CN111329454B - 基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统 - Google Patents
基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及医疗设备技术领域，且公开了基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，包括软硬件两部分：软件部分主要包括：基于有限元仿真计算得到的人体生物组织三维温度场数据库，存储在主机中；硬件部分主要包括：低温手术过程冷刀温度自动采集系统内包括冷刀刀头和供液管路，人体生物组织，数据采集仪，主机，显示器，热敏电阻内含温度信号线，压力传感器内含压力信号线，信号输入端口内含冷刀温度数据输入端口，冷刀驻留时间数据输入端口以及受控手动输入端口。在实施冷冻手术过程中，将有效辅助医生进行临床综合判断和手术方案的实时调整，有效提高冷冻手术的效率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统。
背景技术
低温手术作为一种针对肿瘤治疗的物理疗法与普通的手术治疗相比，有着明显的优势，如手术费用低、止血效果好、疼痛感轻、术后感染率低、操作方便灵活等。但现阶段低温手术并没有成为肿瘤治疗的常规疗法，最主要原因是目前临床实施过程汇总，缺乏精确的组织温度分布和细胞结晶范围的检测手段，导致冷冻降温和融化复温的精确控制变得非常困难，一方面容易对沿程健康组织造成损伤，另一方面导致冷冻效率比较低，往往不能将病变组织全部杀死，使得传统低温手术治疗的复发率较高。可以说，人体生物组织温度场无损重构技术和细胞结晶范围准确预测技术的缺失极大地限制了低温手术在临床肿瘤治疗上的应用。为了解决这一严重制约低温手术临床应用的难题，本发明提出了一种基于人体三维温度场无损重构技术的低温手术辅助诊断系统，可以准确预测人体不同位置生物组织在低温手术冷冻和复温过程中的温度变化以及细胞结晶状况，并用可视化的方式实时显示，辅助医生精确控制手术过程中对肿瘤组织的冷冻降温和融化升温时间，大幅提高冷冻效率，降低术后肿瘤复发率，减少对周围健康组织的影响。
如中国专利授权公告号为：CN1313062C升降温速率可控的冷热交替肿瘤治疗系统。与现有技术相比，本申请设计了一种医疗器械领域的液氮治疗设备，包括液氮传输及控制系统，射频发生装置及控制系统。该发明专利通过控制低温电磁阀和射频发生器，交替控制探针冷冻降温速率和射频加热功率，实现对肿瘤区域的冷热交替治疗，优点是一方面通过射频加热保护病灶区周围健康组织免受低温伤害，一方面通过控制电磁阀的占空比提高探针的冷冻效率。但本发明并未对冷冻和复温过程病灶区内人体组织的温度场进行实时测量和分析，不能实现对病灶区生物组织降温和复温过程的温度重构和精确预测。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，具备高效、可靠、低成本、普适性等优点，解决了目前临床实施过程汇总，缺乏精确的组织温度分布和细胞结晶范围的检测手段，导致冷冻降温和融化复温的精确控制变得非常困难，一方面容易对沿程健康组织造成损伤，另一方面导致冷冻效率比较低，往往不能将病变组织全部杀死，使得传统低温手术治疗的复发率较高的问题。
(二)技术方案
为实现上述高效、可靠、低成本、普适性目的，本发明提供如下技术方案：基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，包括软硬件两部分：
软件部分主要包括：基于有限元仿真计算得到的人体生物组织三维温度场数据库，存储在主机中；
硬件部分主要包括：低温手术过程冷刀温度自动采集系统内包括冷刀刀头和供液管路，人体生物组织，数据采集仪，主机，显示器，热敏电阻内含温度信号线，热电偶，压力传感器内含压力信号线，信号输入端口内含冷刀温度数据输入端口，冷刀驻留时间数据输入端口以及受控手动输入端口，信号输出端口以及通讯端口；
