块包括双极性脉冲发生器以及脉冲控制单元，通过脉冲控制单元能够接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作，该设计能够根据实际的治疗过程及时调整脉冲输出参数，提高调整控制的便捷性。
2、本发明的数据采集模块包括细胞特征预采集单元、脉冲参数获取单元以及细胞治疗参数采集单元，通过细胞特征预采集单元能够对治疗前的细胞基础特征进行采集，通过脉冲参数获取单元能够获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，通过细胞治疗参数采集单元能够获取治疗过程中的细胞治疗特征，该设计能够及时获取治疗过程中的细胞特征和输出的脉冲参数，从而便于对治疗效果进行实时有效的监控，为后续的调整提供参数基础。
3、本发明的穿孔调整模块包括细胞特征预处理单元、细胞变化处理单元以及调整单元，通过细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；通过细胞变化处理单元能够对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；通过调整单元能够对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元，该设计能够基于治疗过程的变化及时调整脉冲输出参数，有助于提高治疗效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的双极性穿孔模块、数据采集模块以及穿孔调整模块的连接原理框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，高频双极性不可恢复电穿孔系统，所述穿孔系统包括双极性穿孔模块、数据采集模块以及穿孔调整模块。
请参阅图2，所述双极性穿孔模块包括双极性脉冲发生器以及脉冲控制单元，所述脉冲控制单元分别与穿孔调整模块和双极性脉冲发生器相连接，所述脉冲控制单元用于接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作。通过设置脉冲控制单元能够及时调整双极性脉冲发生器的输出参数，从而提高调节的便捷性，提高治疗过程调节的及时性。
所述数据采集模块包括细胞特征预采集单元、脉冲参数获取单元以及细胞治疗参数采集单元；所述细胞特征预采集单元用于对治疗前的细胞基础特征进行采集，所述细胞特征预采集单元采集的细胞基础特征包括细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度，其中，细胞膜的厚度乘以二+细胞质厚度乘以二+细胞核膜厚度乘以二+细胞核质厚度等于细胞的直径，获取上述参数能够与后续治疗过程中获取的穿孔孔径进行比对参考。
所述脉冲参数获取单元用于获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，所述脉冲参数获取单元采集的脉冲发生器的输出参数包括脉冲宽度，脉冲宽度影响穿孔的效果。
所述细胞治疗参数采集单元用于获取治疗过程中的细胞治疗特征；所述细胞治疗参数采集单元获取的治疗过程中的细胞治疗特征包括细胞膜电位值、细胞膜电导率以及穿孔孔径，细胞膜电位值、细胞膜电导率以及穿孔孔径的变化都能体现细胞被穿孔的效率。
所述穿孔调整模块包括细胞特征预处理单元、细胞变化处理单元以及调整单元，所述细胞特征预处理单元分别与脉冲控制单元和细胞特征预采集单元相连接，所述细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；所述细胞特征预处理单元配置有细胞特征预处理策略，所述细胞特征预处理策略包括：将细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度代入脉冲基础公式中求得脉冲基础参数值；将脉冲基础参数值输出至脉冲控制单元。
所述脉冲基础公式配置为：
Mjc＝(k1×Hxm×2+k2×Hxz×2+k3×Hxhm×2+k4×Hxhz)α；其中，Mjc为脉冲基础参数值，Hxm为细胞膜厚度，Hxz为细胞质厚度，Hxhm为细胞核膜厚度，Hxhz 为细胞核质厚度，k1为细胞膜参数比例值，k2为细胞质参数比例值，k3为细胞核膜参数比例值，k4为细胞核质参数比例值，α为细胞基础特征脉冲转换系数，其中，k1、k2、k3、k4和α均大于零，k1、k2、k3和k4具体的设置根据对应细胞特征的占比进行预设，α可用于对整体的特征进行预设调整。
