本發(fā)明涉及電刺激式神經(jīng)再生，具體涉及一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法。

背景技術(shù)：

1、隨著神經(jīng)損傷發(fā)病率的逐年上升，如何有效促進(jìn)神經(jīng)再生與功能恢復(fù)已成為醫(yī)學(xué)與生物工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。神經(jīng)再生是指受損神經(jīng)組織在一定條件下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的修復(fù)過程，其中，雪旺細(xì)胞作為外周神經(jīng)再生過程中關(guān)鍵的支持性細(xì)胞，能夠通過促進(jìn)軸突生長、引導(dǎo)神經(jīng)纖維定向生長等方式，在神經(jīng)修復(fù)中發(fā)揮重要作用。電刺激技術(shù)作為一種物理性干預(yù)手段，能夠通過施加特定參數(shù)的電場作用于神經(jīng)組織，激活細(xì)胞內(nèi)一系列信號通路，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的增殖、遷移與功能重建。鈣離子信號作為細(xì)胞內(nèi)的核心第二信使，廣泛參與調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞的生長、分化和功能維持，尤其在神經(jīng)再生過程中起著關(guān)鍵調(diào)控作用。通過電刺激誘導(dǎo)鈣信號通路的激活，可有效提升雪旺細(xì)胞的活性狀態(tài)，增強(qiáng)其促再生活性，為神經(jīng)軸突的生長和功能恢復(fù)提供良好微環(huán)境。因此，基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，能夠以精準(zhǔn)、可控的方式調(diào)動內(nèi)源性修復(fù)機(jī)制，促進(jìn)神經(jīng)組織的高效再生與功能重建，具有良好的應(yīng)用前景與臨床價(jià)值。

2、現(xiàn)有的基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生技術(shù)，主要通過在神經(jīng)損傷部位施加特定參數(shù)的電刺激，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞尤其是雪旺細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度變化，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)的多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)神經(jīng)再生過程的啟動與持續(xù)進(jìn)行。該類技術(shù)通常包括以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)：首先，通過設(shè)計(jì)合理的電刺激裝置和電極結(jié)構(gòu)，將適宜的電場直接或間接作用于目標(biāo)神經(jīng)組織；其次，電刺激作用下，細(xì)胞膜上鈣離子通道被激活，使得胞外鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，誘發(fā)鈣信號上升；隨后，鈣信號作為關(guān)鍵的生物學(xué)信號，進(jìn)一步調(diào)控下游的細(xì)胞因子表達(dá)、細(xì)胞骨架重塑和生長因子分泌，從而增強(qiáng)雪旺細(xì)胞的增殖、遷移和髓鞘形成能力，促進(jìn)神經(jīng)纖維的生長和功能恢復(fù)；最后，通過持續(xù)或周期性調(diào)控鈣信號水平，可進(jìn)一步優(yōu)化再生環(huán)境，維持神經(jīng)修復(fù)進(jìn)程的穩(wěn)定性和有效性。整個過程中，鈣信號作為電刺激與生物反應(yīng)之間的橋梁，起到了精準(zhǔn)調(diào)控神經(jīng)再生行為、放大生理效應(yīng)和提高再生效率的核心作用。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

4、在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)神經(jīng)組織經(jīng)過長時間未受刺激或在首次啟動電刺激治療時，雪旺細(xì)胞內(nèi)的鈣信號會在電刺激作用下剛剛突破最低激活閾值，進(jìn)入一個鈣離子濃度微幅上升、尚未穩(wěn)定的“微升階段”，此時細(xì)胞處于功能激活的臨界過渡期，反應(yīng)極為敏感且不穩(wěn)定。在這一特定情況下，由于鈣信號具有典型的“非線性門控”特性，如果電刺激強(qiáng)度不足或波形不匹配，鈣離子通道可能無法持續(xù)開放，導(dǎo)致鈣信號難以進(jìn)一步提升，甚至迅速回落至基線，從而造成激活失敗?，F(xiàn)有的基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生技術(shù)在這種鈣信號微升階段，不能根據(jù)細(xì)胞內(nèi)鈣信號波動狀態(tài)去動態(tài)優(yōu)化電刺激維持策略，只能基于簡單的激活/未激活二元判斷執(zhí)行固定刺激方案，無法識別和穩(wěn)定維持這一關(guān)鍵窗口期內(nèi)的信號狀態(tài)，導(dǎo)致雪旺細(xì)胞無法順利完成功能激活，神經(jīng)軸突生長鏈條無法啟動，若連續(xù)多次出現(xiàn)該失效反應(yīng)，還會誘發(fā)細(xì)胞應(yīng)激性下降或適應(yīng)性降低，嚴(yán)重影響神經(jīng)修復(fù)進(jìn)度與療效，延長患者康復(fù)周期甚至導(dǎo)致治療無效。