优选的，所述低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头贴合在人体生物组织表面，所述供液管路是与冷刀刀头固定连接，所述热敏电阻是与冷刀刀头表面贴合，所述热敏电阻的输出端是通过温度信号线与数据采集仪的输入端电连接，所述数据采集仪的输出端是通过温度信号线与输入端口的输入端电连接，所述输入端口的输出端是与主机的输入端电连接，供液管路为冷刀刀头提供冷媒，对冷刀刀头进行冷冻降温，热敏电阻按照设定的采样频率对冷刀刀头的温度进行实时采集，并通过温度信号线将采集到的刀头温度实时传送到数据采集仪，经过数据采集仪对采集到的温度信号进行变送处理后送入输入端口，再由输入端口将温度数据送入主机进行数值运算；
优选的，所述低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头通过一定压力贴合在人体生物组织表面，所述人体生物组织的表面贴合有热电偶，所述压力传感器位于冷刀刀头与人体生物组织之间，所述压力传感器的输出端是通过压力信号线与数据采集仪的输入端电连接，所述数据采集仪的输出端是与冷刀驻留时间数据输入端口的输入端电连接，所述冷刀驻留时间数据输入端口的输出端是与主机的输入端电连接，所述主机的输出端是与信号输出端口的输入端电连接，所述信号输出端口的输出端是通过信号线与压力传感器的输入端电连接，所述热电偶的输出端是与数据采集仪的输入端电连接，压力传感器按照设定的采样频率对冷刀刀头与人体生物组织之间的贴合压力进行实时采集，并通过压力信号线将采集到的压力数据和时间信号实时传送到数据采集仪，再由数据采集仪对采集到的时间信号进行预处理，变送成统一的时间信号序列，通过冷刀驻留时间数据输入端口送入主机进行数值运算，并将修正后的时间采样频率通过信号输出端口经由信号线发送回压力传感器，用于校准压力传感器的采样频率；
优选的，所述主机是与冷刀温度数据输入端口、冷刀驻留时间数据输入端口构成了低温手术过程人体组织三维温度场动态重构系统，所述主机的输入端是与冷刀温度数据输入端口的输出端电连接，这使得冷刀温度数据输入端口采集到的温度采样点信号与冷刀驻留时间数据输入端口采集到的时间序列信号可以输入到主机内，主机对接收到的0～t时间段内人体组织表面若干典型位置的温度采样点信号和时间序列信号进行自动匹配处理，通过kNN邻近算法与主机中存储的温度场数据库进行快速比对，找到时间序列和温度场匹配度最高的数据集作为基础样本，将基础样本数据与t+1时刻采集到的时间序列信号和温度信号的数据进行初次修正，将初次修正后的温度场数据作为训练样本，采用神经网络算法对t+2时刻的温度场进行预测，再根据t+2时刻采集的新时间序列信号和新温度信号对t+2时刻的预测数据进行二次修正，将二次修正后的温度场数据作为新的训练样本，对t+3时刻的温度数据进行预测，如此反复迭代，根据优化后的kNN邻近算法和神经网络机器学习算法，经过5～10轮迭代，即可完成对后续冷冻手术过程中人体生物组织内部肉眼不可见区域的温度场以及细胞结晶区域的精准预测，预测温度误差<0.5℃，预测结晶区域半径误差<2mm；
优选的，所述信号输出端口和显示器构成了低温手术过程人体组织三维温度场实时显示系统，所述信号输出端口的输出端是与显示器的输入端电连接，这使得动态重构的低温手术过程人体组织三维温度场数据和预测的细胞结晶区域数据通过信号输出端口送入显示器，按照一定的频率实时更新和实时显示，供医生在手术过程中随时观看和参考。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，具备以下有益效果：
1、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，在实施冷冻手术过程中，动态预测并实时显示病灶组织肉眼不可见区域的降温/复温曲线和组织细胞结晶范围，本发明融合了模型预测+机器学习+动态修正+虚拟可视化等关键技术，将有效辅助医生进行临床综合判断和手术方案的实时调整，有效提高冷冻手术的效率。
2、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，根据临床手术过程中的监测数据，能够实时校准并动态更新人体不同位置和不同类型生物组织的温度场数据库，再通过数值算法对Pennes人体传热模型中若干难以测量的关键性参数(如生物组织各向异性的导热系数、比热容、不同构型血管组织的血液灌注率和热扩散率等)进行修正和校准，从而有效提高人体传热模型计算的准确性和通用性。