所述细胞变化处理单元与细胞特征预采集单元以及细胞治疗参数采集单元相连接，所述细胞变化处理单元用于对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；所述细胞变化处理单元配置有细胞变化处理策略，所述细胞变化处理策略包括：每间隔第一变化时间获取一次细胞治疗参数采集单元获取到的数据。
并将获取到的第一变化次数的细胞膜电位值、细胞膜电导率和穿孔孔径，以及细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度带入细胞变化公式中求得细胞变化参考值；将细胞变化参考值输出至调整单元。第一变化时间根据预设的治疗周期进行设定，具体的，如果预设的治疗周期设定为100个单位，那第一变化时间可设定为5，第一变化次数设定为4，那么在一个治疗周期内，可以进行5次第一变化次数的数据获取，这5次获取的过程可以分别设置为第一治疗周期、第二治疗周期、第三治疗周期、第四治疗周期以及第五治疗周期，其中第一治疗周期和第二治疗周期为前段治疗，第三治疗周期为中段治疗，第四治疗周期和第五治疗周期为后段治疗，对不同的治疗周期进行数据获取，能够反映出每个治疗周期的治疗效果，一方面对于治疗过程能够进行基础参考，一方面能够进行治疗数据的累计。
所述细胞变化公式配置为：
其中，Cbh为细胞变化参考值，i为第一变化次数，Dxm1值Dxmi为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电位值至第i次获取的细胞膜电位值， Ddxm1至Ddxm为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电导率至第i次获取的细胞膜电导率，Jc1至Jci为第一变化次数内第一次获取的穿孔孔径至第 i次获取的穿孔孔径，l1为细胞膜电位值的参考比例值，l2为细胞膜电导率的参考比例值，l3为穿孔孔径的参考比例值，其中，l1、l2和l3均大于零，设置标准根据细胞膜电位值、细胞膜电导率以及穿孔孔径的具体影响占比进行设定。在上述治疗周期设定为100个单位的实施过程中，i设定为4。
所述调整单元与细胞变化处理单元和脉冲参数获取单元相连接，所述调整单元用于对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元。
所述调整单元配置有调整策略，所述调整策略包括：将脉冲宽度、脉冲基础参数值、细胞变化参考值以及带入脉冲调整公式中求得脉冲参数调整值；将脉冲参数调整值输出至脉冲控制单元。
所述脉冲调整公式配置为：
Mct为脉冲参数调整值，Mk为脉冲宽度，β为脉冲转换比，λ为细胞变化补偿系数，其中，β和λ均大于零，β根据脉冲参数和脉冲宽度的预设标准进行设定，也可根据实际的治疗效果进行微调，λ根据细胞变化的幅度进行补偿设定。
工作原理：在具体的治疗过程中，通过脉冲控制单元能够接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作，通过细胞特征预采集单元能够对治疗前的细胞基础特征进行采集，通过脉冲参数获取单元能够获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，通过细胞治疗参数采集单元能够获取治疗过程中的细胞治疗特征；然后再通过细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；通过细胞变化处理单元能够对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；通过调整单元能够对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元，再次通过脉冲控制单元控制双极性脉冲发生器进行运作。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.高频双极性不可恢复电穿孔系统，其特征在于，所述穿孔系统包括双极性穿孔模块、数据采集模块以及穿孔调整模块；
所述双极性穿孔模块包括双极性脉冲发生器以及脉冲控制单元，所述脉冲控制单元分别与穿孔调整模块和双极性脉冲发生器相连接，所述脉冲控制单元用于接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作；