5、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于鈣信號調(diào)控的電刺激式神經(jīng)再生方法，具體包括以下步驟：

3、s01、獲取目標(biāo)神經(jīng)組織中鈣離子濃度隨時間變化的連續(xù)數(shù)據(jù)，基于鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，用于預(yù)測目標(biāo)神經(jīng)組織對電刺激的響應(yīng)趨勢；

4、s02、基于鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，提取用于預(yù)測目標(biāo)神經(jīng)組織響應(yīng)狀態(tài)的特征參數(shù)，確定電刺激強(qiáng)度、脈沖寬度、波形類型和施加時序，生成電刺激啟動控制指令；

5、s03、執(zhí)行電刺激啟動控制指令時，實(shí)時采集目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)若干個雪旺細(xì)胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，提取同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征，形成群體鈣信號響應(yīng)特征集；

6、s04、基于雪旺細(xì)胞群體鈣信號響應(yīng)特征集，識別鈣離子濃度是否處于突破最低激活閾值且未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的微升階段，并基于雪旺細(xì)胞群體行為模式變化，判定目標(biāo)神經(jīng)組織是否處于鈣信號激活臨界狀態(tài)；

7、s05、基于鈣信號激活臨界狀態(tài)的判定結(jié)果，結(jié)合鈣離子濃度波動趨勢和雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征，實(shí)時生成電刺激調(diào)整控制指令，通過調(diào)整電刺激強(qiáng)度、電刺激脈沖寬度、電刺激波形類型和電刺激施加時序，優(yōu)化鈣離子濃度穩(wěn)定性并維持激活狀態(tài)；

8、s06、基于每次電刺激執(zhí)行后的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，持續(xù)更新鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型和電刺激調(diào)整控制指令。

9、優(yōu)選的，s01具體包括：

10、通過布設(shè)于目標(biāo)神經(jīng)組織損傷區(qū)域的鈣信號檢測裝置，獲取目標(biāo)神經(jīng)組織中鈣離子濃度隨時間變化的連續(xù)數(shù)據(jù)；

11、基于鈣離子濃度時間序列數(shù)據(jù)，提取鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，形成標(biāo)準(zhǔn)化特征指標(biāo)集；

12、基于鈣離子濃度變化趨勢和波動特征，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型，用于預(yù)測目標(biāo)神經(jīng)組織對電刺激的響應(yīng)；

13、將鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)時監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行一致性比對，并基于比對結(jié)果持續(xù)優(yōu)化鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型。

14、優(yōu)選的，s02具體包括：

15、將通過鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型獲得的鈣離子濃度變化趨勢數(shù)據(jù)輸入至特征提取單元，提取鈣離子濃度上升速率、峰值穩(wěn)定時間、波動對稱性、波峰寬度、波形陡峭度和時間延遲六個特征維度；

16、基于非線性映射算法對六個特征維度進(jìn)行權(quán)重評估與分類整理，提取形成能夠反映目標(biāo)神經(jīng)組織響應(yīng)狀態(tài)的核心特征參數(shù)集合；

17、基于核心特征參數(shù)集合，利用基于時間演變的預(yù)測算法，動態(tài)預(yù)測目標(biāo)神經(jīng)組織對電刺激的敏感性等級及反應(yīng)狀態(tài)；

18、根據(jù)預(yù)測結(jié)果，確定電刺激強(qiáng)度、脈沖寬度、波形類型和施加時序，形成與目標(biāo)神經(jīng)組織生理狀態(tài)相適配的電刺激施加參數(shù)集；

19、將電刺激施加參數(shù)集轉(zhuǎn)化為電刺激啟動控制指令并實(shí)時下發(fā)至電刺激執(zhí)行系統(tǒng)。

20、優(yōu)選的，s03具體包括：

21、執(zhí)行電刺激啟動控制指令時，通過布設(shè)于目標(biāo)神經(jīng)組織損傷區(qū)域的多點(diǎn)鈣信號傳感器陣列實(shí)時采集多個雪旺細(xì)胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)；

22、對采集到的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行時序?qū)R與數(shù)據(jù)清洗，剔除噪聲并優(yōu)化數(shù)據(jù)連續(xù)性；

23、基于清洗后數(shù)據(jù)，提取鈣離子濃度同步性特征，通過相關(guān)系數(shù)矩陣與時間規(guī)整優(yōu)化群體同步性評價(jià)；