3、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，随着应用案例的累积和训练数据的增加，本发明中人体组织三维温度场数据库的准确性和普适性将得到大幅提升，对人体组织温度变化和结晶情况的预测能力随之提高，从而形成良性循环，因此，本发明是一种能够完全应用于临床冷冻手术的辅助诊断技术。
4、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，不需要借助有损测量设备(如插入式探针)和辅助成像设备(如红外热成像仪)，即可实现对人体组织肉眼不可见区域的三维温度场无损重构，从而实现对降温和复温过程中，病灶区任意位置的预测温度场和细胞结晶情况进行可视化处理，切实降低手术成本和病人痛苦。
5、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，不需要对冷刀进行高精度控温，降低了供液系统复杂度和手术成本。
6、该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，其中重构的人体三维温度场数据可按照给定的通讯协议与相关临床医学设备交互对接，具有较强的实用性和较高的临床价值。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中：1-冷刀、2-人体组织、3-压力传感器、4-热敏电阻、5-热电偶、6-数据采集仪、7-主机、8-冷刀温度数据输入端口、9-冷刀驻留时间数据输入端口、10-受控输入端口、11-信号输出端口、12-显示器、13-通讯端口、14-压力传感器信号线、15-热敏电阻信号线、16-冷刀供液管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，包括软硬件两部分：
软件部分主要包括：基于有限元仿真计算得到的人体生物组织三维温度场数据库，存储在主机7中。
硬件部分主要包括：低温手术过程冷刀温度自动采集系统内包括冷刀刀头1和供液管路16，低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头1贴合在人体生物组织2表面，供液管路16是与冷刀刀头1固定连接，热敏电阻4是与冷刀刀头1表面贴合，热敏电阻4的输出端是通过温度信号线15与数据采集仪6的输入端电连接，数据采集仪6的输出端是通过温度信号线15与输入端口8的输入端电连接，输入端口8的输出端是与主机7的输入端电连接，供液管路16为冷刀刀头1提供冷媒，对冷刀刀头1进行冷冻降温，热敏电阻4按照设定的采样频率对冷刀刀头1的温度进行实时采集，并通过温度信号线15将采集到的刀头温度实时传送到数据采集仪6，经过数据采集仪6对采集到的温度信号进行变送处理后送入输入端口8，再由输入端口8将温度数据送入主机7进行数值运算，人体生物组织2，数据采集仪6，主机7，显示器12，信号输出端口11和显示器12构成了低温手术过程人体组织三维温度场实时显示系统，信号输出端口11的输出端是与显示器12的输入端电连接，这使得动态重构的低温手术过程人体组织三维温度场数据和预测的细胞结晶区域数据通过信号输出端口11送入显示器12，按照一定的频率实时更新和实时显示，供医生在手术过程中随时观看和参考，热敏电阻4内含温度信号线15，热电偶5，压力传感器3内含压力信号线14，低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头1通过一定压力贴合在人体生物组织2表面，人体生物组织2的表面贴合有热电偶5，压力传感器3位于冷刀刀头1与人体生物组织2之间，压力传感器3的输出端是通过压力信号线14与数据采集仪6的输入端电连接，数据采集仪6的输出端是与冷刀驻留时间数据输入端口9的输入端电连接，冷刀驻留时间数据输入端口9的输出端是与主机7的输入端电连接，主机7的输出端是与信号输出端口11的输入端电连接，信号输出端口11的输出端是通过信号线14与压力传感器3的输入端电连接，热电偶5的输出端是与数据采集仪6的输入端电连接，压力传感器3按照设定的采样频率对冷刀刀头1与人体生物组织2之间的贴合压力进行实时采集，并通过压力信号线14将采集到的压力数据和时间信号实时传送到数据采集仪6，再由数据采集仪6对