所述数据采集模块包括细胞特征预采集单元、脉冲参数获取单元以及细胞治疗参数采集单元；所述细胞特征预采集单元用于对治疗前的细胞基础特征进行采集，所述脉冲参数获取单元用于获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，所述细胞治疗参数采集单元用于获取治疗过程中的细胞治疗特征；
所述穿孔调整模块包括细胞特征预处理单元、细胞变化处理单元以及调整单元，所述细胞特征预处理单元分别与脉冲控制单元和细胞特征预采集单元相连接，所述细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；
所述细胞变化处理单元与细胞特征预采集单元以及细胞治疗参数采集单元相连接，所述细胞变化处理单元用于对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；
所述调整单元与细胞变化处理单元和脉冲参数获取单元相连接，所述调整单元用于对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元；
所述细胞特征预采集单元采集的细胞基础特征包括细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度；
所述脉冲参数获取单元采集的脉冲发生器的输出参数包括脉冲宽度；
所述细胞治疗参数采集单元获取的治疗过程中的细胞治疗特征包括细胞膜电位值、细胞膜电导率以及穿孔孔径；
所述细胞特征预处理单元配置有细胞特征预处理策略，所述细胞特征预处理策略包括：将细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度代入脉冲基础公式中求得脉冲基础参数值；
将脉冲基础参数值输出至脉冲控制单元；
所述脉冲基础公式配置为：Mjc＝(k1×Hxm×2+k2×Hxz×2+k3×Hxhm×2+k4×Hxhz)α；
其中，Mjc为脉冲基础参数值，Hxm为细胞膜厚度，Hxz为细胞质厚度，Hxhm为细胞核膜厚度，Hxhz为细胞核质厚度，k1为细胞膜参数比例值，k2为细胞质参数比例值，k3为细胞核膜参数比例值，k4为细胞核质参数比例值，α为细胞基础特征脉冲转换系数；
所述细胞变化处理单元配置有细胞变化处理策略，所述细胞变化处理策略包括：每间隔第一变化时间获取一次细胞治疗参数采集单元获取到的数据；
并将获取到的第一变化次数的细胞膜电位值、细胞膜电导率和穿孔孔径，以及细胞膜厚度、细胞质厚度、细胞核膜厚度以及细胞核质厚度带入细胞变化公式中求得细胞变化参考值；
将细胞变化参考值输出至调整单元；
所述细胞变化公式配置为：
其中，Cbh为细胞变化参考值，i为第一变化次数，Dxm1值Dxmi为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电位值至第i次获取的细胞膜电位值，Ddxm1至Ddxm为第一变化次数内第一次获取的细胞膜电导率至第i次获取的细胞膜电导率，Jc1至Jci为第一变化次数内第一次获取的穿孔孔径至第i次获取的穿孔孔径，l 1为细胞膜电位值的参考比例值，l 2为细胞膜电导率的参考比例值，l 3为穿孔孔径的参考比例值；
所述调整单元配置有调整策略，所述调整策略包括：将脉冲宽度、脉冲基础参数值、细胞变化参考值以及带入脉冲调整公式中求得脉冲参数调整值；
将脉冲参数调整值输出至脉冲控制单元；
所述脉冲调整公式配置为：
其中，Mct为脉冲参数调整值，Mk为脉冲宽度，β为脉冲转换比，λ为细胞变化补偿系数。
通过脉冲控制单元能够接收穿孔调整模块的调整指令，并根据调整指令控制双极性脉冲发生器运作，通过细胞特征预采集单元能够对治疗前的细胞基础特征进行采集，通过脉冲参数获取单元能够获取治疗过程中的脉冲发生器的输出参数，通过细胞治疗参数采集单元能够获取治疗过程中的细胞治疗特征；然后再通过细胞特征预处理单元用于对细胞基础特征进行处理得到脉冲基础参数，并将得到的脉冲基础参数输出至脉冲控制单元；通过细胞变化处理单元能够对采集到的细胞基础特征和细胞治疗特征进行处理，并得到细胞变化结果；通过调整单元能够对细胞变化结果和脉冲发生器的输出参数进行处理得到调整结果，并将调整结果变换成调整指令输出至脉冲控制单元，再次通过脉冲控制单元控制双极性脉冲发生器进行运作。
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