24、基于同步性分析，進(jìn)一步提取相位一致性特征與波峰時間差特征，量化群體激活協(xié)調(diào)性；

25、將鈣離子濃度同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征融合，形成雪旺細(xì)胞群體鈣信號響應(yīng)特征集。

26、優(yōu)選的，s04具體包括：

27、s041、基于雪旺細(xì)胞群體鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型，消除基線漂移并提取差異性動態(tài)特征；

28、s042、基于動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型，采用多維指標(biāo)交叉分析方法識別是否處于鈣信號微升階段；

29、s043、針對識別出的鈣信號微升態(tài)群體，構(gòu)建雪旺細(xì)胞群體行為模式演化圖譜，實(shí)時反映細(xì)胞間協(xié)同響應(yīng)關(guān)系；

30、s044、基于行為模式演化圖譜，采用突變識別算法檢測群體行為突變，判定是否達(dá)到鈣信號激活臨界狀態(tài)；

31、s045、基于突變識別結(jié)果實(shí)施交叉驗(yàn)證與持續(xù)跟蹤，動態(tài)修正判定結(jié)果并保障電刺激調(diào)整的連續(xù)性與安全性。

32、優(yōu)選的，s041和s042具體包括：

33、實(shí)時采集多個雪旺細(xì)胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，進(jìn)行時間對齊與標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)趨勢基線模型；

34、通過統(tǒng)計(jì)回歸分析提取鈣離子濃度變化趨勢特征，結(jié)合貝葉斯擬合算法動態(tài)更新模型參數(shù)；

35、基于趨勢基線模型，提取即時增長斜率、波動幅度變化和時間持續(xù)性三項(xiàng)特征；

36、采用多維指標(biāo)交叉分析方法對三項(xiàng)特征進(jìn)行綜合判定，識別是否處于鈣信號微升階段；

37、當(dāng)三項(xiàng)特征均滿足設(shè)定條件時，確認(rèn)目標(biāo)神經(jīng)組織處于真實(shí)微升態(tài)。

38、優(yōu)選的，s043和s044具體包括：

39、基于雪旺細(xì)胞鈣信號同步性、相位一致性和波形相似性，構(gòu)建行為模式演化圖譜；

40、通過時間同步動態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析算法，實(shí)時更新雪旺細(xì)胞協(xié)同關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，提取行為模式演化特征；

41、實(shí)時計(jì)算同步性提升速率、主導(dǎo)響應(yīng)細(xì)胞占比變化率和波形一致性變化速率三項(xiàng)動態(tài)指標(biāo)；

42、基于動態(tài)閾值體系，對三項(xiàng)動態(tài)指標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合突變識別，判定是否達(dá)到激活臨界狀態(tài)；

43、對突變識別結(jié)果實(shí)施趨勢連續(xù)性校驗(yàn)和多指標(biāo)一致性驗(yàn)證，確保判定結(jié)果的可靠性和安全性。

44、優(yōu)選的，s05具體包括：

45、基于鈣信號激活臨界狀態(tài)的判定結(jié)果，實(shí)時提取鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征，作為電刺激調(diào)整控制指令生成的輸入；

46、將鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征輸入至多目標(biāo)狀態(tài)評估體系，實(shí)時評估鈣信號激活狀態(tài)穩(wěn)定性等級與激活維持需求等級；

47、基于鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級，實(shí)時生成電刺激調(diào)整控制指令，調(diào)整電刺激強(qiáng)度、脈沖寬度、波形類型和施加時序；

48、將電刺激調(diào)整控制指令實(shí)時下發(fā)至電刺激執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)施實(shí)時參數(shù)調(diào)整，并在執(zhí)行過程中持續(xù)采集鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)與雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征，形成反饋數(shù)據(jù)流；

49、基于反饋數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化控制指令生成規(guī)則，形成個體自進(jìn)化調(diào)整機(jī)制，提升鈣信號激活維持效率與電刺激控制安全性。

50、優(yōu)選的，將鈣離子濃度波動趨勢特征與雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征輸入至多目標(biāo)狀態(tài)評估體系，實(shí)時評估鈣信號激活狀態(tài)穩(wěn)定性等級與激活維持需求等級，具體為：基于鈣離子濃度波動趨勢，采用趨勢擬合回歸算法與波動性指數(shù)計(jì)算方法，實(shí)時評估鈣信號是否存在失穩(wěn)傾向；基于雪旺細(xì)胞群體響應(yīng)特征，采用群體協(xié)同指數(shù)計(jì)算方法與多維相似性聚類算法，實(shí)時評估細(xì)胞協(xié)同響應(yīng)是否趨于弱化；通過引入加權(quán)決策機(jī)制，將各特征賦予靈敏度權(quán)重，并基于動態(tài)閾值體系實(shí)時調(diào)整判定邊界值；基于評估結(jié)果輸出鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級三項(xiàng)量化指標(biāo)，作為電刺激調(diào)整控制指令生成的決策依據(jù)。