采集到的时间信号进行预处理，变送成统一的时间信号序列，通过冷刀驻留时间数据输入端口9送入主机7进行数值运算，并将修正后的时间采样频率通过信号输出端口11经由信号线14发送回压力传感器3，用于校准压力传感器3的采样频率，信号输入端口内含冷刀温度数据输入端口8，冷刀驻留时间数据输入端口9以及受控手动输入端口10，主机7是与冷刀温度数据输入端口8、冷刀驻留时间数据输入端口9构成了低温手术过程人体组织三维温度场动态重构系统，主机7的输入端是与冷刀温度数据输入端口8的输出端电连接，这使得冷刀温度数据输入端口8采集到的温度采样点信号与冷刀驻留时间数据输入端口9采集到的时间序列信号可以输入到主机7内，主机7对接收到的0～t时间段内人体组织2表面若干典型位置的温度采样点信号和时间序列信号进行自动匹配处理，通过kNN邻近算法与主机中存储的温度场数据库进行快速比对，找到时间序列和温度场匹配度最高的数据集作为基础样本，将基础样本数据与t+1时刻采集到的时间序列信号和温度信号的数据进行初次修正，将初次修正后的温度场数据作为训练样本，采用神经网络算法对t+2时刻的温度场进行预测，再根据t+2时刻采集的新时间序列信号和新温度信号对t+2时刻的预测数据进行二次修正，将二次修正后的温度场数据作为新的训练样本，对t+3时刻的温度数据进行预测，如此反复迭代，根据优化后的kNN邻近算法和神经网络机器学习算法，经过5～10轮迭代，即可完成对后续冷冻手术过程中人体生物组织2内部肉眼不可见区域的温度场以及细胞结晶区域的精准预测，预测温度误差<0.5℃，预测结晶区域半径误差<2mm，信号输出端口11以及通讯端口13。
本发明人体组织基础温度数据库，是基于下面的传热方程，运用有限元仿真分析计算得到：
Pennes微分形式的生物组织传热方程
其中，T代表生物组织温度，℃；t代表时间，s；ρ为生物组织质量密度，kg/m3；c为生物组织比热容，J/(kg.℃)，在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，可以近似为温度T的单值函数c(T)；K为生物组织传热系数，W/(m.K)，一般来说，人体多层组织的热导率是各向异性的，在冷冻手术传热过程的计算中，K近似取肿瘤表面法向(即垂直于多层组织放心)的热导率，且在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，可以近似为温度T的单值函数K(T)；wb为血液灌注率，kg/(s.m3)，与组织温度T强相关，因此在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，可以近似为温度T的单值函数wb(T)；cb为血液比热容，J/(kg.℃)，在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，可以近似为温度T的单值函数cb(T)；Tb为动脉血温度，℃，可以认为是以近似恒定温度输入冷冻手术区域，即恒定温度边界；Qm为人体组织新城代谢率，W/m3，在冷冻手术区域内可以近似认为是恒定的，即恒定热流边界；为梯度算子。
本发明的工作原理和过程
手术冷刀1刀头部位通过热敏电阻4，将手术过程中按照固定的采样频率实时采集冷刀刀头的温度信号，经由信号线15传送给数据采集仪6，再由数据采集仪6对采集到的温度模拟信号处理成数字信号，通过冷刀温度数据输入端口8送入主机7进行数值运算，手术冷刀1刀头部位通过压力传感器3，按照固定的压力限值和对应的时间间隔，将手术过程中冷刀刀头与人体组织2的有效贴合时间(即冷刀)实时传递给数据采集仪6，再由数据采集仪6对采集到的离散时间信号进行处理，变送成统一的时间信号序列，再通过冷刀驻留时间数据输入端口9送入主机7进行数值运算，并将修正后的时间采样频率通过信号输出端口11经由信号线14发送到压力传感器3，在手术过程中，若干热电偶5按照固定的采样频率实时采集人体组织2表面固定测温点位(3～4个测温点)的温度值，并传送给数据采集仪6，再由数据采集仪6对采集到的温度模拟信号处理成数字信号，最终送入主机7进行数值运算，在启动冷刀1前，通过受控输入端口10手动输入肿瘤基础信息(含特征尺寸和血管构型)，并送入数据采集仪6进行信号处理，再由数据采集仪6将数字化的肿瘤信号送入主机7进行数值计算，生成肿瘤特征矩阵，主机7对肿瘤特征矩阵进行预处理运算，根据等效热阻最小原则，计算出最佳的刀头驻留位置(1～3个)，并通过信号输出端口11传递给显示器12，供医生参考和选择，启动冷刀1后，主机7根据数据采集仪6输入的人体组织表面温度采样信号、刀头驻留时间采样信号和冷刀刀头温度采样信号，以及肿瘤特征矩阵，运用kNN邻近算法进行数据匹配度分析，自动找到相似度最高的温度场数据集，然后使用上述实时采集到的温度和时间数据进行二次训练，对该数据库进行动态修正和校准，主机7将校准后的人体三维温度场数据集传送到显示器12，实时显示校准后病灶区不同位置的预测温度曲线，以及可视化的肿瘤细胞预期结晶范围，主机7可以根据内置的通讯协议，将重构的人体组织三维温度场数据进行格式处理，再通过信号输出端口11实时传送到通讯端口13，供相关临床医学仪器随时调用。
综上所述，该基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，在实施冷冻手术过程中，动态预测并实时显示病灶组织肉眼不可见区域的降温/复温曲线和组织细胞结晶范围，本发明融合了模型预测+机器学习+动态修正+虚拟可视化等关键技术，将有效辅助医生进行临床综合判断和手术方案的实时调整，有效提高冷冻手术的效率。根据临床手术过程中的监测数据，能够实时校准并动态更新人体不同位置和不同类型生物组织的温度场数据库，再通过数值算法对Pennes人体传热模型中若干难以测量的关键性参数(如生物组织各向异性的导热系数、比热容、不同构型血管组织的血液灌注率和热扩散率等)进行修正和校准，从而有效提高人体传热模型计算的准确性和通用性。随着应用案例的累积和训练数据的增加，本发明中人体组织三维温度场数据库的准确性和普适性将得到大幅提升，对人体组织温度变化和结晶情况的预测能力随之提高，从而形成良性循环，因此，本发明是一种能够完全应用于临床冷冻手术的辅助诊断技术。不需要借助有损测量设备(如插入式探针)和辅助成像设备(如红外热成像仪)，即可实现对人体组织肉眼不可见区域的三维温度场无损重构，从而实现对降温和复温过程中，病灶区任意位置的预测温度场和细胞结晶情况进行可视化处理，切实降低手术成本和病人痛苦。不需要对冷刀进行高精度控温，降低了供液系统复杂度和手术成本。其中重构的人体三维温度场数据可按照给定的通讯协议与相关临床医学设备交互对接，具有较强的实用性和较高的临床价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.基于人体三维温度场无损重构技术低温手术辅助诊疗系统，其特征在于，包括软硬件两部分：
软件部分主要包括：基于有限元仿真计算得到的人体生物组织三维温度场数据库，存储在主机（7）中；
硬件部分主要包括：低温手术过程冷刀温度自动采集系统内包括冷刀刀头（1）和供液管路（16），低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头（1）贴合在人体生物组织（2）表面，供液管路（16）是与冷刀刀头（1）固定连接，热敏电阻（4）是与冷刀刀头（1）表面贴合，热敏电阻（4）的输出端是通过温度信号线（15）与数据采集仪（6）的输入端电连接，数据采集仪（6）的输出端是通过温度信号线（15）与输入端口（8）的输入端电连接，输入端口（8）的输出端是与主机（7）的输入端电连接，供液管路（16）为冷刀刀头（1）提供冷媒，对冷刀刀头（1）进行冷冻降温，热敏电阻（4）按照设定的采样频率对冷刀刀头（1）的温度进行实时采集，并通过温度信号线（15）将采集到的刀头温度实时传送到数据采集仪（6），经过数据采集仪（6）对采集到的温度信号进行变送处理后送入输入端口（8），再由输入端口（8）将温度数据送入主机（7）进行数值运算，人体生物组织（2），数据采集仪（6），主机（7），显示器（12），信号输出端口（11）和显示器（12）构成了低温手术过程人体组织三维温度场实时显示系统，信号输出端口（11）的输出端是与显示器（12）的输入端电连接，这使得动态重构的低温手术过程人体组织三维温度场数据和预测的细胞结晶区域数据通过信号输出端口（11）送入显示器（12），按照一定的频率实时更新和实时显示，供医生在手术过程中随时观看和参考，热敏电阻（4）内含温度信号线（15），热电偶（