51、優(yōu)選的，s06具體包括：

52、在每次電刺激執(zhí)行完成后，實(shí)時采集目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)多個雪旺細(xì)胞鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，提取濃度峰值、上升速率、波動幅度、穩(wěn)定性及同步性特征；

53、基于采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)，采用時間序列學(xué)習(xí)與貝葉斯動態(tài)更新算法，實(shí)時修正鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型關(guān)鍵參數(shù)，提升模型對個體生理狀態(tài)的適配度與預(yù)測精度；

54、基于更新后的鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型和當(dāng)前實(shí)時生理特征，動態(tài)優(yōu)化電刺激調(diào)整控制指令，通過智能規(guī)則引擎生成實(shí)時控制指令，實(shí)現(xiàn)反饋、更新與優(yōu)化的閉環(huán)調(diào)控流程。

55、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

56、1、本發(fā)明通過實(shí)時采集目標(biāo)神經(jīng)組織中多個雪旺細(xì)胞的鈣離子濃度變化數(shù)據(jù)，基于同步性特征、相位一致性特征和波峰時間差特征，首次實(shí)現(xiàn)了對“鈣信號微升階段”這一關(guān)鍵激活臨界狀態(tài)的精準(zhǔn)識別。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)僅能通過單一峰值或閾值判斷，該技術(shù)引入了群體行為模式演化圖譜與突變識別算法，能夠動態(tài)捕獲雪旺細(xì)胞從非同步反應(yīng)到同步激活的躍遷趨勢，從而提前識別潛在激活失敗風(fēng)險(xiǎn)，提升鈣信號啟動的敏感性和成功率。這一創(chuàng)新機(jī)制有效避免了傳統(tǒng)方法在神經(jīng)初期修復(fù)階段容易因識別滯后或誤判導(dǎo)致的激活失效和修復(fù)鏈條中斷，顯著增強(qiáng)了治療啟動的穩(wěn)定性與安全性。

57、2、本發(fā)明通過構(gòu)建鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型并結(jié)合實(shí)時生理特征，采用多目標(biāo)狀態(tài)評估與智能規(guī)則引擎生成機(jī)制，能夠基于鈣信號穩(wěn)定性評分、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級和優(yōu)化調(diào)節(jié)緊迫度等級，動態(tài)調(diào)整電刺激強(qiáng)度、脈沖寬度、波形類型和施加時序。該技術(shù)手段突破了現(xiàn)有固定參數(shù)控制策略對個體差異和狀態(tài)波動無法適應(yīng)的問題，實(shí)現(xiàn)了電刺激參數(shù)的實(shí)時個性化、動態(tài)優(yōu)化調(diào)控。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崟r感知神經(jīng)組織狀態(tài)的細(xì)微變化并快速作出調(diào)整，顯著降低過刺激或低刺激風(fēng)險(xiǎn)，有效維持雪旺細(xì)胞鈣信號穩(wěn)定性，提高神經(jīng)修復(fù)持續(xù)性，保障長期療效一致性與安全性，具備高度智能化與精準(zhǔn)干預(yù)優(yōu)勢。

58、3、本發(fā)明通過引入時間序列學(xué)習(xí)與貝葉斯動態(tài)更新算法，在每次電刺激執(zhí)行完成后，持續(xù)采集反饋數(shù)據(jù)并實(shí)時修正鈣信號動態(tài)響應(yīng)模型與控制指令生成規(guī)則，形成了完整的反饋—更新—優(yōu)化閉環(huán)調(diào)控機(jī)制。該機(jī)制具備高度自適應(yīng)性與進(jìn)化性，能夠根據(jù)患者個體生理特征和治療過程中的變化趨勢，動態(tài)優(yōu)化控制策略，逐步提升鈣信號激活維持效率與神經(jīng)再生效果。相比傳統(tǒng)孤立式、靜態(tài)式控制方法，本方案具備長期學(xué)習(xí)、個體進(jìn)化、持續(xù)優(yōu)化的獨(dú)特優(yōu)勢，不僅能夠提升短期治療成功率，還能有效延長療效持續(xù)時間、降低不良反應(yīng)概率，最終實(shí)現(xiàn)智能、高效、安全、持久的神經(jīng)再生干預(yù)效果。