5），压力传感器（3）内含压力信号线（14），低温手术过程冷刀温度自动采集系统中的冷刀刀头（1）通过一定压力贴合在人体生物组织（2）表面，人体生物组织（2）的表面贴合有热电偶（5），压力传感器（3）位于冷刀刀头（1）与人体生物组织（2）之间，压力传感器（3）的输出端是通过压力信号线（14）与数据采集仪（6）的输入端电连接，数据采集仪（6）的输出端是与冷刀驻留时间数据输入端口（9）的输入端电连接，冷刀驻留时间数据输入端口（9）的输出端是与主机（7）的输入端电连接，主机（7）的输出端是与信号输出端口（11）的输入端电连接，信号输出端口（11）的输出端是通过信号线（14）与压力传感器（3）的输入端电连接，热电偶（5）的输出端是与数据采集仪（6）的输入端电连接，压力传感器（3）按照设定的采样频率对冷刀刀头（1）与人体生物组织（2）之间的贴合压力进行实时采集，并通过压力信号线（14）将采集到的压力数据和时间信号实时传送到数据采集仪（6），再由数据采集仪（6）对采集到的时间信号进行预处理，变送成统一的时间信号序列，通过冷刀驻留时间数据输入端口（9）送入主机（7）进行数值运算，并将修正后的时间采样频率通过信号输出端口（11）经由信号线（14）发送回压力传感器（3），用于校准压力传感器（3）的采样频率，信号输入端口内含冷刀温度数据输入端口（8），冷刀驻留时间数据输入端口（9）以及受控手动输入端口（10），主机（7）是与冷刀温度数据输入端口（8）、冷刀驻留时间数据输入端口（9）构成了低温手术过程人体组织三维温度场动态重构系统，主机（7）的输入端是与冷刀温度数据输入端口（8）的输出端电连接，这使得冷刀温度数据输入端口（8）采集到的温度采样点信号与冷刀驻留时间数据输入端口（9）采集到的时间序列信号输入到主机（7）内，主机（7）对接收到的0～t时间段内人体组织（2）表面若干典型位置的温度采样点信号和时间序列信号进行自动匹配处理，通过kNN邻近算法与主机中存储的温度场数据库进行快速比对，找到时间序列和温度场匹配度最高的数据集作为基础样本，将基础样本数据与t+1时刻采集到的时间序列信号和温度信号的数据进行初次修正，将初次修正后的温度场数据作为训练样本，采用神经网络算法对t+2时刻的温度场进行预测，再根据t+2时刻采集的新时间序列信号和新温度信号对t+2时刻的预测数据进行二次修正，将二次修正后的温度场数据作为新的训练样本，对t+3时刻的温度数据进行预测，如此反复迭代，根据优化后的kNN邻近算法和神经网络机器学习算法，经过5～10轮迭代，即可完成对后续冷冻手术过程中人体生物组织（2）内部肉眼不可见区域的温度场以及细胞结晶区域的精准预测，预测温度误差<0.5℃，预测结晶区域半径误差<2mm，信号输出端口（11）以及通讯端口（13）；
本方案人体组织基础温度数据库，是基于下面的传热方程，运用有限元仿真分析计算得到：
Pennes微分形式的生物组织传热方程：
；
其中，T代表生物组织温度，℃；t代表时间，s；为生物组织质量密度，kg/m3；c为生物组织比热容，J/(kg.℃)，在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，近似为温度T的单值函数c(T)；K为生物组织传热系数，W/(m.K)，一般来说，人体多层组织的热导率是各向异性的，在冷冻手术传热过程的计算中，K近似取肿瘤表面法向（即垂直于多层组织放心）的热导率，且在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，近似为温度T的单值函数K(T)；w b 为血液灌注率，kg/(s.m3)，与组织温度T强相关，因此在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，近似为温度T的单值函数w b (T)；c b 为血液比热容，J/(kg.℃)，在冷冻手术过程组织温度T变化范围内，近似为温度T的单值函数c b( T)；T b 为动脉血温度，℃，认为是以近似恒定温度输入冷冻手术区域，即恒定温度边界；Q m 为人体组织新城代谢率，W/m3，在冷冻手术区域内近似认为是恒定的，即恒定热流边界；为梯度算子。
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